BR112017027107B1 - Deposição de energia direcionada para uma máquina de tecelagem de jato de ar intermitente - Google Patents

Deposição de energia direcionada para uma máquina de tecelagem de jato de ar intermitente Download PDF

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Abstract

DEPOSIÇÃO DE ENERGIA DIRECIONADA PARA FACILITAR APLICAÇÕES DE ALTA VELOCIDADE. A presente invenção se refere aos métodos, aparelhos e sistemas para controlar a densidade de um fluido próximo de um objeto funcional de modo a melhorar uma ou mais métricas de desempenho relevantes. Em certas modalidades, a presente invenção se refere à formação de uma região de baixa densidade próxima do objeto utilizando um dispositivo de deposição de energia direcionada para depositar energia ao longo de um ou mais caminhos no fluido. Em certas modalidades, a presente invenção se refere à sincronização da deposição de energia com um ou mais parâmetros que afetam o desempenho funcional do objeto.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] As técnicas de deposição de energia foram divulgadas no passado, a fim de obter efeitos dramáticos em várias aplicações, como controle de fluxo, redução de arrasto e controle de veículos, entre muitas outras. Ao estudar os benefícios dramáticos do depósito de energia, podem ser feitas várias modificações como e/ou quando a energia é depositada, a fim de melhorar os benefícios derivados da deposição de energia ao não implementar essas modificações. Uma dessas modificações é coordenar a deposição de energia com um ou mais processos, a fim de sincronizar, "tempo" ou "fase" os efeitos da deposição de energia com outros processos, a fim de obter benefícios adicionais ou maximizar o efeito de interesse (os termos "sincronizar", "tempo" e "fase" podem ser usados de forma relativamente intercambiável para indicar o tempo de um evento ou processo em relação a um ou mais eventos e/ou processos). Tais eventos e/ou processos incluem, mas não estão limitados a: processos propulsivos; processos dinâmicos fluidos; processos químicos; movimentos específicos; injeção, adição e/ou deposição de energia adicional; injeção, adição e/ou deposição de material adicional; remoção de energia; remoção de material; mudanças de pressão; aplicação de uma ou mais forças; processos de combustão; processos de ignição; processos de detonação; entre muitos outros. Além disso, o conceito de deposição de energia é amplamente interpretado para incluir qualquer processo que adicione energia em um meio, ou resulte no aquecimento de um meio. Esta deposição de aquecimento ou energia pode ser realizada de forma suficientemente rápida (por exemplo, impulsivamente) para resultar na expansão de um meio mais rápido do que a velocidade do som nesse meio, resultando em uma região deixada para trás pela expansão, de baixa densidade do que o meio original. Outra possibilidade é que a deposição de energia e/ou o processo que resulta em aquecimento pode resultar em uma mudança de fase em um meio que pode modificar a densidade e/ou outras propriedades do referido meio aquecido ou meio, como viscosidade e/ou força, entre outros. Estas mudanças para um meio ou material, incluindo densidade, viscosidade e/ou força, entre outros, podem resultar em modificações nas propriedades de fluxo do meio ou material, bem como modificações em outras propriedades e respostas dos referidos materiais afetados.
[0002] Além disso, da técnica anterior, são conhecidos dispositivos de desgaste para formar uma cala que consiste em fios de urdidura, por exemplo, a US2007/0169831 A1 divulga tal dispositivo de desgaste.
[0003] US 4 369 817 A ensina que um fio de trama é arrastado ou puxado pela ação de jato de ar de alta pressão ejetado através de um bocal de inserção de trama e, posteriormente, transportado através da cala de fios de urdidura sob cooperação de jato de ar de alta pressão e jato de ar de baixa pressão ejetados pelo bocal.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[0004] Desde o início, a PM & AM Research tem sido pioneira em uma ampla faixa de aplicações de deposição de energia para revolucionar a forma como o mundo voa e controla o fluxo de alta velocidade em particular, como se executa voo de alta velocidade e controle de fluxo, variando de altos regimes subsônicos a hipersônicos. Há uma série de aplicações que proporcionam uma sensação intuitiva das muitas possibilidades abertas por esta abordagem inovadora. O efeito básico decorre da nossa abordagem para expandir rapidamente o gás fora das regiões, através do qual queremos que o gás de alta velocidade/alta pressão flua. Como uma analogia simples (que requer alguma imaginação e licença), considere a diferença na eficácia de tentar fazer um projétil atravessar o Mar Vermelho em alta velocidade, quer disparando o projétil diretamente através da água de um lado para o outro, ou primeiro "separando” o Mar Vermelho e depois disparando a mesma bala através de um caminho que não contenha água (Figura 1).
[0005] No primeiro caso ao disparar a bala diretamente na água de alta densidade, mesmo com uma bala eficiente e maciça a 1000 m/s penetrará menos de 1m da água. No segundo caso, após a primeira "separação" da água (ou seja, criar um caminho, a partir do qual a água foi removida), a mesma bala mesmo a 300 m/s pode se propagar facilmente por distâncias muito longas (este exemplo heurístico não aborda a queda da gravidade, que é abordada mais tarde no papel). É esse conceito e geometria que exploramos, a fim de alcançar um controle revolucionário sobre o fluxo de alta velocidade e veículos/projéteis de alta velocidade.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0006] Um método para operar uma máquina de tecelagem de jato de ar intermitente para formar uma matéria têxtil seguindo a invenção é descrito na reivindicação 1.
[0007] Uma máquina de tecelagem de jato de ar intermitente configurada para formar uma matéria têxtil de acordo com a invenção é descrita na reivindicação 13.
[0008] Em certas modalidades, um ou mais de um (incluindo, por exemplo, todas) das seguintes modalidades podem compreender cada uma das outras modalidades ou partes delas. Em certas modalidades, por exemplo, o aquecimento pode compreender o depósito na faixa de 1 kJ A 10 MJ de energia para o fluido, por exemplo na faixa de 10 kJ A 1 MJ, 100 a750 kJ ou na faixa de 200 kJ para 500 kJ. Em certas modalidades, por exemplo, o aquecimento pode compreender o depósito na faixa de 10 a 1000 kJ de energia para o fluido por metro quadrado de área de seção transversal do objeto, por exemplo na faixa de 10 a 50 kJ, 50 a 100 kJ, 100 a 250 kJ, 250 a 500 kJ, ou na faixa de 500 a 1000 kJ/por metro quadrado. Em certas modalidades, por exemplo, o aquecimento pode compreender gerar uma onda de choque. Em certas modalidades, por exemplo, a região de baixa densidade pode ter uma densidade na faixa de 0,01 a 10% em relação à densidade do fluido ambiente, por exemplo uma densidade na faixa de 0,5 a 5%, 1,0 a 2,5%, ou uma densidade na faixa de 1,2 a 1,7% em relação à densidade do fluido ambiente. Em certas modalidades, por exemplo, a porção do fluido pode ser aquecida ao longo de pelo menos um caminho. Em certas modalidades, pelo menos um caminho pode ser formado pela deposição de energia a partir de um laser, por exemplo, um caminho guiado de filamento a laser. Em certas modalidades, a deposição a laser pode compreender um pulso de laser que dura um tempo na faixa de 1 femtossegundo e 100 nanosegundos, por exemplo, um período de duração de 10 femtossegundo a 20 picosegundos, 100 femtossegundo a 25 picosegundos, 100 picosegundo a 20 nanosegundos, ou um período de duração de 100 femtossegundo a 30 picosegundos. Em certas modalidades, a quantidade de energia depositada pelo pulso de laser pode estar na faixa de 0,2 mJ a 1 kJ, por exemplo na faixa de 1 mJ a 10 mJ, 10 mJ a 3 J, 100 mJ a 10 J, 10 J a 100 J, 100 J a 1000 J, ou na faixa de 500 mJ a 5 J. Em certas modalidades, o laser pode gerar luz na porção visível do espectro, ultravioleta ou infravermelha. Em certas modalidades, pelo menos um caminho pode ser paralelo à direção do movimento do objeto. Em certas modalidades, a região de baixa densidade pode compreender um volume da porção do fluido aquecido que se expande para fora de pelo menos um caminho. Em certas modalidades, por exemplo, a porção aquecida do fluido pode ser aquecida por uma descarga elétrica, por exemplo, uma descarga elétrica pulsada. Em certas modalidades, a descarga elétrica pode percorrer o fluido a uma velocidade na faixa de 106 a 107 m/s. Em certas modalidades, a descarga elétrica pode durar um tempo na faixa de 0,1 a 100 microssegundos, por exemplo, um tempo na faixa de 0,1 a 2 microssegundos, 1 a 5 microssegundos, 5 a 40 microsegundos, 10 a 30 microssegundos, ou um tempo na faixa de 30 a 100 microsegundos. Em certas modalidades, a região de baixa densidade pode ser formada dentro de um tempo na faixa de 10 a 30 microssegundos, por exemplo, um tempo na faixa de 20 a 300 microssegundos, 20 a 200 microssegundos, 30 a 100 microssegundos, 100 a 500 microssegundos 400 a 1500 microssegundos, ou um tempo na faixa de 500 a 3000 microsegundos. Em certas modalidades, a região de baixa densidade pode ser interrompida por forças de flutuação térmica após um período de tempo na faixa de 10 a 1000 milissegundos, por exemplo na faixa de 20 a 80 milissegundos, 30 a 60 milissegundos, 80 a 120 milissegundo, 150 a 600 milissegundos, ou após um período de tempo na faixa de 400 a 1000 milissegundos. Em certas modalidades, o motor de detonação por pulso pode fornecer energia a uma fonte de energia pulsada. Em certas modalidades, a fonte de energia pulsada pode fornecer energia para um laser de filamentação, o referido laser de filamento formando o referido caminho, o referido caminho capaz de guiar uma descarga elétrica pulsada. Em certas modalidades, a fonte de energia pulsada pode fornecer energia para um gerador de descarga elétrica de pulsos, o dito gerador usado para aquecer a referida porção do fluido. Certas modalidades, por exemplo, podem ainda compreender: aquecer uma outra porção do fluido para formar uma região de densidade inferior adicional. Em certas modalidades, a região de baixa densidade e a região de baixa densidade inferior podem ser separadas por uma região. Certas modalidades, por exemplo, podem compreender ainda: direcionar pelo menos uma porção adicional do objeto para dentro da referida região. Certas modalidades, por exemplo, podem ainda compreender: direcionar pelo menos uma porção adicional do objeto para a região de baixa densidade. Em certas modalidades, por exemplo, a porção aquecida do fluido pode definir um tubo. Em certas modalidades, a velocidade do som dentro do tubo pode ser pelo menos 100% maior do que a velocidade do som no fluido ambiente, por exemplo pelo menos 150%, 200%, 500% ou pelo menos 1000% maior. Em certas modalidades, o movimento do objeto dentro do tubo pode ser subsônico. Em certas modalidades, pelo menos uma porção do movimento do objeto fora do tubo pode ser supersônica. Em certas modalidades, o tubo pode ter um diâmetro na faixa de 5% a 100% do diâmetro da seção transversal efetiva do objeto, por exemplo na faixa de 5% a 20%, 20% a 75%, 30% a 50%, 75% a 96%, ou na faixa de 35% a 45%.
[0009] Certas modalidades podem proporcionar um método para operar de uma máquina de tecelagem intermitente ou um tear (por exemplo, uma máquina de tecelagem a jato de ar, uma máquina de tecelagem de jato de ar intermitente, máquina de tecelagem de jato d'água, lançadeiras de tear, trama, e/ou teares de alta velocidade), para formar uma matéria têxtil, a referida máquina de tecelagem de jato de ar configurada para receber um fio de trama e ainda configurada para formar uma cala, o referido método compreendendo: depositar energia para formar um caminho guia de baixa densidade para que o fio de trama passe através cala.
[0010] Em certas modalidades, uma ou mais de uma (incluindo, por exemplo, todas) das modalidades a seguir podem compreender cada uma das outras modalidades ou partes delas. Em certas modalidades, por exemplo, a deposição de energia pode estar compreendida na faixa de 5 a 50 mJ por 10 cm de caminho guia por 1 mm de diâmetro do fio de trama, por exemplo na faixa de 5 a 8 mJ, 8 a 10 mJ, 10 a 15 mJ, 15 a 20 mJ, 20 a 30 mJ, 30 a 40 mJ ou na faixa de 40 a 50 mJ, ou pelo menos 8 mJ, pelo menos 20 mJ, ou pelo menos 40 mJ. Em certas modalidades, por exemplo, o fio de trama pode ter um diâmetro na faixa de 0,1 a 1 mm, por exemplo um diâmetro na faixa de 0,25 a 0,75 mm, ou um diâmetro na faixa de 0,5 a 0,7 mm, tal como um diâmetro de 0,6 mm. Em certas modalidades, por exemplo, o fio de trama pode percorrer o caminho guia a uma velocidade na faixa de 100 a 500 m/s, por exemplo a uma velocidade na faixa de 200 a 400 m/s, ou a uma velocidade de pelo menos 200 m/s, por exemplo a uma velocidade de pelo menos 250 m/s, 300 m/s, ou a uma velocidade mínima de 350 m/s. Em certas modalidades, por exemplo, o fio de trama pode percorrer através do caminho guia a uma velocidade na faixa superior a Mach 0.1, por exemplo a uma velocidade superior a Mach 0.3, Mach 0.8, Mach 1 ou a uma velocidade superior a Mach 1.5. Em certas modalidades, por exemplo, o material têxtil pode ser formado a uma taxa na faixa entre 500 a 60.000 passadas por minuto, por exemplo 2000 a 50.000 passadas por minuto, 8.000 a 30.000 passadas por minuto, ou a uma taxa na faixa de 15.000 a 25.000 passadas por minuto. Em certas modalidades, por exemplo, o caminho guia pode ser cilíndrico.
[0011] Certas modalidades, por exemplo, podem compreender ainda: impulsionar o fio de trama para o caminho guia de baixa densidade com uma explosão de ar de alta pressão. Em certas modalidades, a explosão de ar de alta pressão pode ser sincronizada com a deposição de energia. Em certas modalidades, o caminho guia de baixa densidade pode ser formado a jusante da explosão de ar de alta pressão.
[0012] Em certas modalidades, uma ou mais de uma (incluindo, por exemplo, todas) das modalidades a seguir podem compreender cada uma das outras modalidades ou partes delas. Em certas modalidades, por exemplo, uma outra porção de energia pode ser depositada a jusante de um suprimento de ar de reforço para formar um outro caminho guia de baixa densidade. Em certas modalidades, por exemplo, o fio de trama pode ser umedecido com uma quantidade de água. Em certas modalidades, pelo menos uma porção da quantidade de água pode ser vaporizada no caminho guia de baixa densidade.
[0013] Certas modalidades podem fornecer, por exemplo, uma máquina de tecelagem (por exemplo, uma máquina de tecelagem a jato de ar, uma máquina de tecelagem de jato de ar intermitente, máquina de tecelagem de jato d'água, lançadeiras de tear, trama, e/ou teares de alta velocidade), máquina de tecelagem de jato de ar configurada para formar uma matéria têxtil, a dita máquina compreendendo: uma máquina compreendendo uma pluralidade de linguetas de perfil montados sobre um pente de tear, a referida máquina configurada para formar uma cala; ii) um conjunto de deposição de energia direcionada, o referido conjunto configurado para gerar um caminho guia de baixa densidade ao longo da cala; e iii) um bocal de fio de trama em comunicação com um suprimento de ar pressurizado, o bocal de fio de trama configurado para impulsionar uma porção de uma trama pelo caminho guia de baixa densidade. Em certas modalidades, uma ou mais de uma (incluindo, por exemplo, todas) das modalidades a seguir podem compreender cada uma das outras modalidades ou partes delas. Em certas modalidades, por exemplo, a cala pode estar na faixa de a 30 m de comprimento, por exemplo na faixa de 4 a 4,5 m, 4,5 a 6 m, 6 a 8 m, 8 a 10 m, 5 a 25 m, ou na faixa de 10 a 20 m de comprimento.
[0014] Certas modalidades podem proporcionar, por exemplo, um método para adaptar uma máquina de tecelagem (por exemplo, uma máquina de tecelagem a jato de ar, uma máquina de tecelagem de jato de ar intermitente, máquina de tecelagem de jato d'água, lançadeiras de tear, trama, e/ou teares de alta velocidade), incluindo: instalar um subconjunto de deposição de energia direcionada, o referido subconjunto configurado para depositar energia em um caminho que liga um bocal de distribuição de fio do tear com um eletrodo posicionado no lado oposto do tear e passando pelos perfis de uma pluralidade de linguetas.
DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS
[0015] Figuras 1A e 1B. Uma figura esquemática (1A) contrastando a ineficácia de uma bala tentando se propagar através da água em alta velocidade, em comparação (1B) com a mesma bala se propaga sem esforço, depois que a água foi movida lateralmente para fora do seu caminho. Na abordagem da força bruta, a energia da bala é rapidamente muito transferida para a água (e deformação material). Em nossa abordagem, a bala se propaga por uma distância muito mais longa, interagindo com seus arredores através de forças muito mais fracas.
[0016] Figuras 2A e 2B. As descargas elétricas fortes podem ser usadas para depositar energia ao longo de geometrias arbitrárias em uma superfície, com exemplos descritos aqui de um caminho semicircular (2A) e linhas retas (2B).
[0017] Figuras 3A a 3C. Uma sequência de tempo de imagens de Schlieren que mostram uma onda de explosão (choque supersônico) que impulsiona uma região de gás quente e de baixa densidade (imagens esquerda (3A) e central (3B), como resultado da deposição de energia ao longo da propagação da onda de choque em velocidade sônica depois de reduzir a força para Mach 1 (imagem direita, (3C)) e sem poder conduzir/ abrir a região de baixa densidade.
[0018] Figura 4: A energia é depositada no ar, concentrando um pulso de laser intenso em um ponto no ar, com intensidade suficiente para ionizar as moléculas de gás, efetivamente de modo instantâneo em comparação com a resposta do fluido.
[0019] Figura 5. A imagem do gráfico demonstra a onda de explosão de uma "faísca" a laser, como a mostrada na Figura 4, abrindo uma região de gás de baixa densidade, que fica atrasada por um longo período de tempo quando em uma região de baixa densidade no gás ambiente.
[0020] Figura 6. Os filamentos de laser criam canais ionizados diretos, ao longo do caminho de um pulso de laser ultracurtos.
[0021] Figuras 7A e 7B. Os filamentos de laser de pulsos de laser ultracurtos podem ser usados para desencadear com precisão e guiar descargas elétricas ao longo de seus caminhos retos (7B), vs. as descargas (7A) tipicamente menos controláveis em termos espaciais e temporais.
[0022] Figura 8. Um "tubo" de baixa densidade muito pequeno é retratado aqui, para substituir os tubos maiores.
[0023] Figura 9. Descrição esquemática de uma modalidade de um tear de jato de ar com um dispositivo de deposição de energia direcionado integral.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0024] A ideia básica por trás da nossa abordagem de deposição de energia é que somos capazes de redistribuir/esculpir a densidade do ar rapidamente ("impulsivamente") depositando energia nela. É importante notar que, para efetivamente "separar" o ar, a energia deve ser depositada no ar muito mais rápido do que o gás pode se expandir (por exemplo, sob a forma de um pulso de laser curto ou micro-ondas, e/ou um descarga elétrica, entre outras técnicas). Qualquer aquecimento que permita que o gás se propague, pois é aquecido, mesmo que use temperaturas muito altas, não produzirá os resultados altamente efetivos que descrevemos aqui. Geralmente, o processo de aquecimento "repentino"/"impulsivo" gerará um "estalido" ou "explosão".
[0025] Para: i) adaptar a intensidade e a distribuição espacial de modos específicos de deposição de energia; ii) manter caminhos e canais específicos para transmissão adequada; e iii) conseguir o acoplamento de energia no fluxo; uma variedade de técnicas de deposição de energia pode ser aplicada para abordar uma variedade de condições atmosféricas e de fluxo possíveis, na mais ampla faixa de aplicações. A deposição de energia mais eficaz se aproxima, quer: para formar uma região de nucleação/orientação / iniciação (por exemplo, um caminho inicial), para depositar energia adicional; ou para depositar energia adicional em tal região ou caminho inicial; dependerá das condições atmosféricas (incluindo todas os meios representados e fases misturadas, como gases, líquidos, sólidos, plasmas), dentro ou por meio dos quais devem ser formados, bem como as condições de fluxo operacional associadas. Certas condições atmosféricas e de fluxo podem exigir a formação de um caminho inicial através da deposição de energia, na qual mais energia pode ser acoplada como uma etapa seguinte. Outras condições atmosféricas e de fluxo podem exigir que a energia seja depositada em uma única etapa. Em certas aplicações, a energia pode ser depositada: ao longo de uma ou mais superfícies; em uma ou mais regiões na atmosfera/fluxo; e/ou alguma combinação destes. Uma ou mais etapas de deposição de energia podem incluir combinações de uma ou mais das técnicas de deposição de energia, embora não limitadas, às seguintes: radiação eletromagnética (variando de raio X a micro- ondas); descargas de plasma RF; bem como corrente elétrica na forma de feixes de elétrons, feixes de partículas carregadas, descargas elétricas e descargas de corona; com a duração temporal dessas técnicas de deposição de energia que vão desde feixes contínuos até pulsos ultracurtos (por exemplo, larguras de pulso de: attossegundos, femtossegundos, picosegundos, nanosegundos, microsegundos, milissegundos, segundos e mais, até deposição contínua). Esses intervalos de tempo podem diferir para diferentes modalidades e diferentes modos de deposição de energia, com a deposição dos diferentes modos que ocorrem em suas respectivas escalas de tempo. Além da utilidade por direito próprio, a deposição de energia contínua ou de longa duração também pode facilitar a deposição de energia impulsiva de pulsação mais curta, em certos regimes. Além disso, as aplicações, envolvendo pulsação/fase/sincronização de certos processos com deposição de energia, também podem incorporar processos de pulso mais longo e contínuos.
[0026] As modalidades acima descritas de aplicações e técnicas de deposição de energia diferentes podem ser aplicadas (sobre uma faixa de possíveis atmosferas e condições operacionais) para teares.
[0027] Para ilustrar a explicação a seguir, é melhor primeiro observar a Figura 2 e a Figura 3 como exemplos da expansão que está sendo descrita. Uma vez que a energia foi "efetivamente instantânea" ("impulsivamente") depositada em uma região específica do ar (por exemplo ao longo de uma linha ou em um ponto), o ar circundante é movido para fora da região aquecida por uma onda de explosão em expansão. Até a onda de explosão resultante da deposição de energia decai/diminui a velocidade sônica, o gás circundante é varrido para fora, deixando para trás uma região de gás quente e equilibrado, cuja densidade é muito menor que a densidade original/ambiente (em alguns casos menores que 15%, por exemplo, menor que 10%, 8%, 5%, 3%, 2% ou menor que 1,5% da densidade ambiente, sendo que os outros 98,5% foram empurrados para fora). Uma vez que a onda de choque de expansão diminuiu a velocidade sônica, ela continua a se expandir de sonicamente, não empurrando mais gás para fora e não expandindo a região de baixa densidade. A região de baixa densidade (gerada quando a onda de explosão estava se expandindo supersonicamente) permanece para trás, equilibrada em pressão com a pressão ambiente circundante (por exemplo, sobrevive como uma "bolha" de pressão atmosférica, baixa densidade e gás quente, o que não se colapsa de volta para si mesmo ... ou seja, é uma região na qual "o ar foi separado"). O volume desta região de baixa densidade de pressão é diretamente proporcional à energia que é depositada no gás e também proporcional à pressão ambiente (por exemplo, o volume de baixa densidade resultante é duplicado se a pressão atmosférica inicial, antes de depositar a energia, é reduzida pela metade). Um exemplo desta expansão e da região de baixa densidade resultante ao longo de uma superfície é mostrada na Figura 3, que fornece uma visão final de uma única perna reta de uma descarga elétrica, como as mostradas na Figura 2 (b), produzindo uma fotografia Schlieren, olhando ao longo do caminho da descarga elétrica.
[0028] O exemplo mais simples de expansão de uma "bolha" de baixa densidade pode ser visto ao depositar energia em um ponto no ar (Figura 4), a partir do qual o gás se expande esfericamente de modo simétrico, para abrir uma esfera de baixa densidade (Figura 5).
[0029] Uma geometria similarmente simples ocorre quando a energia é depositada ao longo de uma linha reta (Figuras 6, 7 e 8). Isso leva o gás a expandir e abrir um volume cilíndrico de baixa densidade (ou "tubo"), centrado em torno da linha/eixo original, ao longo do qual a energia foi originalmente depositada.
[0030] O fato de que as geometrias de baixa densidade quentes se equilibram com a pressão ambiente e permanecem por longos períodos de tempo, em comparação com a dinâmica do fluxo de interesse, permite que regiões de baixa densidade (por exemplo, esferas e "tubos" no ar e meia-esferas e meia "tubos" ao longo de superfícies, bem como outras geometrias mais complexas) permaneçam "abertas" tempo suficiente para executar o controle de fluxo pretendido.
[0031] Ao tecer tecido em um tear, é necessário que o fio de trama (ou enchimento ou fio) seja propulsado por algum método através da urdidura, para formar o tecido. Uma série de métodos são usados para impulsionar/inserir a trama, incluem, sem se limitar, a um serviço de transporte, uma broca (rígida, dupla rígida, dupla flexível e dupla telescópica), um projétil, um jato de ar e um jato de água. Além da inserção de passada de lançadeira única mais tradicional (ou inserção de passada única), também é empregada a inserção de trama em várias fases (ou inserção de passada de lançadeira). Para todas essas aplicações, um dos fatores limitantes do desempenho do tear é a velocidade na qual a trama pode atravessar a urdidura. Esta velocidade tende a ser limitada por uma série de fatores, incluindo, mas não limitado a força de arrasto e a turbulência/estabilidade experimentadas durante o processo transversal. Essas limitações podem ser fortemente atenuadas pela deposição de energia de sincronização (ou faseamento) em frente a qualquer dos objetos em movimento listados acima (lançadeira, agulha, projétil, jato de ar, jato de água) para reduzir a força de arrasto, aumentar a estabilidade e aumentar a velocidade em que a trama/passada pode percorrer a urdidura. Em particular, esta deposição de energia pode estar na forma de produzir um tubo de baixa densidade ou uma série de tubos de baixa densidade para acelerar e guiar a trama através da urdidura. Esta velocidade aumentada e a estabilidade podem facilitar um rendimento mais rápido para qualquer uma das abordagens de inserção de trama/passada de uma ou várias fases. Além de aumentar a produtividade do tear, aumentando o rendimento em termos de velocidade, a estabilidade aprimorada que pode ser alcançada ao se propagar através de um tubo de baixa densidade permite que a trama perca de maneira estável distâncias muito maiores (o que permite que um tear produz um produto final de maior largura). Além das economias de custos na construção de um tear mais longo (que produz uma maior largura do tecido acabado), um benefício adicional da trama que viaja uma distância mais longa é que o tempo e a energia de aceleração e desaceleração são melhor alavancados, na medida em que é maior a trama estabelecida para cada aceleração inicial e evento de desaceleração final. Qualquer uma dessas melhorias (maior velocidade ou maior largura) aumentará a produtividade do tear, e sua combinação pode produzir aumento de produtividade ainda maior, em termos de maior área de tecido sendo produzida em um curto período de tempo. Como resultado, a deposição de energia de fase/sincronização/temporização diante de qualquer dos métodos utilizados para propagar a trama através da urdidura pode aumentar o rendimento do tear e a relação custo-eficácia.
[0032] Ao usar um objeto físico, como uma agulha, lançadeira ou um projétil, a dinâmica da deposição de energia é muito semelhante a dinâmica descrita para reduzir o arrasto em um veículo aéreo ou veículo terrestre, na medida em que as linhas de energia são depositadas antes do objeto, minimizando seu arrasto e aumentando sua estabilidade. Esses mesmos conceitos são válidos quando um jato de ar ou jato de água é empregado, e estes são descritos em mais detalhes aqui. Os jatos de ar e água são tipicamente usados quando o alto rendimento é desejado, porque não há inércia adicional além da linha/enchimento/fio propriamente dito. A inércia adicionada de uma lançadeira, agulha ou projétil, aumenta o tempo necessário para acelerar e desacelerar a trama e leva a tensões adicionais indesejadas na linha/enchimento/fio propriamente dito. No caso de um jato de ar, as linguetas perfiladas podem ser usadas para fornecer um caminho para a propagação da trama. Uma explosão inicial lança ar na trama, que rapidamente se desacelera devido ao arrasto, e cuja velocidade é limitada, devido à instabilidade que sofre devido a turbulência e forças de arrasto a velocidades mais altas. (No caso de um tear de jato de água, a trama é impulsionada através de um jato de água em vez de um jato de ar, e as mesmas considerações se prendem para os teares de jato de água que discutimos para os teares de jato de ar. Os jatos de reforço são usados para reacelerar a trama, depois desacelerado entre os jatos de reforço, permanecendo sempre abaixo da velocidade máxima que a trama pode manter em sua atmosfera padrão. Uma abordagem para mitigar os problemas devido à resistência do ar é propagar a trama através de um ambiente de vácuo, baixa pressão e/ou alta temperatura. Esta tecnologia foi desenvolvida por várias indústrias (por exemplo, revestimento de filmes de mylar para a indústria de embalagens, entre muitos outros). Em vez de operar no ambiente de vácuo, baixa pressão e/ou alta temperatura, um benefício adicional ao uso de deposição de energia é a tremenda estabilidade obtida pela trama e seu jato de propulsão ao se propagar através dos tubos de baixa densidade, reforçados pela capacidade de combinar de forma excelente as escalas de comprimento e tempo do tubo com as da trama e sua propagação. Como a urdidura deve ser livre para se articular de um lado para o outro, não é possível instalar um tubo evacuado físico, pelo que podemos impulsionar a trama com jatos de pressão de ar comprimidos. Depositar energia, para criar temporariamente tubos de baixa densidade no ar, que pode guiar a trama e permitir que seja mais facilmente impulsionado pelos impulsores de gás comprimido, proporciona o benefício de um tubo guia rígido, evacuado, sem apresentar uma obstrução física para bloquear o movimento da urdidura. Muitos dos projetos atuais podem permanecer iguais ao implementar nossa abordagem de deposição de energia. Os impulsionadores ainda impulsionarão a trama, e suas estruturas de suporte (por exemplo, linguetas perfiladas) também podem servir como estrutura de suporte para a deposição de energia, que consistirá em eletrodos de alta voltagem ou em uma combinação de ambos, cada um dos quais, incluindo a sua combinação, são muito mais simples que os atuadores de alta pressão atuais. Se apenas a energia do laser for usada para depositar a energia, então apenas os elementos ópticos precisarão ser posicionados nas estruturas de suporte do reforço. Se apenas a energia de descarga elétrica for usada, somente os eletrodos de alta tensão precisarão ser posicionados nas estruturas de suporte de reforço. Se ambos os tipos de energia forem usados, então, os elementos ópticos e os eletrodos de alta tensão precisarão ser instalados nas estruturas de suporte do reforço. O fato de que há muito menos desgaste e puído na trama devido a turbulência e arrasto, e o fato de que a trama é muito melhor suportada, com muito menos arrasto, ao se propagar através do tubo de baixa densidade, permitirão que a trama percorra distâncias muito maiores.
[0033] Em uma concretização, combinando o diâmetro do tubo de baixa densidade com um fio de 0,6 mm de diâmetro para depositar cerca de 6mJ de energia por cada 10 cm de comprimento. Em vez das velocidades típicas de pico da trama variando de 1200 metros/minuto (~ 20m/s) a 4800 m/min (~ 80m/s), se a velocidade da trama que viaja através dos tubos de baixa densidade é significativamente maior a 300m/s, está viajando 4 a 12 vezes mais rápido que no caso absoluto. A essa velocidade, a trama está viajando 4 a 15 vezes mais rápido do que sem deposição de energia. Além disso, se o tear agora pode ser feito 3 vezes maior (mais largo), devido à maior estabilidade da trajetória de trama e ao aumento da velocidade, está sendo gerado 3 vezes mais tecido com cada passagem da trama. Como resultado, se a velocidade e a largura forem aumentadas de acordo com este exemplo, a saída total do tear for aumentada por um fator que variará entre 12 a 45 vezes em relação à saída de um tear que não é melhorado através do uso de deposição de energia para facilitar a viagem da trama. Se uma faixa de larguras do tear ampliadas/melhorada/aprimoradas for considerada de 2 a 4 vezes mais, a melhoria na produção de tear pela deposição de energia antes da trama é estendida de 8 vezes para 60 vezes. Para diâmetros de trama maiores, serão criados tubos de baixa densidade de diâmetro maior para facilitar sua propagação. Uma vez que as escalas de energia necessárias com o volume do tubo de baixa densidade se abrem, a energia por unidade de escala de comprimento como o quadrado do diâmetro do tubo, que, portanto, terá uma escala aproximada do quadrado do diâmetro da trama, já que tenderemos a abrir os tubos de diâmetro ligeiramente maior do que o diâmetro da trama, de modo a minimizar o desgaste na trama/fibra/material.
[0034] Para fornecer confinamento adicional para solução iônica na aplicação de jato de água ou para fibras eletricamente condutoras, seja na aplicação de jato de ar ou jato d'água, um campo magnético forte pode ser alinhado com a direção de propagação desejada do fio de alta velocidade, de forma a restringir mais precisamente o caminho da referida solução condutora e/ou fio.
[0035] A figura 9 é um esquema representativo de uma modalidade de um tear de jato de ar 1000 equipado com um dispositivo de deposição de energia direcionada 1016. O dispositivo de deposição de energia direcionada 1016 compreende um subconjunto de laser de pulso 1014 configurado para gerar um caminho reto que se prolonga a partir do bocal de fornecimento de fio de trama 1004 para o eletrodo oposto 1018 e passando por uma parte da cala definida pelos fios de urdume 1010A-B (posições para a frente e para trás) e os perfis de juntas de perfil 1008A-B unidas ao pente de tear 1012. Em operação, em um dispositivo de deposição de energia direcionado em tempo predeterminado 1016, deposita eletricidade ao longo o caminho reto para criar o caminho guia de baixa densidade A. O bocal 1004 em comunicação com um suprimento de ar de alta pressão 1006, então, propõe uma porção do fio de trama 1002 através do caminho guia de baixa densidade A.

Claims (14)

1. Método para operar uma máquina de tecelagem de jato de ar intermitente (1000) para formar uma matéria têxtil, a referida máquina de tecelagem de jato de ar (1000) tendo um fio de trama (1002), que é propelido por uma explosão de ar de alta pressão usando pelo menos um suprimento de ar pressurizado (1006), e uma cala definida por fios de urdume (1010A, 1010B), o método compreende depositar energia para formar um caminho guia de baixa densidade (A) para que o fio de trama (1002) passe pela cala definida por fios de urdume (1010A, 1010B), CARACTERIZADO por utilizar energia a partir de laser e/ou energia de descarga elétrica para aquecer impulsivamente o ar ao longo de um caminho reto para formar o caminho guia de baixa densidade (A) cercado por uma região de densidade mais alta, a dita região de densidade mais alta contendo pelo menos uma fração da porção aquecida do ar; e direcionar pelo menos uma porção do fio de trama (1002) para o caminho guia de baixa densidade (A).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a energia de laser é produzida por pelo menos um elemento óptico de laser (1014) e/ou a energia de descarga elétrica é produzida por eletrodos de alta tensão (106, 107), em que o elemento óptico de laser (1014) e/ou os eletrodos de alta voltagem estão dispostos em uma estrutura de suporte.
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a deposição de energia compreende depositar na faixa de 5 a 50 mJ por 10 cm do caminho guia de baixa densidade (A) por 1 mm de diâmetro do fio de trama (1002).
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o fio de trama (1002) tem um diâmetro na faixa de 0,1 a 1 mm.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o fio de trama (1002) passa através do caminho guia de baixa densidade (A) a uma velocidade na faixa de 100 a 500 m/s.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a matéria têxtil é formada a uma velocidade na faixa entre 500 a 60.000 passadas por minuto.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o caminho guia de baixa densidade (A) é cilíndrico.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a explosão de ar de alta pressão utilizando o pelo menos um suprimento de ar pressurizado é sincronizada com a deposição de energia utilizando o elemento óptico e/ou os eletrodos de alta voltagem.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o caminho guia de baixa densidade (A) é formado a jusante da explosão de ar de alta pressão.
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que uma outra porção de energia é depositada a jusante de um suprimento de ar pressurizado (1006) para formar um outro caminho guia de baixa densidade.
11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o fio de trama (1002) é umedecido com uma quantidade de água.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma porção da quantidade de água é vaporizada no caminho guia de baixa densidade (A).
13. Máquina de tecelagem de jato de ar intermitente para execução do método conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, configurada para formar uma matéria têxtil, compreendendo: i) uma máquina compreendendo uma pluralidade de linguetas de perfil (1008A, 1008B) montados sobre um pente de tear (1012), a referida máquina configurada para formar uma cala definida pelos fios de urdume (1010A, 1010B); ii) um bocal de fio de trama (1004) em comunicação com um suprimento de ar pressurizado (1006); iii) um conjunto de deposição de energia direcionada, o dito conjunto configurado para gerar um caminho guia de baixa densidade (A) ao longo da cala; e iv) o dito bocal de fio de trama (1004) configurado para impulsionar uma porção de uma trama (1002) pelo caminho guia de baixa densidade (A), e CARACTERIZADA pelo fato de que v) pelo menos um elemento óptico de laser (1014) configurado para produzir energia de laser para aquecer impulsivamente o ar ao longo do caminho guia de baixa densidade (A) e/ou eletrodos de alta voltagem (106, 107) configurados para produzir energia de descarga elétrica para aquecer impulsivamente o ar ao longo do caminho guia de baixa densidade (A).
14. Máquina de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a cala está na faixa de 3 a 30 m de comprimento.
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