Sistemas hidráulicos de aeronaves

A palavra “hidráulica” é baseada na palavra grega para água e originalmente significava o estudo do comportamento físico da água em repouso e em movimento. Hoje, o sentido tem sido expandido para incluir o comportamento físico de todos os líquidos, incluindo o fluido hidráulico.

Sistemas hidráulicos não são uma novidade para a aviação. As aeronaves inicialmente tinham sistemas de freios hidráulicos. Como as aeronaves tornaram-se mais sofisticadas, novos sistemas com força hidráulica foram desenvolvidos.

Sistemas hidráulicos de aeronaves fornecem um meio para a operação dos componentes.

 A operação de trem de pouso, Flaps, superfícies de controle de voo e freios são largamente realizada com os sistemas hidráulicos.

 A hidráulica e a complexidade do sistema variam de pequenas aeronaves que requerem fluidos apenas para a operação manual dos freios das rodas até grandes aviões de transporte, onde os sistemas são grandes e complexos.

Para alcançar a necessária redundância e confiança, o sistema pode ser constituído por vários subsistemas.

Cada sistema tem um subsistema com um reservatório uma bomba, acumulador, trocador de calor, sistema de filtragem, etc.

 O sistema de pressão de operação pode variar de algumas centenas de libras por polegada quadrada (PSI) em pequenos aviões e helicópteros até 5.000 PSI em grandes aeronaves.

Os sistemas hidráulicos têm muitas vantagens como fontes de potência de energia para acionar várias unidades da aeronaves, combinando as vantagens de peso leve, facilidade de instalação, simplificação de inspeção e requisitos mínimos de manutenção.

As operações hidráulicas são também eficientes quase 100 por cento, com perda insignificante, somente por causa do atrito do fluido.

Sistemas Hidráulicos básicos

Independentemente da sua função e projeto, cada sistema hidráulico tem um número mínimo de componentes além de algum tipo de fluído hidráulico para sua operção.

Um sistema básico consiste de uma bomba, reservatório, válvula unidirecional (check valve), válvula alivio de pressão, válvula seletora, atuadores e filtro.

Sistema de bomba mecânica

Sistema hidráulico básico com bomba mecânica e componentes hidráulicos.

A figura acima mostra um sistema básico com a adição de uma bomba mecânica e um filtro, um regulador de pressão, acumulador, medidor de pressão, válvula de alívio, e duas válvulas unidirecionais.

Componentes e descrição

FILTRO

Remove as partículas estranhas do fluido hidráulico, prevenindo contra a entrada de poeira, areia, ou outros materiais indesejáveis no sistema.

RESERVATÓRIO

O reservatório é um tanque em que um fornecimento adequado de fluido para o sistema é armazenado. O líquido flui do reservatório para a bomba, onde é forçado através do sistema e eventualmente retorna para o reservatório.

O reservatório não só fornece o funcionamento do sistema, mas também repõe o fluido perdido por vazamento. Além disso, o reservatório serve como uma doca de expansão para o excesso de fluido forçado a sair do sistema por expansão térmica (aumento do volume de fluido causado pela mudança de temperatura), dos acumuladores e por pistão e deslocamento da haste.

O reservatório também fornece um lugar para o fluido de drenar as bolhas de ar que possam entrar no sistema.

REGULADOR DE PRESSÃO

Descarrega ou alivia a bomba mecânica quando a pressão desejada é alcançada. Então, ele é frequentemente mencionado como uma válvula de descarregamento.

Quando uma das unidades atuadoras está sendo operada, e a pressão na linha entre a bomba e a válvula seletora cresce até o ponto desejado, a válvula no regulador de pressão abre automaticamente, sendo o fluido desviado de volta para o reservatório.

Muitos sistemas hidráulicos não usam um regulador de pressão, mas têm outros dispositivos de descarregamento da bomba e manutenção da pressão desejada no sistema.

VÁLVULA DE ALÍVIO

É uma válvula de segurança instalada no sistema para desviar o fluido para o de retorno ao reservatório, nos casos de uma pressão excessiva ocorrer no sistema.

VÁLVULAS UNIDIRECIONAIS

Permitem ao fluxo do fluido fluir somente em uma direção. As válvulas unidirecionais estão instaladas em vários pontos nas linhas de todos os sistemas hidráulicos de aeronaves.

ACUMULADORES

O acumulador atende a duas finalidades:

(1) age como um amortecedor ou absorvedor de choque pela manutenção de uma pressão constante no sistema, e (2) estoca fluido suficiente sob pressão, para prover certas unidades quando em operação de emergência.

São projetados com uma câmara de ar comprimido que está separada do fluido por um diafragma flexível ou um pistão móvel. O medidor de pressão indica a quantidade de pressão hidráulica no sistema.

BOMBA HIDRÁULICA

Todos os sistemas hidráulicos de aeronaves têm um ou mais bombas Power-driven (bombas acionadas por motor) e pode ter uma bomba de mão adicional quando a bomba acionada pelo motor não estiver funcionando. Bombas a motor são a principal fonte de energia e podem ser movidas a motor, por motor elétrico conduzido, ou de ar.

Como regra geral, moto bombas elétricas são instaladas para uso em emergências ou durante operações terrestres. Algumas aeronaves podem implantar uma turbina de ar aríete (RAT) para gerar energia hidráulica.

BOMBAS MANUAIS

A bomba manual hidráulica é utilizada em alguns aviões antigos para a operação de subsistemas hidráulicos e em alguns aviões mais recentes como uma unidade de backup.

Bombas manuais são geralmente instaladas para fins de teste, bem como para utilização em caso de emergência. As bombas manuais também são instaladas para atender os reservatórios de uma única estação de recarga.

A única a estação de reenchimento reduz as possibilidades de contaminação do fluido.

BOMBAS MECÂNICAS

Os sistemas das aeronaves são, na maioria dos casos, equipados com bombas acionadas elétrica ou mecânicamente.

Bombas mecânicas

Muitas bombas hidráulicas mecânicas das aeronaves atuais são do tipo controladas por compensador e com demanda variável. Existe algumas bombas de demanda constante em uso.

Os princípios de operação são os mesmos para ambos os tipos de bombas.
Devido à sua relativa simplicidade e facilidade de entendimento, a bomba de demanda constante é usada para descrever os princípios de operação das bombas mecânicas.

VÁLVULAS DE ALÍVIO DE PRESSÃO

A pressão hidráulica deve ser regulada, a fim de usá-la para executar as tarefas desejadas. Uma válvula de alívio de pressão é usada para limitar a quantidade de pressão sendo exercida a um fluído confinado.

Isto é necessário para evitar a falha de componentes ou ruptura de linhas hidráulicas sob pressões excessivas. A válvula de alívio de pressão é, com efeito, uma válvula de segurança do sistema.

O projeto de válvulas de alívio de pressão inclui válvulas de mola ajustáveis. Elas são instaladas de tal forma que para descarregar fluido a partir da linha de pressão de retorno em um reservatório de linha quando a pressão exceder o máximo predeterminado para o qual a válvula é ajustada.

VÁLVULA SELETORA

A válvula seletora é usada para dirigir o fluxo do fluido .

A válvula seletora é usada para dirigir o fluxo do fluido. Essas válvulas são,
normalmente, atuadas por solenóides, ou manualmente operadas, direta ou indiretamente através de uma conexão mecânica.

Um cilindro atuador converte a pressão do fluido em trabalho útil através de um movimento mecânico linear ou recíproco, enquanto que, um
motor hidráulico converte a pressão do fluido em trabalho útil através de um movimento mecânico rotavivo.

O fluxo de fluido hidráulico pode ser acompanhado desde o reservatório, através da bomba e para a válvula seletora.

Com a válvula seletora na posição mostrada, o fluido hidráulico flui através da válvula seletora para a extremidade direita do cilindro atuador.

A pressão do fluido então força o pistão para a esquerda, e ao mesmo tempo o fluido que está sobre o lado esquerdo do pistão é forçado para fora, subindo pela válvula seletora e retornando ao reservatório através da linha de retorno.

Quando a válvula seletora é movimentada para a posição oposta, o fluido da bomba flui para o lado esquerdo do cilindro atuador, revertendo, assim, o processo. O movimento do pistão pode ser parado a qualquer momento pela movimentação da válvula seletora para neutro.

Nessa posição, todas as quatro passagens são fechadas, e a pressão é mantida em ambas as linhas de trabalho.

ATUADORES

Um cilindro de acionamento transforma a energia na forma de pressão fluida em força mecânica, ou ação, para realizar atividade.

Ele é utilizado para transmitir o movimento linear de alguns objetos ou mecanismos móveis. Um cilindro de acionamento típico tem um nicho cilíndrico, um ou mais pistões e bielas, e alguns selantes.

Válvula seletora com fechamento central de quadro passagens

Devido às quatro passagens, uma válvula seletora de fechamento central é uma das mais comumente usadas em sistemas hidráulicos da aeronave.

Ela é discutida em detalhes nos parágrafos seguintes.

Dispositivos valvulados de vários tipos tais como esferas, válvulas gatilho, rotores ou carretéis são usados nas válvulas seletoras com fechamento central de quatro passagens.

A figura abaixo (A) ilustra uma válvula desse tipo na posição fechada (OFF).

Todas as passagens da válvula estão bloqueadas, e o fluido não pode seguir para dentro ou para fora da válvula.

Na figura Acima (B), a válvula seletora está colocada em uma de suas posições abertas (extendida).

As passagens “PRESSÃO” e “CL 1” tornam-se interligadas dentro da válvula. Como resultado, o fluido sai da bomba para a passagem “PRESS” da válvula seletora, sai da passagem “CL 1” da válvula seletora e entra na passagem “A” do motor.

O fluxo do fluido faz o motor girar no sentido horário. Simultaneamente, o fluido de retorno é forçado para fora da passagem “B” do motor, e entra na passagem “CL 2” da válvula seletora.

O fluido, então, prossegue através da passagem no rotor da válvula, e deixa a válvula através da passagem “RETORNO”, para o retorno.

Na figura acima (C), a válvula seletora está colocada na outra posição “ON”. A passagem “PRESSÃO” e “CL 2” tornam-se interligadas.

Isso faz com que o fluido sob pressão seja entregue à passagem “B” do motor, o que faz com que o motor gire no sentido anti-horário.

O fluido de retorno deixa a passagem “A” do motor, entra na passagem “CL 1” da válvula seletora e segue através da passagem “RETORNO” da válvula seletora.

FUSÍVEIS HIDRÁULICOS

Um fusível hidráulico é um dispositivo de segurança. Eles podem ser instalados em locais estratégicos ao longo de um sistema hidráulico.

Eles detectam um aumento repentino do fluxo e bloqueiam o fluxo de fluido.

Ao fechar, um fusível tranca o fluido hidráulico para o resto do sistema.

Os fusíveis hidráulicos estão ligados ao sistema de freio, o trem de pouso para cima e para baixo, e linhas de pressão do reversor de empuxo e linhas de retorno.

Um tipo de fusível, do tipo de rearmamento automático, é projetado para permitir que certo volume de líquido por minuto passe através dele. Se o volume que passa através do fusível se tornar excessivo, o fusível se fecha e fecha o fluxo.

Quando a pressão for removida do lado do fornecimento de pressão do fusível, ele automaticamente se redefine para a posição aberta. Os fusíveis são geralmente de forma cilíndrica, com uma entrada e uma porta de saída em extremidades opostas.

Unidade de Transferência de energia (PTU)

A PTU é capaz de transferir energia, mas não de fluidos. Ela transfere energia entre dois sistemas hidráulicos. Diferentes tipos de PTUs estão em uso, algumas só podem transferir energia em uma direção enquanto outros podem transferir energia em ambos os sentidos.

Algumas PTUs tem um deslocamento fixo, enquanto que outros usam uma bomba hidráulica de deslocamento variável. As duas unidades, a bomba hidráulica e motor hidráulico, estão ligados através de um veio de acionamento único de modo que a energia pode ser transferida entre os dois sistemas.

Dependendo da direção de transferência de energia, cada unidade funciona, como um motor ou uma bomba.

Download MANUAL FAA – SISTEMA HIDRÁULICO

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