Storia della strumentazione degli aeromobili: dall’analogico ai moderni flight deck

La cabina di pilotaggio è identificabile come l’interfaccia tra i piloti e il velivolo: la progettazione e l’implementazione dei sistemi che la compongono richiede perciò una comprensione approfondita delle sfide che i piloti devono affrontare e degli scenari per i quali si preparano.

La cabina di pilotaggio contiene tutte le apparecchiature di visualizzazione, controllo e comunicazione di cui i membri dell’equipaggio hanno bisogno per guidare l’aereo a terra e in volo, parlare con le torri di controllo o con altri aeromobili e monitorare gli impianti (motori, serbatoi carburante, aria condizionata, ecc.) a bordo.

Le prime cabine di pilotaggio

Una delle caratteristiche che accomuna tutti i velivoli è sempre stata la presenza di un cruscotto posto davanti o tra i piloti per visualizzare le informazioni necessarie per la navigazione e il controllo del volo.

Nei primi trent’anni di storia dell’aviazione, i pannelli di controllo degli aerei erano abbastanza semplici e minimali: i piloti prendevano le informazioni utili per il volo direttamente dall’osservazione dell’esterno dalla cabina di pilotaggio.

A condizione che la visibilità fosse buona, le cabine consentivano di osservare bene i movimenti dell’aereo (virata, salita e discesa), mentre una visuale ininterrotta del terreno forniva un aiuto alla navigazione: i piloti inoltre in passato volavano quasi esclusivamente a quota bassa.

A partire dagli anni ’30, i pannelli di controllo furono dotati di strumenti più complessi, che permisero ai piloti di volare di notte e in condizioni di scarsa visibilità. Ulteriori progressi furono compiuti negli anni ’50, quando furono introdotti strumenti per consentire agli aerei di atterrare con cattive condizioni meteorologiche.

I miglioramenti nell’avionica sono continuati fino ad oggi per garantire una maggiore funzionalità rispetto alla semplice osservazione dell’esterno, come avveniva in passato

L’ergonomia, un fattore chiave per l’evoluzione delle cabine di pilotaggio

La cabina di pilotaggio di un velivolo moderno deve fornire, istantaneamente e in modo efficiente, tutte le informazioni di cui l’equipaggio ha bisogno per valutare lo stato dell’aeromobile e le condizioni di volo e intraprendere così le azioni più appropriate.

Dentro la cabina, il pilota deve usare i suoi sensi e il suo ingegno per controllare una macchina straordinariamente complessa come un aereo in un ambiente a volte imprevedibile come il cielo.

Dal momento che i piloti guidano l’aereo in posizione seduta, l’ergonomia della cabina di pilotaggio deve offrir loro naturalmente il miglior comfort durante il lavoro.

La progettazione, il design, l’installazione e il funzionamento della cabina di pilotaggio devono dunque rispettare alcuni requisiti minimi, in considerazione della posizione seduta del pilota:

• la possibilità di raggiungere i comandi senza sforzo da una posizione di riferimento (cintura di sicurezza attaccata, imbracatura per le spalle sbloccata, occhi del pilota in posizione di riferimento);
• la visibilità degli strumenti di volo senza sforzi eccessivi;
• la visibilità minima dell’esterno della cabina;
• una facile comunicazione orale all’interno dell’abitacolo.

Il passaggio dall’analogico al digitale

Fino agli anni ’70, le pareti delle cabine di pilotaggio degli aerei di linea erano costellati di indicatori, strumenti e comandi elettromeccanici. I controlli erano generalmente progettati per un equipaggio di tre uomini: due piloti e un ingegnere.

Un tipico aereo di quel periodo aveva più di 100 strumenti e comandi, i più importanti dei quali erano pieni di barre, aghi e simboli. La NASA iniziò lo studio di un nuovo sistema per trovare una soluzione al problema della complessità degli strumenti e sviluppare così una serie di dispositivi di visualizzazione dei dati in grado di elaborare le informazioni grezze fornite dai sistemi degli aerei.

Questo sviluppo è stato possibile solo grazie a un cambiamento fondamentale nel tipo di informazioni elaborate dai sistemi di bordo: gli strumenti precedenti, basati su informazioni analogiche, fornivano indicazioni direttamente collegate ai fenomeni fisici associati (ad esempio pressione dell’aria, velocità o posizione).

L’informazione digitale, invece, risulta dalla conversione di una misura in codice binario mediante un convertitore analogico-digitale. La digitalizzazione per la navigazione ha portato così a un profondo cambiamento nelle cabine di pilotaggio dagli anni ’70 in poi.

La rivoluzione del “glass cockpit”

In effetti, questo profondo cambiamento nell’aspetto e nella disposizione degli abitacoli è stato guidato da due importanti miglioramenti tecnici:

• la disponibilità di sistemi elettronici sufficientemente capaci e affidabili per la digitalizzazione e l’elaborazione delle informazioni;
• lo sviluppo di tubi a raggi catodici (CRT), come quelli utilizzati nei monitor dei computer, ma in grado di adattarsi alle condizioni di luce ambientale estremamente variabili nelle cabine di pilotaggio degli aerei.

Queste due innovazioni hanno portato alla sostituzione dei principali strumenti di volo elettromeccanici con display di tipo computerizzato, e conseguentemente ad un cambiamento nella modalità di presentazione delle informazioni.

La combinazione di questi sviluppi tecnologici ha dato vita alla prima generazione di quelli che oggi sono chiamati “glass cockpit”. All’inizio degli anni ’80, questo nuovo concetto di cabina di pilotaggio è stato adottato ad esempio per l’Airbus A310 e il Boeing 757 e 767. Combinato con altre innovazioni come il Flight Management System, l’introduzione del glass cockpit ha reso possibile che gli aerei di linea fossero pilotati da un equipaggio di due persone.

Il presente e il futuro dell’avionica ora sono non solo gli schermi CRT, ma anche quelli LCD: Cirrus Aircraft è il primo costruttore che ha iniziato a usare l’avionica EFIS (Elettronic Flight Instrumentation System) sugli aerei di aviazione generale, implementando così schermi di tipo LCD o CRT.

Molto altro sta rivoluzionando la tradizionale cabina di pilotaggio: chissà come sarà la strumentazione di bordo tra 5 anni o forse tra molto meno!