Unidad de transferencia de energía - Power transfer unit

En aviación, una unidad de transferencia de energía (PTU) es un dispositivo que transfiere energía hidráulica de uno de los sistemas hidráulicos de una aeronave a otro en caso de que el segundo sistema falle o se apague.

La PTU se utiliza cuando, por ejemplo, hay presión del sistema hidráulico derecha pero no presión del sistema hidráulico izquierdo. En este ejemplo, la PTU transfiere potencia hidráulica del sistema hidráulico derecho al sistema hidráulico izquierdo. Una PTU consta de un motor hidráulico emparejado con una bomba hidráulica a través de un eje.

Como la conexión es puramente mecánica, no hay mezcla de fluido hidráulico entre los sistemas hidráulicos izquierdo y derecho durante el funcionamiento de la PTU.

Filosofía de diseño

Las aeronaves de categoría de transporte de gran tamaño con controles de vuelo y servicios públicos accionados hidráulicamente suelen tener múltiples sistemas hidráulicos independientes alimentados por una combinación de bombas hidráulicas accionadas por motor y eléctricas. Por lo general, se necesitan múltiples sistemas hidráulicos para la redundancia, donde, por ejemplo, si un sistema falla o pierde fluido hidráulico, un sistema que sobrevive aún puede proporcionar suficiente energía para que los sistemas críticos continúen el vuelo y el aterrizaje seguros.

En aviones de pasajeros o jets ejecutivos con controles de vuelo motorizados, es típico tener al menos dos unidades de control de potencia hidráulica (actuadores) para cada superficie crítica de control de vuelo: estos son los elevadores, el timón y los alerones. Sólo se pueden utilizar dos fuentes si existe alguna forma de reversión mecánica (es decir, el piloto aún puede volar el avión manualmente, pero con cierta dificultad, mediante conexiones mecánicas y cables si se pierde la potencia hidráulica).

En aviones de vuelo por cable, se necesitan al menos tres fuentes de energía independientes. Mientras tanto, los alerones y los flaps se consideran controles de vuelo secundarios y solo pueden tener una única fuente de energía hidráulica, siempre que el control de vuelo se pueda desplegar simétricamente.

Del mismo modo, el tren de aterrizaje, los frenos y la dirección de la rueda de morro son sistemas que no se consideran críticos para el vuelo y, por lo tanto, generalmente solo son impulsados ​​por un único sistema hidráulico en un avión comercial o un avión comercial.

Cuando una aeronave funciona con un solo sistema hidráulico, las PTU resultan beneficiosas al permitir que una sola fuente de energía, por ejemplo, una bomba impulsada por un motor sobreviviente, alimente más de un sistema hidráulico si la fuente de energía en ese sistema ha fallado. Las PTU solo funcionan con la condición de que el sistema no se haya perforado y perdido su fluido, porque no permiten la transferencia de fluido, solo la transferencia de trabajo mecánico.

Por ejemplo, en el diseño original del Airbus A320, el sistema hidráulico del tren de aterrizaje (extensión / retracción, frenos y dirección) estaba impulsado únicamente por el sistema Green (mano izquierda), impulsado por la bomba impulsada por el motor izquierdo. En el caso de una falla del motor de babor durante el despegue, el tren de aterrizaje no podría retraerse ya que no hay una bomba de motor auxiliar en el sistema hidráulico verde en un A320. (Los A320 modernos tienen la dirección del volante de morro impulsada por el sistema amarillo).

La PTU resuelve este problema al permitir un acoplamiento mecánico giratorio entre ambos sistemas, por lo que la bomba impulsada por el motor para el sistema Amarillo (mano derecha) en el motor de estribor, que está sobredimensionado para la demanda hidráulica normal, puede verter el exceso de potencia en el sistema verde. a través de la PTU, y permitir que continúe la retracción del tren de aterrizaje motorizado, mientras se mantiene la presión hidráulica en los controles de vuelo del sistema verde.

Asegurar la retracción del tren de aterrizaje en caso de falla es una garantía potencial proporcionada por una PTU. Alternativamente, el diseñador puede optar por que una segunda bomba de motor eléctrica realice esta función si no se desea una PTU. Sin embargo, una bomba de motor adicional puede ser más pesada que una PTU, y los estudios comerciales complejos pueden favorecer una opción u otra, según los casos de falla que considere y la importancia del peso en la compensación.

PTU unidireccionales y bidireccionales

En el Airbus A320, el sistema amarillo puede alimentar el sistema verde, pero debido a que también es bidireccional, si el motor de estribor falla, el sistema verde puede ayudar a alimentar el sistema amarillo volcando el exceso de potencia en él a través del mismo mecanismo. Esto también se conoce como PTU "reversible".

En alguna otra aeronave, la dirección de rotación de la PTU y, por lo tanto, el flujo de fluido a través de ella, pueden diseñarse para funcionar en una sola dirección. El jet de negocios Citation X es uno de esos aviones con una PTU unidireccional protegida por válvulas de retención y una línea de pérdida de contrapresión, diseñada para permitir que el sistema hidráulico del lado derecho ayude al sistema hidráulico del lado izquierdo y la bomba del motor auxiliar del lado izquierdo a retraerse. el tren de aterrizaje solo durante una falla del motor del puerto.

En otras aeronaves, la función de una PTU reversible bidireccional se puede lograr con dos PTU unidireccionales instaladas una al lado de la otra dispuestas en orientaciones opuestas entre sí. El sistema hidráulico del helicóptero CH-47 Chinook utiliza PTU unidireccionales gemelas de esta manera.

PTU en línea y de eje doblado

Las unidades de transferencia de energía hidráulica no son más que un motor hidráulico acoplado a una bomba hidráulica a través de un eje, como tales, conceptualmente, pueden ser cualquier tipo de motor o bomba, como paletas , engranajes , impulsores o pistones en línea, o de desplazamiento variable. tipos de pistón en línea .

Normalmente, aunque las PTU están emparejadas con motores / bombas de pistón en línea, en disposiciones de eje recto o doblado.

Una bomba / motor de pistón en línea de eje recto se basa en un plato oscilante interno inclinado para impulsar las zapatas del pistón hacia arriba y hacia abajo alrededor del deslizamiento del pistón interno de la bomba, lubricado por el propio fluido; este tipo de PTU puede parecer dos cilindros atornillados, con un puerto de entrada y salida en cada extremo. Un ejemplo de una PTU en línea de eje recto se puede encontrar en el sistema hidráulico Cessna Citation X.

Una bomba de pistón en línea de eje curvado funciona de la misma manera, pero renuncia al plato oscilante inclinado, en cambio, todo el grupo giratorio se inclina para lograr el desplazamiento del pistón. Se puede encontrar un ejemplo de una PTU en línea de eje doblado en el sistema hidráulico Hawker 4000.

En otras representaciones más, un motor / bomba de desplazamiento fijo de eje doblado puede acoplarse con una bomba de motor de desplazamiento variable de eje recto, como en el caso del Airbus A320 PTU.

Mecanismo de funcionamiento y ruidos distintivos

El mecanismo por el cual funciona una PTU es por sobretensión, las PTU se inician automáticamente por pura influencia mecánica resultante de la presión delta entre los dos sistemas hidráulicos a los que está conectada. En consecuencia, una PTU acelera muy rápidamente bajo la carga inducida por delta-P y luego se detiene con la misma rapidez una vez que la presión se iguala. Cada aumento de presión puede durar solo un segundo, lo que provoca un modo de funcionamiento de parada-inicio.

En la práctica, esto da como resultado un repentino movimiento de bobinado hacia arriba y hacia abajo, que produce un ruido fuerte que se puede comparar con un perro que ladra. Los pasajeros que hayan volado en el Airbus A320 con frecuencia escucharán el 'ladrido del perro' de la PTU, generalmente cuando solo un motor está en funcionamiento, o cuando la bomba eléctrica del sistema amarillo es la única fuente de energía hidráulica activa, la PTU se activa mecánicamente. En consecuencia, normalmente la PTU solo se escucha al encender o apagar. Muy raramente se escucha en vuelo a menos que haya un déficit momentáneo de potencia al retraer el engranaje o se haya producido una falla hidráulica.

En la literatura de Airbus, se indica que la PTU 'se autocomproba', en el arranque; sin embargo, la PTU no contiene ninguna asistencia electrónica del motor y no se le puede ordenar que arranque, se inicia por sí misma solo cuando hay presión hidráulica. Sin embargo, las válvulas de cierre energizadas por solenoide pueden aislar la PTU a través de un interruptor de botón (pb / sw) en la cabina, pero esta característica rara vez se usa.

Notas

enlaces externos

Video de puesta en marcha de Aer Lingus A320 , con sonido característico de PTU

Video de Airbus-PTU, trabajando en su compartimento

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