Instrumentos06,0[1]

MÓDULO 4: LA CIRCULACIÓN AÉREA

UNIDAD 2: USO DE LOS INSTRUMENTOS

NO RADIOELÉCTRICOS

Unidad 2. Uso de los instrumentos no radioeléctricos.

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ÍNDICE

1. Introducción .................................... .............................................. Pág. 3

2. Reloj, brújula y termómetro ..................... .................................... Pág. 4

2.1. Reloj

2.2. Brújula magnética

2.3. Termómetro

3. Altímetro y variómetro .......................... ..................................... Pág. 10

3.1. Introducción

3.2. Instrumentos basados en la diferencia de presión

3.3. Altímetro

3.4. Variómetro

4. Clases de altitud ............................... .......................................... Pág. 17

4.1. Definición

4.2. Clases de altitudes

5. Anemómetro...................................... .......................................... Pág. 19

5.1. Introducción

5.2. Clases de velocidad

6. Instrumentos basados en propiedades giroscópicas ........... Pág. 22

6.1. Uso de las propiedades

6.2. El horizonte artificial

6.3. Direccional giroscópica

6.4. Indicador de virajes


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1. INTRODUCCIÓN

Propósito: � El contenido de esta Unidad tiene como propósito familiarizar al

alumno con la utilización y cometidos de los distintos instrumentos no radioeléctricos, así como con las definiciones y empleo de las distintas clases de velocidad, altitud...etc.

Objetivos: �Al finalizar esta Unidad el alumno conocerá: Los fundamentos

básicos y empleo de los diferentes instrumentos no radioeléctricos.

La utilización correcta de las distintas altitudes y velocidades.

Nociones sobre el uso de estos instrumentos y sus errores.

Síntesis: � Reloj, brújula y termómetro.

� Altímetro y Variómetro. � Clase de altitud. � Anemómetro. � Clases de velocidad. � El horizonte artificial. � El direccional giroscópico. � El indicador de virajes. � Instrumentos basados en propiedades giroscópicas


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2. RELOJ, BRÚJULA Y TERMÓMETRO

2.1. RELOJ

Es el dispositivo con el que se mide el tiempo. Tiene una esfera como un reloj convencional, para leer las horas y los minutos. Los que llevan instalados los aviones hoy día, se suelen ajustar a la hora UTC (Universal Time Coordinated), antiguamente llamada hora Z o también hora GMT(hora del meridiano de Greenwich). Pueden llevar botones selectores de diferentes funciones, como la de cronómetro (para medir tiempos pequeños en ciertas maniobras) o la de tiempo transcurrido (elapsed time) entre dos posiciones distantes. Normalmente, estas funciones vienen integradas en el mismo instrumento. Aparte de indicar la hora, en los aviones de tecnología moderna el reloj envía señales a diferentes sistemas del avión.

Figura 1: Panel de instrumentos


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2.2. BRÚJULA MAGNÉTICA

Un imán es un metal que tiene la propiedad de atraer a otros metales; si le damos forma de barra alargada, sus extremos son dos polos, positivo y negativo y las líneas del campo magnético van del uno al otro.

La Tierra se comporta como un imán, siendo los polos de este imán terrestre el Norte y el Sur (magnéticos), que no coinciden exactamente con los polos geográficos. La diferencia en grados entre ambos polos Norte, se llama DECLINACIÓN y puede ser Este u Oeste.

Las líneas de fuerza magnéticas fluyen del polo Sur al polo Norte (ambos magnéticos), formando el campo magnético de la Tierra. Estas líneas son paralelas a la superficie de la Tierra en el ecuador magnético y son perpendiculares a dicha superficie en los polos magnéticos; el ángulo que forman dichas líneas con la superficie se llama INCLINACIÓN.

Una brújula terrestre normal tiene una carta en la que están marcados 360 grados y una aguja superpuesta imantada que se orienta al Norte magnético siguiendo las líneas del campo magnético de la Tierra.

La brújula del avión indica el rumbo del avión con respecto al norte magnético de la Tierra. Se llama rumbo magnético al ángulo formado por el norte magnético y el eje longitudinal del avión, en el sentido de las agujas del reloj.

Como la brújula no requiere energía eléctrica para funcionar, sirve como sistema de rumbos de reserva (brújula standby) en casos de emergencia y para comprobar otros sistemas de indicación de rumbo.

La brújula consta de dos barras imantadas unidas a una rosa de rumbos marcada con 360º, montada sobre un pivote, que permite el giro de las barras y la rosa; todo ello metido en un recipiente con un líquido. Los grados de la rosa de rumbos se ven a través de un cristal; en este cristal hay marcada una raya (línea de fe), bajo la cual se lee el rumbo.

Un gran número de instrumentos de navegación se apoyan o complementan con las indicaciones de la brújula.


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Los tipos de brújula son muy variados por lo que respecta a detalles constructivos, perfeccionamientos y utilización que deba dársele; pero esencialmente todas constan de un recipiente hermético llamado cámara de líquido o cuba, en cuyo interior va colocada la rosa orientable con libertad de giro sobre un pivote, graduada de 0º a 360º. Esta rosa lleva unidos unos imanes sobre los que ejerce la fuerza directiva el magnetismo terrestre. La cuba lleva un líquido que desempeña la función de amortiguamiento de trepidaciones y oscilaciones. Para poder leer los rumbos, en el cristal exterior hay una línea de fe que se debe hacer coincidir con el rumbo que representa la rosa de rumbos (Fig. 2).

Figura 2: Earth’s magnetic compared to a bar magnet


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Figura 3

Errores

Errores de la brújula magnética : - Declinación: Debida a la diferencia entre Norte magnético y

Norte geográfico. Si la declinación es hacia el Oeste, se suma al rumbo geográfico para obtener el rumbo magnético. Si es hacia el Este, se resta.

- Inclinación: Se produce cuando una parte de la rosa de rumbos

apunta hacia el suelo, debido al ángulo que forman las líneas de fuerza del campo magnético con la superficie terrestre.

- Aceleración y alabeo: Producido por ambos movimientos de la

aeronave, en conjunción con el error de inclinación.


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Limitaciones

- Desviación: Causado por interferencias magnéticas producidas dentro del avión por los diferentes equipos eléctricos.

- Oscilación: Producido por el balanceo de la rosa de rumbos a

causa de movimientos bruscos de la aeronave (por ejemplo, en turbulencias).

Debido a los errores citados y a ser algo inestable, la brújula magnética debe ser leída en condiciones de vuelo recto, nivelado y sin aceleraciones.

Figura 4

2.3. TERMÓMETRO

Es necesario conocer la temperatura del aire exterior, porque tiene relación con los valores de velocidad y altitud. La temperatura se mide en grados Celsius (centígrados), aunque también se usan los grados Fahrenheit, especialmente en U.S.A. Para transformar grados Celsius a Fahrenheit, se usa la fórmula:

º ºC F

5

32

9=

−


9


Errores Hay dos errores principales que afectan a la temperatura que indica el

instrumento de a bordo, es decir, a la temperatura indicada (IAT). El error de instalación, producido en la escala de lectura por la propia aguja. El error de calentamiento, producido por el rozamiento y la compresión del aire contra las superficies del avión; es un error al alza, es decir, provoca que la IAT sea mayor que la temperatura exterior real. Corrigiendo la IAT adecuadamente, tendremos la temperatura verdadera (TAT).


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3. ALTÍMETRO Y VARIÓMETRO

3.1. INTRODUCCIÓN

Los instrumentos básicos que proporcionan al piloto la información necesaria para poder gobernar al avión son seis, tres basados en las diferencias de presión y otros tres basados en las propiedades de los giróscopos. Los tres basados en las diferencias de presión son el anemómetro, el altímetro y el variómetro. Los tres basados en las propiedades de los giróscopos son el horizonte artificial, el direccional giroscópico y el indicador de virajes. En los siguientes capítulos vamos a estudiar primero los tres instrumentos basados en las diferencias de presión.

Figura 5


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3.2. INSTRUMENTOS BASADOS EN LA DIFERENCIA DE PRESI ÓN

La velocidad, la altitud y el régimen de subida o bajada se obtienen midiendo las presiones estática y dinámica que se generan en la masa de aire del entorno del avión. Para ello necesitamos un sistema que mida ambas presiones. 3.2.1. SISTEMA ESTÁTICO-DINÁMICO PARTE ESTÁTICA: La parte del sistema que mide la presión ambiente alrededor del avión, es el conjunto de tomas y conductos que llevan dicha presión a los tres instrumentos, anemómetro, altímetro y variómetro; también puede ser llevada al ordenador de datos de aire (ADC).El anemómetro usa este dato para calcular la velocidad, tanto en nudos, como en forma de número de Mach. Las tomas de presión estática se instalan en las áreas del avión menos afectadas por el flujo de aire, normalmente en los costados o en el tubo de toma dinámica. PARTE DINÁMICA: La parte del sistema que mide la presión dinámica es un tubo (el tubo pitot), orientado hacia delante para recibir el aire de impacto y colocado en el sentido del eje del avión. Es muy importante que esté limpio y que no se le pueda formar hielo, por lo que lleva un potente sistema de calefacción, normalmente eléctrico.

Figura 5: Estructura del tubo pitot


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Figura 6

3.3. ALTÍMETRO

El altímetro es el instrumento que mide la altitud del avión; se basa en el principio de que la presión atmosférica disminuye al ir aumentando la altura sobre la superficie de la Tierra.

El altímetro consta de una cápsula cerrada que se expande o se contrae cuando la presión atmosférica de su entorno disminuye o aumenta; ese movimiento de expansión o contracción se transmite mecánicamente a las agujas del altímetro que se mueven sobre la escala o carta indicadora.

Como la presión atmosférica en la superficie no siempre es la estándar, hay que cambiar la referencia sobre la que el altímetro efectúa la medición; en la escala indicadora hay una ventanilla en la que se selecciona la presión sobre la que se quieren tener las indicaciones de la escala. Las agujas marcarán la altitud sobre el plano correspondiente a la presión seleccionada en la ventanilla.


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Esta altitud se expresa normalmente en pies, aunque también hay

altímetros que la expresan en metros, especialmente si hay que sobrevolar la C.E.I. (antigua Rusia). En los aviones modernos, hay un codificador que transmite la altitud de 100 en 100 pies (si el transponder tiene Modo C), a la pantalla de radar del controlador. El altímetro tiene algunos errores en su indicación, como los de fricción, escala, mecánicos e histéresis (retraso en la marcación).

Figura 7

Figura 8


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Figura 9

Figura 10


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Figura 11

Selecciones en la ventanilla de presión: QNH: Es la presión atmosférica real al nivel del mar. Al poner el QNH en la ventanilla, el altímetro marcará la elevación del aeropuerto. Por ejemplo, si en Madrid-Barajas el QNH es 1030, al poner 1030 en la ventanilla el altímetro marcará 2.000 pies, aproximadamente. QFE: Es la presión atmosférica real al nivel del aeropuerto. Al poner el QFE en la ventanilla, el altímetro marcará 0 pies. Por ejemplo, si en Madrid-Barajas el QFE es 1009, al poner 1009 en la ventanilla el altímetro marcará 0 pies. QNE: Es la selección en la ventanilla de 1013,2. El altímetro indicará la altitud sobre la isobara de 1013,2; es el reglaje para usar niveles de vuelo (FL).


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3.4. VARIÓMETRO

Es el instrumento que mide la variación de presión estática en la unidad de tiempo; no confundir con el altímetro, que medía la variación de presión atmosférica. La indicación del variómetro es la velocidad vertical o el régimen de cambio de presión estática y aparece en la escala o carta como el cambio de altura en la unidad de tiempo, en pies por minuto El variómetro tiene una cápsula barométrica, unida a la presión estática exterior y está colocada dentro del recipiente que también está unido a dicha presión, pero por medio de un tubo muy fino. Al subir o bajar el avión, la presión disminuye o aumenta, lo que se transmite inmediatamente al interior de la cápsula, pero muy lentamente al interior del recipiente con lo que dicha cápsula se expande o contrae inicialmente, movimiento que es enviado a la aguja indicadora. Una vez que el avión ha subido o bajado, se van igualando las presiones de la cápsula y del recipiente, por lo que si se mantiene la altura, el variómetro indicará velocidad vertical cero.


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4. CLASES DE ALTITUD

4.1. DEFINICIÓN

� Altitud es la distancia vertical entre un punto o un nivel y una

superficie dada. En aviación, esta superficie es el nivel medio del mar. Hay diferentes tipos de altitudes, dado que el altímetro mide variaciones de presión teniendo en cuenta una atmósfera estándar.

Figura 12: Vertical velocity indicator


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4. CLASES DE ALTITUD

4.2. CLASES DE ALTITUDES

1. ELEVACIÓN Elevación de un punto de la superficie de la Tierra es la distancia entre ese punto y el nivel medio del mar (el nivel medio del mar, en España, se toma sobre Alicante). La elevación de un aeropuerto es la de su punto de referencia (ARP), que viene especificado en el AIP.

2. ALTITUD ABSOLUTA Es la distancia (altura) que hay entre el avión y la elevación del terreno situado debajo de él. 3. ALTITUD INDICADA Es la altitud que se lee en el altímetro. 4. ALTITUD CALIBRADA Es la altitud indicada, corregida por el error de instalación. 5. ALTITUD VERDADERA Es la altitud calibrada, corregida por las condiciones de la atmósfera no estándar. Es la altura real sobre el nivel medio del mar. 6. ALTITUD DE PRESIÓN Es la altitud (calibrada) sobre la isobara de 1013,2, suponiendo una temperatura estándar. Normalmente se usa como altitud de presión la lectura de altímetro cuando en la ventanilla se selecciona 1013,2. Es la lectura usada para mantener niveles de vuelo (FL). 7. ALTITUD DE DENSIDAD Es la altitud de presión corregida por temperatura.

ERRORES

Como ya vimos, la densidad de la atmósfera está afectada por la presión y la temperatura, por lo que las variaciones de ambos, afectarán a la altitud del avión. Si se vuela hacia un área de bajas presiones, el avión desciende con relación al terreno, aunque esté manteniendo el nivel de vuelo (FL). Ocurriría lo contrario si volásemos hacia un área de altas presiones. Si se vuela hacia un área fría, el avión desciende con relación al terreno, aunque esté manteniendo el nivel de vuelo (FL). Ocurriría lo contrario si volásemos hacia un área más caliente. Por lo que respecta al control de tráfico aéreo (ATC), el que la atmósfera no sea estándar no afecta a la separación vertical entre aviones, pues todos sufren los mismos errores; pero sí tiene importancia en relación con la separación sobre el terreno.


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5. ANEMÓMETRO

5.1. INTRODUCCIÓN

Es el instrumento que mide la velocidad del avión. Se compone de un tubo que toma la presión estática y la de impacto del aire y las envía a un receptáculo que tiene una cápsula receptora de la presión de impacto; el resto del receptáculo recibe la presión estática. La diferencia entre ambas señales es la presión dinámica que hace que la cápsula se expanda o se contraiga; ese movimiento es transmitido a una escala o carta, sobre la cual una aguja indica la velocidad (normalmente, en nudos). El número de Mach es una forma de expresar la velocidad en relación con la velocidad del sonido. Se obtiene dividiendo la velocidad verdadera (TAS) por la velocidad del sonido.

Figura 13


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5. ANEMÓMETRO

Figura 14

Figura 15


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5. ANEMÓMETRO

5.2. CLASES DE VELOCIDAD

Los anemómetros están calibrados para la atmósfera estándar, por lo que normalmente sufrirán unos errores que dan lugar a diferentes clases de velocidades.

IAS . . . . . . . . VELOCIDAD INDICADA Es la velocidad que se lee en la escala o carta

CAS . . . . . . . . VELOCIDAD CALIBRADA Es la velocidad indicada corregida por el error de instalación.

EAS ............... VELOCIDAD EQUIVALENTE Es la velocidad calibrada corregida por el error de compresibilidad.

TAS ................ VELOCIDAD VERDADERA O PROPIA Es la velocidad equivalente corregida por el error de densidad del aire. GS ………. VELOCIDAD SOBRE EL SUELO Es la velocidad verdadera corregida por el viento.

M ……….. NÚMERO DE MACH Es el cociente de dividir la velocidad verdadera por la velocidad del sonido. Volar a Mach 1 (1M), significa ir a la velocidad del sonido; hacerlo a 0,8 M, significa ir un poco menos de la velocidad del sonido. Los aviones de moderna tecnología, muestran la IAS, la TAS y la GS, aunque la más corrientemente usada por el control de tráfico aéreo es la IAS.


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6. INSTRUMENTOS BASADOS EN PROPIEDADES GIROSCÓPICAS

Una vez vistos los instrumentos básicos basados en la diferencia de presión, vamos a estudiar los tres basados en las propiedades de los giróscopos: El horizonte artificial, el direccional giroscópico y el indicador de virajes. Un giróscopo es una masa homogénea que gira alrededor de un eje, pudiendo tener libertad de movimientos alrededor de los ejes del espacio. La masa homogénea se llama rotor. Las dos propiedades fundamentales de los giróscopos son la inercia y la precesión. Gracias a la propiedad de INERCIA, cuando el rotor de un giróscopo gira rápidamente, el eje de giro mantiene su orientación, sin importarle los movimientos del sitio o base en el que esté montado. La PRECESIÓN es la desviación del eje de giro de su alineación anterior en el espacio. Es provocada por cualquier fuerza aplicada al eje de giro, aunque la desviación no ocurre donde se aplica la fuerza, sino a 90º de donde se aplica, en el sentido del giro y en la misma dirección. Hay una precesión aparente, provocada por el movimiento de rotación de la Tierra, en la cual el eje de giro del rotor no cambia de dirección en el espacio, apunta de diferente forma hacia la superficie terrestre; no es realmente una precesión del giróscopo. Para alinear el eje de giro hay un sistema enderezador o de nivelación, que aplica una fuerza al eje cuando se acciona un mando en el instrumento que corresponda.

6.1. USO DE LAS PROPIEDADES

El horizonte artificial y el giróscopo direccional hacen uso de ambas propiedades; el horizonte usa la inercia para tener un plano de referencia y la precesión para mantener el eje de giro en posición vertical. El direccional usa la inercia para tener un plano de referencia y la precesión para mantener el eje de giro en posición horizontal. El indicador de virajes usa sólo la precesión.


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Figura 16


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Figura 17

Figura 18


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Figura 19: Apparent Presesión (Earth Rate Presesión)

6.2. EL HORIZONTE ARTIFICIAL

Es el instrumento que proporciona al piloto una referencia que coincide con el horizonte terrestre, dando la posición del avión en cabeceo (morro arriba o abajo) y en alabeo (inclinación de las alas), con relación a dicho horizonte. Para dar esa información usa las propiedades del giróscopo citadas anteriormente; por otro lado, se hace que el eje de giro se mantenga perpendicular a la superficie de la Tierra.


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La escala de presentación de la información está dividida en dos partes separadas por una raya horizontal que coincide con el horizonte real terrestre. La parte superior es de color azul claro y la inferior de un color oscuro, normalmente negro. En ambas partes, hay unas marcas cada 5º, siendo más grandes las de 10º y 20º, que indican los grados de posición de morro hacia arriba o hacia abajo. Superpuesto en la escala, hay un avión en miniatura y una graduación en alabeo con marcas grandes en 0º, 30º, 60º y 90º; hay marcas pequeñas en las posiciones de 10º y 20º. En los aviones de nueva tecnología, en esta escala se presentan, además, datos del director de vuelo (FD), radioaltímetro, rumbo, aproximación ILS o VOR, velocidad, variómetro, ángulo de ataque, etc, por lo que el instrumento ha pasado a llamarse ADI y más modernamente, PFD. En todas las formas de presentación de datos, se incluyen unos avisos en forma de banderas o destellos, que alertan del mal funcionamiento de alguna señal.

Figura 20: J-8 Attitude Indicador


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Figura 21: El instrumento se muestra desde la perspectiva del piloto

Figura 22


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6.3. DIRECCIONAL GIROSCÓPICA

Es el instrumento que indica el rumbo del avión. Funciona usando las propiedades del giróscopo, con el eje de giro en posición horizontal. La escala o carta de presentación de datos está marcada de 0º a 360º en el sentido de las agujas del reloj, con marcas grandes cada 10º desde 0º y marcas pequeñas cada 10º desde 5º. El giróscopo hay que ajustarlo al rumbo, lo que se hacía con la brújula del avión, inicialmente en el suelo y en vuelo, cada 15 minutos.

Para evitar este inconveniente, se ha instalado posteriormente en el extremo de las alas un equipo que detecta las líneas magnéticas de fuerza del campo terrestre (flux valve); los movimientos del avión en dirección, hacen variar las líneas de fuerza detectadas, lo que produce una señal que es enviada al giróscopo para su realineación.

A la escala de presentación de rumbos se le han ido añadiendo datos de ADF, VOR, DME, ILS, etc, por lo que ha pasado a llamarse HSI y más modernamente, ND. En todas las formas de presentación de datos, se incluyen unos avisos en forma de banderas o destellos, que alertan del mal funcionamiento de alguna señal.

Figura 23

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Figura 24


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Figura 25

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Figura 26


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6.4. INDICADOR DE VIRAJES

Es el instrumento usado para hacer virajes coordinados. Indica, por lo tanto, no sólo si el avión vira, sino si lo hace correctamente, es decir, sin resbalar hacia dentro del viraje ni derrapar. La escala o carta de presentación de información tiene dos indicadores: Una aguja que marca el viraje (también llamada “bastón”) y una bola que marca si dicho viraje es correcto. La aguja recibe señales de un giróscopo que tiene el eje de giro horizontal y usa la propiedad de la precesión giroscópica para generar dichas señales. Normalmente, cuando está desviada del centro un ancho de aguja, el régimen de viraje es de 1,5º por segundo, por tanto, un viraje de 360º durará cuatro minutos. La bola está dentro de un tubo curvado, transparente y lleno de líquido, por cuyo interior se desplaza debido a las fuerzas de gravedad y centrífuga. Si el viraje es correcto, ambas se compensan y la bola permanece centrada; si en el viraje se resbala (se cae el avión hacia dentro del giro), la bola se desplazará hacia el mismo lado del viraje; si se derrapa, la bola se desplazará hacia fuera.

Figura 27

© Este documento es propiedad de Aena - SENASA

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