ES2913276T3

ES2913276T3 - Deposición de energía dirigida para facilitar aplicaciones de alta velocidad

Info

Publication number: ES2913276T3
Application number: ES16812636T
Authority: ES
Inventors: Kevin Kremeyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2022-06-01
Anticipated expiration: 2036-06-20
Also published as: SG10201902551SA; ES2913276T9; IL256309B; AU2016279129B2; RU2719818C2; KR20230167157A; WO2016205750A1; IL285774A; CA2988994A1; AU2021258096B2; JP2023182683A; RU2018101629A3; JP2022009268A; EP3310953B1; AU2016279129A1; US20170082124A1; HK1253583A1; CN108291337A; EP3310953A4; AU2024201650A1

Abstract

Un método para hacer funcionar una máquina de tejer con chorro de aire intermitente (1000) para formar un textil, dicha máquina de tejer con chorro de aire (1000) tiene un hilo de trama (1002), que es impulsado por una ráfaga de aire a alta presión usando al menos un propulsor de gas comprimido (1006) y una calada de urdimbre definida por hebras de urdimbre (1010A, 1010B), comprendiendo el método depositar energía para formar un camino de guía de baja densidad (A) para que el hebra de trama (1002) pase a través de la calada de urdimbre definida por los hilos de urdimbre (1010A, 1010B), caracterizado por usar energía láser y/o energía de descarga eléctrica para calentar impulsivamente el aire a lo largo de un camino recto para formar el camino guía de baja densidad (A) rodeado por una región de mayor densidad, conteniendo dicha región de mayor densidad al menos una fracción de la parte calentada del aire; dirigir al menos una parte del hilo de trama (1002) hacia el camino de guía de baja densidad (A).

Description

DESCRIPCIÓN

Deposición de energía dirigida para facilitar aplicaciones de alta velocidad

Campo de la invención

En el pasado se han divulgado técnicas de deposición de energía, con el fin de lograr efectos dramáticos en una serie de aplicaciones, tales como control de flujo, reducción de arrastre y control de vehículos, entre muchas otras. Al estudiar los beneficios dramáticos de depositar energía, se pueden realizar varias modificaciones en cómo y/o cuándo se deposita la energía, para mejorar los beneficios derivados de depositar energía cuando no se implementan estas modificaciones. Una de tales modificaciones es coordinar la deposición de energía con uno o más procesos, para sincronizar, "tiempo" o "fase" los efectos de la deposición de energía con esos otros procesos, para lograr beneficios adicionales o maximizar el efecto del interés (los términos "sincronizar", "tiempo" y "fase" pueden usarse de manera relativamente intercambiable para indicar el tiempo de un evento o proceso con respecto a uno o más eventos y/o procesos). Tales eventos y/o procesos incluyen, pero no se limitan a estos: procesos de propulsión; procesos dinámicos de fluidos; procesos químicos; movimientos específicos; inyección, adición y/o deposición de energía adicional; inyección, adición y/o deposición de material adicional; retirada de energía; retirada de material; cambios de presión; aplicación de una o más fuerzas; procesos de combustión; procesos de ignición; procesos de detonación; entre muchos otros. Además, el concepto de deposición de energía se interpreta ampliamente como que incluye cualquier proceso que añade energía a un medio, o que resulte en el calentamiento de un medio. Este calentamiento o deposición de energía se puede realizar lo suficientemente rápido (por ejemplo, impulsivamente) para dar como resultado la expansión de un medio más rápido que la velocidad del sonido en dicho medio, lo que da como resultado una región dejada por la expansión, de menor densidad que el medio original. Otra posibilidad es que la deposición de energía y/o el proceso que tiene como resultado calentamiento puedan dar lugar a un cambio de fase en un medio, lo que puede modificar la densidad y/u otras propiedades de dicho medio o medios calentados, como la viscosidad y/o la resistencia, entre otros. Estos cambios a un medio o medios, incluida densidad, viscosidad y/o resistencia, entre otros, pueden resultar en modificaciones a las propiedades de flujo del medio o medios, así como modificaciones a otras propiedades y respuestas de dichos medios afectados.

Además, a partir del estado de la técnica, se conocen dispositivos de tejido para formar una calada que consisten en hilos de urdimbre, por ejemplo el documento US2007/0169831 A1 revela un dispositivo de tejido de este tipo.

El documento US 4369817 A enseña que un hilo de trama es arrastrado o traccionado por la acción de un chorro de aire a alta presión expulsado a través de una boquilla de inserción de trama, y luego transportado a través de la calada de hilos de urdimbre en cooperación con el chorro de aire a alta presión y el chorro de aire a baja presión expulsados a través de la boquilla.

Antecedentes de la invención

Desde sus inicios, PM&AM Research ha sido pionera en una amplia gama de aplicaciones de deposición de energía para revolucionar la forma en que el mundo vuela y controla el flujo de alta velocidad en particular, cómo ejecutamos vuelos de alta velocidad y control de flujo, que van desde regímenes subsónicos altos a hipersónicos. Hay una serie de aplicaciones para proporcionar una sensación intuitiva de las muchas posibilidades abiertas por este enfoque novedoso. El efecto básico se deriva de nuestro enfoque para expandir rápidamente el gas fuera de las regiones, a través de las cuales queremos que fluya el gas a alta velocidad/alta presión. Como una simple analogía (que requiere un poco de imaginación y licencia), considérese la diferencia en la efectividad de tratar de hacer que un proyectil cruce el Mar Rojo a alta velocidad, ya sea disparando el proyectil directamente a través del agua de un lado al otro, o primero "apartar" el Mar Rojo y luego disparando la misma bala a través de un camino que no contiene agua (Figura 1).

En el primer caso de disparar la bala directamente al agua de alta densidad, incluso una bala masiva y aerodinámica de 1000 m/s penetrará menos de 1 m del agua. En el segundo caso, después de "apartar" el agua por primera vez (es decir, crear un camino del que se ha eliminado el agua), la misma bala, incluso a 300 m/s, puede propagarse fácilmente a distancias muy largas (este ejemplo heurístico no aborda el problema de la gravedad, que se aborda más adelante en el documento). Es este concepto y geometría lo que explotamos para lograr un control revolucionario sobre el flujo de alta velocidad y los vehículos/proyectiles de alta velocidad.

Compendio de la invención

En la reivindicación 1 se describe un método para hacer funcionar una máquina de tejer con chorro de aire intermitente para formar un textil siguiendo la invención.

Una máquina de tejer con chorro de aire intermitente configurada para formar un textil según la invención se describe en la reivindicación 13.

En ciertas realizaciones, una o más de una (incluidas, por ejemplo, todas) de las siguientes realizaciones pueden comprender cada una de las otras realizaciones o partes de las mismas. En ciertas realizaciones, por ejemplo, el calentamiento puede comprender depositar en el fluido energía en el intervalo de 1 kJ-10 MJ, por ejemplo en el intervalo de 10 kJ-1 MJ, 100-750 kJ, o en el intervalo de 200 kJ a 500 kJ. En ciertas realizaciones, por ejemplo, el calentamiento puede comprender depositar en el fluido energía en el intervalo de 10-1000 kJ por metro cuadrado de área en sección transversal del objeto, por ejemplo en el intervalo de 10-50 kJ, 50- 100 kJ, 100-250 kJ, 250-500 kJ, o en el intervalo de 500-1000 kJ/ por metro cuadrado. En ciertas realizaciones, por ejemplo, el calentamiento puede comprender generar una onda de choque. En ciertas realizaciones, por ejemplo, la región de menor densidad puede tener una densidad en el intervalo de 0,01-10 % en relación con la densidad del fluido ambiental, por ejemplo, una densidad en el intervalo de 0,5-5 %, 1,0-2,5 %, o una densidad en el intervalo de 1,2-1,7 % con respecto a la densidad del fluido ambiental. En ciertas realizaciones, por ejemplo, la parte del fluido puede calentarse a lo largo de al menos un camino. En ciertas realizaciones, el al menos un camino puede estar formado por energía depositada desde un láser, por ejemplo, un camino guiado por filamento láser. En ciertas realizaciones, la deposición láser puede comprender un pulso láser que dura un tiempo en el intervalo de 1 femtosegundo y 100 nanosegundos, por ejemplo un tiempo que dura en el intervalo de 10 femtosegundos a 20 picosegundos, 100 femtosegundos a 25 picosegundos, 100 picosegundos a 20 nanosegundos, o un tiempo que dura en el intervalo de 100 femtosegundos a 30 picosegundos. En ciertas realizaciones, la cantidad de energía depositada por el pulso láser puede estar en el intervalo de 0,2 MJ a 1 kJ, por ejemplo en el intervalo de 1 MJ a 10 MJ, 10 MJ a 3 J, 100 MJ a 10 J, 10 J a 100 J, 100 J a 1000 J, o en el intervalo de 500 MJ a 5 J. En ciertas realizaciones, el láser puede generar luz en la parte ultravioleta, infrarroja o visible del espectro. En ciertas realizaciones, el al menos un camino puede ser paralelo a la dirección de movimiento del objeto. En ciertas realizaciones, la región de menor densidad puede comprender un volumen de la parte del fluido calentado que se expande hacia fuera desde al menos un camino. En ciertas realizaciones, por ejemplo, la parte calentada del fluido puede calentarse mediante una descarga eléctrica, por ejemplo, una descarga eléctrica pulsada. En ciertas realizaciones, la descarga eléctrica puede viajar a través del fluido a una velocidad en el intervalo de 106 107 milisegundos. En ciertas realizaciones, la descarga eléctrica puede durar un tiempo en el intervalo de 0,1 a 100 microsegundos, por ejemplo un tiempo en el intervalo de 0,1 a 2 microsegundos, 1 a 5 microsegundos, 5 a 40 microsegundos, 10 a 30 microsegundos o un tiempo en el intervalo de 30-100 microsegundos. En ciertas realizaciones, la región de menor densidad puede formarse dentro de un tiempo en el intervalo de 10 a 30 microsegundos, por ejemplo un tiempo en el intervalo de 20 a 300 microsegundos, 20 a 200 microsegundos, 30 a 100 microsegundos, 100 a 500 microsegundos, 400-1500 microsegundos, o un tiempo en el intervalo de 500-3000 microsegundos. En ciertas realizaciones, la región de menor densidad puede ser interrumpida por fuerzas de flotabilidad térmica después de un período de tiempo en el intervalo de 10 a 1000 milisegundos, por ejemplo en el intervalo de 20 a 80 milisegundos, 30 a 60 milisegundos, 80 a 120 milisegundos, 150-600 milisegundos, o después de un período de tiempo en el intervalo de 400-1000 milisegundos. En ciertas realizaciones, la fuente de energía pulsada puede proporcionar energía a un láser de filamentos, formando dicho láser de filamentos dicho camino, capaz dicho camino de guiar una descarga eléctrica pulsada. En ciertas realizaciones, la fuente de energía pulsada puede proporcionar energía a un generador de descarga eléctrica pulsada, dicho generador usado para calentar dicha parte del fluido. Ciertas realizaciones, por ejemplo, pueden comprender además: calentar una parte adicional del fluido para formar una región de menor densidad adicional. En ciertas realizaciones, la región de menor densidad y la región de menor densidad adicional pueden estar separadas por una región. Ciertas realizaciones, por ejemplo, pueden comprender además: dirigir al menos una parte adicional del objeto hacia dicha región. Ciertas realizaciones, por ejemplo, pueden comprender además: dirigir al menos una parte adicional del objeto hacia la región de menor densidad adicional. En ciertas realizaciones, por ejemplo, la parte calentada del fluido puede definir un tubo. En ciertas realizaciones, la velocidad del sonido dentro del tubo puede ser al menos un 100 % mayor que la velocidad del sonido en el fluido ambiental, por ejemplo, al menos un 150 %, 200 %, 500 % o al menos un 1000 % mayor. En ciertas realizaciones, el movimiento del objeto dentro del tubo puede ser subsónico. En ciertas realizaciones, al menos una parte del movimiento del objeto fuera del tubo puede ser supersónico. En ciertas realizaciones, el tubo puede tener un diámetro en el intervalo de 5 100 % del diámetro en sección transversal efectivo del objeto, por ejemplo en el intervalo de 5-20 %, 20-75 %, 30 50 %, 75-96 %, o en el intervalo de 35-45 %.

Ciertas realizaciones pueden proporcionar un método para hacer funcionar una máquina de tejer con chorro de aire intermitente, para formar un textil, dicha máquina de tejer con chorro de aire se configura para recibir un hilo de trama y además se configura para formar una calada de urdimbre, comprendiendo dicho método: depositar energía para formar un camino de guía de baja densidad para que el hilo de trama pase a través de la calada de urdimbre.

En ciertas realizaciones, una o más de una (incluidas, por ejemplo, todas) de las siguientes realizaciones pueden comprender cada una de las otras realizaciones o partes de las mismas. En ciertas realizaciones, por ejemplo, depositar energía puede comprender depositar en el intervalo de 5-50 MJ por 10 cm de camino de guía por 1 mm de diámetro de hilo de trama, por ejemplo en el intervalo de 5-8 MJ, 8-10 MJ, 10-15 MJ, 15-20 MJ, 20-30 MJ, 30-40 MJ o en el intervalo de 40-50 MJ, o al menos 8 MJ, al menos 20 MJ o al menos 40 MJ. En ciertas realizaciones, por ejemplo, el hilo de trama puede tener un diámetro en el intervalo de 0,1-1 mm, por ejemplo, un diámetro en el intervalo de 0,25 0,75 mm, o un diámetro en el intervalo de 0,5-0,7 mm, tal como un diámetro de 0,6 mm. En ciertas realizaciones, por ejemplo, el hilo de trama puede viajar a través del camino de guía a una velocidad en el intervalo de 100-500 m/s, por ejemplo a una velocidad en el intervalo de 200-400 m/s, o a una velocidad de al menos 200 m/s, por ejemplo a una velocidad de al menos 250 m/s, 300 m/s, o a una velocidad de al menos 350 m/s. En ciertas realizaciones, por ejemplo, el hilo de trama puede viajar a través del camino de guía a una velocidad en el intervalo superior a Mach 0,1, por ejemplo a una velocidad superior a Mach 0,3, Mach 0,8, Mach 1, o a una velocidad superior a Mach 1,5. En ciertas realizaciones, por ejemplo, el textil se puede formar a una velocidad en el intervalo de 500-60000 pasadas por minuto, por ejemplo 2000-50000 pasadas por minuto, 8000-30000 pasadas por minuto, o a una velocidad en el intervalo de 15.000-25.000 selecciones por minuto. En ciertas realizaciones, por ejemplo, el camino de guía puede ser cilíndrico.

La invención comprende impulsar el hilo de trama en el camino de guía de baja densidad con una ráfaga de aire a alta presión. En ciertas realizaciones, la ráfaga de aire a alta presión puede sincronizarse con la deposición de energía. En ciertas realizaciones, el camino de guía de baja densidad se puede formar aguas abajo del chorro de aire a alta presión.

En ciertas realizaciones, una o más de una (incluidas, por ejemplo, todas) de las siguientes realizaciones pueden comprender cada una de las otras realizaciones o partes de las mismas. En ciertas realizaciones, por ejemplo, una parte adicional de la energía se puede depositar aguas abajo de un suministro de aire de propulsor para formar un camino de guía adicional de baja densidad. En ciertas realizaciones, por ejemplo, el hilo de trama se puede humedecer con una cantidad de agua. En ciertas realizaciones, al menos una parte de la cantidad de agua puede vaporizarse en el camino de guía de baja densidad.

Ciertas realizaciones pueden proporcionar una máquina de tejer con chorro de aire configurada para formar un textil, comprendiendo dicha máquina: i) un aparato que comprende una pluralidad de junquillos de perfil montados en un carro, dicho aparato configurado para formar una calada de urdimbre; ii) un conjunto de deposición de energía dirigida, configurado dicho conjunto para generar un camino de guía de baja densidad a través de la calada de urdimbre; y iii) una boquilla de hilo de trama en comunicación con un suministro de aire a presión, configurada dicha boquilla de hilo de trama para impulsar una parte de un hilo de trama a través del camino de guía de baja densidad. En ciertas realizaciones, una o más de una (incluidas, por ejemplo, todas) de las siguientes realizaciones pueden comprender cada una de las otras realizaciones o partes de las mismas. En ciertas realizaciones, por ejemplo, la calada de urdimbre puede estar en el intervalo de 3-30 m de longitud, por ejemplo en el intervalo de 4-4,5 m, 4,5-6 m, 6-8 m, 8 10 m, 5-25 m, o en el intervalo de 10-20 m de longitud.

Fuera del alcance de las reivindicaciones se encuentra un método para adaptar una máquina de tejer (por ejemplo, una máquina de tejer con chorro de aire, una máquina de tejer con chorro de agua, telares de lanzadera, telares de púas y/o telares de alta velocidad), que comprende: instalar un subconjunto de deposición de energía, configurado dicho subconjunto para depositar energía en un camino que conecta una boquilla dispensadora de hilo del telar con un electrodo colocado en el lado opuesto del telar y que atraviesa los perfiles de una pluralidad de junquillos.

Descripción detallada de los dibujos

Figuras 1A y 1B. Un boceto esquemático que contrasta (1 A) la ineficacia de una bala que intenta propagarse a través del agua a alta velocidad, comparada con (1B) la misma bala que se propaga sin esfuerzo, después de que el agua se ha apartado lateralmente de su camino. En el enfoque de fuerza bruta, la energía de la bala se transfiere muy rápidamente al agua (y la deformación del material). En nuestro enfoque, la bala se propaga a una distancia mucho mayor, interactuando con su entorno a través de fuerzas mucho más débiles.

Figuras 2A y 2B. Se pueden usar fuertes descargas eléctricas para depositar energía a lo largo de geometrías arbitrarias en una superficie, con ejemplos representados aquí de (2A) un camino semicircular y (2B) líneas rectas.

Figuras 3A-3C. Una secuencia de tiempo de imágenes schlieren que muestran una onda explosiva (choque supersónico) que abre una región de gas de baja densidad caliente (imágenes de la izquierda (3A) y del centro (3B)), como resultado de la energía que se deposita junto con la onda de choque que se propaga a la velocidad sónica después de haber reducido su fuerza a Mach 1 (imagen de la derecha, (3C)), y ya no puede abrir/empujar la región de baja densidad.

Figura 4: La energía se deposita en el aire al enfocar un pulso láser intenso en un punto del aire, con suficiente intensidad para ionizar las moléculas de gas, de manera instantánea en comparación con la respuesta del fluido.

Figura 5. Las imágenes del gráfico de sombras muestran la onda expansiva de una "chispa" láser, como la que se muestra en la Figura 4, que abre una región de gas de baja densidad, que permanece durante un período de tiempo prolongado como una región de baja densidad en el gas ambiente.

Figura 6. Los filamentos láser crean canales ionizados rectos, a lo largo del camino de un pulso láser ultracorto.

Figuras 7A y 7B. Los filamentos láser de pulsos láser ultracortos se pueden usar para disparar y guiar con precisión descargas eléctricas a lo largo de sus caminos rectos (7B), frente a (7A) las descargas típicamente menos controlables en términos espaciales y temporales.

Figura 8. Aquí se muestra un "tubo" muy pequeño de baja densidad, para tomar el lugar de los tubos mucho más grandes.

Figura 9. Representación esquemática de una realización de un telar de chorro de aire que tiene un dispositivo integral de deposición de energía dirigida.

Descripción detallada de la invención

La idea básica detrás de nuestro enfoque de deposición de energía es que somos capaces de redistribuir/esculpir la densidad del aire depositando rápidamente ("impulsivamente") energía en él. Es importante tener en cuenta que para "apartar" el aire de manera efectiva, la energía debe depositarse en el aire mucho más rápido de lo que el gas puede expandirse (por ejemplo, en forma de un pulso corto de láser o microondas, y/o una descarga eléctrica, entre otras técnicas). Cualquier calentamiento que permita que el gas se propague a medida que se calienta, incluso si usa temperaturas muy altas, no producirá los resultados altamente efectivos que describimos aquí. Generalmente, el proceso de calentamiento "repentino"/"impulsivo" generará un "chasquido" o "explosión".

Con el fin de: i) adaptar la intensidad y la distribución espacial de modos específicos de deposición de energía; ii) mantener caminos y canales específicos para una transmisión adecuada; y iii) lograr el acoplamiento de la energía al flujo; se puede aplicar una variedad de técnicas de deposición de energía para abordar una variedad de condiciones atmosféricas y de flujo posibles, en la gama más amplia de aplicaciones. Los enfoques de deposición de energía más efectivos, ya sea: para formar una región de nucleación/guía/iniciación (por ejemplo, un camino inicial), en la que depositar más energía; o para depositar más energía en dicha región o camino inicial; dependerá de las condiciones atmosféricas (incluidos todos los medios representados y las fases mixtas, como gases, líquidos, sólidos, plasmas), dentro/a través de las cuales se van a formar, así como las condiciones de flujo operativas asociadas. Ciertas condiciones atmosféricas y de flujo pueden requerir que se forme un camino inicial mediante el depósito de energía, en el que se puede acoplar más energía como una etapa siguiente. Otras condiciones atmosféricas y de flujo pueden exigir que se deposite energía en una única etapa. En ciertas aplicaciones, la energía puede depositarse: a lo largo de una o más superficies; en una o más regiones en la atmósfera/flujo; y/o alguna combinación de estos. La una o más etapas de deposición de energía pueden incluir combinaciones de una o más de, aunque no se limitan a esto, las siguientes técnicas de deposición de energía: radiación electromagnética (que va desde rayos X hasta microondas); descargas de plasma de RF; así como corriente eléctrica en forma de haces de electrones, haces de partículas cargadas, descargas eléctricas y descargas corona; con la duración temporal de estas técnicas de deposición de energía que van desde haces continuos hasta pulsos ultracortos (por ejemplo, anchos de pulso de: attosegundos; femtosegundos; picosegundos; nanosegundos; microsegundos; milisegundos; segundos y más largos, hasta deposición continua). Estas escalas de tiempo pueden diferir para diferentes realizaciones y diferentes modos de deposición de energía, teniendo lugar la deposición de los diferentes modos en sus respectivas escalas de tiempo. Además de la utilidad por derecho propio, la deposición de energía continua o de larga duración también puede facilitar la deposición de energía impulsiva de pulso más corto, en ciertos regímenes. Además, las aplicaciones, que involucran pulsos/fases/sincronización de ciertos procesos con deposición de energía, también pueden incorporar procesos continuos y de pulsos más largos.

Las realizaciones anteriores de diferentes aplicaciones y técnicas de deposición de energía se pueden aplicar (en una variedad de posibles atmósferas y condiciones operativas) para telares.

Para ilustrar la siguiente explicación, es mejor mirar primero la Figura 2 y la Figura 3 como ejemplos de la expansión que se describe. Una vez que la energía ha sido depositada "de manera efectivamente instantánea" ("impulsivamente") en una región específica del aire (por ejemplo, a lo largo de una línea o en un punto), el aire circundante es expulsado de la región calentada por una onda expansiva en expansión. Hasta que la onda expansiva, resultante de la energía depositada, decae/desacelera a la velocidad sónica, el gas circundante es barrido hacia fuera, dejando atrás una región de gas caliente con presión equilibrada, cuya densidad es mucho menor que la densidad original/ambiental (en algunos casos menos del 15 %, por ejemplo menos del 10 %, 8 %, 5 %, 3 %, 2 % o menos del 1,5 % de la densidad ambiental, siendo empujado hacia el exterior el otro 98,5 %). Una vez que la onda de choque en expansión se ha reducido a la velocidad del sonido, continúa expandiéndose sónicamente, ya no empuja el gas hacia fuera y ya no expande la región de baja densidad. La región de baja densidad (generada cuando la onda expansiva se expandía supersónicamente) permanece atrás, con una presión equilibrada con la presión ambiental circundante (por ejemplo, sobrevive como una "burbuja" de gas caliente de baja densidad y presión atmosférica, que no colapsa sobre sí mismo... es decir, es una región en la que "el aire ha sido apartado"). El volumen de esta región de baja densidad con presión equilibrada es directamente proporcional a la energía que se deposita en el gas y también proporcional a la presión ambiental (por ejemplo, el volumen de baja densidad resultante se duplica si la presión atmosférica inicial, antes de depositar la energía, se reduce a la mitad). Un ejemplo de esta expansión y la región de baja densidad resultante a lo largo de una superficie se muestra en la Figura 3, que proporciona una vista de extremo de una sola rama recta de una descarga eléctrica, como las que se muestran en la Figura 2 (b), que produce una fotografía schlieren, mirando a lo largo del camino de la descarga eléctrica.

El ejemplo más simple de expansión de una "burbuja" de baja densidad se puede ver cuando se deposita energía en un punto en el aire (Figura 4), desde el que el gas se expande de manera esféricamente simétrica, para abrir una esfera de baja densidad (Figura 5).

Una geometría igualmente simple ocurre cuando la energía se deposita a lo largo de una línea recta (Figuras 6, 7 y 8). Esto hace que el gas se expanda y abra un volumen cilíndrico de baja densidad (o "tubo"), centrado alrededor de la línea/eje original, a lo largo del que se depositó originalmente la energía.

El hecho de que las geometrías calientes de baja densidad se equilibren con la presión ambiental y permanezcan durante largos períodos de tiempo, en comparación con la dinámica de flujo de interés, permite que las regiones de baja densidad (por ejemplo, esferas y "tubos" en el aire y semiesferas y medios "tubos" a lo largo de las superficies, así como otras geometrías más complejas) permanezcan "abiertos" el tiempo suficiente para ejecutar el control de flujo previsto.

Cuando se teje una tela en un telar, es necesario que la hebra de trama (o relleno o hilo) sea impulsado por algún método a través de la urdimbre para formar el tejido. Se utilizan varios métodos para impulsar/insertar la trama, incluidos, pero sin limitación a estos, una lanzadera, un estoque (rígido simple, rígido doble, flexible doble y telescópico doble), un proyectil, un chorro de aire y un chorro de agua. Además de la inserción de trama única más tradicional (o inserción de un único punzón), también se emplea la inserción de trama multifase (o inserción de punzón). Para todas estas aplicaciones, uno de los factores limitantes del rendimiento del telar es la velocidad a la que la trama puede atravesar la urdimbre. Esta velocidad tiende a estar limitada por una serie de factores, incluidos, entre otros, la fuerza de arrastre y la turbulencia/estabilidad experimentada durante el proceso transversal. Estas limitaciones se pueden mitigar en gran medida al sincronizar (o poner en fase o temporización) la deposición de energía por delante de cualquiera de los objetos en movimiento enumerados anteriormente (lanzadera, estoque, proyectil, chorro de aire, chorro de agua) para reducir la fuerza de arrastre, aumentar la estabilidad y aumentar la velocidad a la que la trama/pasada puede atravesar la urdimbre. En particular, esta deposición de energía puede tener la forma de producir un tubo de baja densidad o una serie de tubos de baja densidad para acelerar y guiar la trama a través de la urdimbre. Esta mayor velocidad y estabilidad puede facilitar un rendimiento más rápido para cualquiera de los enfoques de inserción de trama/pasada de una o varias fases. Además de aumentar la productividad del telar al aumentar el rendimiento en términos de velocidad, la estabilidad mejorada que se puede lograr cuando se propaga a través de un tubo de baja densidad permite que la trama viaje de manera estable distancias mucho más largas (lo que permite que un telar produzca un producto final de mayor anchura). Además de los ahorros de costes en la construcción de un telar más largo (que produce una mayor anchura de tejido terminado), un beneficio adicional de que la trama viaje una distancia más larga es que se aprovecha mejor el tiempo y la energía de aceleración y desaceleración, ya que se necesita más trama posada para cada evento de aceleración inicial y desaceleración final. Cualquiera de estas mejoras (mayor velocidad o mayor anchura) aumentará la productividad del telar, y su combinación puede generar aumentos de productividad aún mayores, en términos de mayor área de tela producida en un período de tiempo más corto. Como resultado, la deposición de energía por fases/sincronización/temporización antes que cualquiera de los métodos utilizados para propagar la trama a través de la urdimbre puede aumentar la producción del telar y la rentabilidad.

Cuando se usa un objeto físico, como un estoque, una lanzadera o un proyectil, la dinámica de la deposición de energía es muy similar a la dinámica descrita para reducir la resistencia en un vehículo aéreo o terrestre, en el sentido de que las líneas de energía se depositan delante del objeto, minimizando su arrastre y aumentando su estabilidad. Estos mismos conceptos se aplican cuando se emplea un chorro de aire o un chorro de agua, y estos se describen con más detalle aquí. Los chorros de aire y de agua se utilizan típicamente cuando se desea un alto rendimiento, porque no hay inercia adicional más allá de la de la hebra/relleno/hilo en sí. La inercia añadida de una lanzadera, un estoque o un proyectil aumenta el tiempo necesario para acelerar y desacelerar la trama y provoca tensiones adicionales no deseadas en la propia hebra/relleno/hilo. En el caso de un chorro de aire, se pueden utilizar junquillos perfilados para proporcionar un camino para la propagación de la trama. Una primera ráfaga de aire lanza la trama, que frena rápidamente debido al arrastre, y cuya velocidad es limitada, debido a la inestabilidad que sufre por las turbulencias y fuerzas de arrastre a velocidades más altas. (En el caso de un telar de chorro de agua, la trama se impulsa a través de un chorro de agua en lugar de un chorro de aire, y las mismas consideraciones se aplican a los telares de chorro de agua que analizamos para los telares de chorro de aire). Se utilizan chorros de propulsor para volver a acelerar la trama, después de que ésta se haya ralentizado entre los chorros de propulsor, manteniéndose siempre por debajo de la velocidad máxima que la trama puede mantener en su atmósfera estándar. Un enfoque para mitigar los problemas debidos a la resistencia del aire es propagar la trama a través de un entorno de vacío, baja presión y/o alta temperatura. Esta tecnología se ha desarrollado para una serie de industrias (por ejemplo, recubrimiento de películas de mylar para la industria del embalaje, entre muchas otras). En lugar de funcionar en un ambiente de vacío, baja presión y/o alta temperatura, un beneficio adicional de usar la deposición de energía es la tremenda estabilidad que gana la trama y su chorro impulsor cuando se propaga a través de los tubos de baja densidad, mejorada por la capacidad para combinar de manera excelente la longitud del tubo y las escalas de tiempo con las de la trama y su propagación. Debido a que la urdimbre debe tener libertad para articularse adelante y atrás, no es posible instalar un tubo de vacío físico, por el que podamos impulsar la trama con chorros de propulsor de aire comprimido. Depositar energía, para crear temporalmente tubos de baja densidad en el aire, que pueden guiar la trama y permitir que sea impulsada más fácilmente por los propulsores de gas comprimido, proporciona el beneficio de un tubo guía rígido y evacuado, sin introducir una obstrucción física para bloquear el movimiento de trama. Gran parte de los diseños actuales pueden seguir siendo los mismos al implementar nuestro enfoque de deposición de energía. Los propulsores seguirán impulsando la trama, y sus estructuras de soporte (por ejemplo, junquillos perfilados) también pueden servir como estructura de soporte para la deposición de energía, que consistirá en ópticas o electrodos de alta tensión o alguna combinación de ambos, cada uno de los cuales, incluida su combinación, son mucho más sencillos que los actuales propulsores de alta presión. Si solo se usa energía láser para depositar la energía, entonces solo será necesario colocar elementos ópticos en las estructuras de soporte de propulsor. Si solo se utiliza energía de descarga eléctrica, solo será necesario colocar electrodos de alta tensión en las estructuras de soporte de propulsor. Si se utilizan ambos tipos de energía, será necesario instalar elementos ópticos y electrodos de alta tensión en las estructuras de soporte de refuerzo. El hecho de que haya mucho menos desgaste y deshilachado de la trama debido a la turbulencia y el arrastre, y el hecho de que la trama esté mucho mejor soportada, con mucho menos arrastre, cuando se propaga a través del tubo de baja densidad, permitirá que la trama se propague a distancias mucho mayores.

En una realización, hacer coincidir el diámetro del tubo de baja densidad con una hebra de 0,6 mm de diámetro exige depositar aproximadamente 6 MJ de energía por cada 10 cm de longitud. En lugar de las típicas velocidades máximas de trama que van desde 1200 metros/minuto (~20 m/s) a 4800 m/min (~80 m/s), si la velocidad de la trama que viaja a través de los tubos de baja densidad es significativamente mayor a 300 m/s, viaja de 4 a 12 veces más rápido que en el caso no mitigado. A esta velocidad, la trama viaja de 4 a 15 veces más rápido que sin deposición de energía.

Además, si el telar ahora se puede hacer 3 veces más largo (más ancho), debido a la mayor estabilidad de la trayectoria de la trama y la mayor velocidad, se genera 3 veces más tela con cada pasada de la trama. Como resultado, si tanto la velocidad como la anchura aumentan de acuerdo con este ejemplo, la producción total del telar aumentará en un factor que varía entre 12 y 45 veces la producción de un telar que no mejora mediante el uso de la deposición de energía para facilitar el recorrido de la trama. Si se considera un intervalo de anchura de telar extendidos/mejorados/aumentados de 2 a 4 veces más largos, entonces la mejora en la producción del telar mediante el depósito de energía por delante de la trama se extiende de 8 a 60 veces. Para diámetros de trama mayores, se crearán tubos de baja densidad de mayor diámetro para facilitar su propagación. Dado que la energía requerida escala con el volumen del tubo de baja densidad que abre, la energía por unidad de longitud escala como el cuadrado del diámetro de tubo, que por lo tanto escalará aproximadamente con el cuadrado del diámetro de trama, ya que tenderemos a tubos abiertos de un diámetro ligeramente mayor que el diámetro de trama, para minimizar el desgaste de la trama/fibra/material.

Para proporcionar confinamiento adicional para la solución iónica en la aplicación de chorro de agua o para las fibras conductoras de electricidad en la aplicación de chorro de aire o de chorro de agua, se puede alinear un fuerte campo magnético con la dirección de propagación deseada de la hebra de alta velocidad para restringir con mayor precisión el camino de dicha solución y/o hebra conductora.

La Figura 9 es un esquema que representa una realización de un telar de chorro de aire 1000 equipado con un dispositivo de deposición de energía dirigida 1016. El dispositivo de deposición de energía dirigida 1016 comprende un subconjunto de láser de pulso 1014 configurado para generar un camino recto que se extiende desde la boquilla de suministro de hilo de trama 1004 hasta el electrodo opuesto 1018 y pasando a través de una parte de la calada de urdimbre definida por las hebras de urdimbre 1010A-B (posiciones delantera y trasera) y los perfiles de junquillos de perfil 1008A-B unidos a la malla 1012. En funcionamiento, en un momento predeterminado, el dispositivo de deposición de energía dirigida 1016 deposita electricidad a lo largo del camino recto para crear un camino de guía de baja densidad A. La boquilla 1004 en comunicación con un suministro de aire a alta presión 1006 impulsa entonces una parte del hilo de trama 1002 a través de un camino de guía de baja densidad A.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para hacer funcionar una máquina de tejer con chorro de aire intermitente (1000) para formar un textil, dicha máquina de tejer con chorro de aire (1000) tiene un hilo de trama (1002), que es impulsado por una ráfaga de aire a alta presión usando al menos un propulsor de gas comprimido (1006) y una calada de urdimbre definida por hebras de urdimbre (1010A, 1010B), comprendiendo el método depositar energía para formar un camino de guía de baja densidad (A) para que el hebra de trama (1002) pase a través de la calada de urdimbre definida por los hilos de urdimbre (1010A, 1010B), caracterizado por usar energía láser y/o energía de descarga eléctrica para calentar impulsivamente el aire a lo largo de un camino recto para formar el camino guía de baja densidad (A) rodeado por una región de mayor densidad, conteniendo dicha región de mayor densidad al menos una fracción de la parte calentada del aire; dirigir al menos una parte del hilo de trama (1002) hacia el camino de guía de baja densidad (A).

2. El método de la reivindicación 1, en donde la energía láser es producida por al menos un elemento óptico láser (1014) y/o la energía de descarga eléctrica es producida por electrodos de alta tensión (106, 107), en donde el elemento óptico láser (1014) y/o los electrodos de alto voltaje están dispuestos sobre una estructura de soporte.

3. El método de la reivindicación 1 y 2, en donde depositar energía comprende depositar en el intervalo de 5-50 MJ por 10 cm del camino guía de baja densidad (A) por 1 mm de diámetro de hilo de trama (1002).

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el hilo de trama (1002) tiene un diámetro en el intervalo de 0,1-1 mm.

5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, en donde el hilo de trama (1002) se desplaza a través del camino de guía de baja densidad (A) a una velocidad en el intervalo de 100-500 m/s.

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el material textil se forma a una velocidad en el intervalo de entre 500 y 60.000 pasadas por minuto.

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -6, en donde el camino de guía de baja densidad (A) es cilíndrico.

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 2-7, en donde la ráfaga de aire a alta presión que usa al menos un propulsor de gas comprimido se sincroniza con la deposición de energía que usa el elemento óptico y/o los electrodos de alta tensión.

9. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el camino de guía de baja densidad (A) se forma aguas abajo de la ráfaga de aire a alta presión.

10. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde una parte adicional de la energía se deposita aguas abajo del propulsor de gas comprimido (1006) para formar un camino de guía adicional de baja densidad.

11. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en donde el hilo de trama (1002) se humedece con una cantidad de agua.

12. El método de la reivindicación 11, en donde al menos una parte de la cantidad de agua se vaporiza en el camino de guía de baja densidad (A).

13. Una máquina de tejer con chorro de aire intermitente configurada para formar un textil, que comprende:

(i) una máquina que comprende una pluralidad de junquillos perfilados (1008A, 1008B) montadas sobre un carro (1012), dicha máquina configurada para formar una calada de urdimbre definida por hebras de urdimbre (1010A, 1010B);

(ii) una boquilla de hilo de trama (1004) en comunicación con al menos un propulsor de gas comprimido (1006), (iii) un conjunto de deposición de energía dirigida, dicho conjunto configurado para generar un camino de guía de baja densidad (A) a través de la calada de urdimbre; y

(iv) dicha boquilla de hilo de trama (1004) configurada para impulsar una parte de un hilo de trama (1002) a través del camino de guía de baja densidad (A) y caracterizado por

(v) al menos un elemento óptico láser (1014) configurado para producir energía láser para calentar impulsivamente el aire a lo largo del camino guía de baja densidad (A) y/o electrodos de alta tensión (106, 107) configurados para producir energía de descarga eléctrica para calentar impulsivamente el aire a lo largo del camino de guía de baja densidad (A).

14. La máquina de la reivindicación 13, en donde la calada de urdimbre tiene una longitud entre 3 y 30 m.