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– Durante más de 90 aproximaciones al aeropuerto de Zurich realizadas bajo el liderazgo de la Swiss SkyLab Foundation, investigadores de Empa y del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) probaron un sistema de asistencia que apoya a los pilotos a través de una pantalla durante el silencio y, al mismo tiempo, la eficiencia del combustible. Los resultados muestran una reducción medible en las emisiones de ruido y el consumo de combustible. Ahora el sistema, desarrollado por DLR, debe estar listo para la producción.
Cortesía de Empa por Rainer Klose, Martin Gerber: La aproximación y el aterrizaje se encuentran entre las fases de vuelo más laboriosas. Los pilotos deben gestionar la velocidad aérea, la altitud, el empuje del motor y el despliegue de flaps, frenos de aire y tren de aterrizaje. Al mismo tiempo, deben reaccionar a las condiciones cambiantes del viento, la presencia de otras aeronaves y las instrucciones de los controladores de tránsito aéreo. Aquí se aplica un principio similar al de los conductores en la carretera: la conducción anticipada permite ahorrar combustible.
El vuelo predictivo también reduce las emisiones de ruido. El Centro Aeroespacial Alemán (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) ha desarrollado un sistema de asistencia para el descenso continuo que, a través de una pantalla en la cubierta de vuelo, aconseja a los pilotos sobre los cursos de acción para un enfoque de aterrizaje respetuoso con el medio ambiente. El Sistema de aumento de bajo ruido (LNAS) calcula la altitud óptima, la velocidad de hundimiento, la velocidad del aire y la configuración de la aeronave, y ajusta dinámicamente las recomendaciones durante la aproximación. En septiembre de 2019, se realizaron más de 90 aproximaciones de prueba a la Pista 14 del Aeropuerto de Zurich con el sistema de asistencia LNAS instalado a bordo del A320 ATRA (Avión de Investigación de Tecnología Avanzada) de DLR. Se analizaron setenta enfoques comparables en la evaluación. Empa probó la efectividad del sistema con una serie de mediciones de ruido a lo largo de la ruta de aproximación. Los resultados ya están disponibles y se han presentado a la Oficina Federal de Aviación Civil de Suiza (FOCA).
Máxima precisión durante la aproximación: una competencia entre piloto y computadora
Para las pruebas de vuelo, 23 pilotos de las aerolíneas suizas, Edelweiss y Lufthansa se dividieron en dos grupos. Catorce pilotos utilizaron el sistema de asistencia LNAS y se les mostraron los mejores momentos para extender los flaps y el tren de aterrizaje, completando así un enfoque optimizado para bajo consumo de ruido y combustible. Los otros nueve intentaron volar de la manera más silenciosa y eficiente posible sin el soporte de computadora LNAS. En cada aproximación, el avión fue volado por uno de los pilotos de la aerolínea participante, con un piloto de prueba DLR actuando como copiloto. Cada uno de los 70 enfoques considerados comenzó a 7000 pies (2100 metros sobre el nivel del mar) y 220 nudos (aproximadamente 400 kilómetros por hora). Cuarenta y tres enfoques se realizaron con LNAS y 27 sin LNAS. El A320 ATRA estaba estacionado y operado desde la base aérea de Dübendorf, donde se realizan campañas de investigación científica con regularidad.
Los datos de vuelo evaluados por DLR muestran que los pilotos que utilizan LNAS realizaron el descenso de manera mucho más uniforme y precisa que los colegas que volaron sin el sistema de asistencia. Los cambios en la velocidad del aire también fueron significativamente más suaves al usar LNAS. El uso de frenos de aire intensivos en ruido se eliminó por completo en aproximaciones con LNAS.
Reducción notable en los niveles de sonido.
El enfoque del sistema de asistencia LNAS es la reducción de los valores atípicos acústicos, que contribuyen de manera desproporcionada a la contaminación acústica. Algunos enfoques particularmente ruidosos son especialmente molestos para quienes residen cerca de la ruta de vuelo. Utilizando LNAS, fue posible evitar estos valores atípicos y, por lo tanto, incluso los enfoques más ruidosos de hasta tres decibeles más silenciosos, lo que corresponde a una reducción del volumen percibido en aproximadamente un tercio.
Las emisiones de ruido de las pruebas de vuelo fueron registradas por seis estaciones de medición ubicadas entre aproximadamente 6.3 y 18 kilómetros antes del punto de aterrizaje. Para este propósito, también se establecieron puntos de medición en territorio alemán en el distrito de Waldshut. En los puntos de medición más distantes, Hasle y Steinrütte, ubicados aproximadamente a 18 y 16,5 kilómetros del punto de contacto, respectivamente, se observó una reducción media de alrededor de un decibelio. Entre Kaiserstuhl y Weiach, aproximadamente 10 a 13 kilómetros antes del punto de toma de contacto, la diferencia promedio en los niveles de ruido fue de hasta 1.8 decibelios.
Posteriormente, los enfoques se simularon con el modelo de ruido de la aeronave Empa sonAIR utilizando los parámetros meteorológicos y de vuelo para poder sacar conclusiones incluso en áreas donde no se pudieron establecer estaciones de medición. El mapa de ruido calculado con sonAIR confirman los resultados experimentales y muestran un potencial de reducción adicional en el sur de la Selva Negra, aproximadamente a 24 kilómetros del umbral de la pista, con una reducción significativa del nivel de ruido promedio de hasta tres decibelios.
Un aterrizaje óptimo con menos emisiones de dióxido de carbono.
Al comparar los enfoques realizados por los dos grupos de pilotos, los investigadores también determinaron el ahorro promedio de combustible que se puede lograr con LNAS. Durante los últimos 50 kilómetros antes de la pista, los pilotos con LNAS necesitaban un promedio de 8.9 kilogramos menos de queroseno que los que volaban sin LNAS. Extrapolado a todos los vuelos suizos A320 (movimientos de vuelo en 2017), LNAS podría ahorrar alrededor de 500 toneladas de queroseno por año. Dado que el sistema de asistencia se puede utilizar a altitud de crucero, es decir, a 200 kilómetros antes de la pista, el potencial de ahorro es aún mayor. Calculado de manera conservadora, el ahorro anual asciende a 3000 toneladas de queroseno, que corresponde a unas 9000 toneladas de dióxido de carbono, incluso si la flota suiza A320 se equipara con LNAS.
La entrega del informe final a FOCA marca la conclusión de un proyecto de investigación de tres años que involucra a la Fundación Suiza SkyLab, Empa y DLR. Durante la campaña de vuelo de prueba de cinco días, la Fuerza Aérea Suiza puso a disposición su Base Aérea Dübendorf para el estacionamiento del avión de investigación ATRA de DLR. Skyguide brindó asesoramiento y asistencia durante la fase de desarrollo y permitió llevar a cabo una gran cantidad de enfoques.
Proyecto de investigación de seguimiento de la UE DYNCAT
Desde julio de 2020, DLR coordinará el lanzamiento del proyecto de investigación avanzada DYNCAT (Ajuste de configuración dinámica en el TMA), en el que participarán el grupo suizo y electrónico Thales Avionics además de los socios de investigación existentes. El objetivo de la investigación, que se financia con los programas europeos Horizon 2020 y SESAR (Single European Sky ATM Research), es integrar las capacidades del sistema de asistencia LNAS desarrollado por DLR en las computadoras centrales de navegación de aviones comerciales. Esto permitiría introducir enfoques de aterrizaje optimizados para el ruido y el consumo de combustible a bordo de muchos aviones comerciales existentes.
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