Instalații de aeronave

O plantă este definită ca ansamblul elementelor structurale și funcționale adunate într-un complex organic destinat unor scopuri științifice sau tehnice particulare. Prin urmare, un sistem de elemente concepute pentru a furniza servicii distribuite ^[1] .

În domeniul aeronautic și aerospațial , aeronavele sau instalațiile de bord sunt în funcție de categoria aerodinei , numărul lor, complexitatea lor, amploarea mai mare sau mai mică în funcție de clasa aeronavei și importanța lor în vederea utilizării mașinii. Instalația poate fi considerată ca orice subsistem al sistemului aeronavei, dar alcătuită din componente separate și distincte și conectate prin elemente de transfer separate și distincte ^{[2] §1.1 [3]} .

Incidența sistemelor pe o aeronavă depinde de procentul de greutate și cost pentru categoria de aeronave, deoarece poate varia de la 40% la 60% din greutatea de funcționare goală sau greutatea maximă la decolare a aeronavei ^{[2] § 1.1} .

Aeronava în ansamblu este împărțită în trei categorii principale: structură , motoare și sisteme , atât din motive istorice, cât și din motive de competență și metodologii de proiectare. Având în vedere importanța lor fundamentală pentru performanța aeronavelor, motoarele cu elice și / sau elicele sunt întotdeauna studiate și proiectate într-un mod preliminar și autonom și nu ca componente ale sistemului de propulsie ^[3] .

Instalatii

Tipul instalației, din punctul de vedere al siguranței aeronavei pentru succesul zborului, este clasificat ^[4] în: centrale primare : în cazul în care o defecțiune în aceste centrale poate compromite siguranța aeronavei și / sau persoane transportate (de exemplu, în sistemul de control al zborului ); sisteme secundare : în aceste sisteme eșecul lor poate degrada comportamentul mașinii, astfel încât să anuleze misiunea, dar nu compromite siguranța acesteia (de exemplu, sistemul de presurizare a cabinei); sisteme auxiliare : o defecțiune a acestor sisteme poate degrada misiunea sau poate crea inconveniente, dar permite totuși efectuarea zborului (de exemplu, sistemul de aer condiționat ^[5] din cabină). Această clasificare în scopuri de siguranță se referă la eșecul complet al sistemului, în timp ce trebuie luat în considerare tipul de eșec și efectele relevante mai mult sau mai puțin relevante ale componentei unice.

Sistem de alimentare

^{Sistem de alimentare Boeing 737-300}

Sistemul de combustibil are funcția de a stoca combustibilul necesar și disponibil, de a-l transfera la motoare în condițiile de presiune și debit necesare pentru diferitele misiuni .

Principalele componente sunt: rezervoarele , pompele de transfer și pompele de alimentare. Principalele categorii de pompe hidraulice sunt: pompe cu deplasare pozitivă , capabile să deplaseze fluidul indiferent de presiunea utilizată (de exemplu, pompa cu piston ) și pompe fluid-dinamice care, încetinind fluidul accelerat, se obține energie (de exemplu, centrifuga pompa ).

Pe baza cerințelor specifice ale proiectului și a clasei aeronavei, sunt definite următoarele: cantitatea de combustibil care trebuie transferată, debitul și presiunea necesară motoarelor în diferite condiții de zbor , altitudine și temperatură. Specificațiile rezultate ale acestor cerințe trebuie să permită alimentarea tuturor motoarelor atât în ​​condiții normale, cât și în condiții de urgență, din cauza posibilei defecțiuni a unei părți a sistemului de alimentare cu energie electrică ^{[2] §7.1} .

Tipul rezervoarelor de combustibil

Cantitățile de combustibil de la bordul diferitelor tipuri de aeronave pot atinge valori foarte mari și afectează în mod semnificativ greutatea la bord sau greutatea maximă la decolare a aeronavei și centrul de greutate al acesteia.

Aranjarea corectă a acestor greutăți este o funcție a volumelor disponibile la bord și, mai presus de toate, în așa fel încât să lase spațiul maxim disponibil pentru achitarea încărcăturilor, cum ar fi pasagerii într-un avion sau pentru încărcarea într-un avion de marfă . Aripa este una dintre principalele zone, unde volumul inutilizabil poate adăposti combustibilul. Așa-numitele rezervoare integrale sau aripi umede sunt obținute din compartimentele etanșe pe care structura suprafeței aripilor le pune la dispoziție. Alte tipuri de tancuri sunt cele îmbarcate care pot fi rigide sau flexibile și în cele din urmă rezervoarele externe care pot fi detașate sau fixate prin pilonii aripilor .

Sistem de alimentare Boeing 737-300 cu legendă:

Sistem hidraulic

^{Sistem hidraulic tipic pentru un avion bimotor.}

Sistemul hidraulic are funcția de a controla și distribui energia hidraulică printr-un fluid incompresibil . În faza de proiectare a instalației, este definită secțiunea pentru transformarea energiei mecanice în energie hidraulică , rețeaua de transfer ( conducte rigide sau flexibile ) cu organele de control / reglare corespunzătoare și echipamentele care transformă energia hidraulică în energie mecanică. Rețeaua de distribuție și conectare constă din: țevi hidraulice pentru presiuni ridicate, fitinguri, supape și servovalve de diferite tipuri ( interceptare , siguranță și reglare ). Greutatea per unitate de putere instalată, eficiența ridicată, flexibilitatea mare, fiabilitatea ridicată și ușurința controlului sunt câteva dintre caracteristicile fundamentale care fac utilizarea fluidului hidraulic convenabilă în aeronautică ^{[2] §4.1} .

Generarea de presiune

^{Schema unui circuit hidraulic cu supapă de control.}

Pompele hidraulice sunt motoarele pentru generarea presiunii și a debitului necesare în cadrul sistemului. Pot fi acționate: cu motoare electrice , turbine cu aer comprimat, manual de către echipaj și în principal de elice , printr-un lanț de reductoare mecanice . Presiunile utilizate în mod obișnuit în domeniul aeronautic sunt de 21 MPa (≈3000 psi sau 210 kg / cm² ), dar sistemul hidraulic al Panavia Tornado și Concorde au fost proiectate să funcționeze la 28 MPa, în timp ce sistemul hidraulic al Cessna Citation funcționează la 10,5 MPa (≈1500 psi sau 105 kg / cm² ). Un sistem hidraulic a cărui funcționare nominală este de 21 MPa este testat pentru a exploda la 84 MPa (12000 psi sau 840 kg / cm² ) ^{[2] §4.3} . Dacă pompele hidraulice sunt acționate invers, adică asigurând un debit sub presiune, acest lucru creează o rotație a arborelui diversificându-le ca: motoare lente cu o viteză de rotație de 30 ÷ 300 rpm sau motoare rapide cu o viteză de 300 ÷ 3000 rpm ^{[ 2] §4.8} .

Utilități și accesorii hidraulice

^{Schema hidraulică a unui rezervor nepresurizat}

Utilitățile hidraulice tipice dintr-o aeronavă sunt actuatoare care transformă presiunea hidraulică în energie mecanică. Actuatorul liniar este definit ca un cric, în timp ce actuatorul rotativ este definit ca un motor hidraulic . Presiune acumulatori , filtre , hidraulice și compensatoare rezervoare, caldura Schimbătoare , etanșări și conexiunile hidraulice sunt accesorii componente ale unui sistem hidraulic tipic ^{[2] §4.2.} Prezența unuia sau mai multor rezervoare în sistemul hidraulic, precum și a utilizării pentru a conține fluidul, permite separarea oricăror contaminanți; absorb variațiile de volum și presiune, din cauza modificărilor termice sau a oricăror scurgeri sau scurgeri din sistem; și în cele din urmă pentru disiparea căldurii pe lângă schimbătoarele de căldură .

În mod normal, rezervoarele conectate la pompe, pentru a evita efectele de cavitație , în special atunci când crește altitudinea de zbor, sunt presurizate pentru a asigura pompelor un fluid sub presiune printr-o linie a sistemului pneumatic ^[6] .

Actuator

Secțiunea unui cilindru hidraulic.

Actuatorul transformă energia produsă de pompă și transportată de fluid în energie mecanică. Actuatoarele tipice sunt cilindrii hidraulici și motoarele hidraulice , acestea din urmă având adesea asemănări constructive puternice cu pompele, îndeplinind exact funcția inversă. Cilindrii folosiți în hidraulică sunt substanțial similari cu cei utilizați în pneumatice. Prin urmare, există cilindri cu acțiune simplă și cu acțiune dublă și, în plus, cilindri telescopici. Cilindrii cu efect dublu constau din două capete între care se interpune o căptușeală; sunt ținute împreună de patru tiranți, tija este ghidată de două bucșe de ghidare. Există un arc care determină cursa de întoarcere a pistonului. La cilindrii telescopici, se obțin curse mari în ciuda dimensiunilor generale reduse în poziția de repaus.

Supape

Același subiect în detaliu: Hidraulică § Supape .

Utilizarea supapelor este esențială pentru a putea oferi o logică de funcționare unui sistem hidraulic și siguranța acestuia poate fi garantată cu o utilizare adecvată. Există diferite tipuri de supape atât pentru controlul presiunii de curgere a fluidului (presiune maximă, reductoare de presiune), cât și pentru controlul debitului (nereturnare, distribuție, selecție, reglare etc.).

Caracteristicile specifice ale fluidului

Uleiuri pe bază de minerale:

• Mil-H-5606: pe bază de minerale, inflamabil, punct de aprindere destul de scăzut, utilizabil de la -54 ° C la 135 ° C, culoare roșie, dezvoltat în 1940 ^[7] .
• MIL-PRF-6083: Poate fi utilizat de la -54 ° C la 135 ° C, acolo unde este necesară protecție împotriva coroziunii și când nu este posibilă utilizarea fluidului MIL-PRF-46170 (FRH). Cu excepția componentelor vehiculelor de luptă blindate care necesită FRH, fluidul hidraulic este, de asemenea, utilizat ca fluid de protecție pentru sistemele și componentele hidraulice ale aeronavelor în care MIL-H-5606 (OHA) sau MIL-PRF-87257 este utilizat ca fluid de funcționare ^{[ 8]} .

Uleiuri sintetice pe bază de hidrocarburi:

• Aceste fluide sintetice sunt compatibile cu uleiurile hidraulice pe bază de minerale și au fost dezvoltate pentru a reduce punctul de aprindere al fluidelor hidraulice pe bază de minerale ^[7] .
• Mil-H-83282: pe bază de hidrocarburi sintetice, cu un punct de aprindere mai mare, auto-stingător, compatibil cu Mil-H-5606, culoare roșie pentru utilizare la -40 ° C.
• Mil-H-87257: O dezvoltare a Mil-H-83282 pentru a-și îmbunătăți vâscozitatea la temperatură scăzută.

sistem pneumatic

Același subiect în detaliu: Sistem de dezghețare .

Același subiect în detaliu: Presurizare (aeronautică) .

^{Schema unui turboreactor cu compresor axial :}

1	admisie	6	secțiune fierbinte
2	compresor de joasă presiune	7	turbină
3	compresor de înaltă presiune	8	camera de ardere
4	arzător	9	secțiune rece
5	Descarc	10	snorkel

Sistemul pneumatic este prezent la aeronavele cu motor cu turbină , deoarece este posibil să se exploateze energia produsă de aerul comprimat preluat din compresor și având valori mari de presiune și temperatură, poate fi utilizat atât pentru presurizarea, cât și pentru încălzirea zonelor a aeronavei. Sistemul pneumatic poate fi utilizat pentru: sisteme de climatizare și presurizare ; sistemul de decongelare ; pentru presurizarea rezervoarelor hidraulice, a rezervoarelor de combustibil sau a rezervoarelor de apă; pentru un sistem cu funcționare a actuatorului; pentru pornirea motoarelor, ventilația rezervoarelor de combustibil și pentru umflarea ușilor sau a trapei.

Schema unui turbojet cu compresor centrifugal .

Animația unui compresor axial; sursa NASA

Aerul comprimat poate fi generat atât de compresoarele volumetrice, cât și de turbocompresoare . Diferența dintre cele două tipuri de compresoare constă în viteza de funcționare pentru producerea debitului. Compresorul volumetric este în general un sistem cu cilindri și pistoane acționat de motoare hidraulice sau electrice sau pe benzină, unde raportul de compresie este independent de debit.

Turbocompresorul este acționat de o turbină, iar raportul de compresie depinde de viteza de funcționare. La avioanele cu motoare cu turboreactor , aerul comprimat generat vine direct de la compresorul motorului, atât compresorul centrifugal , cât și un compresor axial , obținând atât o linie de presiune înaltă, cât și de joasă presiune. În acest fel se generează un debit mic între 2% și 8% cu un sistem pneumatic cu presiune peste 1 MPa (> 145 psi sau> 10 kg / cm² ). Dimpotrivă, din unitatea de alimentare auxiliară este posibil să se obțină debite de 70% 80% cu aceeași putere pneumatică ^{[2] §6.2} .

Sistem electric

Același subiect în detaliu: unitate de alimentare auxiliară .

Sistemul electric, într-o formă mai mult sau mai puțin complexă, este prezent în toate aeronavele cu sarcina de a distribui energie către toți utilizatorii. De la începutul erei aeronautice, cu prima aeronavă motorizată, a existat deja un sistem electric pentru pornirea motorului și ulterior pentru primele instrumente și iluminarea lor. Pentru unele categorii de utilizatori, electricitatea este de neînlocuit în comparație cu alternativa altor energii atât pentru volumul și greutatea sa, cât și pentru dispunerea ușoară în anumite zone ale aeronavei.

În mod normal, în câmpul aeronautic se utilizează curenți direcți cu o tensiune de 28 volți, curenți alternativi monofazici la 115 volți la 400 Hz și curenți alternativi trifazici 115/200 volți la 400 Hz. Alegerea diferitelor tipuri de curent este întotdeauna legată de dimensiunea și greutatea generatoarelor. Frecvența tensiunii a fost, de asemenea, alegerea optimă datorită necesității de ușurință a generatoarelor, deoarece la aceeași putere un generator a cărui rotație este mai rapidă este mai ușor. Pentru tensiunea directă furnizată de acumulatori, a fost luată în considerare intensitatea curentului în cazul scurtcircuitelor și greutatea acestora, dar esențială pentru alimentarea de urgență și în faza de pornire ^{[2] §5.0} .

Tipul plantei

Pentru realizarea în alegerea diferitelor tipuri de instalații: continuă, în frecvență constantă sau variabilă este o analiză fundamentală a dispozitivelor electrice și a sarcinilor de utilizare a acestora. Cea mai consecventă parte a utilizării curentului continuu sau alternativ este indiferentă, dar curentul direct a fost preferat pentru componentele esențiale ale aeronavei: organele de comandă și controlul zborului ^{[2] §5.2} .

Surse de alimentare tipice

Generaţie

Turbină de aer Ram .

^{Funcționarea schematică a turbinei Ram Air}

Generatoarele , dinamurile și alternatoarele sunt acționate mecanic de motoarele hidraulice și pneumatice și de sistemele APU și RAT atunci când sunt în zbor sau cu motoare active, în timp ce la sol avionul este alimentat de sisteme de generație concepute pentru funcționarea pistei. Puterea de generare depinde de clasa și tipul aeronavei, de exemplu Boeing 747 are un sistem electric cu patru alternatoare de 60 KVA pe cele patru motoare și două alternatoare de 90 KVA pe APU; pe de altă parte, BAe 146, în ciuda faptului că este cu patru motoare, are două alternatoare de 40 KVA pe motoarele externe și unul pe APU. Pe SIAI Marchetti S-211 sistemul electric primar este în curent continuu cu un generator de la motor și două invertoare pentru transformarea în curent alternativ. Acumulatorii sunt întotdeauna prezenți pe aeronava din orice clasă sau tip de aeronavă pentru a satisface cererea de energie electrică în toate condițiile și mai ales ca rezervă în caz de avarie sau de urgență ^{[2] §5.4} .

Sistem de aer conditionat

Același subiect în detaliu: Presurizare (aeronautică) .

^{Diagrama funcțională a ECS (sistem} de ^climatizare de ^mediu) de ^{aer condiționat}

Sistemul de aer condiționat (sistemul de control ambiental - ECS ), la fel ca sistemul de presurizare, face parte din aerul condiționat al unui mediu limitat și constă din setul de operațiuni efectuate pentru a permite condiții termoigrometrice adecvate pentru utilizarea acestui mediu de către om , la orice condiție climatică externă și activitate internă (cu producție relativă de căldură endogenă), cu următoarele funcții: încălzire sau ventilație cu sau fără filtrare a aerului, umidificare sau dezumidificare și, prin urmare, condiționare . Echipamentul aeronavei și sistemele care alcătuiesc sistemele de la bord au nevoie, de asemenea, de un mediu controlat atât de temperatură, cât și de umiditate pentru funcționarea corectă a acestora. Condițiile de mediu la bord în timpul tuturor fazelor zborului trebuie controlate și reglate, cum ar fi presiunea, temperatura, umiditatea și compoziția aerului ^{[2] §8.1 [5]} . În raport cu altitudinea de funcționare, presiunea și temperatura aerului scad cu valori prezentate în medie în reglementările OACI, cum ar fi atmosfera standard internațională stabilită pentru funcționarea și calibrarea instrumentelor la nivelul mării .

Sistemul de aer condiționat trebuie să fie proiectat și dimensionat astfel încât să introducă sau să extragă căldură din zonele aeronavei și cu un domeniu de funcționare foarte ridicat (temperatura externă poate varia de la -60 ° C la 12.000 m peste +40 ° C la sol) ^{[2] §8.4} .

Legenda sistemului de aer condiționat Boeing 737-300 cu motoare în funcțiune:

^{(101) Linie de aer foarte cald provenind de la compresorul motorului (102) Linie de aer forțat (aer ventilator) (103) Linie de aer condiționat (104) Linie de aer condiționat}

Notă

Bibliografie

• ( RO ) Marcelo José Ruv Lemes, João Batista Camargo Jr, UTILIZAREA DSM ȘI DMM PENTRU SPRIJINIREA ACTIVITĂȚILOR DE DEZVOLTARE SAE ARP-4754 , la a 12-A CONFERINȚĂ INTERNAȚIONALĂ DE MODELARE A DEPENDENȚEI ȘI A STRUCTURII .
• ( EN ) Association of Air Transport, ATA 100 , 1956.
• ( EN ) SAE International, ARP 4754 - Liniile directoare pentru dezvoltarea aeronavelor civile și a sistemelor , 1996.
• ( EN ) EHJ Pallett, Aircraft Electrical Systems , Pitman, 1976.
• ( EN ) Sisteme electrice de aeronave, SAE, 1981 , SAE, 1981.
• ( EN ) Niren Laxmichand Nagda, Calitatea aerului și confortul în cabinele de pasageri. , Ediția 1393, ASTM International, 2000, p. 290, ISBN 978-0-8031-2866-8 .

• ( RO ) Al cincilea raport al Comitetului selectat pentru știință și tehnologie, CAPITOLUL 4: ELEMENTELE AERULUI DE CABINĂ SĂNĂTOS .

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe implanturi de aeronave

linkuri externe

• ( EN ) ATA 100 Capitole , pe s-techent.com .
• ( EN ) Aceasta este firma de consultanță a sistemelor de control al mediului aerospațial ECS , pe thisisecs.com .

V · D · M Motoare de aeronave
Motor cu combustie interna	Rotary cu motor inline cu motor în formă de U cu motor V cu motor W- cu motor H- cu motor X- cu motor orizontal opus cilindri cu motor radial (stelar)
Motor cu reacție (sau motor cu reacție)	Endoreactor combustibil solid · combustibil lichid · hibrizi Exoreactor Motorjet · turboreactoare · exhaustor · turbopropulsor · turboexhaustor · propfan motor · statoreactor · scramjet · Autoturboreattore · Pulsejet · Motor pentru detonare val Motoare hibride Rachetă mărită cu aer · Turborazzo · Motor cu jet pre- răcit / Motor cu ciclu de aer lichid
Componente	Piston · Cilindru · Camă · Admisie de aer · Compresor · Compresor centrifugal · Compresor axial · Arborele · Un combustor sau o cameră de ardere · Lumanare · Injector · Turbină · Arzător post · Duză de evacuare

Portale Aviazione

Portale Ingegneria