A aeronave com mais sistemas elétricos: mais limpa, ecológica e confiável

O A380 foi uma das primeiras aeronaves comerciais a usar mais sistemas elétricos (Foto: Getty Images)

Aeronaves comerciais têm historicamente contado com sistemas hidráulicos e pneumáticos para fornecer muitas funções essenciais. Mas o uso de purga de ar para acionar esses sistemas tem um custo de eficiência. Substituir esses sistemas por alternativas elétricas pode reduzir a queima de combustível, ao mesmo tempo que aumenta a confiabilidade da peça.

O caso de uma aeronave mais elétrica

Historicamente, muitas funções de uma aeronave dependem de purga de ar para fornecer a energia de que precisam. Coisas como sistemas de controle ambiental, sistemas de degelo de asas e superfícies de controle de voo geralmente dependem de sistemas hidráulicos ou pneumáticos que são alimentados por ar de sangria. Faz sentido - é quente, já está compactado e está prontamente disponível.

No entanto, os sistemas que desviam o ar de alta velocidade dos motores roubam algum empuxo dos aviões convencionais e aumentam o consumo de combustível do motor. A Collins Aerospace está liderando o caminho na substituição de muitos desses sistemas por alternativas elétricas, um projeto conhecido como 'Mais Elétrico'. A Simple Flying conversou com Todd Spierling, Senior Technical Fellow na Collins, para saber mais sobre os benefícios de mudar para mais sistemas elétricos.

Ele disse: “Hoje, o ar comprimido é a maior carga secundária individual em uma aeronave. Mais de 90% do combustível é usado para mover o avião, mas cerca de 6% do combustível é usado para fornecer esses serviços. E a criação de ar comprimido é uma das maiores atrações disso. O ar comprimido é uma fonte conveniente, mas não é extremamente eficiente. Ao passar da pneumática para a eletricidade, podemos aumentar a eficiência dessa parte do uso de combustível da aeronave.

“Cerca de 6% do combustível que você usa ou 6% do carbono que você emite se deve a esses sistemas secundários. Se pudermos implementar mais eletricidade e cortar esse uso pela metade, se pudermos obter 2 - 3% de economia de queima de combustível com esta implementação, isso significa milhões de galões de combustível de aviação economizados e dezenas de milhões de toneladas de emissões de carbono reduzidas a cada ano. ”

Além de aumentar a eficiência da aeronave, mudar para sistemas mais elétricos tem outra vantagem, pois os sistemas podem ser mais confiáveis ​​e ter menos manutenção do que as alternativas. Os sistemas que utilizam componentes pneumáticos ou hidráulicos são mecânicos, com partes móveis. Substituí-los por eletrônicos pode reduzir os custos de manutenção e, ao mesmo tempo, aumentar a confiabilidade do equipamento.

Também há uma redução de peso a se considerar aqui, embora esse problema talvez não seja tão simples quanto você possa imaginar. Um atuador elétrico, por exemplo, na verdade pesa mais do que um atuador hidráulico. No entanto, quando você leva em consideração todos os outros equipamentos que acompanham o hidráulico, toda a distribuição dos fluidos sendo movidos ao redor da aeronave, o resultado líquido é uma operação um pouco mais leve.

Onde mais sistemas elétricos estão sendo usados ​​agora?

Uma das maiores implementações de mais elétrica foi com o carro-chefe da Boeing, o 787. Um exemplo é seu sistema de controle ambiental elétrico (ECS), fornecido pela Collins, que é a primeira vez que um sistema elétrico sem sangria foi usado para um comercial aeronave desta forma.

Em vez de roubar o ar comprimido dos motores para alimentar o ECS, os compressores eletricamente acionados fornecem a função de pressurização da cabine, com ar fresco trazido a bordo por meio de entradas de ar dedicadas da cabine. Da mesma forma, o 787 usa sistemas elétricos Collins para proteção contra gelo nas asas e partida do motor. No total, a Boeing projeta que cerca de 3% de economia de combustível estão sendo alcançadas através da eliminação dos tradicionais componentes hidráulicos e pneumáticos.

O 787 usa um sistema de controle ambiental mais elétrico (ECS) (Foto: Collins Aerospace)

Além da economia de combustível, também há benefícios para a experiência do passageiro. Spierling observou: “O equipamento compressor elétrico permite uma experiência de cabine significativamente melhorada em relação aos jatos tradicionais de passageiros. Parte do que fizemos com o 787 ECS foi operá-lo em pressões mais altas para simular uma altitude de cabine mais baixa e reduzir o efeito “jet lag” em voos de longo curso. O compressor elétrico puxa o ar fresco diretamente para a cabine, desacoplando-o do sistema do motor e melhorando a qualidade do ar na cabine, para uma melhor experiência do passageiro”.

Enquanto a Boeing visava a substituição de sistemas pneumáticos por alternativas mais elétricas no 787, a Airbus adotou uma abordagem diferente. No A380 e no A350, o fabricante de aviões europeu trabalhou com Collins para substituir os sistemas hidráulicos. Especificamente, esses aviões mudaram para controles de voo elétricos, usando acionamento elétrico como o encontrado no F35 do exército americano.

Qual é o futuro para mais aviões elétricos?

Como acontece com qualquer nova tecnologia, há lições a serem aprendidas e melhorias a serem feitas. Collins está continuamente melhorando e investindo para tornar seus sistemas mais elétricos melhores. Notavelmente, ela enfrenta desafios no desenvolvimento de sistemas de geração elétrica que são menores e mais leves, para realmente explorar a vantagem de redução de peso da substituição de sistemas pneumáticos e hidráulicos.

No momento, nenhuma aeronave percebeu totalmente os benefícios potenciais de uma arquitetura completamente mais elétrica. O 787 chegou perto, mas ainda não é um avião totalmente eletrificado. O A350 e o A380 adotaram alguns sistemas elétricos, mas também mantiveram alguns sistemas pneumáticos para redundância. Quando algo é novo, pode ser difícil abandonar o que é antigo e familiar.

No entanto, o futuro para mais aviões elétricos é bastante promissor, e Collins está impulsionando essa mudança sísmica. De trem de pouso elétrico a mais frenagem elétrica e muito mais, a equipe está constantemente avaliando, evoluindo e aprimorando os produtos que verão menos componentes hidráulicos e pneumáticos nos aviões do futuro.

Via Simple Flying