Capítulo 11 - ENSAIOS DE COMPATIBILIDADE E EM VÔO

Capítulo 11 - ENSAIOS DE COMPATIBILIDADE E EM VÔO

Para que se garanta a adequabilidadde de uma instalação de APU é necessário que o fabricante de aeronave realize uma série de ensaios, agrupados em duas categorias: de compatibilidade e de vôo. Tratando-se de um documento de ordem geral, pode acontecer que nem todas as APUs estejam equipadas com os componentes abaixo mencionados e, portanto, os ensaios sugeridos não poderão ser aplicados.

11.1 - Ensaios de Compatibilidade da Instalação da APU

A finalidade desses testes é determinar a compatibilidade da APU com a sua instalação na aeronave e se a instalação atende também requisitos do fabricante da APU. Tendo-se em mente que a instalação compreende os itens abaixo, os testes têm que ser realizados para se obterem informações antecipadas a respeito das influências dos equipamentos da aeronave nas características operacionais da APU, bem como trazer à baila o mais cedo possível fatores que requeiram alterações na instalação para que a APU opere adequadamente.

Testes de compatibilidade recomendados estão indicados na Tabela 11.1.

Deve-se coordenar adequadamente para que tanto a empresa fabricante da aeronave como a fabricante da APU participem dos ensaios, desde a preparação das bancadas, da instrumentação e da preparação dos procedimentos de ensaios, bem como da análise dos resultados e da elaboração da lista de sugestões de possíveis modificações e de como implementá-las.

Tabela 11.1 - Ensaios de Compatibilidade recomendados para uma APU

11.1.1 - Montagem para os Testes de Compatibilidade

Geralmente a construção de um mockup é mais indicada pela praticidade e custo, para os testes a serem realizados em solo.

O mockup é utilizado no lugar da aeronave para a maioria dos ensaios.

A maior vantagem de utilizar um mockup para os testes de compatibilidade é que se pode verificar antecipadamente qualquer deficiência de projeto, a tempo de ser

corrigida provavelmente antes da produção seriada da aeronave. Além dessas, há outras vantagens como

' realizar testes antes de a aeronave estar disponível

' diminuir o tempo de ensaios que a aeronave de ensaios em vôo precisa estar em solo para os testes em solo

' permitir a melhor instrumentação do compartimento e de instrumentação mais elaborada

' facilitar o uso de programação automática para realização dos testes cíclicos

' isolar o mockup em local à prova de ruído ou afastá-lo para locais apropriados.

Usualmente o fabricante da aeronave fornecerá a bancada de ensaios com a fixação do motor e facilitará para que os ensaios sejam realizados nos laboratórios do fornecedor da APU, caso necessário. As Fig. 11.1 e 11.2 indicam algumas das instalações utilizadas para testes de APUs.

Figura 11.2 - Instalações para ensaios de APUs

11.1.2 - Testes de Compatibilidade

Os testes abaixo devem ser realizados ou no avião ou numa bancada especial, a menos que indicado ao contrário:

' Teste 1 - Compatibilidade e Calibração

Recomenda-se realizar este teste num banco de ensaios padrão. Não requer o suporte de fixação de compatibilidade. A finalidade é determinar a compatibilidade da APU com os equipamentos da aeronave acionados por ela e par demonstrar o desempenho especificado tanto da APU como dos acessórios, sob condições controladas e que podem ser repetidas na fixação da aeronave.

O teste pode também verificar as perdas estimadas tanto da admissão como do escapamento, do ventilador de refrigeração e para determinar a presença de distorções de escoamento indesejáveis, desde que os respectivos dutos sejam instalados nessa oportunidade.

' Teste 2 - Verificação do Dreno de Combustível

A finalidade do teste é determinar se a drenagem estática do combustível da APU, do escapamento (caso aplicável) e de coletores de vazamentos de combustível (se aplicável) são adequados para o desempenho de suas funções pré-estabelecidas. Deve-se fazer funcionar também os demais drenos e testá-los.

' Teste 3 - Efeitos da Instalação na Operação

O objetivo deste teste é a determinação dos efeitos de instalação no desempenho da APU durante partida e operação. Deve-se levantar as condições do escoamento na entrada de ar para se determinar o efeito do duto de admissão no desempenho da APU nas condições estáticas. Este levantamento pode ser feito junto com o Teste 1 caso um duto de entrada separado seja fornecido.

Deve-se também determinar os seguintes itens importantes para o projetista durante essa fase de testes:

' compatibilidade do sistema de fixação da APU e características de isolação.

' compatibilidade das interfaces da aeronave, tais como drenos e vents, fornecimento de combustível, cabos do motor de arranque e do gerador, bem como os dutos de sangria.

' Verificação da operação da porta e sua compatibilidade.

' Verificação do local de suspensão da APU e adequação das folgas no compartimento para a montagem/retirada da APU.

' Verificar a operação na faixa de atitudes requerida.

'

Este teste é para determinar a efetividade e adequação dos sistemas de ventilação e de refrigeração do compartimento da APU e para determinar se os limites de temperaturas no compartimento, acessórios e componentes são excedidos em qualquer instante durante operação ou após corte da turbina em plena carga. A instalação de vários termopares nas superfícies e em pontos internos é requerida. Os dados devem ser obtidos e registrados durante a operação e após o corte da turbina, até o tempo necessário para que a temperatura fique abaixo de um limite pré-fixado. Os limites de temperatura para cada zona e componente devem ser fornecidos pelos fornecedores dos equipamentos, inclusive da APU.

' Teste 5 - Compatibilidade do Sistema Elétrico

A finalidade deste teste é a de verificar a compatibilidade dos sistemas elétricos e controles da APU e da aeronave, verificar a tensão e a freqüência, os inibidores e

desinibidores de falhas, como também para verificar a adequação da potência elétrica para o motor de arranque da APU e para outros componentes. Deve-se também verificar compatibilidade magnética, transferência apropriada de sinais elétricos como do termopar que indica temperatura da turbina, e de rotação.

' Teste 6 - Sistema de Deteção e Combate a Incêndio

Este teste é para verificar a operação do sistema de deteção e de combate ao fogo, bem como de seus controles. Deve demonstrar que a liberação do agente extintor não causará danos tanto ao compartimento como à APU. Ainda deverá verificar se haverá falsos alarmes devidos à liberação do calor armazenado na APU depois que for cortada (soakback), partidas longas e quentes ou convecção após a parada da turbina.

Todas as demais exigências das agências de certificação também deverão ser incorporadas a este teste.

Teste 7 - Compatibilidade com o Distema de Sangria de Ar

Este teste serve para verificar a compatibilidade do sistema de sangria de ar da APU com os sistemas pneumáticos da aeronave, para partida dos motores principais e para controle ambiental, juntamente com os efeitos que a instalação causam em cada um deles. Estes ensaios são muito importantes quando a válvula de sangria é montada fora da APU.

' Teste 8 - Levantamento das Temperaturas da Esteira do Escapamento Este teste serve para determinar a localização e a presença de gases a temperaturas elevadas, que podem ser prejudiciais às superfícies da aeronave, adjacências e a pessoal em geral. Pode-se requerer que o ensaio seja feito na própria aeronave, embora em certos casos possa ser conduzido nas próprias instalações de ensaios.

Se o teste for realizado na aeronave pode-se também verificar a influência do vento na ingestão de gases quentes durante a operação em solo.

' Teste 9 - Teste Cíclico de Serviço

É mais conveniente que este teste seja feito em bancada, embora possa ser realizado na aeronave, caso não seja disponível a bancada. A finalidade é a realização de ensaios cíclicos acelerados dos equipamentos que a APU utiliza toda vez que for ligada, operada e desligada, realizando ciclos típicos do serviço real no tempo de um ano de operação.

O teste facilita a avaliação de itens como portas, procedimentos de montagens, sistemas de atuação, cablagem elétrica e de controle. Fornece também informações

preliminares de durabilidade. Este teste é importante para as aeronaves comerciais.

' Teste 10 - Teste Acústico

Recomenda-se que seja realizado na própria aeronave, embora dados preliminares possam ser levantados nas bancadas de ensaios, juntamente com testes de compatibilidade. A finalidade é determinar as características acústicas da instalação da APU, incluindo a avaliação do sistema de insonorização.

' Teste 11 - Facilidade de Manutenção

Recomenda-se que seja realizado na própria aeronave, embora parte dos testes possa ser realizado em bancadas, concomitantemente com testes de compatibilidade. Deve-se demonstrar que a acessibilidade é adequada para serviços de inspeção e manutenção, inclusive instalação e remoção, bem como a adequação dos procedimentos de instalação e remoção da APU. Este teste pode ser feito como parte do Teste 9.

Nota: Se for utilizado um sistema de partida hidráulico, é necessário que se monte um programa de ensaios para demonstrar a adequabilidade e compatibilidade com a APU. Esses testes devem determinar: se os requisitos de projeto foram atendidos; adequação do motor de arranque e características de seu sistema de controle; adequação do tamanho do acumulador e do sistema de recarga, pré-carga do acumulador e valores de pressão de trabalho.

Se for utilizado um sistema pneumático, deve-se proceder analogamente.

11.2 - Testes da Instalação da APU em Vôo

11.2.1 - Recomendações para Ensaios em Vôo

A finalidade dos ensaios em vôo é determinar se a partida e operação da APU instalada na aeronave, incluindo o ambiente onde está instalada, são satisfatórias e estão de acordo com os requisitos do fabricante para a APU específica, em todo o envelope de vôo da aeronave.

Os testes recomendados são os indicados na Tabela 11.1, cabendo ao engenheiro responsável pelo projeto da instalação da APU a preparação de um plano de ensaios e seus procedimentos, incluindo uma lista de instrumentos necessários. O engenheiro deve discutir com o fabricante da APU esse plano de ensaios, uma vez que pode requerer a instalação de instrumentação extra na APU.

Tabela 11.1 - Ensaios em Vôo para APU

Pode-se combinar alguns desses testes com os de certificação da aeronave, particularmente aqueles referentes à certificação da instalação da APU.

A localização da instrumentação usada para ensaios em vôo deve ser adicional às usadas para testes de compatibilidade, a fim de produzir dados para comparação dos resultados estáticos e em vôo.

Se não for requerido que a APU opere em vôo, os ensaios em vôo devem restringir-se à determinação de existência de auto-rotação (windmilling), vibrações, cargas nos pontos de montagem da APU, bem como a ensaios para verificação de possíveis vazamentos de fluidos inflamáveis, de outros sistemas da aeronave, possam entrar no compartimento da APU, nos dutos de admissão e no escapamento.

11.2.2 - Ensaios em Vôo

' Teste 1 - Campos de Pressão e de Temperatura na Entrada de Ar da APU

A finalidade desses testes é determinar as variações de pressão e de temperatura na entrada da APU e o ∆P entre a abertura de entrada de ar e a de saída

dos gases quentes. Os dados devem ser registrados em condições de operação e fora de operação, durante o ciclo de partida e em todas as velocidades de vôo da aeronave. Esses testes devem também determinar o grau de auto-rotação da APU, registrando velocidade de rotação e direção, em todos os pontos do envelope de vôo. Se houver porta de entrada de ar, os testes devem incluir a condição de porta normalmente fechada e a condição de falha na posição aberta.

O ∆P entre a entrada de ar para o compartimento e a sua descarga para a atmosfera deverá ser medido, assim como o ∆P entre a entrada de ar para o compartimento e a descarga da válvula de controle de bombeamento (se aplicável), deverão ser medidos durante estes testes.

' Teste 2 - Campo de Temperatura no compartimento da APU

A finalidade destes ensaios é comprovar a adequação do sistema de ventilação e de refrigeração do compartimento da APU em todas as condições de operação em solo e em vôo. São necessários termopares localizados nas superfícies e no interior do compartimento, em locais críticos e sobre componentes críticos. De preferência os termopares deverão estar nas mesmas localizações utilizadas nos testes de compatibilidade. Deve-se também medir a temperatura após o corte da turbina, tanto em solo como em vôo. Recomenda-se que se estude, com o fornecedor da APU, a localização dos termopares.

' Teste 3 - Campo de Temperatura na Esteira da APU

A finalidade é demonstrar que a esteira da APU, nas áreas em que se aproxima ou toca a superfície da aeronave, não ultrapassa limites seguros para a superfície e para a estrutura da aeronave.

' Teste 4 -Efeitos da Instalação

A finalidade é determinar os efeitos da instalação na capacidade de partida em vôo e no desempenho em vôo.

' Teste 5 -Drenagem

A finalidade é demonstrar que o sistema de drenagem de líquidos servidos, para fora da aeronave, dos acessórios, do compartimento, funciona satisfatoriamente em todas as condições de operação em solo e em vôo, incluindo partidas e paradas.

Se a instalação tiver motor principal instalado logo acima da APU, deve-se demonstrar também que a drenagem provinda do motor principal não entre no compartimento da APU.

qualquer fonte da aeronave (motor principal, atuadores do trem de pouso dianteiro e do trem de pouso principal, etc.) não entrem em qualquer das aberturas (entradas e descargas) da APU e de seu compartimento.

' Teste 6 -Levantamento de Vibrações

A finalidade deste teste é determinar a compatibilidade da APU com o motor principal e com a estrutura da aeronave. Para uma APU montada em sistema resiliente, devem-se usar o mínimo de seis transdutores de vibração e de seis extensômetros. Os transdutores devem ser localizados na parte rígida da APU. Geralmente consistem de sensores de direções x, y e z localizados na carcaça do difusor e na caixa de engrenagens. Os seis extensômetros devem ser localizados nas partes críticas sujeitas a tensões, para monitoração de deformações.

Os transdutores de vibração devem ser apropriados para a faixa de 8 a 2000 Hz. A parte de baixa freqüência permite medidas no taxiamento da aeronave.

Os extensômetros devem se apropriados para a faixa de 0 a 5000 Hz.

Instrumentação adicional, dependente da instalação específica, pode ser requerida. A localização dos sensores deve ser discutida com os fornecedores da APU e dos demais equipamentos.

Para as montagens rígidas pode-se requerer instrumentação adicional para cobrir faixas mais largas de freqüências. Como no caso anterior, deve-se discutir a instalação com os fornecedores de equipamentos.

Os fornecedores da APU devem fornecer os limites de vibrações aceitáveis para os dois tipos de instalações, geralmente para operação em regime permanente. Freqüências que aparecem em regimes transitórios, fora das faixas estabelecidas, devem ser analisadas a partir das respostas dinâmicas dos extensômetros e devem ser discutidas com os fornecedores.

' Teste 7 - Dados Operacionais

O objetivo deste teste é determinar se a operação da APU e de seus sistemas é satisfatória em todas as condições de vôo e em solo, incluindo partidas e paradas.

' Teste 8 - Formação de Gelo na Admissão

Este teste é para demonstrar partida e operação satisfatória da APU durante operações em condições de formação de gelo, tanto em solo como em vôo.

Este teste é requerido pela FAA para certificação da aeronave. Partida e operação são necessárias em todo o envelope de formação de gelo definido pela FAR, Part 25, Apêndice C (no final deste documento).

Neste teste também se deve determinar se água ou outros objetos forem jogados para o ar pelos trens de pouso, durante taxiamento, decolagem ou aterrissagem, podem entrar na tomada de ar da admissão de ar da APU.

Geralmente é mais econômico e plausível a realização de parte do teste em solo utilizando a instalação de ensaios para verificação de compatibilidade, num banco de ensaios com ambiente controlado. Tais testes não foram incluídos na lista de testes de compatibilidade porque é o teste que não pode ser realizado na condição possível de ser simulada em banco, mas nas condições mais usuais. Neste caso deve-se conseguir o consentimento da FAA. Deve-se notar que quando a instalação para ensaios de compatibilidade for utilizada, deve-se prever uma montagem especial e elaborada, incluindo instrumentação mais sofisticada, condições ambientes muito bem controladas e condições de vazão de ar, velocidades, conteúdo de água e tamanho das partículas de água. O engenheiro deve ponderar a melhor maneira de realizar os ensaios: ou em vôo ou em câmara de ambiente controlado.

' Teste 9 - Ruído Acústico

A finalidade deste teste é determinar se os níveis de ruídos sonoros na entrada de ar, no compartimento, na descarga, são altos demais para causar dados por fadiga induzida pelo som. Ruído dos bocais propulsores dos motores principais ou outras perturbações aerodinâmicas que entrarem na APU e no seu compartimento pela entrada de ar ou conduzidos pela estrutura da aeronave podem causar danos severos à APU ou outros componentes quando eu nível for acima de 150 dB.

Microfones para este levantamento devem estar localizados em diversas posições na entrada do compressor, na entrada de ar e no compartimento. Os dados devem ser armazenados e devem cobrir toda a faixa de operação em solo e em vôo, tanto com a APU em operação como desligada.

11.3 - Dados de Engenharia

Devem-se contatar os fornecedores e estabelecer uma coordenação de informações durante o projeto e os ensaios em solo e em vôo, baseando-se em termos contratuais que devem prever minuciosamente todos os pontos em que os fornecedores devem participar.

A instrumentação geralmente é fornecida pelo fabricante da aeronave mas há instrumentos que precisam ser instalados na APU e precisam ter o consentimento do fabricante ou mesmo serem por ele instalados.

Em geral medem-se e registram-se

' Temperaturas e pressões do compartimento, inclusive do ECU.

' Condições do ar de entrada (médias e gradientes de temperatura e de pressão)

' Temperatura e pressão do combustível à entrada da APU ' Temperaturas e pressões do sistema de lubrificação ' Temperaturas e pressões ambientes

' Dados de ruídos sonoros ' Rpm da APU

' Parâmetros do ar sangrado e da potência extraída ' Temperatura dos gases do escapamento

' Freqüência da corrente AC

' Diferencial de temperatura do ar de refrigeração do gerador ' Dados de vibração na APU e no compartimento

' Tensão DC no motor de arranque e nos controles

' Temperaturas dos componentes que requerem limites de operação

Incertezas de medidas devem ser determinadas. Para tanto os fornecedores devem fornecer os dados de erros sistemáticos e aleatórios de seus equipamentos.

Os testes devem ser realizados nas condições mais usuais de temperaturas e pressões, a menos que especificadas diferentemente. Os combustíveis e lubrificantes especificados pelos fabricantes da APU devem ser utilizados durante os ensaios.

As Figs. 11.3 e 11.4 dão idéia de instrumentação utilizada em ensaios de compartimentos de APU.

Figura 11.3 - Instrumentação do compartimento da APU

Appendix C to Part 25

(a) Continuous maximum icing. The maximum continuous intensity of atmospheric icing conditions (continuous maximum icing) is defined by the variables of the cloud liquid water content, the mean effective diameter of the cloud droplets, the ambient air temperature, and the interrelationship of these three variables as shown in figure 1 of this appendix. The limiting icing envelope in terms of altitude and temperature is given in figure 2 of this appendix. The inter-relationship of cloud liquid water content with drop diameter and altitude is determined from figures 1 and 2. The cloud liquid water content for continuous maximum icing conditions of a horizontal extent, other than 17.4 nautical miles, is determined by the value of liquid water content of figure 1, multiplied by the appropriate factor from figure 3 of this appendix.

(b) Intermittent maximum icing. The intermittent maximum intensity of atmospheric icing conditions (intermittent maximum icing) is defined by the variables of the cloud liquid water content, the mean effective diameter of the cloud droplets, the ambient air temperature, and the interrelationship of these three variables as shown in figure 4 of this appendix. The limiting icing envelope in terms of altitude and temperature is given in figure 5 of this appendix. The inter-relationship of cloud liquid water content with drop diameter and altitude is determined from figures 4 and 5. The cloud liquid water content for intermittent maximum icing conditions of a horizontal extent, other than 2.6 nautical miles, is determined by the value of cloud liquid water content of figure 4 multiplied by the appropriate factor in figure 6 of this appendix.