FRENOS DE AVIONES ACCIONADOS ELECTRICAMENTE.

Procedimiento para monitorizar un sistema de frenado, que comprende un apilamiento térmico (1) del freno que comprende unos discos del freno (10,

12), comprendiendo el procedimiento medir el espesor (2) del apilamiento térmico del freno para determinar el desgaste de los discos del freno, y estando caracterizado porque ajusta la medición para compensar las variaciones de temperatura por encima de la temperatura ambiente del apilamiento térmico (1), que podrían provocar la expansión de dicho apilamiento térmico del freno

Frenos de aviones accionados eléctricamente.

La presente invención se refiere a frenos de aviones accionados eléctricamente, y más particularmente pero no exclusivamente, a la medida de desgaste y el ajuste de los frenos de este tipo.

Típicamente, los frenos de los aviones son del tipo denominado de múltiples discos, es decir, están dotados de unos discos de rozamiento de un compuesto de carbono-carbono e incorporan unos pistones accionados hidráulicamente y que generan la fuerza de mordaza a través del apilamiento térmico del freno, para provocar el rozamiento entre las interfaces de los discos. Un apilamiento térmico del freno que comprende unos discos C-C enchavetados en un tubo de torsión no giratorio y unos discos de rotor de C-C enchavetados en la rueda giratoria, e intercalados entre los estatores, genera las fuerzas de rozamiento para frenar y absorbe la energía cinética del avión en forma de calor. La activación del freno está bajo el control de una unidad de control electrónico, que controla la fuerza del frenado en respuesta a una señal de demanda de freno, y que monitoriza la acción de frenado mediante unas señales representativas de unos parámetros, tales como la presión de los frenos, el par de los frenos, la desaceleración, la velocidad de la rueda y la actividad de tracción.

Es importante en términos de a seguridad del avión que los apilamientos térmicos de los frenos tengan suficiente capacidad para absorber la energía cinética del avión durante un frenado de emergencia, tal como en un despegue rechazado. Este requisito determina una masa mínima del apilamiento térmico que debe estar disponible, y es un factor crítico que la cantidad de material que permanece en el apilamiento térmico del freno, lo que normalmente se identifica mediante el espesor del apilamiento térmico, pueda ser monitorizada con el fin de asegurar que se sustituyen a tiempo los apilamientos térmicos.

El espesor de los apilamientos térmicos del freno es monitorizado manualmente examinado la longitud de un pasador de desgaste fijado al disco del estator del freno, al extremo de dicho apilamiento en el que se aplica la presión del freno. Dichos pasadores de desgaste indican el espesor del material que permanece en el apilamiento térmico del freno, antes de que sea necesario una acción de mantenimiento.

A medida que se introduce la tecnología para los aviones más eléctricos, surge una tendencia hacia el uso de unos pistones accionadores conducidos eléctricamente para los frenos de aviones. En dichos accionadores, el desplazamiento para aplicar y liberar la fuerza de mordaza del freno sobre el pistón accionador, es accionado por un motor eléctrico a través de un mecanismo, tal como unos engranajes o un tornillo de bolas. El uso del accionamiento eléctrico permite que el accionador se vuelva más inteligente con la capacidad de proporcionar unos datos, tales como la posición del accionador con respecto al sistema de control del freno.

El documento US 2004/0084252 describe un sistema en el que se mide el desgaste utilizando un sensor de la posición del pistón accionador. Además, se puede realizar una estimación de la contribución al desgaste de cada una de las aplicaciones de freno individuales, basada en la temperatura medida del apilamiento térmico.

La patente US nº 6.003.640 a nombre de Goodrich describe un sistema que utiliza sensores de posición acoplados al pistón accionador para determinar la posición de dicho pistón. Al detectar la posición del accionador cuando está en contacto con el apilamiento térmico del freno cerrado, durante una rutina de calibración, y comparar esta posición con una posición de referencia determinada previamente, se determina el desgaste del apilamiento térmico del freno.

El uso de unos pasadores de desgaste en los frenos accionados hidráulicamente, y para los accionadores eléctricos, el uso de un sistema del tipo que se propuso en la patente US nº 6.003.640, no considera la temperatura del freno cuando se determina la posición del apilamiento térmico y el desgaste del mismo.

Típicamente la expansión del apilamiento térmico del freno, del tipo C-C, es del orden de 12x10^-6 ºC^-1. Esto es equivalente a 1,2 mm por cada 1000ºC por cada 100 mm del espesor del apilamiento térmico. Para un apilamiento térmico del freno típico, tipo carbono-carbono de un avión civil de tamaño medio, con un espesor total de 200 mm, se produce una expansión de 2,4 mm entre la temperatura ambiente y 1000ºC. Para un apilamiento térmico del freno típico, tipo carbono-carbono 300 mm, de un avión civil, se produce una expansión de 3,6 mm entre la temperatura ambiente y 1000ºC.

La expansión térmica de un material de rozamiento del freno con un coeficiente de expansión positiva, resultará en un valor positivo cuando el apilamiento térmico del freno aumenta su temperatura, y un valor negativo cuando el apilamiento térmico del freno se está enfriando. Cuando el freno se calienta durante un ciclo de frenado, se producirá la expansión del apilamiento térmico. Cuando el freno se enfría entre los ciclos de frenado, se producirá la contracción del apilamiento térmico.

Si se mide el espesor del apilamiento térmico del freno cuando éste está una temperatura elevada entonces, cuando dicho apilamiento térmico del freno se enfría por debajo de la temperatura a la que se medía su espesor, se producirá la contracción de dicho apilamiento térmico del freno debido al enfriamiento, lo que reduce su espesor. Si el sistema está monitorizando el desgaste del freno o la cantidad de desgaste que permanece en el apilamiento térmico del freno, se obtendrá una evaluación distorsionada del desgaste o del material restante, lo que resulta en una evaluación incorrecta de los ciclos restantes hasta el mantenimiento, si el sistema utiliza algoritmos para evaluar la vida útil restante del freno.

Los sistemas de control de freno descritos en el documento WO 02/12043 ahora pueden utilizar datos sobre el espesor del apilamiento térmico del freno, derivados de la cantidad de material desgastado en comparación con la cantidad de material nuevo, o la cantidad de material que permanece por encima del espesor completamente desgastado del apilamiento térmico, para determinar la vida útil restante de dicho apilamiento térmico del freno antes de que sea necesario sustituirlo.

Con el fin de obtener la medida del espesor del apilamiento térmico del freno que se puede utilizar para obtener datos precisos sobre el desgaste del freno, únicamente se puede realizar la determinación del espesor del apilamiento térmico cuando el freno está a temperatura ambiente, o a una temperatura en la que se considera irrelevante la expansión.

En el caso de que la medida automática del desgaste tenga que sustituir la inspección visual de los frenos, resulta necesario superar varios problemas. Actualmente, es la responsabilidad del piloto realizar una inspección visual de los componentes, tales como neumáticos, motores y frenos para asegurar que el avión cumple con los requisitos operativos.

Si se retiran los pasadores de desgaste de los conjuntos de frenos, el piloto necesita una indicación del estado del freno para que dicho piloto pueda cumplir con sus responsabilidades. Una medición del desgaste, iniciada por el usuario, proporcionaría los datos necesarios. Sin embargo, el sistema que se describe en el documento US nº 6.003.640 únicamente puede funcionar cuando el freno está a temperatura ambiente. A medida que se cambian los estilos operativos, algunas líneas aéreas operan los aviones según un horario de vuelos en el que los aviones salen casi uno detrás del otro, y en el que con varios pilotos pilotan un determinado avión individual durante un turno determinado. Cada uno de dichos pilotos debe obtener una medida precisa del desgaste, y no podrá contar con la medición anterior tomada durante el mismo día, porque igual se tomó con una antelación de unos 20 ciclos de vuelo.

Las líneas aéreas se ven obligados cada vez más de aprovechar su activo al máximo, así que están sometidas a considerable presión para reducir los tiempos de preparación de los aviones, particularmente en los vuelos cortos. Con frecuencia, el factor limitativo es la temperatura del freno, porque el freno debe poder realizar un despegue rechazado (RTO) antes de poder liberar dicho avión. Típicamente la temperatura limitativa se establece en aproximadamente 300ºC, aunque puede ser tan elevada como 400ºC. Esto podría relacionarse con una expansión axial de más de 1 m en un apilamiento...

1. Procedimiento para monitorizar un sistema de frenado, que comprende un apilamiento térmico (1) del freno que comprende unos discos del freno (10, 12), comprendiendo el procedimiento medir el espesor (2) del apilamiento térmico del freno para determinar el desgaste de los discos del freno, y estando caracterizado porque ajusta la medición para compensar las variaciones de temperatura por encima de la temperatura ambiente del apilamiento térmico (1), que podrían provocar la expansión de dicho apilamiento térmico del freno.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende determinar el espesor equivalente del apilamiento térmico con la temperatura ambiente.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende determinar el punto en el que un pistón accionador (13) entra en contacto con el apilamiento térmico cerrado, calcular el espesor de dicho apilamiento térmico a partir de esta posición, y compensar el espesor del apilamiento térmico del freno para cualquier diferencia de temperatura por encima de la temperatura ambiente para determinar el espesor equivalente del apilamiento térmico con la temperatura ambiente.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, para determinar el desgaste del freno calculando la posición medida del pistón accionador o el espesor (2) del apilamiento térmico para compensar cualquier variación de la temperatura ambiente.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, que comprende predecir la vida útil restante de un apilamiento térmico (1) del freno determinando el desgaste del freno calculando la posición medida del pistón accionador o el espesor del apilamiento térmico para compensar cualquier variación de la temperatura ambiente y utilizando el resultado del desgaste del freno para predecir la vida útil restante del freno.

6. Aparato para monitorizar un sistema de frenado, que comprende un apilamiento térmico (1) del freno que comprende unos discos (10, 12) del freno, comprendiendo el aparato unos medios para medir el espesor (2) del apilamiento térmico del freno para determinar el desgaste de los discos del freno, y estando caracterizado porque ajusta la medición para compensar las variaciones de temperatura por encima de la temperatura ambiente del apilamiento térmico (1), que podrían provocar la expansión de dicho apilamiento térmico del freno.

7. Aparato según la reivindicación 6, que comprende unos medios para determinar el espesor equivalente del apilamiento térmico con la temperatura ambiente.

8. Aparato según la reivindicación 6, que comprende unos medios para determinar el punto en el cual un pistón accionador (13) entra en contacto con el apilamiento térmico cerrado, calcular el espesor de dicho apilamiento térmico a partir de esta posición, y unos medios para compensar el espesor del apilamiento térmico del freno para cualquier diferencia de temperatura por encima de la temperatura ambiente para determinar el espesor equivalente del apilamiento térmico con la temperatura ambiente.

9. Aparato según la reivindicación 8, que comprende unos medios para determinar el desgaste del freno calculando la posición medida del pistón accionador o el espesor (2) del apilamiento térmico para compensar cualquier variación de la temperatura ambiente.

10. Aparato según la reivindicación 9, que comprende unos medios para predecir la vida útil restante de un apilamiento térmico (1) determinando el desgaste del freno mediante el cálculo la posición medida del pistón accionador o el espesor del apilamiento térmico para compensar cualquier variación de la temperatura ambiente y utilizando el resultado compensado del desgaste del freno para predecir la vida útil restante del freno.