CONFIGURACIóN DE LA INSTALACIóN NEUMáTICA EN LA ZONA DE

COLA DE UN AVIóN OBJETO DE LA INVENCIóN

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a la estructura de la instalación neumática de acondicionamiento de aire en la zona de cola de un avión; que tiene por objeto proporcionar una nueva estructura que permite reducir la longitud de la conducción de la instalación neumática y eliminar los codos que dicha conducción presenta en la zona de cola de un avión, de manera que la instalación tiene un menor coste, un menor peso, y menores pérdidas de presión en la conducción.

En general la invención es aplicable en cualquier tipo de avión de pasajeros, y más concretamente se enmarca dentro del desarrollo de la nueva generación de aviones de doble pasillo y largo alcance que cada vez están equipados con más sistemas y a su vez más complejos, por lo que demandan cada vez mayor energía para su funcionamiento.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN

Es conocido que los aviones incluyan una instalación neumática de acondicionamiento de aire que comprende una unidad de potencia auxiliar (APU) que está determinada por un motor auxiliar que se encarga de arrancar los motores principales del avión, así como suministrar energía eléctrica y neumática a los sistemas del avión mientras los motores principales están apagados. También está contemplado el uso conjunto de la APU con los motores principales cuando se requiere un aporte extra de potencia .

Este motor está ubicado tradicionalmente en el cono de cola trasero del avión, o también conocido como sección 19.1. Su funcionamiento es el de un motor a reacción, aunque de menor tamaño que los principales. Por

lo tanto, la energía eléctrica la obtiene mediante un generador arrastrado por el propio eje motor, y la energía mecánica la obtiene mediante un sangrado de aire de las primeras etapas de compresión que circula a través de él y que se absorbe del exterior del avión.

La demanda de energía eléctrica en los sistemas del avión, incluso en tierra, cuando los motores principales están apagados, es cada vez mayor. Por tanto, la potencia que puede suministrar la APU se ve cada vez más comprometida. En consecuencia, cuanta menor potencia de la APU se ha de dedicar a suministrar energía neumática, mayor cantidad de energía se podrá dedicar a la potencia eléctrica .

Hay un alto porcentaje de presión que se consume en la conducción neumática que transmite el aire desde la APU a los sistemas que la demandan. Estas pérdidas se producen en mayor medida en los codos incluidos en la conducción, los cuales cuanto más cerca se encuentren de la fuente de suministro (la APU), mayores pérdidas producen, ya que hay una relación exponencial entre pérdidas y presión, a mayor presión mayor es la caída de presión por un codo y la fricción. Por consiguiente cuanto más cerca de la APU se encuentren los codos, más perjudiciales son estos para el funcionamiento global del sistema.

Además, la conducción neumática incorpora elementos de compensación del movimiento que pueda tener la conducción, movimiento que es más crítico cuanto más próximos nos encontremos a la APU, ya que al tratarse de un motor las vibraciones se transmiten a la conducción, especialmente en regímenes transitorios o de mal funcionamiento. Por consiguiente es necesario compensar los movimientos de la APU para que no se transmitan a la conducción, lo que podría derivar en fallos o roturas por fatiga.

Por consiguiente es especialmente delicado el diseño de la instalación neumático en la zona de la cola de avión, ya que en ella se encuentra la APU.

La forma tradicional de abordar esta compensación de los movimientos de la APU es mediante tres codos previstos en la conducción, que permiten compensar las dilataciones térmicas, y tres elementos compensadores como normalmente juntas cardan que absorben los movimientos angulares. Esta configuración tiene el inconveniente de que se introducen una gran cantidad de pérdidas al disponerse los tres codos próximos a la APU, lo que además determina que la conducción tenga una longitud extra, precisamente en la zona más sensible a las pérdidas de presión. Además, existe el problema adicional de que la conducción sale de la parte alta de la APU y a lo largo de la zona presurizada en la que se encuentran los pasajeros, la conducción neumática debe de encontrarse por debajo de la cabina de los pasajeros, por lo que hay que alcanzar la zona baja del avión antes de llegar a las secciones presurizadas .

Por otro lado, cabe señalar que entre la APU y la zona presurizada, existe un obstáculo importante determinado por el estabilizador horizontal del avión (HTP) que ocupa de lado a lado todo el volumen del avión, dejando únicamente paso libre por encima o por debajo de él. Por ello es habitual que la conducción neumática pase por encima del estabilizador y una vez salvado este obstáculo desciende a la parte baja del avión. Además existe el impedimento de las cuadernas de unión entre las secciones de avión que contiene a la APU y las que contiene al estabilizador. Esta cuaderna de unión es del tipo celosía que presenta una abertura central dejando huecos limitados a través de los cuales puede pasar la conducción neumática. Dado que la cuaderna

- A - se encuentra antes del alcanzar el estabilizador horizontal, reduce aún más la longitud en la que hay que realizar la compensación de movimientos desde la salida de la APU, y justifica aún más el que la conducción neumática pase por encima del estabilizador horizontal.

Además hay que añadir que en esta zona se soporta el peso del plano vertical de cola, por lo que las cuadernas presentan en su parte superior una mayor sección que en la inferior para soportar el peso indicado. Todo ello determina que frecuentemente haya que agujerear las cuadernas estructurales del avión en esta zona, con las dificultades e inconvenientes que ello implica, ya que éstas se realizan mediante material metálico y fibra de carbono, de manera que el uso de la fibra dificulta el poder realizar agujeros, que han de ser de gran tamaño para permitir el paso de la conducción neumática, lo que representa un gran problema, al encontrarse estas zonas cargadas estructuralmente, lo que complica considerablemente el diseño de las cuadernas, derivando en aumento de peso.

Adicionalmente a lo anterior, el diseño de la conducción por encima del estabilizador horizontal tiene más recorrido en comparación con un diseño que fuera por debajo, lo cual se traduce en que el propio sistema genera más pérdidas de presión, y un incremento del peso de la conducción.

DESCRIPCIóN DE LA INVENCIóN

Para conseguir los objetivos y resolver los inconvenientes anteriormente indicados, la invención ha desarrollado una nueva estructura de la instalación neumática de acondicionamiento de aire en la zona de cola de un avión, que al igual que las convencionales está dotada de una unidad auxiliar de potencia (APU) de suministro de potencia neumática y eléctrica, cuya salida de potencia neumática está unida a una conducción que

antes de llegar a la zona de la cabina presurizada de pasajeros se sitúa en la parte inferior del avión; contando la conducción con elementos de compensación de dilatación térmica y de compensación de las vibraciones que produce la APU en su funcionamiento. La novedad de la invención radica en que la salida de la potencia de la APU está dispuesta en su parte frontal en la que se conecta la conducción que está constituida por un tubo recto inclinado y descendente hacia la parte anterior del avión. Además en dicho tubo se intercalan los elementos de compensación de dilatación térmica y de compensación de las vibraciones que produce la APU, de forma que mediante esta nueva estructura se reduce considerablemente la longitud de la conducción neumática y se eliminan los codos que convencionalmente se incorporan en la misma.

Esta nueva configuración tiene la gran ventaja de que se reducen considerablemente las pérdidas de presión, al evitar codos en una zona tan critica y reducir la longitud de la conducción, y por tanto la fricción. Además presenta una menor complejidad al reducir el número de elementos necesarios en la instalación, al tiempo que reduce el peso y el coste de la instalación. También permite alcanzar la zona baja del avión de una forma directa, inmediatamente a la salida de la APU, lo que permite que el tubo pase por la parte inferior del estabilizador horizontal y además el tubo pasa por la parte inferior de la abertura que presentan las cuadernas, es decir, por la parte superior de la sección inferior de la cuaderna, ya que tal y como fue señalado en el apartado anterior, la sección inferior de las cuadernas es mucho menor en su parte inferior que en la superior, lo que evita la necesidad de practicar orificios en las cuadernas y se reduce la longitud de la

conducción y se aumenta el espacio disponible para la instalación y mantenimiento de la misma.

Adicionalmente se consigue un mayor espacio en la zona adyacente de la APU, ya que el volumen que ocupa la conducción en esta zona es mucho menor, lo que favorece el mantenimiento de la APU y de sus zonas adyacentes.

A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

BREVE ENUNCIADO DE LAS FIGURAS

Figura 1.- Muestra una vista lateral esquemática de un avión en el que se ha incluido una estructura convencional de la instalación neumática de acondicionamiento de aire.

Figura 2.- Muestra una vista en planta de la figura anterior .

Figura 3.- Muestra una vista esquemática convencional de la zona de la conducción que sale de la APU.

Figura 4.— Muestra una representación esquemática lateral de un posible ejemplo de realización de la estructura de la invención. DESCRIPCIóN DE LA FORMA DE REALIZACIóN PREFERIDA

A continuación se realiza una descripción de la invención basada en las figuras anteriormente comentadas.

En primer lugar, y para facilitar la comprensión de la invención, se describe una estructura convencional de la instalación neumática de acondicionamiento de aire en la zona de cola de un avión con ayuda de las figuras 1 a

3, de manera que se complementa y facilita la comprensión del apartado de antecedentes de la invención.

Tal y como ya fue descrito en dicho apartado de antecedentes de la invención, las instalaciones

neumáticas de acondicionamiento de aire en la zona de la cola del avión, comprenden una APU 1, en cuya parte superior presenta una salida de aire en la que se conecta una conducción 2 que inicialmente discurre por la parte superior del avión, y que ha de situarse en la parte más baja del avión antes de llegar a la zona de la cabina presurizada de pasajeros 3. Se da la circunstancia de que en proximidad a la APU 1 existe una cuaderna 4 de refuerzo que ha de soportar el peso del plano vertical 9, por lo que su sección superior 4a es mucho mayor que su sección inferior 4b.

Además la conducción 2 tiene un diámetro considerable, por lo que existe poco espacio para permitir bajar la conducción 2 a la zona inferior del avión, lo que determina que en la mayoría de los casos del estado de la técnica la conducción 2 discurra por la parte superior del avión pasando por encima del estabilizador de cola 5. Para ello es necesario practicar unos oficios en la sección superior 4a de la cuaderna 4 de forma que se permita realizar el paso de la conducción 2.

Esta configuración determina una gran longitud de la conducción 2 y la incorporación de codos 4, circunstancias que repercuten en una gran pérdida de presión, tal y como ya fue señalado anteriormente.

Por otro lado, es necesario compensar las vibraciones que la APU 1 transmite a la conducción 2, lo cual se efectúa mediante elementos de compensación 6 de las vibraciones que produce la APU en su funcionamiento y mediante los propios codos 7 que se precisan en la instalación, que además realizan compensación de las dilataciones térmicas de forma que se absorben los movimientos angulares que proporciona la APU y preservan a la conducción 2 de sufrir fatigas y esfuerzos que afectan a su vida útil.

La forma tradicional de abordar estas compensaciones de los movimientos de la APU es mediante tres codos 7 tal y como se muestra en la figura 3, que no tienen por que estar contenidos en el mismo plano, y mediante la incorporación de tres elementos compensadores 6, normalmente constituidos por juntas cardan.

Cuanto mayor es el área 8 del triángulo formado por los elementos compensadores 6, mayor es la capacidad de absorber movimientos en la conducción 2. El problema que tiene esta solución, sencilla y efectiva desde el punto de vista de compensación de movimientos, es la cantidad de pérdidas de presión que introduce en la conducción ya que se consigue mediante codos 7 y un extra de longitud, precisamente en la zona más sensible a estas pérdidas.

Para resolver estos inconvenientes la invención ha desarrollado una nueva estructura en la que se prevé que la salida de potencia de la APU 1 se encuentre dispuesta en su parte frontal para lo que es necesario rediseñar la APU 1, de forma que la conducción se conecta sobre la misma, lo que permite que la conducción esté constituida por un tubo 2a recto e inclinado descendente hacia la parte anterior del avión, de forma que alcanza a la cuaderna 4 por su parte inferior, lo que determina que la conducción 2 pueda pasar por la parte inferior de la abertura que presentan las cuadernas 4, es decir, sobre el borde superior de la sección inferior 4b de la cuaderna 4, al ser la sección inferior 4b mucho menor que la sección superior 4a de la cuaderna 4, tal y como ya fue señalado, por lo que la nueva disposición de la invención no afecta a la estructura de la cuaderna 4 y permite el paso por la parte inferior del estabilizador horizontal 5 sin que se precise realizar la incorporación de codos 7.

En el tubo 2a se intercalan los elementos de compensación 6 de dilatación térmica y de compensación de las vibraciones para preservar al tubo 2a de que pueda sufrir roturas por fatiga.