Bomba de combustível para aeronaves: 9 fatos importantes que você deve saber

O assunto da discussão: Bomba de combustível de aeronave e seus vários tipos

Bomba de combustível para aeronaves

Quem não gosta de voar? Uma viagem em uma aeronave é uma experiência estimulante, ainda mais quando você tem um engenheiro aeroespacial dentro de você. O assunto que discutiremos especificamente aqui é- O que é uma bomba de combustível de aeronave? Parece complicado, mas iremos passo a passo para que todos os nossos leitores entendam. Coloque os cintos de segurança e vamos começar nossa jornada.

A bomba de combustível da aeronave é um componente específico do sistema de combustível da aeronave. Portanto, vamos primeiro aprender o que é um sistema de combustível de aeronave.

O que é o sistema de combustível da aeronave? | Projeto do sistema de combustível da aeronave

A tripulação pode usar um sistema de combustível de aeronave para bombear, gerenciar e fornecer combustível de aviação para as unidades de propulsão e de potência auxiliar (APU) da aeronave. Por causa do desempenho variável da aeronave em que são colocados, os sistemas de combustível variam substancialmente. Uma aeronave de pistão monomotor tem um sistema de combustível primário; um tanque (como o KC-135) também pode distribuir gasolina para outras aeronaves, além de gerenciar seu próprio combustível.

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Sistema de combustível de aeronave; Créditos da imagem: Ryan Frost de Omaha, NE, EUA, Sistema de combustível de aeronave no Museu Aéreo e Espacial Wings Over the Rockies (4282638817)CC BY 2.0

O combustível é entregue a uma válvula de controle de combustível por meio de linhas de combustível (geralmente conhecido como seletor de combustível). Esta válvula tem várias funções. A primeira é que funciona como válvula de corte da gasolina. O piloto pode escolher qual tanque alimenta o motor na segunda função. O piloto pode escolher entre os tanques esquerdo e direito em muitas aeronaves.

A função de desligamento é uma válvula separada situada após a válvula seletora de combustível em algumas aeronaves. Um gascolator é um filtro de combustível que pode ser aberto no solo e drenado de contaminantes da gasolina mais pesados ​​que o petróleo, principalmente água e lodo, seguindo a válvula seletora - localizada em uma posição baixa no fluxo de combustível.

Independentemente das condições operacionais da aeronave, cada sistema de combustível da aeronave deve armazenar e distribuir combustível limpo para o (s) motor (es) a uma pressão e taxa de fluxo capazes de sustentar as operações. Devido ao tamanho relativo e à complexidade da aeronave em que estão instalados, os sistemas de combustível variam substancialmente de uma aeronave para outra.

Um sistema de combustível consiste em um único tanque de gasolina com alimentação por gravidade e a linha de combustível que o conecta ao motor da aeronave em sua forma mais básica. O sistema de combustível em uma aeronave contemporânea multimotora de passageiros ou de carga é provavelmente composto de muitos tanques de combustível situados na asa, fuselagem (ou ambos) e, em algumas circunstâncias, o empange. Bombas de combustível internas e válvulas e tubos acompanhantes serão instalados em cada tanque para alimentar os motores, permitir o reabastecimento e o reabastecimento, isolar os vários tanques e, em alguns casos, permitir o despejo de combustível ou a otimização do centro de gravidade da aeronave.

Então, vamos voltar à nossa pergunta ...

O que é uma bomba de combustível de aeronave?

Bomba de combustível para motor de aeronave

Bomba de combustível de aeronave é o elemento de alimentação de combustível do sistema de combustível de aeronave no caso de projetos de aeronaves de asa baixa, onde os tanques de combustível não podem ser montados alto o suficiente acima do nível do carburador e a gravidade não pode ser utilizada para desenvolver uma gravidade simples e eficiente sistema de fluxo.

bomba de combustível de aeronave
Bomba de combustível de aeronave: bomba de combustível NR-53B e regulador do motor a jato AL-21F-3; Créditos de imagem: LekseyNR53B 1967CC0 1.0

Qual é o uso da bomba de combustível em aeronaves?

Os esforços mais exemplares do homem nunca serão capazes de se igualar à simplicidade e eficiência da natureza. Como resultado, não é inesperado que a instalação de uma bomba de combustível de aeronave resolva apenas parcialmente o problema de fornecer combustível para um motor sem a ajuda da gravidade. A gravidade é imune a falhas, mas as bombas de combustível de aeronaves são. Como resultado, você precisará adicionar uma bomba reserva de algum tipo para se proteger contra essa possibilidade.

Agora você tem duas bombas, mas como saber se estão funcionando corretamente? Para obter essas informações, você precisará instalar um medidor de pressão de combustível ou um medidor de fluxo de combustível (que é essencialmente o mesmo que um medidor de pressão de gasolina). É isso - apenas uma pequena amostra da complexidade adicional que distingue um sistema básico de bomba de combustível de aeronave de um sistema de gasolina com fluxo por gravidade.

Aprenderemos sobre o medidor de pressão de combustível em outras seções a seguir.

Sistema de bomba de combustível para aeronaves | Como funciona uma bomba de combustível de aeronave?

O sistema da bomba de gasolina é bastante semelhante ao sistema de fluxo por gravidade em todos os aspectos. Os tanques de combustível são o ponto de partida para ambos os sistemas. A distribuição de combustível começa quando o combustível passa por uma saída coberta com tela de dedo na parte inferior do tanque de combustível. O combustível flui do tanque para uma válvula de seleção de combustível conveniente na cabine por meio de uma linha de alumínio (pelo menos 3/8 ″ de diâmetro).

Depois de passar pela válvula seletora do tanque, a gasolina é enviada para o filtro primário, também conhecido como “gascolator”, que já discutimos. O gascolator normalmente é encontrado no firewall e deve ser o componente mais baixo do sistema de combustível. Está sempre equipado com uma válvula de drenagem rápida, que permite que todo o sistema de combustível seja drenado de uma só vez.

Durante o exame de pré-vôo, o gascolator também permite drenar algum combustível para verificar a presença de água. Sem remover quaisquer capotas ou tampas, o dreno rápido deve estar imediatamente acessível. Depois de passar pelo gascolator, o combustível filtrado entra ou desvia de uma bomba reserva. Normalmente, esta é uma bomba elétrica, embora também possa ser uma bomba oscilante manual.

Finalmente, o combustível chega à bomba acionada pelo motor, que é o coração do sistema da bomba de combustível. Esta bomba acionada por motor mecânico é fixada diretamente a uma almofada auxiliar no cárter do motor, de onde fornece combustível para o injetor de combustível ou carburador sob pressão. Embora a bomba acionada pelo motor seja a principal fonte de pressão de combustível, as aeronaves produzidas sob um Certificado de Tipo Aprovado devem ter uma bomba de combustível auxiliar de reserva instalada.

Como essas bombas de gasolina devem fornecer pressão suficiente para transportar o combustível dos tanques para o carburador ou injetor de combustível, você deve ter alguma forma de determinar se a pressão apropriada está sendo produzida. Como afirmado anteriormente, esse pequeno problema é resolvido com a instalação de um medidor de pressão de combustível.

Instalação do medidor de pressão de combustível

Os motores a jato exigem realmente bombas de combustível de alta pressão e, em caso afirmativo, de quanta pressão eles precisam?

O medidor de pressão de combustível a ser instalado deve ser calibrado para se adequar à faixa de pressão de combustível do sistema. Um injetor de combustível, por exemplo, requer uma pressão de combustível padrão de cerca de 24 psi, enquanto um carburador de pressão não requer mais do que 15 psi. Um medidor de pressão de combustível capaz de relatar pressões muito maiores do que as exigidas para a instalação, por outro lado, pode não ser tão preciso quanto um calibrado para uma faixa de pressão de combustível menor.

Há mais uma coisa em que pensar. Os medidores de pressão de combustível individuais têm tipicamente 2-1 / 4 ″ ou 2-1 / 16 ″ de diâmetro (tipo automotivo). Como parte de um “painel de instrumentos”, medidores de pressão de combustível também estão disponíveis. Eles são extremamente comuns e a maioria dos construtores de aeronaves os emprega.

Depois que o medidor é instalado no painel de instrumentos ou em um local mais acessível, se necessário, um tubo de alumínio com acessórios AN padrão o conecta ao carburador ou injetor de combustível. Como resultado, uma linha de alumínio de 14 ″ ou mesmo 3/16 ″ deve funcionar. Conecte a linha de pressão de combustível à porta em seu injetor de combustível ou carcaça do carburador usando um encaixe tipo restritor. A linha de pressão de combustível dentro do compartimento do motor deve ser uma mangueira flexível de aeronave construída com acessórios de metal convencionais, em vez de uma linha de alumínio do medidor de pressão de combustível ao encaixe da antepara de firewall.

Bomba de combustível acionada por motor de aeronave | Bomba de combustível mecânica para aeronaves

Durante a operação normal do motor, a bomba de combustível da aeronave acionada pelo motor (mecânica) distribui automaticamente a quantidade correta de combustível para o injetor de combustível ou carburador próximo. A conhecida bomba de combustível de aviação do tipo diafragma AC é considerada o padrão da indústria para a maioria dos motores de aeronaves pequenas. É uma bomba de escorvamento automático com diafragmas especialmente construídos que não parecem ser influenciados pelas inúmeras qualidades químicas exclusivas que constituem os combustíveis atuais.

Quando a bomba de combustível acionada pelo motor adequado é instalada, ela deve ser capaz de fornecer um fluxo mínimo de combustível de 125% do que é necessário para a potência máxima de decolagem. Essa capacidade excedente não será um problema, pois uma válvula de alívio interna evita o desenvolvimento de pressão excessiva do combustível. A válvula de alívio interna é calibrada de fábrica para fornecer o combustível na pressão de entrada de combustível correta para um determinado carburador ou instalação do injetor de combustível.

As bombas de combustível acionadas por motor têm um histórico fantástico de confiabilidade, embora falhem. O diafragma geralmente se rompe, fazendo com que o combustível saia da linha de drenagem. Se tal falha ocorrer, geralmente acredita-se que seja devido à idade avançada e não à falta de recursos. Se o diafragma se romper e a ventilação não estiver conectada a uma linha que é direcionada para longe dos tubos de escape quentes para uma área segura ao mar, uma falha na bomba de combustível acionada pelo motor pode representar um risco significativo de incêndio. Além disso, o motor não dará partida sem a ajuda de uma bomba de combustível reserva.

Mesmo se a bomba principal do motor falhar, uma bomba auxiliar pode manter sua máquina funcionando. Isso é viável porque as bombas de combustível acionadas por motor do tipo CA apresentam uma válvula de desvio interna que permite que o combustível flua através da bomba mesmo após sua falha.

Bomba de combustível auxiliar para aeronaves | Bomba de reforço no sistema de combustível de aeronave | Bomba de combustível elétrica para aeronaves

Uma bomba auxiliar, bomba auxiliar, bomba elétrica ou mesmo uma bomba oscilante é um backup com qualquer outro nome. Todos têm o mesmo propósito: auxiliar a bomba acionada pelo motor ou, em casos extremos, substituí-la totalmente. Um motor elétrico independente alimenta a bomba de combustível auxiliar - um piloto controlado por um interruptor no painel de instrumentos.

Objetivo da bomba auxiliar no sistema de combustível de aeronaves

As bombas auxiliares ou de reforço podem ser usadas para uma variedade de finalidades, incluindo:

  1. É usado na aplicação de escorvamento de um motor com injeção de combustível antes de dar partida.
  2. Sempre que a bomba acionada pelo motor falha ou não consegue manter o fluxo de combustível suficiente, ela é usada para restaurar o suprimento de combustível para o motor.
  3. Ele está sendo utilizado para combater a formação de vapor, especialmente em altitudes superiores a 10,000 pés.
  4. Auxiliar na religação do motor quando o piloto de seu jato deixar um de seus tanques de combustível secar.
  5. Usar a bomba de reforço durante decolagens e pousos como uma precaução de segurança.

Quando instalada, a bomba de reserva geralmente é conectada em série à bomba acionada pelo motor. A bomba de reforço deve ter uma válvula de desvio interna para permitir que a gasolina passe por ela, esteja ou não ligada para ser instalada dessa maneira. Se uma bomba de reforço elétrica for conectada à bomba acionada pelo motor sem uma válvula de desvio interna, toda vez que a bomba de reforço for desligada, todo o fluxo de combustível para a bomba acionada pelo motor é bloqueado porque nenhuma gasolina pode passar por ela a menos que seja trocada sobre.

Válvulas de desvio internas não são padrão em pequenas bombas elétricas de baixa pressão usadas por construtores para motores equipados com carburador. Quando usadas para aumentar uma bomba acionada pelo motor, essas bombas devem ser conectadas em série com a bomba do motor. Um sistema paralelo pode, adicionalmente, exigir uma ou mais válvulas de retenção unidirecionais, dependendo da instalação, para garantir que o combustível flua apenas em direção ao motor e não de volta ao tanque enquanto a bomba elétrica estiver funcionando. Em qualquer caso, um sistema paralelo sempre será mais difícil de implantar do que um sistema em linha.

A bomba Wobble

Os pilotos de acrobacias esportivas usam a bomba oscilante original como bomba de combustível reserva da aeronave. Ele executa serviços comparáveis ​​a uma bomba auxiliar elétrica, como auxiliar na partida do motor e manter a pressão do combustível sob demanda. No entanto, é operado manualmente pelo piloto e não requer sistema elétrico. A instalação de uma bomba oscilante é semelhante à de qualquer outra bomba auxiliar de bypass interna. Ou seja, ele também pode ser conectado em série à linha de combustível primária do motor.

A nova bomba manual de gasolina Christen melhorada substitui as bombas oscilantes excedentes da série D da Segunda Guerra Mundial, que estão se tornando escassas. A instalação da bomba manual de combustível Christen é substancialmente mais leve, com um único dispositivo compacto contendo uma válvula de combustível, filtro de combustível e bomba de gasolina.

Tipos de bombas de combustível em aeronaves | Quantos tipos de bomba de combustível de aeronave existem?

Existem normalmente 5 tipos diferentes de bombas de combustível para aeronaves, nomeadamente - Bombas de combustível operadas manualmente, Bombas de reforço centrífugas, Bombas de ejetor, Bombas elétricas de pulsação e Bombas de combustível do tipo palheta; todos descritos abaixo:

Bombas de combustível operadas manualmente

Bombas de combustível de aeronaves operadas manualmente foram instaladas em alguns aviões antigos de motor alternativo. Eles são utilizados para complementar a bomba acionada pelo motor e para mover o combustível de um tanque para outro. Estas são essencialmente bombas oscilantes, bombas de dupla ação que fornecem combustível a cada curso da manopla da bomba. Elas são essencialmente bombas do tipo palheta com canais perfurados no centro, permitindo um movimento de vaivém para bombear a gasolina, em vez de uma rotação completa das palhetas, como é habitual nas bombas do tipo palheta movidas a eletricidade ou motor.

Embora seja simples e com espaço mínimo para erros, uma bomba operada manualmente necessita da instalação de tubos de combustível da cabine até a bomba, representando um risco que pode ser evitado usando uma bomba movida a eletricidade. Aeronaves leves modernas com motor alternativo normalmente têm bombas auxiliares elétricas. No entanto, para escorvar o (s) motor (es) na inicialização, eles freqüentemente usam uma bomba manual simples. Quando o botão de escorva é puxado para trás, esses dispositivos simples são bombas de pistão de ação simples que sugam combustível para o cilindro da bomba. O combustível é bombeado através das linhas para os cilindros do motor quando a alavanca é pressionada para frente.

Bombas de reforço centrífugas

A bomba centrífuga é o tipo de bomba auxiliar de combustível mais comum encontrada em aviões, aeronaves maciças e de alto desempenho. É acionado por um motor elétrico e geralmente fica imerso no tanque de gasolina ou ligeiramente para fora do fundo do tanque, com a entrada da bomba estendendo-se para o interior do tanque. Uma válvula de remoção da bomba é freqüentemente instalada se a bomba estiver situada fora do tanque, permitindo que a bomba seja removida sem esgotar o tanque de gasolina.

Uma bomba de deslocamento variável é uma bomba de reforço centrífuga. Conforme o rotor gira, ele pega o combustível no centro e o expele para fora. Uma válvula de retenção na saída impede que o combustível retorne à bomba. A saída da bomba é conectada a um tubo de alimentação de combustível. Se a bomba auxiliar não estiver funcionando, uma válvula de desvio pode ser colocada no sistema de alimentação de combustível para permitir que a bomba acionada pelo motor retire o combustível do tanque.

Dependendo da fase de operação da aeronave, algumas bombas centrífugas de combustível funcionam em velocidades múltiplas, conforme definido pelo piloto. As bombas de combustível com apenas uma velocidade também são predominantes. Independentemente da temperatura, altitude ou atitude de vôo, as bombas centrífugas de combustível nos tanques de combustível mantêm uma pressão positiva em todo o sistema de combustível, eliminando o bloqueio de vapor.

Como o motor elétrico está submerso no combustível, as bombas submersas apresentam coberturas à prova de combustível. As bombas centrífugas posicionadas fora do tanque não precisam disso, mas requerem algum tipo de entrada no combustível. Pode ser um tubo com uma válvula de corte que permite que a bomba seja substituída sem esvaziar o tanque. Uma tela cobre a entrada de ambos os tipos de bombas centrífugas para evitar que detritos estranhos sejam ingeridos.

Bombas Ejetoras

Os tanques de combustível com bombas de combustível no tanque, como bombas centrífugas, são projetados para manter um suprimento constante de combustível na entrada da bomba. Isso evita que a bomba desmorone e garante que o combustível a resfrie. Defletores, incluindo válvulas de retenção, também conhecidas como válvulas de retenção, podem ser usados ​​para dividir a seção do tanque de gasolina destinada à instalação da bomba. Isso permite que a gasolina flua para dentro da bomba durante as manobras, mas não pode fluir para fora.

As bombas ejetoras são usadas em alguns aviões para garantir que o combustível líquido esteja sempre presente na entrada da bomba. O fluxo de saída da bomba é circulado de volta para a área do tanque, onde a bomba é posicionada por meio de um tubo de pequeno diâmetro. Um venturi, que faz parte do ejetor, direciona o combustível. A baixa pressão é criada à medida que o combustível passa pelo Venturi.

O combustível pode ser sugado para o conjunto ejetor e bombeado para a seção do tanque da bomba de combustível através de uma entrada, ou linha, que começa fora da região da bomba do tanque. Em conjunto com as válvulas de retenção do defletor, as bombas ejetoras mantêm uma pressão positiva de combustível na entrada da bomba.

Bombas elétricas pulsantes

Bombas de combustível auxiliares menores e menos caras são freqüentemente usadas em aeronaves de aviação geral. A bomba elétrica pulsante, frequentemente conhecida como bomba de gasolina do tipo êmbolo, é amplamente utilizada. Em aeronaves maiores, é normalmente utilizado da mesma forma que uma bomba de combustível centrífuga, exceto que está posicionada a jusante das saídas do tanque de combustível.

A bomba de combustível acionada pelo motor é direcionada em paralelo com a bomba de combustível elétrica pulsante. Ele fornece combustível antes que a bomba de combustível acionada pelo motor ganhe velocidade durante a partida e também pode ser usado como reserva durante a decolagem. Também pode ser usado para evitar o bloqueio de vapor em grandes altitudes. Um êmbolo puxa o combustível e empurra a gasolina para fora da bomba elétrica pulsante. O êmbolo é movido para frente e para trás em um movimento pulsante por um solenóide que alterna entre ser eletrificado e desenergizado.

A pressão do combustível na saída da bomba controla a bomba de combustível elétrica pulsante de ação simples. A bomba gira rapidamente quando a gasolina é necessária, com baixa pressão na saída da bomba. A bomba desacelera conforme a pressão do combustível aumenta porque a mola calibrada encontra resistência ao tentar impulsionar o pistão para cima. O movimento do êmbolo é amortecido por uma mola no centro.

Bombas de combustível tipo palheta

Os tipos mais comuns de bombas de combustível vistos em aeronaves de motor alternativo são as bombas de combustível do tipo palheta. Eles podem ser usados ​​como bombas de gasolina primárias, bem como auxiliares ou bombas de reforço. Por outro lado, a bomba do tipo palheta é uma bomba de deslocamento constante que transporta um volume contínuo de combustível a cada rotação da bomba. Um motor elétrico gira o eixo da bomba quando é utilizado como uma bomba auxiliar. A caixa de engrenagens auxiliar geralmente opera a bomba de palhetas em sistemas movidos a motor.

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Bomba de combustível de aeronave: tipo de palheta rotativa; Créditos de imagem- Rainer BielefeldBomba de palheta rotativaCC BY-SA 3.0

Um rotor excêntrico é acionado dentro de um cilindro, como acontece com todas as bombas de palhetas. As palhetas deslizam para dentro e para fora das ranhuras do rotor, que são mantidas contra a parede do cilindro por um pino espaçador central flutuante. A lacuna de volume gerada pela parede do cilindro, o rotor e as palhetas aumenta e depois reduz à medida que as palhetas giram em torno do rotor excêntrico.

A gasolina é levada para a bomba através de uma porta de entrada onde as palhetas produzem um espaço de volume crescente. O espaço gerado fica menor à medida que a rotação avança. O combustível é bombeado para fora do cilindro por uma porta de saída posicionada ali. O mecanismo de medição de combustível do motor fornece mais gasolina do que o necessário para funcionar. O volume consistente de uma bomba de palhetas, por outro lado, pode ser excessivo.

A maioria das bombas de palhetas contém um recurso de alívio de pressão que pode ser ajustado para regular o fluxo. Ele funciona usando a pressão acumulada na saída da bomba para puxar a válvula de sua sede, permitindo que o excesso de gasolina flua de volta para o lado da entrada da bomba. O volume correto de combustível é fornecido colocando o alívio a uma pressão acima da pressão de admissão de ar do dispositivo de medição de combustível do motor.

O combustível deve fluir através da bomba para o dispositivo de medição de combustível enquanto o motor está dando partida ou se a bomba de palhetas não estiver funcionando. Uma válvula de desvio dentro da bomba é usada para fazer isso. Quando a pressão do combustível de entrada da bomba é maior do que a pressão do combustível de saída, uma placa fracamente flexível sob a válvula de alívio supera a pressão da mola.

Quando a bomba de palhetas é a bomba de combustível primária acionada pelo motor, bombas de combustível do tipo de palheta compensadas são empregadas. Conforme a pressão de entrada de ar do dispositivo de medição de combustível muda devido à altitude ou pressão de saída do turbocompressor, a configuração da válvula de alívio se modula automaticamente para fornecer o fornecimento correto de combustível. A fonte de pressão de ar de entrada é conectada a uma câmara de ventilação acima de um diafragma acoplado ao mecanismo de alívio. O diafragma auxilia ou resiste à pressão da mola da válvula de alívio quando a pressão do ar muda, resultando no fornecimento de combustível adequado para a condição atual no dispositivo de medição de combustível.

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