BRPI0710976A2 - cruzeta com raìzes de braços entalhados - Google Patents

Abstract

CRUZETA COM RAìZES DE BRAçOS ENTALHADOS.Trata-se de uma cruzeta para um sistema de rotor de aeronave de asas rotativas que possui uma multiplicidade de braços, cada um deles tendo uma raiz. Cada raiz tem uma parte entalhada configurada para permitir a passagem de uma parte do sistema de controle de passo das pás através da parte entalhada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invençãopara "CRUZETA COM RAÍZES DE BRAÇOS ENTALHADOS".

Campo Técnico

O campo técnico enquadra-se na categoria decruzetas de rotor para aeronaves de asas rotativas.

Descrição do Estado da Técnica

As aeronaves de asas rotativas, comohelicópteros e aeronaves de rotor inclinável ("tiltrotors"), existemhá muitos anos, e desde então, foram criados diversos projetos decubos de rotor para aeronaves de asas rotativas. Com o aumentoda demanda do consumidor por aeronaves de rotor inclinável maisrápidas e mais eficientes, vêm sendo feita uma reavaliação dosprojetos de cubo existentes com foco em melhorar o desempenhogeral da aeronave. As aeronaves de rotor inclinável convencionaisincluem dois sistemas de rotor, cada um contendo três pás derotor conectadas a uma cruzeta central. Infelizmente, o uso de trêspás por sistema de rotor pode não fornecer empuxo suficientepara acomodar a aeronave de rotor inclinável maior, mais rápida emais eficiente desejada pelos consumidores.

Uma maneira de se obter uma aeronave de rotorinclinável mais eficiente e rápida consiste em aumentar o númerode pás de rotor, podendo ser vantajoso aumentar o número de pásde rotor para quatro ou mais pás de rotor por sistema de rotor. Noentanto, o planejamento de um sistema de rotor contendo quatroou mais pás por sistema de rotor é apresenta desafiosconsideráveis. Um deles está relacionado ao posicionamento doseixos de comando do passo e das articulações do passo, relativo àcruzeta do sistema de rotor, que proporciona ao sistema de rotorvalores desejados dos termos delta-0 (acoplamento do ângulo dopasso-cone) e delta-3 (acoplamento do ângulo do cone-flape).

Essa questão de acomodação/localização dos componentes é umproblema preponderante no desenvolvimento de sistemas de rotorquadripá para aeronaves de rotor inclinável.

As Figuras 1 e 2 ilustram uma cruzeta do estadoda técnica para um sistema de rotor. A cruzeta 101 compreendequatro braços 103 que se estendem geralmente na direção radial apartir de um eixo de rotação 105. Cada um dos braços 103 temuma raiz 107 localizada próxima ao eixo geométrico 105, e a raiz107 é geralmente a parte mais larga dos braços 103 quando vistode cima. Cada braço 103 compreende um bordo de ataque 109 eum bordo de fuga 111, e cada braço 103 tem um eixo geométricode passo 113 associado. A cruzeta 101 também compreende umlado superior 117 e um lado inferior 119.

Embora a cruzeta 101 siga as características deprojeto tradicionais, ela não se adequa aos requisitos deacomodação dos componentes. Em particular, partes das raízes107 obstruem o posicionamento desejado das articulações depasso e dos eixos de comando de passo (não ilustrados) entre osbraços 103, necessitando de novos métodos e componentes paravariar o passo das pás do rotor (não ilustradas).

Breve Descrição dos DesenhosA Figura 1 é uma vista de cima de uma cruzetade quatro braços convencional.

A Figura 2 é uma vista oblíqua da cruzeta daFigura 1.

A Figura 3 é uma vista frontal da aeronave derotor inclinável incluindo uma cruzeta de acordo com umaconcretização exemplifícativa.

A Figura 4 é uma vista de cima de uma cruzetade acordo com uma concretização exemplifícativa.

A Figura 5 é uma vista oblíqua da cruzeta daFigura 4.

A Figura 6 é uma vista oblíqua de uma parte dacruzeta da Figura 4.

Descrição da Concretização Preferida

Uma cruzeta de rotor para uma aeronave de asasrotativas tem raízes de braços entalhados que oferecem espaçolivre para o posicionamento desejado dos componentes de umsistema de controle de vôo. Por exemplo, os entalhes nos braçospodem propiciar o posicionamento desejado das articulações depasso que são utilizadas para causar mudanças no ângulo de passodas pás conectadas à cruzeta. O posicionamento e orientação dasarticulações de passo determina os termos delta-0 (acoplamentodo ângulo do passo-cone) e delta-3 (acoplamento do ângulo dopasso-flape) para o sistema de rotor.

A Figura 3 ilustra uma aeronave de rotorinclinável contendo rotores quadripás, cada um utilizando umacruzeta com braços entalhados, conforme descrito adiante. AFigura 3 ilustra uma aeronave de rotor inclinável 201 em no modode operação de vôo "avião", no qual as asas 203 são utilizadaspara sustentar o corpo da aeronave 205 em vôo horizontal. Aaeronave 201 tem dois sistemas de rotor 207, 209, cada sistema derotor 207, 209 contendo quatro pás 211 e sendo acionado emrotação por motores (não ilustrados) carregados dentro dasnacelas 213, 215. Uma cobertura giratória 216 é montada na partefrontal de cada sistema de rotor 207, 209, e cada cobertura 216encerra substancialmente uma cruzeta de quatro braços 217,encobrindo as cruzetas de quatro braços 217 na vista da Figura 3.

As pás 211 são conectadas à cruzeta 217 de cada sistema de rotor207, 209 de forma que permita a cada uma das pás girar em tornode um eixo geométrico de passo associado. A seta marcada com onúmero de referência 219 indica que o sistema de rotor 207 girana direção da seta 219. De modo similar, a seta marcada com onúmero de referência 221 indica que o sistema de rotor 209 giraas pás do rotor 211 na direção da seta 221.

As Figuras 4 a 6 ilustram uma concretizaçãoexemplificativa de uma cruzeta com braços entalhados. A cruzeta301 compreende quatro braços 303 que se estendem geralmentena direção radial a partir de um eixo de rotação 305. Os braços303 têm uma raiz 307 localizada próxima ao eixo geométrico 305,e as raízes 307 são geralmente a parte dos braços 303 localizadamais perto do eixo geométrico 305, quando visto de cima. Cadabraço 303 compreende um bordo de ataque 309 e um bordo defuga 311, e cada braço 303 tem um eixo geométrico de passo 313associado. A cruzeta 301 também compreende um lado superior317 e um lado inferior 319.

Cada raiz 307 compreende um entalhe 321 quepermite a passagem de um componente de um sistema de controlede vôo para dentro ou através do entalhe 321. Por exemplo, umcomponente de um sistema de controle de passo de pás, tal comoa articulação de passo 323, pode estar localizado dentro doentalhe 321. Como alternativa, eixos de comando de passo, ououtros dispositivos úteis para variar o passo de uma pá de rotor,podem estar localizados dentro do entalhe 321. Ao permitirmos apassagem de dispositivos como a articulação de passo 323, torna-se possível atingir os ângulos delta-0 e delta-3 desejados. Cadaentalhe 321 permite que a articulação de passo 323correspondente passe pelo braço adjacente 303, o que constituiuma solução ideal para as dificuldades de acomodação doscomponentes do cubo do rotor para cubos quadripás de aeronavesde rotor inclinável. A cruzeta 301 é adaptada para rotaçãoprimária na direção da seta marcada com o número de referência325; no entanto, uma cruzeta pode ser formada de maneirasubstancialmente similar à cruzeta 301, mas geralmente comouma cópia invertida da cruzeta 301 para rotação na direção oposta 325.

A Figura 6 é uma vista de cima ampliada de umbraço 303 da cruzeta 301. Uma superfície imaginária 327 é umaextensão imaginária da superfície do bordo de ataque 309 emdireção à parte central da cruzeta 301, e o volume definido pelaparede do entalhe 329 e pela superfície 327 é o envoltório doentalhe 331. Como ilustrado na figura, a articulação de passo 323é geralmente paralela ao eixo geométrico 305, e a articulação 323aparece como se estivesse totalmente dentro do envoltório doentalhe 331 na vista de cima. Nesta configuração, a articulação323 se estende para dentro do envoltório do entalhe 331 sem secruzar com a superfície imaginária de interseção 327. Entretanto,em outras concretizações, a articulação de passo 323 pode serorientada em outros ângulos e pode cruzar-se com a superfícieimaginária 331 enquanto se estende para dentro ou através doenvoltório do entalhe 331. Para a concretização ilustrada nasfiguras, deve-se observar que cada articulação 323 é posicionadapara conexão com um eixo de comando de passo utilizado paracontrolar o passo de uma pá conectada ao braço adjacenteseguinte 303 na direção de rotação. Em outras palavras aarticulação de passo 323 para uma determinada pá está localizadano entalhe 321 no bordo de ataque do braço posterior adjacente 303.

Os entalhes 321 são configurados para permitirque cargas centrífugas, e outras forças, passem entre os braços303 e pelo restante da cruzeta 301 através das raízes 307 dosbraços. Os entalhes 321 são projetados com uma forma tal queimpede a formação de concentrações de tensão nos entalhes 321.A cruzeta 301 é, de preferência, formada de materiais compostosreforçados com fibras, tal como um material reforçado com fibrasde carbono ou fibras de vidro, e a orientação das fibras na matrizao redor de cada entalhe 321 pode ser otimizada com base noformato utilizado para os entalhes 321. Como alternativa, acruzeta pode ser formada de outros materiais apropriados, talcomo um metal. Além disso, concretizações alternativas dacruzeta 301 podem ter raízes 307 de braços com dimensão maisespessa a partir do lado superior 317 para o lado inferior 319, ou obordo de fuga 311 pode ser formado com material adicional parapropiciar maior capacidade de carga. Deve-se observar que osentalhes 321 podem ser formados com uma forma diferente dasapresentadas nas figuras. Outras concretizações alternativaspodem incluir cruzetas configuradas para terem dois, três, cincoou mais braços entalhados.

As concretizações de uma cruzeta com braçosentalhados proporciona diversas vantagens, dentre elas: (1)melhores termos de acoplamento delta-0 e delta-3; (2) reduçãodos requisitos de envoltório para os componentes do sistema decontrole do ângulo de passo; e (3) redução da massa e dosmomentos de inércia no sistema de rotor.

A presente descrição inclui referência a umaconcretização ilustrativa, mas não deve ser interpretada emsentido restrito. Várias modificações e combinações dasconcretizações ilustrativas, bem como outras concretizações,ficarão visíveis aos versados na técnica ao tomar como referênciaa descrição.

Claims (12)

1. - Cruzeta para uma aeronave de asasrotativas, a cruzeta sendo caracterizada por compreender:uma multiplicidade de braços estendendo-se apartir de uma parte central, cada braço tendo uma raiz; eum entalhe formado em um bordo de ataque ouem um bordo de fuga de cada raiz e adaptado para permitir oposicionamento de uma parte de um sistema de controle de passodas pás dentro de cada entalhe.

2. - Cruzeta, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que a cruzeta é formada a partir de ummaterial composto.

3. - Cruzeta, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que cada entalhe compreende umenvoltório de entalhe definido por uma continuação imaginária dobordo correspondente em direção à parte central.

4. - Cruzeta, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que a cruzeta tem quatro braços.

5. - Sistema de rotor para uma aeronave de asasrotativas, o sistema de rotor sendo caracterizado por compreender:uma cruzeta contendo uma multiplicidade debraços estendendo-se a partir de uma parte central, cada braçotendo uma raiz;um sistema de controle de passo das pás; eum entalhe formado em um bordo de ataque ouem um bordo de fuga de cada raiz e configurado para permitir oposicionamento de uma parte do sistema de controle de passo daspás dentro de cada entalhe.

6. - Sistema de rotor, de acordo com areivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a cruzeta éformada a partir de um material composto.

7. - Sistema de rotor, de acordo com areivindicação 5, caracterizado pelo fato de que cada entalhecompreende um envoltório de entalhe definido por umacontinuação imaginária do bordo correspondente em direção àparte central.

8. - Sistema de rotor, de acordo com areivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a cruzeta temquatro braços.

9. - Aeronave de asas rotativas, caracterizadapor compreender:pelo menos um sistema de rotor contendo umacruzeta com braços estendendo-se a partir de uma parte central,cada braço tendo um entalhe na raiz do braço e uma pá conectadarotativamente ao braço para permitir o passo ajustável de cada pá;eum sistema de controle de passo das pás;em que uma parte do sistema de controle depasso das pás é posicionada dentro de cada entalhe.

10. - Aeronave, de acordo com a reivindicação-9, caracterizada pelo fato de que a cruzeta é formada a partir deum material composto.

11.- Aeronave, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que cada entalhe compreende umenvoltório de entalhe definido por uma continuação imaginária deum bordo de ataque ou um bordo de fuga correspondente emdireção à parte central.

12. - Aeronave, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a cruzeta tem quatro braços.