BRPI0910553B1

BRPI0910553B1 - configuração de instalação pneumática na zona de cauda de aeronave

Info

Publication number: BRPI0910553B1
Application number: BRPI0910553A
Authority: BR
Inventors: Rojas Sanchez David; Carvajal Cornejo José
Original assignee: Airbus Operations Sl
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2019-12-24
Also published as: BRPI0910553A2; EP2279946A1; CA2720891C; US8128024B2; ES2358650B1; US20090294581A1; CA2720891A1; EP2279946A4; ES2358650A1; WO2009144345A1

Abstract

configuração de instalação pneumática na zona de cauda de aeronave configuração de instalação pneumática na zona de cauda de aeronave que compreende uma unidade de energia auxiliar (1) para o fornecimento de energia elétrica e pneumática, cuja saída de energia pneumática é ligada a um duto (2), que convencionalmente, incorpora dobras (7) e elementos de compensação (6) para a expansão térmica e para compensação das vibrações produzidas pela apu (1) em seu funcionamento. é caracterizada pelo fato de que a saída de energia da apu (1) está disposta em sua parte frontal em que é ligada ao duto que consiste de um tubo reto (2a) inclinado em direção à parte inferior da aeronave na qual os elementos de compensação (6) para a expansão térmica e para compensação de vibrações são inseridos a fim de reduzir o comprimento do duto (2) e eliminar as dobras, de modo que as perdas de pressão sejam consideravelmente reduzidas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção: “CONFIGURAÇÃO DE INSTALAÇÃO PNEUMÁTICA NA ZONA DE CAUDA DE AERONAVE”

OBJETO DA INVENÇÃO [001] Como indicado no título da presente descrição, a presente invenção referese a quadro da instalação pneumática na zona da cauda de uma aeronave, que tem o objetivo de fornecer uma nova quadro que permita a redução no comprimento do duto da instalação pneumática e eliminação das dobras apresentadas pelo dito duto na zona da cauda de uma aeronave, de tal forma que a nova instalação tenha custo mais baixo, menos peso e menor perda de pressão no duto.

[002] Em geral, a invenção é aplicável em qualquer tipo de aeronaves de passageiros e, mais especificamente, no que diz respeito ao desenvolvimento da nova geração de aviões de corredor duplo, aviões de longo percurso que estão equipados com mais sistemas que por sua vez são mais complexos e, portanto, demandam maior energia para funcionar.

ESTADO DA TÉCNICA DA INVENÇÃO [003] Aeronave, incluindo uma instalação pneumática, que compreende uma unidade de energia auxiliar (APU) definida por um motor auxiliar no comando do arranque dos motores principais da aeronave, juntamente com o fornecimento de energia elétrica e pneumática para os sistemas da aeronave, enquanto os motores principais são desligados são conhecidos. A utilização conjunta da APU com os motores principais quando uma entrada extra de energia é necessária também já é considerada.

[004] Este motor é tradicionalmente abrigado no cone da cauda traseira da aeronave. Seu funcionamento é o de um motor a jato, embora de tamanho menor do que os motores principais. Assim, obtém-se a energia elétrica por meio de um gerador acionado pelo eixo do motor real, e obtém-se a energia mecânica por meio do vazamento do ar desde os primeiros estágios de compressão que circula por ele e que é absorvido a partir do exterior da aeronave.

[005] A demanda por energia elétrica nos sistemas de aeronaves, incluindo no

Petição 870190079354, de 15/08/2019, pág. 11/19

2/7 solo, quando os motores principais são desligados, está se tornando cada vez maior. Portanto, a energia que a APU pode fornecer está se tornando cada vez mais comprometida. Consequentemente, quanto menos energia a APU tem para dedicar ao fornecimento de energia pneumática, maior a quantidade de energia que será capaz de dedicar para a energia elétrica.

[006] Existe uma alta percentagem de pressão sendo consumida na medida em que perdas no duto pneumático que transporta o ar da APU para os sistemas na necessidade da mesma. Estas perdas ocorrem principalmente nas dobras incluídas no duto, e, o mais perto que eles estão da fonte de alimentação (a APU), quanto maior as perdas que eles produzem, já que existe uma relação exponencial entre as perdas e a pressão, maior será a pressão quanto maior for a queda de pressão devido a uma dobra e ao atrito. Por conseguinte, quanto mais perto as dobras estiverem da APU, mais prejudiciais elas são para o funcionamento global do sistema.

[007] Além disso, o duto pneumático incorpora elementos que compensam o movimento que o duto pode sofrer, este movimento sendo mais crítico quanto mais perto eles estiverem da APU, pois, como se refere a um motor, suas vibrações são transmitidas ao ducto, em particular sob os regimes transitórios ou durante o malfuncionamento. Portanto, é necessário compensar os movimentos da APU, para que eles não sejam transmitidos para o duto, o que poderia levar a falhas ou quebra devido à fadiga.

[008] O projeto da instalação pneumática na zona da cauda da aeronave é, portanto, particularmente delicado, pois é lá onde a APU está disposta.

[009] A maneira tradicional de deter esta compensação para os movimentos da APU é por meio de três dobras dispostas no duto, o que permite as expansões térmicas a serem compensadas, e três elementos compensadores, normalmente, juntas de cardan, que absorvem os movimentos angulares.

[010] Essa configuração tem a desvantagem que uma grande quantidade de perdas são introduzidas tendo as três dobras perto da APU, o que também significa que o duto tem comprimento extra, precisamente na zona que é mais sensível a

Petição 870190079354, de 15/08/2019, pág. 12/19

3/7 perdas de pressão.

[011] Além disso, envolve o problema adicional do duto que se estende para cima a partir da parte da frente da APU, em direção à parte superior da aeronave. E ao longo de toda a zona de pressão onde os passageiros encontram-se, portanto, o ducto pneumático tem que correr embaixo da cabine de passageiros, o que significa que ele tem que chegar à parte mais baixa da aeronave antes que ela chegue às seções pressurizadas.

[012] Além disso, pode-se observar que existe um obstáculo importante entre a APU e a zona de pressão determinada pelo HTP (Cauda Horizontal da Aeronave -, ou seja, o estabilizador horizontal da aeronave), que ocupa todo o volume da aeronave de um lado ao outro, permitindo a passagem livre apenas acima ou abaixo dela. O normal, portanto, é que o duto pneumático passe acima do estabilizador e, uma vez que esse obstáculo tenha sido superado, então, este desce para a parte inferior da aeronave.

[013] Existe também o impedimento das estruturas de união da fuselagem da aeronave, entre as seções que contém a APU e aqueles que contêm o estabilizador. Esta quadro de união é do tipo treliça tendo uma abertura central e deixando lacunas definidas (ocas) através das quais o duto pneumático pode passar. Dado o fato de que a quadro é localizada antes de atingir o estabilizador horizontal, isto reduz ainda mais o comprimento em que a compensação para os movimentos tem que ser realizadas a partir da saída da APU, e justifica ainda mais o fato de que o duto pneumático passa cima do estabilizador horizontal, assim, o comprimento do duto pneumático necessários para alcançar a parte inferior da aeronave pode ser reduzido antes de cruzar o HTP.

[014] Além disso, deve ser acrescentado o fato de que esta zona suporta o peso do estabilizador vertical, pois a parte superior das estruturas tem uma seção transversal maior do que a parte inferior a fim de suportar o dito peso.

[015] Tudo isso determina que, freqüentemente, buracos têm de ser feitos nos quadros estruturais da fuselagem da aeronave nesta zona, com as dificuldades e

Petição 870190079354, de 15/08/2019, pág. 13/19

4/7 inconvenientes que isso implica, uma vez que estes quadros são feitos de um material de fibra metálica e de carbono, e o uso da fibra torna difícil fazer furos, furos que têm que ser grandes a fim de permitir a passagem do duto pneumático. Isto representa um grande problema uma vez que estas zonas são estruturalmente carregadas, o que complica consideravelmente o projeto dos quadros, levando a um aumento de peso. [016] Adicionalmente ao que já foi explicado, o projeto do duto acima do estabilizador horizontal tem um trajeto mais longo, em comparação com um projeto disposto abaixo dele, o que leva ao próprio sistema para gerar perdas de pressão adicionais e um aumento do peso do tubo.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [017] A fim de atingir os objetivos e resolver os inconvenientes acima referidos, a invenção tem desenvolvido uma configuração para a instalação pneumática na zona da cauda de uma aeronave que, como acontece com as convencionais, é dotada de uma unidade de energia auxiliar (APU) para o fornecimento de energia elétrica e pneumática, cuja saída de energia pneumática é ligada a um duto que, antes de chegar na zona da cabine de passageiros pressurizada, está localizado na parte inferior da aeronave, este duto tendo elementos de compensação para a expansão térmica e para a compensação das vibrações produzidas pela APU, em seu funcionamento. A inovação da invenção reside no fato de que a saída de energia da APU é arranjada para baixo e na sua parte da frente na qual está ligada ao duto que consiste em um tubo reto inclinado e desce para a parte inferior da aeronave. Além disso, inseridos na tubulação estão os elementos de compensação para a expansão térmica e para a compensação das vibrações produzidas pela APU, de tal forma que por meio dessa estrutura o comprimento do duto pneumático seja consideravelmente reduzido e as dobras convencionalmente incorporadas a ele são eliminadas.

[018] Esta nova configuração tem a grande vantagem de que as perdas de pressão são consideravelmente reduzidas, evitando as curvas em tal zona crítica e reduzindo o comprimento do duto e, portanto, o atrito. Esta também é menos complexa, devido à redução do número de elementos necessários na instalação, e ao

Petição 870190079354, de 15/08/2019, pág. 14/19

5/7 mesmo tempo, o peso e o custo da instalação são reduzidos. Além disso, esta permite que a zona baixa da aeronave seja alcançada diretamente, imediatamente após a saída da APU, o que significa que o tubo passa através da parte inferior do estabilizador horizontal, através do espaço entre o estabilizador e a parte inferior dos quadros, porque a seção inferior dos quadros é muito menos na sua parte inferior que na parte superior, como dito anteriormente, o que evita a necessidade de fazer furos nos quadros e reduz o comprimento do duto e aumenta o espaço disponível para a instalação e manutenção do mesmo.

[019] Além disso, um espaço maior é alcançado na zona adjacente da APU, uma vez que o volume ocupado pelo duto nesta zona é muito menor, o que ajuda na manutenção da APU e de suas zonas adjacentes.

[020] Na sequência, a fim de facilitar uma melhor compreensão desta especificação e formando uma parte integrante do mesmo, uma série de figuras é anexada nas quais, em uma base de ilustração ao invés de limitação, os detalhes mais característicos do objeto da invenção foram representados.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [021] Figura 1 - Mostra uma vista esquemática lateral de uma aeronave na qual uma estrutura convencional de instalação pneumática de condicionamento de ar foi incluída.

[022] Figura 2 - Mostra uma vista plana da figura acima.

[023] Figura 3 - Mostra uma vista convencional esquemática da zona da saída do duto da APU.

[024] Figura 4 - Mostra uma representação esquemática de uma possível modalidade da estrutura inventiva.

DESCRIÇÃO DA FORMA PREFERIDA DA MODALIDADE [025] É dada a seguir uma descrição da invenção com base nas figuras comentadas acima.

[026] Primeiro de tudo, e para facilitar a compreensão da invenção, uma estrutura convencional da instalação pneumática na zona da cauda de uma aeronave é descrita

Petição 870190079354, de 15/08/2019, pág. 15/19

6/7 com o auxílio das figuras 1 a 3, a fim de complementar e facilitar a compreensão do seção sobre o estado da técnica da invenção.

[027] Como foi descrito na seção do estado da técnica da presente descrição, instalações pneumáticas na zona da cauda de uma aeronave consiste em uma APU 1, a parte superior das quais tem uma saída de ar a qual é ligada a um tubo 2, que inicialmente é disposto ao longo do parte superior da aeronave, e que deve estar localizado na parte inferior da aeronave antes de chegar à cabine de passageiros pressurizada 3. A situação ocorre que perto da APU 1 está um quadro de fortalecimento 4 para juntar a secção da APU e a secção do HTP. Os outros quadros 10 de HTP são formados com uma seção transversal mais ampla na parte superior 10a do que na parte inferior 10b, a fim de absorver convenientemente a distribuição de carga gerada no plano da cauda vertical 10.

[028] Além disso, o duto 2 tem um diâmetro considerável, assim há pouco espaço para permitir que o duto 2 desça para a parte inferior da aeronave, o que significa que na maioria dos casos no estado da técnica o duto 2 é disposto ao longo da parte superior da aeronave passando acima do estabilizador horizontal 5. Para conseguir isso, alguns furos têm que ser feitos na seção superior 4a do quadro 4, para que o duto 2 possa ser autorizado a passar.

[029] Esta configuração leva a um grande comprimento do duto 2 e a incorporação das dobras 4, o que leva a uma considerável perda de pressão, como foi mencionado antes.

[030] Além disso, as vibrações que a APU 1 transmitem para o duto 2 precisam ser compensadas, e essa compensação é feita por meio dos elementos de compensação 6 para as vibrações produzidas pela APU, em seu funcionamento, por meio das dobras 7 reais exigidas na instalação, que também realizam a compensação da expansão térmica de tal forma que os movimentos angulares produzidos pela APU sejam absorvidos e o duto 2 é preservado de sofrer fadiga e tensões afetando sua vida útil.

[031] A maneira tradicional de deter estas compensações para os movimentos

Petição 870190079354, de 15/08/2019, pág. 16/19

7/7 da APU é por meio de três dobras 7 como mostradas na figura 3, que não tem que estar no mesmo plano, e por meio da incorporação de três elementos compensadores 6, normalmente compostos por juntas de cardan.

[032] Quanto maior for a área 8 do triângulo formado pelos elementos compensadores 6, maior será a capacidade de absorver os movimentos no duto 2.

[033] O problema que esta solução envolve, embora simples e eficaz do ponto de vista de compensação dos movimentos, é a quantidade de perdas de pressão que ela introduz no sistema uma vez que é obtido por meio das dobras 7 e comprimento extra, precisamente na zona que é mais sensível a estas perdas.

[034] Para resolver esses inconvenientes, a presente invenção desenvolveu uma configuração da instalação pneumática onde a saída de ar comprimido da APU 1 é disposta na parte da frente da APU 1 e para baixo da aeronave. Por isso, é necessário reformular a APU 1, de tal modo que o duto que é conectado a ela consista de um tubo reto 2a inclinada para baixo para a parte de baixo da aeronave, de tal forma que ele atinja o quadro 4, através de sua parte inferior, o que significa que o duto 2 pode passar pela parte inferior de outros quadros 10, em outras palavras, na borda superior da seção inferior 10b dos quadros 10, uma vez que a seção inferior 10b é muito menor do que a seção superior 10a, como foi dito. Portanto, o novo arranjo da invenção não afeta a estrutura da aeronave e permite a passagem através da parte inferior da cauda do avião 5 sem ter de incorporar as dobras 7.

[035] Inseridos no tubo 2a estão os elementos de compensação 6 para a expansão térmica e para a compensação das vibrações, a fim de preservar o tubo 2a de rupturas por fadiga.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Configuração de instalação pneumática na zona de cauda de aeronave, caracterizado por compreender uma unidade de energia auxiliar (1) (APU) para fornecimento de energia elétrica e pneumática, cuja saída de energia pneumática é ligada a um duto (2) que, antes de atingir a zona da cabine de passageiros pressurizada (3), está localizado na parte inferior da aeronave, o dito duto (2), incluindo dobras (7) e elementos de compensação (6) para a expansão térmica e para a compensação das vibrações produzidas pela unidade de energia auxiliar (1) em seu funcionamento, sendo que a saída pneumática da unidade de energia auxiliar (1) está disposta em sua parte frontal na qual é ligada, o duto consistindo em um tubo reto (2a) inclinado para a parte inferior da aeronave na qual dois elementos de compensação (6) são inseridos para a expansão térmica e compensação das vibrações produzidas pela unidade de energia auxiliar (1), a fim de reduzir o comprimento do duto (2) e eliminar as dobras (7).
2. Configuração de instalação pneumática na zona de cauda de aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o duto (2a) passar por uma parte inferior do estabilizador horizontal (5).
3. Configuração de instalação pneumática na zona de cauda de aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o tubo (2a) passar pela parte inferior da abertura convencionalmente apresentada pelos quadros de fortalecimento (10) sem afetar sua estrutura.