PPE_Projeto de Mecanismos - FATEC

Projeto de Mecanismos (EMBRAER)

Fev/2012

Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito.

Projeto de Mecanismos

Atividades:

• Concepção de arquitetura de mecanismos

• Elaboração de cinemáticas, trade-offs de mecanismos, estudos de

ergonomia, desenhos de interface e “hinge points”, análise zonal, etc.

• Pré-dimensionamento de sistemas mecânicos (relação de transmissão,

dimensionamento de molas, sistemas de balanceamento, perfis de cames,

mecanismos de 4 barras,etc.)

• Interpretação dos requisitos (p. ex.: homologação) e consolidação em

“produto“

• Detalhamento de peças e definição de interfaces

• Acompanhamento e suporte à testes de desenvolvimento e certificação

• Suporte operacional da frota.



Aspectos inerentes as atividades:

• Noções de Ergonomia (Flight Control/Portas)

• Avaliação de fatores humanos ligados à projeto

• Aplicação de Lessons learned

• Pré-dimensionamento de sistemas mecânicos

• Filosofia de Análise de falhas

• Mitigação de riscos, avaliação de cenários

• Design for Manufacturing and Assembly (DFMA)

• Engenharia de Análise de Valor

• Benchmarking (Boeing, Airbus, Bombardier, etc.)

• Geometric Tolerancing and Dimensioning (GD&T)


Título da Apresentação


Tecnologias

Comandos de Vôo

Superfícies de Controle

Portas e Janelas

Trem de Pouso

Diversos


Comandos de Vôo


Comandos de Vôo – Funções Primárias

Funções primárias:

• Os mecanismos aplicados em comandos tem como objetivo minimizar os esforços de

seus operadores e viabilizar os movimentos da aeronave na direção desejada

• O profundor ou Elevator (Nose Down) mecanismos que quando acionando o manche no sentido de empurrar o mesmo, tende em baixar o nariz da aeronave resultando no atitude de descida.

• O mesmo mecanismo quando acionado em sentido contrario, ou puxando o manche, tende a levantar o nariz da aeronave resultando na atitude de subida.

• Vemos desta forma simplificada que todos os mecanismos tem como função básica transformar uma ação comandada em uma atitude de movimento.

• Estes movimentos seriam impossíveis de realizar devido ao grande esforço a ser praticado pelos operadores. Porém, graças aos mecanismos utilizados ( Polias, eixos, guinhois, cabos de aço, atuadores, setores, etc... Podemos com um esforço reduzido, direcionar uma aeronave para a rota desejada.


Comandos de Vôo – Requisitos Básicos

Requisitos Básicos:

• Criar mecanismos simples, leves, confiáveis e robustos que possibilitem

executar movimentos nas superfícies que comandam a aeronave. Estes mecanismos podem ser : mecânicos, elétricos, hidráulicos, devem ser projetado de maneira fácil de instalar.


Comandos de Vôo – Tipos e Classificação

Tipos de mecanismos:

• Pequenos guinhóis, alavancas de acionamento, fechos de portas, sempre

gerando movimento.

• Mecanismos mais complexos como “quatro barras”, mecanismos de acionamento de portas e trem de pouso, gust lock.

• Mecanismos conjugados são acionados mecanicamente porém atuam válvulas hidráulicas, superfícies de comando etc...

Atuador hidráulico profundor

comando profundor


Comandos de Vôo

– Cames que conduzem um elemento (rolete) através de uma pista

gerando uma seqüência de movimentos.

– Molas que geram movimentos e carga pré definidas.

– Amortecedores, atuadores hidráulicos, atuadores elétricos e outros.

– Engrenagens de diversos tipos, eixos com roscas para movimento

(Acme, Trapezoidal, dente de serra, quadradas).

Servo Piloto

Automático Atuador Batente

Variável


Comandos de Vôo - Elementos de Máquinas Aplicados

Elementos mecânicos aplicados:

• Entalhes ou Estriados, transmitem torque com garantia através de dentes

usinados em eixos, guinhóis ou setores de comandos.

• Rolamentos auto alinhaveis, precisão e baixo atrito em transmissão de movimentos

• Pinos e Parafusos de fixação, garantem a união de vários elementos


Comandos de Vôo - Elementos de Máquinas Aplicados

• Porcas auto frenantes, são porcas de fixação com ação de freno em sua

rosca, ou corpo dimensionado para travamento com cupilha.

• Insertos auto frenantes, são roscas postiças que possuem internamente

alguns filetes deformados provocando ação de freno, normalmente são

usados em peças com resistência mecânica a tração baixa, ( alumínio,

compostos)

• Anel de retenção, pino elástico entre outros também são usados em

retenção de elementos que realizam algum movimento ou contribuem para

isso.


Superfícies de Controle


Comandos de Vôo – Funções Primárias

Funções primárias:

– Controle de atitude da aeronave:

• Arfagem (Pitch – eixo transversal);

• Guinada (Yaw – eixo vertical); e

• Rolagem (Roll – eixo longitudinal).

Podem ser:

– Superfícies Primárias:

• Profundores

• Leme

• Ailerons

– Superfícies Secundárias:

• Compensadores;

• Hipersustendadores (Flapes, Slats, Spoilers, etc.)


Comandos de Vôo

As superfícies primárias controlam a atitude da aeronave nos três eixos principais.

Foram desenvolvidas e aperfeiçoadas nos decorrer dos anos com essa finalidade.


Comandos de Vôo

PROFUNDORES:

Controlam a aeronave em seu eixo tranversal. São dispositivos articulados

no bordo de fuga do estabilizador horizontal.

A atitude da aeronave, provocada pelo acionamento dos profundores através do movimento da coluna do manche, é chamada de arfagem. Quando comandados para baixo, o movimento resultante é chamado picagem (nariz para baixo) e quando comandado para cima (nariz para cima) é chamado cabragem.


Comandos de Vôo

LEME:

Controla a aeronave em seu eixo vertical e é articulado na parte traseira do estabilizador vertical.

Ele se movimenta para a esquerda e para a direita, e é controlado pelo piloto através dos pedais.

Numa curva para a esquerda, por exemplo, se a aeronave tende para a direita, uma suave pressão sobre o pedal esquerdo causará ao bordo de fuga do leme defletir para a esquerda, corrigindo essa tendência.


Comandos de Vôo

AILERONS

Controlam a aeronave em seu eixo longitudinal. São dispositivos articulados no bordo de fuga da asa localizados próximos à ponta desta.

Os ailerons, um em cada semi-asa, se movimentam simultaneamente e em direções opostas. Quando o aileron da semi-asa esquerda sobe, o aileron da semi-asa direita desce e vice-versa.

O diferencial de fluxo de ar gerado por essa movimentação é o responsável pela atitude de rolagem da aeronave.


Comandos de Vôo

As superfícies secundárias:

• Auxiliam a operação segura das superfícies primárias;

• Reduzem os esforços dos pilotos durante o vôo;

• Permitem melhores condições de operação em determinadas fases do vôo.


Comandos de Vôo

Compensadores:

São dispositivos auxiliares de controle

cuja finalidade é eliminar tendências indesejáveis de vôo.

Na prática, são pequenas superfícies articuladas nas superfícies de controle que, também, têm a função de compensar o avião em diferentes altitudes e reduzir a carga de trabalho dos pilotos.

Todas as aeronaves possuem compensador nos profundores ou controle do estabilizador, porém, somente as aeronaves mais sofisticadas possuem compensadores nos lemes de direção e ailerons.


Comandos de Vôo

Flapes:

São empregados como geradores de

sustentação em baixas velocidades. Permitem uma rápida descida sem um aumento de velocidade.

São usados para auxiliar as aeronaves durante a decolagem quando se quer utilizar um mínimo de espaço (pista) com um mínimo de velocidade. Em geral, são instalados no bordo de fuga da asa, próximo à fuselagem.

Eles não podem ser movimentados diferencialmente como os ailerons; movem-se juntos (simetricamente) para baixo, aumentando a curvatura efetiva da asa.


Comandos de Vôo

“Slats” e “Slots”:

A principal função dos “slats” e dos “slots” é primordialmente a mesma: permitir

um maior ângulo de ataque da asa antes de ocorrer o fenômeno de “stall” (perda de sustentação).

A diferença básica entre eles é que um é fixo (“slot”) e o outro é móvel (“slat”).

Os slots de asa são normalmente instalados no bordo de ataque à frente dos ailerons, pois, se o estol começar na raiz da asa e houver redução significativa da sustentação causando o abaixamento do nariz, ainda haverá um bom fluxo de ar sobre os ailerons e o controle lateral será mantido.


Comandos de Vôo

Speed Brakes (Freios Aerodinâmicos):

As aeronaves de alto desempenho

precisam, às vezes, reduzir sua velocidade bruscamente enquanto pousam. Dispositivos (painéis) operados hidraulicamente, montados na fuselagem ou na parte superior da asa, podem ser defletidos contra a corrente de ar, para criar uma quantidade excessiva de arrasto reduzindo, assim, a velocidade da aeronave.

Spoilers:

Grandes jatos, às vezes, utilizam painéis

articulados que se elevam da parte superior da asa, para destruir a sustentação naquela área e, dessa forma, aumentar a razão de descida. Os spoilers podem também ter função diferenciada que, juntamente com os ailerons, aumenta o controle lateral a baixas velocidades.

Speed Brake


Portas e Janelas

Removíveis


Definição de Portas

Portas, escotilhas, janelas removíveis, painéis de acesso, tampas, etc. no exterior da

fuselagem que não requeiram uso de ferramentas para abrir ou fechar. Incluí também

portas ou escotilhas através de cavernas de pressão no interior da fuselagem.


Portas&Janelas - Funções Primárias e Secundárias

FUNÇÕES PRIMÁRIAS

• Prover acesso e egresso da cabine/cockpit

• Manter vedação na pressurização da cabine

• Garantir suavidade aerodinâmica

FUNÇÕES SECUNDÁRIAS

• Impedir abertura inadvertida ou intencional durante o vôo

• Evitar pressurização da aeronave acima de 0,5 psi dP caso a porta/janela não estiver devidamente fechada e travada.

• Barreira Balística (Porta de Acesso à Cabine de Pilotagem)

• Etc.


Requisitos Básicos

Legislação

FAA (Federal Aviation Administration)

FAR§25.783 – Fuselage Doors

EASA (European Aviation Safety

Agency)

CS§25.783 – Fuselage Doors

Práticas Recomendáveis pela Autoridade

de Certificação

Advisory Circulars FAA/AC 25.783-1A

e EASA/AMC 25.783

Requisitos Internos EMBRAER


Requisitos Básicos

Legislação compreende 8 Parágrafos (a-h) que definem basicamente quatro níveis (camadas) de proteção das portas

– Travamento (Latching)

São os elementos que impedem o movimento relativo da porta em relação a seu enquadramento em qualquer condição de vôo (pressurizado ou não).

– Sobre-Travamento (Locking)

Monitora a posição fechada das travas (latches) e as tranca nesta posição.

– Sistema de Indicação (Visual e Monitoramento Remoto)

Permite visualizar o posicionamento das travas e sobre-travas pelo operador na estação de operação da porta, ao mesmo tempo oferecendo indicação remota nas telas de EICAS da cabine de pilotagem

– Proteção contra Pressurização (Vent Valves ou Vent Flaps)

Último nível, caso haja falha de todos os níveis anteriores, esse sistema evita que a aeronave seja pressurizada acima de 0.5 psi, o que poderia ocasionar danos à porta ou a seu enquadramento caso ela não esteja corretamente fechada.


Requisitos Básicos

Vent flap

Conjunto de Sobre-travamento

Conjunto de Travamento

Alavanca

Interna Alavanca

Externa

Alavanca da

Sobre-trava

Trava

Trava

Sobre-Trava

Indicação

Visual

Monitoramento Remoto

Trava

Vent Valve

Vent Valve

Vista Externa

Vista Interna

► Travamento

(Latching)

► Sobre-Travamento

(Locking)

► Sistema de

Indicação

► Proteção

contra

Pressurizaç

ão (Vent

Valves ou

Vent Flaps)


Classificação e Tipos

• Quanto à Dimensão

• Portas Tipo I, II, III e IV

• Portas tipo A,B e C

• Quanto ao Movimento Inicial

• Movimento inicial para dentro. Ex. tampa da panela de pressão

• Movimento inicial para fora.

• Quanto aos Batentes de Pressurização

• Batente contínuo

• Batente discreto

• Quanto à Articulação

• Pivot Lateral (Side Hinged)

• Pivot Interior (Bottom Hinged)

• Corrediça (Slide door)

• Quanto ao evento de abertura inadvertida em vôo

• Perigosas (HAZARDOUS)

• Não Perigosas (NON-HAZARDOUS)



• Quanto à Dimensão

• Portas Tipo I, II, III e IV

• Porta tipo Ventral e Cone de

Cauda

• Portas tipo A,B e C

Exemplo: Dimensões Básicas de Portas Tipo I (oversized).

*Dimensões em milímetros

Portas Tipo I Tipo II Tipo III Tipo IV Ventral Cone de Cauda Tipo A Tipo B Tipo C

Largura 24 20 20 19 Idem Tipo I Ausente 42 32 30

Altura 48 44 36 26 Idem Tipo I Ausente 72 72 48

Raio Maximo de Canto 8 7 7 6,3 Idem Tipo I Ausente 7 6 10

Degrau Subida 0 10 20 29 Idem Tipo I Ausente 0 0 0

Degrau Descida N/A 17 27 36 Idem Tipo I Ausente N/A N/A N/A

* dimensões em polegadas



• Quanto ao Movimento Inicial

• Movimento inicial para dentro:

componente vetorial mínima de

movimentação perpendicular ao

plano médio de pressão, no sentido

contrário a pressurização. Batentes

discreto ou continuo resistem as

cargas de pressurização

• Movimento inicial para fora:

pressurização tende a abrir a porta,

carregando as travas com cargas de

pressurização

Exemplo: Porta de movimento inicial

para dentro com batentes discretos

Componente vetorial de

movimentação contra a

pressurização

Movimento

inicial



• Quanto aos Batentes de Pressurização

– Batente contínuo: sobreposição da

estrutura porta sob uma moldura (ou doubler) na fuselagem de sorte que a carga de pressurização é continuamente distribuida ao longo do perímetro da porta

A A

– Batente discreto: ferragens (dedos)

distribuídas simetricamente opostas nas

laterais do enquadramento e da porta

que sustentam pontualmente as cargas

de pressurização

SECTION A-A

Porta Fuselagem

Moldura




1. Pivot Lateral (Side Hinged),

2. Pivot Superior (Top Hinged)

3. Pivot Inferior (Bottom Hinged)

4. Corrediça (Slide door)

• Quanto ao evento de abertura inadvertida em vôo

• Perigosas (HAZARDOUS):

afetam a aeronavegabilidade da aeronave quando abertas podendo ocasionar um evento catastrófico.

• Não Perigosas (NON-HAZARDOUS): afetam minimamente a aeronavegabilidade quando abertas.

2 1

3 4


Elementos de Máquinas Aplicados

• Mecanismos de Barras

• 4 Barras

• 6 Barras (Cadeia de Watt)

• Cames

• Molas, amortecedores e atuadores

hidráulicos/elétricos

• Engrenagens

• Cabos,Correntes, Coroas e Polias



MECANISMOS DE BARRAS

1. 4 Barras. Ex: Ligação das molas à gás a porta

2. 6 Barras (Cadeia de Watt). Ex: Porta mecânica

de trem de pouso de nariz.

1

2



CAMES:

Uso típico em portas para seqüênciamento de

movimentos de travamento e sobre-

travamento e de acionamento da vent flap.

Tipos comumente usados

• Rotacional Roletado Fechado

Ex: ligação vent flap com

mecanismo de sobre-travamento

da porta

• Rotacional Roletado Aberto

Ex: ligação da alavanca principal

com mecanismo de sobre-

travamento da porta

Região Quebra-

gelo

Região de

Ponto Morto

Região

Abertura

Intencional 2

psi

Região de

esmagamento do

selo



MOLAS, AMORTECEDORES E ATUADORES

HIDRÁULICOS/ELÉTRICOS

OIL NITROGEN

Mola à gás com amortecedor incorporado

BARRA DE TORÇÃO DE

COMPENSAÇÃO DE PESO

DA PORTA

MOLA HELICOIDAL DE TRAÇÃO DO

SISTEMA DE TRAVAMENTO DA PORTA

AMORTECEDOR DE

VELOCIDADE DA PORTA

MOLA GÁS DE COMPENSAÇÃO E

ABERTURA DA PORTA

MOLA ESPIRAL DE INTERTRAVAMENTO DO

SISTEMA DE TRAVAMENTO DA PORTA

MOLA DE TORÇÃO DE AUXILIO DO

SISTEMA DE GUIDAGEM DA PORTA



ENGRENAGENS

Aplicações: Reversão e redução de movimentos

Exemplos:

1. Acoplamento da Alavanca Interna e

Externa (reversão)

2. Ligação de mola de balanceamento à

porta (redução 1:6)

1

2 2



Cabos,Correntes, Coroas e Polias

CABO TELEFLEX DO SISTEMA DE

ACIONAMENTO DO TOBOGAN

CORRENTES E COROAS DO

SISTEMA DE ARTICULAÇÃO

LATERAL DA PORTA

CABO DE ACIONAMENTO DA

SOBRE-TRAVA DA PORTA


Cinemáticas

Porta de Trem de

Pouso de Nariz

Porta Principal com

Escada Embutida

Articulação Virtual

de Porta


Trem de Pouso


Trem de Pouso - Funções Primárias e Secundárias

DECOLAR É PASSÍVEL DE UMA DECISÃO, MAS O POUSO É IMINENTE.


Trem de Pouso - Funções Primárias e Secundárias

FUNÇÕES PRIMÁRIAS

• Dissipar a energia cinética da velocidade vertical no pouso (shock struts)

• Dissipar a energia cinética da velocidade horizontal no pouso (freios)

• Prover direção e estabilidade em manobra no solo

• Permitir a rolagem suave da aeronave na pista durante a decolagem

FUNÇÕES SECUNDÁRIAS

• Prover engate para reboque (towling)

• Garantir suavidade aerodinâmica (trens retráteis)

• Fornecer pontos de amarração/ancoragem em solo

• etc


Trem de Pouso - Requisitos Básicos

REQUISITOS BÁSICOS

• Suportar velocidade máxima vertical de pouso de 12 pés/segundo (13km/h)

• Projeto “Safe Life”, ou seja, os componentes principais (struts) são dimensionados para durarem a vida toda da aeronave sem substituição.

• Em caso de falha dos atuadores, o trem de pouso deve descer por gravidade (free fall) levando em conta o arrasto aerodinâmico

• Operar nas condições de pista determinadas na especificação da aeronave



Classificação

• Quanto à Extensão


• Quanto à Posição

• Quanto ao Arranjo das Rodas



Quanto à articulação

• Cantilever

Mais comumente usado por razões de

custo e peso. Os absorvedores de

choque resistem à cargas laterais e

arrasto

• Semi Articulado

Mistura de vantagens do

cantilever com articulado

• Articulado Usados quando a distância ao solo é

limitada ou por razões de espaço de

confinamento. Oferecem vantagem de

manutenção pois o absorvedor de

choque pode ser removido para

manutenção. Para pistas

despreparadas, o taxiamento é mais

suave



Quanto à Extensão

• Fixos São usados em aeronaves onde a

performance aerodinâmica (arrasto,

alcance e velocidade) não é exigida em

contrapartida ao peso ser mais leve.

• Retráteis Usado na maioria das aeronaves por

resultar numa excelente performance

aerodinâmica (velocidade, arrasto e

alcance)



Quanto à Posição

• Trem de Pouso Principal Localizado embaixo da asa ou

fuselagem próximo ao centro de

gravidade da aeronave. Sustentam as

maiores cargas de pouso da aeronave

• Trem de Pouso Auxiliar Responsáveis pelo controle direcional

da aeronave e estabilizam a aeronave

em solo. Podem ser do tipo:

– Triciclo

Localizado no nariz da aeronave

– Bequilha

Localizado na cauda da aeronave



Quanto ao Arranjo da Rodas


Shock Strut


Vista Isométrica Trem de Pouso Principal


Diversos


Airstair EJets

Escada de passageiros

Acionamento eletromecanico


Instalação de Talhas

Talha Elétrica :

• Usada em aviões de carga

• Equipamento sem manufatura

• Sua instalação exige criatividade em

Mecanismos de instalação.


Strut Avião Carga

Mecanismo de sustentação

Usado quando é feito o

Carregamento da aeronave

STRUT

Mecanismo usado com a

finalidade de equilibrar a aeronave

quando ocorre o processo de

carregamento de equipamentos

pesados no interior da aeronave.

É posicionado no final da fuselagem

onde está a porta rampa

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