En aviación, una unidad de transferencia de energía ( PTU ) es un dispositivo que transfiere energía hidráulica de uno de los sistemas hidráulicos de una aeronave a otro en caso de que el otro sistema haya fallado o se haya apagado.
La PTU se utiliza cuando, por ejemplo, hay presión en el sistema hidráulico derecho pero no hay presión en el sistema hidráulico izquierdo. En este ejemplo, la PTU transfiere potencia hidráulica del sistema hidráulico derecho al sistema hidráulico izquierdo. Una PTU consta de un motor hidráulico emparejado con una bomba hidráulica a través de un eje. [1]
Como la conexión es puramente mecánica, no hay mezcla de fluido hidráulico entre los sistemas hidráulicos izquierdo y derecho durante el funcionamiento de la PTU.
Las aeronaves de categoría de transporte grande con controles de vuelo y servicios públicos accionados hidráulicamente suelen tener múltiples sistemas hidráulicos independientes accionados por una combinación de bombas hidráulicas impulsadas por motor y eléctricas. Por lo general, se necesitan múltiples sistemas hidráulicos para lograr redundancia; por ejemplo, si un sistema falla o pierde fluido hidráulico, un sistema sobreviviente aún puede proporcionar suficiente energía para que los sistemas críticos continúen con el vuelo y el aterrizaje de manera segura.
En los aviones de pasajeros o de negocios con controles de vuelo motorizados, es típico tener al menos dos unidades de control de potencia hidráulica (actuadores) para cada superficie crítica de control de vuelo: estos son los elevadores, el timón y los alerones. Sólo se podrían utilizar dos fuentes si existe alguna forma de reversión mecánica (es decir, el piloto aún puede volar el avión manualmente, pero con cierta dificultad, mediante conexiones y cables mecánicos si se pierde la energía hidráulica).
En los aviones fly-by-wire se necesitan al menos tres fuentes de energía independientes. Mientras tanto, los spoilers y flaps se consideran controles de vuelo secundarios y solo pueden tener una única fuente de energía hidráulica, siempre que el control de vuelo pueda desplegarse simétricamente.
Del mismo modo, el tren de aterrizaje, los frenos y la dirección de la rueda delantera son sistemas que no se consideran críticos para el vuelo y, por lo tanto, normalmente solo funcionan con un único sistema hidráulico en un avión de pasajeros o un jet de negocios.
Cuando una aeronave de servicios públicos está propulsada por un único sistema hidráulico, las PTU resultan beneficiosas al permitir que una sola fuente de energía, por ejemplo, una bomba impulsada por un motor sobreviviente, alimente más de un sistema hidráulico si la fuente de energía de ese sistema ha fallado. Las PTU solo funcionan con la condición de que el sistema no se haya perforado y haya perdido fluido, porque no permiten la transferencia de fluido, solo la transferencia de trabajo mecánico.
Por ejemplo, en el diseño original del Airbus A320, el sistema hidráulico del tren de aterrizaje (extensión/retracción, frenos y dirección) se alimentaba únicamente desde el sistema verde (lado izquierdo), impulsado por la bomba accionada por el motor izquierdo. En caso de fallo del motor de babor durante el despegue, el tren de aterrizaje no podría retraerse ya que no hay ninguna motobomba auxiliar en el sistema hidráulico verde de un A320. (Los A320 modernos tienen la dirección de la rueda delantera impulsada por el sistema amarillo).
La PTU resuelve este problema al permitir un acoplamiento mecánico giratorio entre ambos sistemas, de modo que la bomba impulsada por el motor para el sistema amarillo (derecho) en el motor de estribor, que está sobredimensionado para la demanda hidráulica normal, pueda descargar el exceso de energía en el sistema verde. a través de la PTU, y permitir que continúe la retracción motorizada del tren de aterrizaje, mientras se mantiene también la presión hidráulica en los controles de vuelo del sistema verde.
Asegurar la retracción del tren de aterrizaje en caso de falla es una garantía potencial que brinda una PTU. Alternativamente, el diseñador puede optar por que una segunda motobomba eléctrica realice esta función si no se desea una PTU. Sin embargo, una motobomba adicional puede ser más pesada que una PTU, y los estudios comerciales complejos pueden favorecer una opción u otra, dependiendo de qué casos de falla se consideren y qué tan importante sea el peso en la compensación.
En el Airbus A320, el sistema amarillo puede alimentar el sistema verde, pero como también es bidireccional, si falla el motor de estribor, el sistema verde puede ayudar a alimentar el sistema amarillo vertiendo el exceso de energía en él a través del mismo mecanismo. Esto también se conoce como PTU "reversible".
En algunas otras aeronaves, la dirección de rotación de la PTU y, por tanto, el flujo de fluido a través de ella, puede diseñarse para funcionar en una sola dirección. El jet ejecutivo Citation X es uno de esos aviones con una PTU unidireccional, protegida por válvulas de retención y una línea de pérdida de contrapresión, diseñada para permitir que el sistema hidráulico derecho asista al sistema hidráulico izquierdo y a la motobomba auxiliar izquierda. retraer el tren de aterrizaje únicamente durante una falla del motor de babor.
En otras aeronaves más, la función de una PTU reversible bidireccional se puede lograr con dos PTU unidireccionales instaladas una al lado de la otra y dispuestas en orientaciones opuestas entre sí. El sistema hidráulico del helicóptero CH-47 Chinook utiliza PTU gemelas unidireccionales de esta manera.
Las unidades de transferencia de energía hidráulica no son esencialmente más que un motor hidráulico acoplado a una bomba hidráulica a través de un eje; como tales, conceptualmente pueden ser cualquier tipo de motor o bomba, como una paleta , un engranaje , un impulsor o un pistón en línea, o una bomba de pistón en línea de desplazamiento variable .
Sin embargo, normalmente las PTU son motores/bombas de pistón en línea emparejados, en disposiciones de eje recto o doblado.
Una bomba/motor de pistón en línea de eje recto se basa en un plato cíclico interno inclinado para impulsar las zapatas del pistón hacia arriba y hacia abajo alrededor de la grada interna del pistón de la bomba, lubricadas por el propio fluido; este tipo de PTU puede parecer dos cilindros. atornillados entre sí, con un puerto de entrada y salida en cada extremo. Se puede encontrar un ejemplo de una PTU en línea de eje recto en el sistema hidráulico del Cessna Citation X.
Una bomba de pistón en línea de eje doblado funciona de la misma manera, pero prescinde del plato cíclico inclinado; en cambio, todo el grupo giratorio se inclina para lograr el desplazamiento del pistón. Se puede encontrar un ejemplo de una PTU en línea de eje doblado en el sistema hidráulico Hawker 4000.
En aún otras representaciones, un motor/bomba de desplazamiento fijo de eje inclinado se puede acoplar con una motobomba de desplazamiento variable de eje recto, como en el caso de la PTU Airbus A320.
El mecanismo por el cual funciona una PTU es por sobrepresión, las PTU se encienden automáticamente solo por influencia mecánica resultante del delta de presión entre los dos sistemas hidráulicos a los que está conectada. En consecuencia, una PTU acelera muy rápidamente bajo la carga inducida por delta-P y luego se detiene con la misma rapidez una vez que la presión se iguala. Cada aumento de presión puede durar solo un segundo, lo que provoca un modo de funcionamiento de parada y arranque.
En la práctica, esto da como resultado un repentino "whoosh-whoosh" que sube y baja, lo que produce un ruido fuerte que puede compararse con el ladrido de un perro. Los pasajeros que han volado en el Airbus A320 escucharán con frecuencia el 'ladrido del perro' del PTU, generalmente cuando un solo motor está en marcha, o cuando la motobomba eléctrica del sistema amarillo es la única fuente de energía hidráulica activa; la PTU se activa mecánicamente en estos casos. En consecuencia, la PTU normalmente sólo se escucha durante el arranque o el apagado. Muy raramente se escucha en vuelo a menos que haya un déficit momentáneo de potencia al retraer el tren o que se haya producido una falla hidráulica.
En la literatura de Airbus, se afirma que la PTU se 'autoprueba' durante el arranque; sin embargo, la PTU no contiene ninguna asistencia electrónica del motor y no se le puede ordenar que arranque; arranca solo cuando hay presión hidráulica. Sin embargo, las válvulas de cierre activadas por solenoide pueden aislar la PTU mediante un interruptor de botón (pb/sw) en la cabina, pero esta característica rara vez se utiliza.