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Sistemas del avión - Monografía



 
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Aviones. Tren de aterrizaje. Flaps. Freno aerodinámico. Bombas. Dimensionamiento. Funcionamiento


TRABAJO PRACTICO N  1


SISTEMAS DEL AVION



SISTEMA HIDRAULICO



Pre-dimensionar un sistema hidráulico de una aeronave según las siguientes condiciones:

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- Elementos a accionar:



1)    TREN DE ATERRIZAJE: Compuesto por una pata de nariz y dos principales; cada una con un cilindro de doble efecto para extensión y retracción de la pata; un cilindro de extensión y retracción de las tapas (doble efecto) y un cilindro para traba arriba (simple efecto con retorno por resorte y se acciona para destrabar).

2)    FLAPS: Dos cilindros con control de extensión simétrica accionados por dos cilindros de doble efecto.

3)    FRENO AERODINAMICO: Dos cilindros de doble efecto.


- Valores requeridos a los actuadores:



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Requerimientos de tiempo:



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Condiciones particulares:



- TREN DE ATERRIZAJE:

Secuencia para coordinar puertas y patas. El destrabe de la pata en su posición superior libera mecánicamente la extensión. Actuador regenerativo. Traba superior por acción del resorte. Válvula de control de dos posiciones.

- FLAPS:

Válvula de control de tres posiciones, con control eléctrico a partir de señales de un sistema de indicación de posición. Válvula de alivio por exceso de velocidad.

- FRENO AERODINAMICO:

Válvula de control de dos posiciones  con accionamiento mecánico. Válvula de fijación en posición deseada.

- ACUMULADOR:

Neumático, de expansión y compresión adiabática con nitrógeno.
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DIMENSIONAMIENTO



DATOS VALIDOS PARA TODOS LOS ACTUADORES:


PMAX= 3000 PSI
PMIN= 1500 PSI
K=1 (para vínculos móviles en los extremos)
MATERIAL: ACERO DIN ST52
E=2,1   106 Kg/cm²
ADM = 2100 Kg/cm²
Lp = 4,5″+C (actuador en posición retraída)

AEROFRENOS:



F= 1500 Kg
C= 80 mm
Lp = (8 cm + 11.43 cm) + 8 cm

Lp = 27.43 cm

F = P   S
1500 Kg = 105.465 Kg/cm²   3.1416   r²

r = 2.128 cm
d = 4.255 cm

Selecciono el diámetro estándard



Dc = 4.286 cm = 111/16″

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1500 Kg   64   (27.43 cm)² = Dv4
(3.1416)³   2.1 106 Kg/cm²

Dv = 1.026 cm

Selecciono el diámetro standard



Dv   1.111 cm = 7/16″

Dv = 1.111 cm = 7/16″
Dc = 4.286 cm = 111/16″
Sv = 0.970 cm²
Sc = 14.429 cm²


Cálculo de la máxima carga soportada por el vástago.


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Fcrit = 2037 Kg

Fcrit > F

El émbolo resiste perfectamente las cargas aplicadas.



Vc = Sc   C

Vc = 14.429 cm²   8 cm

Vc = 115.432 cm³

V = 2.667 cm/s

Q = 2.667 cm/s   60   14.429 cm²
1000

Q = 2.309 l/min

FLAPS:



F = 800 Kg
C = 12 cm
P = 105.465 Kg/cm²
Lp = 35.43 cm

F =     r²   P

r² =              800 Kg
3.1416   105.465 Kg/cm²

r = 1.554 cm

Selecciono el diámetro estándard



Dc = 3.108 cm

Dc   3.175 cm = 11/4″

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Dv = 0.987 cm

Selecciono el diámetro standard


Dv   1.111 cm = 7/16″

Dc = 3.175 cm = 11/4″
Dv = 1.111 cm = 7/16″
Sc = 7.917 cm²
Sv = 0.970 cm²

Vc = Sc   C

Vc = 7.917 cm²   12cm

Vc = 95.008 cm³

V = 4 cm/s

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Q = 1.9 l/min

TREN PRINCIPAL:
TRABA:



F = 30Kg
C = 3 cm
Lp = 17.43 cm
Dv = 3/8″
Dc = 1/2″
Sc = 1.267 cm²

Vc = Sc   C

Vc = 1.267 cm²   3 cm

Vc = 3.801 cm³

TAPAS DE TREN:



Fe = 40 Kg
Fr = 50 Kg
C = 20 cm
Lp = 51.43 cm
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40 Kg = 3.1416   105.465 Kg/cm²   r²

r = 0.347 cm

Dc = 0.695 cm

Selecciono el diámetro standard

Dc   1.270 cm = 1/2″

Dv = 3/8″
Dc = 1/2″
Sc = 1.267 cm²
Sv = 0.713 cm²

Fret   50 Kg

Fret = 105.465 Kg/cm²   (1.267 cm² - 0.713 cm²)

Fret = 58.428 Kg

Vc = Sc   C

Vc = 1.267 cm²   20 cm

Vc = 25.340 cm³

EXTENSION/RETRACCION PATA DE TREN PRINCIPAL:



C = 10 cm
F = 700 Kg
P = 105.465 Kg/cm²
Lp = 31.43 cm
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r = 1.454 cm

Dc = 2.907

Selecciono el diámetro estándard



Dc   3.016 cm = 13/16″
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Dv = 0.680 cm

Selecciono el diámetro estándard



Dv   0.953 cm = 3/8″

Dc = 3.016 cm = 13/16″
Dv = 0.953 cm = 3/8″
Sc = 7.145 cm²
Sv = 0.713 cm²

Vc = Sc   C

Vc = 7.145 cm²   10 cm

Vc = 71.454 cm³

Vv = 7.133 cm³

Vr = Vc - Vv

Vr = 64.321 cm³

EXTENSION/RETRACCION DEL TREM DE NARIZ:



F = 400 Kg
C = 10 cm
P = 105.465 Kg/cm2
Lp = 31.43 cm
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400 Kg = 3.1416   105.465 Kg/cm²   r²

r = 1.099 cm
d = 2.198 cm

Selecciono el diámetro estándard



Dc   2.223 cm = 7/8″
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Dv = 0.789 cm


Selecciono el diámetro estándard



Dv   0.953 cm = 3/8″

Dc = 2.223 cm = 7/8″
Dv = 0.953 cm = 3/8″
Sc = 3.879 cm²
Sv = 0.713 cm²

Vc = Sc   C

Vc  = 3.879 cm²   10 cm

Vc = 38.795 cm³

Vv = 7.13 cm³

Vr = Vc - Vv

Vr = 31.662 cm³

CALCULO DEL VOLUMEN TOTAL DE TODOS LOS ACTUADORES DE TREN:



EXTENSION/RETRACCION



3 ACTUADORES DE TRABA                   11.403    /    0 cm³

3 ACTUADORES DE TAPAS                   76.020    /  42.78 cm³

2 ACTUADORES PRINCIPALES                142.908    / 128.642 cm³

1 ACTUADOR DE NARIZ                    38.795   /  31.662 cm³

TOTAL                                    269.126   / 203.084 cm³

Cálculo del caudal aproximado necesario para cumplir los requerimientos de velocidad de actuación.
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QFLAPS               = 1.900 L/min
QAEROFRENOS    = 2.309 L/min
QTREN                = 1.920 L/min

CALCULO DEL  P POR CADA METRO DE TUBERIA:



FLUIDO          = MIL-H-5606
= 14 cSt (40º C)
FLASH POINT = 93º C
= 844 Kg/m³
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TUBERIAS RIGIDAS:



Las velocidades elegidas para cada tipo de tubería es consecuencia del número de Reynolds requerido acorde al diámetro de las tuberías a instalar y para evitar tener un flujo turbulento dentro de las tuberías y en las tuberías de retorno, evitarían excesivas sobrepresiones y en la de alimentación el fenómeno de cavitación de las bombas.

Vp = 6 m/s
Va = 1 m/s
Vr = 2 m/s
D = 1/4″
Dint = 5 mm
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TUBERIAS FLEXIBLES:



Vp = 6 m/s (velocidad media en las tuberías de presión)
Va = 1 m/s (velocidad media en las tuberías de alimentación a las bombas)
Vr = 2 m/s (velocidad media en las tuberías de retorno)
D = 3/16″
Dint = 3/16″ = 0.476
SPEC. = MIL-H-8794-3L (Especificación de la tubería acorde al diámetro y a la      AC43.13 Chapter 10)

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CALCULO DEL ACUMULADOR:



P2 = 3000 PSI
P3 > P2/3
P1 = 0.9   P3

P2 = 3000 PSI = 210.930 Kg/cm²
P3 = 1500 PSI = 105.465 Kg/cm²
P1 = 1350 PSI =  94.915  Kg/cm²

Vr = 600 cm³ (1 ciclo extensión/retracción)
Va = 450 cm³
Vb = 150 cm³

TRANSFORMACIONES ADIABATICAS



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ELECCION DE LA BOMBA:



VICKERS PF 3906-2
P = 3000 PSI
N = 2700 RPM
Q2700 RPM = 2.876 L/min

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El caudal máximo para este sistema hidráulico es el requerido por el subsistema de aerofrenos que requiere 2.309 L/min. Se selecciona esta bomba VICKERS PF 3906-2, al ser capaz esta bomba de enviar un caudal real de 2,7 L/min aproximadamente, poseer un alto rendimiento volumétrico y soportar la presión máxima a la que podría trabajar el sistema.

Si el rendimiento mecánico de la bomba fuera 6686.gif

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CALCULO DEL VOLUMEN DEL DEPOSITO:



2   Qbomba = Vdep

Vdep = 2   2.732

Vdep = 5.752 L


ELECCION DE LA BOMBA MANUAL DE EMERGENCIA:



BENDIX-AIRCRAFT 407350

Pmáx = 3000 PSI
Pmín = 1500 PSI
Qn = 1.5 in³ por accionamiento
Qn = 0.025 L por accionamiento
Qr = 2.309 L/min

Se selecciona esta bomba porqué es una de las que desplaza mayor caudal por carrera y es capaz de soportar a la vez las 3000 PSI de la Pmáx.


CALCULO DE LA CANTIDAD DE CARRERAS NECESARIAS:



Es necesario obtener un caudal de 2,309 L/min que es el máximo que requiere este sistema.

0.025 L                  1 Carrera
2.309 L                   X Carreras

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Son necesarias aproximadamente 93 carreras para desplazar un volumen de 2,309 Litros, por lo tanto son necesarias 93 Carreras por minuto para obtener un caudal de 2.309 L/min.

CONFIGURACION DE LOS ACTUADORES DE CADA SUBSISTEMA:



AEROFRENOS:

EXTENSION DE LOS AEROFRENOS - VASTAGO A COMPRESION

FLAPS:

EXTENSION DE FLAPS - VASTAGO A COMPRESION

TAPAS DE TREN:

EXTENSION DE LAS TAPAS - VASTAGO A COMPRESION

PATAS DE TREN:

EXTENSION DE LAS PATAS - VASTAGO A COMPRESION

Se selecciona esta configuración para tener una mayor área efectiva del émbolo y poder efectuar una fuerza mayor con un tamaño del actuador menor. Si fuera en el caso inverso, si bien el área del vástago podría ser menor, por no existir a la tracción los fenómenos de pandeo, se requerirá un área del émbolo mayor para compensar la pérdida de área por la presencia del vástago.
1999


REFERENCIAS DEL SUBSISTEMA DE FLAPS:



1.    VALVULA SELECTORA DE TREN.
2.    RESISTENCIA VARIABLE SENSORA DE POSICION DE LA VALVULA SELECTORA.
3.    VALVULA DE SENTIDO.
4.    VALVULA DE CONTROL DE ACCIONAMIENTO DE FLAPS PARA EVITAR SOBRECARGAS.
5.    VALVULA DIVISORA DE CAUDAL.
6.    ACTUADORES DE DOBLE EFECTO.
7.    EJE DE CHARNELA DEL FLAP.
8.    RESISTENCIA VARIABLE SENSORA DE POSICION DEL FLAP.
9.    INDICADOR EN CABINA DE LA POSICION DEL FLAP.
10.    RESISTENCIA VARIABLE SENSORA DE POSICION DEL FLAP QUE ALIMENTA EL CIRCUITO DE CORTE EN POSICIONES INTERMEDIAS DEL FLAP.
11.    RELE DE ACCIONAMIENTO DEL EMBRAGUE [12].
12.    EMBRAGUE DE CONEXIÓN/DESCONEXION DEL EJE DE TRANSMISION DE MOVIMIENTO DEL SINCRO A LA VALVULA SELECTORA (SE DESCONECTA PARA EVITAR QUE CUANDO EL PILOTO ACCIONA LA VALVULA, TRANSMITA EL MOVIMIENTO DESDE LA VALVULA AL MOTOR Y AL RECEPTOR DEL SINCRO A TRAVES DEL TREN DE ENGRANAJES [13]).
13.    TREN DE ENGRANAJES.
CX. TRANSMISOR DEL SINCRO DE CONTROL.
CR. RECEPTOR DEL SINCRO DE CONTROL.

REFERENCIAS DEL SISTEMA PRINCIPAL:



1.    DEPOSITO.
2.    VALVULAS DE CORTE EN EMERGENCIA.
3.    FILTRO DE RETORNO (10  m).
4.    BOMBAS PRINCIPALES.
5.    VALVULA ANTI RETORNO.
6.    BOMBA MANUAL.
7.    FILTRO DE PRESION (10  m)
8.    REGULADOR DE PRESION (1500 a 3000 PSI).
9.    VALVULA DE ALIVIO (3900 PSI).
10.    MANOMETRO EN CABINA.
11.    VALVULA DE DERIVACION DE LA BOMBA. CUANDO NO HAY CONSUMO EN EL SISTEMA, ENVIA LA SALIDA DIRECTAMENTE A RETORNO PARA REDUCIR EL CONSUMO DE ENERGIA.

FUNCIONAMIENTO DEL SUSBSISTEMA DE TREN DE ATERRIZAJE:



EXTENSION:



El fluido a presión pasa a través de la válvula selectora y se dirige a las tuberías de distribución de la presión de cada pata. El fluido a presión ingresa en los actuadores de las tapas de tren que comienzan su extensión, iniciando la apertura de las tapas. Al llegar al final de la carrera pulsan el vástago las válvulas de secuencia y el fluido a presión circula hasta los actuadores de simple efecto de las trabas, iniciando su extensión y la acción de destrabe de las patas. Al final de su carrera pulsan el vástago de una válvula de secuencia y permiten que el fluido a presión se dirija a los actuadores regenerativos de las patas, desarrollándose la acción de la extensión de las patas. Una vez finalizado el ciclo, la válvula selectora se lleva a la posición neutral y se bloquea hidráulicamente el subsistema.

RETRACCION:



El fluido a presión pasa a través de la válvula selectora y se dirige a los actuadores regenerativos de las patas. Las válvulas de alivio (7) al alcanzar una presión diferencial de 500 PSI, se abren permitiendo que el fluido hidráulico bloqueado entre los actuadores de patas y las valvulas de secuencia de las trabas, se comunique a retorno. Las patas de tren se retraen y presionan el vástago de la valvula de secuencia, haciendo que el fluido a presión pase a los actuadores de las patas, iniciando su retracción y cierre de las mismas. Al comenzar el cierre de las tapas, se libera el vástago de la válvula de secuencia y permite que el fluido atrapado en los actuadores de las trabas, sea forzado por el resorte del actuador a pasar a través de las válvulas de secuencia y dirigirse al depósito, trabando las patas en la posición arriba. Una vez cerradas las tapas, la válvula selectora se pone en posición neutra, bloqueando hidráulicamente el subsistema.

Bibliografía



- OLEOHIDRAULICA - CONCEPTOS BASICOS ENRIQUE CARNICER ROYO y CONCEPCION MAINAR HASTA - Ed. PARANINFO

- ADVISORY CIRCULAR  FAA AC Nº  43.13-1 A - CAPITULO 10

- CATALOGO DE GRASAS Y LUBRICANTES SHELL

- APUNTES DE LA MATERIA “SISTEMAS DEL AVION”

- CARPETA DE LA MATERIA “SISTEMAS DEL AVION”

- MANUAL DE MANTENIMIENTO CASA C-212-300 - CAPITULO ATA 20-23-00

Autor:

Alejandro Vazquez





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