BR102014009016A2

BR102014009016A2 - estrutura de carenagem interna e conjunto de aeronave

Info

Publication number: BR102014009016A2
Application number: BR102014009016A
Authority: BR
Inventors: Allen Madsen Woolley; Antony Brett Scarr; Carol Marie Janson; Thomas Joseph Weir
Original assignee: Mra Systems Inc
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2015-12-22
Also published as: CN104097782A; JP2014206167A; US9404507B2; CA2848109C; US20140319269A1; CA2848109A1; EP2792597B1; JP6470909B2; CN104097782B; EP2792597A1

Abstract

estrutura de carenagem interna e conjunto de aeronave. trata-se de uma estrutura de carenagem interna (48) para circunscrever pelo menos uma porção de um motor a jato (10) que se estende a partir de uma aeronave que inclui um avental (58) configurado para se montar diretamente ao motor (10) independentemente do pilão (38,40) e por cima de uma porção superior do motor a jato (10), e um corpo interno (60, 62) configurado para circunscrever uma porção do motor a jato (10) não circunscrita pelo avental (58).

Description

“ESTRUTURA DE CARENAGEM INTERNA E CONJUNTO DE AERONAVE” Antecedentes Da Invenção [001] Motores de turbina e, particularmente, motores de turbina a gás, também conhecidos como motores de turbina de combustão, são motores giratórios que extraem energia a partir de um fluxo de gases que sofreram combustão atravessando o motor até uma multiplicidade de pás de turbina. Motores de turbina a gás têm sido usados para locomoção em terra e náutica, tal como para geração de potência, mas são mais comumente utilizadas para aplicações aeronáuticas, tais como para aeronaves. Em aeronaves, motores de turbina a gás são utilizadas para propulsão da aeronave. [002] O motor é fixado a uma asa por um pilão, tipicamente um braço de metal que une o motor à asa ou fuselagem da aeronave. Através de bombas e tubos de alimentação nos pilões, combustível é retransmitido dos tanques de asa para o motor. Adicionalmente, potência elétrica é gerada pelo motor, tal como linhas hidráulicas e dutos de sistema de gerenciamento de ar, fiação do sistema de controle, etc. são roteados entre a aeronave e o motor através de fios e tubulações também contidos nos pilões. O motor é contido dentro dos alojamentos externos, chamados carenagens. Essas carenagens tipicamente formam a parede interna de um duto de ventoinha em aplicações de aeronave. Essas carenagens de motor são apoiadas, em parte, pelo pilão e em parte pelo motor. [003] Dispositivos de carenagem convencionais incluem as carenagens internas e externas, que são estruturalmente afixadas umas às outras por meio de paredes de bifurcação e vigas que permitem abertura e fechamento articulados das carenagens para acesso ao motor, e, em alguns casos permitem o deslizamento da carenagem externa para operações de reversor de empuxo. Em outras disposições a carenagem interna permanece independente da carenagem externa (isto é não tem fixação estrutural direta entre as carenagens). Nesse caso a carenagem interna cobre o motor a jato e tem ou uma estrutura de quadro fixo com muitos painéis de acesso para fornecer acesso ao motor ou portas dianteiras articuladas de abertura com uma seção de carenagem traseira deslizante que podem ser movidas para fornecer acesso para manutenção do motor a jato.

Breve Descrição Da Invenção [004] Em um aspecto, uma estrutura de carenagem interna para circunscrever pelo menos uma porção de um motor a jato que tem pelo menos um suporte do motor acoplado a um pilão de motor que se estende a partir de uma asa de aeronave, a estrutura de carenagem interna inclui um avental configurado para se montar diretamente ao motor índependentemente do pilão e por cima de uma porção superior do motor a jato, e um corpo interno configurado para circunscrever uma porção do motor a jato não circunscrita pelo avental, em que o corpo de carenagem interno é acoplado ao avental de modo que a combinação resultante do avental acoplado e do corpo de carenagem interno defina uma estrutura arqueada que é estruturalmente independentemente do pilão e circunscreve completamente pelo menos uma porção do motor a jato. [005] Em outro aspecto, um conjunto de aeronave que inclui uma asa, um pilão de motor montado na asa, um motor a jato montado no pilão de motor com pelo menos uma conexão de suporte do motor, e uma estrutura de carenagem interna. A estrutura de carenagem interna inclui adicionalmente um avental montado diretamente no motor independentemente do pilão e sobrejacente a uma porção superior do motor a jato, e um corpo de carenagem interno configurado para circunscrever uma porção do motor a jato não circunscrita pelo avental. O corpo de carenagem interno é acoplado ao avental de modo que a combinação resultante do avental acoplado e do corpo de carenagem interno defina uma estrutura arqueada que é estruturalmente independentemente do pilão e circunscreve completamente pelo menos uma porção do motor a jato.

Breve Descrição Dos Desenhos [006] Nos desenhos: - A Figura 1 é uma vista lateral de corte transversal de um típico motor de turbina a gás, de uma carenagem, de um pilão, e de uma asa, de acordo com uma realização da invenção. - A Figura 2 é uma vista em perspectiva da carenagem e do avental, de acordo com uma realização da invenção. - A Figura 3 é uma vista seccional parcial tomada ao longo da linha 3-3 da Figura 1 que mostra a estrutura arqueada. - A Figura 4 é uma vista em perspectiva da estrutura de avental. - A Figura 5 é uma vista seccional parcial que mostra as braçadeiras de montagem do avental.

Descrição Das Realizações Da Invenção [007] A invenção pode ser implantada em qualquer ambiente pela utilização de um motor de turbina a gás que fornece força de propulsão para a aeronave. Adicionalmente, realizações dessa descrição também são aplicáveis a um motor de turbina que fornece uma geração de potência e/ou fornecem tanto uma força de atuação quanto geração de potência. Adicionalmente, enquanto realizações dessa descrição são direcionadas a um ambiente de aeronave de motor a jato, a invenção é aplicável em qualquer ambiente que use um motor de turbina que também use carenagens. [008] A Figura 1 é um diagrama esquemático de corte transversal de um motor de turbina a gás 10 para uma aeronave. O motor 10 inclui, em relação de fluxo em série a jusante, uma seção de ventoinha 12 que inclui uma ventoinha 14, um compressor de reforço ou baixa pressão (BP) 16, um compressor de alta pressão (AP) 18, uma seção de combustão 20, uma turbina AP 22, e uma turbina BP 24. Um eixo ou carretei AP 26 que conecta de modo atuado a turbina AP 22 ao compressor AP 18 e um eixo ou carretei BP 28 que conecta de modo atuado a turbina BP 24 ao compressor BP16 e à ventoinha 14. A turbina AP 22 inclui um rotor de turbina AP 30 que tem pás de turbina 32 montadas em uma periferia do rotor 30. As pás 32 se estendem radialmente para fora a partir das plataformas de pá 34 para as pontas de pá radialmente para fora 36. [009] O motor 10 é mostrado montado no conjunto de pilão 38, em uma estrutura primária de pilão 40, por ambos os suportes do motor traseiros e dianteiros 42. O conjunto de pilão 38, conforme ilustrado, se prende ainda mais à asa de aeronave 44 em uma orientação vertical, mas também pode ser preso em posições alternadas da aeronave, tal como à fuselagem em uma orientação horizontal. [010] O motor 10 inclui adicionalmente uma carenagem externa 46 e uma carenagem interna 48, sendo que cada uma têm superfícies lisas para reduzir o arrasto do ar que passa dentro ou fora do motor 10 em voo. A carenagem externa 46 circunda pelo menos uma porção da carenagem interna 48 e do motor 10. O conjunto de pilão 38 compreende adicionalmente paredes de bifurcação 50, que se conectam a e se estendem do conjunto de pilão 38 na direção da carenagem interna 48, que definem um vão 52 que é vedado para preservar a efetiva passagem de ar da ventoinha ao longo do duto de ventoinha entre a carenagem interna 48 e a carenagem externa 46. [011] Também é ilustrada uma multiplicidade de linhas de conexão 54, tais como linhas hidráulicas, linhas elétricas e linhas de desvio de ar, que se estendem a partir do motor 10 através das paredes de bifurcação 50 para dentro do conjunto de pilão 38. Essas linhas 54 que acoplam o motor 10 aos subsistemas necessários para operação, tais como bombas de combustível e computadores de controle de voo. [012] No que concerne a Figura 2, a carenagem interna 48 compreende uma estrutura de avental 58, duas portas laterais de carenagem dianteira 60, e uma porta de carenagem traseira 62 que circunscreve pelo menos uma porção do motor 10. Configurações alternativas de carenagem são previstas. O avental 58 sobrepõe uma porção superior do motor 10 enquanto as portas de carenagem dianteira 60 e a porta de carenagem traseira 62 circunscrevem coletivamente a porção do motor remanescentelO não sobreposta pelo avental 58. As portas de carenagem dianteira 60 abrem de modo articulado enquanto a porta de carenagem traseira 62 abre de modo deslizante. [013] Conforme mostrado na Figura 3, o avental conjuntado 58 e as portas de carenagem 60, 62 criam uma estrutura contínua em formato de arco que se estende ao longo do comprimento axial da carenagem interna 48. Conforme ilustrado, o avental 58 compreende adicionalmente um composto de vedação nas bordas do vão 52 entre as paredes de bifurcação 50 e o avental 58. Um exemplo do composto de vedação é o selo hermético 64; todavia, outros compostos que fornecem uma vedação macia e flexível entre tais interfaces são previstas. Também, como mostrado, cada uma das portas de carenagem dianteira 60 circunscreve uma porção lateral oposta espelhada do motor dianteiro 10 de modo que as bordas inferiores das portas 60 se encontrem no ponto mais baixo da carenagem interna 48. [014] De acordo com a Figura 4, o avental 58 compreende articulações de apoio 66 e trilhos 68 para atuar as portas de carenagem 60, 62. As portas de carenagem dianteira 60 se acoplam ao avental 58 por meio de dobradiças 66 e são configuradas de modo que as dobradiças 66 criem um ponto pivô, que permite que as portas 60 girem para cima e para longe do motor 10 durante a manutenção. De modo similar, os trilhos 68 permitem o acoplamento da porta de carenagem traseira 62 com o avental 58 de modo que a porta 62 possa ser transladada de modo axial, por exemplo deslizando, ao longo do comprimento do motor 10 a partir de uma posição dianteira para uma posição traseira, em relação ao avental 58 e ao motor 10, durante a manutenção, Na presente configuração, ambas as dobradiças 66 e trilhos 68 são feitos a partir de materiais adequados robustos o bastante para sustentar as cargas de suas respectivas portas de carenagem 60, 62 durante operações de manutenção ou voo. [015] O avental 58 ainda compreende adicionalmente um colar 72 que está contíguo ao conjunto de pilão 38. O avental 58 ainda compreende adicionalmente pelo menos uma abertura que permite uma conexão atravessante ao motor 10. Conforme ilustrado, o colar 72 inclui uma abertura de colar 74, em que o suporte do motor 42 atravessa para prender o motor 10 à estrutura primária de pilão 40. O avental 58 é mostrado tendo aberturas adicionais 76 para as linhas de conexão 54, entretanto, é previsto que conexões adicionais podem ser permitidas para atravessar a abertura de colar 74. [016] O colar 72 compreende adicionalmente uma estrutura de vedação 78 que corresponde e circunscreve a abertura de colar 74. A estrutura de vedação 78 é configurada de modo que, quando o colar 72 está contíguo ao conjunto de pilão 38, a estrutura de vedação 78 vede a abertura de colar 74 relativa ao conjunto de pilão 38. A estrutura de vedação 78 pode compreender qualquer material adequado macio e flexível capaz de formar uma vedação substancialmente à prova de ar e intempéries. [017] De acordo com a Figura 5, o avental 58 compreende adícionalmente montagens de avental 70 para acoplar estruturalmente o avental 58 ao motor 10. Nesse sentido, o motor 10 sustenta o peso da carenagem interna 48, que é estruturalmente independentemente do conjunto de pilão 38. As montagens de avental 70 compreendem materiais adequados para sustentar o peso combinado do avental 58, das portas de carenagem dianteira 60, e da porta de carenagem traseira 62, tal como quaisquer forças temporárias aplicadas à carenagem interna 48 durante operações de manutenção ou voo. Configurações alternativas de montagens de avental 70 são previstas. [018] Durante a operação de voo, uma carenagem interna 48 que circunscreve um motor 10 que fornece empuxo para uma aeronave, experimentará cargas gravitacionais e de deslocamento. As cargas gravitacionais, ou o peso da carenagem interna 48, são transmitidas a partir das portas de carenagem 60, 62, através do avental 58, para o motor 10 pelas montagens de avental 70. A estrutura contínua em formato de arco do avental 58 e das portas de carenagem 60, 62 fornece um projeto estruturalmente eficiente para transmitir o peso da carenagem interna 48. [019] As cargas de deslocamento que atuam sobre a carenagem interna 48 originam, principalmente, de efeitos de corrente de ar, turbulência, e vibração dos motores 10. Enquanto as montagens de avental 70 podem fornecer rigidez estrutural e efeitos de amortecimento, a carenagem interna 48 ainda é ligeiramente deslocada em relação ao conjunto de pilão 38. Esse deslocamento é levado em conta na interface até o conjunto de pilão 38, pelo selo hermético 64 no avental e nas paredes de bifurcação 50 e a estrutura de vedação 78 no colar 72 e o conjunto de pilão 38. O material macio e flexível de cada vedação 64, 78 permite o deslocamento sem a separação em cada interface. Adicionalmente, a estrutura contínua em formato de arco do avental 58 e das portas de carenagem 60, 62 fornece um projeto estruturalmente eficiente para suportar deformações ou deflexões sob cargas de deslocamento. [020] Muitas outras realizações e configurações possíveis além das mostradas nas figuras acima são contempladas pela presente revelação. Por exemplo, uma realização da invenção contempla um avental 58 que circunscreve adicionalmente o motor 10 ou se estende adicionalmente de modo axial, removendo ou reduzindo a necessidade de portas de carenagem 60, 62 adicionais. Adicionalmente, uma multiplicidade de realizações que têm projetos alternativos de carenagem porta 60, 62 podem ser empregados, desde que a carenagem interna 48 seja ancorada estruturalmente a um avental 58 em cada uma das tais realizações. Adicionalmente, o projeto e a disposição dos diversos componentes podem ser rearranjados de modo que várias configurações diferentes possam ser realizadas. [021] As realizações aqui reveladas fornecem uma estrutura de carenagem interna para um motor de turbina. Uma vantagem que pode ser constatada nas realizações acima é que as realizações acima têm complexidade superior e vantagens de custo de projeto reduzido em relação aos tipos convencionais de estruturas de carenagem interna. Com a estrutura de montagem de avental proposta, no que concerne o motor, uma alta integridade estrutural da carenagem interna pode ser alcançada devido à força em formato de arco, ao mesmo tempo isolando estruturalmente a carenagem a partir de qualquer conexão direta com o pilão ou suporte de pilão. Ademais, levando em consideração os casos em que o carregamento dominante da carenagem interna é acionado por pressão, a estrutura contínua em formato de arco das realizações descritas é especialmente eficiente. [022] Outra vantagem que pode ser constatada nas realizações acima é que a carenagem interna fornece um meio para minimizar o efeito térmico do calor do motor no piso inferior do pilão devido à separação estrutural e à barreira de isolação entre o avental e as paredes de bifurcação. A criação dessa barreira de isolação também diminui o volume da zona de fogo do motor, o que beneficia outros subsistemas tais como detecção e supressão de fogo. [023] Adicionaimente, as realizações descritas têm vantagens superiores de peso em relação às estruturas de carenagem interna de tipo convencional. O projeto da estrutura de avental permite o desacoplamento da estrutura de carenagem interna do pilão ou suporte de pilão, o que torna desnecessário para o pilão suportar as cargas estruturais e desafios de deslocamento da carenagem interna devido ao empuxo do motor e às forças aerodinâmicas. Ademais, as temperaturas inferiores no pilão, conforme explicado acima, também permitem que materiais mais leves sejam utilizados, o que leva a estruturas simplificadas sem deslocar peso para outra áreas de um sistema de propulsão. Desse modo, o pilão e o suporte de pilão podem ser projetados, desenvolvidos e fabricados com materiais mais leves, alternativos, que não mais necessitam suportar as forças ou cargas termais que seriam, de outro modo, aplicadas nas interfaces do pilão. [024] Outra vantagem que pode ser constatada nas realizações acima é que a estrutura de avental também fornece um meio mais simples de vedar a carenagem interna acerca do motor. A vedação da carenagem interna adicionalmente reduz vazamentos no duto de ventoinha do motor, o que tem um efeito direto no consumo de combustível do motor. [025] Ao projetar componentes de aeronave, peso e tamanho são fatores importantes para abordar. As vantagens da estrutura de carenagem interna descritas acima resultam em um peso menor, tamanho menor e desempenho aprimorado do sistema de motor. Tamanho e peso reduzido tem relação com vantagens competitivas durante o voo. [026] A presente descrição escrita utiliza exemplos para revelar a invenção, que inclui o melhor modo, e também permite que qualquer pessoa versada na técnica pratique a invenção, que inclui criar e utilizar quaisquer dispositivos e sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos destinam-se a estar dentro do escopo das reivindicações se os mesmos têm elementos estruturais que não difiram da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluam elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais das linguagens literais das reivindicações.

Claims

1. ESTRUTURA DE CARENAGEM INTERNA (48), para circunscrever pelo menos uma porção de um motor a jato (10), que tem pelo menos um suporte do motor (42) acoplado a um pilão de motor (38, 40) que se estende a partir de uma asa de aeronave, sendo que a estrutura de carenagem interna (48) caracterizada pelo fato de que compreende: um avental (58) configurado para se montar diretamente ao motor (10) independentemente do pilão (38, 40) e por cima de uma porção superior do motor a jato (10); e um corpo interno (60, 62) configurado para circunscrever uma porção do motor a jato (10) não circunscrita pelo avental (58); em que o corpo de carenagem interno (60, 62) é acoplado ao avental (58) de modo que a combinação resultante do avental acoplado (58) e do corpo de carenagem interno (60, 62) definam uma estrutura arqueada que é estruturalmente independentemente do pilão (38, 40) e circunscreve completamente pelo menos uma porção do motor a jato (10).

2. ESTRUTURA DE CARENAGEM INTERNA (48), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o avental (58) compreende pelo menos uma abertura (74) através da qual uma conexão com o motor (10) é permitida.

3. ESTRUTURA DE CARENAGEM INTERNA (48), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o avental (58) compreende adicionalmente uma estrutura de vedação (78) que corresponde a pelo menos uma abertura (74) e veda a abertura (74) relativa ao pilão (38, 40).

4. ESTRUTURA DE CARENAGEM INTERNA (48), de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a estrutura de vedação (78) compreende um colar (72) que circunscreve a abertura (74) e termina em uma vedação (64) que está contígua ao pilão (38, 40).

5. ESTRUTURA DE CARENAGEM INTERNA (48), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a conexão compreende uma conexão de suporte do motor (42) entre o motor (10) e o pilão (38, 40).

6. ESTRUTURA DE CARENAGEM INTERNA (48), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o corpo de carenagem interno (60, 62) compreende uma porção dianteira (60) e uma porção traseira (62).

7. ESTRUTURA DE CARENAGEM INTERNA (48), de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a porção traseira (62) é montada para movimento deslizante para frente/para trás em relação ao avental (58).

8. ESTRUTURA DE CARENAGEM INTERNA (48), de acordo com a reivindicação 7 caracterizada pelo fato de que o avental (58) compreende adicionalmente um trilho de deslizamento (68) a qual a porção traseira (62) é acoplada de modo deslizante.

9. ESTRUTURA DE CARENAGEM INTERNA (48), de acordo com a reivindicação 7 caracterizada pelo fato de que a porção dianteira (60) compreende um par de portas, cada porta montada articuladamente no avental (58).

10. ESTRUTURA DE CARENAGEM INTERNA (48), de acordo com a reivindicação 9 caracterizada pelo fato de que cada uma das portas repousa em um lado oposto do motor (10).

11. CONJUNTO DE AERONAVE, caracterizado pelo fato de que compreende: uma asa; um pilão de motor (38, 40) montado na asa; um motor a jato (10) montado no pilão de motor (38, 40) com pelo menos uma conexão de suporte do motor (42); uma estrutura de carenagem interna (48) que compreende: um avental (58) montado diretamente no motor (10) independentemente do pilão (38, 40) e sobrejacente a uma porção superior do motor a jato (10); e um corpo de carenagem interno (60, 62) configurado para circunscrever uma porção do motor a jato (10) não circunscrita pelo avental (58); em que o corpo de carenagem interno (60, 62) é acoplado ao avental (58) de modo que a combinação resultante do avental acoplado (58) e do corpo de carenagem interno (60, 62) definam uma estrutura arqueada que é estruturalmente independentemente do pilão (38, 40) e circunscreve completamente pelo menos uma porção do motor a jato (10).

12. CONJUNTO DE AERONAVE, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o avental (58) compreende pelo menos uma abertura (74) através da qual uma conexão com o motor (10) é permitida.

13. CONJUNTO DE AERONAVE, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o avental (58) compreende adicionalmente uma estrutura de vedação (78) que corresponde a pelo menos uma abertura (74) e veda a abertura (74) relativa ao pilão (38, 40).

14. CONJUNTO DE AERONAVE, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a estrutura de vedação (78) compreende um colar (72) que circunscreve a abertura (74) e termina em uma vedação (64) que está contígua ao pilão (38, 40).

15. CONJUNTO DE AERONAVE, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a conexão compreende a conexão de suporte do motor (42).

16, CONJUNTO DE AERONAVE, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o corpo de carenagem interno (60, 62) compreende uma porção dianteira (60) e uma porção traseira (62).

17, CONJUNTO DE AERONAVE, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a porção traseira (62) é montada para o movimento deslizante para frente/para trás em relação ao avental (58),

18, CONJUNTO DE AERONAVE, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o avental (58) compreende adicionalmente um trilho de deslizamento (68) a qual a porção traseira (62) é acoplada de modo deslizante.

19, CONJUNTO DE AERONAVE, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a porção dianteira (60) compreende um par de portas, cada porta montada articuladamente no avental (58).

20, CONJUNTO DE AERONAVE, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que cada uma das portas repousa em um lado oposto do motor (10).