SISTEMA DE CONTROL DE LA PRESURIZACIÓN, VENTILACIÓN Y ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE DE UNA AERONAVE.

Sistema de control de la presurización, ventilación y acondicionamiento del aire de una aeronave. Objeto de la invención La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, consiste en un sistema de control de la presurización, ventilación y acondicionamiento del aire de una aeronave, que al menos comprende módulos neumáticos de acondicionamiento de aire (PACK), y compresores independientes neumáticos alimentados eléctricamente (CAC); y cuyo principal objeto es reducir el número de CACs, de forma que se reduce el peso de la aeronave y aumenta la fiabilidad del sistema. Para ello la invención elimina dos de los CACs de forma que cuando se produce un fallo en uno de los CACs restantes su funcionamiento es sustituido por la unidad de potencia auxiliar (APU) que convencionalmente incluyen las aeronaves. Antecedentes de la invención Tradicionalmente una aeronave comercial tanto de gran capacidad como de menor tamaño es alimentada neumáticamente para la presurización, ventilación, acondicionamiento y renovación del aire de la aeronave, mediante el aire extraído (sangrado) de alguna etapa del compresor de los motores principales durante la mayor parte de las fases de vuelo el avión. Las actuales aeronaves comerciales típicamente (existe la excepción del B787 que ya incorpora motores sin sangrado) incluyen dos o más motores principales que alimentan unos módulos neumáticos de acondicionamiento de aire (PACK). Durante la operación en tierra con el avión estacionado y los motores principales parados, es el APU quien suministra la energía eléctrica y neumática para la ventilación y el acondicionamiento del aire de la cabina del avión (entendiéndose como cabina el volumen encerrado entre los dos mamparos de presión, apto para pasajeros y tripulación y que es susceptible de ser presurizado en altitud) durante las operaciones de repostaje, embarque y desembarque del pasaje, reabastecimiento de víveres y consumibles para los siguientes vuelos, carga y descarga, limpieza, tareas de mantenimiento de la aeronave, etc., sin olvidar la propia de arranque de los motores principales bien sea de forma eléctrica o neumática. En ningún caso el APU está incluido como un sistema esencial en la certificación del avión salvo para algunas excepciones como pueden ser vuelos ETOPS (Extended-range Twin-engine Operation Performance Standards - Estándares de actuaciones en operaciones extendidas con dos motores) y condiciones de operación con algún componente declarado fallado. Son muchos los aspectos que avalan la configuración tradicional: seguridad, fiabilidad y una total capacidad en cuanto a actuaciones se refieren. A cambio la extracción del aire del flujo principal del motor reduce de una manera no despreciable el empuje que éste puede dar, y aumento del consumo de combustible, sobre todo en algunas fases de vuelo como puede ser el despegue. Es por tanto que se han revisado en la actualidad posibles opciones que hagan de la aeronave un elemento más eficiente energéticamente, y de su sistema neumático en particular. Las nuevas tecnologías ofrecen un conjunto de arquitecturas alternativas dirigidas a lo que se ha denominado conceptos más eléctricos. Esto sugiere la 2 ES 2 355 997 A1 2 eliminación de los puertos de aire de sangrado de los motores principales, ahora más enfocados al suministro puramente eléctrico (generación eléctrica) y siendo en algunas opciones sustituido por compresores independientes neumáticos alimentados eléctricamente (CAC). Para ello cada PACKs está conectado a dos compresores independientes neumáticos alimentados eléctricamente (CAC) para realizar la alimentación neumática de dichos PACKs. Por tanto los CACs se encuentran duplicados, formando una configuración de alimentación neumática redundante en la que un fallo de funcionamiento de un CAC, de los dos que tiene alimentando a un PACK, es abordado con un aumento de la potencia del CAC operativo sin que se genere una situación de vuelo degradado que fuerce a la tripulación a dirigirse a un aeropuerto alternativo como condición de emergencia o a pasar a una condición de vuelo distinta de la predefinida inicialmente. Esta configuración permite su certificación sin necesidad de ningún otro componente neumático como pueda ser el APU. Además en la configuración convencional, normalmente se incluye una unidad de potencia auxiliar (APU), que está prevista para proporcionar potencia eléctrica, neumática o ambas generalmente para su uso en tierra, funciones que son llevadas a cabo por los motores principales. Gran parte de las APUs podrían también suministrar estas potencias en vuelo generalmente enfocadas para reforzar la generación eléctrica y/o neumática cuando uno de los sistemas de generación falla. El APU para las aeronaves con la configuración más eléctrica sigue tomando el mismo papel que en la configuración más convencional si bien ahora solamente suministra potencia eléctrica y no neumática. Permitiendo que la aeronave siga poseyendo la autonomía en tierra sin necesidad de arrancar ninguno de los motores eléctricos o de ser alimentado mediante los servicios de tierra, es decir sigue sin tener un rol relevante en la certificación del avión salvo para los casos antes mencionados. Por lo tanto en las arquitecturas más eléctricas existe duplicidad de los CAC que proporcionan un mayor número de estos componentes, mayor coste operativo, mayor peso de la aeronave y menor fiabilidad del sistema de ventilación. Descripción de la invención Para conseguir los objetivos y resolver los inconvenientes anteriormente indicados, la invención ha desarrollado un nuevo sistema de control de la presurización, ventilación y acondicionamiento del aire de una aeronave, que al igual que los previstos en el estado de la técnica comprende módulos neumáticos de acondicionamiento de aire (PACK), comprensores independientes neumáticos alimentados eléctricamente (CAC), una unidad de potencia auxiliar (APU), con compresor neumático y con al menos un generador de potencia eléctrica, y medios de distribución neumática para alimentar neumáticamente los PACKs. La novedad principal de la invención reside en el hecho de que se elimina la duplicidad de los CACs, quedando uno por PACK, y por tanto comprende dos CACs que están conectados a un controlador independiente de CACs; el APU está dimensionado para alimentar cada PACK de forma independiente o conjunta en las operaciones de la aeronave tanto en tierra como en vuelo, y dicho APU está conectado a un controlador independiente de APU; y los PACKs están conectados a un controlador independiente de PACKs. Además comprende un controlador central que está 3 conectado al controlador independiente de CACs, al controlador independiente de APU y al controlador independiente de PACKs, para que los PACKs sean alimentados individualmente por una fuente seleccionada entre un CAC y el APU, y de forma que pueda realizarse la alimentación de un único PACK o la alimentación de varios PACKs. Además el controlador central está conectado a un sistema eléctrico de la aeronave que gobierna la demanda y distribución de potencia eléctrica del sistema. Esta configuración tiene la gran ventaja de que únicamente se utilizan dos CACs en lugar de cuatro tal y como se realiza convencionalmente, lo que reduce el número de CACs, el peso de la aeronave, su coste operativo, y además al reducirse el número de componentes se aumenta la fiabilidad general del sistema sin reducirse la tolerancia al fallo de los CACs, ya que su función puede ser reemplazada por el APU. Como se ha comentado los PACKs pueden ser alimentados individualmente por un CAC o por el APU, de forma, que en la operativa en vuelo cada PACK es alimentado por un CAC. Si en esta situación se produce una avería de un CAC y pasa a ser inoperativo, es detectado por el controlador independiente que lo comunica al controlador central, de forma que realiza un cambio de alimentación, pasando a alimentar el PACK, cuyo CAC está inoperativo, mediante el APU, operación que se realiza de manera seleccionada entre manual y automática, es decir, puede ser ejecutada directamente por el controlador central, o de forma manual bien actuándose sobre éste, o directamente sobre el APU. La invención prevé que el dimensionado del APU esté previsto para que en el caso en que cada CAC esté alimentando neumáticamente a un PACK y un CAC pase a ser inoperativo, el APU proporciona al menos la potencia neumática al PACK que estaba siendo alimentado por el CAC inoperativo en una medida equivalente que no degrade la operativa de la aeronave tanto en tierra como en vuelo, es decir, que la capacidad de presurización de la cabina y del mantenimiento de los requisitos de ventilación y temperatura en cabina no serían penalizados; habiéndose previsto que además el APU proporcione...

1. Sistema de control de la presurización, ventilación y acondicionamiento del aire de una aeronave, que comprende módulos neumáticos de acondicionamiento de aire (PACK) (1), compresores independientes neumáticos alimentados eléctricamente (CAC) (2), una unidad de potencia (APU) (3) con compresor neumático y con al menos un generador de potencia eléctrica, y medios de distribución neumática (7) para alimentar neumáticamente los módulos neumáticos de acondicionamiento de aire (PACKs) (1); se caracteriza porque comprende dos compresores independientes neumáticos alimentados eléctricamente (CACs) (2), que están conectados a un controlador independiente de CACs (5); una unidad de potencia auxiliar (APU) (3) dimensionada para alimentar los módulos neumáticos de acondicionamiento de aire (PACK) (1) de forma seleccionada entre independiente y conjunta en las operaciones de la aeronave tanto en tierra como en vuelo, que está conectado a un controlador independiente de APU (6); un controlador independiente de módulos neumáticos de acondicionamiento de aire PACKs (4); y un controlador central (12) conectado a los controladores independientes de CACs (5), al controlador independiente de (APU) (6), y al controlador independiente de módulos neumáticos de acondicionamiento de aire PACKs (4) para que los módulos neumáticos de acondicionamiento de aire (PACKs) (1) sean alimentados individualmente por una fuente seleccionada entre un compresor independiente neumático alimentado eléctricamente (CAC) (2) y la unidad de potencia auxiliar (APU) (3) y de forma seleccionada entre alimentación de un único módulo neumático de accionamiento de aire (PACK) (1) y alimentación de varios módulos neumáticos de acondicionamiento de aire (PACKs) ES 2 355 997 A1 8 (1); estando el controlador central (12) conectado con un sistema eléctrico de la aeronave que gobierna la demanda y distribución de potencia eléctrica de la aeronave. 2. Sistema de control de la presurización, ventilación y acondicionamiento del aire de una aeronave, según reivindicación 1, caracterizado porque un cambio de alimentar neumáticamente un módulo neumático de acondicionamiento de aire (PACK) (1) mediante un compresor independiente neumático alimentado eléctricamente (CAC) (2) asociado, a alimentarlo mediante la unidad auxiliar de potencia (APU) (2), se realiza de manera seleccionada entre manual y automática. 3. Sistema de control de la presurización, ventilación y acondicionamiento del aire de una aeronave, según reivindicación 1, caracterizado porque el controlador independiente de la unidad de potencia auxiliar (APU) (6), comprende medios para que el generador de potencia eléctrica de la unidad de potencia auxiliar (APU), suministre al menos toda la potencia equivalente a la necesaria para alimentar el funcionamiento de unos compresores independientes neumáticos alimentados eléctricamente (CAC) (2) y su controlador independiente de (CAC) (5) en caso de fallo de los generadores de los motores principales y en caso de un motor principal inoperativo. 4. Sistema de control de la presurización, ventilación y acondicionamiento del aire de una aeronave, según reivindicación 1, caracterizado porque los compresores independientes neumáticos alimentados eléctricamente (CAC) (2) y los módulos neumáticos de acondicionamiento de aire (CACK) (1) están situados en una posición seleccionada entre la sección de fuselaje final y el carenado de la panza de la aeronave; estando la unidad de potencia auxiliar (APU) (2) situada en el cono de cola de la aeronave. 6 ES 2 355 997 A1 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA