Los vuelos de prueba, (en inglés: Flight test) también conocido como prueba de vuelo o ensayo de vuelo,Jorge García de la Cuesta Terminología aeronáutica son vuelos que se realizan con el propósito de investigación, desarrollo, validación y mantenimiento de la aviónica o conceptos de una aeronave fabricada para su uso comercial. También pueden ser experiencias introductorias para el público general que desean probar el pilotaje de un avión bajo la supervisión de un instructor cualificado. Estos vuelos pueden clasificarse en dos tipos principales: Los que involucran a profesionales de la aviación para evaluar el diseño de un nuevo avión o verificar sus sistemas tras un mantenimiento. Los "vuelos de prueba" para el público, que son una primera toma de contacto con el mundo de la aviación.
Pruebas Aeronaves civiles Generalmente, existen dos categorías de programas de pruebas de vuelo: comerciales y militares. Las pruebas de vuelo comerciales se realizan para certificar que la aeronave cumple con todos los requisitos de seguridad aérea y rendimiento aplicables del organismo gubernamental que lo certifica. En Estados Unidos, este organismo es la Administración Federal de Aviación (FAA); en Canadá, Transport Canadá (TC); en el Reino Unido, la Autoridad de Aviación Civil (CAA); y en la Unión Europea, la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA). Dado que el desarrollo de aeronaves comerciales suele financiarse por el fabricante y/o inversores privados, el organismo certificador no tiene interés en el éxito comercial de la aeronave. Estos organismos civiles se preocupan más por la seguridad de la aeronave y por que el manual de vuelo del piloto refleje con precisión su rendimiento. El mercado comercial determinará la idoneidad de la aeronave para los operadores. Normalmente, el organismo de certificación civil no interviene en las pruebas de vuelo hasta que el fabricante haya detectado y corregido cualquier problema de desarrollo y esté listo para solicitar la certificación.
Aeronaves militares Los programas militares se diferencian de los comerciales en que el gobierno contrata al fabricante de aeronaves para diseñar y construir una aeronave que cumpla con capacidades específicas para la misión. Estos requisitos de rendimiento se documentan para el fabricante en las especificaciones de la aeronave, y los detalles del programa de pruebas de vuelo (entre muchos otros requisitos del programa) se especifican en la declaración de trabajo. En este caso, el gobierno es el cliente y tiene un interés directo en la capacidad de la aeronave para cumplir la misión. Dado que el gobierno financia el programa, participa más en el diseño y las pruebas de la aeronave desde el principio. A menudo, pilotos de prueba e ingenieros militares se integran al equipo de pruebas de vuelo del fabricante, incluso antes del primer vuelo. La fase final de las pruebas de vuelo de la aeronave militar es la Prueba Operacional (PO). La PO la lleva a cabo un equipo de pruebas exclusivamente gubernamental con el objetivo de certificar que la aeronave es adecuada y eficaz para realizar la misión prevista.
Las pruebas de vuelo de aeronaves militares suelen realizarse en instalaciones militares de prueba. La Armada de los Estados Unidos prueba sus aeronaves en la Estación Aeronaval de Patuxent River y la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en la Base Aérea Edwards. La Escuela de Pilotos de Prueba de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y la Escuela de Pilotos de Prueba de la Armada de los Estados Unidos son los programas diseñados para la formación del personal de pruebas militares. En el Reino Unido, la mayoría de las pruebas de vuelo militares las realizan tres organizaciones: la Real Fuerza Aérea (RAF), BAE Systems y QinetiQ. Para mejoras menores, las pruebas pueden ser realizadas por una de estas tres organizaciones de forma independiente, pero los programas importantes suelen ser llevados a cabo por un Equipo Conjunto de Pruebas (JTT), en el que las tres organizaciones colaboran bajo la coordinación de un equipo de proyecto integrado (IPT).
Procesos Las pruebas de vuelo —generalmente consideradas como un tipo de vuelo sin fines comerciales, aunque la compañía SpaceX también ha realizado extensas pruebas de vuelo en la fase posterior a la misión de un cohete propulsor de regreso en lanzamientos comerciales— pueden estar sujetas al mayor riesgo de accidentes o incidentes graves, estadísticamente demostrado, propio de estos últimos. Esto se debe principalmente a las incógnitas sobre las características de control de una nueva aeronave o vehículo de lanzamiento y a la falta de procedimientos operativos establecidos, situación que puede agravarse si los pilotos carecen de la formación o experiencia necesarias para pilotar o volar la aeronave. Por este motivo, las pruebas de vuelo se planifican cuidadosamente en tres fases: Preparación Ejecución Análisis e informe.
Preparación
Tanto para aeronaves comerciales como militares, así como para vehículos de lanzamiento, la preparación para las pruebas de vuelo comienza mucho antes de que el vehículo de prueba esté listo para volar. Inicialmente, se debe definir qué se necesita probar, a partir de lo cual los ingenieros de pruebas de vuelo preparan el plan de pruebas, que consiste esencialmente en ciertas maniobras que se deben realizar (o sistemas que se deben poner a prueba). Cada prueba individual se conoce como Punto de Prueba. Un programa completo de pruebas de vuelo para la certificación/calificación de una nueva aeronave requerirá pruebas para muchos sistemas de la aeronave y regímenes de vuelo; cada uno se documenta generalmente en un plan de pruebas separado. En total, un programa de pruebas de vuelo para la certificación constará de aproximadamente 10 000 Puntos de Prueba.
El documento utilizado para preparar un vuelo de prueba para una aeronave se conoce como Tarjeta de Pruebas. Esta tarjeta incluye una descripción de los Puntos de Prueba que se realizarán. El ingeniero de pruebas de vuelo procurará, en la medida de lo posible, realizar vuelos con puntos de prueba similares de todos los planes de prueba. Esto permite obtener los datos necesarios en el menor número de horas de vuelo. El software utilizado para controlar el proceso de pruebas de vuelo se denomina Software de Gestión de Pruebas de Vuelo y ayuda al ingeniero de pruebas de vuelo a planificar los puntos de prueba y a generar la documentación necesaria.
Una vez establecidos los requisitos de datos para la prueba de vuelo, la aeronave o el vehículo de lanzamiento se equipa con un sistema de adquisición de datos (DAS) o una unidad de adquisición de datos (DAU) y sensores para registrar dichos datos para su análisis. Los parámetros típicos de instrumentación registrados durante una prueba de vuelo para una aeronave de gran tamaño son:
Presión y temperatura atmosféricas (estáticas). Presión y temperatura dinámicas ("totales"), medidas en varias posiciones alrededor del fuselaje. Cargas estructurales en las alas y el fuselaje, incluidos los niveles de vibración. Actitud de la aeronave, ángulo de ataque y ángulo de deslizamiento lateral. Aceleraciones en los seis grados de libertad, medidas con acelerómetros en diferentes posiciones de la aeronave. Niveles de ruido (interior y exterior). Temperatura interior (en la cabina de vuelo y los compartimentos de carga). Deflexión de los controles de la aeronave (palanca/columna de control, pedal del timón de profundidad y posición del acelerador). Parámetros de rendimiento del motor (presión y temperatura en diversas etapas, empuje, tasa de consumo de combustible). Se pueden llevar a bordo instrumentos de calibración específicos, cuyo comportamiento se ha determinado a partir de pruebas anteriores, para complementar las sondas incorporadas a la aeronave.
Durante el vuelo, estos parámetros se utilizan para calcular parámetros relevantes del rendimiento de la aeronave, como la velocidad aerodinámica, la altitud, el peso y la posición del centro de gravedad.
Durante determinadas fases de las pruebas de vuelo, especialmente durante las primeras etapas del desarrollo de una nueva aeronave, se transmiten numerosos parámetros a tierra durante el vuelo, donde son monitorizados por los ingenieros de pruebas y de apoyo, o bien se almacenan para su posterior análisis. Esto permite la monitorización de la seguridad y facilita el análisis, tanto en tiempo real como mediante simulación completa, de los datos recopilados.
Ejecución Una vez que una aeronave o vehículo de lanzamiento está completamente ensamblado e instrumentado, se realizan numerosas horas de pruebas en tierra. Esto permite explorar múltiples aspectos: el funcionamiento básico de la aeronave, los controles de vuelo, el rendimiento del motor, la evaluación de la estabilidad de los sistemas dinámicos y proporciona una primera aproximación a las cargas estructurales. Posteriormente, el vehículo puede realizar su vuelo inaugural, un hito fundamental en cualquier programa de desarrollo de aeronaves o vehículos de lanzamiento.
Un programa de pruebas de vuelo tiene varios aspectos, entre los que se incluyen:
Cualidades de manejo, que evalúan la controlabilidad de la aeronave y su respuesta a las acciones del piloto en todo el rango de vuelo. Las pruebas de rendimiento evalúan las aeronaves en relación con sus capacidades proyectadas, tales como velocidad, alcance, potencia disponible, resistencia aerodinámica, características del flujo de aire, etc. La estabilidad aeroelástica/de aleteo evalúa la respuesta dinámica de los controles y la estructura de la aeronave a las cargas aerodinámicas (es decir, inducidas por el viento). Las pruebas de aviónica/sistemas verifican que todos los sistemas electrónicos (navegación, comunicaciones, radares, sensores, etc.) funcionen según lo previsto. Las cargas estructurales miden las tensiones en la estructura del avión, los componentes dinámicos y los controles para verificar la integridad estructural en todos los regímenes de vuelo.
Las pruebas específicas para aeronaves militares incluyen:
Lanzamiento de armamento, que analiza la capacidad del piloto para adquirir el objetivo utilizando los sistemas a bordo y lanzar con precisión el proyectil sobre el objetivo. Una evaluación de la separación de la munición al salir de la aeronave para garantizar que no haya problemas de seguridad. Reabastecimiento en vuelo. Medición de la firma radar/infrarroja. Operaciones con portaaviones. Las situaciones de emergencia se evalúan como parte integral de todo programa de pruebas de vuelo. Algunos ejemplos son: fallas de motor durante las distintas fases del vuelo (despegue, crucero y aterrizaje), fallos de sistemas y degradación de los controles. Durante las pruebas de vuelo se establece y verifica el rango operativo completo (pesos brutos admisibles, centros de gravedad, altitud, velocidades máximas y mínimas, maniobras, etc.). Se demuestra siempre la seguridad de la aeronave incluso más allá de los límites permitidos para las operaciones normales en el Manual de Vuelo.
Dado que el objetivo principal de un programa de pruebas de vuelo es recopilar datos de ingeniería precisos, a menudo sobre un diseño que no está completamente probado, pilotar una aeronave de prueba requiere un alto grado de formación y habilidad. Por ello, estos programas suelen ser llevados a cabo por un piloto de pruebas especialmente entrenado, los datos son recopilados por un ingeniero de pruebas de vuelo y, con frecuencia, se muestran visualmente al piloto de pruebas o al ingeniero mediante instrumentación de vuelo.
Análisis e informes El vuelo de prueba incluye el análisis de un vuelo para su certificación. Analiza tanto el interior como el exterior de la aeronave, revisando cada detalle. El informe incluye los resultados del análisis de datos.