BR102019026321A2

BR102019026321A2 - estrutura de multicamadas, e, componente de aeronave

Info

Publication number: BR102019026321A2
Application number: BR102019026321-0A
Authority: BR
Inventors: Robin Jacob; Guru Prasad Mahapatra
Original assignee: Goodrich Corporation
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-02-17
Also published as: US20200189751A1; US11167856B2; EP3668270B1; CA3064402A1; CN111328159A; JP2020095960A; EP3668270A1

Abstract

E divulgada uma estrutura de multicamadas compreendendo: uma primeira camada de aquecedor compreendendo um aquecedor CNT, em que o aquecedor CNT compreende um composto de nanotubos de carbono e silicone; e uma segunda camada de aquecedor compreendendo um aquecedor de PTC, em que o aquecedor de PTC compreende um composto de negro de fumo e polímero; em que a primeira camada de aquecedor e a segunda camada de aquecedor são primeira e segunda, respectivamente, em uma série elétrica; em que a primeira camada de aquecedor tem um coeficiente de temperatura negativo em relação à resistividade elétrica; e em que a segunda camada de aquecedor tem um coeficiente de temperatura positivo em relação à resistividade elétrica. Também é divulgado um componente de aeronave que compreende a estrutura de multicamadas.

Description

ESTRUTURA DE MULTICAMADAS, E, COMPONENTE DE AERONAVE

FUNDAMENTOS

[0001] As modalidades exemplares se referem à técnica de aquecedores de nanotubos de carbono e, mais particularmente, a estruturas multicamadas que compreendem aquecedores de nanotubos de carbono para uso em aeronaves.

[0002] As aeronaves usam a tecnologia de aquecimento eletrotérmico em suas asas para evitar a formação de gelo. Os aquecedores de nanotubos de carbono (CNT) são uma opção potencial para aplicação em aeronaves porque possuem uma alta relação resistência/peso e uma alta densidade de potência. Por exemplo, os aquecedores CNT podem incluir um composto de nanotubos de carbono e silicone. No entanto, em altas temperaturas, a resistência eletrotérmica dos aquecedores de nanotubos de carbono diminui significativamente (coeficiente de temperatura negativo), resultando em produção de energia excessiva e superaquecimento da asa.

[0003] Além disso, os sistemas de degelo das asas geralmente usam uma pluralidade de sensores de temperatura para monitorar e controlar a temperatura da superfície da asa. No entanto, um sensor de temperatura pode monitorar a temperatura apenas em uma única posição localizada. Além disso, é impraticável instalar sensores de temperatura em toda a superfície da asa. Torna-se difícil monitorar ou controlar a temperatura da asa com esse sistema porque a temperatura pode variar em pontos quentes e frios na superfície da asa. Essa variação de temperatura pode levar ao superaquecimento e falha do sistema.

[0004] Portanto, é necessário desenvolver uma estrutura forte e leve com aquecedores CNT para aeronaves que possa melhorar a eficiência da produção de energia, regular a temperatura em toda a superfície da asa e impedir o superaquecimento.

BREVE DESCRIÇÃO

[0005] E divulgada uma estrutura de multicamadas compreendendo: uma primeira camada de aquecedor compreendendo um aquecedor CNT, em que o aquecedor CNT compreende um composto de nanotubos de carbono e silicone; e uma segunda camada de aquecedor compreendendo um aquecedor de PTC, em que o aquecedor de PTC compreende um composto de negro de fumo e polímero; em que a primeira camada de aquecedor e a segunda camada de aquecedor são primeira e segunda, respectivamente, em uma série elétrica; em que a primeira camada de aquecedor tem um coeficiente de temperatura negativo em relação à resistividade elétrica; e em que a segunda camada de aquecedor tem um coeficiente de temperatura positivo em relação à resistividade elétrica.

[0006] Também é divulgado um componente de aeronave que compreende a estrutura de multicamadas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0007] As descrições a seguir não devem ser consideradas como limitantes em nenhuma circunstância. Em referência aos desenhos anexos, os elementos semelhantes são enumerados de forma semelhante:
FIG. 1 é uma seção transversal de uma estrutura de multicamadas de acordo com uma modalidade exemplar;
FIG. 2 é um gráfico de linhas que representa dados de resistência em função da temperatura para estruturas de aquecedor de multicamadas;
FIG. 3 é um gráfico de linhas que descreve dados de potência em função da temperatura para estruturas de aquecedor de multicamadas; e
FIG. 4 é um esquema de circuito em série para uma estrutura de aquecedor de multicamadas de acordo com uma modalidade exemplar.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0008] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e do método divulgados é apresentada neste documento a título de exemplificação, e não como limitação, com referência às Figuras.

[0009] Com referência à FIG. 1, uma estrutura de multicamadas 10 inclui uma camada de metal 12, camadas adesivas 22, camadas de fibra de vidro 14, uma primeira camada de aquecimento 16 e uma segunda camada de aquecimento 18. A estrutura de multicamadas 10 pode incluir camadas adicionais ou menos camadas que mostrado na FIG. 1. Por exemplo, a estrutura de multicamadas 10 pode incluir camadas adesivas adicionais 22 e camadas adicionais de fibra de vidro 14. A estrutura de multicamadas 10 pode incluir camadas dispostas na mesma ordem mostradas na FIG. 1. Alternativamente, a estrutura de multicamadas 10 pode incluir camadas dispostas em uma ordem diferente da mostrada na FIG. 1. Por exemplo, como mostrado na FIG. 1, a camada de metal 12 pode ser localizada mais próxima da primeira camada de aquecedor 16 que da segunda camada de aquecedor 18. Alternativamente, a camada de metal 12 pode ser localizada mais próxima da segunda camada de aquecimento 18 que da primeira camada de aquecimento 16 (por exemplo, a posição da primeira camada de aquecimento 16 e da segunda camada de aquecimento 18, como mostrado na FIG. 1, pode ser comutada).

[0010] Com referência à FIG. 4, a primeira camada de aquecimento 16 e a segunda camada de aquecimento 18 podem ser primeira e segunda, respectivamente, em uma série elétrica. ”V” indica uma fonte de tensão. Em outras palavras, uma corrente elétrica pode primeiro ser passada através da primeira camada de aquecedor 16 e, em seguida, a corrente elétrica pode ser passada posteriormente através da segunda camada de aquecedor 18.

[0011 ] A primeira camada de aquecedor 16 pode ter um coeficiente de temperatura negativo em relação à resistividade elétrica. Em outras palavras, à medida que a temperatura da primeira camada de aquecimento 16 aumenta, a condutância elétrica da primeira camada de aquecimento 16 aumenta (isto é, a resistência elétrica diminui). A segunda camada de aquecimento 18 pode ter um coeficiente de temperatura positivo em relação à resistividade elétrica. Em outras palavras, à medida que a temperatura da segunda camada de aquecimento 18 aumenta, a resistência elétrica da segunda camada de aquecimento 18 aumenta (isto é, a condutância elétrica diminui).

[0012] Quando uma corrente elétrica é passada através da primeira camada de aquecimento 16, a temperatura da primeira camada de aquecimento 16 aumenta e, portanto, a resistência elétrica da primeira camada de aquecimento 16 diminui. Isso resulta em maior dissipação térmica da primeira camada de aquecedor 16. A corrente elétrica passa então através da segunda camada de aquecimento 18 (a seguir na série elétrica) fazendo com que a temperatura da segunda camada de aquecimento 18 aumente e, portanto, a resistência elétrica da segunda camada de aquecimento 18 aumenta. Desta forma, em altas temperaturas, a corrente elétrica proveniente da primeira camada de aquecedor 16 será amortecida à medida que passa subsequentemente pela segunda camada de aquecedor 18. A primeira camada de aquecimento 16 e a segunda camada de aquecimento 18 terão, portanto, uma relação de autorregulação. A primeira camada de aquecedor 16 e a segunda camada de aquecedor 18 equilibrarão e estabilizarão a temperatura da estrutura de multicamadas 10. Isso cria uma volta de autorregulação para o rendimento térmico da estrutura multicamada 10. Por exemplo, se a temperatura e a potência da primeira camada de aquecedor 16 forem excessivas, a segunda camada de aquecedor 18 (resistência aumentada) compensará amortecendo a corrente elétrica na volta, reduzindo assim a energia da primeira camada de aquecedor 16. Esse efeito de compensação resulta em um sistema de autorregulação. Desta forma, a estrutura de multicamadas pode abordar pontos quentes e frios locais e manter um perfil de temperatura homogêneo na superfície de uma asa de aeronave. A estrutura de multicamadas 10 é uma estrutura de aquecedor forte e leve para aeronaves que pode melhorar a eficiência da produção de energia, regular a temperatura em toda a superfície da asa e impedir o superaquecimento.

[0013] A primeira camada de aquecedor 16 pode compreender um aquecedor de nanotubos de carbono (CNT). Por exemplo, o aquecedor CNT pode compreender um composto de nanotubos de carbono e silicone.

[0014] A segunda camada de aquecedor 18 pode compreender um aquecedor de coeficiente de temperatura positivo (PTC). Por exemplo, o aquecedor de PTC pode compreender um composto de negro de fumo e polímero.

[0015] Entende-se na técnica que, para uma dada temperatura, a resistência elétrica de uma composição pode variar variando seus componentes. Por exemplo, à medida que se aumenta a porcentagem de nanotubos de carbono na primeira camada de aquecimento 16, a resistência elétrica diminui para uma determinada temperatura (K. Chu, D. Kim, Y. Sohn, S. Lee, C. Moon e S. Park, “Electrical and thermal properties of carbon-nanotube composite for flexible electric heating-unit applications,” IEEE Electron Device Lett., vol. 34, n° 5, pp. 668-670, Maio de 2013). Da mesma forma, à medida que se aumenta a porcentagem de negro de fumo na segunda camada do aquecedor 18, a resistência elétrica diminui para uma determinada temperatura (K. Chu, D. -J. Yun, D. Kim, H. Park e S. -H. Park, “Study of electric heating effects on carbon nanotube polymer composites,” Organic Electron., vol. 15, n° 11, pp. 27342741, Nov. 2014. )Desta forma, entende-se que a resistência elétrica da primeira camada de aquecimento 16 e da segunda camada de aquecimento 18 pode variar conforme necessário por um versado na técnica para qualquer dada aplicação.

[0016] A estrutura de multicamadas 10 pode ainda compreender uma camada adesiva 22, por exemplo, maior ou igual a duas camadas adesivas 22. Por exemplo, a camada adesiva 22 pode compreender um material condutor térmico, um material isolante elétrico ou uma combinação compreendendo pelo menos um dos itens anteriores. A camada adesiva 22 pode ligar camadas adjacentes.

[0017] A estrutura de multicamadas 10 pode ainda compreender uma camada de fibra de vidro 14, por exemplo, maior ou igual a duas camadas de fibra de vidro 14.

[0018] A estrutura de multicamadas 10 pode ainda compreender uma camada de metal 12. Por exemplo, a camada de metal 12 pode compreender alumínio, aço ou uma combinação compreendendo pelo menos um dos itens anteriores. A camada de metal 12 pode ser uma superfície externa da estrutura de multicamadas 10. Por exemplo, a camada de metal 12 pode ser uma superfície externa de um componente de aeronave que compreende a estrutura de multicamadas 10. Por exemplo, o componente da aeronave pode ser uma asa da aeronave.

EXEMPLOS

[0019] Com referência à FIG. 2 e FIG. 3, são apresentadas propriedades de estruturas de aquecedor de multicamadas a temperaturas variáveis (°C). R1 é a resistência em ohms para a primeira camada de aquecimento 16 da estrutura de multicamadas 10, como mostrado na FIG. 1. R2 é a resistência em ohms para a segunda camada de aquecimento 18 da estrutura de multicamadas 10, como mostrado na FIG. 1. R1 + R2 é a resistência combinada na série elétrica para s estrutura de multicamadas 10. R3 é a resistência de um aquecedor de CNT único e separado, que compreende um composto de nanotubos de carbono e silicone, testado para fins comparativos. A resistência combinada na série elétrica (R1 + R2) é menor ou igual a R3 a temperaturas mais baixas, como mostrado na FIG. 2. A potência (R1 + R2), como mostrado na FIG. 3, é a potência (Watts) dissipada pela estrutura de multicamadas 10, como mostrado na FIG. 1.

[0020] Como mostrado nas FIG. 2 e FIG. 3, a temperaturas mais altas, a dissipação de energia média da estrutura de multicamadas 10 (R1 + R2) é significativamente menor que o aquecedor solitário R3. A segunda camada de aquecimento 18 (R2) ajuda na temperatura máxima de autorregulação e evita o superaquecimento aumentando sua resistência e, assim, reduzindo a corrente. A estrutura de multicamadas 10 (R1 + R2) é uma estrutura de aquecedor forte e leve para aeronaves que pode melhorar a eficiência da produção de energia, regular a temperatura em toda a superfície da asa e impedir o superaquecimento.

[0021] O termo "cerca de" deve incluir o grau de erro associado à medida da quantidade específica com base no equipamento disponível no momento do depósito do pedido.

[0022] A terminologia usada neste documento tem a finalidade de descrever as modalidades particulares somente e não se pretende limitar a presente divulgação. Como utilizado neste documento, as formas singulares “um”, “uma”, "algum" e "alguma" estão destinadas a incluir também as formas plurais, a menos que o contexto indique claramente de outra maneira. Será ainda compreendido que os termos “compreende” e/ou “compreendendo,” quando utilizados neste relatório descritivo, especificam a presença de características indicadas, números inteiros, etapas, operações, elementos e/ou componentes, mas não impossibilitam a presença ou a adição de outras características, números inteiros, etapas, operações, componentes do elemento e/ou grupos destes.

[0023] Embora a presente invenção seja descrita com referência a um exemplo de modalidade ou modalidades, será compreendido pelos versados na técnica que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem se afastar do âmbito da presente divulgação. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material aos ensinamentos da presente divulgação sem se afastar de seu escopo essencial. Desta forma, pretende-se que a presente divulgação não seja limitada à determinada modalidade descrita como o melhor modo contemplado para a realização desta presente divulgação, mas que a presente divulgação inclua todas as modalidades que se enquadram no escopo das reivindicações.

Claims

Estrutura de multicamadas, caracterizada pelo fato de que compreende:
uma primeira camada de aquecedor compreendendo um aquecedor CNT, em que o aquecedor CNT compreende um composto de nanotubos de carbono e silicone; e
uma segunda camada de aquecedor compreendendo um aquecedor de PTC, em que o aquecedor de PTC compreende um composto de negro de fumo e polímero;
em que a primeira camada de aquecedor e a segunda camada de aquecedor são primeira e segunda, respectivamente, em uma série elétrica;
em que a primeira camada de aquecedor tem um coeficiente de temperatura negativo em relação à resistividade elétrica; e
em que a segunda camada de aquecimento tem um coeficiente de temperatura positivo em relação à resistividade elétrica.
Estrutura de multicamadas de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma camada adesiva.
Estrutura de multicamadas de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda mais ou igual a duas camadas adesivas.
Estrutura de multicamadas de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a camada adesiva compreende um material condutor térmico, um material isolante elétrico ou uma combinação compreendendo pelo menos um dos itens anteriores.
Estrutura de multicamadas de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma camada de metal.
Estrutura de multicamadas de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a camada de metal compreende alumínio, aço ou uma combinação compreendendo pelo menos um dos anteriores.
Estrutura de multicamadas de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a camada de metal é uma superfície externa da estrutura de multicamadas.
Estrutura de multicamadas de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a camada de metal está localizada mais próxima da primeira camada de aquecimento que da segunda camada de aquecimento.
Estrutura de multicamadas de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma camada de fibra de vidro.
Estrutura de multicamadas de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda mais ou igual a duas camadas de fibra de vidro.
Componente de aeronave, caracterizado pelo fato de que compreende a estrutura de multicamadas como definido na reivindicação 1.
Componente de aeronave de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o componente de aeronave é uma asa da aeronave.