BRPI0712463A2 - mÉtodo de e aparelho para produzir resistÊncia aerodinÂmica em um aviço - Google Patents

Abstract

MÉTODO DE E APARELHO PARA PRODUZIR RESISTÊNCIA AERODINÂMICA EM UM AVIçO. A invenção refere-se a um aparelho para e um método de pro- dução de resistência aerodinâmica em um avião, compreendendo pelo menos um flape de frenagem, em que pelo menos um flape de frenagem pode ser estendido para a circulação de ar ao redor do avião. De acordo com a invenção, pelo menos um flape de frenagem é disposto na fuselagem do avião em uma região sobre as asas do avião.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE E APARELHO PARA PRODUZIR RESISTÊNCIA AERODINÂMICA EM UM AVIÃO".

A invenção refere-se a um aparelho para e um método de pro- dução de resistência aerodinâmica em um avião, com pelo menos um flape de frenagem, onde o pelo menos um flape de frenagem pode ser estendido para a circulação de ar ao redor do avião. A invenção também refere-se a um avião equipado com pelo menos um flape de frenagem, onde o pelo me- nos um flape de frenagem pode ser estendido para a circulação de ar ao redor do avião.

Na tomada de aterrissagem de um avião, sua velocidade é redu- zida para o menor valor possível a fim de restringir o comprimento requerido da pista de aterrissagem. Além do mais, a fim de reduzir o ruído do vôo no solo, é desejável minimizar tanto quanto possível a área poluída pelo ruído, em virtude de uma tomada de aterrissagem íngreme. Um alto coeficiente de sustentação é requerido para essa finalidade a fim de ser capaz de prover uma tomada lenta. De modo a atingir uma tomada de trajetória de vôo que seja íngreme e lenta, além dos sistemas de alta sustentação requeridos para essa finalidade, existe também uma necessidade por aparelhos de frenagem efetivos. Na situação ideal, esses aparelhos de frenagem aumentam exclusi- vamente a resistência aérea do avião e não influenciam na sustentação ou no momento de arfagem, rolamento ou guinada do avião. Além disso, a fim de também limitar a poluição do ruído, os aparelhos de frenagem devem causar tão pouco ruído original adicional quanto possível.

Para reduzir efetivamente a velocidade do vôo de um avião na tomada de aterrissagem, é feito uso geralmente de flapes de frenagem que são dispostos substancialmente na região do bordo de fuga de uma asa do avião (a seguir esses flapes de frenagem são também citados como "reduto- res de velocidade"). Em virtude da sua posição diretamente na asa do avião, redutores de velocidade estendidos decisivamente influenciam no fluxo ao redor da asa e conseqüentemente reduzem a ação de aumento da sustenta- ção dos flapes do bordo de fuga da asa (flapes de aterrissagem) e dos fia- pes do bordo de avanço da asa (aerofólios). Na maioria dos casos, com os redutores de velocidade estendidos a provisão do momento longitudinal do avião muda, por meio disso é necessário compensar continuamente em par- ticular para um momento de arfagem alterado por meio da unidade elevado- ra. O ruído do vôo é também notavelmente aumentado devido à sustentação reduzida e à maior velocidade de aterrissagem que isso acarreta já que o ruído da célula do avião aumenta exponencialmente com a velocidade do vôo. Além disso, o ruído original produzido pelos redutores de velocidade estendidos é amplificado.

Como uma alternativa disposta no lado inferior da fuselagem do avião estão flapes de frenagem que podem ser estendidos para a circulação de ar ao redor do avião ("freio pneumático ventral"). Devido às limitações geométricas (quer dizer, a largura da fuselagem do avião, a distância mínima da fuselagem do avião do solo e a situação da instalação do trem de aterris- sagem), o tamanho estendido, e com isso também, a ação de um freio pneu- mático ventral são restritos. Em muitos casos, não é possível produzir resis- tência de ar suficiente com tais flapes de frenagem, de modo que o seu uso é limitado. Além do mais, é necessário considerar a emissão de ruído preju- dicial na direção do solo já que o ruído gerado pelo freio pneumático ventral não é filtrado pela fuselagem do avião ou as asas.

Os assim chamados "freios pneumáticos em pétala" são geral- mente dispostos na cauda do avião e podem ser articuladamente estendidos para o lado na direção do vôo em cada lado do avião. Uma desvantagem com esse tipo de aparelho é o efeito do volume de instalação limitado dispo- nível na região de cauda da fuselagem (quer dizer a limitação devido às ins- talações do sistema tal como a unidade de potência auxiliar - APU -, a mon- tagem da unidade de cauda na fuselagem, etc.). Uma desvantagem adicio- nal é que esse tipo de aparelho é disposto em regiões mecânicas do fluxo de baixa energia cinética. Por essas razões acima mencionadas, a implementa- ção da resistência pelos freios pneumáticos em pétala é limitada.

Uma maneira adicional possível de produzir resistência é o as- sim chamado leme fendido. Uma desvantagem com esse tipo de aparelho é o espaço de instalação limitado disponível, bem como a capacidade restrita para carregar cargas de ar estruturais na região de montagem do leme. É também verificado que quando usado esse aparelho a ação de estabilização da guinada do conjunto de leme é notavelmente reduzida. Pelas razões aci- ma mencionadas, esse tipo de aparelho pode proporcionar somente um bai- xo nível de implementação de resistência potencial.

Portanto, o objetivo da invenção é reduzir ou eliminar um ou mais dos problemas acima mencionados de soluções conhecidas. Em parti- cular, o objetivo da invenção é prover um aparelho para produzir resistência aerodinâmica em um avião, que não reduz a sustentação, que causa menos ruído e que não exerce um momento adicional no avião.

Esse objetivo é atingido por pelo menos um flape de frenagem que é disposto na fuselagem do avião em uma região sobre as asas do avi- ão.

Esses flapes de frenagem (freios pneumáticos dorsais) são dis- postos dentro de uma região na fuselagem do avião, na qual uma alta pres- são dinâmica em relação à circulação de ar é obtida. No caso de avião co- mercial convencional, uma área adequada de alta pressão dinâmica para montagem desses aparelhos deve ser encontrada, por exemplo, sobre o Ia- do de baixa pressão das asas do avião, perto da fuselagem, sendo o lado no qual a circulação de ar é acelerada. A disposição dos flapes de frenagem na fuselagem nessa região reduz a pressão dinâmica da circulação de ar. A energia aplicada para essa finalidade é tirada da energia cinética do avião.

A alteração da distribuição da pressão especificamente na asa em uma configuração de alta sustentação por meio desse tipo de aparelho causa um momento de arfagem descendente (contribuição do momento de arfagem negativo). A circulação do afluxo em relação aos flapes de frena- gem adicionalmente causa um momento de arfagem ascendente (contribui- ção do momento de arfagem positivo). Essas duas contribuições de momen- to de arfagem se equilibram em virtude de um posicionamento exato ade- quadamente selecionado dos flapes de frenagem no avião. Além disso, a resistência induzida do avião pode também ser aumentada pelo posiciona- mento ideal dos flapes de frenagem no avião, que em combinação com o aumento acima descrito na resistência de pressão leva a um aumento adi- cional na ação de frenagem. A ação de frenagem dos freios pneumáticos dorsais influencia a circulação ao redor das casas e assim a alta sustentação oscila notavelmente menos do que uma disposição de redutor de velocidade convencional. A mudança na distribuição da pressão pode, adequadamente, aumentar a resistência e também reduzir a perda de sustentação.

A produção de ruído de tais flapes de frenagem é também subs- tancialmente menor em comparação com as soluções conhecidas já que as asas e a fuselagem do avião filtram para o solo o ruído resultante dos flapes de frenagem. A substituição dos redutores de velocidade montados nas asas e vantajosamente influenciando a circulação ao redor dos flapes do bordo de avanço da asa (aerofólios) significa que é possível reduzir o ruído geral do avião pelos freios pneumáticos dorsais.

De preferência, dois, três, quatro ou mais flapes de frenagem que são espaçados entre si na direção periférica são dispostos na fuselagem do avião em uma região sobre as asas do avião. Devido à curvatura esférica da fuselagem do avião, é geometricamente vantajoso usar uma pluralidade de flapes de frenagem menores que são dispostos em uma linha sobre uma seção transversal na região do lado superior da fuselagem do avião. Além do mais, quando usando em particular dois flapes de frenagem ou dois pares de flapes de frenagem, é possível que seu rastro de turbulência circular seja de tão modo direcionado, em virtude de um espaçamento adequado entre os flapes de frenagem, que o rompimento do conjunto de leme que é disposto para a cauda, em virtude dos redemoinhos de ar, possa ser reduzido ou evi- tado.

É preferível se os flapes de frenagem forem dispostos simetri- camente um em relação ao outro na direção periférica em relação ao plano central da fuselagem. Isso elimina momentos adicionais de arfagem, rola- mento ou guinada que poderiam surgir devido às forças de frenagem assi- métricas.

Em uma modalidade vantajosa, as extremidades dos flapes de frenagem, que estão viradas para longe da fuselagem do avião, têm uma borda reta. A fabricação ou usinagem dos flapes de frenagem e em particu- lar das porções de conexão que interrompem o esguicho na fuselagem do avião para flapes de frenagem retraídos pode ser efetuada de maneira rela- tivamente barata como um resultado.

Em um aspecto preferido adicional, além disso, bordas serrilha- das, perfiladas, perfuradas ou arredondadas são providas nas extremidades dos flapes de frenagem, que estão viradas para longe da fuselagem do avi- ão. Em virtude delas, com um projeto adequado, é possível melhorar a ação dinâmica e também reduzir a geração do ruído.

É particularmente favorável se o pelo menos um flape de frena- gem for de uma forma substancialmente retangular. A fabricação do flape de frenagem e das regiões de vedação na fuselagem do avião é simplificada dessa forma e as características de frenagem dos flapes retangulares são conhecidas.

Finalmente, é particularmente preferido se o pelo menos um fla- pe de frenagem pode assumir qualquer forma adequada. Uma forma ade- quada pode ser proporcionada, por exemplo, por experimento ou simulação.

Em uma modalidade particularmente preferida, os dois, três ou mais flapes de frenagem são dirigíveis independentemente um do outro. Isso permite a integração dos flapes de frenagem na regulação da inclinação do vôo do avião na tomada de campo ou em outras fases e pode ser usado pa- ra otimizar a provisão do momento do avião.

O objetivo da invenção é também atingido por um método de produção de resistência aerodinâmica em um avião, no qual pelo menos um flape de frenagem disposto na fuselagem do avião em uma região sobre as asas do avião é estendido para a circulação de ar ao redor do avião.

Finalmente, o objetivo da invenção é atingido por um avião com pelo menos um flape de frenagem, onde o pelo menos um flape de frenagem pode ser estendido para a circulação de ar ao redor do avião e onde o pelo menos um flape de frenagem é disposto na fuselagem do avião em uma re- gião sobre as asas do avião. Uma modalidade particularmente preferida é projetada de acor- do com os aspectos acima descritos do aparelho para produzir resistência em um avião.

A invenção será descrita em mais detalhes a seguir por meio de uma modalidade por meio de exemplo com referência às figuras. As mes- mas referências são usadas na descrição específica a seguir para os mes- mos elementos ou similares. No desenho:

A figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um avião com flapes de frenagem de acordo com a presente invenção; e

A figura 2 mostra a distribuição de pressão dinâmica em uma fuselagem do avião.

A figura 1 mostra um avião 2 com duas asas 4 que são equipa- das com flapes de bordo de aterrissagem da asa 6 (aerofólios) e flapes de bordo de fuga da asa 8 (flapes). Na tomada de aterrissagem, ambos os fla- pes 8 e também os aerofólios 6 ficam estendidos e provêem um coeficiente de sustentação que é grandemente aumentado em comparação com o vôo da viagem e que permite uma maior redução na velocidade do vôo durante a tomada de aterrissagem.

Na tomada de aterrissagem, além da redução no empuxo e na resistência aérea geral aumentada do avião devido aos aerofólios 6 e flapes 8 estendidos, é necessário reduzir mais a velocidade do avião 2 por meio dos flapes de frenagem ou mantê-la constante em consideração ao vôo des- cendente permanente. Isso é efetuado no presente caso por dois flapes de frenagem 10 que são dispostos em uma região da fuselagem do avião 12 que fica sobre um plano definido pelas asas 4.

Os flapes de frenagem 10 são de uma tal configuração que, na sua posição de extensão máxima, eles ficam aproximadamente de modo perpendicular à superfície da fuselagem do avião 12. A área e a extensão externa dos flapes de frenagem 10 são limitadas pela eficiência de frenagem requerida ou a resistência aérea requerida, o espaço disponível na fusela- gem do avião e a sua curvatura e a potência do atuador necessária. Uma ação de frenagem instantânea pode ser influenciada variando o ângulo dos flapes de frenagem articuladamente estendidos 10.

A configuração geométrica das bordas dos flapes de frenagem 10 depende em particular das exigências com relação ao ruído que ocorre. A geometria geral dos flapes de frenagem 10 pode ser retangular ou pode as- sumir qualquer forma adequada.

É possível, no lugar de um par de flapes de frenagem consistin- do em dois flapes de frenagem 10, também usar somente um ou até mesmo mais flapes de frenagem 10 que, por exemplo, podem ser dispostos acima das janelas 14 sobre as asas.

Uma pluralidade de flapes de frenagem 10 poderia adicional- mente contribuir para estabilizar a provisão do momento do avião contanto que eles sejam preferivelmente dirigíveis separadamente um do outro e se- jam integrados na regulação da inclinação do vôo durante a tomada de cam- po ou outras fases.

A posição dos novos flapes de frenagem .10 no lado superior da fuselagem é definida, entre outras coisas, pela distribuição da pressão dinâ- mica na fuselagem, como é mostrado na figura 2.

É claramente evidente na figura 2 que um máximo local em rela- ção à pressão do ar dinâmica é para ser encontrado em uma região 16 do avião 2. Os flapes de frenagem 10 devem preferivelmente ser dispostos nessa região 16 e devem ser de uma tal configuração que eles façam o uso mais efetivo possível dessa pressão dinâmica e provejam uma ótima ação de frenagem. A localização preferida nessa região 16 é adequadamente uma localização 18 na qual a pressão dinâmica local está em um máximo. Lá a assim chamada velocidade excessiva, que quer dizer uma velocidade da circulação de ar que excede a velocidade da circulação do afluxo do avião, alcança o seu máximo local.

A disposição dos flapes de frenagem 10 na região 16 no lado superior da fuselagem do avião 12 causa uma redução no ruído no solo quando os flapes de frenagem 10 são dispostos sobre as asas 4 e a fusela- gem do avião 12 que filtram o ruído produzido, para o solo. Se em uma con- figuração de avião, os redutores de velocidade montados nas asas 4 são descartados, o ruído causado pelos flapes 8 e os aerofólios 6 pode também se reduzido por uma melhora nas condições de circulação nas asas 4.

A presente invenção provê flapes de frenagem que provêem uma ação de frenagem similar em comparação com os redutores de veloci- dade convencionais montados nas asas 4, mas nesse caso eles não inter- rompem a provisão do momento do avião e eles geram substancialmente menos ruído na tomada de campo. A modalidade usada serve somente para as finalidades de descrição da presente invenção e não é planejada para restringi-la a essa modalidade. É também possível usar qualquer tipo de fla- pes de frenagem no avião 2 sobre as asas 4 que reduzem a pressão dinâmi- ca lá e assim acarretam uma ação de frenagem. Com conjuntos adequados de leme horizontal, também seria adicionalmente concebível que tais flapes de frenagem fossem dispostos adicional ou exclusivamente na região da cauda da fuselagem. Em particular, a invenção refere-se a um avião de pas- sageiros.

Claims (11)

1. Aparelho para produzir resistência aerodinâmica em um avião, compreendendo pelo menos um flape de frenagem, em que pelo menos um flape de frenagem pode ser estendido para a circulação de ar ao redor do avião, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um flape de frena- gem é disposto na fuselagem do avião em uma região sobre as asas do avi- ão.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dois, três, quatro ou mais flapes de frenagem espaçados entre si na direção periférica são dispostos na fuselagem do avião em uma região sobre as asas do avião.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os flapes de frenagem são dispostos em relação mutuamente simétrica na direção periférica relativa ao plano central da fuselagem.

4. Aparelho, de acordo com uma das reivindicações 2 e 3, carac- terizado pelo fato de que as extremidades dos flapes de frenagem, que es- tão viradas para longe da fuselagem do avião, têm uma borda reta.

5. Aparelho, de acordo com uma das reivindicações 2 e 3, carac- terizado pelo fato de que as extremidades dos flapes de frenagem, que es- tão viradas para longe da fuselagem do avião, têm uma borda serrilhada, perfilada, perfurada ou arredondada.

6. Aparelho, de acordo com uma das reivindicações preceden- tes, caracterizado pelo fato de que pelo menos um flape de frenagem é de uma forma substancialmente retangular.

7. Aparelho, de acordo com uma das reivindicações preceden- tes, caracterizado pelo fato de que pelo menos um flape de frenagem pode assumir qualquer forma adequada.

8. Aparelho, de acordo com uma das reivindicações 2 a 7, carac- terizado pelo fato de que os flapes de frenagem são dirigíveis independen- temente um do outro.

9. Método de produção de resistência aerodinâmica em um avião, caracterizado pelo fato de que pelo menos um flape de frenagem disposto na fuselagem do avião em uma região sobre as asas do avião é estendido para a circulação de ar ao redor do avião.

10. Avião tendo pelo menos um flape de frenagem em que pelo menos um flape de frenagem pode ser estendido para a circulação de ar ao redor do avião, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um flape de frena- gem é disposto na fuselagem do avião em uma região sobre as asas do avi- ão.

11. Avião, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o avião é equipado como definido nas reivindicações 2 a 8.