Appunti dell'intero corso di Impianti aeronautici (possibili domande d'esame sottolineate in verde)

Enti per l’aviazione: ICAO, FAA, IATA, ECAC, EUROCONTROL, JAA, EASA, ENAC

Domanda d’esame: elenca le istituzioni e descrivine i contributi.

ICAO (International Civil Aviation Organization)

• Promuove lo sviluppo dell’aviazione internazionale elaborando principi e tecniche e garantendo sicurezza, efficacia e regolarità.
• Emette regolamenti comuni da adottare in tutti i paesi tramite le autorità locali, questi regolamenti sono racchiusi in annessi.

Il paese che prende parte all’ICAO deve garantire 5 libertà dell’aria:

• 1. Paese deve garantire il diritto di sorvolo sopra il proprio territorio di aerei stranieri.
• 2. Paese deve garantire diritto di poter fare scali non commerciali nel proprio territorio (es. rifornimento/manutenzione/scali tecnici).
• 3. Paese deve garantire il diritto di poter sbarcare merci, persone e posta provenienti dal paese di provenienza dell’aereo.
• 4. Paese deve garantire il diritto di poter imbarcare merci, persone e posta verso il paese di destinazione dell’aereo.
• 5. Paese deve garantire il diritto di sbarco/imbarco di merci, persone e posta da/verso qualsiasi stato contraente.

FAA (Federal Aviation Administration America)

→ Ha un ampio ruolo: controllo del traffico aereo (sia civile che militare), promuovere le nuove tecnologie aeronautiche, rilascio/sospensione/revoca certificati per piloti, regolamentare l’aviazione civile per promuovere la sicurezza, ricerca e sviluppo del sistema dello spazio aereo nazionale, sviluppo di programmi per il controllo del rumore.

Suddivisa in 4 linee d’attività (Lines Of Business LOB):

• 1. Aeroporti (ARP) → sviluppa progetto che coinvolgono aeroporti, ne supervisiona la costruzione e l’esercizio e ne garantisce il rispetto delle normative federali.
• 2. Organizzazione del traffico aereo (ATO) → spostare in modo sicuro ed efficiente il traffico aereo all’interno dello spazio aereo nazionale e gestione delle strutture del traffico aereo come ATCT o TRACON.
• 3. Sicurezza aerea (AVS) → certificazione aeronautica del personale degli aeromobili (piloti, meccanici, compagnie aeree, ecc.).
• 4. Trasporto spaziale commerciale (AST) → assicura la protezione dell’America durante il lancio o il rientro di velivoli spaziali commerciali.

Pubblicazioni: Norme FAR (=Federal Aviation Regulation).

IATA (International Air Transport Association)

È un’associazione che opera affianco all’ICAO, conta ~300 compagnie aeree, nata dopo la 2ª Guerra Mondiale, è un organismo sovranazionale. (IATA ha molta voce in capitolo)

Ruolo: unisce e integra le varie reti di servizio delle compagnie aeree associate, regola il trasporto di materiale pericoloso, assegna codici e distintivi per ogni aeroporto e per ogni compagnia di gestione dell’aeroporto (es. codice su bagagli ecc.).

Obiettivi:

• 1. Promuove trasporti aerei sicuri, regolari e economici.
• 2. Favorire il commercio aereo e studiare i problemi connessi.
• 3. Cooperare con l’ICAO.
• 4. Fornire tutti i mezzi necessari per la cooperazione delle compagnie aeree che servono trasporti aerei internazionali.

Pubblicazioni: “IATA dangerous good regulation manual” = regole sul trasporto di materiale pericoloso.

ECAC (European Civil Aviation Conference)

Nata per il trasporto aereo civile europeo nel 1954.

EUROCONTROL

È un’organizzazione civile e militare per mantenere sotto controllo il traffico aereo a cui partecipano 41 Stati europei.

Ha lo scopo di sviluppare e mantenere un efficiente sistema di controllo del traffico aereo a livello europeo.

JAA (Joint Aviation Authorities)

È un ente associato all’ECAC.

Associazione delle autorità dell’aviazione civile degli Stati europei i quali convergono ad operare:

• Sviluppo e attuazione di normative e procedure comuni nel campo della sicurezza aerea.
• Lo scopo di fornire livelli di sicurezza elevati e costanti.
• Ha lo scopo di fornire un livello comune per la concorrenza in ambito europeo.

Ma non esiste più →

EASA (Agenzia europea per la sicurezza aerea)

Rappresenta l’Europa nel campo della sicurezza aerea.

Ruolo: Elabora norme di sicurezza, monitorare l’applicazione degli standard (ad esempio ispettori EASA), emette certificazioni su aeromobili, fornisce la formazione “know how“, rilascia certificazioni ad aziende che producono aerei, rilascia certificati di tipo.

Certificati di tipo: se un produttore di aerei vuole mettere sul mercato un nuovo aereo chiede l’approvazione all’EASA che rilascerà il suddetto “certificato di tipo” valido finché è garantita la produzione di pezzi di ricambio.

ENAC (Ente Nazionale Aviazione Civile)

Unica autorità di regolazione tecnica, certificazione, vigilanza e controllo nel settore dell’aviazione civile in Italia.

Attività:

• Regolazione tecnica: sicurezza della progettazione, costruzione, manutenzione ed esercizio, valutazione dell’idoneità degli operatori aerei e del personale (safety). Sicurezza a terra, a bordo e negli aeroporti (security).
• Diritti del passeggero: norme su tutela del viaggiatore.
• Ambiente: tutela ambiente, limitazioni impatto ambientale, inquinamento acustico.
• Attività internazionale: continui rapporti e collaborazione con enti elencati finora.

Certificato di aeronavigabilità

In aviazione italiana ENAC rilascia il certificato di aeronavigabilità che attesta l’idoneità dell’aeromobile alla navigazione aerea. Inoltre ci dice quando fare revisioni.

Metodi per valutare l’affidabilità degli impianti (fasi di progetto)

1ª fase FHA (Functional Hazard Analysis)

È la fase preliminare di progetto definisco tutti → gli impianti per tutti i sottosistemi. -7

Procedura: associo ad impianto un valore che mi dice quanti danni creerebbe la sua rottura (10^-9 grave, 10 catastrofico).

Scala: catastrofico → pericoloso/grave → maggiore → minore → nessun effetto sulla sicurezza.

Scala è legata alla probabilità di rottura dell’impianto.

Oss: il progetto finale deve essere in grado di soddisfare o superare la probabilità di guasto pari a 10^-9 per ora di volo (= cioè un guasto dovrebbe verificarsi meno di una volta ogni 10^-9 ore di volo).

2ª fase PSSA (Preliminary System Safety Analysis)

Fase progettuale successiva metto → insieme i componenti.

Tecnica: Fault Tree Analysis.

Fase finale CCA (Common Cause Analysis)

È fase a valle di tutto capire cause di evento → catastrofico (fase più complessa).

FMEA (Failure Modes and Effects Analysis)

Studia modi di rottura e differenti conseguenze (argomento complesso).

2 approcci:

• Top-down: da generale a particolare, da obiettivi impianto assemblea i pezzi (es. GPS, VOR, INS, ecc.).
• Bottom-up: dal particolare al generale, conosco strumenti e li assemblo ottenere il miglior prodotto possibile.

Esempio su Fault Tree Analysis

Studio la probabilità di perdita totale dell’impianto elettrico dell’aeromobile.

FHA 10^-9 ⇒ molto catastrofico ⇒ può accadere uno ogni 10^-9 ore di funzionamento ⇒ devo soddisfare 10^-9.

Ci metto due sistemi di generazione e due sistemi di controllo, in più ci metto sistema “Ram Air Turbine RAT“ che è ventola che in casi catastrofici scende e girando alimenta l’impianto.

Metto insieme i sistemi e gli associo una probabilità di rottura (risulta che ogni sistema ha la sua 5 · 10^-4, 2 · 10^-4).

⇒ Sommo le probabilità (5 · 10^-4 + 2 · 10^-4 = 7 · 10^-7) se non c’è ridondanza e indico con OR (e quindi se si rompe uno perdo anche l’altro).

⇒ Moltiplico le probabilità (5 · 10^-4 · 2 · 10^-4 = 4.9 · 10^-7) se c’è ridondanza e indico con AND (e quindi danno difficile poiché dovrebbero rompersi simultaneamente più sistemi).

⇒ Moltiplico sistema di emergenza RAT che ha più probabilità di rottura ma è ridondante quindi alla probabilità di prima devo moltiplicarci anche la rottura della RAT sistema di emergenza Right che ha più probabilità di rottura ma è ridondante quindi per rottura alla probabilità di prima devo moltiplicarci anche la rottura della RAT. Arrivo così a probabilità richiesta.

Esempio su Dependency Diagram

Metodo grafico in cui parallelo è AND e serie è OR.

Esempio su analisi di Markov

Non è analisi numerica, è usata per capire se l’aereo può volare o meno (es. FADEC è centralina elettronica del motore che monitorare lo stato, se si rompe il motore non funziona più).

Indico con Ca=comando di a, Cb= comando di b, Ma= monitoraggio di a, Mb= monitoraggio di b, con riquadro continuo guasto gestibile, con riquadro semi tratteggiato guasto controllabile con riquadro tratteggiato spegnimento.

FMEA (Failure Modes and Effects Analysis)

Studia modi di rottura e differenti conseguenze (argomento complesso).

MTBF (Medium Time Before Failure)

Studia l’affidabilità del componente (=reliability).

Due modi per calcolarla:

• Storico, si realizza un database osservando come si sono comportati componenti uguali già in attività.
• Analitico, dove fattore di qualità λ = Π · ( Π + Π ) · Π Π 1 2 fattore di temperatura Π fattore di ambiente generico Π fattore di maturità Π e costanti 1 2.

Affidabilità

Def: è la fiducia da riporre nel buon comportamento di un pezzo oppure “attitudine a fornire nel tempo una prestazione soddisfacente “ ogni pezzo deve avere una stima della sua affidabilità →

3 aspetti:

• 1. Fissare il criterio univoco per giudicare se elemento è funzionante o no ⇒ devo fissare il limite sotto il quale le prestazioni non sono soddisfacenti.
• 2. Stabilire condizioni ambientali, le quali devono essere mantenute costanti.
• 3. Definire intervallo di tempo per cui il pezzo è considerato affidabile.

Availability A(t) e funzione R(t,C,A)

A(t) funzione che tiene conto sia di funzionamento che di manutenzione del pezzo. Manutenzione introdotta qualora il pezzo può essere riparato.

R(t) dove t=tempo, R= rottura, A= ambiente. questi rappresentano i tre aspetti precedenti.

N = N° componenti, N(t)=N° componenti funzionanti, N(t)=N° componenti guasti O V G ( ) affidabilità = ( ) = ⇒ ( ) inaffidabilità = ( ) =

Guasto per usura (1)

Dipende strettamente dal tempo di funzionamento.

Densità di probabilità di guasto: ( ) 1 ( ) = · ( ) = 0

Probabilità di guasto (Inaffidabilità): ( ) = ∫ ( ) 0

Affidabilità: ( ) = 1 − ( )

Tasso di guasto: ( ) ( ) ( ) 1 À = = ( ) · = · = [ = − ] = ( ) = ( ) / ( ) ( ) 0 . ( ) 1 1 ( ) % Ρ Τ · = [ = ] =− · ⇝=− Σ Φ ( ) 0

Guasti causali (2)

−λ Densità di probabilità di guasto: ( ) = λ · −λ

Probabilità di guasto: ( ) = ∫ ( ) = 1 − 0−λ

Affidabilità: ( ) = ( )−λ 1

Tasso di guasto: = λ ( ) =− −λ

Guasti totali (1)+(2)

Nella realtà sia un tratto detto di mortalità infantile che tiene conto di componenti venuti male e che si rompono subito.

MTBF (Mean Time Between Failure)

È il tempo medio fra due guasti.

∞ ∞ o [dove tempi di funzionamento N di guasti] [guasti causali] = = = = ∫ ( ) = =∑ = 0 = 1∞ −λ 1 = ∫ = λ0

− / dove ci dice quanto deve essere MTBF per avere affidabilità accettabile ⇒ ( ) = ( )

MTTF (Mean Time To Failure)

È il tempo di funzionamento fino a rottura.

− 11 dove tempo di missione ⇒ ( ) = = 0 . 368 = = = λ

− 1/101 = ⇒ ( ) = = 0 . 905 = 10 λ10

− 1/1001 = ⇒ ( ) = = 0 . 990 = 100 λ100

Oss: per noi MTTF → ≈ MTBF ma in realtà.

Modello di Weibull

Utile per descrivere la densità di probabilità di guasto.

ββ− 1 −( / η)β dove =fattore di scala e =fattore di forma → · · η β ( ) = βη

Se =1 ritrovo espressione per guasti causali β.

Se =3.5 ritrovo espressione per guasti da usura β.

β β β−( / η) −( / η)e → ( ) = 1 − ( ) =

Manutenzione

Def: La norma CEI 56-50 definisce come manutenibilità l'attitudine di un dispositivo, in date condizioni di utilizzo, ad essere mantenuto e riportato a stato in cui può svolgere la funzione richiesta.

Due tipi di progetto

• 1. Safe-life: garantire per un determinato tempo la resistenza ai carichi senza generare cricche.
• 2. Damage-tolerance: Prevedere danni e studiarne la propagazione.

Due modi per fare una struttura: ⇒

• 1. Strutture fail-safe (es. con elementi ridondanti).
• 2. Strutture slow-crack-growth (uso materiali che rallentano propagazione).

3 tipi di deterioramento

• 1. Ambientale: causato da interazione chimica tra materiale e ambiente (es. umidità data da pioggia e respirazione passeggeri, salinità data dal mare, acidi dati da batterie). Rimedi: protezione velivoli fermi a terra, ispezioni periodiche, lavaggi periodici superficie →
• 2. Accidentale: causato da impatto con oggetto, da errore umano o da operazioni di volo. Si riscontra dopo l'ispezione. Rimedi: si riconduce solo all'esperienza dell'ingegnere che prevede possibili danni →
• 3. Da fatica: causato da sollecitazioni di fatica indotte da carichi ripetuti. iniziano con microfratture difficili da rilevare che si propagano fino a rottura.

Elementi deboli sono: ali, porte, fusoliera, carrelli, stabilizzatori, finestrini.

MPD (Maintenance Planning Document)

Documento da seguire nella manutenzione basato su criteri fissati dal costruttore.

4 tipi di manutenzione

• 1. Correttiva: Ripara i guasti.
• 2. Preventiva programmata: si cambiano i pezzi prima del termine della vita utile.
• 3. Preventiva ”on condition”: si cambiano i pezzi quando stanno per rompersi.
• 4. Condition monitoring: si cambia il pezzo quando un certo numero di pezzi simili si sono rotti.

3 programmi di manutenzione

Si distinguono tre programmi in base ad attività svolte, costi, ed altri parametri.

I 3 programmi sono: in linea, leggera, pesante.

In linea

• A. Pre-flight inspection: ispezione visiva, Prima di ogni volo, si osservano carrelli, fusoliera rivestimenti.
• B. Post-flight inspection: uguale ad (A) ma con ispezioni anche in cabina.
• C. Transit-checks: fatta per voli a lungo raggio, fatta al posto della (B) durante scali aeroportuali.
• D. Daily-checks: ispezione fatta quando aereo sosta più di tre ore. fatta entro le 24/36 ore dopo l'ultima daily check.
• E. Weekly-checks; Fatta ogni sette giorni e non oltre le 192 ore. Si controllano bagagliai, cabine piloti, passeggeri e impennaggi.

Leggera

Check-A) Controllo preventivo fatto frequentemente. frequenza Dipende dal modello dell'aereo. Velivolo è tenuto in Hangar e in 24 ore è sottoposto a più di 400 controlli. riguarda motori, superfici mobili, cabina, ecc.

Check-B) Controllo più approfondito fatto ogni 2000 ore di volo e che dura circa quattro giorni Riguarda motori e le varie parti in composito.

Pesante

Check-C) Ogni 3500-5400 ore di volo e ogni 15-18 mesi e dura 8/15 giorni. Racchiude controlli di check-A e check-B + altri interventi particolari come per piloni che sostengono motori.

Check-D) Revisione complessa e impegnativa, ogni 18.000/26.000 Ore di volo e dura 35-60 giorni. Aereo sverniciato per verificare integrità lamiere, revisionati e eventualmente sostituiti propulsori, aperti e ventilati i serbatoi.

Oss: Tutte le operazioni sono registrate con la firma del personale ha detto e dopo alcune di esse viene anche rilasciata una certificazione dall'ENAC.

Comandante

Il comandante ha l'ultima parola sulla bontà della manutenzione e sulle condizioni climatiche. Inoltre il comandante tiene un diario di bordo su cui ann