Sistema hidráulico en aeronaves

Definición
Un sistema hidráulico utiliza un fluido a presión para mover maquinaria o mover componentes mecánicos.

Descripción
Prácticamente todas las aeronaves hacen uso de algunos componentes hidráulicos. En aviones ligeros, de aviación general, este uso podría limitarse a proporcionar presión para activar los frenos de las ruedas. En aviones más grandes y complejos, el uso de componentes accionados hidráulicamente es mucho más común. Dependiendo de la aeronave en cuestión, se puede usar un solo sistema hidráulico, o dos o más sistemas hidráulicos que trabajen juntos, para alimentar cualquiera o todos los siguientes componentes:

frenos de rueda
volante de la nariz
retracción / extensión del tren de aterrizaje
solapas y listones
reversores de empuje
spoilers / speed brakes
superficies de control de vuelo
puertas de carga / rampas de carga
limpia parabrisas
control de paso de la hélice
El sistema hidráulico consiste en el fluido hidráulico más tres componentes mecánicos principales. Esos componentes son el "generador de presión" o la bomba hidráulica, el "motor" accionado hidráulicamente que alimenta el componente en cuestión y el sistema "fontanería" que contiene y canaliza el fluido a través de la aeronave según sea necesario.
Fluido hidráulico
El fluido es el medio a través del cual un sistema hidráulico transmite su energía y, teóricamente, se podría utilizar prácticamente cualquier fluido. Sin embargo, dada la presión de operación (3000 a 5000 psi) que la mayoría de los sistemas hidráulicos de aeronaves generan en combinación con las condiciones ambientales y los estrictos criterios de seguridad bajo los cuales debe operar el sistema, el fluido hidráulico que se usa debe tener las siguientes propiedades:
Punto de inflamación alto. En el caso de una fuga hidráulica, la ignición del fluido no debe ocurrir a las temperaturas normales de funcionamiento de los componentes circundantes. Se han desarrollado fluidos hidráulicos especiales con propiedades de resistencia al fuego para uso en aviación. Estos fluidos son ésteres de fosfato y, a diferencia de los fluidos hidráulicos a base de aceite mineral, son muy difíciles de encender a temperatura ambiente. Sin embargo, si el fluido se calienta a temperaturas superiores a 180 grados C, mantendrá la combustión. La temperatura de autoignición de la mayoría de los fluidos hidráulicos de aviación está en el rango de 475 grados C.
Viscosidad adecuada. Los sistemas hidráulicos de las aeronaves deben funcionar de manera eficiente en un amplio espectro de temperaturas. El fluido utilizado debe fluir fácilmente a temperaturas muy bajas, pero también debe mantener una viscosidad adecuada a temperaturas altas. El fluido hidráulico ideal tendrá un punto de congelación muy bajo y un punto de ebullición muy alto.
Propiedades del lubricante. El fluido hidráulico actúa como un lubricante para las bombas, actuadores y motores dentro del sistema. El fluido debe tener propiedades anticorrosivas y ser térmicamente estable.
Capacidad térmica / Conductividad. El fluido hidráulico actúa como un sistema de refrigerante. El fluido debe poder absorber y liberar calor fácilmente.
Bombas hidraulicas
Varios tipos de bombas hidráulicas accionadas por una variedad de fuentes de energía se pueden encontrar en aplicaciones de aviación. Las bombas incluyen:

Bombas de engranajes. Las bombas de engranajes utilizan engranajes de malla para bombear fluido. Las bombas de engranajes son bombas de tipo de desplazamiento fijo, ya que mueven una cantidad específica de fluido por rotación. Las bombas de engranajes se pueden usar en sistemas de baja presión (menos de 1500 psi), pero generalmente no son adecuadas para aplicaciones de alta presión
Bombas de pistón de desplazamiento fijo. Las bombas de pistón utilizan un pistón que se mueve en un cilindro para presurizar un fluido. Una bomba de desplazamiento fijo mueve una cantidad específica de fluido con cada golpe.
Bombas de pistón de desplazamiento variable. Este es el tipo más común de bomba en aviones grandes. El diseño de desplazamiento variable permite que la bomba compense los cambios en la demanda del sistema al aumentar o disminuir la salida de fluido. Esto permite mantener una presión constante en el sistema.
La potencia motriz de estas bombas se puede generar mediante una amplia variedad de opciones que incluyen:

Manual. En muchos aviones ligeros, una bomba hidráulica manual proporciona presión para los frenos de las ruedas o la extensión y retracción de las aletas.
Motor accionado. Las bombas se montan frecuentemente en la caja de engranajes accesorios del motor.
Eléctrico. Los motores de CA y CC se utilizan para impulsar bombas hidráulicas, siendo los motores de CA trifásicos los más comunes.
Neumático. En algunos aviones se utilizan motores de purga de aire para accionar bombas hidráulicas.
Hidráulico. Una unidad de transferencia de potencia (PTU) permite que la presión hidráulica de un sistema hidráulico accione una bomba para presurizar un segundo sistema hidráulico sin ninguna transferencia de fluido hidráulico. Dependiendo de la instalación, una PTU puede ser única o bidireccional.
Turbina de aire Ram. En el caso de una emergencia, algunos aviones tienen una Turbina de Aire Ram (RAT)  que se puede extender a la corriente de aire para generar presión hidráulica.
Motores y cilindros hidráulicos.
Los motores y cilindros hidráulicos utilizan un fluido presurizado para hacer trabajos mecánicos.

Motores hidráulicos. Un motor hidráulico es un dispositivo mecánico que convierte la presión y el flujo hidráulico en torque y desplazamiento angular o rotación. Hay disponibles varios tipos de motores hidráulicos, como motores de engranajes, paletas y pistones radiales. En los aviones, los motores hidráulicos se utilizan con mayor frecuencia para accionar tornillos de husillo que, a su vez, pueden utilizarse para impulsar flaps, estabilizadores y algunas aplicaciones de trenes de aterrizaje que se extienden verticalmente, como las que se encuentran en el avión LOCKHEED AC-130 Specter Hercules.
Cilindros hidraulicos. Un cilindro hidráulico, a veces denominado un motor hidráulico lineal o un actuador hidráulico, es un actuador mecánico que se utiliza para proporcionar una fuerza reversible en una sola dirección. El cilindro hidráulico consiste en un cilindro cilíndrico dentro del cual un pistón conectado a un vástago de pistón ejerce presión hidráulica para moverse hacia adelante y hacia atrás. Las aplicaciones de la aeronave incluyen la extensión y retracción del tren de aterrizaje, la operación de la puerta de carga y el movimiento de las superficies de control de vuelo.
Los sistemas hidráulicos de aviación, en general, son de la variedad de "bucle abierto" que extrae el fluido de un reservorio, lo presuriza y lo pone a disposición de los distintos componentes del usuario antes de devolver el fluido al reservorio. Los componentes principales de la parte de "plomería" del sistema hidráulico incluyen los siguientes:

Depósito. La mayoría de los sistemas de aeronaves requieren que los depósitos de fluido hidráulico proporcionen una fuente lista de fluido para la (s) bomba (s) hidráulica (s) y que contengan un volumen variable de fluido. Esta variación se debe al volumen del actuador diferencial (depende de si el actuador está extendido o retraído) y de la contracción o expansión térmica del fluido. El tamaño del reservorio se optimiza de modo que solo se transporta la cantidad de fluido necesaria para el correcto funcionamiento. En muchas instalaciones, el aire de purga se utiliza para presurizar o "arrancar" el depósito para ayudar a prevenir la cavitación de la bomba hidráulica.
Filtros. La limpieza del fluido hidráulico es esencial para el correcto funcionamiento del sistema. Los filtros en línea están incorporados en el sistema hidráulico para eliminar cualquier contaminante del fluido.
Válvulas de cierre. Las válvulas de cierre hidráulicas generalmente se instalan en el firewall del motor. En caso de que se produzca un incendio en el motor, la válvula de cierre se cierra para evitar una posible ignición del fluido hidráulico.
Válvulas de control. Los motores y actuadores hidráulicos tienen una válvula de control asociada que se coloca en respuesta a una selección manual o automática del sistema, como mover la palanca de la tapa. La válvula de control responde a esa selección al posicionarse para permitir que el fluido hidráulico presurizado fluya hacia el motor o el actuador en la dirección apropiada.
Válvula de alivio de presión. En algunos sistemas, especialmente aquellos que utilizan una bomba de desplazamiento fijo, se incorporan válvulas de alivio de presión para garantizar que no se supere la presión nominal del sistema. Si la presión del sistema aumenta demasiado, la válvula de alivio se abre y el líquido regresa al depósito.
Fusibles hidraulicos. Los fusibles hidráulicos son dispositivos de seguridad en línea diseñados para sellar automáticamente una línea hidráulica si la presión es demasiado baja.
Acumuladores. Un acumulador hidráulico es un depósito de almacenamiento de presión en el que el fluido hidráulico se mantiene bajo presión por una fuente externa de energía. La fuente externa puede ser un resorte o un gas comprimido. Un acumulador permite a un sistema hidráulico hacer frente a los extremos de la demanda utilizando una bomba menos potente y responder más rápidamente a una demanda temporal. También actúa como un amortiguador del sistema al suavizar las pulsaciones. En el caso de una falla de la bomba hidráulica, la energía almacenada en un acumulador puede proporcionar un número limitado de aplicaciones de frenos después del aterrizaje.
Redundancia del sistema hidráulico
La redundancia del sistema hidráulico se logra por dos medios principales: múltiples sistemas y múltiples fuentes de presión dentro del mismo sistema.

Fuentes de presión múltiple. Los sistemas hidráulicos a menudo tienen más de una bomba disponible para presurizar el sistema. Es bastante común que un sistema tenga una o más bombas accionadas por motor más una o más bombas eléctricas. En algunos casos, también se incorpora una bomba manual. Algunos sistemas solo usan las bombas eléctricas o manuales cuando están en el suelo cuando los motores no están funcionando. Otros utilizan la (s) bomba (s) eléctrica (es) para proporcionar una fuente de presión adicional en situaciones de alta demanda, como la retracción del engranaje o como fuente de presión primaria en caso de pérdida de la (s) bomba (s) accionada (s) por el motor. Cuando se utiliza una bomba eléctrica como fuente de presión primaria, se puede incorporar una segunda bomba eléctrica o una Turbina de aire Ram en el sistema como una fuente de respaldo de presión hidráulica.
Sistemas hidráulicos múltiples. En muchos aviones, las superficies de control de vuelo son accionadas hidráulicamente. En estos casos, los actuadores múltiples en cada superficie, impulsados ​​por múltiples sistemas hidráulicos, son esenciales para garantizar que la falla de un sistema hidráulico no resulte en la pérdida de control. En los aviones comerciales modernos, es común alimentar las superficies de control de vuelo desde tres sistemas hidráulicos independientes. La arquitectura de la superficie de control permite el fallo de dos de esos sistemas sin comprometer el control.
Amenazas
Los sistemas hidráulicos están sujetos a varias amenazas importantes. Éstos incluyen:

Sistema de sobrecalentamiento. El sistema supera su temperatura de funcionamiento máxima permitida y debe desactivarse.
Pérdida de presión del sistema. La pérdida de presión del sistema puede ocurrir de dos maneras diferentes; Pérdida de fluido o fallo de una bomba hidráulica.
Contaminación hidráulica de fluidos. La contaminación puede ser de naturaleza química o particulada y puede ser causada durante la producción de fluidos, por un servicio inadecuado del sistema hidráulico o por una falla de un componente.
Efectos
El sobrecalentamiento del sistema hidráulico, la pérdida de presión o la contaminación del fluido pueden provocar la pérdida del sistema hidráulico y la pérdida de la función de los componentes que alimenta. La contaminación con fluidos también puede provocar la pérdida de eficiencia del sistema hidráulico, fugas de fluidos, desgaste excesivo de los componentes y falla prematura de los componentes.

Defensas
La defensa principal contra la contaminación del fluido hidráulico se basa en prácticas de mantenimiento robustas. Todos los fluidos utilizados para dar servicio al sistema deben ser los especificados en la OMA y los tipos de fluidos no deben mezclarse. Se debe tener cuidado para asegurarse de que el líquido no esté contaminado antes de su uso y que no se introduzcan contaminantes en el sistema mientras se llena el líquido. Los filtros del sistema deben limpiarse o reemplazarse según las pautas del fabricante.

En el caso de un sobrecalentamiento del sistema o una pérdida de presión, seguir el Manual de referencia rápida (QRH) o las listas de verificación de ECAM puede resultar en la recuperación del sistema. Si la pérdida de presión era, como resultado, una pérdida total de fluido hidráulico, el sistema no es recuperable.

Escenarios típicos
Un Airbus A330 en ruta desde Manchester, Inglaterra hasta Orlando, Florida, perdió gradualmente el fluido hidráulico del sistema hidráulico azul. Cuando el Monitor Electrónico Centralizado de Aeronaves (ECAM) anunció la pérdida de presión del sistema, se completaron las acciones apropiadas para asegurar el sistema. El Capitán contactó con el mantenimiento de la Compañía para discutir las opciones. Debido al hecho de que no hubo una pérdida significativa de la capacidad de la aeronave debido a la redundancia del sistema, que el viaje a destino duró menos de dos horas y que había muchos aeródromos de desviación en ruta, se decidió continuar el vuelo hacia el destino planificado. El vuelo aterrizó en Orlando sin más incidentes.
Justo después de la cima de la escalada, un avión militar canadiense C130 Hércules en ruta desde Trenton, Ontario a Winnipeg, Manitoba sufrió una pérdida total del sistema hidráulico de la Utilidad debido a una falla del accionador del timón. La capacidad de control de la aeronave no fue un problema, ya que el sistema hidráulico Booster también proporciona presión a las superficies de control de vuelo. El Capitán eligió regresar a Trenton, que estaba a unos 70 nm al sureste de la posición del avión. Se llevó a cabo una extensión de engranajes alternativos (de gravedad) y se realizó un acercamiento y aterrizaje sin colgajo. El sistema hidráulico auxiliar se usó para proporcionar presión a los frenos y se usó el paso de la hélice inversa completa para ayudar a detener el avión. El avión se detuvo en la pista y luego fue remolcado a la rampa.
Accidentes e incidentes
B752, Londres Gatwick, 2013 ( El anuncio por parte del Capitán de un Boeing 757-200 con pensión completa a punto de partir que estaba destinado a iniciar un Desembarque rápido de precaución debido al humo de una fuga hidráulica fue confuso y se realizó una evacuación de emergencia parcial. La investigación descubrió que Cabin Crew solo sabía esto a través del anuncio y observó un reemplazo posterior de los procedimientos aplicables por una versión mejorada, aunque se consideró que esto carecía de resiliencia en un aspecto. Se consideró que el evento ilustró la importancia de tener una tripulación de cabina. cerca de las puertas cuando los pasajeros están a bordo de un avión en tierra. )
DC10, en ruta, desvío Sioux City USA, 1989 (el 19 de julio de 1989, un avión DC-10 de United Airlines (Vuelo 232), luego de una inspección inadecuada, sufrió una falla incontrolada del motor que ocasionó la pérdida de los sistemas hidráulicos y la pérdida de control durante un intento de aterrizaje de emergencia, que fue seguido por un incendio posterior al choque. )
CRJ1, Southampton Reino Unido, 2007 ( El 17 de enero de 2007, un avión CRJ 100 de Bombardier, operado por la aerolínea francesa Brit Air en un vuelo nocturno programado de pasajeros desde París CDG a Southampton, no pudo ser controlado direccionalmente después de un aterrizaje en una superficie seca con visibilidad normal y casi vientos calmados y salieron del lado de la pista durante el aterrizaje. No hubo heridos en ninguno de los 36 ocupantes y no hubo daños en el avión. )
B763, Varsovia, Polonia, 2011 ( El 1 de noviembre de 2011, un Boeing 767-300 aterrizó en Varsovia con el tren de aterrizaje retraído después de declarar una emergencia en previsión de las posibles consecuencias que, en este caso, incluyeron un incendio del motor y una evacuación de emergencia completa pero exitosa La investigación atribuyó la incapacidad de lograr una extensión de engranaje exitosa usando un sistema alternativo o caída libre a la falla de la tripulación al notar que la Batería Busbar CB que controlaba la energía al mecanismo de liberación del bloqueo ascendente se disparó. La extensión de engranaje que usa el sistema normal había sido excluida de antemano por una falla parcial del sistema hidráulico poco después del despegue de Nueva York )
NIM, maniobras, norte del Mar del Norte, Reino Unido, 1995 (el 16 de mayo de 1995, un RAe BAe Nimrod en una función de aeronavegabilidad se incendió después de un cortocircuito eléctrico que llevó indirectamente a que el disco de la turbina de arranque del motor No 4 se liberara y rompiera el combustible No 2. El estudio concluyó que la fuga de combustible había sido encendida ya sea por el arco eléctrico o el calor del motor adyacente. Después de que el incendio se extendiera rápidamente, el riesgo de ruptura estructural llevó al comandante a abandonar el avión mientras todavía era controlable. Esto fue exitoso y los siete ocupantes fueron rescatados.)