Principios Básicos de Navegación Inercial: INS, IRS y Comportamiento de Errores
Sistema de Navegación Inercial (INS)
Un Sistema de Navegación Inercial (INS) es un sistema de navegación autónomo que proporciona información continua sobre la posición, velocidad y actitud de la aeronave sin depender de referencias externas (como radioayudas o GPS).
Funcionamiento Fundamental
El principio central de un INS es la medición e integración de la aceleración:
- Los acelerómetros miden la aceleración de la aeronave.
- Primera Integración: Integrar la aceleración con respecto al tiempo da la velocidad (Groundspeed).
- Segunda Integración: Integrar la velocidad con respecto al tiempo da la distancia recorrida y la posición relativa al punto de inicio.
Entradas y Salidas
- Entradas Iniciales: El sistema requiere una posición inicial precisa (Latitud/Longitud) antes del vuelo.
- Entrada de Datos de Aire: El INS requiere entrada de Velocidad Verdadera (TAS) del Computador de Datos de Aire (ADC) para calcular la Velocidad del Viento (resolviendo el triángulo de velocidades: vector Groundspeed vs. vector TAS).
- Salidas: Posición, Derrota (Track), Rumbo Verdadero (True Heading), Velocidad Terrestre (Groundspeed), Dirección/Velocidad del Viento y Actitud (Cabeceo/Alabeo).
Tipos de Sistemas
Plataforma Estable (INS)
En los INS tradicionales (1ª generación), los acelerómetros están montados en una plataforma giro-estabilizada.
- Mecanismo: La plataforma está montada en giroscopios (gimbals) y aislada de las maniobras de la aeronave.
- Orientación: Motores de torque mantienen la plataforma nivelada (perpendicular a la vertical local) y alineada con el Norte Verdadero.
- Sensores:
- Acelerómetros (2): Orientados Norte-Sur y Este-Oeste.
- Giróscopos: Detectan el movimiento de la plataforma para accionar los motores y mantener la alineación.
Sistema "Strap-down" (IRS)
Las aeronaves modernas utilizan un Sistema de Referencia Inercial (IRS), que es un sistema "strap-down" (adosado).
- Mecanismo: Los sensores están fijados rígidamente a la estructura de la aeronave. No hay gimbals.
- Sensores:
- 3 Acelerómetros: Miden la aceleración a lo largo de los ejes del cuerpo del avión (Longitudinal, Lateral, Vertical).
- 3 Giróscopos Láser de Anillo (RLG): Miden las tasas angulares de rotación (Cabeceo, Alabeo, Guiñada).
- Operación: Un computador crea matemáticamente una "plataforma estable" procesando los datos de tasa para resolver las aceleraciones de los ejes del cuerpo en componentes Norte/Sur y Este/Oeste.
- Ventajas: Mayor fiabilidad (sin partes móviles/estado sólido), mayor precisión, menos mantenimiento, "arranque" instantáneo (luz láser).
Errores
Los errores del INS se clasifican en errores acotados y no acotados (acumulativos).
Errores Acotados (Schuler Tuning)
- Comportamiento: Estos errores oscilan y no crecen continuamente con el tiempo. Tienden a volver a cero durante un ciclo.
- Periodo Schuler: El periodo de oscilación es de 84.4 minutos.
- Causas: Inclinación de la plataforma, desalineación inicial, errores de integración en la primera etapa.
Errores No Acotados (Acumulativos)
- Comportamiento: Estos errores crecen principalmente con el tiempo.
- Deriva Inercial: El error de posición radial generalmente aumenta a una tasa de:
- 1 - 2 NM/h para INS mecánicos antiguos.
- Significativamente menos para IRS Láser modernos.
- Causas:
- Errores de Derrota/Posición: Desalineación en azimut, deriva del giróscopo (wander).
- Errores de Distancia: Wander del giróscopo de nivelación, errores del integrador de segunda etapa.
Tabla comparativa
| Característica | Plataforma Estable (INS) | Strap-down (IRS) |
|---|---|---|
| Montaje | Plataforma en gimbals aislada del avión | Fijado a la estructura (fuselaje) |
| Giróscopos | Giróscopos mecánicos de tasa-integración | Giróscopos Láser de Anillo (RLG) - Estado Sólido |
| Alineación | Nivelación mecánica y torques | Cálculo matemático |
| Mantenimiento | Alto (partes móviles) | Bajo (Estado sólido) |
| Precisión | Buena | Excelente |