BR112013028764B1 - Turborreator de fluxo duplo que compreende um canal de fluxo frio portado por bielas unidas a uma virola exterior cinlíndrica de um cárter de escape ao nivel de pontos de ligação - Google Patents

Abstract

SUSPENSÃO DO CANAL DE FLUXO FRIO DE UM TURBORREATOR POR PEQUENAS BIELAS E FORQUILHAS RADIAIS NO CÁRTER DE ESCAPE. Turborreator de fluxo duplo que compreende um canal de fluxo frio cilíndrico levado por bielas (3) unidas a uma virola exterior cilíndrica de um cárter de escape (1) ao nível de pontos de ligação (4), caracterizado pelo fato de que os pontos de ligação do cárter de escape são forquilhas das quais as orelhas se estendem radialmente a partir da dita virola exterior, a perfuração das ditas forquilhas sendo orientada de acordo com a direção das geratrizer da virola exterior.

Description

[0001] O domínio da presente invenção é aquele dos turborreatores e dos órgãos que asseguram a ligação entre as diferentes peças dos mesmos. Ele tem mais especialmente como objeto os órgãos que asseguram a resistência mecânica do canal de fluxo frio dos turborreatores de fluxo duplo.

[0002] Um motor de propulsão, tal como um turborreator, pode ser montado em diversos locais do avião, por afixação a um estribo ou a um pilar que pertence à estrutura desse último. Ele pode ser assim suspenso sob o velame, fixado na fuselagem, geralmente na parte traseira, ou montado na empenagem por meios de afixação apropriados. Esses meios de afixação têm como função assegurar a transmissão dos esforços mecânicos entre o motor e a estrutura do avião. As cargas e levar em consideração são notadamente o peso do motor de acordo com o eixo vertical Z, seu impulso de acordo com o eixo X do motor, e as cargas aerodinâmicas laterais de acordo com o eixo Y transversal. As cargas a transmitir compreendem também a compensação do torque de rotação em torno do eixo do motor. Esses meios devem por outro lado absorver, sem as transmitir ao estribo, as deformações sofridas pelo motor durante as diferentes fases de voo que resultam por exemplo das variações dimensionais devidas às dilatações ou contrações térmicas.

[0003] Um modo de suspensão, por exemplo, no caso de um turbomotor com ventoinha, consiste em afixar o motor a um estribo que pertence à estrutura da asa do avião por uma suspensão ou ligação dianteira e uma suspensão ou ligação traseira. A suspensão dianteira é fixada em especial no cárter intermediário a jusante do cárter da ventoinha e a suspensão traseira ao cárter de escape do fluxo primário. Essas duas peças constituem os elementos estruturais de uma turbomáquina, nos quais o conjunto dos esforços é compensado. Os turborreatores modernos são turbomáquinas de fluxo duplo com alta taxa de diluição, o fluxo de ar secundário sendo comprimido por um só estágio de compressor dito ventoinha. Na saída desse estágio ele é guidão por u conduto diretamente para uma tubeira para participar no impulso do motor. Ele circula assim entre o corpo principal do motor, delimitado por cárteres, e um canal de fluxo frio (designado geralmente pelo acrônimo inglês OFD para Outer Fan Duct, ou Canal exterior de ventoinha). Por razões de peso esse canal é de modo corrente realizado em material compósito. Esse canal é fixado no motor por ligações situadas em suas duas extremidades longitudinais, uma primeira fixação sendo efetuada à montante no cárter que circunda a ventoinha e uma segunda na parte traseira em um anel de sustentação levado pelo cárter de escape.

[0004] A ligação entre o anel de sustentação e esse cárter de escape é efetuada geralmente com o auxílio de braços que atravessam o fluxo frio. Em realizações mais recentes, ela pode ser também assegurada por pequenas bielas perfiladas, ligadas por um lado ao canal de fluxo frio e por outro lado no cárter de escape, o que permite uma redução grande da massa consagrada a essa ligação. Nesse caso de ligação por bielas a ligação é realizada por uma treliça de bielas, geralmente em número de seis ou de oito, alinhadas duas a duas, que se unem em três ou quatro pontos ao anel de sustentação, como está representado na figura 2.

[0005] São conhecidas, na arte anterior, bielas que são unidas ao cárter de escape com o auxílio de uniões constituídas, no cárter de escape, por um eixo que se estende radialmente a partir do cárter e, na biela, por uma perfuração feita em uma de suas extremidades. Se uma tal união dá um grau de liberdade à biela em rotação em um plano tangente ao cárter e permite deslocamentos axiais relativos o cárter e do canal de fluxo frio devidos às dilatações, ela necessita da adição de relevos e de elementos de inserção no cárter de escape, o emprego de elementos de inserção e de um parafuso para compensar os esforços. Devido a isso ela apresenta o inconveniente de apresentar um número grande de referências a gerir e uma manutenção mais complexa.

[0006] A presente invenção tem como objetivo corrigir esses inconvenientes propondo para isso um tipo de ligação entre o anel portador do canal de fluxo frio e o cárter de escape que não apresente os inconvenientes da arte anterior e que dá mais possibilidade para os deslocamentos relativos do cárter de escape com o canal de fluxo frio.

[0007] Com essa finalidade a invenção tem como objeto um turborreator de fluxo duplo que compreende um canal de fluxo frio cilíndrico levado por bielas unidas a uma virola exterior cilíndrica de um cárter de escape ao nível de pontos de ligação, caracterizado pelo fato de que os pontos de ligação do cárter de escape são forquilhas das quais as orelhas se estendem radialmente a partir da dita virola exterior, a perfuração das ditas forquilhas sendo orientada de acordo com a direção das geratrizes da virola exterior.

[0008] Essa forquilha dá um grau de liberdade à treliça de bielas, em um plano radial, para se deformar e evitar que esforços grandes demais se desenvolvam nas bielas.

[0009] Vantajosamente as bielas se unem ao dito canal de fluxo frio sendo para isso tangentes, ou quase tangentes, à dita virola exterior. A direção tangente permite orientar o esforço transmitido pelas bielas ao cárter de escape de acordo com a fibra neutra da virola do cárter de escape. Idealmente a direção é perfeitamente tangente à virola, mas ela pode ligeiramente divergir em relação a essa direção ideal por razões de integração mecânica do conjunto.

[0010] De modo preferencial as forquilhas são em números pares, associadas duas a duas em um par e posicionadas na circunferência da virola exterior de modo que as bielas fixadas em duas forquilhas associadas se unam em um mesmo ponto no dito canal de fluxo frio.

[0011] Essa posição facilita as deformações relativas ao canal de fluxo frio e do cárter de escape e participa assim para a redução dos esforços que circulam nas bielas.

[0012] Vantajosamente as forquilhas são posicionadas de modo que cada uma das forquilhas de um mesmo par seja posicionada ao lado de uma das forquilhas de um par adjacente.

[0013] Em um modo especial de realização o número de pares de forquilhas é igual a 3, o conjunto das bielas formando um triangulo do qual os vértices estão situados no dito canal de fluxo frio.

[0014] Em um outro modo de realização o número de pares de forquilhas é igual a 4, o conjunto das bielas formando um quadrado do qual os vértices estão situados no dito canal de fluxo frio.

[0015] Vantajosamente o cárter de escape compreende pelo menos uma depressão em sua circunferência, no fundo da qual é posicionada a forquilha correspondente de modo que a perfuração da dita forquilha esteja situada no alinhamento do cilindro formado pela dita virola de um lado e de outro da dita depressão. Desse modo os esforços sofridos pela biela são transmitidos ao cárter de escape sem braço de alavanca e, portanto, sem torque que seria nefasto para a resistência mecânica das forquilhas sobre o cárter.

[0016] Preferencialmente os pontos de ligações das bielas no dito canal de fluxo frio estão situados axialmente a montante das forquilhas da virola exterior do cárter de escape. Essa configuração permite um alongamento do corpo primário do motor sob o feito de uma dilatação superior àquela do canal de fluxo frio, com um simples estiramento das bielas e sem esforço radial como seria o caso, no caso contrário, com um ponto duro associado à passagem pelo alinhamento radial de seus pontos de ligação no cárter e no canal.

[0017] Vantajosamente a perfuração das forquilhas é orientada de acordo com o eixo de rotação do turborreator e no qual as bielas são bielas com rótulas, que permitem a deflexão axial das mesmas em relação às ditas forquilhas.

[0018] A invenção descreve também um cárter de escape de um turborreator que compreende uma virola exterior cilíndrica, na circunferência da qual são posicionados pontos de ligação para bielas destinadas a fornecer um suporte ao canal de fluxo frio do dito turborreator, para o qual pelo menos uma das ditas ligações é uma forquilha da qual as orelhas se estendem radialmente a partir da dita virola exterior.

[0019] Essa forquilha dá um grau de liberdade à treliça de bielas, em um plano radial, para se deformar e evitar que esforços grandes demais se desenvolvam nas bielas.

[0020] A perfuração da dita forquilha é vantajosamente orientada de acordo com a direção das geratrizes da virola exterior.

[0021] A dita virola exterior compreende de modo preferencial pelo menos uma depressão em sua circunferência, no fundo da qual é posicionada a dita forquilha de modo que sua perfuração esteja situada no alinhamento do cilindro formado pela dita virola de um lado e de outro da dita depressão.

[0022] A invenção será melhor compreendida, e outros objetivos, detalhes, características e vantagens dessa última aparecerão mais claramente no decorrer da descrição explicativa detalhada que vai se seguir, de um ou vários modos de realização da invenção dados a título de exemplos puramente ilustrativos e não limitativos, em referência aos desenhos esquemáticos anexos. Nesses desenhos: - a figura 1 é uma vista esquemática de um turborreator de fluxo duplo, com uma ligação por bielas entre o canal de escape e o canal de fluxo frio;- a figura 2 é uma vista em perspectiva de um cárter de escape de acordo com um modo de realização da invenção, ligado por uma treliça de bielas a um anel de sustentação do canal de fluxo frio de um turborreator;- a figura 3 é uma vista de detalhe do cárter de escape da figura 2;- a figura 4 é uma vista em corte parcial do cárter de escape da figura 2;- a figura 5 é uma vista em perspectiva de um cárter de escape de acordo com um segundo modo de realização da invenção.

[0023] Fazendo-se referência à figura 1, é vista uma representação estilizada de um turborreator de fluxo duplo, que compreende uma ventoinha 101, um corpo primário 102 que compreende em sua jusante um cárter de escape 1 que participa na estrutura do motor, e um cone traseiro 103. O fluxo primário, que atravessa o corpo primário é ejetado em uma tubeira primária 104 que circunda o cone traseiro, enquanto que o fluxo secundário, que é proveniente da ventoinha, é guiado à jusante dessa última por um canal de fluxo frio 105 que se termina por uma tubeira secundária 106. O canal de fluxo frio 105 é unido ao cárter de escape 1 por uma treliça de bielas 3 que são inclinadas em relação a um plano radial do motor, a ligação no canal de fluxo frio sendo posicionada a montante em relação àquela no cárter de escape.

[0024] Na figura 2 é visto o cárter de escape 1 circundado por um anel de sustentação 2 destinado a sustentar, no lado à jusante, o canal de fluxo frio 105 desse turborreator. Os esforços associados a essa retenção são transmitidos ao cárter de escape por um conjunto de seis bielas 3, que são fixadas em uma de suas extremidades no anel 2 e na outra extremidade no cárter de escape 1 por fixações em forma de forquilhas. Tais como representadas na figura as bielas 3 são dispostas, duas a duas, tangencialmente ao cárter de escape 3 e formam assim um triângulo do qual os vértices estão situados no anel de sustentação 2. Elas têm uma forma retilínea, se estendendo entre duas partes terminais em forma de olho que são destinadas a receber os eixos de forquilhas que são posicionadas, para uma, no cárter de escape 1 e, para a outra, no anel de sustentação 2. Cada olho é perfurado com uma perfuração e é munido de uma parte com rótula, na qual passa o eixo da forquilha correspondente, o que dá à biela um grau de liberdade em rotação em um plano tangente ao cárter de escape 1. Quanto a sua parte retilínea ela é achatada de modo a ser perfilada para oferecer o menos de resistência possível ao fluxo de ar secundário que elas atravessam. Por razões de redução dos custos por uma padronização das peças da turbomáquina, as pequenas bielas 3 apresentam uma simetria em relação ao plano mediano de sua parte retilínea, os olhos tendo a mesma forma e o perfil da parte retilínea sendo um perfil simétrico: assim cada olho pode ser colocado indiferentemente, no lado do cárter de escape 1 ou daquele do anel de sustentação 2.

[0025] A figura 3 mostra um setor do cárter de escape 1, com sua virola exterior 11 delimitada por um flange a montante 12 e um flange a jusante 13, para uni-lo às peças contíguas do corpo primário 102. A virola exterior 11 compreende seis forquilhas 4 em sua circunferência, que são posicionadas duas por duas em lado a lado e servem de pontos de fixação para pequenas bielas 3 de retenção do canal de fluxo frio 105, tais como descritas acima. Por razões de resistência mecânica do cárter de escape 1, as forquilhas são posicionadas em frente aos braços desse cárter que atravessam o fluxo primário e que asseguram a solidarização da virola exterior com uma virola interior e com as peças internas que levam mancais das árvores de rotação.

[0026] As orelhas dessas forquilhas 4 são orientadas radialmente em relação à virola 11, e se estendem na circunferência dessa última de modo que o eixo (não representado) que as atravessa tenha uma direção substancialmente axial (em referência ao eixo de rotação do motor). Essa configuração dá às bielas 3 um grau de liberdade no plano radial, o que permite deformações para o triângulo formado pelas seis bielas e permite evitar que essas últimas tenham que suportar esforços em flexão. O dimensionamento das mesmas pode nesse caso ser calculado sem levar em consideração tais esforços de flexão, o que diminui na mesma proporção a massa das mesmas.

[0027] É conveniente notar que, no modo de realização representado nas figuras 3 e 4, cada forquilha é colocada em uma depressão 5 feita na virola exterior 11. A figura 4 mostra, mais em detalhe, o posicionamento de uma forquilha 4 nessa depressão 5.

[0028] A virola exterior 11, da qual a forma geral é globalmente cilíndrica de revolução em torno do eixo de rotação do motor, apresenta no local de afixação das seis bielas 3, um afundamento que forma uma depressão 5 que se estende, circunferencialmente, de um lado e de outro da forquilha 4 e, axialmente, do meio da virola para seus flanges a montante 12 e a jusante 13. As orelhas da forquilha são assim fixadas na virola no fundo dessa depressão, o que tem como efeito abaixar a perfuração 6 da forquilha e aproximar a mesma radialmente do raio da virola 11 fora a depressão. Devido a essa depressão a biela 3, que é fixada na forquilha 4 por um eixo que atravessa a perfuração 6, exerce sua força de tração ou de impulso em uma direção que é tangente à circunferência da virola 11, fora a depressão. A compensação desses esforços pela virola é efetuada diretamente de acordo com a direção de suas fibras e não com uma decalagem que produziria um braço de alavanca e um torque nefasto para sua resistência mecânica.

[0029] A figura 5 representa uma variante de uma virola de acordo com a invenção. Nesse segundo modo de realização as forquilhas 4, aqui também, se estendem de acordo com a circunferência da virola exterior 11 e têm suas orelhas orientadas radialmente. Em contrapartida por razões de simplificação da fabricação do cárter de escape 1, a virola exterior 11 não apresenta depressão ao nível da ligação das forquilhas 4. Essas últimas são salientes da circunferência, ao mesmo tempo em que conservam uma orientação que dá uma direção axial a suas perfurações. A penalidade devida à existência de um braço de alavanca para os esforços transmitidos pela biela 3 é compensada pela facilidade trazida à fabricação e pela redução de custo associada.

[0030] A fim de dar uma liberdade de movimento ao conjunto da treliça de bielas no sentido axial, e assim permitir a dilatação do corpo primário que tem, em utilização, uma temperatura mais elevada do que aquela do canal de fluxo frio, as bielas 3 são orientadas de modo não perfeitamente radial por ocasião da montagem. As ligações dessas bielas no canal de fluxo frio 105, quer dizer de fato a localização do anel de sustentação 2, são posicionadas ligeiramente à montante das forquilhas 4 do cárter de escape 1. Essa configuração, que é visível, de modo exagerado na figura 1, evita tensões em compressão grandes demais nas bielas 3 permitindo assim que elas se estendem e acompanhem o deslocamento para trás do corpo primário. A dilatação do corpo primário, que se traduz de fato por um recuo do cárter de escape 1 em relação ao anel de sustentação 2 e, consequentemente, por uma rotação das bielas 3 em relação a suas forquilhas de retenção, seja isso em uma forquilha levada pelo anel de sustentação ou na forquilha 4 do cárter de escape 1. Esse recuo é tornado possível, por um lado, pela elasticidade longitudinal da parte retilínea da biela e, por outro lado, pelo fato de que se trata de uma biela com rótula, quer dizer que uma rótula assegura a ligação entre a parte retilínea e o olho da biela.

Claims (9)

1. Turborreator de fluxo duplo que compreende um canal de fluxo frio (105) cilíndrico portado por bielas (3) unidas a uma virola exterior cilíndrica (11) de um cárter de escape (1) ao nível de pontos de ligação (4), caracterizado pelo fato de que os pontos de ligação do cárter de escape são forquilhas das quais as orelhas se estendem radialmente a partir da dita virola exterior, a perfuração (6) das ditas forquilhas sendo orientada de acordo com a direção das geratrizes da virola exterior (11).

2. Turborreator, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as bielas se unem ao dito canal de fluxo frio (105) sendo tangentes à dita virola exterior.

3. Turborreator, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as forquilhas são em números pares, associadas duas a duas em um par e posicionadas na circunferência da virola exterior (11) de modo que as bielas fixadas em duas forquilhas associadas se unam em um mesmo ponto no dito canal de fluxo frio (105).

4. Turborreator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as forquilhas (4) são posicionadas de modo que cada uma das forquilhas de um mesmo par seja posicionada ao lado de uma das forquilhas de um par adjacente.

5. Turborreator, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o número de pares de forquilhas é igual a 3, o conjunto das bielas (3) formando um triangulo do qual os vértices estão situados no dito canal de fluxo frio.

6. Turborreator, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o número de pares de forquilhas é igual a 4, o conjunto das bielas (3) formando um quadrado do qual os vértices estão situados no dito canal de fluxo frio.

7. Turborreator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o cárter de escape compreende pelo menos uma depressão (5) em sua circunferência, no fundo da qual é posicionada a forquilha correspondente (4) de modo que a perfuração (6) da dita forquilha esteja situada no alinhamento do cilindro formado pela dita virola de um lado e de outro da dita depressão.

8. Turborreator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que os pontos de ligações das bielas no dito canal de fluxo frio estão situados axialmente a montante das forquilhas (4) da virola exterior (11) do cárter de escape (1).

9. Turborreator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a perfuração das forquilhas é orientada de acordo com o eixo de rotação do turborreator e em que as bielas (3) são bielas com rótulas, que permitem a deflexão axial das mesmas em relação às ditas forquilhas.

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