10.8: Ejercicios

Ejercicio\(\PageIndex{1}\) Navigation

• Para la Tabla de Aproximación dada en la Figura 10.21, identifique las Navaids y Frecuencias Asociadas. Identificar las diferentes trayectorias finales de aproximación tanto para los perfiles laterales como verticales (anote la fijación inicial, la fijación inicial y el punto de aproximación final. Indicar altitudes y distancias a las correcciones pertinentes). Identificar el procedimiento de giro.

• Para el gráfico del espacio aéreo superior en ruta en la Figura 10.20, identifique los UIR. Identificar los volúmenes P, D, R del espacio aéreo. Seleccionar una vía aérea entre dos waypoints/navaids arbitrarios. Identificar el nombre de la vía aérea, límites de altitud, radial y distancia entre waypoints/navaids. Seleccione una navaid arbitraria y hacia abajo el tipo, las coordenadas y la frecuencia.

• Accede al AIP de tu país, descarga un SID y un STAR correspondientes al aeropuerto de la ciudad capital e intenta identificar todos los elementos relevantes.

Contestar

A continuación se proporciona una solución esquemática. El lector debe notar que las tablas analizadas a continuación corresponden a la AIP española en 2016. Para diferentes partes del mundo, se pueden encontrar algunas diferencias en los gráficos. Para EU, véase por ejemplo (Citar FAA)

Figura 10.22: Ejercicio: Gráfico En Ruta.

1) En ruta Gráfico: La información se proporciona en la Figura 10.22. En ella se marca la delimitación de regiones UIR. Sin embargo, se analiza un rastro de vía aérea UN870 entre PISUS y PONEM. La información sobre esa pista en particular está en caja. Se puede identificar fácilmente el nombre de la vía aérea (UN870\(70^{\circ}\)), la dirección magnética (), la FL mínima (FL245, correspondiente al espacio aéreo superior) y la distancia entre puntos de referencia (42 NM). Además, el marcador > indica que la vía aérea solo puede volarse en esa dirección particular. Para conocer los niveles de vuelo que están permitidos, se tiene que verificar las rutas RNAV básicas ATS en la AIP (rutas ENR 3 - ATS). En este caso particular, EVEN FLs sólo están permitidos.

Figura 10.23: Aplicación instrumental. gráfico: APP a Adolfo Suarez Madrid Barajas, RWY 32L.

2) Gráfico de aproximación final: Observe que se trata de un enfoque de no precisión (un enfoque no ILS). Verifique tanto el texto con descripciones como la Figura 10.23.

1) Frecuencias para el control APP (e.g., 134.950), control TWR y servicio AFIS. Estos deben afinarse a bordo para comunicarse con ATC.
2) Mapa de terreno con altitud en pies y áreas P, D, R en color rosa y restricciones de altitud. Por ejemplo, el área marcada LED41 en la Figura 10.23 denota un espacio aéreo peligroso (D) entre la altitud 5000 pies y Tierra.
3) Navaids: En aras de la simplicidad, solo Colmenar Viejo (etiquetado CNR) se resalta aquí en la Figura 10.23. Se puede observar la frecuencia para sintonizarlo (117.30), su ubicación geográfica en el mapa, sus coordenadas y la tipología (DVOR/DME).
4) Procedimiento de aproximación: perfil horizontal. Solo se expone el procedimiento que comienza en IAF (Fix Initial Approach Fix) TOBEK Aeronave toma radial\(048^{\circ}\) (con respecto a Perales (PDT)); alcanza IAF TOBEK (4.9 NM de DME Perales); luego gira para llegar a Radial 326 (con respecto a Perales), alcanzar el Fijo Inicial (IF) a 10.2 NM y 5.9 NM con respecto a DME Barajas (etiquetado BRA) y DME Perales, respectivamente; seguir Radial 145 con respecto a BRA; llegar a Fix Final Approach Fix (FAF) a 5.1 NM de DME Barajas; proceder a la pista.
5) Procedimiento de aproximación: perfil vertical. De igual manera, se expone el procedimiento TOBEK. La aeronave se nivela a 5000 pies, sobrevolando TOBEK; luego desciende siguiendo el Radial 326 con respecto al PDT a 4000 pies (2070 con respecto al Suelo), nivelación e intercepta el IF; luego desciende siguiendo el Radial 145 con respecto a BRA, nivelación a 3400 pies e intercepta FAF; de FAF en adelante, desciende con un Pendiente de 5.1%.
6) El procedimiento de giro se destaca en la Figura 10.23. Observe que el procedimiento Go-Around inicia en el MAPT (Punto de Aproximación Mixta).
7) Por último, pero no menos importante, en las Tablas marcadas a continuación en la tabla se pueden observar tiempos entre FAF y MAPT (3.6 NM) y la tasa de descenso (ROD) requerida para mantener una pendiente de 5.1% a diferentes Velocidades de Suelo.

3) Ruta SID y STAR: Estas preguntas se dejan como un ejercicio abierto a los alumnos. Observe que encontrar la información en la AIP no es sencillo, por lo que dejar abierto el ejercicio debería ayudar al alumno a pasar por el proceso de encontrar la información necesaria en la AIP. Para la interpretación de ambos SIDs y STAR, se puede verificar por ejemplo la explicación SID ²⁰ de IVAO y la explicación STAR de IVAO, ²¹ respectivamente.

Ejercicio\(\PageIndex{2}\) ANS Services

Considere un vuelo previsto entre los aeropuertos A y B (por ejemplo, Europa Continental) a\(H\) la hora del día\(D\). De acuerdo con las operaciones actuales, analice:

• Cómo afectarían los servicios de navegación aérea esbozados en la Figura 10.4 a su plan de vuelo previsto a nivel estratégico, es decir, meses antes de la Hora H y Día D. ¿Cuál es el estado de su plan de vuelo? ¿Qué papel desempeñan las Comunicaciones, Navegación y Vigilancia en esta etapa?

• Cómo afectarían los servicios de navegación aérea esbozados en la Figura 10.4 a su plan de vuelo previsto en pre-táctico, es decir, 1-2 días antes de la operación hasta tres horas antes de la Hora H y Día D. ¿Cuál es el estado de su plan de vuelo? ¿Qué papel desempeñan las Comunicaciones, Navegación y Vigilancia en esta etapa?

• Cómo los servicios de navegación aérea esbozados en la Figura 10.4 afectarían su plan de vuelo previsto durante la fase táctica (pre-vuelo y ejecución), es decir, desde 3 horas antes de la salida hasta la ejecución en tiempo real del vuelo. ¿Cuál es el estado de su plan de vuelo? ¿Qué papel desempeñan las Comunicaciones, Navegación y Vigilancia en esta etapa?

Contestar

 

Figura 10.24L Procesos del Plan de Vuelo.

Por favor, consulte los servicios de navegación aérea esbozados en la Figura 10.4. Adicionalmente, todos los procesos en los que se involucra un plan de vuelo se esbozan en la Figura 10.24. Los siguientes párrafos tratan de evaluar (esquemáticamente) las preguntas propuestas:

1) Nivel estratégico

• Primero debe entrar en el proceso de coordinación de franjas horarias y solicitar una para el Día D y la Hora H. Esto debe hacerse de acuerdo al calendario de temporada (al menos 6 meses antes de la salida). Por favor, refiérase a la Figura 10.17 como ejemplo.
• Supongamos que tienes un espacio. Si su vuelo tiene cierta periodicidad, producirá un plan de vuelo repetitivo. Para ello, debes confiar en la ASM, en particular en la disponibilidad de rutas: consulta AIP para ver gráficos. Observe también que ATFM publicará un Documento de Disponibilidad de Ruta (RAD) y su también debe cumplirlo.
• El plan de vuelo debe ser enviado a ATFM (capa estratégica) para que verifiquen que su plan de vuelo cumpla con la estructura de rutas y el documento RAD (verificación de consistencia). Podría ser rechazada y así devuelta al centro de operaciones de vuelo para una mayor planificación de vuelo (también, generalmente se emiten sugerencias de reenrutamiento) o aceptarse. Observe que el envío del Plan de Vuelo es un proceso continuo (puedes presentar tantas veces como quieras) que podría tener lugar a nivel estratégico, sin embargo también existe (probablemente más intensamente) a nivel pre-táctico.
• Observe que en este punto los Servicios Met no son muy relevantes, ya que los pronósticos solo son capaces de predecir el clima dentro de un débil (aunque con mucha incertidumbre). Se pondrá a disposición un pronóstico mucho más preciso en etapas posteriores del proceso.
• El CNS no juega un papel importante aquí: solo fíjese que la red en rutas ha sido (originalmente) construida en base a la existencia de navaids ubicadas en ciertas ubicaciones geográficas. Observe también que toda la estructura de las rutas ATS está diseñada de tal manera que, posteriormente durante el vuelo, se pueda proporcionar CNS.

2) Nivel Pre-táctico

• En este punto, 1-2 días, el proceso se acelera a medida que el tiempo se acerca a la salida. Observe que asumiendo un vuelo IFR (típico de la aviación comercial), tres horas antes de la salida se debe enviar el plan de vuelo a dependencias de ATFM. El Plan de Vuelo incluirá un EOBT (Estimated off Block Time) que ATFM utilizará para su planeación táctica (asignación ATFM de franjas horarias en los siguientes pasos).
• En esta etapa, el Met Service es muy importante, ya que se dispone de pronósticos mucho más precisos tanto para el centro de operaciones de vuelo (para el ajuste fino del plan de vuelo, por ejemplo, tomando en consideración vientos favorables) como para la ANSP (por ejemplo, identificación de peligros potenciales que puedan afectar la capacidad del sistema).
• El servicio pre-táctico de ATFM será el encargado de analizar la capacidad de los diferentes sectores de la Red. Recogerá información de los Posiciones de Gestión de Flujo (1 por sector), información Met, cualquier problema que pueda aparecer como NOTAM, etc. Se producirá un Mensaje de Notificación ATFM incluyendo todas las regulaciones (restricciones de capacidad) que se apliquen para el día siguiente. Esta información podría ser relevante para el envío de vuelos para volver a hacer el plan de vuelo si es necesario.
• CNS: No juegues ningún papel importante en este momento (igual que antes)

3) Fase táctica (pre-vuelo y ejecución)

• ATFM en esta etapa (2-3 Horas antes de la salida) equilibraría la capacidad y la demanda. La demanda será dada por todos los planes de vuelo presentados (aviso que 3 horas antes de la salida no se admitirán más planes de vuelo) y regulaciones de capacidad (incluidas en los mensajes de notificación ATFM). ATFM aprobará o retrasará el vuelo. En cualquier caso, ATFM proporcionará un Tiempo de Take Off Calculado (CTOT) (EOBT + taxi + posiblemente un retraso).
• En cuanto al MET, los pronósticos a corto plazo y la información en tiempo real son muy relevantes en esta etapa. Es importante distribuir Información para pilotos y controladores (por ejemplo, METAR) para tomar bajas antes de partir y durante el vuelo. En particular, la dirección e intensidad del viento será el conductor para la configuración operativa (cabezas de pista operativas) tanto del aeropuerto de salida como de destino. Esto podría ser útil para elegir SID y STAR (Verificar AIP). Además, los riesgos climáticos en ruta deben evitarse durante el vuelo.
• En cuanto a ATS, son por supuesto muy relevantes antes de la salida y durante el vuelo: acordar cambios (Piloto-controlador) en el plan de vuelo previsto; asesorar maniobras en caso de conflicto potencial o peligro meteorológico; usar FIS en caso de alguna información relevante; ALS podría activarse en caso de emergencia.
• Finalmente, el CNS juega un papel muy importante durante la ejecución. En cuanto a las comunicaciones, se debe considerar tanto el servicio fijo (envíos de planes de vuelo a todos los sectores ATC) como el servicio móvil (comunicaciones de enlace de voz y datos). En cuanto a los sistemas de navegación, son fundamentales para saber dónde está la aeronave y cómo seguir la ruta (VOR, DME, etc. son relevantes tanto en Nav. convencional como RNAV; la información se presenta al piloto utilizando instrumentos de cabina a bordo). En cuanto a los sistemas de vigilancia, están orientados a proporcionar a los controladores la información de la aeronave (posición, altitud, velocidad, etc.) en sus pantallas (posición de trabajo del controlador) para monitorear su evolución a bordo y, si es necesario, instruirles la maniobra correspondiente.

Ejercicio\(\PageIndex{3}\) ATFM Exercise

Considera 8 aviones que salen todos al mismo tiempo T de diferentes aeropuertos. Todas las Aeronaves han enviado sus planes de vuelo previstos antes de la salida (en T-3H). El ATFM táctico es el encargado de analizar si las rutas cumplen con la red de rutas (lo son) y evaluar los posibles desequilibrios durante la ejecución del vuelo. Las condiciones del problema son:

• Según las distintas FMP, la capacidad en los Sectores I, II, III, IV y V es de 2 en cualquier momento.
• Las estrellas corresponden a la posición prevista de\(Acj (j = 1,...,8)\) en un tiempo futuro\(T+3h\). Tenga en cuenta que el tamaño de la aeronave ha sido sobreenfatizado artificialmente.
• Los cuadrados corresponden a los waypoints de entrada/salida a sectores.
• Las distancias son (todas las unidades en km):

Vía aérea a)\(A - AC1 = 5; Ac1 - C = 45; C - Ac2 = 5; Ac2 - J = 50\);
Vía aérea b)\(M - B = 50; B - Ac6 = 10; Ac6 - D = 35; D - Ac7 = 10; Ac7 - E = 25\);
Vía aérea c)\(G - Ac3 = 5; Ac3 - Ac4 = 20; Ac4 - H = 25; H - Ac5 = 10; Ac 5 - I = 50\);
Vía aérea d)\(F - L = 35; L - Ac8 = 5; Ac8 - K = 50\);

• Todos los aviones vuelan a la misma velocidad:\(200\ km/h\).

Las preguntas son las siguientes:

Figura 10.25: Disposición ATFM

• ¿Se equilibra la demanda con la capacidad (considere no sólo\(T+3H\), sino todos los tiempos potenciales en los que la aeronave estaría sobrevolando los Sectores I a V)? En caso afirmativo, identificar los desequilibrios de capacidad.

• De acuerdo con el trazado dado en la Figura 10.25 (y actuando de la misma manera que el ATFM táctico enfrenta hoy este tema), evaluar cuantitativamente las medidas que deben tenerse en cuenta (llegar a una solución tratando de minimizar las interrupciones en los planes de vuelo previstos).

Contestar

Primero debemos verificar si existen desequilibrios de capacidad. Para ello, debemos analizar el estado de la aeronave en diferentes instantes de tiempo tanto antes como después del tiempo de instantánea (\(T+3H\)). El lector debe señalar que se trata de un ejercicio relacionado con ATFM, es decir, la imagen que se muestra representa una simulación de lo que se supone que suceda (de acuerdo con los planes de vuelo presentados) en el momento T+3H. Lo que hace ATFM (entre otros temas) es simular todos los planes de vuelo presentados y verificar los desequilibrios de capacidad-demanda.

Así simulamos en tres instantes diferentes de tiempo, a saber:\(T+3H-3\) min;\(T+3H-1.5\) min;\(T+3H+7.5\) min; y\(T+3H+15\) min. Evaluamos la demanda (número de aeronaves) en cada Sector (observe que una aeronave en posición InterSector se considera que pertenece a ambos sectores). El conteo es el siguiente:

• \(T + 3H - 3\)min (aviso que la aeronave vuela 10 km en 3 min):
  - Ac2 en S.I; Ac6 @ B (SECTOR I)
  - Ac2 @ B; Ac7 @ D (SECTOR II)
  - Ac7 @ D; Ac 8 EN S.III (SECTOR III)
  - Ac5 @ H (SECTOR IV)
  - Ac 4 en S.V; Ac5 @ H (SECTOR V)
• \(T + 3H - 1.5\)min (aviso que la aeronave vuela 5 km en 1.5 min):
  - Ac1 @ A; Ac2 @ C (SECTOR I)
  - Ac6 en S.II (SECTOR II)
  - Ac7 en S.III; Ac8 @ L (SECTOR III)
  - Ac5 en S.IV; Ac8 @ L (SECTOR IV)
  - Ac3 @ G; Ac2 @ C; Ac4 en S.V (SECTOR V)
• \(T + 3H + 7.5\)min (aviso que la aeronave vuela 25 km en 7.5 min):
  - Ac1 en S.I (SECTOR I)
  - Ac6 en S.II (SECTOR II)
  - Ac7 @ E (SECTOR III)
  - Ac5 en S.IV; Ac8 en S.IV; Ac4 @ H (SECTOR IV)
  - Ac3 en S.V; Ac2 en S.V (SECTOR V)
• \(T + 3H + 15\)min (aviso que aeronaves vuelan 50 km en 15 min):
  - (SECTOR I)
  - (SECTOR II)
  - Ac6 en S.III (SECTOR III)
  - Ac5 @ I; Ac4 en S.IV; Ac3 en S.IV; Ac8 @ K; Ac2 @ J (SECTOR IV)
  - Ac1 en S.V; Ac2 @ @ J (SECTOR V)

Dado que la capacidad de cada sector en cualquier momento es de 2, se puede observar fácilmente que se rebasa. Los estudios actuales de ATFM ejecutan el llamado software CASA (asignación de ranuras asistidas por computadora) para equilibrar la capacidad y la demanda, esencialmente un algoritmo de primer servicio que viene primero, que calcula el tiempo CTOT imponiendo retrasos en tierra a la aeronave de “último llegado”. El propósito aquí no es replicar el algoritmo CASA, sino proporcionar una solución que equilibre la demanda con la capacidad. Se propone lo siguiente: retrasar en tierra Ac 4 más de 7.5 min (e.g., 8 min); retrasar Ac 3 más de 16.5 min (e.g., 17 min); retrasar Ac 2 menos que 1.5 min (por ejemplo, 1 min); y retrasar Ac 1 más de 1.5 min (por ejemplo, 2 min).

Analicemos ahora la demanda con estos nuevos CTOT (luego de imponer los retrasos propuestos) en los momentos problemáticos y posteriores:

• \(T + 3H + 15\)min\(\to\)
  - Ac1 en S.I (SECTOR I)
  - (SECTOR II)
  - Ac6 en S.III (SECTOR III)
  - Ac5 @ I; Ac8 @ K (SECTOR IV)
  - Ac2 en S.V; Ac 4 en S.V (SECTOR V)
• \(T + 3H + 18\)min\(\to\)
  - (SECTOR I)
  - (SECTOR II)
  - Ac6 en S.III (SECTOR III)
  - Ac2 en S.IV; Ac4 en S.IV (SECTOR IV)
  - Ac1 en S.V; Ac3 en S.V (SECTOR V)

Se puede observar que ahora la demanda no va más allá de la capacidad (2 aeronaves por sector en cualquier momento). El lector debe notar que esta solución no pretende ser exhaustiva, se requieren simulaciones asistidas por computadora para probar si esta afirmación se mantiene para todo momento. En todo caso, debería servir de ejemplo para entender cómo funciona ATFM.

Ejercicio\(\PageIndex{4}\) ATC Exercise

Considera 2 aviones volando en la configuración esbozada en la Figura 10.26. ATC se encarga de evitar cualquier posible conflicto durante el vuelo. Las condiciones del problema son:

• Ac.1 y Ac. 2 se establecen a FL constante.
• El controlador ejecutivo a cargo del sector puede asesorar a los aviones para modificar la velocidad (aviso de velocidad). Tenga en cuenta que no se consideran maniobras verticales ni vectorización (avisos de giro).
• Las estrellas corresponden a la posición de Ac 1 y Ac 2 en el tiempo t (t corresponde a tiempo real, es decir, el boceto es lo que el controlador está viendo en su pantalla). Tenga en cuenta que el tamaño de la aeronave ha sido sobreenfatizado.
• Las distancias son (todas las unidades en km): d1=60 km; d2= 40 km
• Las verdaderas velocidades aéreas son: ²²\(V_{TAS_1}\) = 300 km/h;\(V_{TAS_2}\) = 200 Km/h A menos que el ATC avise, se supone que las aeronaves deben mantener una velocidad y una trayectoria constantes.
• Los mínimos de pérdida de separación pueden aproximarse a una distancia de 10 Km.

Las preguntas son las siguientes:

• ¿Se prevé algún conflicto potencial?
• Suponiendo que el controlador quiera resolver el conflicto con un solo aviso (ya sea a la aeronave 1 o 2) y este aviso se pueda proporcionar instantáneamente en el momento t: ¿Qué aviso de velocidad podría darse?

Contestar

Las ecuaciones de movimiento (tomando el waypoint como origen de coordenadas) se pueden establecer de la siguiente manera:

\[x_1 = 60 - V_1 \cdot t \label{eq10.8.1}\]

\[y_1 = 0 \label{eq10.8.2}\]

\[x_2 = 0 \label{eq10.8.3}\]

\[y_2 = 40 - V_2 \cdot t \label{eq10.8.4}\]

Calculemos primero el tiempo para llegar al WP I para cada una de las aeronaves:

\[t_{airc_1} = \dfrac{60}{300} = \dfrac{1}{5}\nonumber\]

\[t_{airc_2} = \dfrac{40}{200} = \dfrac{1}{5}\nonumber\]

Por lo tanto, es sencillo ver que existe un conflicto potencial. Recordemos que existirá un conflicto si se viola la distancia mínima (en este caso, suponemos\(d_{\min}\) = 10 km).

La distancia se puede calcular de la siguiente manera:

\[d^2 = x_1^2 + y_2^2\nonumber\]

Al sustituir\(x_1\) y\(y_2\) en la Ec. (\(\ref{eq10.8.1}\)) - (\(\ref{eq10.8.4}\)) y ajuste\(d = 10\), uno tiene una ecuación cuadrática sobre\(t\):

\[5.1 + t^2 \cdot 130 - t \cdot 520 = 0\nonumber\]

Resolviéndolo uno obtiene la ventana de tiempo en la que tenemos el conflicto:

\[t \in [0.1722, 0.2277]\nonumber\]

Para evitar el conflicto, decidimos por ejemplo modificar la velocidad aérea de la aeronave 1. Para evitar cualquier conflicto potencial,\(d \ge 10\);\(\forall t\), en particular\(d \ge 10\);\(\forall t \in [0.1722, 0.2277]\).

Tenemos cuatro opciones:

• acelerar o desacelerar la aeronave 1.
• acelerar o desacelerar la aeronave 2.

Si decidimos desacelerar alguna de las aeronaves, debemos imponerla en el tiempo máximo del intervalo de conflicto, es decir,\(t = 0.2277\),\(d = 10\). Ya que estamos reduciendo la velocidad de una de las aeronaves, volará más despacio y llegará más tarde a los puntos conflictivos. Debemos asegurarnos de que a más tardar aún no haya llegado. Si tuviéramos que acelerar uno de los aviones, tendríamos que imponer los criterios mínimos de separación en el momento más breve de conflicto.

La pregunta que surge es: ¿cuál es la estrategia correcta? En principio, cualquiera de ellos es válido. Observe sin embargo que, podríamos tener problemas relacionados con una velocidad relativa convergente.

Figura 10.27: Solución al ejercicio ATC.

Por ejemplo, si decidimos desacelerar la aeronave 1 e imponer eso en el tiempo máximo del intervalo de conflicto, es decir,,\(t = 0.2277\)\(d = 10\), sustituyendo obtenemos una ecuación cuadrática sobre V1, cuya solución arroja 226.94 km/h (la otra solución es de 300 km/h, es decir, no tocar la aeronave). En este caso, dado que la aeronave 1 sigue volando más rápido que la aeronave 2, no podemos asegurar que no haya conflicto después. Efectivamente la hay. La Figura 10.27.a ilustra la solución.

Si bajamos la velocidad a 225 km/h, entonces ya no hay conflicto. La Figura 10.27.b ilustra la solución.

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20. https://www.ivao.aero/training/docum...SID_charts.pdf

21. https://www.ivao.aero/training/docum...TAR_charts.pdf

22. tenga en cuenta que el viento puede ser descuidado