BR112020011814A2 - dispositivo de acionamento - Google Patents

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Stephan Lanser
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Abstract

A invenção se refere a um dispositivo de acionamento para uma aeronave, compreendendo uma pá (2) que é rotativa em torno de um eixo de rotação (51) do dispositivo de acionamento ao longo de um percurso circular (52) e é montada de maneira articulada em torno de um eixo de rolamento de pá paralelamente ao eixo de rotação; um mecanismo de passo com dispositivo de acoplamento (31) e dispositivo de rolamento (33); e um dispositivo de deslocamento (4) ao qual a pá é acoplada, em que o dispositivo de deslocamento define um eixo de rolamento excêntrico (41), que é apoiado a uma distância de deslocamento ajustável. O dispositivo de acoplamento é acoplado à pá em um ponto de acoplamento (32), que está posicionado de modo que o plano, que compreende o eixo e o ponto de acoplamento do rolamento de pá e o plano tangencial no percurso circular através do eixo do rolamento de pá incluam um certo ângulo não-nulo (wa) quando a distância de deslocamento for ajustada para zero. De acordo com um segundo aspecto, o eixo do rolamento de pá é deslocado a uma certa distância do eixo de rotação em relação ao plano, que atravessa o centro de massa da asa e paralelamente ao eixo de rotação e à linha de corda da pá.

Description

DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO
[001] A invenção se refere a um dispositivo de acionamento para uma aeronave. Em particular, a invenção se refere a um rotor ciclogiro com cargas reduzidas nos componentes do rotor.
[002] Um rotor Ciclogiro é baseado no princípio de geração de empuxo com pás rotativas. Em contraste com as pás rotativas clássicas, como as utilizadas no dispositivo de acionamento de um helicóptero, o eixo de rotação das pás de um rotor ciclogiro é alinhado paralelamente ao eixo longitudinal das pás. A direção de empuxo de todo o rotor Ciclogiro é normal ao eixo de rotação.
[003] No caso de Ciclogiros trata-se aeronaves que usam rotores Ciclogiro como dispositivos de propulsão. Os ciclogiros também são, como helicópteros, as chamadas aeronaves de decolagem vertical (também chamadas de veículos VTOL, do inglês " Vertical Take-Off and Landing "), ou seja, aeronaves que são capazes de voar verticalmente sem pista para decolar e pousar.
[004] Em operação estacionária, todas as pás do rotor Ciclogiro devem, idealmente, estar sempre alinhadas com a direção do fluxo, a fim de dar uma contribuição máxima ao impulso geral com a potência mínima necessária. A inclinação máxima das pás em relação à direção do fluxo influencia diretamente a quantidade de impulso gerado. Ao girar o rotor, a inclinação de cada asa deve ser alterada continuamente durante uma rotação. Cada asa de um rotor Ciclogiro, portanto, realiza uma mudança periódica no ângulo de inclinação. Essa mudança periódica no ângulo de inclinação é chamada de movimento de passo.
[005] Diferentes mecanismos de passo são conhecidos por gerar o movimento de passo. Por exemplo, cada asa pode ser conectada a um eixo de rolamento excêntrico por meio de uma ou mais bielas. O movimento de inclinação resultante de uma asa é repetido ciclicamente a cada rotação do rotor. Como resultado, o curso do ângulo de passo pode ser desenvolvido em função da rotação atual do rotor para formar uma série de Fourier. O componente harmônico fundamental normalmente domina nessa representação. Um componente constante e componentes harmônicos superiores são sobrepostos a ele. Estes últimos representam vibrações indesejáveis que estressam os componentes individuais de um rotor ciclogiro. Como a amplitude e a posição da fase não podem ser selecionadas diretamente, elas não podem ser usadas para otimizar a eficiência aerodinâmica.
[006] Devido à rápida velocidade de rotação do rotor Ciclogiro durante a operação, seus componentes estão sujeitos a cargas na forma de forças e momentos inerciais, entre outras coisas. Isso se aplica principalmente às pás, pois, por princípio, elas têm uma grande distância do eixo de rotação, realizam movimentos complexos e, ao fazê-lo, formam um componente relativamente alto da massa total do rotor Ciclogiro.
[007] Em uma concretização típica de um rotor Ciclogiro, parte da força centrífuga que atua na pá é introduzida em um lado da biela. O movimento de passo imposto pela biela gera forças adicionais na primeira devido à inércia da pá. O segundo lado da biela é conectado a um disco de deslocamento excentricamente montado (ou diretamente a um pino de deslocamento). Independentemente do número de pás,
isso resulta em uma carga no eixo excêntrico do rolamento na forma de uma força radialmente externa. O tempo médio dessa força aumenta em uma aproximação significativa linearmente com o ângulo máximo de inclinação da pá e quadraticamente com a velocidade de rotação.
[008] Esta carga representa um grande desafio ao projetar um rotor Ciclogiro. Com relação ao espaço de instalação disponível e os requisitos típicos de construção leve no setor de aviação, o eixo excêntrico do rolamento não pode ser projetado de forma aleatoriamente estável.
[009] Normalmente, a posição do eixo do rolamento excêntrico é ajustável para alterar o empuxo. Uma unidade de ajuste necessária pode ser sobrecarregada pelas forças que ocorrem. O resultado é que o ponto de rolamento excêntrico se afasta mais do eixo de rotação, o que resulta em um ângulo de inclinação máximo mais alto e, como resultado, uma carga maior no eixo de rolamento excêntrico. Isso resulta em um comportamento instável, que geralmente leva à destruição do rotor Ciclogiro. Além disso, a carga no eixo excêntrico do rolamento aumenta o consumo de energia na unidade de ajuste e limita sua dinâmica.
[0010] O objetivo da presente invenção é, portanto, reduzir as cargas mencionadas acima no eixo excêntrico do rolamento de um rotor ciclogiro a altas velocidades.
[0011] Este objetivo é alcançado pelo dispositivo de acionamento de uma aeronave com as características de acordo com a reivindicação 1 e pelo dispositivo de acionamento de uma aeronave com as características de acordo com a reivindicação 8. As configurações vantajosas da presente invenção são especificados nas reivindicações 2 a 7 e 9 a 15.
[0012] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um dispositivo de acionamento para uma aeronave, que compreende os seguintes componentes: uma pá que é rotativa ao longo de um percurso circular em torno de um eixo de rotação do dispositivo de acionamento; um mecanismo de passo com um dispositivo de acoplamento e um dispositivo de armazenamento. A pá fica apoiada de forma articulada pelo dispositivo de rolamento em torno de um eixo de rolamento de pá paralelamente ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento. O dispositivo de acionamento de acordo com a invenção compreende ainda um dispositivo de deslocamento, ao qual a pá é acoplada pelo dispositivo de acoplamento em um ponto de conexão. O dispositivo de deslocamento define um eixo de rolamento excêntrico, que é montado a uma distância de deslocamento ajustável paralelamente ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento, de modo que a rotação da pá ao longo do percurso circular em torno do eixo de rotação do dispositivo de acionamento cause um movimento de passo da pá quando a distância de deslocamento é ajustada a um valor diferente de zero. O dispositivo de acoplamento é acoplado à pá em um ponto de acoplamento, em que o ponto de acoplamento é posicionado de modo que o plano, que compreende o eixo de rolamento da pá e o ponto de acoplamento e o plano tangencial no percurso circular através do eixo de rolamento- pá incluem um certo ângulo não-nulo se a distância de deslocamento for ajustada a zero.
[0013] O fato de o eixo do rolamento excêntrico, que é definido pelo dispositivo de deslocamento, ser excentricamente montado a uma distância de deslocamento paralelamente ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento, resulta em um movimento pendular da pá em torno do eixo do rolamento de pá da asa quando a pá é acoplada pelo dispositivo de acoplamento. Esse movimento pendular é chamado de movimento de passo.
[0014] De acordo com a invenção, o movimento do passo é descrito pelo ângulo que é incluido pela tangente ou plano tangencial no percurso circular através do eixo do rolamento da pá e pela linha de corda da pá. É vantajoso se o movimento do passo ocorrer em uma faixa angular de - 50 ° a + 50 ° em torno da tangente ao percurso circular. Ao usar essa faixa angular, forças de cisalhamento relevantes podem ser geradas. No caso de um movimento de passo simétrico em relação à tangente ao percurso circular, a pá é posicionada em relação ao ponto de rolamento-pá e ao ponto de acoplamento de modo que a linha decorda e a tangente ao percurso circular sejam paralelos quando a distância de deslocamento for zero. Se a linha de corda na distância de deslocamento zero já estiver posicionada em relação à tangente ao percurso circular, isso resultará em um ângulo de passo constante e não-nulo na distância de deslocamento zero e, consequentemente, em um movimento de passo assimétrico em relação à tangente ao percurso circular a uma distância de deslocamento não-nulo. Portanto, pode ser vantajoso que o movimento de passo seja assimétrico em relação à tangente ao percurso circular; isto é neste caso, o ângulo máximo do movimento do passo acima da tangente é maior do que o ângulo máximo abaixo da tangente; ou o contrário.
[0015] O fato de o ângulo específico de não-nulo ser ajustado na distância de deslocamento zero significa que a definição do ângulo específico, não-nulo, é inequívoca. Com distância de deslocamento não-nula, esse ângulo sempre mudaria dependendo do ângulo de passo.
[0016] A linha de corda (inglês "chord") significa a linha de conexão entre a borda de ataque (inglês "leading edge") e a borda de fuga (inglês "trailing edge") de uma pá.
[0017] A borda de ataque e a borda traseira do perfil são dados pela interseção da linha central do perfil com o contorno do perfil. Na linha central do perfil (também conhecida como linha do esqueleto, linha de arqueamento ou linha da curva; inglês "camber line") é uma linha que consiste nos pontos médios entre o lado superior e lado inferior do perfil da pá perpendicular à linha de corda. A linha central do perfil está relacionada à assimetria entre o lado superior e inferior do perfil da pá. No caso de perfis simétricos, a linha central do perfil corresponde à linha de corda. Perfis simétricos são preferidos. No entanto, a invenção não se limita a perfis simétricos.
[0018] Ao posicionar o ponto de acoplamento de modo que o plano que inclui o eixo de rolamento da pá e o ponto de acoplamento e o plano tangencial ao percurso circular através do eixo de rolamento de pá forme um certo ângulo não-nulo quando a distância de deslocamento é ajustada para zero, componentes harmônicos mais altos do movimento do passo da pá podem ser influenciados e reduzidos.
[0019] É enfatizado neste ponto que o efeito de acordo com a invenção ocorre completamente independente da geometria e projeto especiais da pá ou do perfil de pá. De acordo com a invenção, importa apenas o ângulo que está compreendido pelo plano tangencial ao percurso circular através do eixo de rolamento de pá, e pelo plano que compreende o eixo de rolamento de pá e o ponto de acoplamento, ou que está compreendido pela tangente ao percurso circular no ponto de rolamento de pá e pela linha reta de conexão através do ponto de rolamento de pá e do ponto de acoplamento.
[0020] Um movimento de passo ocorre quando a distância de deslocamento é ajustada como um valor diferente de zero. A posição do ponto de acoplamento é assim determinada de acordo com a invenção em uma configuração, na qual o eixo excêntrico do rolamento, definido pelo dispositivo de deslocamento, e o eixo de rotação do dispositivo de acionamento coincidem. Para a operação do dispositivo de acionamento, é conveniente ajustar a distância de deslocamento para um valor que não seja não- nulo, para assim efetuar o movimento do passo. Na presença da distância de deslocamento não-nula, o impulso é gerado em uma determinada direção.
[0021] O movimento do passo da pá é repetido ciclicamente a cada rotação do rotor. Portanto, o curso do ângulo de passo pode ser desenvolvido em uma série de Fourier, dependendo da rotação atual do rotor. O componente harmônico fundamental normalmente domina nessa representação. Um componente constante é sobreposto a ele, bem como os componentes harmônicos superiores acima mencionados.
[0022] O ponto de acoplamento do dispositivo de acoplamento à pá realiza dois movimentos rotacionais durante a operação do dispositivo de acionamento. O primeiro movimento de rotação ocorre devido à rotação da pá em torno do eixo de rotação do dispositivo de acionamento. O segundo movimento rotacional é causado pelo mecanismo de passo, que gira a pá em torno do eixo do mancal. Através da estrutura geométrica do mecanismo de passo obtém-se componentes harmônicos mais altos no segundo movimento de rotação, no movimento de passo, assim como também através da sobreposição com o movimento de rotação primeiramente citado, componentes harmônicos mais altos nas cargas na pá.
[0023] Esses componentes harmônicos mais altos representam vibrações indesejadas nas cargas que podem ser transmitidas através do dispositivo de acoplamento ao dispositivo de deslocamento ou seu eixo excêntrico do rolamento. Isso afeta a estabilidade do dispositivo de deslocamento e seu eixo excêntrico do rolamento.
[0024] O ponto de acoplamento é prefivelmente posicionado no percurso circular no lado do plano tangencial, voltado para o eixo de rotação do dispositivo de acionamento.
[0025] É vantajoso que o ponto de acoplamento seja posicionado de forma que seja deslocado do plano tangencial do percurso circular na direção do eixo de rotação do dispositivo de acionamento, de modo que o ângulo determinado, não-nulo, se situe entre 5 ° e 15 °, preferivelmente entre 8 ° e 12 °. , é particularmente preferivelmente em uma faixa entre 9,5 ° e 10,5 °.
[0026] Além disso, é particularmente vantajoso se o ângulo determinado, não-nulo, for ajustado de modo que o plano que compreende o eixo do mancal de pá e o ponto de acoplamento e o plano que compreende o eixo de rotação do dispositivo de acionamento e a linha de conexão, partindo do ponto de acoplamento até o eixo de rotação, inclua um ângulo de quase 90 ° quando a distância de deslocamento estiver ajusta para zero. Nesse caso, todos os componentes retos harmônicos mais altos do movimento de passo quase se anulam o dispositivo de acionamento gira em torno do seu eixo de rotação. Isso também minimiza as cargas no dispositivo de deslocamento devido aos componentes harmônicos ainda mais altos do movimento de passo.
[0027] É conveniente determinar o ângulo determinado, não-nulo, em função da razão entre as duas variáveis subsequentes. Primeiro: Distância do eixo do rolamento até o ponto de acoplamento; em segundo lugar: Distância do eixo de rotação do dispositivo de acionamento até o eixo do rolamento de pá; na condição de que a distância de deslocamento seja ajustada para zero. O ângulo determinado, não-nulo, e indicado em radiano, preferivelmente, assume um valor que está na faixa de 75% a 125% da razão acima mencionada da primeira para a segunda variável; o ângulo determinado, não-nulo, assume de preferência um valor que varia entre 90% e 110% da razão indicada.
[0028] Além disso, é particularmente vantajoso se o ângulo determinado, não-nulo, for ajustado de modo que o plano que compreende o eixo do mancal de pá e o ponto de acoplamento e o plano que compreende o eixo de rotação do dispositivo de acionamento e a linha de conexão, partindo do ponto de acoplamento até o eixo de rotação, inclua um ângulo de quase 90 ° quando a distância de deslocamento estiver ajusta para zero. Nesse caso, todos os componentes retos harmônicos mais altos do movimento de passo quase se anulam o dispositivo de acionamento gira em torno do seu eixo de rotação. Isso também minimiza as cargas no dispositivo de deslocamento devido aos componentes harmônicos ainda mais altos do movimento de passo.
[0029] O ponto de acoplamento do dispositivo de acoplamento à pá está preferivelmente fora do perfil da pá. Isso tem a vantagem de que a pá, como tal, não é afetada adversamente pelo acoplamento do dispositivo de acoplamento. Isso vantajosamente não afeta adversamente a estabilidade da pá.
[0030] São preferivelmente utilizadas pás com perfil simétrico em relação à linha de corda. No entanto, a invenção não se restringe a esses perfis simétricos.
[0031] É vantajoso que o eixo de rolamento de pá seja deslocado a uma certa distância do eixo de rotação do dispositivo de acionamento em relação ao plano que atravessa o centro de massa da pá e paralelamente ao eixo de rotação e à linha de corda.
[0032] O deslocamento do eixo de rolamento de pá na direção do eixo de rotação por uma certa distância em relação ao plano que atravessa o centro de massa da pá e paralelamente ao eixo de rotação e à linha de corda da pá, tem a vantagem de que a força constante no dispositivo de deslocamento ou é minimizado no eixo excêntrico do rolamento definido pelo dispositivo de deslocamento. A força constante no dispositivo de deslocamento é o valor médio da força total que atua no dispositivo de deslocamento no curso de uma rotação completa do rotor. Se a força que atua no dispositivo de deslocamento ou no eixo do rolamento excêntrico for desenvolvida em uma série de Fourier, a força constante será o termo de ordem zero. Isso reduz ainda mais a carga no dispositivo de deslocamento ou no eixo excêntrico do rolamento. As cargas também são exercidas no dispositivo de deslocamento ou no eixo do rolamento excêntrico devido a torques que atuam na pá. Como já explicado acima, a pá realiza dois movimentos de rotação acoplados um ao outro quando o dispositivo de acionamento está operando. O primeiro movimento de rotação vem da rotação da pá ao longo do percurso circular em torno do eixo de rotação do dispositivo de acionamento. O segundo movimento de rotação corresponde ao movimento de passo da pá em torno do eixo de rolamento de pá. Em relação ao eixo do rolamento de pá, existem duas contribuições para o torque que atua na pá. A primeira contribuição está ligada ao movimento de rotação da pá ao longo do percurso circular em torno do eixo de rotação do dispositivo de acionamento. Este movimento rotacional cria uma força centrífuga na pá. Portanto, sempre ocorre um torque correspondente quando a pá é montada longe do centro de massa. A segunda contribuição está relacionada ao movimento do passo da pá em torno de seu eixo de rolamento de pá. O torque correspondente depende, por um lado, do momento de inércia da pá e, por outro, da aceleração(angular-) da pá, que que ele experimenta durante o movimento do passo.
[0033] Ambas as contribuições mencionadas para o torque dependem da distância do ponto de rolamento de pá ou do eixo de rolamento de pá do centro de massa. O torque resultante pode, portanto, ser minimizado variando essa distância.
[0034] O torque resultante produz várias forças, como forças de tração e / ou compressão, no dispositivo de acoplamento. Essas forças são transmitidas ao dispositivo de deslocamento através do dispositivo de acoplamento. Através do posicionamento do ponto de rolamento de pá ou do eixo de rolamento de pá, de acordo com a invenção, a força constante no dispositivo de deslocamento ou no eixo de rolamento excêntrico pode ser minimizada.
[0035] A pá tem preferivelmente uma distribuição de massa tão homogênea que isso causa o deslocamento pela distância determinada. Uma concretização simples desta distribuição de massa não homogênea consiste em aumentar a densidade de massa no lado superior da pá, afastada do eixo de rotação, por exemplo, pela aplicação de pesos adicionais ou de um revestimento correspondente no lado superior da pá. O centro de massa da pá é assim deslocado ainda mais para fora na direção radial em relação ao eixo de rotação do rotor. No caso de a geometria de pá constante, o efeito de acordo com a invenção pode assim ser causado.
[0036] É vantajoso se o eixo do eixo de rolamento de pá estiver posicionado em uma área que, por um lado, atravessa o plano que é perpendicular à linha de corda e passa pelo centro de massa, e, por outro lado, é liitado pelo plano que é perpendicular à linha de corda e passa pela borda de ataque. Isso permite obter apenas forças de tração no dispositivo de acoplamento, o que, por sua vez, permite uma construção bastante simplificada do dispositivo de acoplamento.
[0037] O eixo do rolamento de pá se estende de preferência para fora do perfil da pá. Isso tem a vantagem de que a estabilidade da pá não é prejudicada pelo dispositivo de rolamento.
[0038] É vantajoso se o dispositivo de acionamento de acordo com a invenção compreender ainda um disco, que seja projetado de modo a separar aerodinamicamente a pá ou as pás dos componentes restantes do dispositivo de acionamento. Esse disco é particularmente vantajoso caso o dispositivo de acionamento seja operado em velocidades mais altas.
[0039] De preferência, o dispositivo de acionamento possui ainda um elemento de conexão, em que o elemento de conexão é rigidamente conectado à pá, no ponto em que a pá é apoiada de maneira pivotante pelo dispositivo de rolamento e conectado de modo móvel ao dispositivo de acoplamento no ponto de acoplamento da pá. O elemento de conexão compreende de preferência um braço de alavanca. Isso permite que o braço da alavanca seja conectado rigidamente à pá. O elemento de conexão é, preferivelmente, um componente separado para acoplar o dispositivo de acoplamento à pá. O braço da alavanca é particularmente preferivelmente conectado à pá pelo lado de fora. O movimento de passo é assim iniciado na pá através do dispositivo de rolamento. A vantagem é que o ponto de acoplamento do dispositivo de acoplamento pode ser selecionado fora do perfil da pá. Um único local na pá é suficiente para o rolamento e introdução do movimento de passo. O ponto de rolamento de pá é particularmente preferivelmente localizado no local da pá com a maior espessura de perfil. Isso tem a vantagem de que as forças que ocorrem podem ser melhor distribuídas na pá. Isso também resulta em um projeto aprimorado e uma redução no peso da pá e / ou do mecanismo de passo e / ou do dispositivo de acionamento.
[0040] Particularmente no caso de um dispositivo de acionamento que compreende um disco projetado de forma a separar aerodinamicamente a pá ou pás dos componentes restantes do dispositivo de acionamento, um elemento de conexão tem a vantagem adicional de que nenhum recesso para o dispositivo de acoplamento precisa ser previsto no ponto de acoplamento no disco. Nesse caso, o ponto de acoplamento pode ser selecionado de forma que não entre em contato com o disco.
[0041] É vantajoso se o dispositivo de deslocamento compreender um disco de deslocamento, através de cujo ponto central o eixo do rolamento excêntrico passa e que seja montado rotativamente em torno do eixo de rolamento excêntrico, e o ponto de conexão seja disposto no disco de deslocamento fora do centro do seu ponto central. Se houver várias pás, o disco de deslocamento compreenderá um ponto de conexão correspondente para cada pá. Os pontos de conexão são distribuídos uniformemente pela circunferência do disco de deslocamento. Em vez de um disco de deslocamento, também é possível usar o chamado pino de deslocamento, ou seja um perno de deslocamento. No caso de múltiplas pás, cada pá é acoplada ao mesmo pino de deslocamento. Os dispositivos de acoplamento das pás individuais são, portanto, acoplados sobrepostos entre si ao pino de deslocamento. Isso aumenta a extensão axial do dispositivo de acionamento ao usar um pino de deslocamento em comparação com o uso de um disco de deslocamento.
[0042] De acordo com um segundo aspecto da invenção, um dispositivo de acionamento para uma aeronave é fornecido com uma pá que é rotativa ao longo de um percurso circular em torno de um eixo de rotação do dispositivo de acionamento; um mecanismo de passo com um dispositivo de acoplamento e um dispositivo de rolamento, em que a pá fica apoiada de forma articulada pelo dispositivo de rolamento em torno de um eixo de rolamento de pá paralelo ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento; e com um dispositivo de deslocamento ao qual a pá é acoplada pelo dispositivo de acoplamento em um ponto de conexão. O dispositivo de deslocamento define um eixo de rolamento excêntrico, que é montado a uma distância de deslocamento ajustável paralela ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento, de modo que o dispositivo de acoplamento acopla a pá ao dispositivo de deslocamento, de modo que a rotação da pá ao longo do percurso circular em torno do eixo de rotação do dispositivo de acionamento produza um movimento depasso da pá, quando a distância de deslocamento for ajustada para um um valor diferente de zero. O eixo do rolamento de pá é deslocado a uma certa distância do eixo de rotação da pá em relação ao plano que atravessa o centro de massa da pá e paralelamente ao eixo de rotação e à linha de corda.
[0043] O deslocamento do eixo de rolamento de pá em relação ao plano que atravessa o centro de massa da pá e paralelamete ao eixo de rotação e à linha corda da pá em direção ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento a uma certa distância, tem a vantagem de que a força constante no dispositivo de deslocamento e no eixo excêntrico de rolamento é minimizada. Isso reduz ainda mais a carga no dispositivo de deslocamento e no eixo excêntrico do rolamento. Uma descrição detalhada das cargas exercidas no dispositivo de deslocamento devido a forças que atuam na asa (por um lado, a força centrífuga e, por outro lado, forças inerciais) já foi dada acima em conexão com uma configuração vantajosa do primeiro aspecto da invenção, na qual, em é feita referência ao segundo aspecto da invenção. As duas contribuições mencionadas dependem da distância do ponto de rolamento de pá ou do eixo de rolamento de pá em relação ao centro de massa. A força resultante pode, portanto, ser minimizada variando essa distância. Esta força é transmitida ao dispositivo de deslocamento através do dispositivo de acoplamento. Através do posicionamento do ponto do rolamento de pá ou do eixo de rolamento de pá a uma certa distância do centro de massa, a força constante no dispositivo de deslocamento ou no eixo do rolamento excêntrico pode ser minimizada.
[0044] A pá tem preferivelmente uma distribuição de massa tão homogênea que isso causa o deslocamento pela distância determinada. Uma concretização simples desta distribuição de massa não homogênea consiste em aumentar a densidade de massa no lado superior da pá, afastada do eixo de rotação, por exemplo, pela aplicação de pesos adicionais ou de um revestimento correspondente no lado superior da pá. O centro de massa da pá é, portanto, deslocado mais para fora na direção radial em relação ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento. Isso é equivalente ao fato de o eixo do rolamento de pá estar mais próximo do eixo de rotação do dispositivo de acionamento em relação ao centro de massa do que o centro de massa na direção radial. No caso de a geometria de pá constante, o efeito de acordo com a invenção pode assim ser causado.
[0045] É vantajoso se o eixo do eixo de rolamento de pá estiver posicionado em uma área que, por um lado, atravessa o plano que é perpendicular à linha de corda e passa pelo centro de massa, e, por outro lado, é liitado pelo plano que é perpendicular à linha de corda e passa pela borda de ataque. Isso permite obter apenas forças de tração no dispositivo de acoplamento, o que, por sua vez, permite uma construção bastante simplificada do dispositivo de acoplamento.
[0046] O eixo do rolamento de pá se estende de preferência para fora do perfil da pá. Isso não afeta a estabilidade da pá pelo dispositivo de rolamento.
[0047] O dispositivo de acoplamento compreende, preferivelmente, uma biela que conecta o dispositivo de deslocamento ao ponto de acoplamento da pá. Uma biela ou haste de biela é uma implementação particularmente adequada do dispositivo de acoplamento de acordo com a invenção. De preferência, uma peça final da biela é acoplada rotativamente ao dispositivo de deslocamento.
[0048] É particularmente vantajoso combinar configurações vantajosas do primeiro aspecto da invenção com configurações vantajosas do segundo aspecto da invenção em um dispositivo de acionamento.
[0049] O dispositivo de acionamento de acordo com a invenção compreende, preferivelmente, pás adicionais, particularmente de preferência duas, três, quatro, cinco ou seis pás, cada uma com um mecanismo de passo associado, em que todas as pás e mecanismos de passo do dispositivo de acionamento são do mesmo tipo e em que as pás do dispositivo de acionamento são uniformemente distribuídas ao longo do percurso circular ao redor do eixo de rotação do dispositivo de acionamento.
O dispositivo de acionamento para uma aeronave de acordo com o primeiro ou o segundo aspecto da invenção, portanto, tem preferivelmente uma pluralidade de pás, que são distribuídas uniformemente ao longo de um percurso circular em torno de um eixo de rotação do dispositivo de acionamento, e cada uma das quais é rotativa ao longo do percurso circular em torno do eixo de rotação do dispositivo de acionamento.
Além disso, o dispositivo de acionamento preferido possui uma pluralidade de mecanismos de passo, cada um com um dispositivo de acoplamento e um dispositivo de rolamento.
Cada pá é articulada pelo dispositivo de rolamento correspondente em torno de um eixo de rolamento correspondente paralelamente ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento.
Além disso, o dispositivo de acionamento preferido possui um dispositivo de deslocamento, ao qual cada pá é acoplada pelo dispositivo de acoplamento correspondente em um ponto de conexão correspondente.
O dispositivo de deslocamento define um eixo de rolamento excêntrico, que é montado a uma distância de deslocamento ajustável paralelamente ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento, de modo que os dispositivos de acoplamento acoplem as pás associadas ao dispositivo de deslocamento, de modo que a rotação das pás ao longo do percurso circular em torno do eixo de rotação do dispositivo de acionamento produza um movimento de passo das pás quando a distância de deslocamento for ajustada para um valor diferente de zero. De acordo com a invenção, cada dispositivo de acoplamento é acoplado à pá correspondente em um respectivo ponto de acoplamento, em que cada um dos pontos de acoplamento é posicionado de modo que o plano que compreende o eixo de rolamento de pá correspondente e o ponto de acoplamento correspondente e o plano tangencial correspondente ao percurso circular através do eixo do rolamento de pá associado, inclua um certo ângulo não-nulo quando a distância de deslocamento é ajustada a zero. E / ou o eixo de rolamento de pá de cada pá é deslocado por uma certa distância do eixo de rotação da pá e paralelamente ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento e à linha de corda da respectiva pá, em relação ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento.
[0050] No caso de uma pluralidade de pás, em conexão com a invenção, uma distribuição uniforme ao longo do percurso circular em torno do eixo de rotação do dispositivo de acionamento significa que os pontos de rolamento da asa ou eixos de rolamento das pás situam-se aproximadamente no percurso circular, e os pontos de rolamento de pá ou eixos de rolamento de pá com duas pás adjacentes têm respectivamente quase a mesma distância um do outro.
[0051] O uso de uma pluralidade de pás tem a vantagem de que uma força de propulsão do dispositivo de acionamento pode ser gerada. Além disso, a distribuição uniforme das pás ao longo do percurso circular permite a neutralização pelo menos parcial das forças que atuam no dispositivo de deslocamento ou no eixo excêntrico do rolamento. As concretizações vantajosas do primeiro e / ou segundo aspecto da invenção podem ser aplicadas ao dispositivo de acionamento com uma pluralidade de pás de forma correspondente. As vantagens resultantes correspondem às descritas em conexão com o primeiro e / ou o segundo aspecto da invenção.
[0052] É uma vantagem particular se o dispositivo de acionamento compreender um total de cinco pás. Os cálculos mostram que os dispositivos de acionamento de acordo com a invenção com diferentes números de pás, reagem de maneira diferente aos componentes harmônicos nas forças que são transmitidas dos dispositivos de acoplamento correspondentes ao dispositivo de deslocamento ou eixo de rolamento excêntrico. Existem componentes harmônicos mais altos que acabam sobrecarregando o dispositivo de deslocamento. No caso de um total de cinco pás, os componentes harmônicos mais altos são fortemente suprimidos. Essa supressão é particularmente intensificada pelo posicionamento, de acordo com a invenção, do ponto de acoplamento do dispositivo de acoplamento na pá e / ou pelo posicionamento, de acordo com a invenção, do eixo de rolamento de pá.
[0053] O dispositivo de acionamento é preferivelmente um rotor ciclogiro. No entanto, a invenção não se limita ao uso em ciclogiros. Também é possível usar o dispositivo de acionamento de acordo com a invenção, por exemplo, no assim chamado Micro Air Vehicles (MAVs), isto é, drones não tripulados de tamanho pequeno ou em aeronaves tripuladas. Além disso, também é possível usar os dispositivos de acionamento de acordo com a invenção em conexão com outros fluidos que não ar, como por exemplo líquidos.
[0054] Exemplos de concretização preferidos da presente invenção são descritos abaixo com referência às figuras a seguir. Onde:
[0055] A aigura 1 é uma vista em perspectiva de uma aeronave com vários dispositivos de acionamento de acordo com a invenção;
[0056] A figura 2 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de acionamento de acordo com a invenção;
[0057] A figura 3 é uma vista em perfil de um mecanismo de passo acoplado a um dispositivo de deslocamento de acordo com o primeiro exemplo de concretização da invenção para definir o ângulo determinado, não-nulo;
[0058] A figura 4 é uma vista em perfil de uma pá acoplada a um dispositivo de acoplamento a um dispositivo de deslocamento de acordo com o primeiro exemplo de concretização da invenção.;
[0059] A figura 5a é uma representação esquemática do modo de funcionamento do acoplamento do dispositivo de acoplamento de acordo com a invenção em um ponto de acoplamento da pá;
[0060] A figura 5b é uma vista em perfil de uma pá acoplada a um dispositivo de acoplamento a um dispositivo de deslocamento com um ponto de acoplamento selecionado em uma posição ideal, para reduzir as cargas no dispositivo de deslocamento ou no eixo do rolamento excêntrico;
[0061] A figura 5c é um dispositivo de acionamento de acordo com a invenção em vista de perfil em um rotor com quatro pás, em que o ponto de acoplamento é idealmente posicionado em todas as pás;
[0062] A figura 6 é um estudo de parâmetros sobre a influência da posição do ponto de acoplamento da pá, sobre as cargas no dispositivo de deslocamento;
[0063] A figura 7a é uma primeira variante de projeto da primeira forma de concretização usando um elemento de conexão para implementar o posicionamento do ponto de acoplamento de acordo com a invenção;
[0064] A figura 7b é uma segunda variante de projeto da primeira forma de concretização usando uma conexão com a pá para implementar o posicionamento do ponto de acoplamento de acordo com a invenção;
[0065] A Figura 8 é uma vista em perfil de uma pá acoplada por um dispositivo de acoplamento a um dispositivo de deslocamento de acordo com o segundo aspecto da invenção.;
[0066] A figura 9 é um estudo de parâmetros sobre a influência da distância do ponto de rolamento de pá em relação ao centro de massa sobre as forças no dispositivo de deslocamento;
[0067] A figura 10 é uma tabela que indica cargas no dispositivo de deslocamento devido a vibrações harmônicas, dependendo do número de pás.
[0068] A figura 1 mostra uma vista em perspectiva de uma aeronave 100 com uma pluralidade de dispositivos de acionamento 1 de acordo com a invenção. A aeronave 100 mostrada possui quatro dispositivos de acionamento 1. No caso dos dispositivos de acionamento 1 mostrados trata-se de rotores ciclogiro. A aeronave 100 mostrada na figura 1 pode, portanto, também ser referida como um Ciclogiro. Os dispositivos de acionamento são descritos em mais detalhes em conexão com as figuras a seguir. Cada um desses dispositivos de acionamento 1 é montado de forma rotativa em torno de um eixo de rotação. Cada dispositivo de acionamento 1 compreende uma pluralidade de pás 2 que são montadas de modo a serem articuladas em torno de seu eixo longitudinal. O ângulo de inclinação das pás 2 pode, portanto, variar durante a rotação do dispositivo de acionamento 1. Atavés do controle da velocidade de rotação dos dispositivos de acionamento 1 e do controle do ângulo de inclinação daspás 2, a quantidade e a direção do impulso gerado podem ser variadas. A aeronave 100 possui dois dispositivos de acionamento maiores 1 na frente. No lado traseiro, a aeronave 100 possui dois dispositivos de acionamento menores 1.
[0069] No caso da aeronave ilustrada 100 pode se tratar, por exemplo, de uma aeronave, de uma aeronave tripulada, de um drone ou dos assim chamados Micro Air Vehicles (MAVs).
[0070] Um dispositivo de acionamento 1 de acordo com a invenção é mostrado em perspectiva na figura 2. Este dispositivo de acionamento 1 compreende cinco pás 2, cada uma com um mecanismo de passo associado 3, um dispositivo de deslocamento 4 e um disco 11. As pás 2 são montadas rotativamente em torno de um eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1. O dispositivo de deslocamento 4 define um eixo de rolamento excêntrico, que é montado excentricamente em relação ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento
1. Na figura 2 é mostrado o dispositivo de deslocamento como um disco de deslocamento.
O disco de deslocamento pode girar livremente em torno do eixo do rolamento excêntrico.
O rolamento excêntrico do disco de deslocamento 4 implica um rolamento excêntrico do mecanismo de passo 3. Através do rolamento excêntrico do mecanismo de passo 3 é produzida uma mudança na posição das pás 2 durante um giro em torno do eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1. Cada um dos mecanismos de passo 3 mostrados compreende um dispositivo de acoplamento 31 e um dispositivo de rolamento 33. Cada pá 2 é apoiada de forma articulada pelo dispositivo de rolamento correspondente 33. A pá 2 é montada em torno de um eixo paralelamente ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1. Este eixo é o eixo das pás 33. O rolamento da pá 2 pode ser feito, por exemplo, com o auxílio de um meio de rolamento, tais como um ou mais pinos, o assim chamado pino principal (em inglês „main pin“). O meio de rolamento é de preferência uma parte do dispositivo de rolamento 33. O eixo de rolamento de pá 33 pode passar através do centro de massa da pá 2. No entanto, um apoio da pá 2 é feito preferivelmente a uma distância do centro de massa.
O dispositivo de acoplamento 31 do mecanismo de passo 3 acopla a pá 2 ao dispositivo de deslocamento 4, de modo que a pá 2 execute um movimento de passo quando gira em torno do eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1, e desde que o eixo de rolamento excêntrico não coincida com o eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1. Uma peça final do dispositivo de acoplamento 31 é acoplada ao dispositivo de deslocamento 4 em um ponto de conexão.
A outra peça final do dispositivo de acoplamento 31 é acoplada à pá 2.
[0071] O disco de deslocamento 4 é livremente rotativo. O eixo de rotação do disco de deslocamento 4 passa preferivelmente paralelamente ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1 a uma distância de deslocamento específica. Desse modo, é realizado o rolamento excêntrico do disco de deslocamento 4 com relação ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1. Esta distância de deslocamento pode ser ajustável. Um dispositivo de deslocamento 4 com excentricidade ajustável pode ser implementado, por exemplo, por uma engrenagem planetária. Um movimento de passo das pás 2 ocorre quando a distância de deslocamento não é zero.
[0072] O dispositivo de acoplamento 31 é acoplado à pá 2 em um ponto de acoplamento 32. Para este fim, o dispositivo de acoplamento 31 pode compreender um meio de acoplamento. No dispositivo de acionamento 1 mostrado na figura 2, o dispositivo de acoplamento 31 compreende uma biela (em inglês "conrod") e um pino, chamado pino-Pitch- link. No caso do pino, trata-se de um projeto estrutural dos meios de acoplamento de acordo com a invenção. No exemplo de concretização mostrado na figura 2, o acoplamento do dispositivo de acoplamento 31 à pá 2 é feito no ponto de acoplamento 32, não por uma conexão direta à pá 2, mas pelo uso de um elemento de conexão 61. Uma extremidade do elemento de conexão 61 é rigidamente conectada à pá 2. Essa conexão é preferivelmente feita no ponto de rolamento de pá. A outra extremidade do elemento de conexão 61 é acoplada ao dispositivo de acoplamento / biela 31. Neste caso, o movimento do passo é iniciado através dos meios de acoplamento com o auxílio da biela 31, indiretamente através do elemento de conexão 61 na pá 2.
[0073] No entanto, um acoplamento direto do dispositivo de acoplamento 31 à pá 2 também é possível de acordo com a invenção.
[0074] Devido ao fato de que o dispositivo de acoplamento 31 do mecanismo de passo ser montado excentricamente em relação ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1, o ponto de acoplamento 32 se move em relação ao eixo do rolamento de pá 33 em um arco quando a pá 2 gira em torno do eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1. Isso resulta no movimento do passo da pá 2. Neste caso, trata-se de um movimento pendular da pá 2 em torno do eixo do rolamento da pá 33.
[0075] Além disso, o dispositivo de acionamento 1 mostrado na figura 2 compreende um disco 11. Este disco 11 é projetado de modo a separar aerodinamicamente as pás 2 dos componentes restantes do dispositivo de acionamento 1. Esse disco 11 é particularmente vantajoso no caso de o dispositivo de acionamento 1 ser operado em velocidades mais altas.
[0076] Em uma forma de concretização de acordo com a invenção, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, o dispositivo de acoplamento 31 é acoplado à pá 2 em um ponto de acoplamento 32, que é posicionado, de modo que o plano, que compreende o eixo do rolamento de pá 33 e o ponto de acoplamento 32 e o plano tangencial no percurso circular, incluam um certo ângulo, não-nulo, através do eixo do rolamento de pá 33, quando a distância de deslocamento é ajustada para zero. As pás 2 mostradas na figura 2 têm um perfil simétrico. Uma descrição detalhada do dispositivo de acoplamento 31 de acordo com a invenção pode ser encontrada em particular em conexão com a figura 3.
[0077] O dispositivo de acionamento 1 gera impulso devido a dois movimentos rotativos acoplados. O primeiro movimento rotativo é a rotação das pás 2 em torno do eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1. Este primeiro movimento rotativo leva a um movimento das pás 2 ao longo de um percurso circular em torno do eixo de rotação do dispositivo de acionamento. Especificamente, os eixos de rolamento de pá 33 ou pontos de rolamento de pá ao longo do percurso circular. Cada eixo de rolamento de pá 33 é paralelo ao eixo longitudinal da pá 2. O eixo longitudinal das pás 2 é paralelo ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1. O eixo longitudinal das pás 2 é, portanto, também paralelo ao eixo do rolamento de pás 33. A direção de empuxo do dispositivo de acionamento 1 é normal ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1. Para geração ideal de empuxo, todas as pás 2 devem estar sempre alinhadas com a direção do fluxo. Isso garante que cada pá 2 faça uma contribuição máxima para o impulso total. Durante a rotação do dispositivo de acionamento 1 em torno do seu eixo de rotação, a inclinação de cada pá 2 é alterada continuamente devido ao mecanismo de passo descrito acima. Cada asa 2 realiza uma mudança periódica no ângulo de inclinação ou um movimento pendular. Este é o movimento de passo. O ponto de acoplamento 32 se move em um arco ao redor do eixo do rolamento de pá
33. Este é o segundo movimento de rotação.
[0078] A quantidade e a direção do impulso gerado dependem da inclinação das pás 2. Portanto, a distância do rolamento excêntrico do dispositivo de deslocamento 4 ou do mecanismo de passo3 em relação ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1 influencia a quantidade de impulso gerado. Através do deslocamento do rolamento excêntrico do dispositivo de deslocamento 4 na direção circunferencial, isto é, a uma distância constante em relação ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1, é alterada a direção do impulso gerado.
[0079] Embora na figura 2 os mecanismos de passo 3 sejam mostrados apenas em um lado do dispositivo de acionamento 1, pode ser conveniente, por razões de estabilidade, também colocar mecanismos de passo correspondentes no lado oposto do dispositivo de acionamento.
[0080] A Figura 3 mostra uma parte de um dispositivo de acionamento de acordo com o primeiro aspecto da invenção em vista de perfil. Um mecanismo de passo e um dispositivo de deslocamento 4 podem ser vistos na figura 3. O mecanismo de passo compreende um dispositivo de acoplamento 31 e um dispositivo de rolamento 33. Além disso, é indicada uma parte do percurso circular 52, ao longo do qual o eixo 33 da pá se move. A tangente 54 ao referido percurso circular também é mostrada. O primeiro aspecto da invenção é bem sucedido inteiramente sem a geometria especial de uma pá. Portanto, nenhum perfil especial de pá é mostrado na figura
3. De acordo com a invenção, apenas o posicionamento do ponto de acoplamento 32 em relação à tangente 54 é importante. Mais precisamente, de acordo com a invenção, é o ângulo wα, que é incluído pela tangente 54 e pela linha reta de conexão através do ponto de rolamento de pá 33 e do ponto de acoplamento 32. O ângulo wα é determinado na configuração do dispositivo de deslocamento,no qual não há excentricidade, isto é, quando a distância de deslocamento é ajustada para zero, como mostrado na figura 3. Isso é equivalente ao fato de que o eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento coincide com o eixo excêntrico do rolamento 41. O efeito de acordo com a invenção, ou seja, a redução de cargas no dispositivo de deslocamento 4 ou no eixo excêntrico do rolamento 41, ocorre quando o ângulo wα assume um valor não- nulo. Isso é mostrado abaixo em conexão com a figura 6. Em vez do ângulo wα, pode ser conveniente considerar o ângulo ρ, que é incluído, por um lado, desde a linha de conexão 33 no eixo de rolamento de pá até o ponto de acoplamento 32 e, por outro lado, desde a linha de conexão pelo ponto de acoplamento 32 ao eixo de rotação 51.
[0081] Deve-se notar que é mostrado um assim chamado disco de deslocamento. O dispositivo de acoplamento 31 é acoplado em um ponto de conexão 42 do disco de deslocamento que está a uma certa distância do eixo de rolamento 41 do disco de deslocamento. O fato de o disco de deslocamento estar montado rotativamente, ainda não leva a um movimento de passo. O movimento do passo ocorre apenas quando o eixo do rolamento 41 do disco de deslocamento 4 é deslocado radialmente por uma distância de deslocamento em relação ao eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento.
[0082] Finalmente, deve-se notar que a parte do dispositivo de acionamento de acordo com a invenção é mostrada em seção transversal em perfil na figura 3. Considerando a expansão do dispositivo de acionamento para a terceira dimensão, não mostrada, deve-se considerar, opcionalmente, planos, em vez de linhas retas, no caso da definição de wα. . Em geral, se aplica o seguinte: o ponto de acoplamento 32 é posicionado de modo que o plano que inclui o eixo de rolamento de pá 33 e o ponto de acoplamento
32, e o plano tangencial 54 no percurso circular 52 através do eixo de rolamento de pá 33 incluam um certo ângulo não- nulo, quando a distância de deslocamento for ajustada para zero.
[0083] Se for feita referência a tamanhos bidimensionais de uma maneira simplificadora, isso implica que eles podem ser mencionados como representativos dos tamanhos tridimensionais correspondentes.
[0084] A Figura 4 mostra uma parte de um dispositivo de acionamento de acordo com o primeiro aspecto da invenção em vista de perfil. Uma pá 2, um mecanismo de passo e um dispositivo de deslocamento 4 podem ser vistos na figura 4. O mecanismo de passo compreende um dispositivo de acoplamento 31 e um dispositivo de rolamento 33. Por uma questão de simplicidade, é considerada aqui uma pá 2 com perfil simétrico. A pá 2 é apoiada de forma articulada pelo dispositivo de rolamento 33 em torno do eixo de rolamento de pá 33. O dispositivo de acoplamento 31 é acoplado à pá 2 no ponto de acoplamento 32. O ponto de acoplamento 32 é posicionado de modo que o plano que inclui o eixo do rolamento de pá 33 e o ponto de acoplamento 32 e o plano tangencial 54 para o percurso circular através do eixo de rolamento de pá33, incluam um certo ângulo não-nulo wα. O ângulo wα é determinado na configuração do dispositivo de deslocamento, na qual não há excentricidade, isto é, quando a distância de deslocamento 43 é ajustada para zero. A linha de corda 230 é definida como a conexão entre a borda de ataque 210 e a borda de fuga 220 da pá. A definição de wα já foi descrita acima em conexão com a figura 3. O dispositivo de acoplamento 31 mostrado é acoplado à pá em uma extremidade diretamente no ponto de acoplamento 32. Ou seja, o dispositivo de acoplamento 31 está diretamente conectado de maneira móvel à pá 2, por exemplo, usando um meio de acoplamento, como um pino. Também é possível um acoplamento indireto do dispositivo de acoplamento 31 à pá 2; isso é descrito mais abaixo em conexão com a figura 7a.
[0085] A pá 2 pode girar em torno de um percurso circular 52 ao longo do eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento. O sentido de rotação é indicado pela seta 53; pressupõe-se que a pá gire no sentido horário. No caso do dispositivo de deslocamento 4 mostrado trata-se de um disco de deslocamento. Ele montado rotativamente em torno de um eixo de rolamento excêntrico 41. O dispositivo de deslocamento 4 pode, de preferência, girar livremente em torno deste eixo de rolamento excêntrico 41. O eixo de rolamento excêntrico 41 do dispositivo de deslocamento 4 é deslocado em paralelo por uma distância 43 em relação ao eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento. Através deste deslocamento lateral 43, o dispositivo de deslocamento 4 é apoiado excentricamente em relação ao eixo de rotação 51. No ponto de acoplamento 42 do disco de compensação 4, o dispositivo de acoplamento 31 é acoplado ao disco de deslocamento 4.
[0086] A linha de corda 230 da pá 2 mostrada na figura 4 é inclinada pelo ângulo α em relação à tangente 54 no ponto de rolamento de pá 33 até o percurso circular 52, que o ponto de rolamento de pá 33 descreve ao girar em torno do eixo de rotação 51. Ele o assim chamado ângulo de passo. O movimento do passo ocorre devido ao rolamento excêntrico do eixo de rolamento excêntrico 41 do dispositivo de deslocamento 4 em relação ao eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento. A figura 4 mostra que, devido ao rolamento excêntrico do dispositivo de deslocamento 4, o ponto de acoplamento 42 do dispositivo de acoplamento 31 do mecanismo de passo também corre ao longo de um percurso que é excêntrico em relação ao eixo de rotação 51. Isso tem a conseqüência de que a distância radial do ponto de acoplamento 42 muda durante a rotação da pá 2 em relação ao percurso circular 52, ao longo do qual o eixo 33 do rolamento de á se move. A posição do ponto de acoplamento 32 também muda em relação a esse percurso circular 52. Isso faz com que a pá 2 execute um movimento de passo α. Em outras palavras, a pá 2 sobe e desce em relação ao percurso circular 52. Em outras palavras, a pá 2 realiza um movimento pendular em torno do percurso circular 52 enquanto se move ao longo do percurso circular 52. Este movimento pendular ou a elevação e abaixamento da pá 2 é indicado pelo ângulo α. Esse é o assim chamado ângulo de passo. O ângulo α indica o ângulo, que é incluído pela tangente 54 no ponto de rolamento de pá 33 em relação ao percurso circular 52 e à linha de corda 230. É vantajoso escolher a amplitude máxima do movimento de passo, de modo que o ângulo α possa variar entre -50 ° e + 50 °. Tais ângulos são particularmente vantajosos para os rotores Ciclogiro gerarem um impulso relevante.
[0087] O ponto de acoplamento 32 se move durante o movimento de passo α em um arco ao redor do eixo do rolamento de pá 33. Esse movimento faz com que a pá 2 execute um movimento pendular à medida que se move ao longo do percurso circular 52 em torno do eixo de rotação 51 que, além de uma vibração harmônica básica, possui componentes harmônicos ainda mais altos. Esses componentes harmônicos mais altos são mais pronunciados quanto maior o ângulo de passo α. No caso da faixa angular acima mencionada de - 50 ° a + 50 °, os componentes harmônicos mais altos não podem mais ser negligenciados.
[0088] Através do posicionamento do ponto de acoplamento 32 de acordo com a invenção é dada a possibilidade de influenciar os componentes harmônicos mais altos mencionados.
[0089] A figura 5 a mostra esquematicamente como o posicionamento do ponto de acoplamento 32 de acordo com a invenção leva à influência e redução dos componentes harmônicos mais altos do movimento de passo. A figura 5a mostra o mecanismo de passo para o caso em que o eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento coincide com o eixo de rolamento excêntrico 41 do dispositivo de deslocamento. Em outras palavras, a excentricidade do eixo de rolamento excêntrico 41 em relação ao eixo de rotação 51 é zero. Em outras palavras, nenhum movimento de passo ocorre no caso mostrado. Exatamente nesta configuração, o ângulo wα é definido e determinado de acordo com a invenção. Um movimento de passo, que é iniciado pelo dispositivo de acoplamento 31 acoplando no ponto de acoplamento 32 na pá 2, ocorre apenas quando o eixo de rolamento excêntrico 41 do dispositivo de deslocamento é novamente deslocado por uma certa distância do eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento. Nesse caso, o ponto de acoplamento 32 se move ao longo de um arco 300 em torno do eixo do rolamento de pá 33.
[0090] No caso de uma escolha adequada do ângulo wα, o ângulo ρ, que fica entre a conexão do ponto de rolamento de pá 33 e com o ponto de acoplamento 32, por um lado, e a conexão do ponto de acoplamento 32 com o eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento ou o eixo de rolamento excêntrico 41 do dispositivo de compensação , por outro lado, é um ângulo reto.
[0091] Se o ângulo wα for escolhido de modo que o ângulo ρ, que é incluído pela linha de conexão entre o ponto de rolamento de pá 33 e o ponto de acoplamento 32, por um lado, e pela linha de conexão entre o ponto de acoplamento 32 e o eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento, por outro lado, seja de 90 °, ocorrerá que o desvio geométrico do arco circular 300 em relação à tangente para o arco circular 300 será simetricamente distribuído no ponto de acoplamento 32. Ou seja, pela escolha de um ângulo reto como descrito acima, é produzida uma simetrização do movimento do ponto de acoplamento 32 em relação à tangente ao arco circular 300. Isso é equivalente ao fato de que não há componentes harmônicos ainda mais altos no movimento de passo. Todos os componentes harmônicos ainda mais altas do movimento de passo podem, portanto, ser minimizados usando o ângulo wα.
[0092] Os componentes harmônicos mais altos do movimento de passo levam a forças no dispositivo de acoplamento 31. Essas forças são transmitidas ao dispositivo de deslocamento ou ao eixo de rolamento excêntrico 41 pelo dispositivo de acoplamento 31. Desse modo, obtém-se cargas no dispositivo de deslocamento. O fato de os componentes harmônicos retos mais altos do movimento de passo serem minimizados, através do posicionamento do ponto de acoplamento 32 de acordo com a invenção, as cargas correspondentes no dispositivo de deslocamento ou no eixo excêntrico do rolamento 41 também são minimizadas.
[0093] Embora a posição ideal do ponto de acoplamento 32 seja dada quando o ângulo ρ, que é incluído pela linha de conexão entre o ponto de rolamento de pá 33 e o ponto de acoplamento 32, por um lado, e pela linha de conexão entre o ponto de acoplamento 32 e o eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento, por outro lado, é 90 °, uma redução nas cargas no dispositivo de deslocamento também ocorre em outros ângulos wα que não necessariamente levam a um ângulo reto ρ. Os cálculos do modelo correspondente são descritos com referência à figura 6.
[0094] A figura 5b mostra um segmento a partir de um dispositivo de acionamento de acordo com a invenção em perfil, em que o ponto de acoplamento 32 está idealmente posicionado. Isso significa que, na configuração mostrada, os componentes harmônicos mais altos do movimento de passo são reduzidos o máximo possível. A Figura 5b mostra o caso geral com um perfil de pá assimétrico. O ângulo ρ, que é incluído pela linha de conexão entre o ponto de rolamento de pá 33 e o ponto de acoplamento 32, por um lado, e pela linha de conexão entre o ponto de acoplamento 32 e o eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento, por outro lado, é de 90 °. Como descrito acima em conexão com a figura 5a, o posicionamento do ponto de acoplamento 32 e, portanto, a configuração do ângulo ρ ocorre sob a condição da excentricidade não-nula, isto é, o eixo de rolamento excêntrico 41 do dispositivo de deslocamento 4 coincide com o eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento.
[0095] Devido às dimensões finitas do dispositivo de deslocamento 4, o ponto de conexão 42 do dispositivo de acoplamento 31 ao dispositivo de deslocamento 4 não coincide de forma idêntica com o eixo de rolamento excêntrico 41 do dispositivo de deslocamento 4. O raio r do percurso circular 52, ao longo do qual a pá 2 gira em torno do eixo de rotação 51, geralmente é significativamente maior que a distância do ponto de conexão 42 do eixo de rolamento excêntrico 41. Portanto, também é possível otimizar o ângulo ρ, por um lado, que é incluído pela linha de conexão entre o ponto de rolamento de pá 33 e o ponto de acoplamento 32, e pela linha de conexão entre o ponto de acoplamento 32 e o ponto de conexão 42 do dispositivo de deslocamento 4, por outro lado, ajustadar para praticamente 90 ° sem sofrer perdas na redução das cargas no dispositivo de deslocamento
4.
[0096] A figura 5c mostra um dispositivo de acionamento de acordo com a invenção em vista de perfil em um rotor com quatro pás 2. Cada uma das pás 2 pode se mover em um percurso circular 52 com um raio r em torno do eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento. Cada pá 2 é acoplada ao dispositivo de deslocamento 4 em um ponto de acoplamento 42. No exemplo mostrado, as pás 2 giram no sentido horário, conforme indicado pela seta 53. Na Figura 5c, o dispositivo de acionamento é mostrado com excentricidade não-nula, isto é, o eixo de rolamento excêntrico 41 é deslocado do eixo de rotação 51 por uma distância de deslocamento não-nula 43. Como já explicado acima, isso resulta em um movimento de passo α das pás 2. O ponto de acoplamento 32 de cada pá 2 foi posicionado de maneira ideal. Isto é, como descrito em particular com referência às figuras 3, 5a e 5b, o ângulo que é incluído pela linha reta de conexão através do ponto de rolamento de pá 33 e pelo ponto de acoplamento 32 e pelo ponto de acoplamento 32 e pelo dispositivo de acoplamento 31, foi ajustado para praticamente 90. Este ângulo foi determinado na configuração do dispositivo de deslocamento 4 em que não há excentricidade, isto é, quando a distância de deslocamento foi ajustada para zero.
[0097] Embora não seja importante para obtenção do efeito de acordo com a invenção - como já explicado acima - a geometria especial, rolamento ou o perfil especial da pá 2 (o fator decisivo é o arranjo relativo do ponto de rolamento da pá 33, o ponto de acoplamento 32 e o dispositivo de acoplamento 31 para distância de deslocamento 43 não- nula), no exemplo de concretização mostrado na figura 5 c parte do pressuposto de que as linhas de corda das pás 2 não apontaram rotação em relação à tangente 54 ao percurso circular 52, na distância de deslocamento zero. No caso desta configuração inicial, a ocorrência da minimização do componente harmônico uniforme reto do movimento de passo pode ser ilustrada de modo bem claro. No caso do rotor mostrado com quatro pás 2 com um posicionamento ideal do ponto de acoplamento 32, a minimização dos componentes harmônicos retos do movimento de passo mostra que as pás opostas 2 têm cada uma o ângulo de passo negativo α ou – α do outro. Na posição ilustrada, a pá superior se encontra em sua máxima deflexão positiva α, a pá inferior encontra-se em sua máxima deflexão negativa α. As outras duas pás estão na posição do meio com uma deflexão de zero graus.
[0098] Por uma questão de completude, é mencionado que, devido ao fato de os componentes harmônicos ainda mais altos serem minimizados apenas sob condições reais de operação e não desaparecem completamente, a pá oposta apresenta apenas aproximadamente o valor de deflexão negativo da outra.
[0099] A figura 6 mostra um gráfico 7, que mostra o valor pico a pico (do inglês (peak-to-peak value“) das cargas no dispositivo de deslocamento, Avib, curso, normalizado para o valor pico a pico das cargas no dispositivo de deslocamento para wα = 0, Avib,curso, 0, em função do ângulo wα. O valor pico a pico descreve a diferença entre o valor mínimo e máximo da carga no dispositivo de compensação e, portanto, é uma medida direta da vibração da carga no dispositivo de deslocamento. As odenadas 71 indicam o valor de função Avib,curso/Avib,curso,0 an, as abcissas 72 indicam o ângulo wα medido em grau.
[00100] As cargas no dispositivo de deslocamento ou no eixo excêntrico do rolamento em função do ângulo wα foram calculadas usando um cálculo adicional de todas as forças e momentos e uma consideração adicional das cargas aerodinâmicas. A redução das cargas no dispositivo de deslocamento pode ser claramente vista. Em particular, decorre do curso do gráfico 7 que ocorre uma redução nas cargas no dispositivo de compensação assim que o ponto de acoplamento é posicionado de acordo com a invenção. Durante a operação, o ângulo entre um dispositivo de acoplamento e a linha de conexão entre o ponto de acoplamento e o ponto de rolamento de pá deve ser sempre suficientemente agudo. Caso contrário, o travamento automático ocorreria e a função do mecanismo de passo deixaria de existir. A experiência mostrou que, com um ângulo de passo máximo de 50 °, a rotação wα é limitada a um máximo de 20 °. Isso significa que uma melhoria em relação ao acoplamento do dispositivo de acoplamento na tangente ao percurso circular (considerado no caso de não haver excentricidade) sempre ocorre de acordo com a invenção sob condições operacionais realistas.
[00101] Podemos observar na figura 6 que a carga mínima no dispositivo de deslocamento ocorre em um ângulo wα de aproximadamente 10 °. Tendo em conta a geometria na qual o cálculo do modelo se baseia, isso corresponde quase a um ângulo reto entre o percurso de conexão do ponto de rolamento de pá ao ponto de acoplamento, por um lado, e o percurso de conexão do ponto de acoplamento ao eixo de rotação do dispositivo de acionamento, por outro lado.
[00102] As figuras 7a e 7b mostram duas variantes de acordo com a invenção para acoplar o dispositivo de acoplamento 31 à pá 2. Os perfis simétricos das pás são mostrados nas figuras 7a e 7b. Parte-se do princípio de que a distância do deslocamento esteja definida como zero.
[00103] A figura 7a mostra um acoplamento indireto do dispositivo de acoplamento 31 à pá 2. Isso significa que o ponto de acoplamento 32 não está localizado diretamente na pá 2. O ponto de acoplamento 32 mostrado está localizado fora do perfil da pá. O acoplamento é feito através de um elemento de conexão 61. No caso do elemento de conexão 61 pode se tratar de um braço de alavanca. O elemento de conexão 61 é rigidamente conectado à pá 2 em uma extremidade. É mostrado que o elemento de conexão 61 com a ajuda do dispositivo de rolamento 33, de preferência com um meio de rolamento como um pino, o chamado pino principal é conectado à pá 2. A outra extremidade do elemento de conexão 61 é conectada de maneira móvel ao dispositivo de acoplamento 31 no ponto de acoplamento 32. O ponto de acoplamento 32 está distante em um ângulo wα em relação à tangente 54.
[00104] Ao usar o elemento de conexão 61 como um componente separado para acoplar o dispositivo de acoplamento 31 à pá 2, apenas um meio de rolamento, como um pino principal, é necessário. Ou seja, a estabilidade da pá 2 é afetada apenas em um ponto pelo dispositivo de rolamento 33; uma segunda carga, tal como para fixação do dispositivo de acoplamento 31 diretamente à pá 2 com a ajuda de um meio de acoplamento correspondente, como um pino adicional, é assim eliminada. Como o elemento de conexão 61 é rigidamente conectado do lado de fora ao dispositivo de rolamento 33 ou ao meio de rolamento e, portanto, à pá 2, o movimento do passo é iniciado na pá 2 por um momento no dispositivo de rolamento33 ou no meio de rolamento.
[00105] A variante mostrada na figura 7a tem várias vantagens. Em primeiro lugar, o posicionamento ideal do ponto de acoplamento 32 do dispositivo de acoplamento 31 na pá 2 pode ser implementado de maneira particularmente fácil com a ajuda dos meios de conexão 61. O ângulo pode ser ajustado simplesmente girando o elemento de conexão 61 em torno do eixo do rolamento de pá 33, de modo que o ângulo ρ, incluído no elemento de conexão 61 e no dispositivo de acoplamento / biela 31, seja de aproximadamente 90 °. Como descrito com referência às figuras 5a e 5b, uma posição quase ideal do ponto de acoplamento 32 é assim determinada.
[00106] Além disso, o peso total do mecanismo de passo juntamente com os meios de conexão 61 é menor do que no caso de um acoplamento direto convencional do dispositivo de acoplamento 31 à pá 2, uma vez que os meios de acoplamento adicionais, como um pino adicional, para aplicação da força são eliminados. Além disso, a força é introduzida para o movimento do passo através do dispositivo de rolamento 33 ou através dos meios de rolamento e, portanto, regularmente no ponto mais espesso da pá 2. Como resultado, as forças que ocorrem podem ser melhor distribuídas na pá 2. Isso, por sua vez, permite um modo construtivo aprimorado e uma redução adicional de peso do dispositivo de acionamento.
[00107] Finalmente, há uma vantagem adicional no caso de dispositivos de acionamento que fornecem um disco para separar aerodinamicamente as pás dos outros componentes do dispositivo de acionamento, como é mostrado, por exemplo, na figura 2 (designada pelo número de referência 11 ali). Através do acoplamento do dispositivo de acoplamento 31 à pá 2 com a ajuda de um elemento de conexão 61, é evitado que um recesso adicional precise ser previsto no disco para a conexão do dispositivo de acoplamento 31 à pá 2. Isso permite uma construção mais simples do disco. Além disso, a aerodinâmica do dispositivo de acionamento é aprimorada.
[00108] A figura 7 b mostra uma variante adicional de um elemento de conexão 62 para acoplar o dispositivo de acoplamento 31 em um ponto de acoplamento 32 à pá 2. O ponto de acoplamento 32 se situa em um ângulo wα da tangente 54. O ponto de acoplamento 32 está localizado fora do perfil da pá. O elemento de conexão 62 é preso ao lado inferior da pá em um local distante do dispositivo de rolamento 33. Uma extremidade do dispositivo de acoplamento 31 é montada de maneira móvel no ponto de acoplamento 32 do elemento de conexão.
[00109] A figura 8 mostra uma pá 2, um mecanismo de passo e um dispositivo de deslocamento 4 de um dispositivo de acionamento de acordo com o segundo aspecto da invenção. O perfil da pá 2 mostrado na figura 8 é assimétrico. A parte de um dispositivo de acionamento de acordo com a invenção mostrada na figura 8 difere da parte correspondente do dispositivo de acionamento mostrado na figura 4, em que o eixo do rolamento de pá 33 está disposto a uma certa distância wgx do centro de massa 250 da pá 2. Mais precisamente: o eixo de rolamento da pá 33 é deslocado em relação ao plano 260, que atravessa o centro de massa 250 da pá e paralelamente ao eixo de rotação 51 e à linha de corda 230 da pá, ao eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento pela distância wgx. Na figura 8, é mostrado o dispositivo de acionamento com um eixo de rolamento excêntrico 41, que é deslocado por uma distância de deslocamento 43 do eixo de rotação 51.
[00110] A linha de corda 230 é definido como a linha de conexão entre a borda de ataque 210 e a borda de fuga 220 da pá 2. A borda de ataque 210 e a borda de fuga 220 são dadas pelo ponto de interseção da linha central do perfil 240 com o contorno do perfil. A linha central do perfil 240 é por sua vez definida como a linha que consiste nos pontos centrais entre o lado superior 241 e o lado inferior 242 do perfil de pá perpendicular à linha de corda 230.
[00111] O movimento de passo α é gerado usando o mecanismo de passo, que compreende um dispositivo de acoplamento 31 e um dispositivo de rolamento 33, conforme descrito em conexão com a figura 4. O eixo de rolamento de pá 33 gira ao longo do percurso circular 52 a uma distância r do eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento. Uma descrição renovada do movimento do ponto de acoplamento 32 do dispositivo de acoplamento 31 na pá 2 e do ponto de acoplamento 42 do dispositivo de acoplamento 31 no dispositivo de deslocamento 4 durante a rotação do dispositivo de acionamento na direção da seta 53 é, portanto, omitida. Todos os itens acima, em conexão com o mecanismo de passo, também se aplicam ao exemplo de concretização mostrado na figura 8, de acordo com o segundo aspecto da invenção.
[00112] Na figura 8, o eixo de rolamento dee pá 33 é deslocado de uma linha reta (ou do plano correspondente 260, se a extensão do dispositivo de acionamento para a terceira dimensão for levada em consideração), que atravessa o centro de massa 250 da pá e paralelamente à linha de corda 230 da pá, por uma distância wgx em relação ao eixo de rotação 51. Entende-se que as variáveis relevantes foram consideradas aqui em relação à sua projeção em um plano perpendicular ao eixo de rotação 51. Com base na dimensão tridimensional do dispositivo de acionamento, se aplica de acordo com a invenção o seguinte: O eixo do rolamento de pá 33 é deslocado na direção do eixo de rotação 51 por uma certa distância wgx em relação ao plano 260, que atravessa o centro de massa 250 da pá e paralelamente ao eixo de rotação 51 e à linha de corda 230 da pá 2. Além disso, o eixo de rolamento de pá 33 é deslocado pela distância wgz em relação ao plano que é perpendicular à linha de corda 230 e que percorre o centro de massa 250. Verificou-se que a distância wgz influencia essencialmente o componente constante das cargas no dispositivo de acoplamento 31. Caso contrário, o wgz tem uma influência insignificante sobre as cargas no dispositivo de deslocamento 4.
[00113] O deslocamento wgx do eixo de rolamento de pá 33 para longe do centro de massa 250 permite reduzir a primeira oscilação harmônica do torque na pá 2. Isso será descrito em mais detalhes a seguir. Com a redução da primeira oscilação harmônica está associada a uma redução na força constante no dispositivo de deslocamento 4. Isso é descrito em mais detalhes em conexão com a figura 10.
[00114] A influência da distância wgx na carga no dispositivo de deslocamento 4 é descrita abaixo. A pá 2 é montada de maneira articulada em torno do eixo de rolamento de pá 33 ou no ponto de rolamento de pá 33. Quando o dispositivo de acionamento gira em torno do eixo de rotação 51, a pá 2 realiza dois movimentos rotativos. O primeiro movimento rotativo é a rotação da pá 2 ao longo do percurso circular 52, o segundo é a rotação da pá 2 em torno do eixo do rolamento de pá 33 devido ao movimento de inclinação α. Cada um desses movimentos rotativos causa uma força correspondente ou um torque correspondente na pá 2. Como resultado da rotação da pá 2 em torno do eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento, a força centrífuga FZ atua na pá 2. Essa força centrífuga FZ atua no centro demassa 250 da pá 2. Se M designar a massa da pá 2, r indica a distância do ponto de rolamento da pá 33 do eixo de rotação 51 e ω indicar a velocidade angular do dispositivo de acionamento, então a magnitude da força centrífuga Fz será dada por FZ = M · r · ω2.
[00115] A força centrífuga FZ, por sua vez, causa um torque TZ na pá 2, que tenta girar a pá 2 em torno do eixo do rolamento de pá 33. Este torque TZ é dado por TZ = FZ · ℓ,
[00116] em que ℓ é a distância do centro de massa 250 do eixo do rolamento de pá 33; ou seja, ℓ é dado como perpendicular do eixo 33 de rolamento de pá ao vetor da força centrífuga FZ que atua no centro de massa 250. A distância ℓ depende do ângulo de passo α da pá 2; em outras palavras, a distância ℓ é uma função do ângulo de passo α; em outras palavras, a distância ℓ é uma função do movimento de passo α. Ou seja: ℓ = ℓ(α).
[00117] Além do torque TZ causado pela força centrífuga FZ, um torque adicional TI atua na pá 2 devido ao movimento de passo α em torno do eixo do rolamento de pá 33. Este torque TI depende, por um lado, do momento de inércia I da pá, com relação ao eixo 33 de rolamento de pá, e por outro lado, da aceleração angular do movimento de passo α; O torque TI é dado como d2 α TI = I ∙ d t2 ,
[00118] em que a aceleração angular é dada pela segunda derivada do movimento de passo α.
[00119] O torque total T que atua na pá é assim dado por d2 α T = TZ + TI = FZ · ℓ(α) + I ∙ d . t2
[00120] Um desenvolvimento de Taylor do torque total T no ângulo de inclinação α ou no movimento de passo α mostra que, com amplitudes realistas αA, o movimento de passo α, como αA = 50 °, ou seja, – 50° < α < + 50°, componentes harmônicos do movimento de passo, que são mais altos que a oscilação harmônica fundamental, podem ser negligenciados essencialmente com relação à força constante no eixo do rolamento excêntrico 41. Além disso, resulta do desenvolvimento de Taylor, levando em consideração a geometria mostrada na figura 8, que a contribuição gerada pela vibração harmônica fundamental para o torque total T na pá 2 é proporcional à seguinte expressão R.: R = wgx ∙ M ∙ r 1− A − Icm + wgx + wgz ∙ M .
[00121] Ali, Icm denota o momento de inércia da massa calculado em relação ao centro de massa 250 da pá, que pode ser calculado usando o teorema de Steiner a partir do momento de inércia da massa I em relação ao eixo do rolamento de pá 33.Wgz indica a distância do centro de massa 250 a partir de uma linha reta, que é perpendicular à linha de corda 230 e atravessa o ponto de rolamento de pá 33. Verificou-se que o wgz influencia essencialmente o componente constante do momento. Desse modo, wgz pode ser usado para influenciar os componentes constantes no dispositivo de acoplamento 31. Este dispositivo de acoplamento 31 é regularmente condiocnado pela geometria, um componente muito longo, no qual uma carga de pressão pode causar falha devido à flexão, o que representa, portanto, um caso de carga crítico. Com o parâmetro wgz, um pré- tensionamento pode ser produzido por deslocamento dos componentes constantes na direção de tração no dispositivo de acoplamento 31, de modo que nenhuma força de compressão ocorra no mesmo durante a operação. Desse modo, o caso de carga crítica de uma carga de pressão não precisa ser levado em consideração e esse componente pode ser configurado de modo muito mais simples. Além disso, o wgz não tem influência significativa na carga no eixo do rolamento excêntrico 41. Devido à divisão simétrica de vários dispositivos de acoplamento 31 ao longo do percurso circular 52, os componentes constantes nos dispositivos de acoplamento 31 são neutralizados no dispositivo de deslocamento 4. Wgz é em particular preferivelmente selecionado de modo que o ponto de rolamento de pá fique entre o centro demassa 250 e a borda de ataque 210. Wgx influencia essencialmente o primeiro componente harmônico do torque na pá. Para determinar esse primeiro componente harmônico, wgz pode ser negligenciado. Isso ocorre porque o wgz está incluído na fórmula de otimização (expressão R acima), mas possui apenas uma influência muito pequena em comparação com o wgx. Isso pode ser observado pelo fato de que wgz é apenas quadrático na fórmula acima para R.
[00122] Se esta expressão R for minimizada, isto é, R = 0, então o torque T da pá também será minimizado. A influência que o torque T exerce sobre a pá é transmitida ao dispositivo de deslocamento 4 através do dispositivo de acoplamento 31. É descrito em conexão com a figura 10 que o primeiro componente harmônico do torque T na pá 2 resulta em uma força constante no dispositivo de deslocamento 4. Ou seja, pela variação da distância wgx, é possível minimizar as cargas no dispositivo de deslocamento 4 devido à força centrífuga FZ e à inércia da pá 2.
[00123] A figura 9 mostra o curso dos dois componentes 91, 92 da força constante no eixo do rolamento excêntrico nas direções x e z (sistema de coordenadas globais), ambos normalizados para a força Fx em wgx = 0. Isso também mostra a razão entre os componentes. A ordenada 93 indica o valor da função, a abcissa 94 indica a distância wgx medida em centímetros.
[00124] Neste estudo de parâmetro, o eixo excêntrico do rolamento é desviado na direção x positiva. Isso resulta em uma força constante substancial em wgx = 0 na direção x. Agora esta pode ser reduzida com o parâmetro wgx. Com uma configuração ideal, esse componente pode até desaparecer. Preferivelmente, wgx é escolhido, de modo que o componente Fx 91 se torne negativo. Isso resulta em uma estabilização do sistema, uma vez que a força constante no eixo do rolamento excêntrico neutraliza a sua deflexão. Se a distância de deslocamento agora for aumentada, a força constante também aumentará, o que neutraliza essa deflexão. Por outro lado, quando wgx = 0, o componente Fx 91 atua na direção da deflexão. No caso do aumento da deflexão, a força constante aumenta na direção da deflexão, que corresponde a uma propriedade instável. Se, por exemplo, o eixo excêntrico do rolamento puder se mover livremente se o controle falhasse, o rotor se autodestruiria em wgx = 0, pois a força constante sempre age na direção positiva da deflexão. No entanto, se a força for direcionada contra a deflexão, isso terá um efeito estabilizador. A redução da força constante no dispositivo de deslocamento pode ser vista claramente. Em particular, resulta do curso do gráfico Fxque ocorre uma redução na força constante no dispositivo de deslocamento assim que o eixo de rolamento de pá ou o ponto de montagem da pá for posicionado a uma distância wgx do centro de massa da pá. Isso significa que uma melhoria em relação ao rolamento da pá no centro de massa sempre ocorre de acordo com a invenção com base em condições realistas.
[00125] A força constante no dispositivo de deslocamento em função da distância wgx foi calculada usando um cálculo adicional de todas as forças e momentos e considerando também cargas aerodinâmicas.
[00126] Pode ser visto na figura 9 que o cruzamento por zero de Fx 91 da força constante ocorre no dispositivo de deslocamento a uma distância wgx de aproximadamente 3,4 mm. Levando em consideração a geometria na qual o cálculo do modelo se baseia, isso corresponde muito bem ao valor obtido pela minimização da expressão R derivada em conexão com a figura 8.
[00127] As formas de concretização, que foram descritas em particular em conexão com as figuras 4-6 e se referem ao primeiro aspecto da invenção, permitem minimizar as contribuições dos componentes harmônicos retos superiores das vibrações do torque na pá. Com base na sobreposição ao usar várias pás, obtém-se por exemplo,com cinco pás, uma minimização da vibração total no dispositivo de deslocamento, como será mostrado em mais detalhes em conexão com a figura
10. As formas de concretização que foram descritas em conexão com as figuras 8 e 9 e se referem ao segundo aspecto da invenção permitem que a oscilação básica do torque na pá seja minimizada, e ainda pela sobreposição de várias pás da força constante no dispositivo de deslocamento ou noeico excêntrico do rolamento.
[00128] Ao combinar o primeiro e o segundo aspectos da invenção, é, portanto, possível reduzir significativamente as cargas no dispositivo de deslocamento do dispositivo de acionamento. Isso significa que uma redução significativa das vibrações e da força constante no dispositivo de deslocamento ou no eixo do rolamento excêntrico e nas cargas associadas é obtida pela seleção apropriada do ângulo wα e da distância wgx.
[00129] Na figura 10 é mostrada uma tabela que mostra a influência dos componentes harmônicos na carga no dispositivo de deslocamento ou no eixo excêntrico do rolamento em função do número de pás do dispositivo de acionamento. O parâmetro n 81 indica o número de pás. O parâmetro j 83 especifica o número ordinal dos componentes harmônicos das cargas no dispositivo de deslocamento resultantes de pás individuais, em que as cargas foram calculadas em um sistema de referência que gira com o dispositivo de acionamento. Se mudarmos para um sistema de referência fixo, ocorrerá uma redistribuição e uma sobreposição dos componentes harmônicos j 83 de todas as pás. No sistema de referência fixo, o parâmetro k 82 indica o número ordinal dos componentes harmônicos das cargas no dispositivo de deslocamento. Para cada componente harmônico k 82 no sistema de referência fixo, a tabela mostra quais componentes harmônicos j 83 no sistema de referência co- rotativo o determinam.
[00130] Podemos inferir da tabela da figura 10 o sistema de referência fixo. Independentemente do número de pás, um componente harmônico básico no sistema de referência co-rotativo sempre resulta em uma força constante no dispositivo de deslocamento. Isso fica claro nas entradas da coluna denominada 84. Em outras palavras, os componentes harmônicos básicos j = 1 na carga da pá no sistema de referência co-rotativo resultam em uma força constante, caracterizada pela contribuição da ordem zero k = 0, no sistema de referência fixo. Além disso, dispositivos de acionamento com diferentes números de pás reagem de maneira diferente aos componentes harmônicos j 83 nas cargas no sistema de referência co-rotativo. Isso já pode ser visto pelo fato de que diferentes componentes harmônicos k desaparecem no sistema de referência estacionácio; componentes harmônicos que desaparecem são indicados por campos vazios 87.
[00131] Finalmente, a tabela da figura 10 mostra que um dispositivo de acionamento com n = 5 pás é particularmente vantajoso. Isso se deve ao fato de que, para o caso n = 5, os componentes harmônicos das cargas com número ordinal k = 1, 2, 3, 4 desaparecem no sistema de referência fixo. Os componentes harmônicos 86 com os altos números ordinais k = 10 e k = 15 são fortemente suprimidos. De acordo com a tabela da figura 10, as cargas no dispositivo de deslocamento no caso de n = 5 pás resultam essencialmente da força constante k = 0,84 e do componente harmônico de quinta ordem, k = 5,85. A tabela também mostra que a força constante 84 no sistema de referência estacionário é causada pela oscilação harmônica fundamental, j = 1, na pá ou no dispositivo de acoplamento no sistema de referência co- rotativo. Como descrito acima em conexão com as figuras 8, 9, essa força constante pode ser minimizada posicionando a distância wgx a uma distância específica do centro de massa da pá. De acordo com a figura 10, o componente harmônico de quinta ordem resulta dos componentes harmônicos de quarta ordem, j = 4 e sexta ordem, j = 6, das vibrações no sistema de referência co-rotativo. Estes são apenas componentes harmônicos mais altos. Como descrito em conexão com os exemplos de concretização mostrados nas figuras 3-7, esses componentes podem ser minimizados por uma escolha de acordo com a invenção do ponto de acoplamento do dispositivo de acoplamento à pá em um determinado ângulo do plano tangencial através do ponto de rolamento de pá.
[00132] Isso mostra que os dois aspectos de acordo com a invenção provocam uma redução particularmente vantajosa nas cargas no dispositivo de deslocamento ou no eixo excêntrico do rolamento em um dispositivo de acionamento com cinco pás.
[00133] Lista de sinais de referência 1 dispositivo de acionamento 100 aeronave / ciclogiro 11 disco do dispositivo de acionamento 1 2 pá 210 borda de ataque da pá 2 220 borda de fuga da pá 2 230 linha de corda da pá 2 240 linha central de perfil da pá 2 241 lado superior da pá 2 242 lado inferior da pá 2 250 centro de massa da pá 2 260 Plano que passa através do centro de massa 250 e passa paralelamente ao eixo de rotação 51 e paralelamente à linha de corda 230 3 mecanismo de passo 31 dispositivo de acoplamento do mecanismo de passo 3 / biela
32 Ponto de acoplamento do dispositivo de acoplamento 31 à pá 2 33 dispositivo de rolamento do mecanismo de passo 3 / eixo de rolamento de pá/ ponto de rolamento de pá 300 arco circular do movimento de passo 4 dispositivo de deslocamento 41 eixo de rolamento excêntrico 42 Ponto de acoplamento do dispositivo de acoplamento 31 ao dispositivo de deslocamento 4 43 Distância de deslocamento do eixo de rolamento excêntrico 41 do eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento 1 51 Eixo de rotação do dispositivo de acionamento 1 52 percurso circular em torno do eixo de rotação 51 53 Seta indicando o sentido de rotação do dispositivo de acionamento 1 54 plano tangencial / tangente ao percurso circular 52 através do eixo de rolamento de pá 33 61 Elemento de conexão para o acoplamento indireto do dispositivo de acoplamento 31 à pá 2 62 Elemento de conexão para acoplar o dispositivo de acoplamento 31 à pá 2 7 Gráfico das cargas normalizadas no dispositivo de deslocamento 4 em função do ângulo wα 71 Ordenada, assinalando as cargas normalizadas no dispositivo de deslocamento 4 72 Abscissa, denotando o ângulo wα em graus 81 número n das pás
82 Número ordinal k dos componentes harmônicos das cargas no dispositivo de deslocamento especificado em um sistema de referência fixo 83 Número ordinal j dos componentes harmônicos das cargas no dispositivo de deslocamento especificado em um sistema de referência que gira com o dispositivo de acionamento 84, 85, 86 Contribuições não-nulas para a carga no dispositivo de deslocamento 87 contribuições que se anulam 9 Gráfico da força cosntante normalizada no dispositivo de deslocamento 4 em função da distância wgx do eixo do rolamento de pá 33 do centro de massa 250 91 x componente da força constante no eixo do rolamento excêntrico 41 92 componente y da força constante no eixo do rolamento excêntrico 41 93 Ordenada, indicando a força constante normalizada no dispositivo de deslocamento 4 94 Abscissa, indicando a distância wgx em milímetros α ângulo de passo /movimento de passo wα Ângulo entre a tangente 54 ao percurso circular e percurso de conexão ponto de acoplamento 32 ao eixo de rolamento de pá 33 wgx Distância do eixo do rolamento de pá 33 do plano 260 através do centro de massa 250 e paralelamente à linha de corda 230 wgz Distância do eixo do rolamento de pá 33 a partir do plano através do centro de massa 250 e perpendicular à linha de corda 230 r Distância do eixo de rolamento de pá 33 do eixo de rotação 51 do dispositivo de acionamento 1 ℓ Distância do centro de massa 250 a partir do ponto de rolamento de pá 33 ρ Ângulo entre o eixo de rolamento de pá 33, o ponto de acoplamento 32 e o eixo de rotação 51 FZ Força centrífuga agindo sobre a pá

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES
1. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1), para uma aeronave (100), caracterizado por compreender - uma pá (2) que é rotativa ao longo de um percurso circular (52) em torno de um eixo de rotação (51) do dispositivo de acionamento (1); - um mecanismo de passo (3) com um dispositivo de acoplamento (31) e um dispositivo de rolamento (33), - em que a asa (2) é apoiada de forma articulada pelo dispositivo de rolamento em torno de um eixo de rolamento de pá (33) paralelamente ao eixo de rotação (51) do dispositivo de acionamento; - um dispositivo de deslocamento (4) ao qual a pá é acoplada pelo dispositivo de acoplamento (31) em um ponto de conexão (42), em que o dispositivo de deslocamento (4) define um eixo de rolamento excêntrico (41) que está apoiado a uma distância de deslocamento ajustável (43) paralelamente ao eixo de rotação (51) do dispositivo de acionamento, - de modo que a rotação da pá (2) ao longo do percurso circular (52) em torno do eixo de rotação (51) do dispositivo de acionamento produza um movimento de passo (α) da pá (2) quando a distância de deslocamento (43) é definida como um valor diferente de zero; e - em que o dispositivo de acoplamento (31) é acoplado à pá (2) em um ponto de acoplamento (32), em que o ponto de acoplamento (32) é posicionado de modo que o plano, que compreende o eixo de rolamento de pá (33) e o ponto de acoplamento (32), e o plano tangencial (54) incluam no percurso circular (52) através do eixo de rolamento de pá (33) um determinado ângulo não-nulo (wα) quando a distância de deslocamento (43) é ajustada para zero.
2. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo determinado ângulo não- nulo (wα) ser ajustado de modo que o plano, que compreende o eixo de rolamento de pá (33) e o ponto de acoplamento (32), e o plano, que compreende o eixo de rotação (51) do dispositivo de acionamento e o percurso de conexão desde o ponto de acoplamento (32) até o eixo de rotação (51), incluam um ângulo de quase 90 ° quando a distância de deslocamento (43) é ajustada para zero.
3. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo o determinado ângulo não-nulo (wα) assumir um valor, que se situa na faixa de 90% a 110% da razão de distância de eixo de rolamento de pá (33) para ponto de acoplamento (32) à distância (r) do eixo de rotação (51) para eixo de rolamento de pá (33), quando a distância de deslocamento (43) é ajustada para zero.
4. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo ponto de acoplamento (32) do dispositivo de acoplamento (31) à pá ficar fora do perfil da pá.
5. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo eixo de rolamento de pá (33) em relação ao plano que atravessar o centro de massa (250) da pá e paralelamente ao eixo de rotação (51) e à linha de corda (230) da pá, é deslocado em relação ao eixo de rotação (51) do dispositivo de acionamento por uma determinada distância (wgx).
6. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo eixo de rolamento de pá (33) passar fora do perfil da pá.
7. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por apresentar ainda um elemento de conexão (61), em que o elemento de conexão (61), no ponto, no qual a pá (2) é montada de forma articulada pelo dispositivo de rolamento (33), é conectado de forma rígida à pá (2) e no ponto de acoplamento (32) da pá é conectado de forma móvel ao dispositivo de acoplamento (31).
8. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1) para uma aeronave (100), caracterizado por compreender - uma pá (2) que pode rodar ao longo de um percurso circular (52) em torno de um eixo de rotação (51) do dispositivo de acionamento; - um mecanismo de passo (3) com um dispositivo de acoplamento (31) e um dispositivo de rolamento (33), - em que a pá (2) é apoiada pelo dispositivo de rolamento (33) de maneira articulada em torno de um eixo de rolamento de pá (33) paralelamente ao eixo de rotação (51) do dispositivo de acionamento; - um dispositivo de deslocamento (4) ao qual a pá é acoplada pelo dispositivo de acoplamento (31) em um ponto de conexão (42), em que o dispositivo de deslocamento (4) define um eixo de rolamento excêntrico (41) que está apoiado a uma distância de deslocamento ajustável (43) paralelamente ao eixo de rotação (51) do dispositivo de acionamento, - de modo que o dispositivo de acoplamento (51) acople a pá (2) ao dispositivo de deslocamento (4), de modo que a rotação da pá (2) ao longo do percurso circular
(52) em torno do eixo de rotação (51) do dispositivo de acionamento produza um movimento de passo (α) da pá (2), quando a distância de deslocamento (43) é ajustada para um valor diferente de zero; e - em que o eixo de rolamento de pá (33) em relação ao plano, que atravessa o centro de massa (250) da pá e paralelamente ao eixo de rotação (51) e à linha de corda (230) da pá, é deslocado em relação ao eixo de rotação (51) do dispositivo de acionamento por uma determinada distância (wgx).
9. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela asa (2) ter uma distribuição de massa não homogênea de modo que desse modo o deslocamento seja produzido pela distância determinada (wgx).
10. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo eixo de rolamento de pá (33) estar posicionado em uma região que, por um lado, passa através do plano, que fica perpendicular à linha de corda (230) e através do centro de massa (250), e por outro é limitado pelo plano que fica perpendicular à linha de corda (230) e passa pela borda de ataque (210).
11. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo eixo de rolamento de pá (33) passar fora do perfil da pá.
12. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo dispositivo de acoplamento (31) compreender uma biela, que conecta o ponto de conexão (42) do dispositivo de deslocamento ao ponto de acoplamento (32) da pá.
13. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender pás adicionais (2), cada uma com um mecanismo de passo associado (3), em que todas as pás (2) e mecanismos de passo (3) do dispositivo de acionamento são idênticas e em que as pás (2)do dispositivo de acionamento são distribuídos uniformemente ao longo do percurso circular (52) em torno do eixo de rotação (51) do dispositivo de acionamento.
14. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender um total de cinco pás(2).
15. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo dispositivo de acionamento ser um rotor ciclogiro.
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