IT201900006863A1 - Sistema di aspirazione aria provvisto di un telo idrofobico per un propulsore di un veicolo - Google Patents

Sistema di aspirazione aria provvisto di un telo idrofobico per un propulsore di un veicolo Download PDF

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Description

D E S C R I Z I O N E
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“SISTEMA DI ASPIRAZIONE ARIA PROVVISTO DI UN TELO IDROFOBICO PER UN PROPULSORE DI UN VEICOLO”
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione è relativa ad un sistema di aspirazione aria per un propulsore di un veicolo.
La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione ad un aeromobile (ovvero una macchina costruita dall'uomo che si sostiene e si può spostare nell'aria consentendo il trasporto di persone o cose all'interno dell'atmosfera terrestre) ed in particolare ad un elicottero, a cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità.
ARTE ANTERIORE
Un moderno elicottero è generalmente dotato di almeno un propulsore che aziona un complesso di pale che permettono all’elicottero stesso di sollevarsi ed abbassarsi verticalmente, restare fermo in volo, spostarsi lateralmente, all'indietro o in avanti. E’ previsto un sistema di aspirazione di aria che aspira l’aria esterna necessaria al funzionamento del propulsore (ovvero l’aria esterna contenente l’ossigeno necessario alla combustione).
Il sistema di aspirazione comprende almeno una presa d’aria ed un condotto di aspirazione che collega la presa d’aria con il propulsore; il sistema di aspirazione potrebbe anche comprendere un filtro aria che è disposto lungo il condotto di aspirazione (generalmente in prossimità o in corrispondenza della presa d’aria) ed ha la funzione di filtrare l’aria aspirata per trattenere impurità di piccola dimensione (polvere o similari) che a lungo andare possono provocare una usura precoce del propulsore.
Le domande di brevetto WO2017115331A1, WO2018073804A1 e WO2018073806A1 descrivono un elicottero dotato in aspirazione di un filtro aria provvisto di un dispositivo riscaldatore elettrico che è atto a mantenere sempre la temperatura del materiale filtrante ad una temperatura (adeguatamente) superiore allo zero per evitare la formazione di ghiaccio sul filtro aria e quindi evitare che del ghiaccio possa ostruire più o meno completamente il filtro aria.
Tuttavia, in alcuni elicotteri vi può essere una distanza rilevante tra una presa d’aria ed il propulsore, ovvero il condotto di aspirazione che collega la presa d’aria al propulsore può essere relativamente lungo (ad esempio anche più di un metro); di conseguenza, è possibile che del ghiaccio si formi all’interno del condotto di aspirazione per effetto del contatto di acqua sopraffusa contenuta nell’aria aspirata con la parete del condotto di aspirazione.
L’acqua sopraffusa forma quasi istantanea del ghiaccio a contatto con un solido: la sopraffusione è il processo di raffreddamento di un liquido al di sotto della sua temperatura di solidificazione, senza che avvenga effettivamente la solidificazione stessa e quindi con acqua sopraffusa si intende il fenomeno per il quale l'acqua rimane liquida a temperature inferiori a 0°C (l'acqua sopraffusa è una condizione estremamente instabile e ha la proprietà di solidificare quasi istantaneamente a contatto con altri oggetti). Infatti, il dispositivo riscaldatore elettrico accoppiato al filtro aria è in grado di riscaldare il materiale filtrante per evitare la formazione di ghiaccio sul materiale filtrante stesso, ma non sempre è in grado di riscaldare a sufficienza l’aria che attraversa il materiale filtrante per evitare che l’aria aspirata possa contenere dell’acqua sopraffusa che può dare luogo alla formazione di ghiaccio a valle del filtro aria e lungo il condotto di aspirazione.
Per eliminare il rischio di formazione di ghiaccio lungo il condotto di aspirazione è stato proposto di aumentare il calore generato dal dispositivo riscaldatore elettrico accoppiato al filtro aria per riscaldare maggiormente l’aria aspirata; tuttavia, questa soluzione aumenta in modo sostanziale il consumo di energia elettrica del dispositivo riscaldatore elettrico riducendo l’efficienza energetica dell’elicottero e richiede un dispositivo riscaldatore elettrico più potente e quindi più costoso e complesso.
Inoltre, per eliminare il rischio di formazione di ghiaccio lungo il condotto di aspirazione è stato anche proposto di riscaldare le pareti del condotto di aspirazione mediante un apposito dispositivo riscaldatore elettrico; tuttavia, questa soluzione aumenta in modo sostanziale il consumo di energia elettrica riducendo l’efficienza energetica dell’elicottero.
Infine, per eliminare il rischio di formazione di ghiaccio lungo il condotto di aspirazione è stato anche proposto di riscaldare le pareti del condotto di aspirazione mediante un apposito dispositivo riscaldatore che utilizza il calore dei gas di scarico; tuttavia, questa soluzione richiede l’utilizzo di scambiatori di calore addizionali che comportano un aumento di peso non trascurabile e comportano anche un aumento delle perdite di carico a cui sono soggetti i gas di scarico riducendo di conseguenza l’efficienza energetica del propulsore.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è fornire un sistema di aspirazione aria per un propulsore di un veicolo che permetta di eliminare il rischio di formazione di ghiaccio e, nello stesso tempo, sia di facile ed economica realizzazione.
Secondo la presente invenzione viene fornito un sistema di aspirazione aria per un propulsore di un veicolo, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.
Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione preferite della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
• la figura 1 è una vista schematica di un elicottero; • la figura 2 è una vista schematica ed in sezione trasversale dell’elicottero della figura 1 aria con in evidenza un propulsore ed un sistema di aspirazione realizzato in accordo con la presente invenzione; e
• la figura 3 è una vista schematica di un condotto di aspirazione del sistema di aspirazione della figura 2 con in evidenza un telo;
• la figura 4 è una vista schematica e frontale di un elemento di fissaggio del telo della figura 3; e
• le figure 5 e 6 sono due viste schematiche e frontali di altrettante varianti dell’elemento di fissaggio della figura 4.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE
Nella figure 1 e 2 con il numero 1 è indicato nel suo complesso un elicottero comprendente un propulsore 2 (ad esempio, ma non necessariamente, a turbina) che aziona un complesso di pale che permettono all’elicottero stesso di sollevarsi ed abbassarsi verticalmente, restare fermo in volo, spostarsi lateralmente, all'indietro o in avanti.
E’ previsto un sistema 3 di aspirazione aria che aspira l’aria esterna necessaria funzionamento del propulsore 2 (ovvero l’aria esterna contenente l’ossigeno necessario alla combustione). Il sistema 3 di aspirazione comprende due prese 4 d’aria disposte su lati opposti dell’elicottero 1 ed una coppia di condotti 5 di aspirazione gemelli, ciascuno dei quali collega una corrispondente presa 4 d’aria con il propulsore 2.
Nella forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, il sistema 3 di aspirazione comprende anche una coppia di filtri 6 aria, ciascuno dei quali è disposto lungo un corrispondente condotto 5 di aspirazione ed in particolare all’inizio del condotto 5 di aspirazione (ovvero in corrispondenza della presa 4 d’aria) ed ha la funzione di filtrare l’aria aspirata per trattenere impurità di piccola dimensione (polvere o similari) che a lungo andare possono provocare una usura precoce del propulsore. Davanti a ciascun filtro 6 aria potrebbe essere prevista una griglia metallica a maglie relativamente larghe (dell’ordine di grandezza di uno o due centimetri) che ha la funzione di protezione contro i volatili.
Secondo una preferita forma di attuazione illustrata schematicamente nella figura 3, a ciascun filtro 6 aria è accoppiato un dispositivo 7 riscaldante elettrico, il quale è atto a riscaldare (quando necessario) un pannello di materiale filtrante del filtro 6 aria. A titolo di esempio, ciascun dispositivo 7 riscaldante elettrico potrebbe essere realizzato come descritto nelle domande di brevetto WO2017115331A1, WO2018073804A1 e WO2018073806A1.
Secondo quanto illustrato nella figura 3, ciascun condotto 5 di aspirazione è internamente rivestito con un telo 8 tubolare di materiale idrofobico e traspirante che è disposto e mantenuto ad una distanza D non nulla da una parete 9 tubolare del condotto 5 di aspirazione. Con il termine “idrofobico” si indica la proprietà di un materiale di non assorbire e non trattenere acqua al proprio interno o sulla propria superficie; con il termine “traspirante” si indica la proprietà di un materiale di permettere il passaggio delle principali molecole di gas che compongono l’aria (ovvero ossigeno O2 ed azoto N2: l'aria secca al suolo è infatti composta all'incirca per il 78% di azoto e per il 21% di ossigeno).
Generalmente, la distanza D tra il telo 8 e la parete 9 tubolare del condotto 5 di aspirazione è compresa tra 3 e 10 mm ed è preferibilmente pari a 5 mm.
Ciascun telo 8 di materiale idrofobico è impermeabile all’acqua (ovvero non permette il passaggio di acqua) e, nello stesso tempo è traspirante quindi permette il passaggio delle principali molecole di gas che compongono l’aria. A titolo di esempio il telo 8 potrebbe essere costituito di Gore-Tex® (ovvero un tessuto sintetico dalle alte capacità impermeabili e traspiranti costituito da politetrafluoroetilene microporoso come descritto nel brevetto US4194041A1); ovviamente per ciascun telo 8 è utilizzabile qualunque altro tipo di materiale (ad esempio un tessuto non tessuto in fibra di polipropilene) che sia nello stesso tempo idrofobico e traspirante.
Ciascun telo 8, per rivestire internamente un corrispondente condotto 5 di aspirazione, presenta una forma tubolare e viene ancorato alla superficie interna della parete 9 del condotto 5 di aspirazione mediante degli elementi 10 di fissaggio. Ciascun elemento 10 di fissaggio presenta una estremità esterna che è stabilmente fissata alla superficie interna della parete 9 del condotto 5 di aspirazione (ad esempio mediante incollaggio, mediante viti o mediante saldatura) ed una estremità interna che è stabilmente fissata al telo 8. Nella forma di attuazione illustrata nella figura 3, ciascun elemento 10 di fissaggio presenta in sezione trasversale una forma triangolare avente un vertice (quindi una dimensione minima) in corrispondenza del telo 8; secondo altre forme di attuazione non illustrate, ciascun elemento 10 di fissaggio presenta in sezione trasversale una forma trapezoidale oppure una forma rettangolare (quadrata).
Nella forma di attuazione illustrata nella figura 4, ciascun elemento 10 di fissaggio ha una forma anulare (ovvero chiusa su sé stessa) e riproduce interamente la forma della sezione trasversale del corrispondente condotto 5 di aspirazione per potere aderire alla superficie interna della parete 9 del condotto 5 di aspirazione; in altre parole, ciascun elemento 10 di fissaggio si estende circonferenzialmente (ovvero trasversalmente al condotto 5 di aspirazione) per 360° senza interruzione di continuità.
Secondo una possibile forma di attuazione, ciascun elemento 10 di fissaggio presenta una pluralità di fori 11 passanti disposti assialmente (ovvero parallelamente allo sviluppo longitudinale del condotto 5 di aspirazione) che permettono il passaggio dell’aria riducendo quindi le perdite di carico indotte dalla presenza degli elementi 10 di fissaggio.
Nella variante illustrata nella figura 5, gli elementi 10 di fissaggio presentano circonferenzialmente (ovvero trasversalmente al condotto 5 di aspirazione) una estensione angolare limitata (ad esempio circa 20-25°) in modo tale che tra due elementi 10 di fissaggio circonferenzialmente adiacenti sia presente uno spazio vuoto che permetta il passaggio dell’aria riducendo quindi le perdite di carico indotte dalla presenza degli elementi 10 di fissaggio.
Nella variante illustrata nella figura 6, gli elementi 10 di fissaggio sono ridotti a colonne sottili per minimizzare le perdite di carico indotte dalla presenza degli elementi 10 di fissaggio.
Mantenendo ciascun telo 8 adeguatamente teso tra i vari elementi 10 di fissaggio, il telo 8 tende a vibrare quando viene sollecitato dal passaggio dell’aria; in altre parole, ciascun telo 8 deve essere sufficientemente teso ma non troppo teso tra i vari elementi 10 di fissaggio per permettere al telo 8 di vibrare quando viene sollecitato dal passaggio dell’aria.
Secondo una preferita forma di attuazione, ciascun telo 8 è idrofobico e, nello stesso tempo, e traspirante, ovvero ciascun telo 8 è impermeabile all’acqua ed è invece permeabile ai principali gas che compongono l’aria; in questo modo l’aria può attraversare ciascun telo 8 sfruttando quindi per il proprio passaggio anche il volume del condotto 5 di aspirazione delimitata esternamente dalla parete 9 del condotto 5 di aspirazione ed internamente dal telo 8. Secondo una diversa forma di attuazione semplificata e più economica, ciascun telo 8 è idrofobico ma non traspirante; in questo modo viene impedito il congelamento dell’acqua ma viene ridotta la reale (effettiva) sezione di passaggio dell’aria del condotto 5 di aspirazione in quanto l’aria non può sfruttare per il proprio passaggio anche il volume del condotto 5 di aspirazione delimitata esternamente dalla parete 9 del condotto 5 di aspirazione ed internamente dal telo 8.
Secondo una diversa forma di attuazione, il sistema 3 di aspirazione potrebbe comprendere una unica presa 4 d’aria disposta in posizione centrale e quindi un unico condotto 5 di aspirazione che collega la presa 5 d’aria con il propulsore 2.
Secondo altre forme di attuazione non illustrate, i filtri 6 aria non sono presenti oppure sono presenti i filtri 6 aria ma non i dispositivi 7 riscaldanti.
La forma di attuazione illustrata a titolo di esempio nelle figure illustrate è relativa ad un elicottero 1, ma la presente invenzione può trovare vantaggiosa applicazione in qualsiasi tipo di aeromobile o di altro veicolo.
Le forme di attuazione qui descritte si possono combinare tra loro senza uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.
Il sistema 3 di aspirazione sopra descritto presenta numerosi vantaggi.
In primo luogo, nel sistema 3 di aspirazione sopra descritto la presenza del telo 8 in ciascun condotto 5 di aspirazione permette di evitare la formazione di ghiaccio all’interno del condotto 5 di aspirazione stesso: il telo 8 isola la parete 9 del condotto 5 di aspirazione dall’acqua (sopraffusa) contenuta nell’aria aspirata impedendo all’acqua (sopraffusa) contenuta nell’aria aspirata di arrivare a contatto con la parete 9 e quindi di congelare per effetto del contatto con la parete 9; infatti, l’idrofobicità del materiale che compone il telo 8 fa sì che l’acqua (sopraffusa) scorra sul telo 8 senza poter congelare.
Inoltre, nel sistema 3 di aspirazione sopra descritto la vibrazione di ciascun telo 8 sollecitato dal passaggio dell’aria agevola il distacco di un eventuale deposito di micro cristalli di ghiaccio impedendo quindi la crescita di tali micro cristalli.
La presenza dei teli 8 impedisce il passaggio di acqua (sopraffusa) verso le pareti 9 dei condotti 5 di aspirazione e quindi impedisce la formazione di ghiaccio sulle pareti 9 dei condotti 5 di aspirazione; tuttavia, la presenza dei teli 8 non impedisce il passaggio di aria e quindi non determina una riduzione significativa della reale (effettiva) sezione di passaggio dell’aria di ciascun condotto 5 di aspirazione.
Il sistema 3 di aspirazione sopra descritto presenta la stessa efficienza energetica di un sistema 3 di aspirazione privo dei teli 8, in quanto l’azione antighiaccio dei teli 8 non richiede la dissipazione di potenza.
Infine, il sistema 3 di aspirazione sopra descritto presenta un incremento di costo modesto e soprattutto un aumento di peso trascurabile rispetto ad un analogo sistema 3 di aspirazione privo dei teli 8, in quanto i teli 8 sono facilmente reperibili sul mercato a costi molto bassi e sono anche molto leggeri (ad esempio potrebbero presentare un peso di 80-190 grammi/m<2>).
ELENCO DEI NUMERI DI RIFERIMENTO DELLE FIGURE
1 elicottero
2 propulsore
3 sistema di aspirazione
4 presa di aria
5 condotto di aspirazione
6 filtro aria
7 dispositivo riscaldante
8 telo
9 parete
10 elementi di fissaggio
11 fori

Claims (13)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Sistema (3) di aspirazione aria di un propulsore (2) di un veicolo (1); il sistema (3) di aspirazione comprende: almeno una presa (4) d’aria; ed un condotto (5) di aspirazione, il quale è atto a collegare la presa (4) d’aria con il propulsore (2) ed è delimitato da una parete (9) tubolare; il sistema (3) di aspirazione è caratterizzato dal fatto di comprendere un telo (8), il quale presenta una forma tubolare, riveste internamente il condotto (5) di aspirazione, è disposto ad una distanza (D) non nulla dalla parete (9) tubolare del condotto (5) di aspirazione, ed è realizzato in materiale idrofobico.
  2. 2) Sistema (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 1, in cui il telo (8) è realizzato in materiale idrofobico e traspirante.
  3. 3) Sistema (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la distanza (D) tra il telo (8) e la parete (9) tubolare del condotto (5) di aspirazione è compresa tra 3 e 10 mm.
  4. 4) Sistema (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 3, in cui la distanza (D) tra il telo (8) e la parete (9) tubolare del condotto (5) di aspirazione è pari a 5 mm.
  5. 5) Sistema (3) di aspirazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4 e comprendente una pluralità di elementi (10) di fissaggio che ancorano il telo (8) alla parete (9) tubolare del condotto (5) di aspirazione.
  6. 6) Sistema (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 5, in cui il telo (8) è teso tra gli elementi (10) di fissaggio.
  7. 7) Sistema (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui il telo (8) è teso tra gli elementi (10) di fissaggio per vibrare quando viene sollecitato dal passaggio dell’aria.
  8. 8) Sistema (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 5, 6 o 7, in cui ciascun elemento (10) di fissaggio presenta una estremità esterna che è stabilmente fissata ad una superficie interna della parete (9) del condotto (5) di aspirazione ed una estremità interna che è stabilmente fissata al telo (8).
  9. 9) Sistema (3) di aspirazione secondo una delle rivendicazioni da 5 a 8, in cui ciascun elemento (10) di fissaggio ha una forma anulare e si estende circonferenzialmente per 360° senza interruzione di continuità.
  10. 10) Sistema (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 9, in cui ciascun elemento (10) di fissaggio presenta dei fori (11) passanti disposti assialmente.
  11. 11) Sistema (3) di aspirazione secondo una delle rivendicazioni da 5 a 8, in cui ciascun elemento (10) di fissaggio presenta circonferenzialmente una estensione angolare limitata in modo tale che tra due elementi (10) di fissaggio circonferenzialmente adiacenti sia presente uno spazio vuoto che permetta il passaggio dell’aria.
  12. 12) Sistema (3) di aspirazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11 e comprendente un filtro (6) aria che è disposto lungo il condotto (5) di aspirazione.
  13. 13) Sistema (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 12 e comprendente un dispositivo (7) riscaldante, il quale è accoppiato al filtro (6) aria per riscaldare il filtro (6) aria stesso.
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