BR102016007537B1

BR102016007537B1 - Conjunto de superfície aerodinâmica, e, método para intensificar desempenho aerodinâmico

Info

Publication number: BR102016007537B1
Application number: BR102016007537-8A
Authority: BR
Inventors: Edward A. Whalen; Michael DeSalvo; Ari Glezer
Original assignee: The Boeing Company
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2016-04-05
Publication date: 2022-12-06
Also published as: CN106081069A; US20160318602A1; RU2016105307A3; US10507906B2; EP3088300B1; AU2016201107A1; RU2718766C2; AU2016201107B2; CN106081069B; RU2016105307A; EP3088300A1; BR102016007537A2

Abstract

CONJUNTO DE SUPERFÍCIE AERODINÂMICA, E, MÉTODO PARA INTENSIFICAR DESEMPENHO AERODINÂMICO. Um conjunto de superfície aerodinâmica é provido para facilitar controle do fluxograma sobre a superfície aerodinâmica. O conjunto de superfície aerodinâmica inclui uma superfície aerodinâmica definindo uma linha moldada externa sobre a qual um fluido deve escoar em uma direção a jusante. A linha moldada externa define um contorno suave que é interrompido pela região de descida, que é inserida em relação ao contorno suave definido pela linha moldada externa a montante da mesma. A superfície aerodinâmica define um orifício que se abre para a região de descida. O conjunto de superfície aerodinâmica pode também incluir uma projeção se estendendo da linha moldada externa da superfície aerodinâmica a montante do orifício. A projeção se estende em direção a jusante e, pelo menos parcialmente, sobre o orifício. O conjunto de superfície aerodinâmica pode ainda incluir um atuador fluídico definindo um par de passagens curvas se estendendo de uma região de entrada e que fica em comunicação fluídica com o orifício.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] Uma modalidade exemplificativa da presente invenção refere- se, de modo geral, a um conjunto de superfície aerodinâmica e, mais particularmente, a um conjunto de superfície aerodinâmica que define um ou mais orifícios de atuação aerodinâmica para facilitar controle de fluxo ativo do campo de fluxo próximo à superfície aerodinâmica.

FUNDAMENTOS

[002] Superfícies aerodinâmicas são empregadas em uma variedade de aplicações, como flapes e outras superfícies de controle de uma aeronave. No uso, o fluido flui sobre a superfície aerodinâmica de modo a estabelecer um campo de fluxo. Em alguns casos, o campo de fluxo que passa próximo à superfície aerodinâmica pode ser alterado de modo controlado de modo a modificar o desempenho provido pela superfície aerodinâmica. Por exemplo, uma superfície aerodinâmica pode empregar controle de fluxo ativo para injetar fluido ou momento no campo de fluxo passando próximo à superfície aerodinâmica. Algumas formas tradicionais de controle de fluxo ativo incluem insuflação ou sucção de um fluido, insuflação ou sucção pulsada de um fluido e jatos sintéticos. Controle de fluxo ativo tem sido provido também por osciladores fluídicos que geram jatos auto-oscilantes de modo a prover oscilação espacial e temporal. Como resultado do controle de fluxo ativo, o campo de fluxo é alterado de modo controlado que, correspondentemente, modifica o desempenho resultante provido pela superfície aerodinâmica, bem como, o desempenho do veículo ou outra estrutura que incorpora a superfície aerodinâmica. Com relação a isto, a injeção de fluido ou momento em um campo de fluxo pode mitigar a separação parcial ou completa de fluxo do campo de fluxo e superfície aerodinâmica, facilitando, desse modo, aumento de desempenho.

[003] Controle de fluxo ativo sobre superfícies de sustentação tem focalizado primariamente na mitigação de separação completa ou parcial de fluxo sobre flapes estolados ou seções de asa, em um caso no qual as camadas separadas por cisalhamento são dominadas por um forte acoplamento à instabilidade da esteira, o que conduz à formação nominalmente periódica e separação de vórtices de grande escala. Desse modo, a manipulação e controle de separação de uma superfície aerodinâmica têm sido baseados, tipicamente, na receptividade em faixa estreita do fluxo de separação dominado por esteira relativo à atuação externa a uma frequência correspondente à instabilidade da esteira próxima. Esta atuação induz uma deflexão tipo Coanda dos vórtices desapegados em direção à superfície do aerofólio estolado. Uma abordagem alternativa para redução de separação de fluxo, o qual é desacoplado das instabilidades globais de fluxo (esteira) é uma modificação da forma aerodinâmica aparente da superfície que altera o gradiente de pressão ao longo da corrente a montante da separação. Nesta abordagem, atuação é afetada pela formação de um domínio de interação controlada de vorticidade aprisionada entre um atuador fluídico montado na superfície e o fluxo cruzado sobre a superfície aerodinâmica. Sob esta abordagem, controle é obtido pelo uso de atuação tendo frequências que são, pelo menos, de uma ordem de grandeza maior do que a frequência característica de esteira e são, portanto, desacopladas das instabilidades de fluxo globais. Desse modo, o controle de fluxo é, vantajosamente, afetado não só quando o fluxo na linha de base é separado, mas também quando porções significativas do fluxo são anexadas, como durante condições de cruzeiro a ângulos baixos de ataque. Entretanto, controle de fluxo ativo provido por osciladores fluídicos tem níveis variáveis de eficiência e efetividade, com alguns osciladores fluídicos tendo uma pegada relativamente grande.

[004] Com relação a aeronaves, algumas delas, como aeronave de transporte, empregam sistemas de alta sustentação que influenciam o projeto e desempenho da aeronave. Com relação a isto, características de desempenho, como peso máximo de decolagem, comprimento necessário de pista e velocidades de estol são impactadas pelos sistemas de alta sustentação. Historicamente, sistemas de alta sustentação têm incluindo projetos complexos de múltiplos elementos com mecanismos intrincados de posicionamento para aumentar o desempenho e eficiência. Embora sistemas de alta sustentação tenham sido simplificados, sistemas de alta sustentação podem ainda ser melhorados em termos de peso, número de partes, custo de fabricação e/ou eficiência de cruzeiro. Desse modo, controle de fluxo ativo tem sido considerado como uma opção para melhorar o desempenho de alta sustentação. Com relação a isto, controle de fluxo ativo pode possibilitar maiores níveis de desempenho, como um maior coeficiente de sustentação CL, com complexidade reduzida. Entretanto, a maneira de implementar controle de fluxo ativo de modo eficiente e efetivo para sistemas de alta sustentação ainda não foi resolvida.

BREVE SUMÁRIO

[005] Um conjunto de superfície aerodinâmica é provido de acordo com uma modalidade exemplificativa para facilitar controle de fluxo sobre a superfície aerodinâmica. Pelo controle de fluxo sobre a superfície aerodinâmica, como pela utilização de controle de fluxo ativo, separação de fluxo da superfície aerodinâmica pode ser mitigada. Adicionalmente, o conjunto de superfície aerodinâmica pode prover controle de fluxo de uma maneira que facilita outras características de desempenho aperfeiçoadas, como um maior coeficiente de sustentação.

[006] Em uma modalidade exemplificativa, um conjunto de superfície aerodinâmica é provido, incluindo uma superfície aerodinâmica definindo uma linha moldada externa sobre a qual um fluido deve escoar em uma direção descendente. A linha moldada externa define um contorno suave que é interrompido pela região de descida que é inserida em relação ao contorno suave definido pela linha moldada externa a montante da mesma. A superfície aerodinâmica define um orifício que se abre para a região de descida. O conjunto de superfície aerodinâmica desta modalidade exemplificativa inclui ainda uma projeção se estendendo da linha moldada externa da superfície aerodinâmica a montante do orifício. A projeção se estende em direção a jusante e, pelo menos parcialmente, sobre o orifício.

[007] O orifício de uma modalidade exemplificativa se estende em uma direção tendo uma componente direcional em direção a jusante. Em uma modalidade, o orifício define um estrangulamento tendo uma forma curva que define uma direção de fluxo que se estende crescentemente em direção a jusante, à medida que o estrangulamento transita de dentro da superfície aerodinâmica em direção a uma saída do orifício. A projeção desta modalidade define uma porção do estrangulamento do orifício, incluindo a forma curva do orifício.

[008] A região de descida de uma modalidade exemplificativa transita suavemente para o contorno suave da linha moldada externa a jusante do orifício. A projeção de uma modalidade exemplificativa se estende sobre o orifício, de modo que este não seja visível quando observado em uma direção perpendicular à linha moldada externa na região de descida. Em uma modalidade, a superfície aerodinâmica define uma pluralidade de orifícios disposta em um arranjo linear. O conjunto de superfície aerodinâmica desta modalidade exemplificativa inclui uma pluralidade de projeções, como cada uma delas se estendendo, pelo menos parcialmente. Sobre um respectivo orifício. A pluralidade de orifícios desta modalidade exemplificativa pode ser disposta em um primeiro e segundo arranjos lineares, com o segundo arranjo linear ficando a jusante do primeiro arranjo linear. Os orifícios do segundo arranjo linear podem ser lateralmente desviados em relação aos orifícios do primeiro arranjo linear.

[009] O conjunto de superfície aerodinâmica de uma modalidade exemplificativa inclui ainda um atuador fluídico definindo um par de passagens curvas que se estende de uma região de entrada para uma cavidade de interação que fica em comunicação fluídica com o orifício. As passagens curvas do atuador fluídico esta modalidade exemplificativa pode incluir também uma câmara de pressão definida de modo a se estender através da superfície aerodinâmica. A região de entrada do atuador fluídico desta modalidade exemplificativa fica em comunicação fluídica com a câmara de pressão, de modo a receber fluido da câmara de pressão que é então direcionado através do orifício.

[0010] Em outra modalidade exemplificativa, uma superfície aerodinâmica é provida, incluindo uma superfície aerodinâmica definindo uma linha moldada externa através da qual um fluido deve escoar em uma direção a jusante. A linha moldada externa define um contorno suave interrompido por uma região de descida que é inserida em relação ao contorno suave definido pela linha moldada externa a montante da mesma. A superfície aerodinâmica define um orifício se abrindo para a região de descida. O conjunto de superfície aerodinâmica inclui ainda um atuador fluídico definindo um par de passagens curvas que se estende de uma região de entrada e que fica em comunicação fluídica com o orifício para permitir que o fluido atravesse as passagens curvas e saia através do orifício.

[0011] O atuador fluídico de uma modalidade exemplificativa define ainda uma cavidade de interação a montante do orifício. A cavidade de interação é configurada para receber fluido do par de passagens curvas e ficar em comunicação fluídica com o orifício. As passagens curvas do atuador fluídico podem ter uma geometria de ferradura. O conjunto de superfície aerodinâmica de uma modalidade exemplificativa inclui também uma câmara de pressão definida de modo a se estender através da superfície aerodinâmica. A região de entrada do atuador fluídico fica em comunicação fluídica com a câmara de pressão, de modo a receber fluido da câmara de pressão que é, então, dirigido através do orifício.

[0012] O orifício de uma modalidade exemplificativa se estende em uma direção tendo uma componente direcional em uma direção a jusante. Em uma modalidade exemplificativa, o orifício define um estrangulamento tendo uma forma curva que define uma direção de fluxo que se estende crescentemente em uma direção a jusante nas transições de estrangulamento, de dentro da superfície aerodinâmica em direção a uma saída do orifício. A superfície aerodinâmica de uma modalidade exemplificativa inclui ainda uma projeção se estendendo da linha moldada externa da superfície aerodinâmica a montante do orifício. A projeção se estende em direção a jusante, pelo menos parcialmente, sobre o orifício. A projeção define uma porção do estrangulamento do orifício, incluindo a forma curva do orifício. A projeção de uma modalidade exemplificativa se estende sobre o orifício de modo que o orifício não seja visível ao ser observado em uma direção perpendicular à linha moldada externa na região de descida. A região de descida de uma modalidade exemplificativa transita suavemente para o contorno suave da linha moldada externa a jusante da abertura.

[0013] A invenção pode envolver um conjunto de superfície aerodinâmica que pode incluir uma superfície aerodinâmica definindo uma linha moldada externa sobre a qual um fluido deve fluir em uma direção a jusante, em que a linha moldada externa define um contorno suave interrompido por uma região de descida que é inserida em relação ao contorno suave definido pela linha moldada externa a montante da mesma, em que a superfície aerodinâmica define um orifício se abrindo para a região de descida; e uma projeção se estendendo da linha moldada externa da superfície aerodinâmica a montante do orifício, em que a projeção se estende em direção a jusante, pelo menos parcialmente, sobre o orifício. O orifício pode se estender em uma direção tendo uma componente direcional em direção a jusante. O orifício pode definir uma garante tendo uma forma curva que define uma direção de fluxo que se estende crescentemente em direção a jusante, à medida que o estrangulamento transita de dentro da superfície aerodinâmica em direção a uma saída do orifício. Cada uma dessas características pode realçar a eficiência e a sustentabilidade da operação do sistema aerodinâmico de alta sustentação. A projeção pode definir uma porção do estrangulamento do orifício incluindo a forma curva do orifício. A região de descida pode transitar suavemente para o contorno suave da linha moldada externa a jusante do orifício. A projeção pode se estender sobre o orifício de modo que este não seja visível quando observado em uma direção perpendicular à linha moldada externa na região de descida. A superfície aerodinâmica pode definir uma pluralidade de orifícios disposta em um arranjo linear, em que ao conjunto de superfície aerodinâmica compreende uma pluralidade de projeções, e em que cada projeção se estende, pelo menos parcialmente, sobre um respectivo orifício. A pluralidade de orifícios pode ser disposta em primeiro e segundo arranjos lineares, em que o segundo arranjo linear fica a jusante do primeiro arranjo linear, e em que os orifícios do segundo arranjo linear são lateralmente desviados em relação aos orifícios do primeiro arranjo linear. O conjunto de superfície aerodinâmica pode incluir ainda um atuador fluídico definindo um par de passagens curvas que se estende de uma região de entrada para uma cavidade de interação em comunicação fluídica com o orifício. As passagens curvas do atuador fluídico podem ter uma geometria de ferradura. A superfície aerodinâmica também pode incluir uma câmara de pressão definida de modo a se estender através da superfície aerodinâmica, em que a região de entrada do atuador fluídico fica em comunicação fluídica com a câmara de pressão de modo a receber fluido da mesma que, então, é dirigido através do orifício. O orifício pode se estender em uma direção tendo uma componente direcional em direção a jusante. O orifício pode definir um estrangulamento tendo uma forma curva que define uma direção de fluxo que se estende crescentemente em direção a jusante, à medida que o estrangulamento transita de dentro da superfície aerodinâmica em direção a uma saída do orifício. O conjunto de superfície aerodinâmica pode incluir ainda uma projeção se estendendo da linha moldada externa da superfície aerodinâmica a montante do orifício, em que a projeção se estende em direção a jusante, pelo menos parcialmente, sobre o orifício, e em que a projeção define uma porção do estrangulamento do orifício incluindo a forma curva do orifício. A projeção pode se estender sobre o orifício de modo que este não seja visível quando observado em uma direção perpendicular à linha moldada externa na região de descida.

[0014] A invenção pode envolver um método para intensificar o desempenho aerodinâmico, o método podendo incluir estabelecer um campo de fluxo sobre uma linha moldada externa de uma superfície aerodinâmica em uma direção a jusante, em que a linha moldada externa define um contorno suave interrompido por uma região de descida que é inserida em relação ao contorno suave definido pela linha moldada externa a montante do mesmo, em que a superfície aerodinâmica define um orifício se abrindo na região de descida; e ejetar fluido através do orifício e para o campo de fluxo, em que a ejeção de fluido através do orifício compreende direcionar o fluido de uma região de entrada para um par de passagens curvas de um atuador fluídico, em que as passagens curvas ficam em comunicação fluídica com o orifício, de modo que o fluido que passa através das passagens curvas saia através do orifício.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] Tendo sido descritas certas modalidades exemplificativas da presente invenção em termos gerais, será feita adiante referência aos desenhos anexos, que não estão necessariamente em escala, e em que: a figura 1 é uma vista em perspectiva de um conjunto de superfície aerodinâmica que inclui uma pluralidade de orifícios configurada para prover controle de fluxo ativo de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção; a figura 2 é uma vista de seção transversal de uma porção do conjunto de superfície aerodinâmica da figura 1 tomada ao longo da linha 2-2 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção; a figura 3 é uma vista lateral de seção transversal da superfície aerodinâmica da figura 1 tomada ao longo da linha 2-2, na qual a porção do conjunto de superfície aerodinâmica ilustrada na figura 2 é colocada no contexto com relação ao restante da superfície aerodinâmica de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção; a figura 4 é uma vista plana ilustrando a estrutura de um atuador fluídico disposto dentro de uma superfície aerodinâmica de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção; e a figura 5 é uma vista lateral de uma superfície aerodinâmica tendo um flape na borda posterior e uma borda dianteira pendente, na qual o orifício é posicionado em uma curva da superfície aerodinâmica de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0016] A presente invenção será descrita agora com mais detalhe com referência aos desenhos anexos, nos quais alguns, mas não todos os aspectos estão mostrados. Sem dúvida, a invenção pode ser feita em muitas formas diferentes, não devendo considerar-se como limitada aos aspectos aqui apresentados. Ao contrário, estes aspectos são providos de modo que esta invenção satisfaça requisitos legais aplicáveis. Números iguais se referem a elementos iguais por todo o relatório.

[0017] Com referência agora à figura 1, é ilustrado um exemplo de uma superfície aerodinâmica 10 pode ser configurada de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção. A superfície aerodinâmica 10pode ser uma asa ou outra superfície de controle de uma aeronave, como representado pela porção ilustrada na figura 1. Entretanto, a superfície aerodinâmica 10 pode ser utilizada em uma ampla variedade de outras aplicações, incluindo superfícies aerodinâmicas de outros tipos de veículos, bem como, outros tipos de estruturas. Para fins exemplificativos, mas não de limitação, uma superfície aerodinâmica 10 que serve como uma asa ou outra superfície de controle de uma aeronave será descrita adiante com um exemplo mais particular sendo provido de uma superfície aerodinâmica de uma aeronave configurada para implementar um sistema de alta sustentação, de modo a ter características de desempenho aperfeiçoadas, como peso máximo de decolagem, comprimento necessário de pista e velocidades de estol.

[0018] A superfície aerodinâmica 10 inclui uma linha moldada externa 12 sobre a qual um fluido deve fluir em uma direção a jusante 14, como da borda dianteira 16 da superfície aerodinâmica para a borda posterior 18da superfície aerodinâmica, como estabelecido pela direção de movimentação da superfície aerodinâmica através do campo de fluxo. A linha moldada externa 12 define um contorno suave que é interrompido por uma região de descida 20, como mostrado na figura 1 e também nas figuras 2 e 3. O contorno suave definido pela linha moldada externa 12 estabelece uma superfície curva suavemente curvada sem qualquer borda íngreme, pelo menos na vizinhança da região de descida 20, como naquela região próxima à região de descida sobre ambos os lados de montante e jusante da região de descida. A região de descida 20 é inserida em relação ao contorno suave definido pela linha moldada externa 12 a montante da região de descida, como por 0,8 mm em uma modalidade exemplificativa. Com relação a isto, o contorno suave definido por aquelas porções da linha moldada externa 12 imediatamente a montante e jusante da região de descida 20 seria posicionado exteriormente à região de descida, conforme mostrado pela continuação tracejada da linha moldada externa da figura 2. Em outras palavras, a região de descida 20 é posicionada interiormente ao contorno suave definido, de outro modo, pela linha moldada externa 12 na localização da região de descida.

[0019] Conforme mostrado nas figuras 1-3, a superfície aerodinâmica 10 define também um orifício 22 se abrindo para a região de descida 20. Na modalidade ilustrada na figura 1, por exemplo, a superfície aerodinâmica 10 inclui primeiro e segundo arranjos lineares 40, 42 de orifícios, como descrito abaixo em mais detalhe. O orifício 22 se estende de dentro do interior da superfície aerodinâmica 10 até uma saída dentro da região de descida 20. O orifício 22 da modalidade ilustrada se estende em uma direção tendo uma componente direcional na direção a jusante 14. Com relação a isto, o orifício se estende a um ângulo de modo a se estender em uma direção tendo componentes direcionais, ambas em uma direção perpendicular àquela porção da superfície aerodinâmica imediatamente a montante da região de descida 20 e em direção a jusante 14. Desse modo, o orifício é inclinado em direção a jusante. O orifício de ser inclinado de modo a definir vários ângulos de orientação. Com o orifício de uma modalidade exemplificativa sendo definido como tendo um ângulo de 45 graus em relação à direção a jusante 14.

[0020] O orifício 22 de uma modalidade exemplificativa define um estrangulamento tendo uma forma curva, incluindo tanto formas suavemente curvas, como chanfradas, que define uma direção de fluxo que se estende crescentemente em direção a jusante 14 à medida que o estrangulamento transita de dentro da superfície aerodinâmica em direção à saída do orifício. Desse modo, em uma localização próxima à entrada do orifício 22 dentro da superfície aerodinâmica 10, a direção de fluxo definida pela linha central do estrangulamento pode ficar, aproximadamente, a 45 graus em relação à direção de jusante 14. Entretanto, em localizações mais próximas à saída do orifício 22, a direção de fluxo definida pela linha central do estrangulamento tem uma componente direcional progressivamente maior na direção perpendicular à direção a jusante, de modo que, ao sair do orifício, a direção de fluxo seja paralela à superfície aerodinâmica 10 imediatamente a jusante da região de descida 20 ou tem apenas um ângulo muito pequeno, como 10 ou 5 graus, em relação à superfície aerodinâmica imediatamente a jusante da região de descida.

[0021] Pelo direcionamento de modo controlável do fluido através do orifício 22 e para o campo de fluxo imediatamente a jusante da região de descida 20, o campo de fluxo pode ser alterado de modo controlado, como pela mitigação da separação parcial ou completa do fluxo proveniente da superfície aerodinâmica 10 a jusante da região de descida. De modo a facilitar a transição do fluido da saída do orifício 22, a região de descida 20 de uma modalidade exemplificativa transita suavemente para o contorno suave da linha moldada externa 12 a jusante do orifício, como pela definição de uma curva suave entre elas. Em uma modalidade exemplificativa, a região de descida 20 define uma superfície linear a jusante do orifício 22 que transita suavemente para o contorno suave da linha moldada externa 12 a jusante do orifício.

[0022] Como também mostrado na figura 2, o conjunto de superfície aerodinâmica de uma modalidade exemplificativa inclui uma projeção 24.A projeção se estende da linha moldada externa 12 da superfície aerodinâmica 10 a montante do orifício 22. A projeção 24 se estende em direção a jusante 14 de modo a se estender, pelo menos parcialmente, sobre o orifício 22. Como ilustrado, a superfície externa da projeção 24 pode acompanhar e continuar o contorno suave definido pela linha moldada externa 12 da superfície aerodinâmica, pelo menos parcialmente, sobre o orifício 22 que se abre através da região de descida 20. Embora a extremidade de jusante da projeção 24 possa ser uma borda íngreme, a extremidade de jusante da projeção de uma modalidade exemplificativa é formada por uma superfície plana, como uma superfície plana tendo uma altura de 0,25 mm, para facilitar a maior precisão dimensional durante o processo de fabricação. Internamente, a projeção 24 de uma modalidade exemplificativa define uma porção do estrangulamento do orifício 22, incluindo a forma curva do orifício. Com relação a isto, a superfície interna da projeção 24 pode transitar suavemente, como pela definição de superfície interna suavemente curvada ou chanfrada, de cujo ângulo o orifício 22 se estende de dentro da superfície aerodinâmica 10 para um ângulo que se estende crescentemente em direção a jusante 14 à medida que o estrangulamento se aproxima da saída do orifício. Embora a superfície interna chanfrada da projeção24 possa definir vários ângulos em relação à linha moldada externa 12 próximos à região de descida 20, a superfície interna chanfrada da projeção de certas modalidades exemplificativas pode definir um ângulo de 26 graus, 37 graus ou 45 graus.

[0023] A projeção 24 pode se estender parcialmente sobre o orifício 22 que se abre através da região de descida 20. Entretanto, a projeção 24 de uma modalidade exemplificativa se estende sobre o orifício 22 de modo que o orifício não seja visível quando observado em uma direção perpendicular à linha moldada externa 12 na região de descida 20. Em vez disso, a transição suave da direção de fluxo definida pelo estrangulamento do orifício 22 faz com que a saída do orifício fique voltada em direção a jusante 14 e não seja visível, ou apenas parcialmente visível, quando observada em uma direção perpendicular à linha moldada externa 12, como resultado da extensão da projeção sobre o orifício.

[0024] Conforme mostrado na figura 4, na qual o interior da superfície aerodinâmica 10 é ilustrado, o conjunto de superfície aerodinâmica de uma modalidade exemplificativa inclui ainda um ou mais atuadores fluídicos 23 (três dos quais estão mostrados na figura 4). O atuador fluídico 23 provê o fluxo de fluido através do orifício 22 e para o campo de fluxo que passa sobre a superfície aerodinâmica 10 (como em uma direção, geralmente, para a página da figura 4). Como descrito abaixo, o atuador fluídico 23 de uma modalidade exemplificativa é configurado para prover auto-oscilação do fluido, de modo que o fluido que sai pelo orifício 22 oscile lateralmente, para trás e para frente em uma direção da envergadura ao longo da largura da saída do orifício, como mostrado pelas setas duplas 25 na figura 4. A auto-oscilação do fluido provê a vantagem técnica de aumentar o desempenho aerodinâmico por facilitar ainda mais o entrosamento controlado do fluido saindo pelo orifício com o campo de fluido. O atuador fluídico 23 pode fazer com que o fluido oscile na direção da envergadura 25 a várias frequências, como a uma frequência de 6kHz em uma modalidade exemplificativa. Como resultado da frequência de oscilação do atuador ser suficientemente alta, flutuações induzidas pelo atuador fluídico 23 no campo de fluido são desacopladas da instabilidade de esteira próxima da superfície aerodinâmica 10. Em uma modalidade exemplificativa, a frequência de oscilação do atuador 23 é, pelo menos 10 vezes maior do que a frequência característica da estrutura de fluxo que deve ser controlada, que, por sua vez, pode ser determinada por um comprimento e velocidade característicos, por exemplo, a corda de um aerofólio e a velocidade de ar em corrente livre.

[0025] O atuador fluídico 23 de uma modalidade exemplificativa ilustrada na figura 4 define um par de passagens curvas 26. As passagens curvas 26 podem ser definidas, pelo menos parcialmente, por um defletor ou bloqueador arqueado 27, por exemplo, curvo, que força o fluido que entra nas passagens a seguir um caminho curvo ao redor do defletor ou bloqueador. Cada passagem 26 pode ser identicamente dimensionada e modelada em relação a outras passagens e cada passagem pode ser abaulado ou curvada por uma mesma quantidade em relação à linha central 28 que se estende entre as passagens, uma das quais está ilustrada na figura 4. O abaulamento ou curvatura das passagens 26 se estende em direções opostas a partir da linha central 28, conforme mostrado na figura 4. Desse modo, as passagens curvas 26 do atuador fluídico 23 definem uma geometria de ferradura com par de passagens definindo uma abertura em forma de U em direção à linha moldada externa da superfície aerodinâmica 10. Embora um par de passagens curvas 26 esteja ilustrado na modalidade ilustrada e descrito aqui, o atuador fluídico 23 pode incluir passagens curvas adicionais em outras modalidades exemplificativas.

[0026] As passagens curvas 26 se estendem de uma região de entrada 30 até uma cavidade de interação 32. A região de entrada 30 fica em comunicação fluídica com ambas as passagens 26, como ao final das passagens onde as passagens se unem para definir a forma em U. A cavidade de interação 32 fica em comunicação fluídica com o orifício 22, como por ficar imediatamente a montante do orifício em termos da direção na qual o fluido escoa através das passagens curvas 26. Do mesmo modo que as passagens 26 e o defletor ou bloqueio 27, a cavidade de interação 32 também é curvada. Desse modo, o atuador fluídico 23, incluindo as passagens 26, o defletor ou bloqueio 27 e a cavidade de interação 32 são curvados em uma modalidade exemplificativa.

[0027] O fluido entra nas passagens curvas 26 via a região de entrada 30. Em uma modalidade exemplificativa, o conjunto de superfície aerodinâmica inclui uma câmara de pressão 34, como uma câmara de pressão definida dentro e se estendendo através da superfície aerodinâmica 10, conforme mostrado na figura 3, na qual o atuador fluídico da figura 2 é colocado no contexto da superfície aerodinâmica. Nesta modalidade exemplificativa, a região de entrada 30 do atuador fluídico fica em comunicação fluídica com a câmara de pressão 34 de modo a receber fluido proveniente da câmara de pressão que é, então, direcionado através do orifício 22. Desse modo, fluido pode ser direcionado através da câmara de pressão 34 e, por sua vez, para a região de entrada 30 do atuador fluídico. O fluido recebido pela região de entrada 30 do atuador fluídico é dividido e flui através do par de passagens curvas 26 antes de se combinar dentro da cavidade de interação 32 e, depois, passa através do estrangulamento do orifício 22 antes de ser ejetado via a saída do orifício, de modo a interagir com o campo de fluxo a jusante da região de descida 20.

[0028] O fluido entra na cavidade de interação 32 pelas passagens curvas 26, via as respectivas entradas inclinadas 33. Cada passagem de um par de passagens curvas 26 fica em comunicação com uma respectiva entrada inclinada 33. Cada entrada inclinada 33 introduz fluido na cavidade de interação 32 com componentes direcionais se estendendo ascendentemente (na orientação da figura 4) em direção ao orifício 22 e, para dentro, em direção à linha central 28. Como resultado da recombinação do fluido que escoou através do par de passagens curvas 26 dentro da cavidade de interação 32, incluindo a recombinação do fluido tendo componentes direcionais que se estendem para dentro das entradas inclinadas 33 em direção à linha central 28 pelas direções opostas, o fluido que passa através do orifício 22 e sai do mesmo oscila, como em uma direção lateral perpendicular à direção de fluxo do fluido. Esta oscilação do fluido, que sai pelo orifício 22 e interage com o campo de fluxo, provê maior controle do campo de fluxo e melhoramentos em relação às características de desempenho associadas a um sistema de alta sustentação, como um melhor coeficiente de sustentação CL. Com relação a isto, o fluido que sai do orifício 22 resulta em maior extensão de entrosamento de fluxo ao longo da superfície aerodinâmica 10 e, assim, maior sucção, levando a maior sustentação.

[0029] A região de descida 20 e, consequentemente, o orifício 22, pode ser localizada em várias posições ao longo da linha moldada externa 12 da superfície aerodinâmica 10. Um exemplo da localização do orifício em relação a uma superfície aerodinâmica 10 está o contexto de uma superfície aerodinâmica que inclui uma curvatura, na qual a superfície aerodinâmica tem uma mudança mais abrupta na direção do que em outras porções da mesma superfície aerodinâmica. Com relação a isto, a figura 5 ilustra um exemplo de uma superfície aerodinâmica 10 na forma de uma superfície de controle de aeronave 50 tendo uma borda dianteira pendente 52 e um flape na borda posterior 54 que a curvatura sendo definida entre a flape na borda posterior e a porção da superfície de controle de aeronave a montante do flape de borda posterior, com um ângulo de deflexão, no local, entre 20 e 40 graus, por exemplo. Em uma modalidade exemplificativa, a região de descida 20e o orifício 22 que se abre através da região de descida são localizados coincidentemente coma curva definida pela superfície de controle de aeronave 50. Com relação à superfície de controle de aeronave 50 da figura 5 tendo uma borda dianteira pendente 52 e um flape de borda posterior 54, a região de descida 20 e o orifício 22 que se abre através da mesma, podem ser localizadas na curva 56 na qual o flape de borda posterior é unido ao restante da superfície de controle de aeronave do flape de borda posterior. O fluido saindo do orifício 22 na curva 66 pode definir um ângulo de inclinação, como um ângulo de inclinação de entre 26 graus e 37 graus em relação à tangente superficial local.

[0030] A localização do orifício 22 na curva 56 de uma superfície aerodinâmica 10 provê vantagens técnicas pelo fato do fluxo saindo pelo orifício e se misturando com o campo de fluxo próximo à superfície aerodinâmica cria um pico de sucção próximo à curva e altera de modo controlável o campo de fluxo e, vantajosamente, impacta o desempenho da superfície aerodinâmica. Mais particularmente, o fluxo saindo pelo orifício ria concentrações de vorticidade próximo à curva 56, o que leva à formação de um forte domínio de baixa pressão que causa um efeito tipo Coanda no qual o fluxo é defletido ao longo da superfície do flape de borda posterior 54, levando, desse modo, a maior extensão de anexação de fluxo e a um aumento de sustentação. Este efeito é mais pronunciado com o orifício 22 localizado imediatamente a montante do ponto de separação, devido a um orifício localizado a jusante do ponto de separação ser menos efetivo em aumentar o desempenho. O fluxo saindo do orifício 22, portanto, provê maior sucção ao longo da superfície da superfície de controle de aeronave 50 e ainda aumenta a sucção ao longo do de borda posterior 54, resultando, desse modo, em um maior coeficiente de sustentação CL. O aumento no coeficiente de sustentação é acompanhado por um aumento em arrasto por pressão devido ao arrasto adicional induzido pela sustentação, juntamente com momento adicional de arfada.

[0031] Em uma modalidade, a superfície aerodinâmica 10 define uma pluralidade de orifícios 22. Em uma modalidade, a pluralidade de orifícios 22 é disposta em um arranjo linear, como um arranjo linear se estendendo perpendicularmente, como lateralmente, em relação à direção a jusante 14 definida pelo fluxo de fluido sobre a superfície aerodinâmica, conforme mostrado na figura 1. O conjunto de superfície aerodinâmica desta modalidade exemplificativa inclui ainda uma pluralidade de projeções 24. Cada projeção 24 se estende, pelo menos parcialmente, sobre um respectivo orifício e sua correspondente projeção. Além disso, cada orifício 22 pode ser alimentado por fluido provido por um respectivo atuador fluídico, como descrito acima com relação à modalidade da figura 4, de modo que o fluido saindo do orifício se misture de modo controlável com o campo de fluxo a jusante do orifício. Uma vez que a superfície aerodinâmica 10 desta modalidade exemplificativa inclui uma pluralidade de orifícios 22, como uma pluralidade de orifícios arranjados linearmente, o impacto resultante sobre o campo de fluxo é o efeito agregado do fluido saindo da pluralidade de orifícios com o campo de fluxo, provendo, desse modo, um maior impacto sobre, e, mais controle sobre o campo de fluxo e o correspondente desempenho permitido pela superfície aerodinâmica.

[0032] Os orifícios 22 definidos pela superfície aerodinâmica 10 de algumas modalidades exemplificativas são arranjados em uma pluralidade de arranjos lineares, como dois, três ou mais arranjos lineares. Por exemplo, a pluralidade de orifícios 22 pode ser disposta no primeiro e segundo arranjos lineares 40, 42, como mostrado na figura 1. Os arranjos lineares podem ser diferentemente configurados, mas, em uma modalidade exemplificativa, cada arranjo linear tem 70 orifícios, com cada orifício separado dos orifícios vizinhos por 7 mm. O segundo arranjo linear 42 fica a jusante do primeiro arranjo linear 40. Adicionalmente, os orifícios 22 do segundo arranjo linear 42 sã; lateralmente desviados, por exemplo, escalonados, em relação aos orifícios do primeiro arranjo linear 40, como mostrado na figura 1, de modo a mitigar interferência mútua entre os arranjos lineares. Por exemplo, os orifícios 22 do segundo arranjo linear 42 podem ser, cada um, posicionado em um ponto médio entre um par de orifícios 22 e , arranjando-se aqueles orifícios em um arranjo linear, como os arranjos lineares escalonados 40, 42, o fluido que sai dos respectivos orifícios interage com o campo de fluxo através de uma maior porção da superfície aerodinâmica 10, provendo, desse modo, maior controle do campo de fluxo a jusante dos orifícios e maiores aperfeiçoamentos de desempenho, incluindo aperfeiçoamentos de desempenho relacionados ao coeficiente de sustentação CL. A não ser que ser diferentemente posicionados, cada um dos orifícios e a respectiva projeção dos arranjos lineares pode ser estruturado de modo idêntico, como aquele descrito acima.

[0033] O conjunto de superfície aerodinâmica das modalidades exemplificativas descritas acima provê maior desempenho aerodinâmico por facilitar o controle do fluxo sobre a superfície aerodinâmica 10. Pelo controle do fluxo sobre a superfície aerodinâmica 10, como pela utilização de controle de fluxo ativo, separação de fluxo parcial ou completa da superfície aerodinâmica pode ser mitigada, aumentando, desse modo, o desempenho aerodinâmico. Como também descrito acima, o conjunto de superfície aerodinâmica de uma modalidade exemplificativa provê controle de fluxo de uma maneira que facilita outras características de desempenho aperfeiçoadas, como um maior coeficiente de sustentação.

[0034] Muitas modificações e outros aspectos da invenção apresentados aqui poderão ser imaginados por alguém versado na técnica à qual esta invenção pertence tendo os benefícios dos ensinamentos apresentados nas descrições acima e nos desenhos anexos. Por exemplo, os atuadores fluídicos 23 são descritos e ilustrados nas modalidades exemplificativas acima como sendo integrados em uma localização ao longo da superfície aerodinâmica 10. Entretanto, os atuadores fluídicos 23 podem, em vez disso, ser integrados em múltiplas localizações e/ou em diferentes localizações ao longo da superfície aerodinâmica 10 de acordo com outras modalidades exemplificativas da presente invenção. Por conseguinte, deve ser entendido que a invenção não está limitada aos aspectos específicos revelados e que modificações e outros aspectos estão pretensamente incluídos no escopo das reivindicações acompanhantes. Embora termos específicos sejam empregados aqui, eles são usados em um sentido genérico e descritivo apenas e não para fins de limitação.

Claims

1. Conjunto de superfície aerodinâmica (10), caracterizado pelo fato de que compreende: uma superfície aerodinâmica (10) definindo uma linha moldada externa (12) sobre a qual um fluido deve escoar em direção a jusante (14), em que a linha moldada externa (12) define um contorno suave interrompido por uma região de descida (20) que é inserida em relação ao contorno suave definido pela linha moldada externa (12) a montante da mesma, em que a superfície aerodinâmica (10) define uma pluralidade de orifícios (22) dispostos em um arranjo linear se abrindo para a região de descida; uma pluralidade de projeções (24) se estendendo da linha moldada externa (12) da superfície aerodinâmica (10), cada projeção da pluralidade de projeções (24) estando a montante de um respectivo orifício da pluralidade de orifícios (22) e se estendendo em direção a jusante (14), pelo menos parcialmente, sobre o respectivo orifício (22); e uma pluralidade de atuadores fluídicos (23) compreendendo uma região de entrada (30), em que cada atuador fluídico define um par de passagens curvas (26) que se estende de uma região de entrada (30) até uma cavidade de interação (32) do aturador fluídico em comunicação fluídica com um respectivo orifício (22); em que a região de entrada (30) está em comunicação fluídica com as passagens em uma extremidade das passagens na qual pares de passagens curvas se unem para definir uma geometria em formato de U ou de ferradura; o conjunto de superfície aerodinâmica (10) compreendendo adicionalmente uma câmara de pressão (34) definida de modo a se estender através da superfície aerodinâmica (10), em que a região de entrada (30) está em comunicação fluídica com a câmara de pressão (34) de modo a receber fluido da câmara de pressão (34) que é, então, direcionado através de cada orifício (22).

2. Conjunto de superfície aerodinâmica (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada orifício (22) se estende em uma direção tendo um componente direcional em direção a jusante.

3. Conjunto de superfície aerodinâmica (10) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que cada orifício (22) define um estrangulamento tendo uma forma curva que define uma direção de fluxo que se estende crescentemente em direção a jusante (14) à medida que o estrangulamento transita de dentro da superfície aerodinâmica (10) em direção a uma saída do orifício (22).

4. Conjunto de superfície aerodinâmica (10) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que cada projeção (24) define uma porção do estrangulamento de um respectivo orifício (22) incluindo a forma curva do orifício (22).

5. Conjunto de superfície aerodinâmica (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a região de descida (20) transita suavemente para o contorno suave da linha moldada externa (12) a jusante da pluralidade de orifícios (22).

6. Conjunto de superfície aerodinâmica (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que cada projeção (24) se estende sobre um respectivo orifício (22) de modo que o orifício (22) não seja visível quando observado em uma direção perpendicular à linha moldada externa (12) na região de descida.

7. Conjunto de superfície aerodinâmica (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de orifícios (22) é disposta em primeiro e segundo arranjos lineares, em que o segundo arranjo linear fica a jusante do primeiro arranjo linear, e em que os orifícios (22) do segundo arranjo linear são lateralmente desviados em relação aos orifícios (22) do primeiro arranjo linear.

8. Método para intensificar desempenho aerodinâmico, o método caracterizado pelo fato de que compreende: estabelecer um campo de fluxo em uma direção a jusante sobre a linha moldada externa (12) da superfície aerodinâmica de um conjunto de superfície aerodinâmica (10) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7; e ejetar fluido através do orifício (22) e para o campo de fluxo.