"MÉTODO PARA ALIMENTAR ENERGIA A ATUADORESASSOCIADOS COM OS ATERRISADORES FORMANDO O TREM DEATERRISSAGEM DE UMA AERONAVE"
A invenção relaciona-se a um método para alimentar energia aatuadores associados com um aterrisador de aeronave.
FUNDAMENTO DA INVENÇÃO
Aeronaves são providas geralmente com trem de aterrissagemincluindo uma pluralidade de aterrisadores, incluindo um aterrisador auxiliar eaterrisadores principais, os aterrisadores principais sendo providos com freios.Vários atuadores estão associados com estes aterrisadores, incluindo oseguinte:
atuadores de frenagem montados no aterrisador em associaçãocom as rodas por frear a aeronave. Os freios são freios geralmente hidráulicosou freios eletromecânicos;
atuadores de direção para guiar as rodas dirigíveis levadaspelos vários aterrisadores compondo o trem de aterrissagem, por exemplopelo aterrisador auxiliar, ou realmente em certas aeronaves, pelosaterrisadores principais; e
atuadores de acionamento para retrair ou estender aterrisadorese as portas ou tampas associadas. Estes atuadores incluem ambos cilindros deacionamento e garras de travamento para reter os aterrisadores ou as portas naposição fechada.
A fim de energizar os vários atuadores, isto é, alimentarenergia a eles, uso é geralmente feito da fonte de alimentação principal daaeronave, como associada com os motores da aeronave. A fonte dealimentação principal pode incluir bombas hidráulicas ou geradores deeletricidade que são acionados diretamente pelos motores da aeronave. Asbombas hidráulicas também podem ser acionadas por motores elétricos, elesmesmos energizados pelos geradores de eletricidade da aeronave.Documento CA 2 479 482 expõe uma aeronave provida comvárias fontes de alimentação hidráulica: uma fonte de alimentação principalincluindo bombas acionadas por motores elétricos e situadas na redondezarespectivamente de cada um dos dois do aterrisador principal e do aterrisadorauxiliar, e uma fonte de alimentação local incluindo duas bombas acionadaspelas rodas dos aterrisadores principais quando a aeronave está correndo nochão. A fonte de alimentação local é usada em uma emergência, no caso dafonte de alimentação principal falhar.
OBJETIVO DE INVENÇÃO
O objetivo da invenção é prover um método moderno deenergizar os atuadores associados com aterrisadores compondo o trem deaterrissagem de uma aeronave.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
A invenção provê um método para alimentar energia aatuadores associados com os aterrisadores formando o trem de aterrissagemde uma aeronave, a aeronave incluindo:
uma fonte de alimentação principal que operaindependentemente de rotação de rodas levada pelo trem de aterrissagem; e
uma fonte de alimentação local incluindo um ou maisgeradores locais, cada um acionado por rotação de uma roda levada por umaterrisador;
o método da invenção incluindo as etapas seguintes:em um modo nominal de operação, energizar ditos atuadorespela fonte de alimentação local; e
em um modo adicional de operação, quando a dispensação deenergia pela fonte de alimentação local não é suficiente, prover energiaadicional ou toda da energia requerida por ditos atuadores por meio da fontede alimentação principal.
Assim, de acordo com a invenção, a fonte de alimentaçãoprincipal é usada só além da fonte de alimentação local.
Isto reduz demanda de energia na fonte de alimentaçãoprincipal, por esse meio habilitando ser menor em tamanho, e assimconduzindo à economia significante em peso. Além disso, quando sóatuadores eletromecânicos e uma fonte de alimentação principal elétrica estãoenvolvidas, é possível dispensar energia da fonte de alimentação principalpara os atuadores por uma linha de fonte de alimentação de baixa tensão quebasta para dispensar a energia adicional requerida. Isto evita ter cabos defonte de alimentação de alta tensão correndo ao longo dos aterrisadores, querequereria grandes quantidades de blindagem e proteção e também requereriaprecauções especiais para ser implementada para propósitos de manutençãoaté onde são capazes de transportar altos níveis de potência.
A fonte de alimentação local preferivelmente inclui meio dearmazenamento de energia habilitando energia ser armazenada quando ditaenergia não está sendo usada pelos atuadores ou quando a energia sendoexigida pelos atuadores é menos do que a energia sendo dispensada pela fontede alimentação local.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A invenção pode ser entendida melhor à luz da descriçãoseguinte dada com referência aos desenhos acompanhantes, em que:
Figura 1 é um diagrama a uma arquitetura hidráulica de acordocom uma primeira implementação do método à invenção, a arquiteturaservindo para energizar o controle de direção de um aterrisador auxiliar;
Figura 2 é uma vista de seção diagramática da instalação deuma bomba em um aterrisador auxiliar, fazendo parte da fonte de alimentaçãolocal na Figura 1;
Figura 3 é uma vista análoga à Figura 2 mostrando a instalaçãode um gerador de eletricidade em um roda de nariz, fazendo parte da fonte dealimentação local em uma implementação variante do método;Figura 4 é uma vista de seção diagramática de uma roda deaterrisador provida com um freio eletromecânico e com um gerador deeletricidade fazendo parte da fonte de alimentação local;
Figura 5 é uma vista de cima diagramática de uma vigaoscilante de aterrisador principal levando quatro rodas com freios incluindo afonte de alimentação local da invenção; e
Figura 6 é uma vista de cima diagramática de um avião comdois aterrisadores principais e um aterrisador auxiliar, e provido com a fontede alimentação local da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Com referência à Figura 1, o método da invenção é aplicadopara energizar um sistema de controle de direção levado por um aterrisadorauxiliar 1 tendo duas rodas 2 que são dirigíveis relativas ao eixo longitudinaldo aterrisador assim para guiar a aeronave no chão. De maneira conhecida, osistema de controle de direção inclui dois atuadores 3 em uma configuraçãosimétrica e adaptada para fazer a porção dirigível de fundo do aterrisadorauxiliar 1 virar. Os atuadores 3 são energizados de maneira altamenteconvencional por uma unidade hidráulica 4 (em um esboço tracejado) queinclui uma válvula servo 5 para distribuir pressão a uma ou a outra dascâmaras em cada um dos atuadores 3 como uma função de um ponto fixo dedireção vindo de uma roda de controle operada pelo piloto, ou de uma ordemgerada pelo computador a bordo da aeronave. Entre a unidade hidráulica 4 eos atuadores 3 estão dispostas válvulas rotativas que atuam, como uma funçãodo ângulo de direção da porção dirigível do aterrisador auxiliar 1, para trocaras câmaras dos atuadores 3 sendo energizados pela unidade hidráulica 4.
De maneira conhecida, a unidade hidráulica 4 inclui:válvulas anti-shimmy 6; válvulas de curto-circuito 7 paraconectar todas as câmaras dos atuadores 3 para retornar quando a unidadehidráulica 4 não está energizada, por esse meio deixando as rodas 2 livrespara girar; válvulas de liberação de pressão 9 para evitar as câmaras deatuador de serem danificadas durante uma tentativa em dirigir forçadamenteas rodas (por exemplo por um trator de reboque) enquanto o controle dedireção não está em uma posição neutra; e finalmente válvulas de reforçador 9para encher as câmaras dos atuadores 3 que caso contrário sofreriam decavitação. Para este propósito, uma válvula 10 mantém a pressão na unidadehidráulica a um nível que é mais alto do que a pressão de retorno da aeronave.
Um acumulador 11 absorve as diferenças de taxa de fluxo entre as câmarasdos atuadores 3 esvaziando e enchendo, e assegura que a pressão seja mantidana unidade hidráulica 4.
O aterrisador auxiliar 1 é provido com fonte de alimentaçãolocal 26 constituída neste exemplo por duas bombas hidráulicas, cada umadisposta em uma das rodas 2 assim para ser acionada pela roda associadaquando gira. As bombas 20 são bombas de taxa variável e elas portanto geramenergia na forma de um fluxo controlado de fluido sob pressão quando asrodas giram. Como pode ser visto melhor na Figura 2, cada bomba 20 estámontada em uma manga 21, que está engatada no eixo 22 recebendo a roda 2,a manga 21 sendo impedida de girar sobre o eixo por meio de parada que nãoé mostrado. A bomba 20 tem um eixo de acionamento 23 com umaextremidade dentada que co-opera com um anel dentado 24 montado no cuboda roda 2. Rotação da roda 2 enquanto a aeronave está taxiando no aeroportofaz o eixo de acionamento 23 da bomba 20 girar.
E vantajoso prover meio de proteção que elimina os choquesde pressão que podem ser gerados pelas bombas 20 quando as rodas começama girar como resultado da aeronave pousando. Por exemplo, com bombas detaxa de fluxo variável como mostrado, a placa de impulsão da bomba é postaem uma posição de taxa de fluxo zero e é movida subseqüentementeprogressivamente a uma posição de taxa de fluxo nominal depois que as rodasforam colocadas em rotação.Retornando à Figura 1, pode ser visto que as bombas 20 para afonte de alimentação local 26 estão conectadas em paralelo e alimentam aunidade hidráulica 4 por uma válvula 31. A outra entrada da válvula 31 estáconectada à fonte de alimentação principal 100 da aeronave, tendo bombasque são acionadas pelos motores da aeronave.
A válvula 31 faz parte de uma montagem de distribuição 30incluindo:
uma válvula de isolamento 32 que atua, quando a unidadehidráulica é energizada pela fonte de alimentação local, para isolar a linha deretorno da unidade hidráulica 4 de modo que opere em um circuito fechadocom a fonte de alimentação local;
uma válvula de corte 33 controlada mecanicamente duranteretração do aterrisador auxiliar assim para conectar a unidade hidráulica 4para retomar quando o aterrisador auxiliar é retraído em seu vão; e
uma válvula de corte 34 que é controlada eletricamente paraconectar a unidade hidráulica 4 para retornar contanto que controle de direçãonão tenha sido ativado, em particular no vôo com o aterrisador desdobrado, ouao correr no chão a alta velocidade.
A montagem opera como segue. Em um modo normal deoperação, enquanto a aeronave está taxiando no aeroporto para ir ao terminalou para a pista de decolagem, as rodas 2 giram, por esse meio acionando asbombas 20 e a fonte de alimentação local 26. As bombas 20 dispensam àunidade hidráulica pela válvula 31. Para este propósito, atuadores 25incluindo molas retêm as placas de impulsão das bombas 20 em uma posiçãoque corresponde às bombas 20 tendo uma taxa de fluxo máxima. Pressão estáentão disponível da fonte de alimentação local assim para habilitar as rodas 2serem guiadas e assim habilitar a aeronave ser guiada. A força de retorno daunidade hidráulica de direção 4 é fechada pela válvula de isolamento 32 talque o fluido hidráulico não tenha nenhuma opção diferente de retornar para asbombas 20. O fluido assim flui ao redor de um circuito fechado.
Se uma das bombas 20 falhasse, a outra bomba pode continuara dispensar. A unidade hidráulica de direção 4 então recebe fluxo de fluido auma taxa que é dividida, tal que as rodas possam continuar sendo guiadas,mas com uma queda em desempenho.
Se a segunda bomba 20 falhasse, ou se a aeronave estivertaxiando a uma velocidade que é baixa demais para as bombas 20dispensarem saída suficiente, então, em um modo operacional adicional, usoé feito da pressão e do fluxo vindo da fonte de alimentação principal 100assim para substituir a provisão de pressão e fluxo de fluido vindo da fonte dealimentação local.
Para fazer isto, a válvula 34 é controlada para permitir apressão vindo da fonte de alimentação principal 100 alcançar a válvula 31. Aválvula 31 comuta, por esse meio permitindo a pressão vindo da fonte dealimentação principal 100 energizar a unidade hidráulica 4 (a válvula 33 estáaberta desde que o aterrisador auxiliar está desdobrado). Um desvio 40 serveambos para controlar a válvula de isolamento 32 de forma que ponha a forçade retorno da unidade hidráulica 4 em comunicação com o retorno daaeronave, e para energizar os atuadores 25, que então faz as placas deimpulsão das bombas 20 retornarem a sua posição de taxa de fluxo zero. Asbombas 20 da fonte de alimentação local 26 são assim neutralizadas. Aunidade hidráulica 4 é então energizada somente pela fonte de alimentaçãohidráulica principal 100, e o orifício de retorno da unidade hidráulica éconectado ao retorno 101 da aeronave.
Em uma implementação variante mostrada na Figura 3, em vezde instalar bombas nas rodas, é possível instalar geradores de eletricidade 35nelas que estão conectados a uma bomba acionada eletricamente (nãomostrada), por exemplo incorporada na unidade hidráulica 4. Assim, a fontede alimentação local então inclui dois geradores de eletricidade 35 acionadospelas rodas, mais uma bomba acionada eletricamente tendo seu motor elétricoenergizado pelos geradores de eletricidade 35. Assim, enquanto as rodas estãogirando, os geradores de eletricidade 35 dispensam eletricidade, por esse meiohabilitando o motor elétrico acionar a bomba associada, por esse meioprovendo a pressão precisada para operar o controle de direção hidráulico. Afonte de alimentação local como constituída deste modo preferivelmenteinclui uma bateria de reforço inserida entre os geradores de eletricidade 35 e abomba acionada eletricamente para armazenar a energia elétrica de excessogerada pelos geradores de eletricidade, e regular a dispensação de energia àbomba acionada eletricamente.
Assim, para períodos durante os quais os geradores deeletricidade 35 estão dispensando eletricidade enquanto o piloto não estáfazendo uso de direção, a eletricidade dispensada é armazenada na bateria dereforço.
Só quando a bateria de reforço está carregadainsuficientemente, e portanto não é mais capaz de energizar o motor dabomba acionada eletricamente corretamente, que a montagem de distribuição30 é usada para comutar a fonte de alimentação da unidade hidráulica 4 para afonte de alimentação hidráulica principal 100.
Em uma variante, no evento da bateria de reforço não sersuficiente, também é possível conectar a bomba acionada eletricamentediretamente à fonte de alimentação de eletricidade principal da aeronave deforma que então dispense a eletricidade precisada para acionar a bomba daunidade de direção, assumindo da fonte de alimentação de eletricidade local.
Em outra implementação da invenção como mostrada naFigura 4, a fonte de alimentação local inclui geradores de eletricidade 150colocados nas rodas 60 dos aterrisadores principais.
No exemplo mostrado, as rodas 60 dos aterrisadores principaissão freadas através de freios eletromecânicos 70, cada um incluindo uma pilhade discos 71 incluindo rotores que giram com o aro 61 da roda 60 e estatoresque são impedidos de girar por um tubo de torção 72. Os discos 71 sãoapertados por atuadores eletromecânicos 73 levados por um anel 74enfrentando os discos. Fonte de alimentação local é usada nestaimplementação para energizar os atuadores de freio.
Os geradores de eletricidade 150 da fonte de alimentação localincluem primeiramente um rotor 151 que está preso ao cubo 61 da roda e queinclui ímãs permanentes, e secundariamente uma bobina de estator 152montada na periferia de um disco 153 preso ao eixo. Rotação da roda 60induz uma corrente elétrica na bobina de estator 152, qual corrente é coletadapor um cabo 75 correndo dentro do eixo.
Mais precisamente, e como pode ser visto na Figura 5, quemostra um aterrisador principal tendo quatro rodas 60 providas com freioseletromecânicos 70 e levados por uma viga oscilante 80, os cabos 75 quecoletam a eletricidade gerada pelos geradores 150 trazem a eletricidade queproduzem a uma unidade local 90 que inclui meio para retificar a eletricidade,meio para armazenar eletricidade tal como uma bateria ou capacitores dearmazenamento, e meio para dispensar seletivamente a eletricidade comoarmazenada deste modo aos atuadores eletromecânicos dos freios 70, porexemplo por inversores controlados. A eletricidade é assim tirada aosatuadores 73 dos freios 70 por cabos 92.
Assim, em um único aterrisador principal, os geradores deeletricidade locais 150 todos fazem parte da mesma fonte de alimentação deeletricidade local e eles são portanto operados em comum, tal que se um dosgeradores de eletricidade locais 150 falhar, os outros continuam dispensando,por esse meio assegurando uma fonte de alimentação para o freio montado naroda cujo gerador de eletricidade falhou.
Em uma variante, é possível operar os geradores locais só deduas rodas em comum em vez de todas as quatro rodas, por exemplooperando em comum os geradores locais das duas rodas levadas pelo mesmoeixo, tal que a viga oscilante tenha duas fontes de alimentação locais.
Além disso, a aeronave continua tendo uma fonte dealimentação de eletricidade principal disponível, incluindo alternadoresacionados pelos motores da aeronave, ou onde apropriado por uma unidade deenergia auxiliar, e em geral também baterias para dispensar eletricidadequando a aeronave está em repouso.
Assim, em um modo normal de operação, os atuadores defrenagem eletromecânicos 73 são energizados pela fonte de alimentação localassociada 90. Na prática, eletricidade é preferivelmente tirada do meio dearmazenamento da fonte de alimentação local 90, assim tornando possívelambos armazenar energia de excesso produzida pelos geradores locais 150associados com a fonte de alimentação local 90, e para regular a fonte dealimentação para os atuadores de frenagem eletromecânicos 73. No evento domeio de armazenamento está completamente vazio, a eletricidade disponívelpara os atuadores de frenagem eletromecânicos 73, embora transitando pelomeio de armazenamento, de fato seria dispensada oportunamente pelosgeradores locais 150, com a fonte de eletricidade então dependendo davelocidade de rotação das rodas, e assim da velocidade de viagem daaeronave. É então só ao viajar a velocidade muito lenta que os geradoreslocais 150 não podem mais dispensar eletricidade suficiente para satisfazer asexigências de energia dos atuadores eletromecânicos 73. Sob taiscircunstâncias, a invenção habilita energia adicional ser tirada da fonte dealimentação principal da aeronave. Não obstante, dado que o avião está entãocorrendo a velocidade muito lenta, a força de frenagem que precisa serdesenvolvida é pequena, e a energia adicional vindo da fonte de alimentaçãoprincipal é pequena ela mesma em comparação com as energias envolvidas aofrear.
Assim, a conexão 91 entre a unidade local e a fonte dealimentação principal para dispensar esta energia adicional pode servantajosamente selecionada para ser do tipo de baixa tensão. Esta disposiçãoevita ter cabos de alta tensão da fonte de alimentação de eletricidade principalcorrendo abaixo ao longo dos aterrisadores, por esse meio alcançando umaeconomia de peso significante que compensa pelo menos em parte o peso dafonte de alimentação local, assim facilitando instalação no aterrisador eevitando as precauções habituais que precisam ser tomadas com cabos de altatensão que poderiam ser operados ou aproximados por pessoal no chão.
Assim, os únicos cabos de alta tensão presentes no aterrisador são os cabos 75e 92, e eles são levados somente pela viga oscilante 80, e não pela perna doaterrisador.
Esta energia adicional tirada da fonte de alimentação principalentão vem vantajosamente das redes de eletricidade de baixa tensão daaeronave que são energizadas pelos alternadores ou pela bateria da fonte dealimentação de eletricidade principal.
Em uma implementação variante, a eletricidade gerada pelosgeradores de eletricidade locais pode ser operada em comum não só dentro deum único aterrisador, mas através de todos os aterrisadores, ou através só dealguns deles, por exemplo só através dos aterrisadores principais. Estaoperação aumentada em comum aumenta a disponibilidade dos atuadoresenergizados por fonte de alimentação local. Não obstante, uma talconfiguração requer cabos de alta tensão serem corridos ao longo dosaterrisadores interessados.
Pelo contrário, pode ser decidido evitar qualquer operação emcomum, com cada um dos freios 70 sendo energizado pela fonte dealimentação local levada pela roda associada. Falha do gerador local entãoconduziria à perda do freio associado, mas isso pode ser aceitável de umponto de vista de segurança e para disponibilidade da aeronave.
Em uma terceira implementação mostrada na Figura 6, a fontede alimentação local 90 inclui geradores de eletricidade locais 35 implantadosnas rodas do aterrisador auxiliar 1, e serve para energizar os atuadores de freioeletromecânicos 70 providos às rodas 60 dos aterrisadores principais. Aeletricidade gerada pelos geradores locais 35 é levada à unidade local 90 porcabos 75 correndo ao longo do aterrisador auxiliar assim para ser dispensadaaos atuadores de freio pelos cabos 92. A unidade local 90 está conectada àfonte de alimentação principal por um cabo de baixa tensão 91 assim para sercapaz de receber, onde apropriado, energia adicional da fonte de alimentaçãoprincipal. Vantajosamente, a unidade local 90 é usada para energizar osatuadores de direção do aterrisador auxiliar.
A invenção não está limitada à descrição anterior, mas pelocontrário cobre qualquer variante vindo dentro do âmbito definido pelasreivindicações. Em particular, também é possível energizar os atuadores deacionamento usados para estender e retrair os aterrisadores da fonte dealimentação local, contanto que seja provido com meio de armazenamento deenergia.