La scienza dei cavi aeronautici.

Gli effetti dell'elettricità sono stati osservati dal 2800 a.C. circa, ma dobbiamo aspettare fino al 1800 d.C. che scienziati e inventori osservino che il flusso di corrente elettrica e campi magnetici sono associati. Da queste scoperte arrivarono il telefono, il telegrafo e la conversione dell'energia meccanica in energia elettrica per mezzo di dinamo (nome popolare per un generatore).

A differenza dei fluidi trasportati da un luogo all'altro in tubi, l'elettricità aveva bisogno di un conduttore. Non ci volle molto a scoprire che i metalli, in particolare rame e argento, erano i migliori materiali disponibili per condurre elettroni da un luogo all'altro. Il rame si rileva il più adatto per la sua resistenza alla compressione la sua duttilità ideale anche per la trafilazione di fili di qualsiasi diametro. L'isolamento dei fili riduceva il rischio di contatto accidentale con il filo, ma nel 1900 la protezione primaria contro la perdita di segnali o potenza comportava la separazione dei fili sostenendoli ad intervalli sugli isolanti in porcellana.

Cablare un edificio è come cablare un aeroplano di plastica: ogni circuito per essere alimentato o controllato richiede due fili per condurre energia avanti e indietro. Intorno al 1920, la compagnia di Roma produceva e vendeva bobine di fili accoppiati in una guaina flessibile non metallica e la chiamava "Romex". Una moderna incarnazione di questo prodotto è ancora realizzata con isolamento in PVC.

L'evoluzione del filo ha sempre riguardato l'isolamento. L'isolamento scelto all'inizio dell'elettrificazione del veicolo era un tessuto di cotone intessuto su un isolamento di gomma estrusa. Scopri il brevetto 470924 di Thomas Edison per un isolamento in cotone su gomma. Noterai che l'infiammabilità dell'isolamento era una preoccupazione anche nel 1892. Il più antico aereo elettrificato che ho volato (1946 C-140) era cablato con un isolamento in cotone su gomma verniciato. La mia prima macchina, una Pontiac del 1941, fu cablata in modo simile. Questo isolamento ha una storia di servizio di oltre 50 anni. L'isolamento di questo tipo potrebbe essere valutato per funzionare a 80° C.

Il prossimo grande passo nell'isolamento pratico per veicoli è stato il PVC o il polivinilcloruro. A differenza del cotone su gomma, il PVC non era un nutriente per i funghi. Gli aerei di produzione Cessna usavano fili di nylon su PVC classificati a 105 ° C negli anni '60. Se esposta all'ozono e agli idrocarburi, la giacca di nylon diventa fragile e non flessibile. Il PVC sottostante era un po 'più robusto ma non gli piaceva ancora stare sotto la calandra. Il filo isolato in PVC con una guaina in nylon è ancora popolare e pratico per la distribuzione di energia negli edifici.

Una joint venture tra Piaggio e Lear per sviluppare il Piaggio GP-180 Avanti sviluppò insieme alla, Raychem Corporation un paio di prodotti per il programma spaziale: "Spec 44" e " Cavo isolante da 55 ”specificato a 200 ° C. L'isolamento era sia chimicamente che fisicamente robusto e sottile. Allo stesso tempo, si prendeva in considerazione Tefzel a 150 ° C, cugino del Teflon.

L'Etilene TetrafluoroEtilene (ETFE) è un polimero parzialmente florurato (ovvero che contiene fluoro), un materiale plastico progettato per avere un'alta resistenza alla corrosione in un ampio spettro di temperature.

I prodotti Raychem erano più costosi, ma non richiedevano una licenza. Tuttavia, la Lear ha negoziato la licenza e il PIAGGIO GP-180 AVANTI è diventato il primo aereo su cui  è stato cablato il filo Mil-W-22759 Tefzel. Questo prodotto ha dimostrato di essere molto resistente ai liquidi e ai carburanti sotto il cofano.

In grandi fasci di piccoli fili, l'isolamento può costituire una parte importante della sezione trasversale del fascio. Vi è stato un grande interesse per l'evoluzione di isolamenti più sottili, più leggeri e più resistenti.

Numerosi esperimenti con isolamenti esotici come Kynar hanno dimostrato scarse prestazioni nell'aviazione generale, nel trasporto aereo e negli aerei militari, con carenze non rilevate durante i test di sviluppo nei laboratori. Alcune di questi isolanti sono state la causa principale del ricablaggio totale di alcuni velivoli, in particolare quelli basati su aerei commerciali.

Una costante durante l'evoluzione dell'isolamento era il conduttore preferito: il rame. Come l'alluminio e altri materiali non ferrosi, il rame ha una durata meccanica. Ciò significa che, indipendentemente dal carico di sollecitazione ripetitivo, il materiale alla fine fallirà. Il segreto di una lunga durata è il basso stress e basse sollecitazione ripetitive.

Prendi in considerazione un'asta di vetro di diametro di meno di un centimetro. Quanto puoi piegarlo prima che si rompa? Non tanto. Ma considera l'isolamento in fibra di vetro ... fili dello stesso materiale con diametri così piccoli che le sollecitazioni di flessione nel normale corso del servizio sono così piccole che le fibre flesse non vengono spezzate in piccoli pezzi. Quando non vi è alcun movimento e nessuna sollecitazione di servizio, il rame solido può essere utilizzato con buoni vantaggi negli edifici. Ma il cablaggio nei sistemi veicolari, i cavi di linea e i cavi di saldatura, ci si aspetta che le vibrazioni o la flessione indotte dalla manipolazione. Pertanto, queste applicazioni si basano sul rame incagliato come copertura contro i guasti indotti dalla flessione.

Questa proprietà del rame è stata compresa e adattata da quando il primo isolamento è stato avvolto o estruso su di esso.

Un'altra proprietà è stata compresa all'inizio: il rame non è un superconduttore; la sua resistenza non è zero. Pertanto, un f ilo che trasporta corrente fa cadere un po 'di tensione e si riscalda. Il grado di riscaldamento dipende dall'ambiente del filo. Un filo nudo sospeso in aria libera ha buone condizioni per dissipare il calore. Aggiungi isolamento sul filo, seppelliscilo in un fascio con altri fili e la temperatura di funzionamento aumenta. Qual è il rischio di guasto del conduttore di rame a causa del riscaldamento? Non tanto. La forza e la forma del rame non si degradano fino a quando non viene elevata a centinaia di gradi. Un filo da 22 AWG caricato a 20 A in aria libera si stabilizzerà a 110° C dopo 20 minuti ... ben al di sotto della valutazione di 150 ° C per il Tefzel. Tuttavia, non sarebbe pratico far passare un filo da 22 AWG a 20 A nella vita reale: gli apparecchi subirebbero una caduta di tensione inaccettabile, anche se il filo non fumasse.

In generale, dimensioniamo il filo nei sistemi di distribuzione in modo tale che la caduta di tensione sotto carichi normali non superi il 5%. Questo è un compromesso pratico in una ricerca equilibrata di peso ridotto e maggiore efficienza del sistema.

Il diagramma (estratto da AC43-13) è utile per stimare la caduta di tensione in un cavo. Supponiamo di avere un dispositivo che richiede una corrente di funzionamento massima di 7 A Supponiamo inoltre di aver sottoscritto la regola della caduta di tensione del 5%.

Traccia verso l'alto sul grafico lungo la linea 20AWG fino a quando non interseca la curva 7A. Spostati a sinistra per scoprire che 7A scenderanno 1 volt ogni 14 piedi di filo 20AWG. Fare un po 'di matematica dice che farai cadere 0,7 volt in circa 3 METRI di filo.

Supponi di collegare un’utenza che assorbe al massimo 7Ampere a 15 piedi (circa 3 mt) dal Breaker di derivazione in un aeroplano in vetroresina per un viaggio di andata e ritorno di 30 piedi (circa 10mt).

Dividi 30 per 0,7 per estrapolare la corsa per una caduta di 1 volt di 43 piedi.

Inserisci il grafico dal lato sinistro a 40 piedi fino a quando non colpisci di nuovo la curva 7Ampere, quindi scorri verso il basso per scoprire che vorrai utilizzare il filo 14AWG per tale utenza.

Un Breaker da 10Ampere sarebbe la scelta migliore.

Altro esempio riferito al grafico :

Supponiamo che un cavo da 22 AWG alimenti un carico (una utenza) da 5A massimo in una posizione remota dal pannello. Non vuoi caricare un interruttore da 5A a più di 4A continui. Quindi corri su per la linea 22AWG del grafico fino alla linea dei 4A e poi a sinistra per scoprire che una corsa per 1 volt di caduta è di 16 piedi circa 5 mt.

Tirare fuori la calcolatrice per scoprire che 11 piedi circa 3 mt di filo si traducono in una caduta di circa 0,7 volt. Questo esercizio sottolinea il fatto che il dimensionamento del filo ha maggiori probabilità di essere limitato dalla caduta di tensione rispetto al surriscaldamento.

Tutto sommato, il filo Mil-W-22759 Tefzel con 19 o più fili ha dimostrato qualità negli aeroplani che si avvicinano al nirvana delle prestazioni. È prontamente disponibile a prezzi che non influiranno seriamente sul costo totale del tuo progetto. QUI troverai una vasta scelta per gli usi più comuni in un impianto Aeronautico.