Los actuadores electrohidráulicos ( EHAs ) reemplazan los sistemas hidráulicos con actuadores autónomos operados únicamente con energía eléctrica . Los EHA eliminan la necesidad de bombas y tuberías hidráulicas separadas, porque incluyen su propia bomba, [1] lo que simplifica las arquitecturas del sistema y mejora la seguridad y la confiabilidad. Esta tecnología se desarrolló originalmente para la industria aeroespacial, pero desde entonces se ha expandido a muchas otras industrias donde se utiliza comúnmente la energía hidráulica.
En un principio, los aviones se controlaban mediante pequeñas superficies aerodinámicas accionadas por cables, unidos a palancas que magnificaban la acción del piloto, utilizando la ventaja mecánica . A medida que los aviones crecían en tamaño y rendimiento, las fuerzas aerodinámicas sobre estas superficies crecieron hasta el punto en que ya no era posible para el piloto controlarlas manualmente en un amplio rango de velocidades: los controles con suficiente ventaja para controlar el avión a alta velocidad dejaban al avión con un sobrecontrol significativo a velocidades más bajas cuando las fuerzas aerodinámicas se reducían. Numerosos aviones en las primeras etapas de la Segunda Guerra Mundial sufrieron estos problemas, en particular el Mitsubishi Zero y el P-38 Lightning . [ cita requerida ]
A partir de la década de 1940, se introdujeron los sistemas hidráulicos para solucionar estos problemas. En sus primeras versiones, las bombas hidráulicas conectadas a los motores alimentaban aceite a alta presión a través de tubos a las distintas superficies de control. En este caso, se conectaron pequeñas válvulas a los cables de control originales, que controlaban el flujo de aceite hacia un actuador asociado conectado a la superficie de control. Uno de los primeros accesorios de un sistema de refuerzo hidráulico fue en los alerones de los modelos de finales de la guerra del P-38L, lo que eliminó la necesidad de una gran fuerza humana para lograr una mayor tasa de alabeo. [2]
Los sistemas evolucionaron, reemplazando los enlaces mecánicos a las válvulas por controles eléctricos, produciendo el diseño " fly-by-wire " [3] y, más recientemente, los sistemas de redes ópticas llamados " fly-by-light ". Todos estos sistemas requieren tres componentes separados, el sistema de suministro hidráulico, las válvulas y la red de control asociada, y los actuadores. Dado que cualquiera de estos sistemas podría fallar y dejar la aeronave inoperativa, se necesitan redundancias que aumentan enormemente la complejidad del sistema. Además, mantener el aceite hidráulico presurizado supone un consumo constante de energía.
Algunos de los primeros usos fueron en el bombardero Avro Vulcan y en el avión de pasajeros Vickers VC10, conocidos como Unidades de Control de Vuelo Motorizadas. [4] [5] [6]
El principal desarrollo que llevó a la posibilidad de los EHA fue el motor convencional controlado por retroalimentación de precisión, o motor paso a paso de alta potencia [ cita requerida ] . [7] Los motores paso a paso están diseñados para moverse a través de un ángulo fijo con cada pulso de corriente y lo hacen repetidamente de una manera extremadamente precisa. Ambos tipos de controladores de motor se han utilizado durante años, alimentando los controles de plataformas de control de movimiento y máquinas herramienta de control numérico , por ejemplo.
En un EHA, se utilizan versiones de alta potencia de estos motores para accionar una bomba reversible, que está conectada a un cilindro hidráulico. La bomba presuriza un fluido de trabajo, normalmente aceite hidráulico, lo que aumenta directamente la presión en el cilindro y hace que se mueva. Todo el sistema, que consta de la bomba, el cilindro y un depósito de fluido hidráulico, está empaquetado en una única unidad autónoma.
En lugar de que la energía necesaria para mover los controles se suministre mediante una fuente hidráulica externa, se suministra a través de un cableado eléctrico normal, aunque más grande que el que se encontraría en un sistema fly-by-wire. La velocidad del movimiento se controla mediante el uso de modulación por código de pulsos . El resultado es un sistema "power-by-wire", donde tanto el control como la energía se envían a través de un único conjunto de cables. [8]
De este modo, se puede lograr redundancia utilizando dos de estas unidades por superficie y dos juegos de cables eléctricos. Esto es mucho más sencillo que los sistemas correspondientes que utilizan un suministro hidráulico externo. Además, el EHA tiene la ventaja de que solo consume energía cuando se mueve y la presión se mantiene internamente cuando el motor se detiene. Esto puede reducir el uso de energía en la aeronave al eliminar el consumo constante de las bombas hidráulicas. Los EHA también reducen el peso, permiten una mejor racionalización debido a la reducción del enrutamiento interno de las tuberías y un menor peso general del sistema de control. [9]