Comprender los sistemas de respaldo de energía esenciales para las cabinas de vidrio

En muchos casos, los fabricantes deben demostrar que el sistema de potencia de copia de seguridad puede pasar de la primaria a la copia de seguridad dentro de una fracción de segundo sin interrupción notable.El sistema también debe ser inmune a los modos de fallo comunes, como un cortocircuito que podría afectar a múltiples barras de autobuses. Estos requisitos de certificación impulsan el diseño de sistemas de respaldo de energía robustos que incluyen cargadores de batería, inversor/convertores, reguladores de tensión y conmutadores automáticos.

Tipos de sistemas de respaldo de energía

Las soluciones de respaldo de potencia para cabinas de vidrio varían según el tamaño, la complejidad y los requisitos operacionales de las aeronaves. Las categorías más comunes incluyen suministros de energía ininterrumpida (UPS), baterías dedicadas, generadores de emergencia y turbinas de aire de carnero (RATs). Además, muchos aviones emplean autobuses eléctricos redundantes y sistemas de carga para prolongar la disponibilidad de energía de reserva.

Suministros de energía ininterrumpida (UPS)

Los sistemas UPS se utilizan comúnmente en aeronaves para proporcionar protección instantánea contra interrupciones cortas de potencia, como las causadas por un alternador desplegable durante el arranque del motor o aumentos de tensión transitorios. Un avión típico UPS consiste en un rectificador/cargador que convierte la potencia AC en DC para mantener un banco de batería cargado, y un inversor que produce energía AC limpia para las pantallas.

Las baterías UPS suelen sellarse con plomo-ácido o, cada vez más, con litio-ion. Su capacidad es de tamaño para proporcionar energía durante unos minutos a unas pocas horas, dependiendo de la carga. En algunos aviones ligeros, una pequeña batería UPS dedicada se construye en la bandeja de avionics para alimentar la pantalla de vuelo principal (PFD) y el sistema de indicación del motor (EIS) durante al menos 30 minutos después de una falla de batería principal.

Sistemas de baterías dedicados

Casi todos los aviones con una cabina de vidrio incluyen una o más baterías dedicadas separadas de la batería principal de los aviones. Estas baterías son a menudo más ligeras, unidades de iones de litio más pequeñas que son específicamente tamaño para alimentar el sistema de instrumentos de vuelo electrónico (EFIS) y aviónicos esenciales. Se suelen cargar desde el autobús eléctrico normal del avión y pueden tener sus propios circuitos de carga inteligentes para evitar sobrecargas y extender la vida útil.

En jets y aerolíneas de alta gama, se pueden instalar múltiples baterías en diferentes secciones de la aeronave para proporcionar redundancia espacial y aislamiento eléctrico. Por ejemplo, el Airbus A350 tiene dos baterías principales más una batería de respaldo independiente para las cabinas. El Boeing 787 utiliza un par de baterías de iones de litio grandes para sus sistemas eléctricos extensos, con baterías de seguridad especiales para la energía de emergencia.

Generadores de energía de emergencia

Para aviones más grandes que encuentran fallos eléctricos prolongados, un generador impulsado por una fuente de energía independiente, como una turbina de aire de carnero (RAT) o un generador de motor hidráulico, puede suministrar la potencia de respaldo AC y DC. El RAT, una pequeña hélice que se despliega desde el fuselaje o el ala y los giros en el flujo de aire, impulsa una bomba hidráulica o un generador eléctrico.

En algunos aviones de doble motor, un generador separado impulsado por una unidad de energía auxiliar (APU) también puede servir como fuente de respaldo. La APU, ubicada en el cono de cola, funciona en su propio pequeño motor de turbina y puede comenzar en vuelo para proporcionar energía eléctrica y neumática. Es una copia de seguridad robusta, pero no totalmente insegura si la APU en sí está dañada o no comienza.

Redundant Buses y la ropa de carga

Un aspecto igualmente importante de la potencia de copia de seguridad es la arquitectura del sistema de autobuses eléctricos. Las cabinas de vidrio modernas utilizan múltiples autobuses eléctricos (por ejemplo, izquierda principal, derecha principal, esencial, respaldo) que se conectan a través de contactores o interruptores de estado sólido. Si un autobús falla, las cargas críticas se pueden transferir a un autobús operativo. En caso de un fallo de generación total, la lógica de carga desconecta automáticamente los equipos de luz no esenciales.

Consideraciones de diseño para sistemas de respaldo de energía

La concepción de una solución de respaldo de energía fiable para las cabinas de vidrio implica equilibrar múltiples factores: tamaño físico, peso, gestión térmica, fiabilidad bajo condiciones extremas y cumplimiento de certificación.

La redecuadrada y la aislamiento

El sistema debe diseñarse para que ninguna falla pueda desactivar todas las fuentes de energía de respaldo. Esto significa a menudo el uso de múltiples baterías y generadores independientes que están aislados eléctricamente entre sí y del suministro primario. La separación física —plazando la batería de respaldo en una zona diferente del avión que la batería principal— previene un solo fuego o impacto de eliminar ambos. Los componentes de redundante también necesitan sus propios sensores, lógica de control y conmutación de transferencia, que ellos deben ser robustos.

Interruptor rápido y transparente

El cambio automático entre la potencia primaria y la de respaldo debe ocurrir en milisegundos para evitar que las pantallas de la cabina de vidrio reinician. Cualquier interrupción más de 20 milisegundos puede causar un interruptor visible o un reinicio del sistema no deseado. Esto requiere interruptores de alta velocidad, relés de estado sólido y software de control de baja latencia. El cambio también debe ser transparente para el piloto – no se debe realizar ninguna intervención manual para una activación de respaldo.

Capacidad y tiempo de ejecución

La capacidad del sistema de respaldo debe calcularse sobre la base de la carga eléctrica de equipo esencial en peor caso, lo que incluye no sólo las pantallas de vuelo sino también los instrumentos de vuelo de reserva (como una brújula magnética o un indicador de actitud de respaldo), GPS, transpondedor, radios de comunicación e iluminación. En muchos aviones, la carga esencial es definida por el fabricante y certificada bajo certificado de tipo de aeronave.

Environmental Resilience

Los sistemas de respaldo de potencia deben funcionar a través del sobre ambiental completo de la aeronave: desde -40°C a altitud hasta +55°C en el suelo a la luz solar directa. Los baterías pierden capacidad en el frío, y los inversores pueden sobrecalentarse si están mal ventilados. Los ingenieros validan diseños a través de pruebas ambientales rigurosas, incluyendo el ciclismo térmico, la simulación de altitud, la vibración y la exposición a la humedad y las baterías de sal.

Mantenimiento y vigilancia

Las tareas de mantenimiento incluyen el control de los niveles de carga de batería, pruebas de descarga de capacidad, el control de cableado y conectores, y la verificación de funciones de cambio automático. Algunos sistemas modernos incluyen monitoreo continuo de salud que registra los parámetros de batería y alertas pilotos o personal de mantenimiento cuando una batería se acerca al final de la vida o cuando un sistema de prueba automática ha fallado.

Tecnologías emergentes en el poder de respaldo

Las baterías de alto riesgo pueden reducir el rendimiento de energía de alta densidad de energía (en inglés) y en el sistema de energía de estado sólido, y reducir el rendimiento de energía de alta resistencia (en inglés) y en el caso de las baterías de alta densidad de energía de estado sólido (en inglés, en inglés, en inglés).

Otra tecnología emergente es el sistema [generador de arranque integrado] ] utilizado en aeronaves más eléctricas. Un ISG puede servir como un arranque para el motor principal y como generador, y cuando se combina con una batería de respaldo, puede proporcionar una transición de potencia sin costuras. Algunos fabricantes están desarrollando bancos de arranque de supercapacitados [[FLT]