BR102012032959A2

BR102012032959A2 - Dispositivo aerodinâmico de largura variável

Info

Publication number: BR102012032959A2
Application number: BRBR102012032959-0A
Authority: BR
Inventors: André Dos Santos Bonatto; Francisco Keller Klug; Julio Romano Meneghini; Leandro Guilherme Crenite Sim Es; Micael Gianini Valle Do Carmo; Rafael Dos Santos Gioria; Stergios Pericles Tsiloufas
Original assignee: Embraer Sa
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2015-03-17
Also published as: JP6254437B2; EP2746152A2; US9457894B2; US20140217236A1; JP2014122026A; EP2746152B1; EP2746152A3

Abstract

Dispositivo aerodinâmico de largura variável. Descreve-se um dispositivo aerodinâmico de largura variável (1 0) associável à estruturas aerodinâmicas de alta sustentação (30), o dispositivo aerodinâmico de largura variável (10) compreendendo: um corpo principal (11) substancialmente plano e de espessura constante; uma primeira aresta longitudinal (12) associada à estrutura aerodinâmica de alta sustentação (30); e uma segunda aresta longitudinal (13) não retiíínea, formando, com a primeira aresta longitudinal (12), uma largura variável (lv) ao longo de seu comprimento.

Description

"DISPOSITIVO AERODINÂMICO DE LARGURA VARIÁVEL" A presente invenção refere-se a um dispositivo aerodinâmico de largura variável, usado para reduzir ruído gerado aerodinamicamente em aeronaves, em particular ruídos em superfícies aerodinâmicas, tais como flapes, slats, ailerons, espóileres e aerofólios em geral.

Descrição do estado da técnica O ruído é uma fonte de incômodo para a população e algumas das principais causas estão relacionadas aos meios de transporte em geral. Na aviação, o ruído emitido durante as condições de pouso e decolagem de uma aeronave é atualmente um dos principais assuntos ambientais que tem recebido atenção tecnológica e regulatória.

As aeronaves, tanto civis quanto militares, são equipadas com aerofólios que geram sustentação e que, durante as fases de decolagem e/ou pouso de um voo, geram ruído aerodinâmico.

Uma parte significativa do ruído gerado por uma aeronave durante sua operação é devido ao fluxo de ar nos contornos das superfícies da aeronave. Este tipo de ruído geralmente é chamado de ruído aerodinâmico e é causado em grande parte pelo ar que flui sobre as superfícies aerodinâmicas da aeronave e também pelas descontínuidades que estas superfícies de controle causam nas asas da aeronave. A diferença de pressão entre o ar que flui entre o intradorso e o extradorso nas extremidades dessas superfícies gera uma “fuga” do ar da região de maior pressão (intradorso) para a região de menor pressão (extradorso), gerando um vórtice principal e, conseqüentemente, um alto ruído.

Na fase de aproximação e pouso de um voo, o ruído aerodinâmico se torna mais importante devido à proximidade do solo e dispositivos de alta sustentação slats e flapes, bem como trem de pouso estão estendidos. A solução deste problema tem sido foco de vários estudos ao redor do mundo.

Neste sentido, as abordagens atuais para resolver este problema consistem na instalação de elementos geradores de vórtice nas extremidades (bordos) das superfícies de controle da aeronave. Estes elementos geram pequenos vórtices que tem por finalidade enfraquecer o vórtice principal que ali seria gerado nestas partes da aeronave (ocasionando um alto ruído), reduzindo assim o ruído aerodinâmico. As soluções do estado da técnica relativas ao ruído das extremidades (bordos) laterais dos flapes envolvem elementos tais como limitadores de cursos (fences), cerdas e hastes para alcançar este efeito de modificação do vórtice.

Mais detalhadamente, o documento US 5,738,298 ensina o uso de limitadores de cursos de flape (fences) que são simplesmente placas laterais perpendiculares montadas no bordo lateral do flape. Nesta solução, a placa pode protrair no fluxo somente no lado inferior do flape, somente no lado superior ou em ambas as direções. Com os fences, o processo de fusão entre os subsistemas de vórtice inferior e superior é evitado bem como também a interação do vórtice fundido com a superfície de sucção do flape. Como consequência, o ruído irradiado é reduzido. Porém, para aeronaves que já estão em operação a instalação de fences nos flapes às vezes não pode ser executada de tal modo que eles fiquem posicionados alinhados com a direção do fluxo. Como resultado, há a penalidade do arrasto durante as condições de cruzeiro. O documento US 6,491,260 descreve a aplicação de bordos laterais porosos ou cerdas (elementos alongados) nas superfícies laterais dos flapes. Nesta solução o material poroso funciona como um absorvedor acústico, o fluxo de vazamento estável muda completamente o campo de fluxo local médio e o sistema de vórtice duplo associado. O último mecanismo também é válido quando cerdas são usadas nos bordos laterais do flape. Entretanto, as desvantagens estão relacionadas com a necessidade de haver uma folga entre a asa principal e a superfície de controle (flape) para dar espaço ao material poroso ou cerdas quando o flape está retraído (configuração de cruzeiro). A aplicação de hastes e denteamentos nos bordos afilados laterais dos flapes apresenta as mesmas desvantagens das cerdas e bordos laterais porosos: quando a superfície de controle do flape está retraída, não há espaço bastante para alojar as hastes.

Outro sistema de selos é descrito no documento US 7,874,524, com a diferença que este documento trata de um conjunto multi-segmentado de selos dispostos ao longo da asa, tanto no extradorso quanto no intradorso, e que podem se movimentar em relação ao flap. Já o documento US 7,753,316 também descreve um sistema de selos transversais à direção da envergadura do flap que se movimentam de acordo com a variação na temperatura local do escoamento em determinados pontos de medição ao longo do flap. Tal sistema ajuda a manter uma condição ótima também em cruzeiro, não apenas em decolagem e pouso. O documento US 2010/0294883 da requerente se baseia em um selo perfurado, que mantém um fluxo local controlado entre o escoamento no intradorso e extradorso do perfil na região da superfície lateral do flape. Tal selo atua como um amortecedor acústico, que muda os campos de velocidades, quebrando a estrutura do grande vórtice de ponta em vários vórtices de tamanho reduzido, reduzindo a eficiência da fonte acústica.

Apesar de ser efetiva no seu propósito da redução de ruído, a maioria das soluções conhecidas são de difícil instalação em aerofólios, sem penalidades de arrasto em outras condições de voo.

Objetivos da invenção A presente invenção tem como objetivo, prover um dispositivo aerodinâmico de largura variável para selar as descontinuidades entre partes móveis da aeronave de modo a diminuir consideravelmente o ruído. É também objetivo desta invenção, prover um dispositivo aerodinâmico de largura variável dotado de uma geometria capaz de atenuar ao máximo os ruídos na faixa de frequência de interesse.

Breve descrição da invenção A invenção tem por objeto um dispositivo aerodinâmico de largura variável associável à superfícies aerodinâmicas de alta sustentação, o dispositivo aerodinâmico de largura variável compreendendo um corpo principal substancialmente plano e de espessura constante, uma primeira aresta longitudinal associada à superfície aerodinâmica de alta sustentação, e uma segunda aresta longitudinal não retilínea, formando, com a primeira aresta longitudinal, uma largura variável ao longo de seu comprimento.

Descrição resumida dos desenhos A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram: Figura 1 - é uma vista esquemática do dispositivo aerodinâmico de largura variável, objeto desta invenção, associado a um primeiro exemplo de estrutura aerodinâmica de alta sustentação;

Figura 2 - é uma vista esquemática do dispositivo aerodinâmico de largura variável, objeto desta invenção, associado a um segundo exemplo de estrutura aerodinâmica de alta sustentação; e Figuras 3a e 3b — são vistas esquemáticas ilustrando o comportamento dos vórtices de ponta em uma estrutura aerodinâmica de alta sustentação contendo o dispositivo aerodinâmico de largura variável, objeto desta invenção e em uma estrutura aerodinâmica de alta sustentação sem o dispositivo aerodinâmico.

Descrição detalhada da invenção As questões ambientais surgiram como importantes e difíceis desafios tecnológicos para o crescimento da indústria aeronáutica do mundo. Entre várias preocupações ambientais, o ruído dos aviões tem crescido constantemente em importância nos últimos anos, e hoje em dia, é um dos mais importantes desafios a serem superados, a fim de permitir um continuo aumento das aeronaves em operação no mundo.

Comunidades que vivem nas proximidades de aeroportos em todo o mundo, preocupadas com a melhoria da qualidade de vida, têm colocado pressão sobre as autoridades governamentais para diminuir o ruído gerado pelo tráfego de aeronaves. Esta pressão é convertida em limites de ruído cada vez mais restritivos de certificação, o que é uma atenção para novos aviões, e limites de ruído para a operação de aeronaves em aeroportos, resultando em uma atenção para as aeronaves já em operação.

Por isso, estudos e pesquisas buscando por soluções técnicas que diminuem o ruído das aeronaves têm aumentado expressivamente nos últimos anos, e a invenção ora apresentada é o resultado deste esforço. O ruído aerodinâmico gerado por uma estrutura aerodinâmica de alta sustentação 30 é predominantemente devido ao vórtice formado na ponta desta estrutura, cuja formação é atribuída à diferença entre as pressões no intradorso e no extradorso do perfil, conforme ilustrado na figura 3a.

Assim, de acordo com uma concretização preferencial e como pode ser visto na figura 1, o dispositivo aerodinâmico de largura variável 10, objeto desta invenção, é associável à estruturas aerodinâmicas de alta sustentação 30, sendo que neste primeiro exemplo a estrutura aerodinâmica de alta sustentação 30 é um flap. Particularmente, o dispositivo aerodinâmico de largura variável 10 é fixado na superfície lateral do flap 30 de modo a dificultar a comunicação entre as regiões de diferentes pressões, mitigando a formação deste vórtice de ponta.

Este dispositivo aerodinâmico de largura variável 10 compreende um corpo principal 11 substancialmente plano e de espessura constante. Uma primeira aresta longitudinal 12 é associada à estrutura aerodinâmica de alta sustentação 30 e uma segunda aresta longitudinal 13 não retilínea, formando, com a primeira aresta longitudinal 12, uma largura variável Lv ao longo de seu comprimento.

Mais particularmente, o dispositivo aerodinâmico de largura variável 10 consiste em uma lâmina 11 compreendendo a primeira aresta longitudinal 12 engastada à estrutura aerodinâmica de alta sustentação 30, a segunda aresta longitudinal 13 paralelamente afasta da primeira aresta longitudinal 12 e arestas transversais 14, 15 associando perpendicularmente a primeira aresta longitudinal 12 à segunda aresta longitudinal 13.

Esta segunda aresta longitudinal 13 é livre de engastamento, não retilínea, e forma, com a primeira aresta longitudinal 12, ao menos uma porção de largura maior 20 e ao menos uma porção de largura menor 21 ao longo de seu comprimento. Preferencialmente, a segunda aresta longitudinal 13 não retilínea, forma, com a primeira aresta longitudinal 12, duas porções de largura maior 20, 20’ e ao menos uma porção de largura menor 21 ao longo de seu comprimento. No entanto, essas configurações são somente exemplos de geometria para o dispositivo 10, outras formas distintas são previstas deste permitam a obtenção das mesmas vantagens técnicas. A figura 2 ilustra o dispositivo aerodinâmico de largura variável 10, objeto desta invenção, associado a um segundo exemplo de estrutura aerodinâmica de alta sustentação 30 que consiste em um aerofólio. Neste caso, o dispositivo aerodinâmico de largura variável 10 compreende as mesmas características descritas para o primeiro exemplo de estrutura aerodinâmica de alta sustentação 30 acima.

Conforme ilustrado na figura 3b, o dispositivo aerodinâmico de largura variável 10 age criando uma barreira entre o fluido do intradorso e do extradorso, dificultando a formação do vórtice de ponta. Além disso, a largura variável deste dispositivo 10 distorce a estrutura vortical principal, aumentando sua dissipação. Deste modo, o dispositivo 10 separa o vórtice formado na superfície lateral daquele formado no extradorso, tornando mais difícil que eles se juntem, diminuindo a intensidade. O dispositivo aerodinâmico de largura variável 10 é fixado, por meio de rebites, soldagem ou outro método que possa ser imaginado, à superfície lateral da estrutura aerodinâmica de alta sustentação 30, tal como um flap ou aerofólio, junto ao intradorso ou extradorso. O dispositivo 10 compreende espessura fixa, mas a largura variável ao longo do seu comprimento.

Cabe salientar, portanto, que o dispositivo aerodinâmico de largura variável 10, objeto da presente invenção, é associado à estruturas aerodinâmicas de alta sustentação 30 móveis e com essas se encaixam quando na posição recoihida e por esse motivo não gera nenhum efeito de aumento de arrasto nesta configuração.

Quando a estrutura 30 movei é extendida, o dispositivo 10 dificulta a interação entre as regiões de alta e baixa pressão do perfil (intradorso e extradorso, respectivamente), reduzindo o vórtice de ponta, que é o maior gerador do ruído aerodinâmico deste tipo de estrutura 30. A variação na largura do dispositivo 10 resulta na geração de vorticidade na direção transversal ao escoamento, outra maneira de se dissipar o vórtice de ponta.

Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

1. Dispositivo aerodinâmico de largura variável (10) associável à estruturas aerodinâmicas de alta sustentação (30), o dispositivo aerodinâmico de largura variável (10) sendo caracterizado pelo fato de que compreende um corpo principal (11) substancialmente plano e de espessura constante; uma primeira aresta longitudinal (12) associada à estrutura aerodinâmica de alta sustentação (30); e uma segunda aresta longitudinal (13) não retilínea, formando, com a primeira aresta longitudinal (12), uma largura variável (Lv) ao longo de seu comprimento.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda aresta longitudinal (13) é livre de engastamento.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que consiste em uma lâmina (11) compreendendo a primeira aresta longitudinal (12), a segunda aresta longitudinal (13) paralelamente afasta da primeira aresta longitudinal (12) e arestas transversais (14, 15) associando perpendicuiarmente a primeira aresta longitudinal (12) à segunda aresta longitudinal (13).

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a segunda aresta longitudinal (13) não retilínea, forma, com a primeira aresta longitudinal (12), ao menos uma porção de largura maior (20) e ao menos uma porção de largura menor (21) ao longo de seu comprimento.

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a segunda aresta longitudinal (13) não retilínea, forma, com a primeira aresta longitudinal (12), preferencialmente duas porções de largura maior (20, 20’) e ao menos uma porção de largura menor (21) ao longo de seu comprimento.

6. Dispositivo, de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que é associado à estruturas aerodinâmicas de alta sustentação (30) móveis e com essas se encaixam quando na posição recolhida.