BRPI1103316A2 - Hélice para uma aeronave, disposição de hélice em contra-rotação, aeronave proporcionada com uma hélice, aeronave proporcionada com uma disposição de hélice em contra-rotação - Google Patents

Abstract

Hélice para uma aeronave, disposição de hélice em contra-rotação, aeronave proporcionada com uma hélice, aeronave proporcionada com uma disposição de hélice em contra-rotação. Uma hélice 10 para uma aeronave é apresentado. A hélice tem um número ímpar de pás circunferencialmente separadas de forma desigual 20, 21, 22, 23, 24. A hélice 10 pode ser proporcionada como parte de uma disposição de hélice em contra-rotação e/ou em direção à ré de um suporte aerodinâmico em uma aeronave. Constetou-se que a hélice reduz níveis de ruido e é eficaz.

Description

“HÉLICE PARA UMA AERONAVE, DISPOSIÇÃO DE HÉLICE EM CONTRA- ROTAÇÃO, AERONAVE PROPORCIONADA COM UMA HÉLICE, AERONAVE PROPORCIONADA COM UMA DISPOSIÇÃO DE HÉLICE EM CONTRA-ROTAÇÃO” A presente invenção trata de uma hélice para uma aeronave.

Para que uma hélice de aeronave seja mais facilmente equilibrada para uso tranqüilo e eficaz, o mesmo geralmente tem um número par de pás.

Cada par de pás é disposta em alinhamento longitudinal entre si, em lados opostos e radialmente ao eixo geométrico da rotação da hélice. Quando as pás da hélice são igualmente espaçadas, o discreto ruído de freqüência do espectro acústico é caracterizado por uma única freqüência fundamental de passagem de pás e sua harmônica. A freqüência de passagem de pás é o produto do número de pás e a ápice da velocidade rotacional da hélice. A harmônica são números inteiros múltiplos da freqüência de passagem de pás.

Assim, o espectro acústico de uma hélice com pás igualmente espaçadas é tipificado por “picos” de energia sonora pronunciados em espaços regulares, coincidindo com a freqüência de passagem de pás fundamental e sua harmônica. Entretanto, com as pás igualmente espaçadas, a freqüência fundamental e sua harmônica essencialmente reforçam uma à outra, afetando adversamente o ruído percebido.

Ao espaçar as pás da hélice de forma desigual, uma freqüência fundamental de passagem de pás é para cada ângulo único entre as pás. Em troca, cada freqüência fundamental gera um conjunto de harmônica. Enquanto espaçar as pás igualmente distribui a energia sonora sobre uma única freqüência fundamental de passagem de pás e um conjunto de harmônica, pás espaçadas de forma desigual distribuem a mesma energia acústica sobre um alcance mais amplo de freqüências. Pás espaçadas de forma desigual também podem modificar a freqüência da taxà de queda dos níveis de pressão acústica da harmônica. Assim, enquanto o nível de pressão acústica da frequência fundamental pode ser maior e mais harmônica pode ocorrer quando as pás estão espaçadas de forma desigual, o ruído total percebido pode ainda ser reduzido, devido à interação favorável das freqüências fundamentais e/ou a harmônica. Percebeu-se que as pás espaçadas de forma desigual não afetam adversamente o desempenho da hélice. O documento US 5 096 383 apresenta uma hélice com seis pás que são assimetricamente dispostas em torno do eixo geométrico da rotação da hélice.

Enquanto seis hélices com pás são conhecidas, seria desejável ter uma hélice com mais pás para aumentar a eficácia. Minimizar o número de pás aumenta a confiança e reduz o custo. Portanto, ter a oportunidade de utilizar um número ímpar ou par de pás permite a completa otimização do desenho da hélice.

Seria desejável proporcionar uma hélice em que pelo menos alguns dos problemas discutidos acima foram pelo menos reduzidos.

De acordo com a presente invenção é proporcionada uma hélice para uma aeronave, sendo que a hélice compreende um número ímpar de pás e em que o número ímpar de pás é espaçados de forma desigual.

Constatou-se surpreendentemente que uma hélice pode ser proporcionada com um número ímpar de pás espaçadas de forma desigual que podem ser espaçadas angularmente em relação umas às outras de tal forma que a hélice é equilibrada. Proporcionar um número ímpar de pás torna a hélice more mais eficaz do que a hélice convencional correspondente com uma pá a menos enquanto reduz as desvantagens associadas com o desenho de hélice com um número elevado de pás iguais. É ainda mais surpreendente que uma hélice equilibrada pode ser proporcionada com um número ímpar de pás que estão espaçadas de forma desigual. O espaçamento desigual permite que o ruído percebido seja reduzido conforme discutido acima. Cada pá é preferencialmente montada radialmente sobre um eixo geométrico de rotação de forma que seja montado em um cubo de hélice giratório. Pelo menos uma pá é preferencialmente separada angularmente de suas duas pás vizinhas por dois ângulos circunferenciais diferentes no plano da rotação. A hélice pode compreender cinco pás espaçadas de forma desigual que é mais eficaz do que uma hélice de quatro pás e menos cara e complicada do que uma hélice de seis pás. A hélice pode compreender sete pás espaçadas de forma desigual que é mais eficaz do que uma hélice de seis pás, mas é menos cara e complicada do que uma hélice de oito pás. A hélice pode ser disposta com outra hélice a fim de proporcionar uma disposição de hélice em contra-rotação que compreende uma segunda hélice posicionada axialmente em direção à ré da primeira hélice, girando em uma direção oposta. A hélice ou disposição de hélice em contra-rotação pode ser proporcionada para operar em direção à ré de um suporte aerodinâmico preso em uma aeronave de forma que a freqüência de interação da esteira de suporte aerodinâmico com as pás do rotor iria variavelmente reduzir tanto os níveis sonoros e ruído percebido. A hélice pode ser proporcionada com um controlador para o controle da velocidade da hélice em uso para controlar ativamente o ruído produzido pela hélice.

Realizações da presente invenção serão descritas agora, somente para exemplo, com referência aos desenhos que acompanham, nos quais: A Figura 1 mostra uma hélice com cinco pás espaçadas de forma desigual: A Figura 2 mostra a hélice da Figura 1 com forças decompostas perpendicularmente de cada pá ilustrada; A Figura 3 mostra uma hélice com sete pás espaçadas de forma desigual. A Figura 4 mostra uma disposição de hélice em contra-rotação e rotação; A Figura 5 mostra uma hélice proporcionada em direção à ré de um suporte aerodinâmico preso em uma aeronave; A Figura 6 mostra a disposição de hélice em contra-rotação proporcionada em direção à ré de um suporte aerodinâmico preso em uma aeronave e A Figura 7 mostra esquematicamente uma disposição controlar ativamente a velocidade da hélice.

Conforme mostrado no exemplo da Figura 1, a presente invenção proporciona uma hélice 10 para uma aeronave com um número ímpar, neste caso cinco, pás angularmente circunferencialmente espaçadas de forma desigual 20, 21, 22, 23, 24. O ângulo circunferencial entre cada par de pás neste exemplo é 71,42°, 73°, 70,96°, 72,69° e 71,93°, Constatou-se surpreendentemente qüe as pás circunferencialmente separadas de forma desigual produzem uma hélice equilibrada para uso tranqüilo e eficaz, sendo mais eficaz do que uma hélice de quatro pás equivalente enquanto reduz os níveis de ruído devido ao espaçamento circunferencial desigual e sendo menos caro e complicado do que uma hélice de seis pás.

Neste exemplo cada uma das pás 20, 21, 22, 23, 24 são montadas em um cubo de hélice 30 rotável. O cubo de hélice pode ser rodado por quaisquer meios adequados como é bem sabido por aqueles versados na técnica, como um motor. Exemplos de motores podem incluir um pistão ou motor turbojato. Apesar de todas as pás serem mostradas montadas no cubo de hélice 30 na Figura 1, qualquer disposição adequada para montar as pás em um eixo geométrico adequado pode ser usado como será conhecido por aqueles versados na técnica. A Figura 2 ilustra como o espaçamento das pás em torno do cubo de hélice pode ser determinado para garantir que a hélice seja equilibrada quando em uso. O posicionamento das pás é tal que as forças decompostas perpendicularmente no plano das pás são equilibradas. Por exemplo, na realização da Figura 2, as forças decompostas vertical e horizontal para cada pá são ilustradas esquematicamente. O total de forças 20V, 21V, 22V, 23V e 24V é zero e o total das forças decompostas horizontais correspondente 21H, 22H, 23H e 24H também são zero, garantindo que a totalidade da hélice 10 é equilibrada em uso. Claramente o posicionamento preciso das pás pode ser variado, por exemplo, a fim de otimizar a redução de ruído, contanto que as forças decompostas perpendicularmente no plano das pás seja equilibrada. A Figura 3 mostra ainda um exemplo de uma hélice 10 com um número ímpar, neste caso sete, pás circunferencialmente separadas de forma desigual 31, 32, 33, 34, 35, 36 e 37. Como no exemplo das Figures 1 e 2, as pás são espaçadas circunferencialmente de forma desigual, mas possuem forças perpendiculares decompostas equilibradas no plano das pás de forma que a hélice 10 é equilibrada em uso. Constatou-se surpreendentemente que as pás circunferencialmente separadas de forma desigual produzem uma hélice equilibrada 10 para uso tranqüilo e eficaz, sendo mais eficaz do que uma hélice de seis pás equivalente enquanto reduz níveis de ruído devido ao espaçamento circunferencial desigual e sendo menos cara e complicada do que uma hélice de oito pás. A Figura 4 mostra esquematicamente uma visão lateral de uma disposição de hélice em contra-rotação com duas hélices 10 dispostas para serem dirigidas em rotações opostas. Hélices em contra-rotação têm sido observadas como mais eficazes do que uma única hélice já que um único motor pode ser usado para dirigir duas hélices 10. Entretanto, hélices em contra-rotação podem ser ruidosas.

Constatou-se que uma hélice em contra-rotação na qual pelo menos uma das hélices, e preferencialmente ambas, compreende uma hélice com um número ímpar de pás espaçadas de forma desigual como nos exemplos da presente invenção proporcionam uma hélice em contra-rotação com maior eficácia, mas com níveis de ruído reduzidos. O exemplo mostrado na Figura 4 tem duas hélices 10 dispostas uma atrás da outra em um eixo coaxial 40 dirigidas pelo motor 41 via uma engrenagem de transmissão (não mostrada) tais como uma engrenagem planetária ou engrenagem cilíndrica de transmissão, por exemplo. O uso de hélices 10 de realizações da presente invenção em uma disposição de hélice em contra-rotação conforme mostrado na Figura 4 reduz os problemas de ruído associado com o arranjo eficaz da hélice em contra-rotação. A Figura 5 mostra uma hélice de um exemplo da presente invenção disposta para operar em direção à ré de um suporte aerodinâmico 50 preso em uma aeronave 51. Ao espaçar as pás de forma não-simétrica, a frequência da interação da esteira de suporte aerodinâmico com as pás de rotor seria variável. Portanto, pás espaçadas de forma desigual têm o efeito de reduzir tanto os níveis sonoros e ruído percebido de uma hélice instalada em direção à ré de um suporte aerodinâmico 50. A Figura 6 é similar à Figura 5 exceto que a mesma mostra uma hélice em contra-rotação como na Figura 4 instalada em direção à ré de um suporte aerodinâmico 50. A disposição da Figura 6 que compreende uma hélice em contra-rotação instalada em direção à ré de um suporte aerodinâmico 50 normalmente sofreria problemas de ruído causados pela interação do fluxo de ar sobre o suporte aerodinâmico 50 e entre as duas hélices 10. Entretanto, ao usar pelo menos uma, e preferencialmente ambas as hélices 10 dos exemplos da presente invenção com um número ímpar de pás espaçadas de forma desigual constatou-se que os níveis de ruído são reduzidos significativamente. A Figura 7 ilustra esquematicamente um controlador 61 para controlar a velocidade de uma hélice ou uma disposição de hélice em contra- rotação em uso para controlar ativamente o ruído produzido pela hélice. Um ou mais sensores 60 como microfones o que pode ser proporcionado dentro da aeronave, por exemplo, em uma área de passageiros, pode ser disposto para proporcionar sinais de saída, seja diretamente ou, por exemplo, através de um elo sem fio, para o controlador 61. O controlador 61 pode então ser disposto para controlar a velocidade da hélice para mudar a fase das pás da hélice em relação às outras hélices na aeronave, para controlar ativamente o volume do ruído produzido. Desta forma, a uma melhor posição de fase pode então ser encontrada entre 0 graus e 360 graus. A disposição do controle ativo da Figura 7 pode ser usado para intensificar ainda mais a redução de ruído proporcionada pela hélice 10 de realizações da presente invenção.

Muitas variações podem ser feitas dos exemplos descritos acima sem afastar-se do escopo da presente invenção. Por exemplo, as pás das hélices ilustradas nas Figuras 1 a 3 podem ter qualquer ângulos de separação circunferencial desejados contanto que a hélice seja disposta, em uso, para ser equilibrada. As pás e cubo de hélice 30 podem ser feitas a partir de qualquer material adequado como será bem conhecido por aqueles versados na técnica.

Claims (18)

1. HÉLICE PARA UMA AERONAVE, sendo que a hélice compreende um número ímpar de pás e em que pelo menos algumas das pás são espaçadas angularmente de forma desigual umas das outras.

2. HÉLICE, de acordo com a reivindicação 1, em que cada pá é montada radialmente em torno de um eixo geométrico de rotação.

3. HÉLICE, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, em que pelo menos uma pá é angularmente separada de suas duas pás vizinhas por dois ângulos circunferenciais diferentes.

4. HÉLICE, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que as pás são proporcionadas em um plano de rotação.

5. HÉLICE, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que as forças totais decompostas perpendicularmente das pás da hélice sejam equilibradas.

6. HÉLICE, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, com cinco pás.

7. HÉLICE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, com sete pás.

8. DISPOSIÇÃO DE HÉLICE EM CONTRA-ROTAÇÃO, que compreende duas hélices organizadas para girar co-axialmente em direções opostas, em que pelo menos uma das hélices é uma hélice de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes.

9. DISPOSIÇÃO DE HÉLICE EM CONTRA-ROTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 8, em que ambas as hélices são hélices de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7.

10. AERONAVE PROPORCIONADA COM UMA HÉLICE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7.

11. AERONAVE PROPORCIONADA COM UMA DISPOSIÇÃO DE HÉLICE EM CONTRA-ROTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 8 ou reivindicação 9.

12. AERONAVE, de acordo com a reivindicação 10 ou reivindicação 11, em que a aeronave tem um suporte aerodinâmico com uma hélice, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, ou uma disposição de hélice em contra-rotação, de acordo com a reivindicação 8 ou reivindicação 9, proporcionada em direção à ré do suporte aerodinâmico.

13. AERONAVE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, com um sensor para detectar ruído produzido pela hélice e um controlador para controlar a velocidade da hélice, em uso, dependendo da saída do sensor controlar ativamente o ruído produzido pela hélice.

14. AERONAVE, de acordo com a reivindicação 13, em que o sensor é proporcionado na aeronave.

15. AERONAVE, de acordo com a reivindicação 13 ou reivindicação 14, em que a hélice tem uma melhor posição de fase entre 0 grau e 360 graus.

16. HÉLICE, substancíalmente como previamente mencionado com referência aos desenhos que acompanham.

17. DISPOSIÇÃO DE HÉLICE EM CONTRA-ROTAÇÃO, substancialmente como previamente mencionado com referência aos desenhos que acompanham.

18. AERONAVE, substancialmente como previamente mencionado com referência aos desenhos que acompanham.