BR112016030871B1 - Dispositivo de guia de ar para turbomáquina - Google Patents
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Abstract
dispositivo de guia de ar para turbomáquina a invenção se refere a um dispositivo de guia de ar (10) para turbomáquina que compreende um canal de alimentação (11) com ar de um motor de turbomáquina, o dito canal de alimentação (11) apresentando uma parte a montante (11am) e uma parte a jusante (11av) ligadas entre si por uma parte de desvio (11d), a dita parte a montante (11am) e a dita parte de desvio (11d) sendo conectadas entre si via um cotovelo interior (ci) e de um cotovelo exterior (ce). ao nível do dito cotovelo interior (ci), a superfície interna (10i) apresenta uma ranhura (13) que se estende longitudinalmente no sentido do comprimento (11l) do canal de alimentação (11) e da qual as bordas longitudinais (13l) da ranhura (13) são alargadas na direção da extremidade a jusante da parte a montante (11am) do canal de alimentação (11).
Description
[0001] A presente invenção se refere ao domínio das turbomáquinas para aeronaves, e se refere mais especialmente a um dispositivo de guia de ar de turbomáquina do tipo que compreende um par de hélices contrarrotativas não carenadas correntemente chamado de “open rotor” assim como aos turbopropulsores de avião.
[0002] É conhecido utilizar um ou vários dispositivo(s) de guia de ar, que tem (têm) geralmente a forma de um lóbulo, localizado(s) circunferencialmente em torno do eixo longitudinal de uma turbomáquina.
[0003] A figura 1 ilustra um exemplo de uma turbomáquina 1 denominada às vezes bilobuladas de acordo com aquela descrita no documento FR2951502. Mais especialmente, essa turbomáquina 1 compreende dois dispositivos de guia de ar 2 que têm cada um deles a forma de um S. Esses dispositivos de guia de ar 2 são simétricos em relação ao eixo longitudinal X da turbomáquina 1 e conectados a uma veia de ar primária 3 que alimenta com ar um motor da turbomáquina 1 que compreende pelo menos um compressor, uma câmara de combustão e uma turbina.
[0004] De maneira geral, um dispositivo de guia de ar tem como função principal alimentar o motor com ar da maneira mais homogênea possível. Entretanto, o desvio radial grande desses dispositivos de guia de ar, e o fato de que esses últimos não sejam axissimétricos, induz uma distorção do fluxo de ar que escoa através deles e que é destinado a alimentar a veia primária da turbomáquina. Essas distorções induzem uma perda considerável de eficácia do motor.
[0005] Mais especialmente, um dispositivo de guia de ar 2 apresenta uma parte a montante 2am que recebe um fluxo de ar de acordo com uma primeira direção que é em seguida encaminhado, via uma parte de desvio 2d, para uma parte a jusante 2av de acordo com uma segunda direção. Essa parte de desvio 2d pode ser formada como no exemplo de dois cotovelos sucessivos. O fenômeno de distorção é essencialmente devido à ao desprendimento que se produz ao nível da mudança de direção entre a parte a montante 2am e a parte de desvio 2d. Esse desprendimento gera zonas de baixa pressão (representadas pela zona Z) que provocam turbilhões T grandes na saída, dito de outro modo ao nível da extremidade a jusante da parte a jusante 2av. Quanto maior for o ângulo de desvio, mais haverá um desprendimento grande na origem de uma grande distorção.
[0006] A invenção tem portanto como objeto corrigir os inconvenientes do estado da técnica. Dentro desse contexto, a invenção visa propor um dispositivo de guia de ar para turbomáquina que permite diminuir o fenômeno de desprendimento.
[0007] Com essa finalidade, a invenção tem como objeto um dispositivo de guia de ar para turbomáquina que compreende um canal de alimentação com ar de um motor de turbomáquina, o canal de alimentação apresentando uma parte a montante e uma parte a jusante ligadas entre si por uma parte de desvio construída e adaptada para encaminhar o fluxo de ar recebido de acordo com uma primeira direção em proveniência da parte a montante para uma segunda direção dentro da parte a jusante.
[0008] Além disso, a parte a montante e a parte de desvio são conectadas entre si por meio de um cotovelo interior e de um cotovelo exterior. Ao nível do cotovelo interior, a superfície interna do dispositivo de guia de ar apresenta uma ranhura que se estende longitudinalmente no sentido do comprimento do canal de alimentação.
[0009] Por outro lado, as bordas longitudinais da ranhura são alargadas na direção da extremidade a jusante da parte a montante do canal de alimentação.
[0010] Em outros termos, essa ranhura é posicionada ao nível da mudança de direção entre a parte a montante e a parte de desvio.
[0011] É conveniente notar que a ranhura permite aumentar localmente a taxa de turbulência. Esse aumento da taxa de turbulência permite limitar o desprendimento da camada limite dentro do dispositivo de ar e portanto melhorar seu rendimento e sua distorção. Dito de outro modo, a ranhura permite limitar de maneira importante o desprendimento dentro do dispositivo de guia de ar pois a velocidade de escoamento dos fluxos é diminuída pela presença da ranhura.
[0012] De maneira geral, os termos “a montante” e “a jusante” utilizados no conjunto da presente descrição devem ser considerados em relação à direção de escoamento dos fluxos.
[0013] De modo não limitativo, o dispositivo de guia de ar pode ser formado por um tubo de entrada de ar de turbomáquina do tipo que compreende um par de hélices contrarrotativas não carenadas correntemente chamado de “open rotor” assim como os turbopropulsores de avião.
[0014] Em uma outra execução não limitativa, o dispositivo de guia de ar pode ser formado por um conduto de um conjunto compressor.
[0015] Por outro lado, um interesse dessa ranhura em relação a um gerador de vórtice (VG) reside em seu caráter não intrusivo dentro do conduto. Ela não apresenta o risco de ser deteriorada por elementos exteriores (pássaros, granizos, ...) ingeridos pelo motor. Ao contrário, os geradores de vórtice são salientes dentro do conduto e são suscetíveis de ser deteriorados pelos elementos exteriores ingeridos.
[0016] Além das características que acabam de ser evocadas no parágrafo precedente, o dispositivo de guia de ar de acordo com a invenção pode apresentar uma ou várias características complementares entre as seguintes, consideradas individualmente ou de acordo com todas as combinações tecnicamente realizáveis.
[0017] Em uma realização não limitativa, a largura a montante da ranhura é compreendida entre 0,021 x R e 0,082 x R, onde R é o raio de um círculo do qual a superfície é igual à superfície da seção de entrada da parte a montante do canal de alimentação, a seção de entrada sendo situada em um plano perpendicular ao eixo longitudinal da parte a montante. É entendido por eixo longitudinal da parte a montante, um eixo que se estende substancialmente no centro e no sentido do comprimento da parte a montante.
[0018] Em uma realização não limitativa, a largura axial a jusante da ranhura é compreendida entre 0,021 x R e 0,082 x R, onde R é o raio de um círculo do qual a superfície é igual à superfície da seção de entrada da parte a montante do canal de alimentação, a dita seção de entrada sendo situada em um plano perpendicular ao eixo longitudinal da parte a montante.
[0019] Em uma realização não limitativa, a ranhura apresenta um comprimento compreendido entre 0,01 x R e 0,21 x R, onde R é o raio de um círculo do qual a superfície é igual à superfície da seção de entrada da parte a montante do canal de alimentação, a dita seção de entrada sendo situada em um plano perpendicular ao eixo longitudinal da parte a montante.
[0020] Em uma realização não limitativa, a ranhura apresenta uma altura compreendida entre 0,001 x R e 0,012 x R, onde R é o raio de um círculo do qual a superfície é igual à superfície da seção de entrada da parte a montante do canal de alimentação, a dita seção de entrada sendo situada em um plano perpendicular ao eixo longitudinal da parte a montante.
[0021] Em uma realização não limitativa, pelo menos uma parte da superfície interna da ranhura apresenta imperfeições.
[0022] Em uma realização não limitativa, uma parte disposta ao nível da extremidade a montante da superfície interna da ranhura é lisa.
[0023] Em uma realização não limitativa, a extremidade a jusante da ranhura forma com a superfície interna da ranhura um ângulo superior a 90 graus.
[0024] Em uma realização não limitativa, o dispositivo de guia de ar compreende adicionalmente um canal de evacuação dos objetos indesejáveis, o dito canal de evacuação dos objetos indesejáveis sendo conectado à extremidade a jusante da parte a montante do canal de alimentação.
[0025] Outras características e vantagens da invenção se destacarão claramente da descrição que é dada abaixo da mesma, a título indicativo e de nenhuma forma limitativo, em referência às figuras anexas, entre as quais:
[0026] - a figura 1 representa uma turbomáquina com hélices contrarrotativas que compreende dois dispositivos de guia de ar de acordo com o estado da técnica;
[0027] - a figura 2 representa, de maneira esquemática, um primeiro exemplo de um dispositivo de guia de ar para turbomáquina de acordo com a invenção;
[0028] - a figura 3 representa, de maneira esquemática, um segundo exemplo de um dispositivo de guia de ar para turbomáquina de acordo com a invenção,
[0029] - a figura 4 representa, de maneira esquemática, um primeiro exemplo não limitativo de uma ranhura que um dispositivo de guia de ar de acordo com a invenção compreende,
[0030] - a figura 5 representa, de maneira esquemática, um segundo exemplo não limitativo de uma ranhura que um dispositivo de guia de ar de acordo com a invenção compreende,
[0031] - a figura 6 ilustra a seção de entrada da parte a montante do canal de alimentação de acordo com a invenção,
[0032] - a figura 7 ilustra de modo esquemático as dimensões possíveis de uma ranhura que o dispositivo de guia de ar de acordo com a invenção compreende,
[0033] - a figura 8 representa, de maneira esquemática, um terceiro exemplo não limitativo de uma ranhura que um dispositivo de guia de ar de acordo com a invenção.
[0034] Em todas as figuras, os elementos comuns levam os mesmos números de referência.
[0035] A figura 1 foi utilizada para ilustrar um dispositivo de guia de ar de acordo com o estado da técnica.
[0036] A figura 2 representa, de maneira esquemática, um dispositivo de guia de ar 10 para turbomáquina de acordo com a invenção. Esse dispositivo de guia de ar 10 compreende um canal de alimentação 11 com ar de um motor de turbomáquina.
[0037] O canal de alimentação 11 apresenta uma pare a montante 11am e uma parte a jusante 11av ligadas entre si por uma parte de desvio 11d do fluxo de ar. Mais especialmente, o fluxo de ar entra no canal de alimentação 11 via a extremidade a montante da parte a montante 11am e depois é encaminhado de acordo com uma primeira direção D1 via a parte a montante 11am até a parte de desvio 11d. A parte de desvio 11d encaminha então esse fluxo de ar até a parte a jusante 11av do canal de alimentação 11 dentro da qual parte a jusante 11av o fluxo escoa de acordo com uma segunda direção D2.
[0038] Por outro lado, a parte a montante 11am e a parte de desvio 11d são conectadas entre si via um cotovelo interior Ci e um cotovelo exterior Ce. Ao nível do cotovelo interior Ci (i.e. ao nível da mudança de direção onde um fenômeno de desprendimento se produz habitualmente), a superfície interna 10i do dispositivo de guia de ar 10 apresenta uma ranhura 13 (também chamada de vertedouro 13) que se estende longitudinalmente no sentido do comprimento 11L do canal de alimentação 11.
[0039] A superfície interna 10i corresponde à superfície em contato com o escoamento dos fluxos de ar. Por outro lado, comparativamente ao cotovelo externo Ce, o cotovelo interno Ci corresponde, no exemplo ilustrado, ao cotovelo do qual o raio de curvatura é o menor.
[0040] Essa ranhura 13 permite retardar o desprendimento e assim diminuir e mesmo evitar a geração de turbilhões. Essa particularidade permite conservar um escoamento homogêneo e uma pressão ótima na saída do canal de alimentação 11.
[0041] Nessa realização não limitativa, a ranhura 13 é disposta ao nível da mudança de direção do fluxo de ar imposto pela parte de desvio 11d.
[0042] A figura 3 ilustra um segundo exemplo de realização de um dispositivo de guia de ar 10 de acordo com a invenção. Mais especialmente, a figura 3 representa a parte a montante 11am e o cotovelo interior Ci do dispositivo de guia de ar. É possível também ver por transparência a presença de uma pluralidade de ranhuras 13.
[0043] De fato, nessa realização não limitativa, a superfície interna 10i do dispositivo de guia de ar 10 compreende ao nível do cotovelo interior Ci uma pluralidade de ranhuras 13 que se estendem longitudinalmente no sentido do comprimento do canal de alimentação. A presença de uma pluralidade de ranhuras 13 permite melhorar o fenômeno que consiste em retardar o desprendimento. O escoamento dos fluxos dentro do dispositivo de guia de ar é assim homogêneo e a pressão na saída do canal de alimentação 11 é ótima.
[0044] A figura 4 ilustra um exemplo de realização não limitativo de uma ranhura 13 que um dispositivo de guia de ar de acordo com a invenção compreende. Nessa realização não limitativa, as bordas longitudinais 13L da ranhura 13 são alargadas na direção da extremidade a jusante da parte a montante 11am do canal de alimentação 11. Dito de outro modo a largura a montante lam da ranhura 13 é inferior à largura a jusante lav da ranhura 13. Essa forma da ranhura 13 divergente permite desacelerar o fluxo de ar que escoa no interior da ranhura 13 e assim cria localmente uma zona de cisalhamento que aumenta o nível de turbulência local. Esse efeito permite retardar qualquer fenômeno de desprendimento a jusante.
[0045] A figura 5 representa, de maneira esquemática, um exemplo de realização da superfície interna 13i de uma ranhura 13 que um canal de alimentação de acordo com a invenção compreende.
[0046] É possível notar que nessa realização não limitativa, as bordas longitudinais 13L da ranhura 13 são paralelas entre si.
[0047] Por outro lado, nessa realização, a superfície interna 13i da ranhura 13, que corresponde à superfície que forma o fundo da ranhura 13, apresenta ao nível de uma primeira parte P1 imperfeições 14. Essa primeira parte P1 é disposta na extremidade a jusante da ranhura 13 e compreende uma pluralidade de ameias 14. Essas ameias 14 podem ser substituídas por qualquer outro tipo de imperfeições. Essas imperfeições podem por exemplo ser realizadas via uma rugosidade da superfície interna 13i ou a presença de puncturas de forma.
[0048] Nessa realização, a superfície interna 13i da ranhura 13 apresenta uma segunda parte P2 lisa da qual a tolerância pode ser, por exemplo de +/- 0,127 mm. Essa segunda parte P2 lisa é disposta ao nível da extremidade a montante da ranhura 13.
[0049] É conveniente notar que essa disposição das partes P1 e P2 não é de nenhuma forma limitativa. Assim, a superfície interna 13i pode não compreender imperfeições, compreender imperfeições em uma parte, em várias partes espaçadas umas das outras ou ainda em toda sua superfície.
[0050] Em uma outra realização não limitativa não ilustrada, a superfície interna da ranhura 13 pode por exemplo ser rugosa ao nível de sua extremidade a montante e de sua extremidade a jusante.
[0051] A figura 6 ilustra a seção de entrada S da parte a montante 11am do canal de alimentação de acordo com a invenção. A seção de entrada S representada é posicionada em um plano perpendicular ao eixo longitudinal X da parte a montante 11am do canal de alimentação 11. Nessa realização não limitativa, a seção de entrada S apresenta a forma de um lóbulo.
[0052] As dimensões de uma ranhura 13 podem por exemplo ser determinadas de acordo com um círculo C do qual a superfície desse círculo C é igual à superfície da seção de entrada S da parte a montante 11am do canal de alimentação 11.
[0053] Assim, por exemplo: - a largura a montante (ilustrada na figura 7) lam da ranhura 13 é compreendida entre 0,021 x R e 0,082 x R, onde R é o raio do círculo C do qual a superfície é igual à superfície da seção de entrada S da parte a montante 11am do canal de alimentação 11, - a largura a jusante lav da ranhura 13 é compreendida entre 0,021 x R e 0,082 x R, - a ranhura 13 apresenta um comprimento L compreendido entre 0,01 x R e 0,21 x R, - a ranhura 13 apresenta uma altura H compreendida entre 0,001 x R e 0,021 x R.
[0054] Nesse exemplo, a extremidade a jusante e13 da ranhura 13 forma com a superfície interna 13i da ranhura um ângulo α superior a 90 graus. Assim o canal de alimentação 11 não apresenta uma superfície de bloqueio do fluxo de ar que poderia criar turbulências.
[0055] A figura 8 representa, de maneira esquemática, um segundo exemplo não limitativo de um dispositivo de guia de ar de acordo com a invenção. Nessa realização, o dispositivo de guia de ar 10 compreende por outro lado um canal de evacuação 15 dos objetos indesejáveis. O canal de evacuação 15 dos objetos indesejáveis é conectado à extremidade a jusante da parte a montante 11am do canal de alimentação 11.
[0056] É conveniente notar que o dispositivo de águia de ar de acordo com a invenção é aplicável ao turbopropulsor que compreende um dispositivo de guia de ar, vários dispositivos de guia de ar ou a um open rotor.
[0057] Em outros termos, o dispositivo de guia de ar 10 é aplicável às entradas de ar: - monolobulada de turbopropulsor; - bilobulada de turbopropulsor, ou ainda - bilobulada de open rotor.
[0058] De maneira geral, as dimensões do canal de alimentação 11 são dependentes da potência do motor, assim como de sua localização. É possível portanto fazer variar as dimensões do canal de alimentação 11 de acordo com a potência do motor e da localização do dito canal de alimentação.
Claims (9)
1. Dispositivo de guia de ar (10) para turbomáquina que compreende um canal de alimentação (11) com ar de um motor de turbomáquina, o dito canal de alimentação (11) apresentando uma parte a montante (11am) e uma parte a jusante (11av) ligadas entre si por uma parte de desvio (11d) construída e adaptada para encaminhar um fluxo de ar recebido de acordo com uma primeira direção (D1) em proveniência da dita parte a montante (11am) para uma segunda direção (D2) dentro da dita parte a jusante (11av), a dita parte a montante (11am) e a dita parte de desvio (11d) sendo conectadas entre si via um cotovelo interior (Ci) e um cotovelo exterior (Ce), ao nível do dito cotovelo interior (Ci), a superfície interna (10i) do dispositivo de guia de ar (10) apresentando uma ranhura (13) que se estende longitudinalmente no sentido do comprimento (11L) do canal de alimentação (11), o dito dispositivo de guia de ar (10) sendo caracterizado pelo fato de que as bordas longitudinais (13L) da ranhura (13) são alargadas na direção da extremidade a jusante da parte a montante (11am) do canal de alimentação (11).
2. Dispositivo de guia de ar (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a largura a montante (lam) da ranhura (13) está compreendida entre 0,021 x R e 0,082 x R, onde R é o raio de um círculo (C) do qual a superfície é igual à superfície da seção de entrada (S) da parte a montante (11am) do canal de alimentação (11).
3. Dispositivo de guia de ar (10) de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a largura a jusante (lav) da ranhura (13) está compreendida entre 0,021 x R e 0,082 x R, onde R é o raio de um círculo (C) do qual a superfície é igual à superfície da seção de entrada (S) da parte a montante (11am) do canal de alimentação (11).
4. Dispositivo de guia de ar (10) de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a ranhura (13) apresenta um comprimento (L) compreendido entre 0,01 x R e 0,21 x R, onde R é o raio de um círculo (C) do qual a superfície é igual à superfície da seção de entrada (S) da parte a montante (11am) do canal de alimentação (11).
5. Dispositivo de guia de ar (10) de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a ranhura (13) apresenta uma altura (H) compreendida entre 0,001 x R e 0,012 x R, onde R é o raio de um círculo (C) do qual a superfície é igual à superfície da seção de entrada (S) da parte a montante (11am) do canal de alimentação (11).
6. Dispositivo de guia de ar (10) de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte da superfície interna (13i) da ranhura (13) apresenta imperfeições.
7. Dispositivo de guia de ar (10) de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que uma parte disposta ao nível da extremidade a montante da superfície interna (13i) da ranhura (13) é lisa.
8. Dispositivo de guia de ar (10) de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a extremidade a jusante da ranhura (13) forma com a superfície interna (13i) da ranhura (13) um ângulo (α) superior a 90 graus.
9. Dispositivo de guia de ar (10) de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um canal de evacuação (15) dos objetos indesejáveis, o dito canal de evacuação (15) dos objetos indesejáveis sendo conectado à extremidade a jusante da parte a montante (11am) do canal de alimentação (11).
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