Esta puede ser más información de la que desea. 😉
Historia
El sistema de navegación inercial surgió de la necesidad de un sistema de navegación autónomo que no requiriera referencias a ayudas de navegación externas. Los primeros sistemas desarrollados fueron analógicos y utilizaron integradores electromecánicos para realizar cálculos de navegación. Esto también proporcionó información de cabeceo, balanceo y rumbo a los instrumentos de la estación de vuelo (en el caso de las aeronaves) y otros sistemas de aviónica.
- ¿Qué es el tiempo imaginario, que sucede cuando un cuerpo acelera más rápido que la luz?
- Relatividad (física): ¿Se puede demostrar experimentalmente la isotropía de la velocidad de la luz?
- ¿Pueden las partículas sin masa, como los fotones, viajar a una velocidad menor que la velocidad de la luz?
- Teóricamente, ¿es posible viajar hacia adelante en el tiempo? Porque leí que cuando un cuerpo viaja a la velocidad de la luz, el tiempo se detiene.
- ¿Puede la velocidad angular alcanzar la magnitud de la velocidad de la luz?
Para la navegación, calcularon la distancia recorrida norte / sur y este / oeste y proporcionaron una posición de cálculo muerto a partir de la posición inicial. Los primeros sistemas no eran particularmente precisos. Esta falta de precisión fue un problema para los aviones, ya que las pequeñas discrepancias se magnificaron debido a las velocidades y distancias involucradas. Por lo tanto, los primeros sistemas generalmente se integraron con un sensor adicional, como un radar Doppler, para mejorar la precisión.
Principios de operacion
Cuando volé en un avión P-3 Orion, estaban equipados con dos LTN-72 INS, que se introdujeron inicialmente en 1977. El LTN-72 es un sistema de plataforma semimalítica con gimbaled, que utilizaba una computadora interna.
Un INS tiene varios componentes básicos:
- Acelerómetro
- Plataforma estable
- Giroscopios (utilizados para mantener la plataforma en una posición estable)
- Computadora (que no solo calcula la velocidad y la distancia, sino que también proporciona varias correcciones, que analizaré a continuación)
El funcionamiento básico de un acelerómetro es bastante simple: la inercia de una masa provoca un desplazamiento cuando la masa se mueve (en relación con la plataforma estable). El movimiento de la masa se detecta y mide, y esto se traduce en una aceleración. Básicamente, esta es solo una aplicación práctica de las Leyes de Newton.
En los acelerómetros LTN-72, los reequilibradores de par se emplean para mover la masa inercial a la posición neutral.
Se utilizan tres acelerómetros (eje x, y y eje z) que se convierten en lecturas de cabeceo, balanceo y acimut.
Ahora las cosas se ponen más interesantes. El INS necesita una posición inicial para habilitar la navegación de cálculo muerto. Resulta que el INS puede determinar su propia latitud (aunque necesita ayuda con la longitud). A medida que la tierra gira, los giroscopios (y, por lo tanto, la plataforma estable) detectarán la velocidad de rotación angular y, por lo tanto, pueden determinar la latitud. La longitud no funciona, ya que no hay una referencia similar. Sin embargo, a medida que la tierra gira y la unidad lleva la compensación de la plataforma a cero, el INS también calcula el rumbo hacia el norte verdadero.
Hay varios factores necesarios para permitir que el INS se calibre. El sistema necesita estar en reposo y estar a una temperatura estable (y con energía disponible, obviamente).
Bueno. Ahora que tenemos un sistema que conoce su posición actual, nos vamos. E inmediatamente presentamos problemas adicionales.
Afortunadamente, el sistema puede compensar los cambios de actitud de la aeronave. Sin embargo, a medida que el avión transita sobre la superficie de la tierra, la plataforma estable debe compensar la curvatura de la tierra. No hay problema: la computadora de navegación puede compensar esto (y también los cambios de altitud).
La última consideración importante es la precisión de la plataforma y la tendencia a la “deriva”. Esto significa que la acumulación de pequeños errores a lo largo del tiempo puede acumularse y empeorar progresivamente. La solución inmediata a este problema es actualizar periódicamente el sistema con correcciones de navegación (referencias externas). Esto se puede hacer de muchas maneras (radar, visual, TACAN, celestial). Hoy en día, generalmente se realiza mediante coordenadas GPS.
Nuestro LTN-72 también utilizó una compensación interna por la tendencia natural de la plataforma estable a oscilar como un péndulo. Usando el ajuste de Schuler, una compensación que simula un péndulo con una longitud igual al radio de la tierra, la oscilación se reduce (o elimina), lo que aumenta aún más la precisión del INS. (Esta es la parte que puede ser TMI).
Hoy
Hoy en día, los sistemas INS generalmente usan giroscopios láser de anillo o sistemas de fibra óptica, que esencialmente miden el desplazamiento de fase de los rayos láser como resultado de la aceleración.
Los acelerómetros también se han miniaturizado y se incorporan habitualmente a los teléfonos inteligentes. Esto permite que los teléfonos inteligentes midan el movimiento alrededor de tres ejes (útil para jugar y controlar cosas).
Vaya … se me olvidó agregar una historia del mar o dos.
La alineación inercial en nuestro avión generalmente tomó alrededor de 20 minutos, por lo que esa fue generalmente una de las primeras cosas que hicimos en nuestro vuelo preliminar, tan pronto como se inició la APU y tuvimos poder en el avión.
Recuerdo una vez, cuando nos desplegamos en Islandia, hacía tanto viento que se levantaba la nariz del avión y las inercias no se alineaban. Teníamos que hacer que los linieros apretaran más las cadenas de amarre para evitar que el avión se moviera.
Keflavik, Islandia es un lugar interesante. En pleno verano, ya que está tan cerca del Círculo Polar Ártico, era básicamente ligero todo el día. Por supuesto, en pleno invierno estaba casi oscuro. Y, al ser una isla en el Atlántico Norte, generalmente experimentó horrendas condiciones de viento. De hecho, los vientos son tan consistentemente fuertes que los principales fabricantes de aeronaves envían sus aeronaves para pruebas de aterrizaje con viento cruzado.
Ocasionalmente, el avión no lo logra.
Recuerdo una noche nevada y ventosa en la que me estaba relajando en nuestro club en las dependencias del oficial. Uno de nuestros P-3 todavía estaba en una misión. Cuando uno de los pilotos F-4 de la USAF se enteró de que nuestro avión debía aterrizar pronto, comentó que no deberíamos contener la respiración, ya que nadie podía aterrizar con ese clima y tendrían que desviarse a Escocia.
Momentos después, escuchamos el zumbido de los motores de Allison y el zumbido familiar de los accesorios que se lanzaban en reversa. Tuvieron que enviar una grúa para que regresaran; la tripulación no pudo rodar en esas condiciones.
