BR102019026690A2

BR102019026690A2 - sistema de energia de atrito aerodinâmico, e, método.

Info

Publication number: BR102019026690A2
Application number: BR102019026690-2A
Authority: BR
Inventors: Vincent R. Lopresto; Brian Daniel Matheis
Original assignee: Rosemount Aerospace Inc.
Priority date: 2019-06-14
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2020-12-29
Also published as: US20200393203A1; CA3064691A1; US20240077260A1; EP3750810A1

Abstract

SISTEMA DE ENERGIA DE ATRITO AERODINÂMICO, E, MÉTODO Trata-se de um sistema de degelo de energia de atrito aerodinâmico que pode incluir um dispositivo de energia térmica configurado para ser operacionalmente conectado a uma estrutura de aeronave e para converter energia térmica devido ao atrito aerodinâmico na estrutura de aeronave em outra forma ou para armazenar energia térmica devido ao atrito aerodinâmico na estrutura de aeronave. A energia convertida ou armazenada pode ser usada para qualquer fim adequado, por exemplo, para uso na prevenção contra congelamento e/ou degelo e/ou alimentação de um ou mais sistemas de aeronave.

Description

SISTEMA DE ENERGIA DE ATRITO AERODINÂMICO, E, MÉTODO.

1. CAMPO

[001] Esta revelação se refere a sistemas de conversão de energia, por exemplo, para alimentar um sistema de aeronave e/ou estruturas de aeronave de degelo.

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[002] Sistemas de proteção contra gelo usados em típica aeronave subsônica estão principalmente em uma das cinco categorias. A primeira categoria inclui sistemas que usam ar de purga quente a partir da seção de compressor do motor e sopram o mesmo contra a região que precisa ser protegida contra o acúmulo de gelo. A segunda categoria inclui sistemas que usam tapetes de aquecimento elétrico para proteger áreas críticas contra o acúmulo de gelo. A terceira categoria inclui “botas” de borracha infláveis montadas no exterior da área da aeronave a ser protegida de modo que quando a bota é inflada, o gelo seja quebrado. A quarta categoria inclui sistemas eletromecânicos que se chocam na superfície de interesse para “acabar” com o gelo. Todos esses tipos de sistemas necessitam de energia dos motores de aeronave de modo a realizar suas funções. A quinta categoria inclui sistemas de diminuição de ponto de congelamento que aplicam um produto químico/fluido no bordo de ataque para diminuir o ponto de congelamento da água.

[003] Tais métodos e sistemas convencionais foram, geralmente, considerados satisfatórios para seu fim desejado. No entanto, há uma necessidade na técnica por sistemas de degelo melhorados, por exemplo, que podem reduzir peso e/ou potência drenada para uso com veículos de alta velocidade. A presente revelação fornece uma solução para essa necessidade.

SUMÁRIO

[004] De acordo com pelo menos um aspecto dessa revelação, um sistema de degelo de energia de atrito aerodinâmico pode incluir um dispositivo de energia térmica configurado para ser operacionalmente conectado a uma estrutura de aeronave e para converter energia térmica devido ao atrito aerodinâmico na estrutura de aeronave em outra forma ou para armazenar energia térmica devido ao atrito aerodinâmico na estrutura de aeronave. A energia convertida ou armazenada pode ser usada para qualquer fim adequado, por exemplo, para uso na prevenção contra congelamento e/ou degelo e/ou alimentação de um ou mais sistemas de aeronave.

[005] O sistema pode incluir a estrutura de aeronave. A estrutura de aeronave pode incluir, por exemplo, pelo menos um dentre um bordo de ataque de uma asa, um bordo de ataque de uma cauda, uma fuselagem, uma superfície de controle, uma sonda instrumental ou um para-brisa.

[006] O dispositivo de energia térmica pode incluir um meio de armazenamento de energia térmica configurado para armazenar a energia térmica como calor para uso posterior. Em determinadas modalidades, o meio de armazenamento de energia térmica pode incluir um material de alteração de fase configurado para receber calor devido ao atrito aerodinâmico e para alterar a fase de sólido para líquido como resultado para armazenar calor para uso posterior na prevenção contra congelamento e/ou degelo. Em determinadas modalidades, o meio de armazenamento de energia térmica pode incluir pelo menos um fluido que circula através do dispositivo de energia térmica que inclui pelo menos um dentre combustível de aeronave, fluido hidráulico de aeronave, líquido de refrigeração de aeronave, refrigerante de aeronave ou óleo de aeronave, ou um fluido de armazenamento de energia dedicado.

[007] O dispositivo de energia térmica pode incluir um gerador termoelétrico configurado para converter calor devido ao atrito aerodinâmico em energia elétrica. Um dispositivo de armazenamento elétrico pode ser operacionalmente conectado ao gerador termoelétrico para receber energia elétrica do mesmo. O sistema pode incluir um sistema de degelo elétrico preso a uma estrutura de uma aeronave para receber energia do dispositivo de armazenamento elétrico.

[008] De acordo com pelo menos um aspecto dessa revelação, o sistema pode ser um sistema de geração de energia de atrito aerodinâmico para fornecer energia elétrica a uma aeronave, sendo que o dispositivo de energia térmica pode ser configurado para ser operacionalmente conectado a uma estrutura de aeronave e para converter energia térmica devido ao atrito aerodinâmico na estrutura de aeronave em energia elétrica para uso por um sistema de aeronave. O sistema de geração de energia de atrito aerodinâmico pode incluir um dispositivo de armazenamento elétrico operacionalmente conectado ao dispositivo de energia térmica para receber energia elétrica do mesmo.

[009] De acordo com pelo menos um aspecto dessa revelação, um método pode incluir receber energia térmica provocada por atrito aerodinâmico em uma estrutura de aeronave, e armazenar a energia térmica para uso posterior. Em determinadas modalidades, armazenar a energia térmica pode incluir armazenar a energia térmica como calor. Armazenar a energia térmica como calor pode incluir armazenar a energia térmica em um material de alteração de fase.

[0010] Armazenar a energia térmica como calor pode incluir armazenar a energia térmica em um fluido de aeronave. O fluido de aeronave pode incluir pelo menos um dentre combustível de aeronave, fluido hidráulico de aeronave, líquido de refrigeração de aeronave, refrigerante de aeronave ou óleo de aeronave, ou um fluido de armazenamento de energia dedicado. O método pode incluir usar a energia térmica ou calor armazenado para evitar a formação de gelo ou degelo na estrutura de aeronave.

[0011] Em determinadas modalidades, armazenar a energia térmica pode incluir converter a energia térmica em energia elétrica e armazenar a energia elétrica em um dispositivo de armazenamento elétrico. O método pode incluir usar a energia elétrica armazenada para evitar a formação de gelo ou degelo na estrutura de aeronave. O método pode incluir usar a energia elétrica armazenada para alimentar um sistema de aeronave (por exemplo, aviônica, bombas, etc.).

[0012] Esses e outros recursos das modalidades da revelação em questão se tornarão mais prontamente aparentes àqueles versados na técnica a partir da seguinte descrição detalhada obtida em conjunto com os desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0013] De modo que aqueles versados na técnica à qual a revelação em questão pertence entendam prontamente como produzir e usar os dispositivos e métodos da revelação em questão sem experimentação indevida, modalidades dos mesmos serão descritas em detalhes abaixo no presente documento com referência a determinadas Figuras, em que:
A Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema de acordo com essa revelação;
A Figura 2 é uma vista esquemática de um sistema de acordo com essa revelação; e
A Figura 3 é uma vista esquemática de um sistema de acordo com essa revelação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0014] Será feita agora referência aos desenhos, em que numerais de referência semelhantes identificam recursos ou aspectos estruturais semelhantes da revelação em questão. Para fins de explicação e ilustração, e não de limitação, uma vista ilustrativa de uma modalidade de um sistema de acordo com a divulgação é mostrada na Fig. 1 e é geralmente designada pelo caractere de referência 100.Outras modalidades e/ou aspectos dessa revelação são mostrados nas Figuras 2 e 3.Determinadas modalidades descritas no presente documento podem ser usadas para, por exemplo, degelo e/ou para produção de energia para qualquer outro uso.

[0015] De acordo com pelo menos um aspecto dessa revelação, com referência às Figuras 1 a 3, um sistema de energia de atrito aerodinâmico 100 pode incluir um dispositivo de energia térmica 101 configurado para ser operacionalmente conectado a uma estrutura de aeronave 103 e para converter energia térmica devido ao atrito na estrutura de aeronave 103 em outra forma (por exemplo, energia elétrica) ou para armazenar energia térmica (por exemplo, como calor ou energia química) devido ao atrito na estrutura de aeronave 103.A energia convertida e/ou armazenada pode ser usada para qualquer fim adequado, por exemplo, para uso na prevenção contra congelamento e/ou degelo e/ou alimentação de um ou mais sistemas de aeronave. O sistema 100 pode incluir a estrutura de aeronave 103, por exemplo.

[0016] A estrutura de aeronave 103 pode incluir pelo menos um dentre um bordo de ataque de uma asa, um bordo de ataque de uma cauda, uma fuselagem, uma superfície de controle, uma sonda instrumental, ou um para-brisa. Qualquer outra estrutura de aeronave adequada é contemplada no presente documento.

[0017] Conforme mostrado na Figura 1, o dispositivo de energia térmica 101 pode incluir um meio de armazenamento de energia térmica 105 configurado para armazenar a energia térmica como calor para uso posterior. Em determinadas modalidades, o meio de armazenamento de energia térmica 105 pode incluir um material de alteração de fase configurado para receber calor devido ao atrito e para alterar a fase de sólido para líquido como resultado para armazenar calor para uso posterior, por exemplo, para prevenção contra congelamento e/ou degelo. Conforme mostrado na Figura 2, em determinadas modalidades, o meio de armazenamento de energia térmica 105 pode incluir pelo menos um fluido 205 que circula através do dispositivo de energia térmica 101 que inclui pelo menos um dentre combustível de aeronave, fluido hidráulico de aeronave, líquido de refrigeração de aeronave, refrigerante de aeronave ou óleo de aeronave, ou um fluido de armazenamento de energia dedicado (por exemplo, um fluido usado somente para o dispositivo de energia térmica 101).O pelo menos um fluido 205 pode incluir uma pluralidade de fluidos em um circuito fluidamente separado através do dispositivo de energia térmica 101, por exemplo. O pelo menos um fluido 205 pode ser de qualquer fonte adequada, por exemplo, de um tanque 207 circulado pela bomba 209, por exemplo.

[0018] Com referência à Figura 3, o dispositivo de energia térmica 101 pode incluir um gerador termoelétrico 305 configurado para converter calor devido ao atrito em energia elétrica. Um dispositivo de armazenamento elétrico 311 (por exemplo, uma bateria, um capacitor, etc.) pode ser operacionalmente conectado ao gerador termoelétrico 305 para receber energia elétrica do mesmo. O sistema 100 pode incluir um sistema de degelo elétrico 313 preso a uma estrutura 103 de uma aeronave para receber energia do dispositivo de armazenamento elétrico 311, por exemplo, para fornecer calor de degelo à estrutura de aeronave.

[0019] O sistema 100 pode ser um sistema de geração de energia de atrito aerodinâmico para fornecer energia elétrica a uma aeronave. O dispositivo de energia térmica 101 pode ser configurado para ser operacionalmente conectado a uma estrutura de aeronave 103 e para converter energia térmica devido ao atrito aerodinâmico na estrutura de aeronave 103 em energia elétrica para uso por um sistema de aeronave, por exemplo, sistema de degelo elétrico 313 e/ou aviônica 315.O sistema de geração de energia de atrito aerodinâmico 100 pode incluir um dispositivo de armazenamento elétrico 311 operacionalmente conectado ao dispositivo de energia térmica 101 para receber energia elétrica do mesmo.

[0020] Em determinadas modalidades, o sistema de aeronave pode ser um sistema de degelo elétrico 313.Quaisquer outros sistemas adequados (por exemplo, aviônica de aeronave 315) são contemplados no presente documento.

[0021] De acordo com pelo menos um aspecto dessa revelação, um método pode incluir receber energia térmica provocada por atrito aerodinâmico em uma estrutura de aeronave, e armazenar a energia térmica para uso posterior. Em determinadas modalidades, armazenar a energia térmica pode incluir armazenar a energia térmica como calor. Armazenar a energia térmica como calor pode incluir armazenar a energia térmica em um material de alteração de fase.

[0022] Armazenar a energia térmica como calor pode incluir armazenar a energia térmica em um fluido de aeronave ou um fluido dedicado a esse propósito. O fluido de aeronave pode incluir pelo menos um dentre combustível de aeronave, fluido hidráulico de aeronave, líquido de refrigeração de aeronave, refrigerante de aeronave ou óleo de aeronave, ou um fluido de armazenamento de energia dedicado. O método pode incluir usar a energia térmica ou calor armazenado para evitar a formação de gelo ou degelo na estrutura de aeronave.

[0023] Em determinadas modalidades, armazenar a energia térmica pode incluir converter a energia térmica em energia elétrica e armazenar a energia elétrica em um dispositivo de armazenamento elétrico. O método pode incluir usar a energia elétrica armazenada para evitar a formação de gelo ou degelo na estrutura de aeronave. O método pode incluir usar a energia elétrica armazenada para alimentar um sistema de aeronave (por exemplo, um ou mais dentre aviônica, bombas, etc.).

[0024] Modalidades incluem usar o calor gerado pelo atrito de pele de uma aeronave de alta velocidade (por exemplo, aeronave supersônica ou hipersônica) para realizar proteção contra gelo. Em vez de alimentar ativamente um sistema de proteção contra gelo, modalidades podem armazenar o calor gerado pela energia cinética da velocidade de voo através da atmosfera a ser usada posteriormente no voo quando em velocidades menores e altitudes menores em condições de congelamento, por exemplo. Dependendo do tempo gasto no congelamento e a gravidade das condições de congelamento, determinadas modalidades poderiam ser os únicos meios de proteção contra gelo ou poderiam atuar como proteção parcial ou complementar contra gelo para reduzir a carga sobre um sistema ativo ou requisitos de potência em um motor, por exemplo. Modalidades podem incluir uma variedade de métodos para armazenar o calor para uso posterior, por exemplo, que inclui usar materiais de alteração de fase (por exemplo, um sólido que vira líquido quando aquecido, então resiste ao congelamento para fornecer degelo), armazenamento em um fluido existente usado na aeronave para outros fins (por exemplo, hidráulica, combustível ou água), ou conversão de energia térmica em outras formas, por exemplo, elétrica. Embora a energia possa ser armazenada para uso posterior, determinadas modalidades podem ser usadas para alimentar ativamente eletrônicos ou outros sistemas de aeronave em voo de alta velocidade, por exemplo, em uma falha primária de gerador elétrico. Modalidades podem reduzir o tamanho geral e/ou peso de sistemas de degelo, por exemplo.

[0025] Modalidades podem alavancar os aspectos únicos de veículos de alta velocidade (por exemplo, supersônicos ou hipersônicos) para fornecer proteção contra gelo de maneira mais eficiente do que aeronaves que voam em velocidades menores. Aeronave de alta velocidade pode acelerar e escalar tão rapidamente na decolagem que a exposição às condições de congelamento pode ser limitada o suficiente para permitir um meio passivo de lidar com qualquer acúmulo de gelo (tal como um projeto de asa robusto para tal acúmulo mínimo) durante essa fase de voo. No entanto, é mais provável que esses veículos passarão um tempo significativo em condições de congelamento durante a descida, aproximação e aterrissagem. Essas fases de voo são frequentemente mais críticas para congelamento pois os motores estão em baixa potência e pode ser difícil gerar energia de proteção contra gelo suficiente sem aumentar o impulso em níveis inaceitáveis, por exemplo.

[0026] Usar a energia térmica que é inevitavelmente criada pelo voo em altas velocidades como uma fonte para proteção contra gelo elimina ou reduz a necessidade de sobrecarregar os motores com a criação dessa potência para proteção contra gelo. Adicionalmente, dependendo da implementação do sistema de armazenamento de energia é possível eliminar linhas de ar de purga ou distribuição de potência elétrica para um sistema de proteção contra gelo.

[0027] Aqueles que têm habilidade comum na técnica entendem que quaisquer valores numéricos revelados no presente documento podem ser valores exatos ou podem ser valores dentro de uma faixa. Além disso, quaisquer termos de aproximação (por exemplo, "cerca de", "aproximadamente", "em torno de") usados nesta divulgação podem significar o valor declarado dentro de uma faixa. Por exemplo, em certas modalidades, a faixa pode estar dentro de (mais ou menos) 20%, ou dentro de 10%, ou dentro de 5%, ou dentro de 5% ou dentro de 2%, ou dentro de qualquer outra porcentagem ou número adequado, conforme compreendido pelos versados na técnica (por exemplo, para limites de tolerância conhecidos ou faixas de erro).

[0028] Qualquer combinação ou combinações adequadas de qualquer modalidade divulgada e / ou qualquer parte(s) adequada(s) da(s) mesma(s) é contemplada aqui conforme compreendido pelos versados na técnica.

[0029] As modalidades da presente divulgação, como descritas anteriormente e mostradas nos desenhos, proporcionam melhorias na técnica a que pertencem. Embora o assunto da divulgação inclua certas modalidades, os versados na técnica reconhecerão prontamente que alterações e/ou modificações podem ser feitas nas mesmas sem se desviar do espírito e do escopo da divulgação em questão.

Claims

Sistema de energia de atrito aerodinâmico, caracterizado pelo fato de que compreende:
um dispositivo de energia térmica configurado para ser operacionalmente conectado a uma estrutura de aeronave e para converter energia térmica devido ao atrito aerodinâmico na estrutura de aeronave em outra forma ou para armazenar energia térmica devido ao atrito na estrutura de aeronave.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que o sistema é caracterizado pelo fato de que é configurado para uso em prevenção contra congelamento e/ou degelo.
Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de energia térmica inclui um meio de armazenamento de energia térmica configurado para armazenar a energia térmica como calor para uso posterior.
Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o meio de armazenamento de energia térmica inclui um material de alteração de fase configurado para receber calor devido ao atrito e para alterar a fase de sólido para líquido como resultado para armazenar calor para uso posterior na prevenção contra congelamento e/ou degelo.
Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o meio de armazenamento de energia térmica inclui pelo menos um fluido que circula através do dispositivo de energia térmica que inclui pelo menos um dentre combustível de aeronave, fluido hidráulico de aeronave, líquido de refrigeração de aeronave, refrigerante de aeronave, óleo de aeronave ou um fluido de armazenamento de energia dedicado.
Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de energia térmica inclui um gerador termoelétrico configurado para converter calor devido ao atrito em energia elétrica.
Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um dispositivo de armazenamento elétrico operacionalmente conectado ao gerador termoelétrico para receber energia elétrica do mesmo.
Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um sistema de degelo elétrico preso a uma estrutura de uma aeronave para receber energia a partir do dispositivo de armazenamento elétrico.
Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a estrutura de aeronave inclui pelo menos um dentre um bordo de ataque de uma asa, um bordo de ataque de uma cauda, uma fuselagem, uma superfície de controle, uma sonda instrumental ou um para-brisa.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema é um sistema de geração de energia de atrito aerodinâmico para fornecer energia elétrica a uma aeronave, sendo que o dispositivo de energia térmica é configurado para ser operacionalmente conectado a uma estrutura de aeronave e para converter energia térmica devido ao atrito aerodinâmico na estrutura de aeronave em energia elétrica para uso por um sistema de aeronave.
Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um dispositivo de armazenamento elétrico operacionalmente conectado ao dispositivo de energia térmica para receber energia elétrica do mesmo.
Método, caracterizado pelo fato de que compreende:
receber energia térmica provocada por atrito aerodinâmico em uma estrutura de aeronave; e
armazenar a energia térmica para uso posterior.
Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que armazenar a energia térmica inclui armazenar a energia térmica como calor.
Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que armazenar a energia térmica como calor inclui armazenar a energia térmica em um material de alteração de fase.
Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que armazenar a energia térmica como calor inclui armazenar a energia térmica em um fluido de aeronave.
Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o fluido de aeronave inclui pelo menos um dentre combustível de aeronave, fluido hidráulico de aeronave, líquido de refrigeração de aeronave, refrigerante de aeronave ou óleo de aeronave, ou um fluido de armazenamento de energia dedicado.
Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que armazenar a energia térmica inclui converter a energia térmica em energia elétrica e armazenar a energia elétrica em um dispositivo de armazenamento elétrico.
Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente usar a energia térmica armazenada para evitar a formação de gelo ou degelo da estrutura de aeronave.
Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente usar o calor armazenado para evitar a formação de gelo ou degelo da estrutura de aeronave.
Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente usar a energia elétrica armazenada para evitar a formação de gelo ou degelo da estrutura de aeronave.