BR112015001346B1 - Dispositivo de fonte de alimentação de emergência para aeronave, aeronave provida com um dispositivo de fonte de alimentação de emergência, e, utilização de um gerador de potência elétrica para uma aeronave - Google Patents

Abstract

dispositivo de fonte de alimentação de emergência para aeronave, aeronave provida com um dispositivo de fonte de alimentação de emergência, e, utilização de um gerador de potência elétrica para uma aeronave um dispositivo de fonte de alimentação de emergência para aeronave (1), distinguido pelo fato de que compreende pelo menos um conduto de admissão de ar (5) configurado para receber um fluxo de ar relativo v durante o voo da aeronave, uma turbina (25) arranjada dentro do dito conduto (5), para ser acionada pelo fluxo de ar relativo v, e pelo menos um dispositivo (31) para gerar potência para a aeronave, a dita turbina (25) sendo conectada ao dito dispositivo de geração de potência (31) a fim de produzir potência para a aeronave pelo menos sob as condições de voo da mesma.

Description

[001] A invenção se refere a um dispositivo de fonte de alimentaçãode emergência para aeronave e uma aeronave provida com um tal dispositivo.

[002] É geralmente conhecido que o controle de uma aeronave,especialmente uma aeronave de um certo tamanho, não pode ser obtido em um caso de emergência final de uma maneira inteiramente mecânica, e que requer uma fonte de potência independente do sistema de potência principal. Esta fonte deve, autonomamente e sem qualquer limite de tempo, fornecer potência suficiente para assegurar o controle da aeronave e uma aterrissagem segura da última.

[003] Na presente aeronave, um sistema com uma hélice auxiliar,chamado de RAT (Turbina a Ar Dinâmico) (Ram Air Turbine) é geralmente usado como uma fonte de potência no caso de emergência final. Este sistema fornece potência hidráulica ou elétrica ou uma combinação dessas duas potências, permitindo que os sistemas críticos da aeronave sejam supridos com energia.

[004] Todavia, um sistema de RAT é relativamente pesado e deveser estendido para ser colocado em serviço. Além disso, não sendo usado, exceto no caso de uma falha, é difícil de ser testado e pode apresentar falhas latentes (não imediatamente visíveis).

[005] A invenção foca sobre a provisão de um dispositivo de fontede alimentação de emergência para aeronave que não requer a extensão de um sistema mecânico e que provê uma significante redução de peso na aeronave.

[006] Um dispositivo de fonte de alimentação de emergência é proposto para aeronave, distinguido pelo fato de que compreende pelo menos um conduto de admissão de ar configurado para receber um fluxo de ar relativo durante o voo da aeronave, uma turbina arranjada dentro do dito conduto, para ser acionada pelo fluxo de ar relativo, e pelo menos um dispositivo para gerar potência para a aeronave, a dita turbina sendo conectada ao dito dispositivo de geração de potência a fim de produzir potência para a aeronave pelo menos sob as condições de voo da mesma.

[007] Por fluxo de ar relativo, entendemos o fluxo aerodinâmicocriado pela velocidade da própria aeronave.

[008] O resultado desse arranjo é um dispositivo de fonte dealimentação de emergência para aeronave, que funciona autonomamente e independentemente do sistema de fonte de alimentação principal da aeronave, em voo, e que pode ser instalado em uma aeronave sem precisar da extensão de um sistema mecânico, tal como um sistema de RAT compreendendo um dispositivo de transmissão, rígido e pesado.

[009] A dita turbina e/ou o dito gerador é/são vantajosamenteconectados a, ou associados com, pelo menos um dispositivo de acionamento auxiliar da primeira e/ou do último produzir potência para a aeronave em todas as situações de operação da última (aeronave em voo ou no solo).

[0010] O dispositivo de acionamento auxiliar é vantajosamente um dispositivo com um tubo de Venturi suprido por uma fonte de ar, preferivelmente proveniente a partir da aeronave, e arranjada ou formada no conduto de admissão de ar a fim de acionar a dita turbina.

[0011] Esse dispositivo de acionamento auxiliar é capaz de ser acoplado à dita turbina para acioná-la, ou de ser desacoplado da mesma.

[0012] O dispositivo de acionamento auxiliar pode assim ser acoplado à dita turbina na condição da aeronave no solo, quando a turbina não pode ser acionada pelo fluxo de ar relativo. O dispositivo de acionamento auxiliar pode, além disso, ser desacoplado da turbina em uma condição da aeronave durante o voo, em que o fluxo de ar relativo é suficiente para acionar a turbina a uma velocidade suficiente para prover a potência requerida, mas pode também ser acoplado à turbina, em voo, a fim de aumentar a velocidade de acionamento da última e fornecer mais potência para a aeronave.

[0013] O dito conduto vantajosamente inclui pelo uma aba de entrada e/ou de saída de ar, móvel de uma maneira ajustável, entre uma posição fechada e uma aberta, preferivelmente uma posição completamente fechada e posição completamente aberta, esta aba permitindo que a velocidade da dita turbina seja ajustada para a potência requerida.

[0014] O dito conduto de admissão de ar preferivelmente inclui uma única aba, ou uma aba de entrada de ar ou uma aba de saída de ar.

[0015] O dito dispositivo de fonte de alimentação de emergência vantajosamente inclui uma unidade de controle, conectada ao dito dispositivo de geração de potência para a aeronave, ao dito dispositivo de acionamento auxiliar e à aba de entrada de ar e/ou aba de saída de ar, e capaz de controlar o dispositivo como um controle automático de uma potência requerida, mais especificamente para mover, de uma maneira ajustável, a aba de entrada de ar e/ou a aba de saída de ar e para realizar o acoplamento/desacoplamento do dispositivo de acionamento auxiliar à/da turbina.

[0016] Uma aeronave é também proposta, provida com um dispositivo de fonte de alimentação de emergência como definido acima.

[0017] O dispositivo de geração de potência é vantajosamente um gerador de potência elétrica da aeronave, e em particular um dos geradores principais da aeronave, que é, por conseguinte, também usado como uma fonte de potência elétrica de emergência para a aeronave.

[0018] O dito dispositivo de acionamento auxiliar pode ser um motor elétrico da aeronave, um motor de propulsão da aeronave, ou o dispositivo de APU (unidade de potência auxiliar) da aeronave.

[0019] O dito gerador é então acionado no modo nominal por uma das fontes de potência principais da aeronave (motores da aeronave, sistema de APU), e no modo de emergência, ele é acionado de uma maneira independente pela dita turbina do conduto de admissão de ar, a turbina sendo ativada por um fluxo de ar relativo ou fluxo aerodinâmico criado pela velocidade da própria aeronave. Esta configuração limita o risco de falha latente de um dispositivo de emergência, totalmente independente, raramente usado ou testado.

[0020] O dispositivo de acionamento auxiliar é vantajosamente um dispositivo de tubo de Venturi, suprido por uma fonte de ar da aeronave, e arranjado ou formado no conduto de admissão de ar a fim de acionar a dita turbina, a fonte de ar sendo, por exemplo, o dispositivo de sangria de ar ou o dispositivo de condicionamento de ar da aeronave.

[0021] O conduto de admissão de ar é vantajosamente formado como um dispositivo com um tubo de Venturi arranjado a jusante da turbina em relação ao fluxo de ar aerodinâmico.

[0022] Esse dispositivo com um tubo de Venturi é capaz de ser controlado durante a operação pela dita unidade de controle, principalmente em uma condição da aeronave no solo, mas como mencionado acima, pode também ser colocado em serviço durante o voo a fim de aumentar a velocidade da turbina e, consequentemente, a potência gerada.

[0023] O conduto de admissão de ar vantajosamente inclui uma entrada formada no corpo da fuselagem de aeronave, uma parte principal formada no corpo da fuselagem de aeronave e uma saída formada no corpo da fuselagem de aeronave, a dita entrada e/ou a dita saída sendo providas com uma aba de saída de ar que se abre para fora sobre a superfície do corpo da fuselagem.

[0024] Este arranjo limita o arraste aerodinâmico, específico para o dispositivo, uma vez que a parte principal do conduto de admissão de ar está dentro do corpo da fuselagem de aeronave.

[0025] Além disso, a entrada do conduto de admissão de ar pode ser acoplada a um sistema de admissão de ar da aeronave, tal como o sistema de condicionamento de ar da aeronave.

[0026] A invenção também se refere a uma nova utilização de um gerador de potência elétrica para uma aeronave, em particular, um dos geradores principais da aeronave, como uma fonte de potência elétrica de emergência para a aeronave, o dito gerador sendo capaz de ser acionado por meio de pelo menos uma turbina arranjada em um conduto de admissão de ar da aeronave a fim de ser acionado pelo fluxo de ar relativo do voo da aeronave, e em particular por meio de um dispositivo de fonte de alimentação de emergência, tal como definido acima.

[0027] Uma modalidade exemplo da invenção é presentemente descrita com referência ao desenho anexo, no qual:a Figura 1 é um diagrama secional de uma aeronave provida com um dispositivo de fonte de alimentação de emergência de acordo com uma modalidade da invenção.

[0028] Marcas de referência idênticas, usadas nas figuras, se referem a partes idênticas ou tecnicamente equivalentes.

[0029] Os termos “superior”, “médio” e “inferior” se referem a posições relativas na utilização padrão ou modos de montagem.

[0030] Os termos “longitudinal” e “transversal” qualificam partes que se estendem respectivamente em uma dada direção e em um plano perpendicular a esta direção.

[0031] Com referência à Figura 1, uma aeronave 1 incluindo um dispositivo de fonte de alimentação de emergência 3 como mostrado, inclui um conduto de admissão de ar 5 arranjado ao longo do corpo da fuselagem de aeronave 7, perceptivelmente sobre o eixo longitudinal d da aeronave. Este conduto de admissão de ar 5 é capaz de capturar, através de sua entrada 9, um fluxo aerodinâmico ou fluxo de ar relativo V durante o voo da aeronave.

[0032] O conduto 5 inclui uma entrada dianteira 9 (à esquerda do desenho) formada no corpo da fuselagem de aeronave 7, uma parte principal 11 formada no corpo da fuselagem de aeronave 7 e que se comunica com a entrada 9, e uma saída 13 arranjada na parte traseira da parte principal 11 e que se comunica com a última.

[0033] A entrada 9 inclui uma parte tubular 15 voltada na direção para o interior do corpo da fuselagem de aeronave 7.

[0034] A saída 13 inclui uma parte tubular 17 voltada na direção para o exterior do corpo da fuselagem de aeronave 7, e que se abre para fora sobre a superfície do corpo da fuselagem de aeronave 7. Esta saída 13 inclui uma aba de saída de ar 19, móvel de uma maneira ajustável através de um atuador 21 (do tipo de macaco, por exemplo) entre uma posição fechada (linha de traços e pontos) tangencial ao corpo da fuselagem de aeronave 7 e uma posição aberta que se projeta a partir do corpo da fuselagem de aeronave (como mostrado).

[0035] A parte principal 11 do conduto de admissão de ar inclui uma parte alargada para frente 23, na qual uma turbina 25 é arranjada, e uma parte traseira tubular 27 com uma seção transversal reduzida, paralela ao eixo longitudinal d da aeronave e formando um tubo de Venturi 28 no conduto.

[0036] O conduto de admissão de ar é aqui arranjado paralelo ao eixo longitudinal da aeronave, mas ele poderia também ser transversal ao eixo longitudinal da aeronave.

[0037] Um conduto de ejeção de ar 29, conectado a uma fonte de ar A da aeronave, tal como o sistema de admissão de ar ou o sistema de condicionamento de ar da aeronave (não mostrado), é arranjado a jusante da turbina 25 e na parte alargada 23 do conduto. Este conduto de ejeção de ar 29 é destinado para formar uma corrente de ar capaz de acionar a turbina 25 em cooperação com o tubo de Venturi 28.

[0038] A turbina 25, arranjada coaxialmente ao eixo d do corpo da fuselagem de aeronave, é conectada a um gerador de potência elétrica 31 da aeronave, em particular um dos geradores principais da aeronave.

[0039] O gerador 31 pode também ser conectado, por meio de um dispositivo de acoplamento (não mostrado), por exemplo, do tipo de roda livre, a uma fonte de potência principal da aeronave, tal como um motor ou o dispositivo de APU da aeronave (não mostrado), sendo acionado por este motor quando o fluxo de ar relativo não é existente ou insuficiente.

[0040] A ação de acoplar a turbina ao gerador permite uma verificação permanente, através da produção de potência obtida, que a turbina está em funcionamento. Isto soluciona o problema de uma falha da turbina ou uma falha latente do dispositivo, se o dispositivo foi somente utilizado em situações de emergência, e, por conseguinte, raramente.

[0041 ] O gerador 31 é, por conseguinte, acionado pela dita turbina 25do conduto de admissão de ar, a turbina sendo ativada pelo fluxo de ar relativo ou fluxo aerodinâmico V criado pela velocidade da própria aeronave em voo.

[0042] Uma unidade de controle 33, conectada ao painel de controle da aeronave (não mostrado), ao gerador de potência 31, a uma válvula de fornecimento 35 do conduto de ejeção de ar 29, ao atuador 21 da aba de saída de ar 19 e possivelmente ao dito dispositivo de acoplamento, controla o dispositivo de fonte de alimentação de emergência 3. Esta unidade de controle 33 controla o dispositivo 3 como um controle automático da potência requerida pela aeronave, correspondente à dada situação da aeronave, especialmente uma situação de emergência da aeronave. Esta unidade de controle 33, por conseguinte, inicia o movimento da aba de saída de ar 19 e a atuação da válvula 35 do conduto de ejeção de ar 29 a fim de acionar a turbina 25 a uma velocidade correspondente à potência do gerador 31 requerida para a aeronave, e especialmente no caso de uma situação de emergência.

[0043] O funcionamento do dispositivo 3 é presentemente descrito. Ele resulta da descrição precedente.

[0044] Consideramos uma situação de emergência em voo. Esta situação é chamada quando uma falha for detectada no dispositivo de fonte de alimentação principal da aeronave. Uma comutação da fonte de alimentação elétrica da aeronave para o modo de emergência, com a geração de um alarme, é realizada automaticamente por um dispositivo de gestão de potência (não mostrado) da aeronave, o qual detecta a falha do dispositivo de fonte de alimentação principal da aeronave.

[0045] Na situação de emergência em voo da aeronave, o fluxo de ar relativo V do voo da aeronave aciona a turbina 25 e, por conseguinte, o gerador associado 31 para produzir potência de emergência para a aeronave. Se esta potência produzida não é suficiente, a unidade de controle 33 pode abrir a válvula 35 do conduto de ejeção de ar de acordo com a fonte de ar para aumentar a velocidade da turbina 25 e, por conseguinte, a potência produzida pelo gerador 31.

[0046] Deve ser notado que, no funcionamento normal da aeronave, o dispositivo produz potência elétrica, em voo, através da turbina sendo acionada pelo fluxo de ar relativo, e no solo, através da turbina sendo acionada pela operação do dispositivo de tubo de Venturi.

[0047] Variantes de modalidade existem dentro do âmbito da invenção.

[0048] Assim, no espírito da invenção, o dispositivo de fonte de alimentação de emergência para aeronave compreende pelo menos um conduto de admissão de ar 5, configurado para receber um fluxo de ar relativo V durante o voo da aeronave, e uma turbina 25 arranjada dentro do dito conduto, para ser acionada pelo fluxo de ar relativo, a dita turbina sendo conectada a pelo menos um dispositivo 31 para gerar potência para a aeronave a fim de produzir potência para a aeronave pelo menos sob as condições de voo da mesma.

[0049] O gerador acionado pela turbina 25 pode, ou não pode, fazer parte do dispositivo de fonte de alimentação de emergência 3, e, da mesma maneira, o dispositivo de acionamento auxiliar 28, 29 da turbina, de forma que o dispositivo 3 poderia ser fornecido e instalado na aeronave como uma unidade independente.

[0050] Uma aba de entrada de ar 37, em linha de traços e pontos, cujo atuador não é mostrado, poderia também ser instalado na entrada 9 do conduto de admissão de ar, esta aba sendo capaz de ser aberta pela unidade de controle desde uma posição tangencial à fuselagem na direção para o exterior, de acordo com a seta, a fim de favorecer a captura de ar no conduto de admissão de ar. O controle do dispositivo pode então ser realizado por pela aba de entrada e/ou a aba de saída.

[0051] A entrada para o conduto de admissão de ar podería também ser acoplada ao sistema de condicionamento de ar da aeronave ou a outro sistema de admissão de ar da aeronave.

[0052] Outra possibilidade, já mencionada, seria a de conectar o gerador mecanicamente ao dispositivo de APU ou a um motor, através de uma roda livre, o que permitiria ao gerador ser acionado pelo motor no modo normal e deixá-lo ser acionado pela turbina, no caso de uma falha.

[0053] É também possível contemplar outros formatos para o conduto de admissão de ar.

Claims (9)

1. Dispositivo de fonte de alimentação de emergência para aeronave, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um conduto de admissão de ar (5) configurado para receber um fluxo de ar relativo V durante o voo da aeronave, uma turbina (25) arranjada dentro do dito conduto (5), para ser acionada pelo fluxo de ar relativo V, e pelo menos um dispositivo (31) para gerar potência para a aeronave, a dita turbina (25) sendo conectada ao dito dispositivo de geração de potência (31) a fim de produzir potência para a aeronave pelo menos sob as condições de voo da mesma, em que a dita turbina (25) e/ou o dito gerador (31) é/são conectado/s a, ou associado/s com, pelo menos um dispositivo de acionamento auxiliar (28, 29) da primeira e/ou do último, o dito dispositivo de acionamento auxiliar (28, 29) sendo um dispositivo com um tubo de Venturi (28) suprido por uma fonte de ar (29), e arranjado ou formado no conduto de admissão de ar (5) a fim de acionar a dita turbina (25).

2. Dispositivo de fonte de alimentação de emergência para aeronave de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de acionamento auxiliar (28, 29) é capaz de ser acoplado à dita turbina (25) para acioná-la, ou para ser desacoplado da mesma.

3. Dispositivo de fonte de alimentação de emergência para aeronave de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito conduto de admissão de ar (5) inclui pelo menos uma aba de entrada e/ou de saída de ar (19), móvel de uma maneira ajustável, entre uma posição fechada e uma aberta.

4. Dispositivo de fonte de alimentação de emergência para aeronave de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de fonte de alimentação de emergência (3) inclui uma unidade de controle (33), conectada ao dispositivo de geração de potência (31) para a aeronave, ao dito dispositivo de acionamento auxiliar (28, 29) e à aba de entrada de ar e/ou aba de saída de ar (19), e capaz de controlar o dispositivo (3) como um controle automático de uma potência requerida.

5. Aeronave provida com um dispositivo de fonte de alimentação de emergência (3) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de geração de potência (31) é um gerador de potência elétrica da aeronave.

6. Aeronave de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de acionamento auxiliar (28, 29) é um dispositivo de tubo de Venturi (28) suprido por uma fonte de ar (29) da aeronave, e arranjado ou formado no conduto de admissão de ar (5) a fim de acionar a dita turbina (25).

7. Aeronave de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizada pelo fato de que o conduto de admissão de ar (5) inclui uma entrada (9) formada no corpo da fuselagem de aeronave (7), uma parte principal (11) formada no corpo da fuselagem de aeronave (7) e uma saída (13) formada no corpo da fuselagem, a dita entrada e/ou a dita saída sendo providas com uma aba de saída de ar (19, 37) e que se abre para fora sobre a superfície do corpo da fuselagem (7).

8. Aeronave de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizada pelo fato de que o dito gerador é conectado a um dispositivo de APU da aeronave ou a um motor através de uma roda livre, a fim de permitir que o gerador seja acionado pelo motor no modo normal e para deixar o mesmo ser acionado pela turbina, no caso de uma falha.

9. Utilização de um gerador de potência elétrica (31) para uma aeronave (1), caracterizado pelo fato de ser como uma fonte de potência elétrica de emergência para a aeronave, o dito gerador (31) sendo capaz de ser acionado por meio de pelo menos uma turbina (25) arranjada em um conduto de admissão de ar (5) da aeronave a fim de ser acionada pelo fluxo de ar relativo V do voo da aeronave, em que a dita turbina (25) e/ou o dito gerador (31) é/são conectado/s ou associado/s com pelo menos um dispositivo de acionamento auxiliar (28, 29) da primeira e/ou do último, o dito dispositivo de acionamento auxiliar (28, 29) sendo um dispositivo com um tubo de Venturi (28) suprido por uma fonte de ar (29), e arranjado ou formado no conduto de admissão de ar (5) a fim de acionar a dita turbina (25).

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