Il progetto dell’impianto segue le raccomandazioni degli standard SAE (Society of Automotive Engineers (SAE)) per il settore aerospaziale, e comun- que deve essere conforme alle indicazioni del regolamento CS 23 (Certifica- tion Specifications for Normal, Utility, Aerobatic and Commuter Category Aeropla- nes).
Secondo la designazione dello standard SAE AS 5440, l’impianto è di clas- se 3 000 (pressione operativa nominale di 3 000 psi) e di tipo II (temperatu- ra del fluido compresa fra −54◦C e +135◦C). Come indicato dallo stan- dard SAE AS 5440, i componenti dell’impianto devono resistere alla pressio- ne di prova senza subire deformazioni permanenti né mostrare perdite per trafilamento, e devono resistere alla pressione di scoppio senza subire rot- ture. I valori delle pressioni di prova e di scoppio per i diversi componenti dell’impianto sono indicati dalle normative.
L’impianto riceve potenza meccanica dal motore del velivolo e la trasfor- ma in potenza idraulica; controlla e distribuisce la potenza idraulica alle sue utenze, in quantità sufficiente al loro corretto funzionamento e al sod- disfacimento dei requisiti di specifica, in tutte le condizioni operative, sia a terra che in volo. La potenza idraulica è generata da una pompa volume- trica EDP (Engine Driven Pump), azionata, tramite scatola di riduzione, dal motore del velivolo. La pompa preleva il fluido idraulico da un serbatoio separato auto-pressurizzato (bootstrap), ovvero tenuto in pressione dall’im- pianto stesso. L’impianto fornisce potenza per l’estrazione e per la retra- zione del carrello principale e del carrello anteriore, per il controllo della frenata, per l’azionamento degli alettoni, dell’aero-freno e dello smorzatore di imbardata (yaw damper).
L’impianto può operare con due diversi fluidi idraulici, il MIL-PRF-5606 e il MIL-PRF-87257, entrambi compatibili con i materiali selezionati per i componenti. Il progetto deve assicurare che il fluido di lavoro manten- ga le proprietà desiderate; questo viene ottenuto tramite il controllo della pressione, della temperatura (con l’impiego di sensori in punti opportuni dell’impianto) e del livello di contaminazione del fluido (con una valvola per il prelievo di campioni di fluido).
L’impianto è dotato di dispositivi per il controllo della pressione, la cui funzione è mantenere la pressione nell’impianto costante e pari al valore
22 descrizione dell’impianto idraulico
operativo nominale. Il principale meccanismo di controllo della pressione è integrato nella EDP. Inoltre, una valvola di sicurezza è installata a valle della EDP (dopo il filtro di mandata): in caso di guasti al dispositivo di controllo della pompa, la valvola impedisce condizioni di sovrappressione sulla linea di mandata, proteggendo i componenti dell’impianto.
L’impianto è provvisto di dispositivi per il controllo ed il monitoraggio della temperatura. I sensori di temperatura sono installati in punti significa- tivi dell’impianto (sul serbatoio e sulla linea del drenaggio della EDP, case drain).
I sensori installati sull’impianto inviano segnali ai computer di bordo. In questo modo vengono fornite informazioni al pilota e all’equipaggio di terra, per il monitoraggio delle condizioni dell’impianto in volo e per le attività manutentive.
L’impianto è dotato di connessioni per il collegamento con il banco a terra o con una sorgente di potenza esterna, per il riempimento dell’impianto e del serbatoio con il fluido idraulico e per le operazioni di manutenzione. Le connessioni sono del tipo ad innesto rapido: impediscono l’ingresso di aria o di contaminanti nei componenti e contengono le perdite di olio durante lo smontaggio. Lo stesso tipo di connessione è adottato per il collegamento all’impianto dei filtri e della EDP.
L’impianto è dotato di un dispositivo per la rimozione automatica (ovvero senza la necessità di intervento di un operatore) dell’aria che si trova in forma non disciolta nel fluido idraulico, proveniente dai componenti e dalle tubazioni di tutto l’impianto.
Nella figura 3 a fronte è riportato lo schema funzionale dell’impianto
idraulico del nuovo velivolo.
2.1.1 Possibili soluzioni alternative per la generazione
Le utenze dell’impianto idraulico richiedono assorbimenti che normal- mente variano molto durante il tipico profilo di missione del velivolo, ed, in generale, i picchi di assorbimento si verificano per intervalli operativi piuttosto brevi. Per questo motivo, una possibile scelta progettuale consi- ste nel selezionare una pompa principale non sovradimensionata e nell’a- dottare sorgenti di potenza idraulica alternative, che entrano in funzione soltanto durante i picchi di assorbimento, aiutando la pompa principale a soddisfare le richieste delle utenze. In questo modo, l’impianto risulta non sovradimensionato e riesce comunque a garantire la potenza richiesta dalle utenze, in modo sufficiente ed efficace in ogni condizione operativa. Nel progetto di questo velivolo, per garantire la portata necessaria all’impian- to in ogni condizione di volo, sono prese in considerazione due diverse sorgenti alternative di potenza idraulica.
La prima soluzione prevede l’uso di un accumulatore in linea, la cui fun- zione principale è quella di fornire all’impianto la potenza idraulica durante i picchi di assorbimento delle utenze. Questo accumulatore può anche esse- re usato per ridurre gli effetti delle pulsazioni di pressione dovute ai colpi d’ariete e al ripple della EDP (vedi par. 4.7 a pagina 94), mantenendoli nei
limiti specificati.1
L’accumulatore può anche sopperire temporaneamente alla funzione della EDP, a causa di malfunzionamenti della pompa stessa. 1 ↑Le fluttuazioni di pressione nell’impianto sono essenzialmente dovute alla pompa, per via
del suo funzionamento intrinseco, ma è opportuno tenere conto anche delle fluttuazioni che potrebbero essere indotte da tutti gli altri componenti del sistema.
2.1 funzioni e architettura generale dell’impianto 23 Figur a 3: S chema funzionale dell’impianto idraulico del nuo v o v eliv olo, in condizioni di riposo. La simbologia è confor me alle indicazioni dello standar d [ SAE Inter national , 2011 ].
24 descrizione dell’impianto idraulico
La seconda soluzione fa uso di una pompa ad alimentazione elettrica DCMP (Direct Current Motored Pump), che interviene a supporto della pom- pa principale EDP soltanto durante i picchi di assorbimento. La DCMP entra in funzione quando attivata da un comando (ad es. la movimentazio- ne della leva carrello), preleva il fluido dallo stesso serbatoio che alimenta la EDP e lavora in parallelo ad essa. In questo modo, è possibile installare un accumulatore di sistema più piccolo, che abbia soltanto la funzione di com- pensare i ritardi della risposta della EDP e di abbattere i picchi di pressione del ripple e dei colpi d’ariete.
In ogni caso, l’impianto è dotato di un accumulatore dedicato al sistema carrello, per assicurare la capacità di frenata in condizioni di emergenza. Assorbimenti della missione tipica
Gli impianti di distribuzione di energia devono essere dimensionati in modo da fornire in qualsiasi condizione di volo la potenza richiesta. Il generatore di potenza dovrebbe quindi essere progettato per fornire la po- tenza massima richiesta da tutte le utenze. Questo potrebbe però portare ad un sovradimensionamento dei generatori, perché è difficile che in un impianto tutte le utenze siano usate contemporaneamente al loro massimo assorbimento.
Per progettare l’impianto di distribuzione dell’energia occorre avere un elenco di tutte le utenze, e per ciascuna di esse occorre conoscere l’assor- bimento e il tempo di funzionamento, nelle diverse fasi di volo. In base a questa analisi, si valutano le diverse possibilità di avere più generatori op- pure di avere delle riserve di energia da usare nei momenti di picco o di emergenza.
Una semplice somma di tutte le potenze assorbite dalle utenze portereb- be ad un sovradimensionamento dell’impianto, perché quasi mai vengono usate più utenze contemporaneamente ed al loro massimo assorbimento. L’analisi dell’impiego delle varie utenze permette invece di ottimizzare il progetto dell’impianto, ed in particolare la potenza da installare.
Questa analisi viene in genere eseguita dividendo la missione tipica del velivolo in un certo numero di fasi significative (stazionamento a terra, av- viamento dei motori, rullaggio, decollo, salita, crociera, discesa, attesa, atter- raggio). Per ognuna di queste fasi è possibile individuare le utenze utilizza- te, il loro tempo di impiego e la potenza assorbita. La tabella4a pagina 31
presenta l’analisi degli assorbimenti dell’impianto idraulico di questo veli- volo; si nota come soltanto in alcune fasi del volo gli assorbimenti sono massimi.
Si deve osservare che la portata erogata dalla pompa EDP è funzione an- che del regime di rotazione della pompa, ovvero del regime di rotazione del motore, e quindi cambia anch’essa durante le diverse fasi del volo. Que- sto aspetto incide profondamente sula scelta del gruppo di generazione di potenza dell’impianto idraulico.