IMPIANTO CARBURANTE

IMPIANTI DI BORDO GIORGIO GIORGI
IMPIANTO CARBURANTE
Missione dell’impianto
L’impianto carburante ha lo scopo di fornire il
combustibile alle utenze in tutte le condizioni operative, di
consentire una serie di funzionalità riguardanti il
carburante stesso quali il rifornimento, il trasferimento ai
propulsori, lo svuotamento dei serbatoi, ecc. e di
garantire la protezione dalla contaminazione e la
massima sicurezza di gestione.
Le utenze sono normalmente propulsori ed il gruppo
ausiliario generatore d’energia elettrica e pneumatica
(APU).
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Schema di serbatoio integrale del velivolo MD80
Le funzionalità dell’impianto carburante
L’impianto carburante, per perseguire questo scopo,
deve garantire al velivolo una serie di funzionalità quali:
 Interfacciarsi con le unità di servizio a terra quali
autocisterne o dispenser alimentati da rete interrata.
 Distribuzione nei serbatoi del carburante secondo le
sequenze richieste dal centraggio e dalle esigenze
operative.
 Alimentazione del Motore e dell’APU in quantità e
pressione adeguate in tutte le condizioni di manovra
e d’assetto.
 Protezione del carburante dalla contaminazione.
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 Consentire, durante il volo, il trasferimento da un
serbatoio all’altro del carburante, ai fini del
bilanciamento del velivolo.
 Monitoraggio dei parametri fondamentali specifici
del combustibile quali la quantità presente e
consumata, flusso alle utenze, la corretta pressione
d’alimentazione, ecc.
 Permettere la ventilazione dei serbatoi per evitare
sovrappressioni durante il rifornimento e depressioni
dovute al consumo durante il volo.
 Consentire lo scarico rapido in caso di avarie gravi
che richiedano il rientro dal volo.
 Consentire in modo rapido/sicuro lo svuotamento dei
serbatoi per motivi di manutenzione.
Nella figura che segue è rappresentata la doppia
possibilità di rifornimento a terra: per gravità o in
pressione.
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Denominazione dei combustibili aeronautici.
I combustibili avio sono ottenuti dalla distillazione
frazionata degli idrocarburi. La suddivisione principale è
quella relativa alla tipologia di motori che li utilizzano:
 Motori alternativi: benzina Avio
 Turbomotori: kerosene
Per quanto riguarda le Benzine, esistono vari tipi di
carburante con diverso potere antidetonante, che sono
riconoscibili dalla colorazione.
Per quanto riguarda il Kerosene, ne esistono vari tipi,
contraddistinti da codifica civile (Jet A-1, jet B) o militare
(JP-1, ecc.).
Caratteristiche del carburante, in generale sono la
Volatilità, la densità, il punto di congelamento, il
punto di accensione, ecc.
Anche le impurità presenti rappresentano una voce
importante, in particolare la presenza di zolfo, acqua,
ecc.
La normativa e l’impianto carburante
L’impianto carburante deve rispondere sia in sede di
progettazione sia di esercizio ad una serie di normative,
delle quali ne richiamiamo solo alcune a titolo di esempio:
 Le norme di certificazione richiedono che ogni
motore abbia un proprio impianto di alimentazione
indipendente, e che l’avaria di un impianto non
interferisca con gli altri.
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 L’impianto carburante deve essere realizzato in
modo che l’eventuale formazione di vapori non
costituisca un rischio d’innesco in caso di fulmini.
 L’accesso ai serbatoi, per motivi di manutenzione,
deve avvenire con il carburante rimosso, serbatoi
ventilati ed il personale deve disporre di dispositivi di
respirazione che garantiscano l’assenza di vapori.
 Le lavorazioni entro i serbatoi debbono avvenire con
una serie di precauzioni per evitare scariche
elettrostatiche
 Le operazioni di rifornimento non possono avvenire
con passeggeri a bordo, altrimenti debbono essere
presenti i VVFF con adeguate attrezzature per il
pronto intervento
 Il carburante prima di essere immesso nei serbatoi
deve essere controllato per eventuale inquinamento;
lo stesso vale quando occorra prelevare del
carburante da un velivolo che debba essere
svuotato.
 Ecc.
Principi generali di funzionamento
Poiché l’impianto carburante velivolo deve assolvere ad
una ampia serie di funzionalità, questi può assumere
caratteristiche diverse da velivolo a velivolo; ai fini
didattici si procederà nella descrizione di un Impianto
Carburante Tipo che si avvale di numerosi componenti
che, opportunamente assemblati, realizzano le
funzionalità attese.
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 Il rifornimento avviene in genere in pressione, ma in
alcuni casi è possibile il rifornimento a caduta mediante
appositi tappi di rifornimento.

**
 Il carburante viene messo a disposizione dal sistema
aeroportuale o attraverso autocisterne o mediante una
rete di condotti posti sotto le piste ai quali si collega
una speciale unità di rifornimento (Dispenser) che
provvede al rifornimento del velivolo prelevando il
combustibile dalla rete.
 Il collegamento dispenser-velivolo avviene attraverso
uno o più panelli di servizio (Service Pannel), ove
sono posizionati gli attacchi delle manichette ed i
comandi
valvole
di
rifornimento
ed
indicatori/selettori quantità dei serbatoi.
 Al pannello di rifornimento sono collegate una serie di
tubazioni, più o meno complesse a seconda del tipo di
velivolo che costituiscono il collettore di distribuzione ai
vari serbatoi.
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 Il collettore raggiunge i vari serbatoi ed il collegamento
avviene attraverso le valvole di rifornimento (Fill Valve)
del serbatoio singolo azionate elettricamente o
mediante servo pressione, e comandate dal pannello di
servizio esterno o, su alcuni velivoli, dai comandi del
pannello di rifornimento ripetuto in cabina piloti.
 Il carburante attraverso le valvole di rifornimento
(Fill Valve) raggiunge i vari serbatoi.
Mentre una serie di dispositivi di sicurezza provvede al
blocco delle Fill Valve in caso di sovra-pressione o
superamento del livello massimo.
 I serbatoi sono dotati di portelli di accesso per
l’installazione e la sostituzione dei vari componenti e gli
interventi sul sistema di mastici che garantisce la
tenuta.
 I serbatoi dispongono, in genere, sulla superficie alare
inferiore di apposite valvole di spurgo per eliminare la
condensa che con il tempo si forma alla base del
carburante e che deve essere periodicamente
eliminata.
 L’alimentazione ai motori avviene mediante pompe di
mandata che prelevano il carburante dal serbatoio e lo
inviano al motore dedicato mediante condotti lungo i
quali sono dislocate apposite valvole d’intercettazione
(shuttoff valve).
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In genere ogni serbatoio dispone di due pompe
elettriche di mandata (booster pump) per motivi di
ridondanza.
 Le operazioni di rifornimento e quelle di alimentazione
ai motori richiedono che la pressione della miscela aria
vapori sovrastante il carburante si mantenga sempre
uguale alla pressione esterna per evitare sollecitazioni
alla struttura o formazione di vapori di carburante:
questa funzionalità viene garantita dal sistema di
ventilazione dei serbatoi.
 Le linee di mandata ai motori dispongono anche di
interconnessioni
e
valvole
per
permettere
l’alimentazione incrociata tra serbatoi e motori
(Crossfeed Valve).
 Per evitare ristagno in zone lontane dalle pompe con
tendenza alla stratificazione dell’acqua presente nel
carburante nei velivoli viene realizzato, in generale, un
sistema di circolazione continua che preleva il
carburante in zone lontane mediante una rete di
condotti di aspirazione a questo dedicati.
L’aspirazione viene eseguita mediante pompe a getto
che sfruttano l’energia di una piccola parte del
carburante in pressione per azionare un dispositivo
statico basato sull’effetto venturi.
 I condotti di mandata ai motori, quando attraversano le
zone pressurizzate, sono schermati e dotati di
drenaggi esterni.
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 In caso di gravi emergenze (avaria motore, mancato
rientro dei carrelli, mancata pressurizzazione ecc.) i
velivoli potrebbero essere costretti ad interrompere il
volo ed atterrare nel primo aeroporto disponibile. Se il
peso del velivolo risultasse superiore al quello
massimo di atterraggio sarebbe necessario eliminare il
carburante in eccesso, e questo avviene mediante lo
scarico rapido in atmosfera del carburante per ridurre
il peso.
 L’intero sistema carburante dispone di sensori per il
controllo della quantità di carburante in peso per ogni
serbatoio, e (come impianto carburante motore) di
flusso e totale consumato per il singolo motore.
 Per aeromobili con più motori la soluzione preferibile è
quella che prevede che ogni motore venga alimentato
da un serbatoio dedicato.
A volte il motore dispone sia di un serbatoio primario
che di uno secondario; in tale caso la sequenza di
utilizzazione viene indicata dalle procedure del velivolo
e tiene conto dei vincoli di centraggio e di carico sulle
ali.
Le funzionalità base, di cui si è trattato, possono
essere ritrovate in tutti gli impianti carburante velivolo da
trasporto civile.
Circuito di rifornimento
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Si può eseguire il rifornimento per gravità attraverso
bocchettoni posti sul rivestimento superiore dell’ala, ma
trattasi di una soluzione adottata solo per piccoli velivoli
(aviazione generale ed ultraleggeri), mentre per quelli
grandi dimensioni (vedi velivoli commerciali) tale
soluzione è adottata solo in condizioni di emergenza.
Nei velivoli più grandi si utilizza, in pratica, il
rifornimento in pressione da uno o più pannelli di
servizio ciascuno dei quali può essere collegato ad
un’autocisterna o ad un semovente (Dispenser)
alimentato dalla rete aeroportuale del carburante.
**
La quantità da rifornire viene stabilita al momento
della redazione del Piano di Volo come differenza tra
quella calcolata per operare la tratta e quella residua dal
volo precedente,indicata dagli indicatori dei singoli
serbatoi.
Attraverso le connessioni dei service pannel viene
messo in pressione un collettore di rifornimento che si
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estende lungo tutta l’ala e tramite le valvole di
rifornimento (Fill Valve) i vari serbatoi vengono collegati
al collettore ed alimentati.
In serie operano le valvole controllo livello, le
valvole di sicurezza per sovra-pressione e le valvole di
non ritorno.
Quando si raggiunge il livello desiderato di carburante
nel singolo serbatoio la Fill Valve si esclude o
manualmente o pilotata dal sistema di pre-selezione.
Le valvole di rifornimento ( Fill Valve) svolgono anche
il compito di garantire l’isolamento del serbatoio, sono in
genere servo-comandate, ma in emergenza si possono
chiudere/aprireanche manualmente ( vedi figura che
segue).
*
Schema
collettore,
fill
indicazione/comando rifornimento serbatoi
valve,
Lo schema che precede presenta il pannello di
preselezione, la indicazione della quantità residua, gli
interruttori di comando delle Fill Valve, il collettore di
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distribuzione con le fill valve, i condotti di adduzione al
singolo serbatoio e le valvole di troppo pieno.
*
*
Schema
installazione
Fill
valve
Spaccato Fill Valve
Le dimensioni dei velivoli, i volumi da rifornire ed i
tempi di grounding portano a dotare gli aeromobili di più
service pannel per consentire il rifornimento in parallelo.
Il rifornimento viene comandato da Service Pannel
dotati di selettori/indicatori di quantità, interruttori di
comando fill valve, ed il comando di apertura può
avvenire sia dalla cabina piloti sia dai service pannel.
L’attuazione della fill valve può essere di tipo
elettrico, ed in questo caso il servomotore è direttamente
comandato a distanza; nel caso invece di attuazione
idraulica la pressione stessa del carburante aziona la
valvola mediante l’azione meccanica di membrana: un
solenoide di controllo che sblocca una servopressione
che agendo su un dei lati della membrana mette in
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movimento il meccanismo di apertura, e terminata la
servopressione viene riportata in chiusura da un sistema
di richiamo elastico.
La quantità da rifornire può essere controllata in vari
modi:
 Dall’operatore al panello controllo.
 Mediante preselezione in un circuito destinato al
rifornimento.
Speciali valvole di controllo livello massimo (in
genere a galleggiante) sono destinate a protezione di
guasti e/o errori di rifornimento.
L’eventuale eccesso di carburante viene raccolto nei
pozzetti del sistema di ventilazione e poi scaricato
all’esterno del velivolo.
Le normali operazioni di rifornimento avvengono con
aereo collegato elettricamente a terra, senza passeggeri
e con procedure di sicurezza a hoc.
Si può eccezionalmente rifornire con passeggeri a bordo
solo alla presenza di Vigili del Fuoco accanto all’aereo.
Su alcuni velivoli una parte dei componenti viene
istallata all’interno e questi risultano essere immersi nel
carburante: per la loro sostituzione si accede attraverso
appositi pannelli stagni dopo aver rimosso il carburante.
In alcune soluzioni costruttive ( vedi caso MD80) il
carburante non deve essere rimosso in quanto le pompe
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booster sono immerse nel carburante ed accessibili da
portelli posti sul rivestimento superiore alare: in questo
caso si usano attrezzi speciali che agganciano il
componente e lo liberano dal suo attacco a baionetta.
In altri casi i componenti vengono installati all’esterno
dei serbatoi: in questo caso i serbatoi di alcuni velivoli
dispongono di valvole di non ritorno a piattello per
trattenere il carburante durante il cambio di valvole o
guarnizioni dell’impianto senza svuotare i serbatoi.
Tutte queste soluzioni tecniche sottendono sempre la
ricerca di soluzioni che garantiscano sia la massima
sicurezza sia il minimo tempo immobilizzo del velivolo, in
considerazione degli aspetti economici correlati e dei
livelli di servizio attesi.
Nella figura che segue è riportato lo schema carburante
di u n velivolo a tre motori ed APU, con i componenti
fondamentali:
Attacchi manichetta rifornimento, Fill Valve, crossfeed
valve, shuttoff valve, booster pump, interruttori controllo
troppo pieno, valvole x scarico rapido (Dump valve).
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**
Schema carburante di un velivolo a tre motori ed
APU, doppio pannello di rifornimento, valvole di
scarico rapido, doppie pompe booster, collettore e
valvole cross feed, shut off carburante motore,
valvole di troppo pieno, ecc.
Circuito alimentazione motori
La normale procedura di alimentazione prevede che il
motore sia alimentato da un impianto dedicato costituito
da una o più pompe elettriche in parallelo che tramite
tubazioni inviano il carburante in pressione al motore.
Nella linea di alimentazione motore è interposta una
valvola isolamento (Shutt off Valve) usata in caso di
grave avaria motore per garantire l’isolamento.
L’uso della shutt-off per manutenzione è prevista
durante lavori sull’impianto carburante motore per evitare
lo svuotamento dei serbatoi: infatti molti interventi di
manutenzione prevedono lo smontaggio di tubazioni o
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elementi dell’impianto carburante motore (da non
confondere con quello velivolo) e che sorgono in caso di
sostituzione di pompa carburante alta pressione motore,
Fuel Control Unit, iniettori, collettore di alimentazione
degli iniettori, valvole di drenaggio, eliminazione di
perdite da raccordi. Queste operazioni devono avvenire
con rapidità, spesso in hangar con serbatoi ancora pieni
di carburante; in tal caso, per evitare la caduta del
carburante durante lo smontaggio e non volendo
svuotare i serbatoi per costo e tempo, si isola con la
valvole shutt off il circuito del carburante motore
tubazioni, ecc.
Nei casi di alimentazione motore con serbatoio primario
e secondario si ha una valvola selettrice e poi la shutt-off,
ma esistono anche soluzioni di trasferimento di
carburante dal secondario direttamente nel serbatoio
primario.
Le pompe di mandata (Booster Pump) sono pompe
centrifughe azionate da motori elettrici. In genere
operano immerse nel carburante in sedi adeguate
all’aspirazione di tutti gli starti di carburante, sono
alimentate mediante cavi elettrici protetti da speciali
guaine, e devono essere anche facilmente accessibili per
rapida sostituzione in caso d’avaria. In alcuni casi sono
montate fuori dei serbatoi.
La rimozione/sostituzione delle pompe avviene
senza aspirare il carburante contenuto nei serbatoi
sempre per rapidità e contenimento costi. Per questo
motivo si adottano varie soluzioni costruttive a seconda
del posizionamento della pompa stessa:
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 Quando le pompe sono esterne al serbatoio il
carburante viene trattenuto da valvole a piattello.
 Quando le pompe sono immerse vengono montate/
rimosse con speciali attrezzi che accedono alle
pompe una volta rimosso il portello superiore dell’ala.
**
Schema impianto carburante
velivolo MD80
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**
Circuito di svuotamento
Lo svuotamento dei serbatoi è dovuto ad esigenze di
varia tipologia:
 Operazioni di manutenzione.
 Eccesso di carburante imbarcato.
L’operazione di svuotamento può essere attivata
collegando il velivolo ad un’autobotte esterna ed il
trasferimento avviene mediante pompe del velivolo o per
aspirazione.
Circuito di ventilazione
Tale circuito ha la finalità di mantenere la pressione
esistente sulla superficie del carburante nei serbatoi
sempre uguale a quella esterna.
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A questo fine ogni serbatoio dispone di un circuito di
ventilazione che lo mette in collegamento con l’esterno
tramite pozzetti di ventilazione posti al di sotto della semiala opposta, e che comunicano con l’esterno tramite
prese in dinamica.Tale dinamica genera sulla superficie
del carburante una pressione minima che è anche
d’ausilio alle pompe durante il volo.
Qualora durante il rifornimento si verificasse dei guasti
il pozzetto prima si riempie, poi scarica verso l’esterno.
*
Inerting system
*
La tipologia di serbatoi carburante descritta in questa
lezione risponde alle soluzioni costruttive adottate
ampiamente negli attuali velivoli da trasporto
commerciale, compreso il fatto che il sistema di
ventilazione mette in comunicazione la superficie libera
del carburante con aria dell’ambiente esterno.
Teoricamente si potrebbe vedere in questa condizione
di coesistenza di combustibile ed aria ricca di ossigeno
una situazione di rischio per incendio o esplosioni.
L’aspetto teorico è corretto e per questo motivo le
procedure di progettazione, certificazione, manutenzione
dei serbatoi e di quanto a loro collegato prevede tutta una
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serie di accortezze per evitare situazioni di rischio anche
drammatiche.
L’uso attuale di combustibile tipo Kerosene nei
propulsori a getto ha ridotto i rischi dei serbatoi con
Benzina Avio ( motori alternativi), ma la prudenza è
ancora la regola.
Nella nostra lezione non viene affrontato l’argomento
che spesso si riferisce al tema “ Fuel inerting system” in
quanto troppo specifico, ma si danno alcuni spunti di
riflessione:
 Durante la seconda Guerra Mondiale alcuni velivoli
da caccia URSS furono dotati di un sistema che
immetteva nei serbatoi gas di scarico raffreddati dei
motori alternativi in modo di avere l’ambiente saturo
di azoto e anidride carbonica, pur rimanendo
collegato all’esterno. Si trattava di un sistema
semplice, ma molto efficace che permetteva di
evitare l’esplosione del serbatoio di benzina a fronte
di un proiettile incendiario, il cui danno strutturale era
in genere trascurabile o gestibile.
 Sempre su velivoli militari, durante la Guerra del Viet
Nam, anche velivoli USA con kerosene risultarono
molto vulnerabili alla esplosione dei serbatoi e si
iniziò a dotarli di sorgenti di anidride carbonica o
azoto da immettere nei serbatoi durante il breve
tempo del combattimento.
 Sono stati studiati sistemi sofisticati di separazione
dell’ossigeno dell’aria dall’azoto basati su membrane
e catalizzatori particolari, tema comunque che crea
l’immediato impatto su costi, pesi, ecc che impattano
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differentemente su velivoli di tipo militare rispetto a
quelli civili.
 Nel campo dei velivoli da trasporto civile si sono
verificati rari, ma gravissimi incidenti sfociati nella
esplosione del velivolo in volo per effetto della
combinazione di serbatoi praticamente vuoti, ma con
vapori di kerosene/aria e la sventura di corto circuiti
che hanno innescato l’accensione della miscela e la
distruzione del velivolo.
Circuito alimentazione APU
Questo impianto è simile a quello motori, ed ha - come
specifica caratteristica - che deve funzionare con
aeromobile non alimentato e quindi impiega una pompa
in corrente continua, oppure in corrente alternata tramite
un inverter statico, oppure con un inverter integrato in
modo da potersi avviare con la batteria di bordo.
Circuito ricircolo carburante ( Schavenge)
Il carburante ad alta pressione è immesso all’interno di
un tubo venturi e nella strozzatura crea una depressione
tramite la quale si richiama il carburante del serbatoio da
mettere in movimento.
Questa tipologia di pompe trova applicazione per
l’aspirazione di carburante localizzato in zone remote dei
serbatoi, mediante una rete capillare di condotti
d’aspirazione che lo portano nella zona d’aspirazione
della pompa di mandata.
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Alcune volte si usa come flusso primario parte della
mandata della pompa principale; altre volte si usano i
ritorni della pompa ad alta pressione del motore.
**
Circuito scarico rapido
I velivoli di grande autonomia possono trovarsi, in caso
di gravi avarie dopo il decollo, con un peso che supera
quello massimo all’atterraggio ed avere la necessità di
eseguire un rientro dal volo presso il primo aeroporto
utile. Per questa tipologia di eventi i velivoli vengono
dotati di un Impianto di Scarico Rapido destinato a
ridurne il peso.
L’impianto deve rispondere ai seguenti requisiti:
 Eseguire l’operazione in tempi contenuti.
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 Non generare rischi di incendio.
 Non generare rischi di inquinamento in fusoliera.
 Deve essere protetto da errori di manovra riguardo la
quantità di carburante scaricata.
L’impianto tipo possiamo pensarlo costituito di:
 Interruttore di comando valvole di scarico rapido
(Dump Valve).
 Collettore collegamento serbatoi.
 Valvole scarico rapido.
 Pompe di mandata.
 Interruttori di basso livello.
 Sistema luci d’avviso.
Le pompe di mandata sono le stesse che alimentano i
motori ed il collettore di rifornimento è usato in funzione
cross-feed per lo scarico rapido.
Speciali interruttori di livello minimo proteggono ogni
serbatoio da errori per eccessivo svuotamento.
Lo scarico rapido disperde nell’atmosfera il carburante
in eccesso, ed è attuato solo in particolari condizioni di
gravità e con procedure concordate con gli enti di
controllo, oltre che su zone geografiche prestabilite.
L’equipaggio valuterà le quantità da scaricare, dovrà
richiedere al Controllo del Traffico l’autorizzazione ad
eseguire l’operazione e la zona ove operare lo scarico.
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Componenti principali dell’impianto carburante
L’impianto carburante realizza le sue funzionalità
attraverso la combinazione di una serie di componenti il
cui ruolo non cambia molto nei diversi velivoli.
 Serbatoi.
I serbatoi integrali sono realizzati normalmente nella
struttura alare e la tenuta è garantita da un rivestimento
interno di mastice. Alcuni velivoli utilizzano serbatoi
rigidi rimovibili.
Quando l’accessibilità è difficile la tenuta viene garantita
tramite l’inserimento di guaine flessibili di gomma che
realizzano nella struttura un serbatoio integrale.
I serbatoi sono dotati di pannelli d’accesso per motivi
di manutenzione sia sulla parte superiore del rivestimento
alare che su quello inferiore.
Sul rivestimento superiore sono ricavati quelli di
accesso per normale manutenzione a tubazioni, valvole,
pompe, capacimetri, cablaggi ecc, ed anche a zone della
struttura.
Sul rivestimento inferiore sono ricavati altri pannelli di
accesso destinati a grandi interventi di manutenzione, e
quindi viene richiesto lo svuotamento e ventilazione dei
serbatoi
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Sul rivestimento inferiore sono anche alloggiate le
valvole di drenaggio ed i drip stick per la misura
manuale del livello di rifornimento.
Nel serbatoi sono installate le reti dei condotti di
rifornimento, mandata e ventilazione, collegamenti alle
prese di rifornimento, componenti vari, pompe, sensori di
misura di quantità, ecc.
**
 Connessioni di rifornimento
Queste connessioni sono standardizzate e sono in
genere
posizionate nella zona del bordo d’entrata,
all’interno pannello di comando e controllo (Service
Pannel); quando non sono utilizzate vengono protette da
tappi di sicurezza e sono dotate di leve di selezione per
rifornimento e svuotamento.
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Il collegamento con il Dispenser o con l’autobotte avviene
tramite una manichetta che si collega con innesto a
tenuta al Service Pannel
 Valvole di rifornimento a pressione
Queste valvole ( Fill Valve) consentono l’ingresso del
carburante in pressione nel serbatoio, e sono in genere
con chiusura a ghigliottina o a fungo.
La prima è comandata da un motore elettrico ed è
gestita dall’interruttore d’apertura, per poi chiudersi alla
quantità selezionata o per un segnale di troppo pieno.
La seconda (Poppet Valve) si apre per effetto della
pressione idraulica del carburante stesso che agisce su
una membrana attuatrice del servocomando: tale servopressione è inviata o bypassata da un solenoide e
realizza il comando.
 Pompa di alimentazione
Queste pompe (Booster Pump) sono alimentate a
corrente alternata e in genere sono immerse nel
carburante, ma esistono anche soluzioni con pompe
esterne al serbatoio; si compongono di girante, motore
elettrico e filtro di protezione oltre che di sistema di bypass.
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Le Booster Pump forniscono la pressione per alimentare
sia i motori che l’APU, per il trasferimento o lo scarico
rapido, ed essendo ad elica risultano trasparenti, e quindi
il carburante può fluire in caso di avaria elettrica se il
propulsore è in grado di aspirare il carburante.
La tecnica di installazione è sempre tale da
permetterne in tempi rapidi la sostituzione durante la
breve sosta operativa tra due voli.
*
 Ejector Pump
**
Questo tipo di pompa funziona secondo il principio del
tubo Venturi e quindi non ha parti in movimento.
La sua funzionalità si basa sull’uso di un flusso di
carburante a pressione prelevato sulla linea di mandata
delle booster pump e che fornisce l’energia per
l’aspirazione del carburante.
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**
 Valvole Shutt Off
Queste valvole sono installate sulla linea che collega di
mandata dai i serbatoi ai motori, ed operano solo in due
posizioni: tutto aperto o tutto chiuso; vengono comandate
quando si aziona la leva antincendio e sono attuate , in
genere, da un motore elettrico.
 Valvole di drenaggio
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Tali valvole hanno la funzione di permettere a terra di
drenare l’acqua che si deposita nei punti più bassi
dell’impianto e sono installate in appositi pozzetti ed in
alcuni punti del collettore generale e nei condotti di sfiato.
Le procedure di rifornimento prevedono che il
personale tecnico le azioni periodicamente prima delle
operazioni di rifornimento tramite un apposito attrezzo
che vincendo il contrasto della molla di tenuta permette il
drenaggio dell’acqua stratificata sotto il carburante.
Tale operazione è necessaria in quanto l’acqua è sempre
presente in piccole % nel carburante, ma con il tempo
potrebbe accumularsi ed arrecare danno ai circuiti
carburante del motore.
Le procedure di rifornimento prevedono che prima
dell’inizio delle operazioni un campione venga prelevato
e controllato con uno speciale reagente.
*
*
 Valvole di non ritorno
Le valvole di non ritorno sono in genere a piattello e
dotate di un dispositivo di sicurezza termica per evitare
sovra-pressioni.
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Sistemi di misura
Le misure relative all’impianto carburante sono
finalizzate ad indicare la quantità in peso rifornita,
disponibile e/o utilizzata, alla quale è associata l’energia
potenziale chimica che un combustibile fornisce.
I parametri controllati sono numerosi: quantità per
serbatoio, quantità totale, temperatura carburante,
pressione carburante, portata carburante al singolo
motore.
Come priorità ci dedichiamo , in particolare,alla misura
della quantità in peso.
Il sistema di misura è dedicato al controllo del peso e
quindi dovrebbe misurare il volume e la densità, che a
sua volta dipende dalla temperatura del carburante
stesso.
Sistema di misura: misure volumetriche.
Le misure volumetriche possono essere
automatiche.
manuali o
Una tipologia misura manuale semplice è quella che
utilizza una stecca ad immersione (dip-stick): il serbatoio
sarà dotato di un apposito accesso e l’asta graduata
permette la lettura nel punto ove il liquido bagna : questa
soluzione è usata in impianti di piccoli velivoli. Apposite
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tabelle permettono la conversione in peso in base alla
temperatura.
Si tratta di un sistema poco pratico e non utilizzabile in
serbatoi grandi ed articolati che richiederebbero più
letture.
Nei serbatoi di velivoli più grandi si usa un sistema
detto drip-stick : tale dispositivo di misura è installato
nella parte inferiore del rivestimento del serbatoio ed è
realizzato mediante un complesso costituito da un
tubicino ed una flangia porta-tenuta che si innesta in una
apposita sede sul fondo del serbatoio. Tale complesso
può scorrere verticalmente entro un canotto forato
solidale alla base del serbatoio stesso fino a sfiorare la
superficie del carburante.
A questo punto il liquido entra nel tubicino scorrevole
ed esce dalla parte inferiore dello stesso indicando che il
bordo superiore sfiora il pelo libero del carburante. Il
tubicino porta una serie di tacche che esprimono
direttamente il livello.
Il tutto può essere s/bloccato con apposito attrezzo
nella sede installata sulla superficie inferiore del
rivestimento del serbatoio per garantire la tenuta.
La lettura volumetrica viene quindi effettuata
sbloccando dalla sede la base a tenuta del tubicino
mobile e cercando il punto in cui si sfiora la superficie di
contatto carburante/aria; il problema della tenuta e di
dover raccogliere il carburante che sfiora ha reso questo
dispositivo laborioso in operativo ed è stato risolto
realizzando un tipo di misuratore simile, ma privo della
necessità di generare la fuoriuscita di carburante.
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La soluzione consiste nell’installare sul fondo del
serbatoio un canotto tubolare stagno e chiuso
superiormente, intorno al quale può scorrere un
galleggiante contenente un collare magnetico.
All’interno del canotto stagno e solidale al rivestimento
del serbatoio può scorrere un’asta di misura dotata
superiormente di un suo magnete. Tale magnete ,quando
transita al livello del galleggiante, si arresta trattenendo
l’asta di misura graduata: a questo punto si esegue la
misura.
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Misure di peso
temperatura.
IMPIANTO CARBURANTE 2007
**
:
densità
ed
influenza
della
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IMPIANTI DI BORDO GIORGIO GIORGI
I sistemi di misura volumetrica e la conoscenza della
densità sono la via per valutare la quantità in peso di
carburante presente, informazione necessaria in quanto
consente di determinare l’energia potenziale chimica
disponibile.
La densità del carburante dipende molto dalla
temperatura, che a sua volta varia tra carburante
residuale e carburante rifornito dall’esterno. Ad esempio
tra il carburante residuo (anche -50° C) e quello da
rifornire a terra (anche +50°C) ci possono essere delle
indeterminazioni sulla misura del peso.
Le misure di volume a terra hanno effettiva
applicazione al momento del rifornimento e sono normale
procedura unitamente al controllo della densità.
Le misure di volume in volo mediante sistemi a
galleggiante sono state quasi abbandonate anche per la
ridotta sensibilità, la presenza di schiuma sulla superficie
ed a volte la formazione di ghiaccio nei trasduttori.
Misure automatiche di volume
Questi metodi prevedono che un sistema di
galleggianti, adeguatamente disposti nei vari serbatoi,
che trasmetta il proprio movimento tramite trasduttori
capaci di generare un segnale elettrico proporzionale al
loro spostamento e quindi al livello.
Lo strumento ricevente sarà in grado di indicare, grazie
alla sua taratura, il valore del volume occupato dal
carburante. Questo sistema ha molti limiti tra cui: la scala
degli strumenti non è lineare in quanto risente della forma
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del serbatoio, la formazione di schiuma dovuta alle
oscillazioni del carburante altera il segnale, eventuale
presenza di acqua potrebbe formare particelle di ghiaccio
e rendere poco preciso il segnale trasmesso.
In ogni caso il peso del carburante dipende dalla
densità, che è molto sensibile alla temperatura: infatti,
l’escursione termica dei carburanti può andare da –50c°
a +50c°, con delle variazioni anche del 10% della
densità, e per tutti questi motivi si ricorre ormai a sistemi
di misura automatici del peso, e sempre attraverso
sistemi che elaborano segnali elettrici.
Misure elettriche di peso
La misura del peso presuppone che si misuri o si
conosca il volume di carburante e la sua densità, alla
temperatura reale posseduta.
Le misure di peso avvengono mediante il rilevamento
separato di due parametri: il volume del carburante e la
densità del carburante ed il sensore utilizzato per la
misura del volume di carburante nei serbatoi è il
capacimetro.
Il capacimetro è un condensatore tubolare formato da
due tubazioni metalliche coassiali che formano le
armature, e che ha come dielettrico o solo aria (serbatoio
vuoto), o solo carburante (serbatoio tutto pieno) o un mix
dei due in funzione del livello di carburante.
IMPIANTO CARBURANTE 2007
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Il principio su cui si basa per misurare il livello /volume è
quello di correlare la misura del volume del carburante a
quella della capacità del condensatore.
La capacità di un condensatore dipende dalla superficie
delle armature e dalle caratteristiche del dielettrico che le
divide; inoltre la costante dielettrica dell’aria è
sensibilmente diversa da quella del carburante le
condizioni intermedie daranno un valore di costante
dielettrica facilmente misurabile e riconducibile alla
proporzione aria/carburante, quindi al livello ed al
volume di carburante tramite una misura di capacità.
I serbatoi hanno in genere forme irregolari ed è quindi
necessaria una misura in più punti.
Mettendo più capacimetri in parallelo si può effettuare
una misura media che permetta di tenere conto della
forma del serbatoio e di correggere gli errori dovuti
all’assetto del velivolo.
La misura della capacità è quindi indirettamente la
misura del livello del carburante e tramite una taratura
che tenga conto della forma dei serbatoi fornirà la
misura del volume di carburante.
A questo punto per completare la misura del peso sarà
necessario conoscere la densità del carburante.
In generale le costanti fisiche ed elettriche dei
carburanti vengono influenzate dalla temperatura quasi
nella stessa misura: al variare della temperatura il volume
di carburante aumenta e la densità diminuisce.
IMPIANTO CARBURANTE 2007
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Si è notato che sia la densità che la costante dielettrica
diminuiscono all’aumentare della temperatura, anche se
le leggi non sono esattamente lineari. La tecnica usata è
quella di mettere in relazione la legge di riduzione della
densità del carburante con l’aumentare della temperatura
e con la sua omologa riduzione della costante dielettrica.
Per questo motivo il circuito di misura dispone di un
particolare
condensatore
sempre
immerso
nel
carburante, detto compensatore, che viene preso a
riferimento in quanto la sua capacità dipende solo dal
valore del dielettrico.
Una volta misurata la capacità del compensatore si
ottiene il valore della costante dielettrica, in quanto tutta
la superficie delle armature è immersa e quindi nota.
In questo modo si esegue una misura indiretta che
permette di correlare la densità del carburante alla
costante dielettrica.
In conclusione si ottiene dai capacimetri il volume di
carburante presente e dal compensatore il valore della
densità alla temperatura reale, il tutto tramite una misura
indiretta di costante dielettrica.
Anche l’inclinazione e la forma dei serbatoi influiscono
sulla misura del volume e questo viene gestito
disponendo vari capacimetri in parallelo in diverse
posizioni.
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**
**
*
Strumentazione di controllo
La strumentazione per l’impianto carburante consiste
in:
 Indicatore di peso per serbatoio.
 Indicatore di peso somma dei serbatoi.
 Indicatore di pressione nelle tubazioni.
 Indicatori di portata (kg/ora) per il circuito dei motori.
La strumentazione oltre che in cabina piloti è
posizionata anche nelle zone ove si effettua il
rifornimento a terra, ove la manichetta di rifornimento
viene collegata al collettore di rifornimento, …
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Le procedure di rifornimento velivolo
Le operazioni di rifornimento dei velivoli sono
riconducibili, in generale, ad una serie di sequenze
logiche che non cambiano molto con il tipo di velivolo e
che quindi utilizzano le soluzioni impiantistiche a volte
diverse, ma finalizzate alle stesse operazioni:
 Il piano di volo del velivolo è pianificato in base alla
destinazione prevista, alle condizioni di carico, alle
condizioni meteo lungo la rotta, quelle previste nella
zona di arrivo ed alla dislocazione degli aeroporti
alternati. Le caratteristiche costruttive del velivolo
completano il quadro e questo permette di pianificare
la quantità di carburante totale da imbarcare prima
della partenza.
 La quantità di carburante residua nei vari serbatoi è
stata registrata all’arrivo dall’equipaggio precedente
ed in termini formali rappresenta il punto di
conclusione del volo precedente, e del punto di
partenza del volo successivo.
 La distribuzione del carburante totale nei vari
serbatoi viene fatta in base alle caratteristiche
costruttive del velivolo e delle sue esigenze di
centraggio. Il successivo prelievo dai vari serbatoi
sarà eseguito in volo in base ad una sequenza
prestabilita per motivi di centraggio e strutturali.
 Prima del rifornimento viene verificata la qualità del
carburante presente nella botte di rifornimento,
soprattutto riguardo alla presenza nei limiti di % di
acqua, e viene verificata la temperatura del
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




carburante rifornito. Anche gli spurghi di acqua dai
serbatoi aiutano ad eliminare acqua decantata
durante la sosta e presente sul fondo dei serbatoi.
Il rifornimento deve avvenire con velivolo senza i
passeggeri a bordo, con motori spenti e senza che
apparati radar siano in emissione.
Il velivolo e l’autobotte debbono essere collegati a
massa.
La manichetta di rifornimento viene collegata alla
apposita presa del pannello di servizio, vengono
selezionate le quantità massime di carburante per
ogni serbatoio e si avvia il rifornimento mediante la
apertura delle Feel Valve. In genere la quantità viene
preselezionata e poi il sistema deve solo essere
controllato.
Al termine del rifornimento il singolo serbatoio è
controllato, almeno in termini di volume immesso,
tramite i Magna Stick o dispositivi equivalenti
Le quantità totale immessa come valore fornito dalla
botte e la temperatura del carburante, i valori dei
singoli finali dei serbatoi, le indicazioni dei controlli
volumetrici vengono riportate sul Quaderno Tecnico
di Bordo, poi firmate dai tecnici e poi verificate
dall’equipaggio.
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