Sistema Electrico Aviacion

7/27/2019 Sistema Electrico Aviacion

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sistema electrico aviacion (avionica)Hola a todos hoy les traigo un poco de informacion acerca del sistema electrico de un avionINICIO DE LA AVIACION- NECESIDAD DE FUENTES DE GENERACION ELECTRICA PARA ALIMENTARDIFERENTES TIPOS DE CONSUMO COMO SER SISTEMAS DE:-COMUNICACION

-NAVEGACION

-SISTEMAS DE ANTI-HIELO

-PRESURIZACION-AIRE ACONDICIONADO

REQUERIMIENTOS-NECESIDAD ESENCIAL DE UTILIZAR GENERADORES AC Y DC

-REQUERIMIENTO DE GENERADORES QUE CUMPLAN 2 CONDICIONES:*MENOR PESO

* MENOR VOLUMEN

EXIGENCIAS-EN LOS INICIOS DE LA AVIACION, SE REQUERIA DE POTENCIAS ELECTRICASPEQUESTAS DEBIDO A QUE:

-LA CANTIDAD DE PASAJEROS QUE SE TRANSPORTABAN ERAN PEQUEOS

-EXISTIAN COMPONENTES NEUMATICOS

-COMPONENTES MECANICOS

-LAS EXIGENCIAS DE COMODIDAD ERAN MENORES A LAS ACTUALES

CARRERA TECNOLOGICA-COMIENZA LA CARRERA DE INGENIEROS ELECTRICOS APLICANDOSUS CONOCIMIENTOS A LA AERONAUTICA

-TRABAJO EN EL DISENO GENERADORES DE GRAN CAPACIDAD PERO POCO PESOY VOLUMEN

-APLICACION DE TODA LA NUEVA TECNOLOGIA (LOGICA DIGITAL, FIBRAOPTICA, RAYOS LASER, ETC)

EN LA ACTUALIDAD


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-MAYOR REQUERIMIENTO DE POTENCIA ELECTRICA

-COMPONENTES AUTOMATIZADOS

-PILOTO AUTOMATICO

-NAVEGACION SATELITAL GPS

-ALARMAS-VISUALES

-AUDIBLE S

-LUCES

-LAS EXIGENCIAS DE LOS USUARIOS CON RELACION A OTROS SERVICIOS:

-HORNOS MICROONDAS

-TELEFONOS VIA SATELITE

- ENTRETENIMIENTO- CANALES DE MUSICA

- CANALES DE VIDEO

AVIONICA-LA CIENCIA DE LA AVIONICA :-ARTE DE APLICAR CONOCIMIENTOS ELECTRICO Y ELECTRONICOS EN EL AREADE NAVEGACION

-REQUISITOS:-CONOCER LOS FUNDAMENTOS Y PRINCIPIOS DE LA AERONAUTICA

-CAPACIDAD DE FUSIONAR AMBOS CONOCIMIENTOS

AUTOMATIZACION-DISMINUIR LA CARGA DE TRABAJO DE LA TRIPULACION DE COMANDO

-MAYOR CANTIDAD DE SEALES ELECTRICAS:-CONTROL

-ALARMAS VISUALES Y AUDIBLES

-STATUS


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CARACTERISTICAS DEL SISTEMA ELECTRICO

-GENERACION

-TRANSMISION

-DISTRIBUCION

-CARGAS

-SISTEMAS DE PROTECCION

OBSERVACIONES-GENERACION DE CORRIENTE ALTERNO COMO FUENTE PRIMARIA DE ENERGIA

-YA NO SE INSTALAN LOS GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA

-ACTUALMENTE SE UTILIZAN PROCESOS DE TRANSFORMACION YRECTIFICACION PARA OBTENER CORRIENTE CONTINUA

INICIO DE LA AVIACION-NECESIDAD DE FUENTES DE GENERACION ELECTRICA PARA ALIMENTARDIFERENTES TIPOS DE CONSUMO COMO SER SISTEMAS DE:


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-COMUNICACION

-NAVEGACION

-SISTEMAS DE ANTI-HIELO

-PRESURIZACION

- AIRE ACONDICIONADO

SISTEMAS PRINCIPALES-SISTEMA DE GENERACION AC

-SISTEMA DEL EXTERNAL POWER

-SISTEMA DE GENERACION APU-SISTEMA DE DISTRIBUCION AC

-SISTEMA DE LA BATERIA

-SISTEMA DE DISTRIBUCION DC

-SISTEMA ENERGIA ESENCIAL

-SISTEMA STANDBY


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ALARMAS VISUALES

-FALLA: ROJA Y AMBAR

-STATUS: AZUL Y VERDE

ALARMAS VISUALES-LUZ AMBAR (2 NIVELES)- NIVEL 1 .- SOLO INDICACION-NIVEL 2 .- REQUIERE PROCEDIMIENTO

-LUZ ROJA (WARNING)-NIVEL 3 FUEGO : MOTORES, APU, BAHIA TREN PRINCIPAL


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FILOSOFIA DEL SISTEMA ELECTRICO- GARANTIZAR DE QUE EN NINGUN MOMENTO SE PIERDA ENERGIA ELECTRICAEN LA AERONAVE

-QUE EXISTA SIEMPRE UNA FUENTE ALTERNATIVA DE ALIMENTACIONPRESENTE

CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL GENERADOR AC-AUTOEXCITADO

-NO TIENE CARBONES

-VOLTAJE 115/208 +/- 5 V AC

-FRECUENCIA 400 +/- 4 Hz

-POTENCIA APARENTE (KVA)

-CORRIENTE TRIFASICA


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FUNCIONES DEL GCU- CONTROL Y PROTECCION

- CONTROL-DC VOLTAGE INDICATOR

-GENERATOR BREAKER

-FIELD RELAY

-BUS VOLTAGE

-UNDERSPEED

- PROTECCION-SOBRE VOLTAJE

-BAJO VOLTAJE

-SOBRE FRECUENCIA

-BAJA FRECUENCIA

-FALLA CABLE ALIMENTACION (DIFERENCIAL Y SOBRECORRIENTE)


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SISTEMAS DE PROTECCION-ARMAR Y DESARMAR CIRCUITOS ELECTRICOS (EQUIPOS).

-HABILITAR FUNCIONES DE PROTECCION: LUCES,SESTALES,ALARMAS.

-TRANSFERIR INFORMACION DE ACUERDO A DETERMINADA CONDICION.

-OTORGAR SECUENCIA OPERATIVA A DETERMINADO SISTEMA.

-ACTUAR DE ACUERDO A CONDICIONES LOGICAS DETERMINADAS.

BATERIA-NIQUEL-CADMIO

-36 Amp/Hora

-20 CELDAS-PROPOSITO- ENTREGAR CORRIENTE DC A SISTEMAS CRITICOS DEL AVION EN EMERGENCIA


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QUE ES LA ALTA FRECUENCIA?La alta frecuencia es un trmino usado para describir untipo de corriente elctrica, es decir una corriente(Amperios) con una mayor frecuencia que la estndar de 50Hz que encontramos en el suministro de corriente monofsicay trif

sica. En nuestro caso, esta alta frecuencia se usa

para girar un motor asincrnico a velocidades mayores quela normal.

Para aquellos interesados en profundizar mas en detalle

sobre el funcionamiento de los motores trifsicos y losmotores asincrnicos les recomendamos la lectura de BasicMotor Theory que se encuentra en:

"http://www.reliance.com/mtr/mtrthrmn.htm"

La corriente normal tiene una frecuencia de 50 o 60Hz. 50

HZ = 50 ciclos por segundo.

Alta frecuencia, en nuestro caso, tiene un mximo de 440 Hz

= 440 ciclos por segundo.

Alta frecuencia, usada por algunos de nuestros competidores

1000 Hz = 1000 ciclos por segundo.

En el grafico superior se representa el voltaje en un eje y

el tiempo en el otro.

Si hay 50 ondas por segundo, la frecuencia es de 50 Hz.

Si hay 440 ondas por segundo, la frecuencia es de 440 Hz.

Si hay1000 ondas por segundo, la frecuencia es de 1000 Hz.

Debajo mostramos una representacin visual de una corrientealterna trifsica.

Por qu usar una mayor frecuencia que los 50 Hz?

La razn por la que queremos usar una mayor frecuencia que

los 50 Hz es porque queremos que los motores giren a mayor

velocidad que los motores estndar.

Mayor Frecuencia (Hz) = Mayor Velocidad (rpm) = Mayor

Potencia (kW)
http://www.reliance.com/mtr/mtrthrmn.htmhttp://www.reliance.com/mtr/mtrthrmn.htmhttp://www.reliance.com/mtr/mtrthrmn.htm


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Un motor elctrico asincrnico trifsico de un determinado

tamao puede producir una mayor potencia de salida si su

velocidad de rotacin se aumenta. Para conseguir que el

motor gire ms rpidamente, el campo magntico debe

tambin girar ms rpidamente y esto se consigue

incrementando la frecuencia de la corriente.La mayora de los motores asincrnicos trifsicos se

parecen en el interior de su carcasa. Aqu debajo mostramos

la imagen de un stator y un rotor de alta frecuencia. En la

foto pueden apreciar que la parte final del rotor es de

cobre. Este tipo de rotor es de fabricacin manual y se

llama copper squirrel cage type rotor. Este tipo de rotores un 30 35% ms eficiente que los convencionales.

Un motor elctrico puede producir un cierto par de potencia

a una velocidad y esto depende principalmente del nmero de

polos del motor y de la frecuencia con la que gira. Ennuestro caso usamos un motor de 4-polos.Si el par de un motor se mantiene constante, la potencia se

vera incrementada proporcionalmente al incremento de la

frecuencia. Si doblamos la frecuencia, la velocidad del

motor se vera aumentada al doble y con un par constante, la

potencia se vera incrementada al doble.

La potencia es proporcional a la velocidad:P = M x n

9550P = potencia en kW

M = Par en Nm

n = velocidad de rotacin en revoluciones por minuto.

9550 = constante

Ejemplo para un sistema de 50 Hz y un motor de 4-polos, la

velocidad de rotacin del motor es n = 1.450 rpm:

P = 11 Nm x 1450 rpm = 1.67 kW9550

Ejemplo para un sistema de 440 Hz y un motor de 4-polos, la

velocidad de rotacin del motor es n = 13.000 rpm:

P = 11 Nm x 13000 rpm = 15 kW9550

Ejemplo para un sistema de 1000 Hz y un motor de 4-polos,

la velocidad de rotacin del motor es n = 29.000 rpm:

P = 11 Nm x 29000 rpm = 33.4 kW


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9550Cual es la ventaja de los 440Hz frente a los

1000Hz?

Como explicado anteriormente, si duplicamos

la velocidad de rotacin de un motor y el par

se mantiene constante, la potencia de salida

del motor se duplica. Por tanto, en teora,

con una mayor frecuencia, el motor ser ms

pequeo y ms ligero para obtener la misma

potencia de salida.

Pero para todo existe un tamao prctico y

hemos buscado una mayor fiabilidad que una

optimizacin del peso para un ratio de

potencia. En contraste con la mayora de los

otros fabricantes, hemos elegido trabajar con

400 Hz como nuestra frecuencia base. Esta es

un estndar de la industria como por ejemplolos centros de control numrico. Un motor de

4-polos a 400 Hz de corriente girar a una

velocidad nominal de 12 000 rpm. Un motor de

4-polos a 1000 Hz de corriente girar a una

velocidad nominal de 30 000 rpm.

Principios razonables

Como preferimos basar nuestros diseos en

principios razonables, los motores de 1000 Hz

nunca fueron una opcin. Conseguir que los

rodamientos sobrevivan en un entorno tan durono es fcil y puede causar a nuestros

clientes problemas a plazo largo. Nuestros

motores trabajan a una frecuencia base de 400

Hz y pueden llegar a los 440 Hz como mximo.

Por eso podemos aumentar la vida de los

rodamientos y evitar frecuentes

mantenimientos.

Hacer funcionar un motor a 1000 Hz es la

forma barata de conseguir un relativo potente

motor con un peso reducido. Pero existen

demasiados inconvenientes con este sistema.

Al hacer funcionar nuestros motores a 12 000

rpm estamos penalizados con un peso mayor,

pero puede ser compensado usando una mayor

calidad en los componentes, es decir con un

rotor de jaula de almacenamiento de cobre.

Este tipo de rotor ofrece alrededor de un 30%

ms de potencia de salida que los rotores de

fundicin de aluminio, aunque ms caros de


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fabricar. No obstante, pensamos que es la

mejor opcin, dado que la fiabilidad es un

factor muy importante.

Rotacin del campo magntico

En un motor asincrnico de trifsico el campo

magntico gira a una cierta velocidad. No

obstante estos motores tiene un cierto

desfase, por lo que la rotacin del rotor no

esta sincronizada con la velocidad de

rotacin del campo magntico. Por ello se

llaman asincrnicos y no sincrnicos.

Porque un sistema de alta frecuencia es mas

eficiente que un sistema hidrulico?

Una de las mas evidentes ventajas de la alta

frecuencia frente al sistema hidrulico es

que para un mismo tamao de fusible, seobtiene una potencia considerablemente mayor

en el eje del disco.

Ejemplo de eficiencia del sistema hidrulico:

Motor elctrico, potencia de entrada: 21 kW

Motor elctrico potencia de salida: 20 kW

Amperaje arranque @ 20 kW: 38.5 Amp

Tamao del fusible: Mnimo 25 Amp

Eficacia del motor elctrico: 96%

Eficacia de la bomba hidrulica: 86%

Eficacia del motor hidrulico: 86%

Eficacia de los circuitos hidrulicos,

mangueras, conectores, filtros, etc: 93%

Eficacia general de las transmisiones

mecnicas del sistema: 92%

La eficacia general media puede calcularse en

una forma simplificada multiplicando los

componentes individuales de eficacia:

0.96 x 0.86 x 0.86 x 0.93 x 0.92 = 0.63 = 63%

Potencia mecnica en kW en el eje del disco:

0.63 x 21 kW = 13.3 kW

Esto significa quede los 21 Kw de potencia

iniciales, solo 13,3 Kw estn disponibles enel eje del disco para realizar el trabajo de

corte.

Eficacia del sistema de Alta Frecuencia:

Mientras un sistema hidrulico ofrece una

eficacia general de alrededor del 60% cuando

es nuevo, el sistema de alta frecuencia


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ofrece del 80 al 85% de eficacia general

durante toda la vida del equipo.

Las dimensiones reducidas del equipo son otra

de las obvias ventajas del sistema. El

convertidor de frecuencia es tambin

considerablemente mas ligero.

Para obtener un rendimiento equivalente a los

20 Kw del sistema hidrulico descrito

anteriormente un sistema de Alta Frecuencia

solo necesita un fusible de 20 Amp.

Funcin del convertidor de frecuencia

La funcin principal del convertidor de

frecuencia Pentpak es suministrar una

corriente de frecuencia variable al motor de

alta frecuencia. La corriente de alimentacin

del convertidor es trifsica, 380 - 500V, 50

60 Hz.Input = 50 60 Hz Output = 330 440 Hz

Simplificando mucho los temas, se puede decir

que un convertidor de frecuencias primero

rectifica la corriente trifsica

convirtindola en corriente continua, y luego

construye una onda sinusoidal con la

frecuencia deseada indicando a un modulo de

potencia la frecuencia y el voltaje que

quiere obtener. Las seales salen de un

microprocesador, controladas por un software,

para la creacin de las ondas sinusoidales. A

mayor nmero de pulsos de voltaje por ciclo,

mejor onda sinusoidal. Con menor nmero de

pulsos, peor se consigue, con la creacin de

ondas armnicas que deben ser filtradas para

evitar las excesivas interferencias

electromagnticas.

La onda sinusoidal esta compuesta por

Bloques de construccin que representan un

cierto voltaje durante un cierto tiempo,

controlando los diversos parmetrosinvolucrados, una corriente con las

caractersticas deseadas puede ser creada.

Uno de los problemas con esta tecnologa es

que las no perfectas ondas puede generar

interferencias en la red. Por ello un filtro

debe ser diseado a medida en la aplicacin

en cuestin, este filtro aislara la


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interferencia lo mejor posible.

Mientras un sistema hidrulico permite una

reaccin durante el corte, el sistema de HF

es mucho ms sensible. Cuando un disco es

bloqueado repentinamente en un corte, el

convertidor de frecuencia se parara y deberreiniciarse poniendo en marcha el motor del

disco. Con una maquina hidrulica el operario

solo tiene que invertir la direccin de corte

y el disco vuelve a girar. Aunque el disco se

bloquee de forma abrupta el grupo hidrulico

no se para y el operario puede

La evolucin de las instalaciones elctricas en los aviones civiles ha sido lenta.

Las tcnicas consolidades tienden a convertirse en "estndares" de la industria, y

antes de que se aceptan las nuevas tecnologas muchas veces tienen que pasar muchos

aos.

Los sistemas elctricos de los primeros aviones eran de corriente continua (c.c.). A

medida que fue aumentando la potencia de los sistemas instalados a bordo, se pas a

los sistemas de corriente alterna (c.a.). Un sistema de c.a. con frecuencia constante

era suficiente para todos los equipos elctricos, a la vez que necesitaba cables de

menos seccin que los de c.c. Tras ms de 40 aos, estos son todava los sistemas que

se utilizan en la actualidad.

Pero hoy da los fabricantes de aviones estn reconsiderando las tcnicas de

produccin de electricidad, para aprovechar los nuevos sistemas de menor peso y

complejidad.

Una fuente de alimentacin de frecuencia constante produce una corriente de c.a. a115 V y a la frecuencia de 400Hz. Esta frecuencia constante se produce normalmente

mediante un motor hidromecnica de velocidad constante instalado entre el generador y

la reductora, de modo que hace girar el rotor a velocidad constante a pesar de las

distintas revoluciones a las que gire el eje secundario de la reductora.

Aunque este sistema de c.a. a frecuencia constante tiene muchas ventajas sobre los

c.c. tambin tiene sus problemas, pues como el motor tiene que girar a la velocidad

constante, sus componentes tienen que ser de precisin y por tanto son caros de

fabricar y de mantener. Adems esa velocidad se ve afectada por la distinta carga del

generador e incluso por la temperatura del aceite. Un motor de velocidad constante

que funcione continuamente al mximo rendimiento tiene una vida til relativamente

corta.Todos estos inconvenientes han llevado a los fabricantes y usuarios a buscar otras

alternativas. Actualmente el nico mtodo viable de producir electricidad a

frecuencia constante es el grupo electrgeno integrado. Combinando un motor a

velocidad constante y un generador en un solo bloque resulta ms pequeo, ligero y de

menos mantenimiento. Pero, como el motor de velocidad constante, el conjunto es caro,

complejo y con alto costo de mantenimiento.


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Lucas Aerospace, empresa britnica especializada en sistemas de c.c. y c.a. de

frecuencia variable, viene investigando desde hace aos mtodos ms eficientes de

producir electricidad para las turbinas de los aviones y pens que quiz la mejor

solucin no era un sistema de frecuencia constante. Desde hace varios aos fabrica

sistemas de frecuencia variable para pequeos aviones de turbohlice ya principios de

esta dcada comenz a desarrollar un sistema similar para las grandes turbinas.El director de sistemas elctricos de Lucas Aerospace explica: "La clave para

resolver muchos de los problemas que presentaban estos sistemas era eliminar el motor

de velocidad constante. Por eso empezamos a desarrollar un sistema de frecuencia

variable (FV) que produjera electricidad con la misma fiabilidad que uno de

frecuencia constante, pero sin las complicaciones que planteaba un motor de velocidad

constante".

Eliminado el motor se obtiene una electricidad de FV con mayor fiabilidad, menos peso

y ms barata. Pero este enfoque supona un cambio radical, lo que provoc el

escepticismo de los fabricantes y usuarios, cuyo principal problema era el impacto

que tendra la FV sobre los equipos elctricos que estaban proyectados

especficamente para frecuencia constante.Lucas Aerospace inici un amplio programa de investigacin y colaboracin con

fabricantes de equipos y sistemas hidrulicos de combustible, de iluminacin, aviones

y de calefaccin para probarlos en un banco de pruebas construido al efecto en la

factora de Lucas Aerospace en Hermel Hempstead, al sur de Inglaterra. Las pruebas

demostraron que la mayora de los equipos no se vean afectados por el cambio defrecuencia y que, si hubiera que modificar algunos de ellos, sobre todo los movidos amotor, esas modificaciones no supondran un aumento importante del costo.

Los resultados del estudio pusieron tambin de manifiesto la importancia de la

"calidad de la electricidad" en un sistema de FV. Un equipo elctrico est diseado

generalmente para funcionar con una fuente de alimentacin definida por la norma MIL-STD-704E, que especifica muchos aspectos de lo que llamamos calidad de la corrienteelctrica, por ejemplo los lmites de aumento de tensin de las transitorias.

Lucas Aerospace adopt esa norma para disear su sistema de FV, reduciendo as el

impacto que tendra sobre los equipos elctricos. Para conseguir esa calidad en una

gama muy amplia de frecuencias, la compaa desarroll una avanzada tecnologa

eletromagntica junto con sistemas electrnicos de alta velocidad para regulacin de

tensin y proteccin. Al mismo tiempo aseguraba que el nuevo sistema de FV se poda

someter a las prcticas de mantenimiento de los modernos aviones, para lo que

incorpor unos controladores electrnicos digitales muy funcionales.

En junio de 1994 Lucas Aerospace gan un concurso para instalar el sistema elctrico

completo del reactor de empresa de largo alcance Bombardier Global Express. Estesistema lleva un generador de FV conectado a un avanzado sistema de control

automtico, convirtindose as en la primera aplicacin de un sistema de FV a un

avin a reaccin y abriendo el camino a su introduccin a nivel general en todos los

aviones.

En 1998 a 1999 el Bombardier Global Express recibi la homologacin de los organismos

Transport Canada, FAA (de Estados Unidos) y JAA (de la UE), de modo que el sistema de

FV se converta en el primero homologado en un avin civil. Desde entonces ha


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demostrado que cumple todos los requisitos de la industria para todos los motores de

aviacin de la ltima generacin.

Aunque la FV ha demostrado su utilidad en estos pequeos reactores, los aviones

grandes plantean otros problemas. Para adaptarse a la diferencia de velocidad de un

avin turbohlice y un turbofan, los requisitos de las fuentes de alimentacin de FV

se han dividido en dos: una corriente de 360 a 600Hz, que cubre los avionesturbohlice y los turbofan de baja velocidad (que cumplen prcticamente los mismos

requisitos que si la electricidad fuera frecuencia constante) y otra de 360 a 800Hz

que cubre todos los grandes aviones de reaccin e incluso los mayores que estn

actualmente en proyecto.

El gran consumo elctrico de los grandes aviones requiere generadores ms grandes lo

cual supone que no slo hay que mantener la misma calidad de la corriente para sea

mayor potencia y velocidad, sino que hay que cuidar ms la integridad mecnica de

equipos como los generadores que son ms grandes y funcionan a ms velocidad. Adems

hay que utilizar cables ms largos, lo cual supone una mayor impedancia y el

consiguiente deterioro de la calidad de la corriente y, por otro lado, los futuros

equipos elctricos deben incluir nuevas funciones, por ejemplo para reducir losefectos de la distorsin armnica de la fuente de alimentacin que se hacen cada vez

mayores debido al aumento de la carga y de dispositivos electrnicos, como todos los

que llevan los sistemas de entretenimiento a bordo.

Lucas Aeropace participa actualmente en varios programas de demostracin para

demostrar la viabilidad de los sistemas de FV a los aviones ms grandes, en un

programa que se desarrolla con xito desde hace dos aos. Tambin estudia la

aplicacin de la tecnologa de FV a los aviones militares.

La compaa est convencida de que los problemas que encuentre en este nuevo camino

se pueden resolver y que esta tcnica se ir confirmando con el paso del tiempo, a

medida que vayan entrando en servicio los nuevos aviones civiles y militares.

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