BRPI0907342A2

BRPI0907342A2 - "sistema de descongelamento para uma aeronave"

Info

Publication number: BRPI0907342A2
Application number: BRPI0907342A
Authority: BR
Inventors: Stolte Ralf-Henning; Wollrab Uwe
Original assignee: Airbus Operations Gmbh
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2019-08-27
Also published as: RU2010146471A; EP2268545B1; DE102008019146A1; US8857767B2; JP2011516344A; US20110031353A1; EP2268545A2; CN102007037B; CA2720836A1; WO2009127652A2; WO2009127652A3; CN102007037A

Abstract

"sistema de descongelamento para uma aeronave" a invenção refere-se a um sistema de descongelamento para uma aeronave com pelo menos uma fonte de calor e pelo menos um meio de distribuição de ar para distribuir ar para dentro de regiões da aeronave a ser descongelada. em comparação com a técnica anterior, a invenção é caracterizada pelo fato de que o meio de distribuição de ar é conectado a um sistema de condicionamento de ar da aeronave para descarregar ar a partir da cabine da aeronave através de um dispositivo de aquecimento de ar, em que o dispositivo de aquecimento de ar é conectado a pelo menos uma fonte de calor para aquecer o ar a partir da cabine da aeronave. o sistema de descongelamento de acordo com a invenção é capaz de realizar um descongelamento de asa que não somente atende a uma função anti-congelamento, como também uma função de descongelamento no solo sem gasto adicional de energia. a função do sistema de descongelamento de acordo com a invenção poderia também ser vantajosamente suplementado por utilizar o ar residual de cabine para aumentar a energia de fluxo no lado superior da asa a fim de retardar uma comutação ou separação da camada de limite e genericamente aumentar a sustentação ou diminuir a resistência.

Description

SISTEMA DE DESCONGELAMENTO PARA UMA AERONAVE'’

Ped idos rs iacionados:

O presente pedido reivindica a prioridade do pedidos de patente provisional US número 61/124.379, depositado em 16 de abril de 2003 e pedido de patente alemã número

10 2008 019 146,8 depositado em 16 de abril de 2008. a revelação de cujos pedidos é peia p esente incorporada a titulo de referência.

Campo da invenção:

A invenção refere-se a em sistema de remover gelo para uma aeronave oom pelo menos um meio de distribuição de ar e uma fonte de calor.

Antecedentes tecnológicos da invenção:

Aeronaves, em particular aeronaves maiores de passageiros, necessitam ser descongeladas durante certas fases do vôo e no seio por diversos motivos. O emperramento por congelamento ou relacionado a congelamento de flapes e outras partes móveis, bem como a formação de gelo no perfil da asa. deteriora 15 significativamente as propriedades aerodinâmicas e aumenta o peso da aeronave respectiva de tal modo que a formação de gelo em vôo necessita ser evitada e gelo que já se formou em uma aeronave situada no solo necessita ser removido. Esses deis processos são normalmente mencionados como teescongelamente (remoção de gelo) e ‘anti-congelamento'’ (prevenção de formação de gelo). Embora a seguinte descrição 20 se refira, em particular a anti-congelamento, a Invenção nâo é de modo algum limitada a anti-congelamento.

Variações diferentes de sistemas antl-congelamento prevaleceram na técnsca anterior. Por exemplo, ar de sangria retirado dos motores è encaminhado para o interior de bordas avançadas das asas através de uma tubulação perfurada para aquecer a corda 25 avançada da asa e evitar congelamento de gutículas de água de condensação. Outros sistemas aquecem as Cordas avançada da asa ou outras áreas críticas por intermédio de aquecedores eletricamente operados. Nesse case, limites de temperatura necessitam ser observados para proteger os materiais utilizados, isso é partscularmente crítico durante uso no soio porque as superfícies eletricamente aquecidas não são simultaneamente resfriadas 30 pelo vento relativo Uma desvantagem especifica de métodos de descongela mento anteriormente conhecidos é o fato de que os motores necessitam temar disponível ar de sangria e/ou uma corrente elétrica para o sistema de descongelamento. A retirada de ar de sangria diminui a eficiência da aeronave porque ar adicional é entrado de ambiente em volte e comprimido de tal modo que o consume de combustível aumenta. A retirada de uma 35 quantidade relativamente grande de energia elétrica a partir dos geradores doa motores aumenta sua salda de eixo a ser gerada de tal modo que o consumo de combustível também è aumentado nesse caso,

Sumário da invenção

Portanto è objelivo da invenção propor um sistema de descongeiamento que, se possível. não requer a retirada de ar de sangria adicionai e. se possível, também torna possível reahzar um processo de descongeiamento seguro sem quantidades maiores de 5 energia elétrica.

Esse objetivo é atendido por um sistema de descongeiamento para uma aeronave com as características ria reivindicação independente 1. Modalidades vantagens são reveladas nas reivindicações dependentes.

No sistema de descongeiamento de acordo com a invenção, ar de descarga a partir 10 de uma cabine de aeronave é aquecido por intermédio de uma fonte de calor e encaminhado para as regiões da aeronave a serem descongeladas. O fluxo de calor que ocorre durante a descarga do ar aquecido nas regiões vulneráveis evita eficazmenfe acúmulo de gelo. As tantas de calor utilizado não consistem em dispositivos adicionais, porém essenciaimente em sistemas que já produzem calor residual que feria de outro modo 15 sido liberado no ambiente em volta por intermédio de sistemas de resfriamento. Uma célula de combustível fornecida em uma aeronave moderna que gera uma corrente elétrica e libera continuamente calor durante esse processo podena servir como um de muitos exemplos concebíveis. As temperaturas dessa célula de combustível não at-ngem as temperaturas de limite dos materiais utilizados para as superficies a serem descongeladas. As asas poderíam 20 também contribuir para a condensação da água a partir dã célula de combustível na forma de um dissipado? de catar.

Para transportar esse calor residual para as áreas da aeronave a serem descongeladas, ar de descarga de cabine que ê aquecido pelo calor residual pode ser utilizado como meio de transferência de calor. Nesse caso, é vantajoso que o ssstema 25 produzindo o calor residual - por exemplo, a cèiuia de combustível ™ também é simultaneamente resfriada. Além ds uma célula de combustível, seria também concebível utilizar diversos outros sistemas que produzem uma quantidade suficiente de calor residual, isso também inclui, em particular, processadores, computadores e dispositivos de controle (coletivamente mencionados coma dispositivos aviõnioos) que são normalmerste 30 acomodados em cremalheiras em um local na aeronave e geram um fluxo concentrado de oatar residual, Outra vantagem de utilizar o ar de cabine pode ser vista em que é possível continuar a utilizar a pressão ria cabine. .A energia de pressão é hoje em die distribuída para fora através da válvula de escoamento, onde pelo menos uma porção da mesma è convertida em empuxo. Sopradores ou compressores adicionais podem ser opcionalmente 5 utilizados para o sistema de descongeiamento inventivo.

Portanto, è particularmente vantajoso que o sistema de descongeiamento inventivo não exija uma retirada adicional de ar ds; sangria a partir dos motores nem grandes <3 <: , Ο quantidades da energia elétrica para o processo d© descongelamento. Consequentemente, os motores podem ser operados mais eficientemente e com um consumo mais baixo de combustível do que na técnica anterior. Outra vantagem pede ser vista, em particular, em que os sistemas diferentes que produzem calor residual sâo automaticamente resfriados 5 durante o processo de descengelamento de tal modo que um sistema de resfriamento convendonaímente fornecido pode ter dimensões correspondentemente menores e o consumo de combustível e o peso da aeronave podem ser adíosonalmento reduzidos.

Outra vantagem do sistema de descongelamento Inventivo é. por exemplo, que es procedimentos de descongelamento demorados e caros, no selo, podem: ser eliminados ou 10 significativamente reduzidos de tal modo que a eficácia em termos de custe para a linha aérea respectiva, hem como a pontualidade da aeronave, é aperfeiçoada e e impacto sc-bre o meio ambiente é reduzido devido a quantidades menores de fluido de descongelamento utilizado. O motivo para isso pode ser visto em que o descongelamento interno utilizado hoje em dia pode ser utilizado semente em vôo porque e ar de sangria do motor flui através da is asa com uma temperatura de aproximadamente 200®C e faria com que a temperatura permissive! da estrutura da asa tosse excedida sem a influência de resmamento de ar frio a partir do ambiente em volta. .A solução proposta com o sistema de descongelamento inventivo opera preferivelmente com temperaturas mais baixas e, portanto também não leva a temperaturas críticas no solo de tal modo que esse sistema pode em pnncípio ser também ô utilizado no solo. Outra vantagem pode ser vista em que a resistência a vento também pede ser reduzida e a sustentação pode ser aumentado enquanto em cruzesro e/ou durante decolagens e aterrissagens. Isto pode ser obtido devido ao fato de que uma influência de redução de resistência e/ou aumento de sustentação na camada de limite pode ser obtido com um fluxo permanente apropriado de ar residual através da aba.

Em outro desenvolvimento adicional vantajoso dc sistema de descongeiamento inventivo, pelo menos uma maior parte do ar residual que se acumula de cabine é aquecido por intermédio de calor residual e encaminhado para dentro da assa para ser utilizado para fins da descongelamente nesse locai e ãnalmente descarregado a partir da aeronave através de válvulas de escoamento na região extrema respectiva da aba. Massa caso, as

0 válvulas de escoamento são preferivelmente dispostas de tal modo que uma força de propulsão possa ser gerada com o ar de refugo que escoa de cabine.

Isso por sua vez terna possível reduzir o número de válvulas de escoamento de ar de cabine pelo menos em certas regiões no lado inferior da fuselagem.

Descrição resumida dos desenhos

A invenção ê elucidada em maior detalhe abaixo com referência às figuras. Objetes idêntscos sâo identificados pelos mesmos símbolos de referência nas figuras. Essas figuras mostram:

As figuras la-b. um sistema de descongeiamento de acorda cam a técnica anterior; £

Figura 2; uma representação esquemâtíca do sistema de descongeiamento de acordo oom a invenção.

Descrição detalhada de uma modalidade exemplar

A figura 1a mostra esquematicamente um sistema amplamente usado para descongelar asa de aeronave de acordo com a técnica anterior. Uma tubulação perfurada 4 (também mencionada oomo lube Piccolo’) è situada em uma borda avançada de asa 2. onde ar quente é descarregado a partir da tubulação em direção ao lado interno 6 da borda avançada de asa 2 para evitar acúmulo de gelo na mesma devido à entrada de calor. No exemplo mostrado na figura 1a, a borda avançada da asa 2 consiste na borda avançada de um flape de borda avançada de asa (também mencionado como ''aerofóho auxiliar”). Dentro desse flape de borda avançada de asa. o ar quente descarregado em direção à borda avançada 2 pede também fui para regiões que são situadas adicionalmente em direção à traseira referida à direção de vôo e adicionaímente em direção ao lado superior da asa e desse modo mantém es vedações casadas 10 livres de gelo. Se o ar quente for descarregado tangencialmente, o escoamento é preferivelmente realizado atrás da camada de separação.

A figura 1b elucida a comeíação entra as tubulações perfuradas 4 s uma fonte de ar como utilizada na técnica anterior. Várias tubulações perfuradas 4 situadas ao longo da borda avançada de asa 2 sâo conectadas a um sistema de tubulação 12 que, por sua vez, é conectado a pelo menos urn motor para retirar ar de sangria. Nesse caso, prefere-se fornecer respectivamente um ponto de retirada de ar de sangria 14 para cada motor gue são respectivamente posicionados nas duas asas 16 da aeronave e distribuir seu ar para dentro do sistema de tubulação 12 separadamente ou conjuntamente através da uma denominada “váivula de sangria em cruzeiro” 18, Seria, adícionaimente possível encaminhar ar a partir de um motor auxiliar para dentro do sistema de tubulação 12 através de um ponto de alimentação 20. Cada asa 16 também contém uma válvula 22 que é capaz de abrir, fechar e regular o fluxo de ar de descongeiamento.

O sistema de descongeiamento de acordo com a técnica anterior ilustrada nas figuras 1a e 1b é somente utilizado nas fases de võo suscetíveis a gelo, isto é, partícularmente durante fases de decolagem e aterrissagem, devida à retirada economicamente desvantajosa de ar de sangria a partir dos motores. Q sistema de descongeiamento permanece ampiamente desligado enquanto em cruzeiro e enquanto a aeronave está situada no solo, Uma vez que o ar de sangria retirada dos motores atinge uma temperatura reiativamente elevada, também não è sensato utilizar o sistema de descongeiamento no solo porque a aeronave esta - em comparação com em cruzeiro normal - situada sti um ambiente relativaments quente e descongeíamento com temperatura elevada podería facilmente exceder e valor de limite de temperatura permissive! para a estrutura sendo descongelada.. Enquanto a aeronave está em vòo, entretanto, o ar ambiente frio que flui em trono da asa resfria a estrutura a ser descongelada de tal mode· que mesmo a influência de ar de descongeíamento com temperaturas elevadas não feria com que a temperatura permissive! da estrutura fosse excedida.

O sistema de descongeíamento, de acordo com a invenção ilustrado em maior detalhe na figura 2 resolve esse problema. Vários meios de distribuição de ar 23 são dispostos nas asas 16 e realizados, por exemplo, na forma de tubos de ar perfurados (tubos Piccolo) análogos à técnica anterior para distribuir ar aquecido, em particular, para dentro das bodas de asa avançadas 2. O ar resídua! retirado da cabine para manter uma qualidade constante de ar é tomado disponível por um sistema de condicionamento de ar 26 e adicionalmente aquecido por uma fonte de calor ã jusante 26.. Esse aquecimento é obtido com um dispositivo de aquecimento de ar 30 que, por exemplo, podeua ser realizado na forma de um permutador térmico, onde ar residual de cabine a partir do dispositivo de condicionamento de ar 26 flui através de uma ramificação do permutador térmico e, por exemplo, o ar residual de uma fonte de calor 28 na forma de um sistema de geração de calor flui através de outra ramificação do permutador térmico. A fonte de calor 28 podaria, por exemplo, ser matizada na forma de uma célula de combustível que podena ser integrada a bordo da aeronave de qualquer modo para atender a fonçâo de um motor auxiliar ou para gerar pane da energia elétrica em voo. Durante a retirada do calor residual a partir da célula de combustível, a célula de combustível è simultaneamente resfriada devido à transferência de calor para o ar residual mais frio a partir do sistema de condicionamento de ar 26. Isso significa que a necessidade de resfriar um sistema de liberação de calor e a entrada de calor necessária do ar de descongeíamento podem ser conjuntamerrte e sinergistlcamente combinados para aumentar a eficiência geral da aeronave.

Além de células de combustível, seria também possível utilizar outros sistemas que tornam disponível uma quantidade suficiente de calor residual como fontes de calor 28 Os sistemas podem consistir, por exemplo, em dispositivas avíônioos que são dispostos em um modo concentrado em cremalheiras, por exemplo, embaixo da cabina da aeronave ou em outro local adequado e atender diversas tarefas de processamento de dados. Os dispositivos avíônicos geram normalmente calor resídua! significativo de tal modo que é possível resfr-ar os dispositivos avíônicos com o ar rasídu&i de cabine e simultaneamente aquecer o ar residual de cabine para descongelar a aeronave. Seria também possível utilizar o calor residual de dispositivos aviõniccs, células de combustível efou outros sistemas de geração de calor em um modo combinado para fins de descongeíamento.

Q nível de temperatura do sistema de descongeíamento de acordo com a invenção é substanciaimenfo mais baixe dc que aquela de um sistema de descongelamenfu pneumático padrão de acorde com a técnica anterior por exemplo, porque é possível utilizar células de combustível na forma de células de combustível de baixa temperatura que atingem temperaturas de calor residual, por exemplo, de 8ü^&C. Com ralação a dispositivos 5 avíônicos que exigem resfriamento, temperaturas de aproximadamente 50 a 80®C podem ser atingidas. Esse nível de temperatura é suficiente para descongelar s aeronave se uma taxa de fluxo de ar voiumétrico correspondentemente grande puder ser utilizada para fins de descongelamento Uma vez. que as cabines de aeronave maior de passageiros são abastecidas com uma quantidade de ar relativamente grande ~~ por exemplo, vários litros de 10 ar fresco são introduzidos per passageiro e segundo e a mesma quantidade é descarregada da cabine ™ é assumido que ar suficiente para utihzar calor residual de sistema de temperatura relativamente baixa para fins de descongeiamento é disponível quando o sistema de descongeiamento, de acordo com a invenção è utilizado em uma aeronave moderna de passageiros.

~ A invenção não é limitada á retirada de calor residual a partir de células de combustível e dispositivos aviônicos. porém em vez disso também torna possível considerar qualquer dispositivo continuamente operacional que produza calor suficiente para aquecer o ar residual de cabine

No processo de descongeiamento de acordo com a invenção, ar è preferivelmente 20 continuamenfe distnbuído na direção da borda avançada de asa 2, Uma vez que assa distribuição de ar nâo requer energia adicional dos motores e, em urn modo de falar, utilize de forma sensata as peras de energia de vários sistemas instalados que ocorrem de qualquer modo em um modo parasitico, o ar descarregado nas bordas avançadas da asa 2 também pode ser utilizado para aumentar permanentemente a sustentação e para deslocar 25 o ponto de comutação da camada de limite laminar no lado supenor da asa por descarregar íntencicmalmente ar no lado superior da asa. Isso pode ser realizado com outras linhas que não sâo ilustradas nas figuras e intencionaimente introduzem ar no fluxo em torno das asas através de furos microscópicos em uma região particulamtente adequaria do lado superior da asa de tal modo que sua energia é aumentada, partlcuíarmente durante decolagens e 3 0 aterrissagens e enquanto- em cruzeiro Isso torna possível realizar ângulos de ataque menores das asas 16 e/ou perfis mais favoráveis de tal modo que uma resistência mais baixa e portanto um consumo mais baixo de combustível pode ser obtido.

Se for necessário utilizar uma grande quantidade de ar para reahzar um prc-cesso de descongeiamento em um nivel de temperatura baixa, seria também concebível introduzir 3 5 todo c-u pelo menos uma masor parte dc ar residual que se acumula na cabine na asa 16 e distribuir esse ar sobre o meio de distribuição de ar 23 e válvulas de escoamento 32 por meio de arranjos de válvula não mostrados. Nesse caso, as válvulas de escoamento '32 (também mencionadas como válvulas do escoamento*) necessitam ser posicionadas de tal modo qua o ar da refugo descarregado de cabine exerce um efeito de propulsão sobre a aeronave. Esse é o coso, por exemplo, se o vetor de escoamento estender aposto à direção da vôo com um componente vertical mais ou menos acentuado dirigido em direção ao solo.

No total,, u sistema de descongelamento de acordo com a invenção é capaz de realizar um descongelamento de asa que não somente atende a uma função anticongelamento, como também uma função de descongelamento no sole aem gasto adicional de energia. A função do descongelamento inventivo também poderia ser vantajosamente suplementada por utilizar o ar residual de cabine para aumentar a energia de fluxo no lado ? superior da asa para retardar uma comutação ou separação da camada de limite e genericamente aumentar a sustentação ou diminuir a resistência.

Como suplemento, deve ser observdo que compreendendo'' não exclui outros elementos ou etapas, e que ”um^:' ou “uma” não exclui uma pluralidade. Deve ser adicionalmente observado que características ou etapas que furam descritas com referencia io a uma das modalidades exemplares acima também pode ser utilizada em combinação com outras características ou etapas de outras modalidades exemplares acima descritas. Símbolos de referência nas reivindicações não devem ser interpretados em um sentido restritivo.

Lista de símbolos de referência:

0 2 borda avançada de asa tubo perfurado (tubo Piccolo) lado mier.no de borda avançada de asa folgas vedações casadas

5 11 sistema de tubulação ponte de alimentação de ar de sangria asa válvula de sangria cruzada ponto de alimentação de ar APU

22 válvula (alimentação) meio de distribuição de ar sistema de tubulação sistema de condicionamento de ar tente de calor

30 dispositive- de aquecimento de ar válvula de escoamento

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de descongelamento para uma aeronave com pelo menos uma fonte de calor (28), pelo menos um meio de distribuição de ar (23) para distribuir ar para dentro de regiões da aeronave a serem descongeladas, e pelo menos um dispositivo de aquecimento de ar (30),

CARACTERIZADO pelo fato de que o meio de distribuição de ar (23) é diretamente conectado a um sistema de tubulação (24), o sistema de tubulação (24) recebendo ar a partir da cabine da aeronave através do dispositivo de aquecimento de ar (30), com o dispositivo de aquecimento de ar (30) recebendo calor de pelo menos uma fonte de calor (28) para aquecer o ar a partir da cabine da aeronave.
2. Sistema de descongelamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma fonte de calor (28) é uma célula de combustível instalada na aeronave.
3. Sistema de descongelamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma fonte de calor (28) é um dispositivo eletrônico instalado na aeronave.
4. Sistema de descongelamento, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo eletrônico é uma unidade de processamento.
5. Sistema de descongelamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma fonte de calor (28) é uma combinação de várias fontes de calor diferentes ou idênticas (28).
6. Sistema de descongelamento, de acordo com uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de aquecimento de ar (30) é um permutador térmico.
7. Sistema de descongelamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que uma válvula de escoamento de ar (32) para descarregar ar residual a partir da cabine da aeronave é disposta em uma extremidade de pelo menos uma asa (16) da aeronave.
8. Sistema de descongelamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de descongelamento compreende ainda meio de distribuição de ar que é projetado para descarregar ar no lado superior da asa (16) da aeronave para aumentar a sustentação e/ou reduzir a resistência aerodinâmica.
9. Método para descongelar uma aeronave, no qual pelo menos um meio de distribuição de ar (23) descarrega ar para dentro das regiões da aeronave a serem descongeladas, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio de distribuição de ar (23) é

2/2 conectado a um sistema de tubulação (24) para descarregar ar a partir da cabine da aeronave através de um dispositivo de aquecimento de ar (30), com o dispositivo de aquecimento de ar (30) aquecendo o ar a partir da cabine da aeronave por intermédio de pelo menos uma fonte de calor.

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10. Uso de um sistema de descongelamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8 em uma aeronave.
11. Aeronave com um sistema de descongelamento compreendendo pelo menos uma fonte de calor (28), pelo menos um meio de distribuição de ar (23) para distribuir ar para dentro de 10 regiões da aeronave a serem descongeladas, e pelo menos um dispositivo de aquecimento de ar (30),

CARACTERIZADO pelo fato de que o meio de distribuição de ar (23) é diretamente conectado a um sistema de tubulação (24), o sistema de tubulação (24) recebendo ar a partir da cabine da aeronave através do dispositivo de aquecimento de ar (30), com o 15 dispositivo de aquecimento de ar (30) recebendo calor de pelo menos uma fonte de calor (28) para aquecer o ar a partir da cabine da aeronave.