¿Por qué los impulsores del generador de velocidad variable del 737 son tan poco confiables?

El 737 Classic tiene dos posibles estilos diferentes de generadores accionados por motor , que se distinguen por el mecanismo de accionamiento del generador: el accionamiento de velocidad constante (CSD) y el accionamiento de frecuencia constante de velocidad variable (VSCF).

Las unidades VSCF originales eran muy poco confiables y fallaban aproximadamente tres veces más que las unidades de velocidad constante. Un programa de modificación de 2001 por parte de Boeing y el fabricante del generador mejoró esto un poco, pero los impulsores del generador seguían siendo lo suficientemente poco confiables como para que los 737 equipados con VSCF, incluso aquellos con unidades de impulso modificadas, estuvieran sujetos a limitaciones más estrictas que otros 737 (la CAA del Reino Unido los requiere). permanecer dentro de los 45 minutos de tiempo de vuelo de un aeropuerto adecuado, incluso si solo uno de los generadores es impulsado por VSCF y el otro tiene el confiable impulsor de velocidad constante; no tengo información sobre si otras autoridades reguladoras tienen limitaciones similares para 737 equipados con VSCF).

¿Por qué los impulsores del generador de frecuencia constante y velocidad variable del 737 son mucho menos confiables que los impulsores de velocidad constante del mismo avión?

No tengo idea de cómo funciona, pero VSCF, solo por su nombre, suena como una monstruosidad mecánica. Por lo general, lo que sucede es que el fabricante, HS en este caso, modificará esto y modificará aquello tratando de aumentar el MTBF sin gastar demasiado dinero, cuando la unidad en realidad tiene alguna debilidad fundamental en su arquitectura que costará miles de millones arreglar. Así que pasan años dando vueltas alrededor del problema hasta que aparece algo nuevo para reemplazarlo.
¿Por unidad se refiere a las partes mecánicas del sistema? El sistema de velocidad constante es mucho más complicado que uno de velocidad variable, por lo que diría que es probable que se trate de un caso de electrónica de mala calidad. Advertencia: no soy mecánico ni electricista...

Respuestas (1)

@ Jpe61 tiene razón en su comentario de que es un problema electrónico, ya que, de hecho, un VSCF es mecánicamente más simple.

VSCF también se usa en el MD-90, con poca confiabilidad inicial [1] : MDC volvió a los IDG para el MD-95 (717). [1] También se usa en el 777 (solo como respaldo, también con poca confiabilidad inicial [2] ), y en el F/A-18. [3]

Condensadores

El F/A-18 utiliza cicloconvertidores , mientras que las aplicaciones civiles antes mencionadas utilizan enlaces de CC (el tipo de inversor de fuente de voltaje basado en esta patente de Sundstrand , los fabricantes de la unidad 737). [3]

... cuando se utilizan condensadores electrolíticos, en el caso de un enlace de CC de voltaje, existe una vida útil potencialmente reducida del sistema (Wikipedia: Convertidor de CA a CA § Convertidores de enlace de CC ).

Más aquí: Wikipedia: Condensador electrolítico § Características de funcionamiento

Su enlace dice "la tasa de falla fue de poco más de 1 cada 2,000 horas". Las 2000 horas coinciden con los gráficos de vida útil del artículo vinculado anteriormente (que se muestra a continuación). Este ser el culpable también está respaldado por un documento sobre la generación de energía de los aviones:

Los sistemas VSCF, salvo alguna notable excepción mencionada anteriormente [refiriéndose a los F/A-18 y F-117A], no obtuvieron el mismo nivel de difusión de los sistemas IDG. Esto se puede atribuir con seguridad al papel desempeñado por el PEC [Power Electronics Converter] (ya sea CA/CC o CA/CA), que procesa toda la energía generada y representa un único punto de falla. Por lo tanto, el PEC debe diseñarse para la clasificación de potencia máxima y con requisitos de alta confiabilidad. [4] [énfasis añadido]

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Alta carga y enfriamiento

Una vez que pierde un generador, digamos que funciona con una carga de 0,35, el otro debe tomar el relevo y funcionar con una carga de 0,7. La limitación impuesta por CAA a pesar de la redundancia nos dice que no confían en el VSCF con cargas altas.

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Fuentes: airliners.net y un documento MD-90 [5]

Una característica del MD-90 son las tomas de aire para enfriar los componentes VSCF (dos compartimentos sin presión); algo que el 737 no tiene hecho a medida para su VSCF. Cuantos más componentes electrónicos se utilicen, más complicado será el enfriamiento necesario (no puede simplemente sumergirlos en aceite de motor y pasar combustible a través de ellos para eliminar el calor).

Prácticas de mantenimiento

Hay un video oficial de Honeywell sobre la instalación del VSCF del MD-90 con sugerencias sobre prácticas de mantenimiento inadecuadas, lo que sería un dolor de cabeza para una aerolínea ya que el sistema es muy específico con diferentes tolerancias y técnicas de montaje para evitar daños por vibración.

Resumen

Entonces, ya sea un 737 o un MD-90, los problemas son:

  1. Enfriamiento
  2. Condensadores
  3. Prácticas de mantenimiento

Tenga en cuenta que la tecnología no se ha vuelto obsoleta, al menos académicamente: un artículo de 2017 propone un "DC-Link VSCF AC-DC-AC novedoso" para el Embraer 190/195, del cual:

Existían problemas con los sistemas VSCF más antiguos en el pasado; sin embargo, la electrónica de potencia conmutada y los controladores digitales han madurado y ahora, en nuestra opinión, pueden integrarse de manera segura y reemplazar las transmisiones hidráulicas de velocidad constante existentes que alimentan los generadores de CA CSCF.

  1. Douglas Jetliners, Guy Norris y Mark Wagner, página 85
  2. Boeing aborda los problemas de energía del 777 , 18 de agosto de 1999, flightglobal.com
  3. Control de Convertidores y Sistemas Electrónicos de Potencia, Volumen 2, página 341
  4. Madonna, Vincenzo, Paolo Giangrande y Michael Galea. "Generación de energía eléctrica en aeronaves: revisión, desafíos y oportunidades". Transacciones IEEE sobre electrificación del transporte 4.3 (2018): 646-659.
  5. Kressly, Arthur E. y Anthony C. Parker. " Desarrollo del McDonnell Douglas MD-90 ".
Probablemente tengas razón. De hecho, la vida útil de los capacitores electrolíticos disminuye con el calor y en un VSCF, el calor residual se genera directamente en la electrónica vulnerable a él. Además, los problemas son peores en pleno vuelo y aumentan si la carga aumenta debido a fallas alternas, por lo que tiene una posibilidad real de perder energía en medio del océano. Por el contrario, IDG genera calor residual en sistemas insensibles a él, probablemente falla cuando cambia la velocidad del motor, lo que tiende a estar cerca de un aterrizaje seguro y no le importa particularmente cuál es la carga.
¿Por qué los impulsores del generador de velocidad variable del 737 son tan poco confiables?
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