BRPI0613492A2

BRPI0613492A2 - gerador de vórtice retrátil

Info

Publication number: BRPI0613492A2
Application number: BRPI0613492-0A
Authority: BR
Inventors: James Charles Narramore
Original assignee: Bell Helicopter Textron Inc
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2011-01-11
Also published as: US20070018056A1; AU2006265854A1; EP1896323B1; CN101213131A; ATE433909T1; RU2008103327A; DE602006007353D1; US7878457B2; WO2007005687A1; CA2613446C; CA2613446A1; JP2008544921A; EP1896323A1; KR20080025379A

Abstract

GERADOR DE VORTICE RETRáTIL. A presente invenção refere-se a um dispositivo de controle de fluxo incluindo uma superfície de controle de fluxo (20) sobre a qual o fluido é projetado a fluir em uma direção predeterminada (F). Os geradores de vórtice (30) são associados à superfície de controle de fluxo. Cada gerador de vórtice respectivo tem um eixo geométrico pivó (40) que forma um ângulo agudo (cx) com relação à direção predeterminada e é capaz de ser posicionado tanto no estado estendido, no qual os respectivos geradores de vórtice funcionam para criar um fluxo de fluido em espiral, como um estado retraído, no qual os respectivos geradores de vórtice são pivotados através do eixo geométrico pivó de modo a se situarem adjacentes à superfície de controle de fluxo. Um acionador é associado a cada um dos geradores de vórtice, cada acionador adaptado para posicionar o gerador de vórtice associado entre os estados estendido e retraído. O dispositivo de controle de fluxo é revelado para ser utilizado em veículos rotor de inclinação.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "GERADORDE VÓRTICE RETRÁTIL".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS RELACIONADOS

A presente invenção reivindica prioridade ao pedido de patenteprovisional US nQ. 60/695.181, depositado em 30 de junho de 2005, que éincorporado a título de referência na íntegra aqui.

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção refere-se a superfícies de controle de fluxo com ge-radores de vórtice retráteis.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

Geradores de vórtice têm sido utilizados com uma variedade desuperfícies de controle de fluxo para misturar fluxo de fluido de momentumbaixo associado a uma camada de ar de limite da superfície de controle defluxo com um fluxo de fluido de momentum elevado fora da camada de ar delimite. O uso de tais geradores de vórtice em uma variedade de aeronavesproduziu aperfeiçoamentos na eficácia de manobra. Entretanto, geradoresde vórtice de asa, instalados permanentemente produzirem penalidades deresistência ao avanço e pode acrescentar matéria estranha como formatosde gelo que degradam significativamente o desempenho adequado da aero-nave.

Geradores de vórtice retráteis têm sido desenvolvidos para com-pensar esses problemas.

Bauer US 4.039.161, Cox US 5.253.828 e Lisy et al. US6.105.904 revelam, individualmente, geradores de vórtice que podem serretraídos para uma superfície de controle de fluxo. Entretanto, os geradoresde vórtice retráteis descritos nesses documentos exigem modificação da es-trutura na qual são dispostos para permitir espaço interno para dentro doqual o gerador de vórtice possa ser retraído quando não em uso. Essa exi-gência para espaço adequado para acomodar os geradores de vórtice podeinfluenciar o desenho da asa ou outra estrutura em um modo negativo. Issotambém requer que uma asa, ou outra tal estrutura tendo uma superfície decontrole de fluxo na qual se deseja que um gerador de vórtice seja adiciona-do, não possa ser facilmente retroencaixado para esses geradores de vórtice.

Campbell US 6.427.948, revela um gerador de vórtice que é ca-paz de ser seletivamente movido para uma posição defletida para produzirturbulência a jusante e movido para uma posição não defletida a fim de re-duzir resistência ao avanço. O gerador de vórtice de Campbell é formado deuma liga de memória de formato que está na posição defletida quando ne-nhum sinal elétrico é aplicado em um aquecedor associado e está na posi-ção não defletida quando um sinal elétrico é aplicado ao aquecedor associa-do. Entretanto, nos estados tanto defletido como não defletido o gerador devórtice se projeta para fora da superfície de controle de fluxo e, enquanto oestado não defletido pode produzir menos resistência ao avanço em compa-ração com o estado defletido, a protuberância ainda produzirá um pouco deresistência ao avanço residual indesejável e não alivia o problema de acrés-cimo de gelo nos geradores de vórtice expostos.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção provê um dispositivo de controle de fluxoincluindo uma superfície de controle de fluxo sobre a qual o fluido é projeta-do para fluir em uma direção predeterminada. Geradores de vórtice são as-sociados à superfície de controle de fluxo. Cada gerador de vórtice respecti-vo tem um eixo geométrico pivô que forma um ângulo agudo com relação àdireção predeterminada e é capaz de ser posicionado tanto em um estadoestendido, no qual os geradores de vórtice respectivos funcionam para criarum fluxo de fluido em remoinho como um estado retraído, no qual os gerado-res de vórtice respectivos são pivotados através do eixo geométrico pivô demodo a situarem-se adjacente à superfície de controle de fluxo. Um aciona-dor é associado a cada um dos geradores de vórtice, cada acionador é a-daptado para posicionar o gerador de vórtice associado entre os estadosestendido e retraído.

Em uma modalidade, o ângulo agudo que os geradores de vórti-ce fazem com a direção predeterminada está entre 5 e 45 graus quando noestado estendido.

Em um exemplo, o acionador pode ser um aquecedor que acio-na um material de memória de formato feito de uma liga de níquel-titânio.

Entretanto, outros tipos de acionadores eletromecânicos podem ser tambémutilizados.

Em um exemplo, o gerador de vórtice pode estar na forma deuma aleta que é paralela à superfície de controle de fluxo quando no estadoretraído e ajustada em um ângulo entre 0 e 180 graus quando no estado es-tendido.

O dispositivo de controle de fluxo como descrito, provê reduçãode resistência ao avanço e acúmulo de gelo nas superfícies de controle defluxo sem exigir espaço no dispositivo de controle de fluxo a ser reservadopara os geradores de vórtice retraídos. Desse modo os geradores de vórticeretraíveis da presente invenção podem ser aplicados em uma grande varie-dade de superfícies de controle de fluxo sem a necessidade de retroencaixeextenso das superfícies de controle de fluxo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1A é uma vista lateral de um dispositivo de controle defluxo tendo um gerador de vórtice em um estado estendido ou desdobradode acordo com a presente invenção.

A figura 1B é uma vista superior de um dispositivo de controle defluxo tendo um gerador de vórtice em um estado estendido ou desdobradode acordo com a presente invenção.

A figura 2A é uma vista lateral de um dispositivo de controle defluxo tendo um gerador de vórtice em um estado retraído de acordo com apresente invenção.

A figura 2B é uma vista superior de um dispositivo de controle defluxo tendo um gerador de vórtice em um estado retraído de acordo com apresente invenção.

A figura 3A é uma vista ao longo de um eixo geométrico pivô deum gerador de vórtice respectivo quando no estado retraído de acordo comuma modalidade da presente invenção.A figura 3B é uma vista ao longo de um eixo geométrico pivô dogerador de vórtice da figura 3A quando em um estado estendido ou desdobrado.

A figura 4A é uma vista ao longo de um eixo geométrico pivô deum gerador de vórtice respectivo quando no estado retraído de acordo comoutra modalidade da presente invenção.

A figura 4B é uma vista ao longo de um eixo geométrico pivô dogerador de vórtice da figura 4A quando em um estado estendido ou desdo-brado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

As figuras 1A, 1B, 2A e 2B mostram um exemplo de um disposi-tivo de controle de fluxo 10 de acordo com uma modalidade da presente in-venção. A figura 1A mostra uma vista lateral e a figura 1B mostra uma vistasuperior de uma superfície de controle de fluxo 20 sobre a qual um meio defluido é projetado para fluir em uma direção representada pelo vetor F. Umconjunto de geradores de vórtice 30 é ilustrado em uma posição estendida.

Geradores de vórtice 30 são estruturas substancialmente planas que sãogenericamente perpendiculares com relação ao plano da superfície de con-trole quando estendida. Cada um dos geradores de vórtice 30 é construídode modo a ser pivotável em torno de um eixo geométrico pivô 40. O eixo ge-ométrico pivô 40 forma um ângulo agudo α com a direção de fluxo (ou dire-ção de vento primário) F de modo a facilitar a geração de um fluxo de fluidoem espiral. O ângulo agudo α pode estar entre 5 e 45 graus (ou -5 a -45graus, dependendo da direção medida) para gerar vórtices sobre a superfí-cie de controle de fluxo 20. Em uma modalidade mais específica, o ângulo αestá entre 12 e 25 graus, e ainda mais especificamente entre 19 e 21 graus.

A figura 2A e 2B mostram uma vista lateral e uma vista superior de uma su-perfície de controle de fluxo 20 sobre a qual um meio de fluido é projetadopara fluir na direção predeterminada F quando um conjunto de geradores devórtice 30 está em uma posição retraída. Como mostrado, os geradores devórtice pivotaram em torno do eixo geométrico pivô 40 de modo a estaremem relação sobrejacente, genericamente paralela com a superfície de con-trole de fluxo superior 20. Em uma modalidade, os geradores de vórtice re-traídos situam-se em contato de encosto com a superfície de controle defluxo superior 20. Nesse estado, os geradores de vórtice estão fora do cami-nho do fluxo desse modo eliminando substancialmente os efeitos de resis-tência a avanço a partir dos geradores de vórtice. Desse modo, os geradoresde vórtice são estendidos quando necessário e retraídos em todas as outrascondições de vôo sem exigir nenhum espaço no dispositivo de controle defluxo para armazenar o gerador de vórtice quando não em uso. Nas modali-dades ilustradas, a superfície 20 tem um formato não modificado, substanci-almente contínuo. Pode ser reconhecido, portanto, que os geradores de vór-tice como ilustrado nas figuras da presente invenção, podem ser retroencai-xados sobre muitos tipos diferentes de superfícies previamente fabricadas20. Em outra modalidade (não mostrada), a área de superfície superior naqual o gerador de vórtice está disposto quando desdobrado é levemente re-baixada. Tal recesso pode ter uma profundidade que é da mesma dimensãoque a espessura do gerador de vórtice, de modo que a superfície exposta dogerador de vórtice quando retraída é substancialmente nivelada com por-ções de superfície adjacentes da superfície 20.

As figuras 3A e 3B mostram um exemplo da operação de umgerador de vórtice 30 na superfície de controle de fluxo 20 de acordo comuma modalidade da invenção. A figura 3A é uma vista tomada em uma dire-ção ao longo do eixo geométrico pivô 40 do gerador de vórtice 30 quandoestá no estado retraído. A figura 3B é uma vista ao longo do eixo geométricopivô 40 do gerador de vórtice 30 quando está no estado estendido. O gera-dor de vórtice é acionado por um motor ou acionador 50 de modo a ser re-posicionado entre o estado retraído e estendido. O estado estendido podeser variavelmente escolhido de modo que o gerador de vórtice seja inclinadoem um ângulo θ com relação à superfície de controle de fluxo 20. Na moda-lidade atual o acionador 50 pode ser um motor eletromagnético controladopela entrada elétrica 60 (a partir de um controlador externo) e o ângulo θ po-de ser ajustado para situar-se entre Oe 180 graus em relação à superfície20. Em uma modalidade o ângulo θ é desdobrado em uma orientação ouângulo θ que é perpendicular (909) à superfície 20. Em outra modalidade, ovórtice 30 é desdobrado em um ângulo de -4e a +4Q em relação à perpendicular.

As figuras 4A e 4B mostram um exemplo de outro acionador pa-ra posicionar o gerador de vórtice 30 entre a posição estendida e retraída.

Nesse exemplo, o acionador inclui um aquecedor 70 controlado pela entradaelétrica 80 (a partir de um controlador externo). O gerador de vórtice 30 éformado com uma liga de memória de formato como ligas de níquel-titânio eé inicialmente deformado para estar na posição estendida como mostrado nafigura 4B durante fabricação. Na posição estendida da figura 4B, o geradorde vórtice 30 forma um ângulo θ com relação à superfície 20. O ângulo θpode estar na mesma faixa ou faixas que aquele para a modalidade das figu-ras 3A e 3B como discutido acima. Após aplicação de calor pelo aquecedor70 acima da temperatura de transição específica do material de memória deformato, o gerador de vórtice retorna ao estado não deformado como mos-trado na figura 4A. Em outra modalidade, o gerador de vórtice de liga dememória de formato está inicialmente em uma posição retraída (não desdo-brada) como ilustrada na figura 4A. Quando calor é aplicado ao gerador devórtice de liga de memória de formato o mesmo se move a partir de sua po-sição retraída da figura 4A para a posição desdobrada da figura 4B.

Uma variedade de tipos de acionadores pode ser utilizada paraexecutar a função de pivotar como descrito como evidente para uma pessoacom conhecimentos comuns na técnica. Por exemplo, acionadores bimorfostérmicos, acionadores bimorfos piezoelétricos bem como quaisquer outrosacionadores capazes de criar uma ação de pivotar podem ser empregadoscomo os acionadores da presente invenção.

Em uma modalidade, o dispositivo de controle de fluxo da pre-sente invenção é empregado como parte de uma asa de uma aeronave rotorde inclinação.

Embora uma configuração específica dos geradores de vórticetenha sido mostrada, a presente invenção não é limitada a essa configura-ção e uma variedade de outros arranjos pode ser utilizada na criação de e-feitos de co-rotação bem como de contra-rotação.

Embora o formato dos geradores de vórtice individuais tenhasido mostrado como triangular, a presente invenção não é limitada a esseformato e outros formatos do gerador de vórtice como formatos retangularesou outros formatos podem ser utilizados.

Embora uma modalidade específica da presente invenção tenhasido mostrada e descrita, será evidente para aqueles versados na técnicaque uma variedade de modificações pode ser feita sem se afastar dos ensi-namentos da presente invenção.

Claims

1. Dispositivo de controle de fluxo compreendendo:uma superfície de controle de fluxo sobre a qual fluido é projeta-do para fluir em uma direção predeterminada;geradores de vórtice associados à superfície de controle de flu-xo, cada gerador de vórtice respectivo tendo um eixo geométrico pivô queforma um ângulo agudo com relação à direção predeterminada e capaz deser posicionado tanto em um estado estendido, no qual os geradores de vór-tice respectivos funcionam para criar um fluxo de fluido em espiral, como umestado retraído, no qual os respectivos geradores de vórtice são pivotadosatravés do eixo geométrico pivô de modo a situarem-se adjacentes á super-fície de controle de fluxo; eum acionador associado a cada um dos respectivos geradoresde vórtice, cada acionador adaptado para posicionar o gerador de vórticeassociado entre os estados estendido e retraído.

2. Dispositivo de controle de fluxo de acordo com a reivindicação-1, em que o ângulo agudo é de 5 a 45 graus.

3. Dispositivo de controle de fluxo de acordo com a reivindicação-1, em que os geradores de vórtice são formados de um material de memóriade formato, e em que o acionador inclui um aquecedor que aciona o materialde memória de formato.

4. Dispositivo de controle de fluxo de acordo com a reivindicação-1, em que cada um dos respectivos geradores de vórtice tem a forma deuma aleta que se situa paralela à superfície de controle de fluxo quando noestado retraído e é ajustado em um ângulo maior do que 0 grau e menor doque 180 graus com relação à superfície de controle de fluxo quando no es-tado estendido.

5. Dispositivo de controle de fluxo de acordo com a reivindicação-1, em que a superfície de controle de fluxo faz parte de um veículo rotor deinclinação.

6. Aeronave compreendendo:uma asa rotor de inclinação;uma superfície de controle de fluxo formada na asa rotor de in-clinação sobre a qual o fluido é projetado a fluir em uma direção predeterminada;geradores de vórtice associados à superfície de controle de flu-xo, cada gerador de vórtice respectivo tendo um eixo geométrico pivô queforma um ângulo agudo com relação à direção predeterminada e capaz deser posicionado tanto em um estado estendido, no qual os geradores de vór-tice respectivos funcionam para criar um fluxo de fluido em espiral, como umestado retraído, no qual os geradores de vórtice respectivos são pivotadosatravés do eixo geométrico pivô de modo a situarem-se adjacentes à super-fície de controle de fluxo; eum acionador associado a cada um dos respectivos geradoresde vórtice, cada acionador adaptado para posicionar o gerador de vórticeassociado entre os estados estendido e retraído.

7. Aeronave de acordo com a reivindicação 6, em que o ânguloagudo é de 5 a 45 graus.

8. Aeronave de acordo com a reivindicação 6, em que o aciona-dor inclui um aquecedor e em que os geradores de vórtice compreendem ummaterial de memória de formato que pode ser movido com base no aciona-mento do aquecedor.

9. Aeronave de acordo com a reivindicação 6, em que cada umdos respectivos geradores de vórtice tem a forma de uma aleta que se situaparalela à superfície de controle de fluxo quando no estado retraído e é defi-nido em um ângulo maior do que 0 grau e menor do que 180 graus com re-lação à superfície de controle de fluxo quando no estado estendido.