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TRABALHO DE HIDRÁULICA
ATUADORES
Eletro-hidráulico (EHA) ou atuadores hidráulicos com backup elétrico (EBHA)
3° Manufatura Aeronáutica B
21/05/2012
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TRABALHO HIDRÀULICA – ATUADORES
Eletro-hidráulico (EHA) ou atuadores hidráulicos com backup elétrico (EBHA).
1.1 Histórico dos atuadores
1.2 Metodologia dos sistemas de comandos de voo
1.3 Sistemas de atuação da aeronave 
 (AEM – atuadores eletromecânicos) X (AEH atuadores eletro hidrostáticos)
 1.3.1 ATUADORES ELETRO-HIDOSTÁTICOS
 1.3.2 ATUADORE ELETROMECÂNICOS
1.4 . A tecnologia fly-by-wire 
1.5 Noticias no Brasil
2.1 A380 - Superfícies de controle 
2.1 A380 Sistema de atuadores para superfície primarias de controle:
2.2 A380 Sistema de atuadores para superfícies primárias de controle:
2.3 A380 Características principais do desenho do THSA
2.4 A380 Controle de voo : High Lift System 
2.5 A380 Flight Control and Guidance System : main novelties
2.6 A380 Sistema hidráulico azul para sistema hidráulico elétrico de atuadores
2.7 A380 Uso dos atuadores elétrico hidráulicos
2.8 A380 Flight Control System Architecture
2.9 LEITURAS NO ECAM – voo quantas –QF32 A380 (ATUADORES ELETRO-HIDRAULICOS)
1 .1 Histórico dos atuadores
 O sistema de controle de voo primário é parte da função completa necessária para pilotar uma aeronave. Este aciona três conjuntos de superfícies móveis da estrutura: aileron, leme e profundor 
História dos atuadores
 As aeronaves do começo do século XX utilizavam sistemas de comandos de voo puramente mecânicos, ou seja, o movimento proveniente do manche, que esta localizada na cabine de pilotagem, é transmitida às superfícies de comando através do movimento de cabos de aço, passando por polias, guinhóis e quadrantes. Este tipo de concepção foi viável até meados da década de 40.
 Enquanto as aeronaves iam ficando cada vez mais rápidas e com capacidade de carregamento de carga ou armamentos melhorados, o controle direcional ficava prejudicado, pois os comandos de voo tradicionais eram pesados quando precisavam ser atuados a altas velocidades, requerendo assim grande esforço do piloto que momento precisava estar com a atenção voltada para a missão.
 Para solucionar este problema e conseguir um aumento de manobrabilidade da aeronave foram desenvolvidos os sistemas de comandos de voo conhecidos como hidro-mecânicos. Este tipo de sistema também possui os cabos de aço, que estão presentes no manche, mas não está mais ligado à superfície e sim a atuadores hidráulicos que são responsáveis pelo movimento das superfícies de comando Desde então esta concepção tem sido a mais utilizada principalmente em aplicações civis. Durante a década de 70, foram projetados alguns tipos de aeronaves aerodinamicamente instáveis,e que por isso eram altamente manobráveis,porém, se não houvesse intervenção do piloto ou de algum sistema de monitoramento a tendência é
que ela não percorresse uma trajetória prédefinida. Novamente, para tornar realidade estes projetos, foram necessários novos estudos a respeito dos sistemas de comandos de voo, visto que nem os puramente mecânicos e nem os hidromecânicos supriam a necessidade. Foram desenvolvidos alguns sistemas computacionais de controle, aplicados, por exemplo, no modelo Northrop F-5. 
 Esta aeronave possui o sistema hidromecânico de comandos de voo, e alguns computadores que monitoram as acelerações a que esta submetida e que a partir do comando de entrada de dado pelo piloto faz correções para manter-se na trajetória desejada.
 Este sistema foi logo superado por outro chamado de fly-by-wire (FBW), onde os cabos de comandos foram substituídos por sensores de posição, que transmitem os movimentos desejados pelo piloto a computadores que processam esta informação e controlam as superfícies de comandos. Os comandos de voo tipo fly-by-wire permitem uma maior capacidade de manobrabilidade, permitindo voar aeronaves com configurações de alta instabilidade aerodinâmica, ou aeronaves em condições de perdas parciais de sistemas.
 O sistema fly-by-wire também é projetado de tal maneira que o piloto seja capaz de executar uma manobra e obter respostas sempre seguras do sistema a fim de garantir a segurança.
1.2 Metodologia dos sistemas de comandos de voo
METODOLOGIA
 O sistema de comandos de voo é dividido em duas categorias: comando de voo primário (ailerons, profundores, leme de direção e multifunction spoilers) e comandos de voo secundário (estabilizador horizontal, flap, slat, speed brake e ground spoilers).
 O sistema eletrônico de comandos de voo é composto de duas partes complementares: O controle eletrônico do atuador, que por sua vez provê controle analógico direto, ou seja, sem software para o atuador da superfície, na verdade, este substitui o controle por cabos do sistema convencional, e a segunda parte, é o modulo de comando de voo que provê assistência de software para o controle eletrônico do atuador e também mantém interface com a unidade principal de aniônica de uma aeronave para permitir acesso total aos dados dos sensores e outros sistemas da aeronaves. O sistema abaixo representa um esquemático de dispositivos e componentes que compõem o sistema fly-by-wire instalado em uma aeronave.
Função dos componentes básicos
 Manche (1): O manche instalado na cabine de pilotagem, permite tanto o piloto quanto o co-piloto executar o comando de rolamento da aeronave. O manche está montado em um eixo horizontal e transmite seu movimento de rotação através de uma roda dentada e um conjunto de correntes, que por meios de cabo de comando movimenta os tubos de torque e guinhóis dianteiros, no qual a estes são instalados sensores de posição,dispositivos de sensibilidade e outros componentes. Os sensores de posição instalados nos tubos de torque possuem canais duplos e que fazem a interface direta com o controlador eletrônico do atuador.
 Computador de comandos de voo (2): o input, ou seja, o comando do piloto partindo da cabine de pilotagem através do comando executado pelo volante, coluna do manche ou através do pedal é enviado diretamente ao computador que elabora os sinais de comandos elétricos, que envia uma ordem através destes sinais para o servo-válvulas dos atuadores hidráulicos que atuam nas superfícies de voo.
 Atuador (4): recebe os sinais enviados para o servo-válvula de seu atuador, que este está situado em cada superfície de comando. Os atuadores são ativados eletricamente e operados hidraulicamente e cada atuador é provido de sensores que monitoram o comando e atuam na detecção de falhas. Os sensores quanto as suas funções internas pode ser classificados em: sensores de pressão, sensores para posição, compensador de posição e sensores para detecção de falhas do próprio atuador. 
 Sensores de movimento da aeronave (6): os sensores de movimento da aeronave compreendem: - Giroscópios com a base fixada na estrutura da aeronave, com a finalidade de medir as razões de rotação sobre os eixos de rotação, arfagem e guinada. - Acelerômetros lineares para medir as componentes de aceleração normal e lateral. - Sensores de dados de ar para medir a altitude e velocidade relativa do ar.
- Sensores de fluxo de ar para medir o ângulo de incidência do fluxo de ar nos plano longitudinal e lateral
 Sensores de dados do ar (3): acusa a altitude a velocidade relativa do ar, no qual o tubo de pitot é empregado para medição da velocidade. O sistema de instrumentos de pitot estático trabalha para a medição de pressão ou diferenças de pressão para dar uma indicação de velocidade e altitude. O sensor de pressão estática é usado em todas as medidas, enquanto o sensor de pressão é usado somente para determinar a velocidade do ar.
1.3 Sistemas de atuação da aeronave
(AEM – atuadores eletromecânicos) X (AEH atuadores eletro hidrostáticos)
Como parte da tendência aeronáutica é substituirpelo menos em parte o sistema hidráulico por um elétrico onde pode acarretar alguns benefícios:
a)Aumento da confiabilidade , uma vez que os atuadores passa a ser independentes entre si
b)Manutenção simplificada
c) possibilidade de se realizar um sistema de monitoramento de falhas dos atuadores uma vez que os mesmos são concentrados e possuem um controle eletrônico encapsulado
Além disso, os atuadores mais elétricos podem ser designados como sensitivos a posição, o que significa que os atuadores irão gerar a força necessária para manter a superfície na posição requerida.
Os atuadores mais elétricos podem ser classificados em duas classes:
Atuadores eletromecânicos (AEM) os quais substituem a hidráulica por uma máquina elétrica, caixa de redução e atuadores eletro-hidrostáticos (AEH), os quais utilizam um conjunto motor-bomba-atuador para realizar a transformação da potência elétrica para hidráulica e em seguida para mecânica.
Nota: Como a transmissão da potência elétrica é realizada por meio de fios , o projeto e instalação de sistemas hidráulicos convencionais .isto pode tornar o sistema de atuação mais leve visto que as tubulações hidráulicas são eliminadas.
1.3.1 ATUADORES ELETRO-HIDOSTÁTICOS
Com a função de transformar a energia elétrica em mecânica, ainda que mantendo a energia hidráulica como interface, esses incorporam basicamente atuadores hidráulicos movidos por um motor elétrico local, um reservatório de fluido hidráulico e uma bomba hidráulica integrada, dispensando o uso do servo motor, uma vez que o controle de posição do atuador é realizado via controle do motor elétrico e de seu sentido de rotação 
Nota-se que a aplicação destes atuadores não exige a presença de um sistema hidráulico centralizado por conter um reservatório local, permitindo eliminar as pesadas tubulações hidráulicas que aliviam o peso da aeronave e ainda reduzem os custos de manutenção. Por outro lado, a eliminação destas tubulações cria uma dificuldade ao atuador por não lhe permitir escoar o calor produzido pelo motor e pela bomba, anteriormente deslocado pelo fluido das tubulações 
No caso dos atuadores convencionais, as perdas térmicas são eliminadas pelo fluido, e na maioria do tempo a capacidade de troca de calor da tubulação é suficiente para manter a temperatura em nível aceitável
1.3.2 ATUADORE ELETROMECÂNICOS
O conceito desses é transformar a energia elétrica em mecânica, especificamente o movimento rotacional em translacional, sem o auxilio da potencia hidráulica
Geralmente, estes atuadores consistem de um motor elétrico CC sem escovas ou de resistência chaveada.
Na figura abaixo podemos visualizar que por meio da caixa de engrenagem, a rotação do motor e transmitida para o parafuso, estendendo ou recolhendo a haste.
Fonte: (MIZIOKA,2009)
Existem outras configurações que não compreendem a instalação de caixa de engrenagem, com a movida diretamente ou articulada as quais proporcionam maior confiabilidade, redução de peso e o beneficio de um sistema compacto. A configuração movida diretamente não requer caixa de engrenagem, usa o conceito do parafuso associado a outros parafusos para transmissão do movimento 
A configuração articulada utiliza o mesmo conceito da configuração movida diretamente, mas em adição, incorpora um sistema de alavancas para a transmissão do movimento.
Com a tecnologia disponível atualmente, os fabricantes tendem a utilizar atuadores do tipo AEH ao invés dos AEM. Os principais motivos para esta escolha são:
- O uso da hidráulica como fonte de potências dos atuadores das superfícies primarias (profundor, leme e aileron) já é utilizada na maioria dos aviões comerciais
- A hidráulica é uma fonte de potencia amplamente conhecida e os fornecedores tradicionais já possuem um know-how e uma vasta coletânea de dados sobre o comportamento deste tipo de tecnologia
- Os atuadores do tipo AEH são favorecidos pela possibilidade de se produzir um torque elevado mais rapidamente (resposta em freqüência mais rápida)
Contudo, os atuadores do tipo AEM possuem um grande potencial de desenvolvimento e comparados com os AEH possuem as vantagens de serem mais leves menores e mais simples
Fonte: Método energético para concepção e avaliação de desempenho de sistemas aeronáuticos, Ricardo Gandolfi , 2010
1.4 . A tecnologia fly-by-wire (*)
(*) FBW - o funcionamento de um sistema de comandos de voo baseado num
computador e na transmissão de ordens via sinais elétricos, denominado Fly-by-Wire (FBW). Neste sistema,
os comandos do piloto aplicados através do manche localizado na cabine de pilotagem, são transformados
em sinais eletrônicos e digitalizados para, em seguida serem interpretados por uma rede de computadores
que compõem o cérebro do FBW e que então, envia uma ordem através de sinais elétricos para as servoválvulas
de atuadores hidráulicos que atuam nas superfícies de comandos de voo da aeronave
 Faz parte dos sistemas oferece para novas aplicações , Os atuadores podem ser acionados de forma hidráulica ou elétrica dependendo da arquitetura da aeronave. A tecnologia mais recente de atuadores eletro-hidráulicos (EHA) ou atuadores hidráulicos com backup elétrico (EBHA).
1.5 Noticias no Brasil
 
Atuador hidráulico com backup elétrico (EBHA) 
São José dos Campos, 26 de julho de 2011 – A Embraer Defesa e Segurança selecionou a Goodrich Corporation para fornecer: atuadores eletroestáticos (EHA), atuadores elétricos reserva dos hidrostáticos (EBHA),
A380
2.1 Superficies de controle A380
No ano de 1989 foram testados os primeiros protótipos EHA/EMA, Airbus em 1992 testa o primeiro EBHA no aileron chegando em 1993/200 a total qualificação do desenvolvimento do processo do EHA. No ano 200/2002 ao aileron (in board) teve seu teste de voo realizado
2.2 Sistema de atuadores para superfície primarias de controle:
Diagrama correspondente a evolução do sistema convencional até a o sistema EHA e EBHA 
Característica dos atuadores EHA
Fonte – Airbus
2.3 Caracteristicas principais do desenho do THSA
2.4 A380 Controle de voo : High Lift System
Fonte: 
Xavier Le tron Airbus Flight Controls (A380 Flight Controls overview)
2.5 A380 Flight Control and Guidance System : main novelties
• Aircraft configuration and control surfaces
• Actuator technology
• Power sources for Flight Controls
• Flight Control Architecture and Computers
• Back-up controls
• Control Laws
Sistema de fornecimento de força elétrica e hidráulica
2.6 Sistema hidráulico azul para sistema hidráulico elétrico de atuadores
2.7 Uso dos atuadores elétrico hidráulicos
2.8 A380 Flight Control System Architecture
• 2H/2E architecture
4 dissimilar power systems to actuate the moving surfaces
Aircraft controllable from one power system
robust architecture (engine rotor burst, structural damages …) 
• Electrical RAT supplying EHA and EBHA in case of total engine
flame-out.
• No Mechanical Control (Trim Hand Wheel replaced by Switches)
• Improvement of Auto-Pilot availability (computers + Control Unit)
Sistema de controle para comandar – rolagem
Ilustração A340
Ilustração A340
To deflect these movables, actuators are necessary. For example, three actuator technolo- gies have been retained for the A380 flight-control system:
• conventional hydraulic servo-controls (S/C) - powered by one hydraulic circuit
• electro-hydrostatic actuators (EHA) - powered by one electrical circuit
• electrical-backup hydraulic actuators (EBHA) - powered by one hydraulic 
Circuit and one electrical circuit for backup.
For each actuator, the choice of technology influences its individual failure rate and weight contribution, allowing to improve either system robustness or weight.
Fonte:
 Christophe BAUER_ and Kristen LAGADEC†
Airbus France, Toulouse
Christian B`ES‡ and Marcel MONGEAU§
Universit´ede Toulouse, France
2.9 LEITURAS NO ECAM – voo quantas –
QF32 A380 (ATUADORES ELETRO-HIDRÁULICOS)
 
 Em 4 de novembro de voo da Qantas QF32, uma saída Airbus A380 de Cingapura, teve problemas graves quando uma turbina em seu Rolls-Royce Trent 900 motor sofreu uma falha incontida.
Erro! Filename não glass cockpit specified. The A380 – note o painel central de topo mostrando apenas o motor n º 3 está funcionando normalmente – o número dois de ter sofrido a falha incontido, enquanto 1 e 4 estão operando em ‘modo degradado’
No processo de desligamento do ECAM tem uma opção de “danificado” ou não e, claro, nós escolhemos “danificados”, que depois leva-lo através descarregar algumas garrafas de fogo e desligar o motor para baixo com a chave de fogo shut-off. Nós fizemos isso, mas infelizmente não temos a confirmação de todos os frascos de fogo sendo descarregada. Posteriormente, que foi mais danos a fiação que não nos dão a indicação. Como se vê, nós tivemos uma alta e uma garrafa que não, que era reconfortante. Motor 2 foi encerrado. Parte dos danos causados motores 1 e 4 para entrar em um modo “degradado”. Os motores ainda estavam operando e Engine 3 foi o único motor que estava funcionando normalmente. Basicamente, lidando com todas essas coisas demoraram algum tempo, então a próxima série de mensagens foram problemas hidráulicos. Tínhamos indicações de que o sistema hidráulico verde estava perdendo todos os seus fluidos. O Airbus A380 realiza dois e, ao contrário da maioria dos aviões convencionais, a maioria das superfícies de voo não são acionados por cilindros hidráulicos, eles têm seus próprios atuadores Eletro-hidráulicos. Existe um sistema de verde e amarelo e derramado suas funções entre as coisas, como freios, a retração do trem de pouso / extensão. Com o sistema verde que tínhamos para implantar o trem de pouso e para o corpo através do sistema de extensão da gravidade. Com a perda do sistema verde lidamos com isso e, curiosamente, tivemos as bombas hidráulicas de motor 4 indicando falha também. Engine 3, o motor de confiança, era o único motor que estava produzindo para o sistema hidráulico da aeronave para o sistema de amarelo.