ITBO20100462A1 - Velivolo e metodo per realizzarlo - Google Patents
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Description
VELIVOLO E METODO PER REALIZZARLO
DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE
La presente invenzione si inquadra nel settore aeronautico ed in particolare si riferisce ad un velivolo.
Sono noti velivoli che prevedono l’utilizzo di una struttura interna di tipo discontinua, ossia caratterizzata da una pluralità di singoli elementi del tipo longherone e ordinate collegati tra di loro. Il longherone è conformato a trave, generalmente rastremata, ed è posto longitudinalmente alla struttura in esame e si occupa di trasferire il carico lungo la struttura stessa. Le ordinate sono collegate trasversalmente al longherone e conferiscono alla sezione la forma voluta sostenendo il rivestimento aerodinamico esterno. I collegamenti tra longherone e ordinate sono sia di tipo discontinuo (rivettatura, chiodatura, bullonatura) che di tipo continuo (saldatura e incollaggio strutturale).
Un altro tipo di velivolo noto prevede l’utilizzo di superfici aerodinamiche aventi anche caratteristiche strutturali. Tali strutture generalmente sono ottenute tramite fresatura da un blocco pieno o attraverso la laminazione di strutture in composito in cui il longherone e le ordinate sono ricavati all’interno delle superfici aerodinamiche stesse.
Una problematica legata alla prima tecnica di costruzione dei velivoli riguarda l’utilizzo di un consistente numero di componenti che devono essere collegati tra loro, presentando problemi sia legati all’elevato numero di pezzi necessari che alle difficoltà associate alle tecniche di giunzione. In particolar modo l’utilizzo di tecniche di giunzione di tipo discontinuo generalmente richiede una notevole serie di operazioni da eseguire: foratura delle singole parti, sbavatura delle stesse, imbutitura, allineamento dei pezzi, inserimento dell’elemento di giunzione e fissaggio dello stesso.
Ulteriore problema delle giunzioni discontinue è legato alla finitura delle superfici aerodinamiche che risentono della presenza di detti elementi di giunzione. La tecnica di giunzione che prevede l’incollaggio strutturale riduce sia il numero di singole operazioni da eseguire che il disturbo aerodinamico, ma nel caso di strutture discontinue non garantisce una perfetta superficie aerodinamica in quanto tra un’ordinata e la successiva si può assistere a fenomeni di imbozzamento del rivestimento aerodinamico con conseguente disturbo.
La seconda tecnica di costruzione richiede impianti complessi per la sua attuazione e risulta eccessivamente costosa per velivoli ultraleggeri di piccole dimensioni.
Lo scopo principale della presente invenzione è quello di proporre un velivolo che abbia una superficie aerodinamica priva di difetti, non presenti elementi di giunzione discontinui e garantisca un’elevata manovrabilità.
Ulteriore scopo è quello di proporre un velivolo le cui superfici aerodinamiche mobili abbiano capacità di “morphing” in apertura garantendo una migliore pulizia aerodinamica del profilo in tutte le condizioni di manovra ed inoltre che abbia la capacità di far variare progressivamente dalla radice all’estremità di ogni semiala ogni singola superficie aerodinamica mobile.
Altro scopo è quello di proporre un metodo di produzione di detto velivolo che richieda un numero di operazioni ridotto e di facile attuazione anche da parte di personale non specializzato.
Le caratteristiche dell'invenzione sono nel seguito evidenziate con particolare riferimento agli uniti disegni nei quali:
- la figura 1 illustra una vista dall’alto del velivolo;
- la figura 2 illustra una vista frontale del velivolo;
- la figura 3 illustra una vista laterale del velivolo;
- la figura 4 illustra una vista in sezione secondo il piano IV-IV del velivolo di figura 3;
- le figure 5 e 6 illustrano sezioni parziali del velivolo di figura 1 ;
- la figura 7 illustra una vista in sezione secondo il piano VII-VII del velivolo di figura 1 ;
- le figure 8a e 8b illustrano ciascuna una vista in sezione secondo il piano VIII-VIII del velivolo di figura 1 rispettivamente nella configurazione con superfici aerodinamiche mobili non deflesse e deflesse;
- le figure 9a e 9b illustrano ciascuna una vista in sezione secondo il piano IX-IX del velivolo di figura 1 rispettivamente nella configurazione con superfici aerodinamiche mobili non deflesse e deflesse;
- le figure 10a e 10b illustrano una variante rispettivamente delle figure 9a e 9b;
- la figura 11 illustra una vista in sezione longitudinale di una variante del velivolo di figura 1 nella configurazione con superfici aerodinamiche mobili non deflesse;
- la figura 12 illustra una vista in sezione longitudinale di un dettaglio di collegamento dell’ala del velivolo di figura 1 ;
- la figura 13 illustra una vista dall’alto del mezzo di rinforzo della superficie; - la figura 14 illustra una vista in sezione di un dettaglio del collegamento tra le semiali del velivolo di figura 1 ;
- la figura 15 illustra una vista dall’alto di una variante del velivolo con copertura aerodinamica;
- la figura 16 illustra una vista ingrandita della copertura aerodinamica del velivolo di figura 15.
Con riferimento alle figure da 1 a 16, con 1 viene indicato un velivolo conformato ad ala volante con ala a freccia che comprende due semiali 10, una radice alare 13, una coppia di superfici aerodinamiche verticali 17 poste ortogonalmente all’ala e collocate alle sue estremità 15, una coppia di superfici aerodinamiche mobili orizzontali 18, 19 poste in corrispondenza dei bordi di uscita 12 di ogni semiala 10.
Il velivolo 1 presenta una struttura 2 che ha un nucleo centrale costituito da un mezzo riempitivo 21 interno, avente sezione di profilo aerodinamico completo, oppure parzialmente privo di una porzione posteriore in una variante della preferita forma di realizzazione, e un mezzo di rivestimento 22 esterno costituito da una lamina flessibile 23.
Il mezzo di rivestimento 22 presenta almeno un primo strato esterno costituito da una pellicola 25 su cui è internamente applicato uno strato adesivo 24. Una variante prevede che lo strato di adesivo sia applicato parzialmente e non sull’intera superficie interna.
L’unione del mezzo riempitivo 21 interno e del mezzo di rivestimento 22 esterno permette di ottenere una superficie aerodinamica di tipo strutturalmente collaborante, perfettamente liscia e priva di asperità e di discontinuità.
Il mezzo riempitivo 21 è realizzato con una schiuma polimerica espansa rigida, tipicamente una schiuma di polistirene e preferibilmente di Rohacell® o Styrofoam®, o altro materiale con caratteristiche similari per densità o resistenza o rigidezza. Detta schiuma di polistirene è tipicamente fornita in blocchi e il taglio dei blocchi per ricavare il profilo desiderato avviene preferibilmente attraverso un plotter a filo caldo.
La pellicola 25 della lamina 23 è realizzata in materiale plastico e presenta una livrea o una texture realizzata direttamente sulla stessa quando è ancora piana, prima deN’assemblaggio del mezzo di rivestimento 22 attorno al mezzo riempitivo 21 .
La livrea o la texture può essere stampata con tecniche serigrafiche in modo da ottenere una migliore resa e qualità grafica.
Le superfici aerodinamiche mobili orizzontali di intradosso 18 e di estradosso 19 sono poste lungo il bordo di uscita 12 di ciascuna semiala 10 e sono realizzate prolungando la lamina 23 oltre il bordo posteriore del mezzo riempitivo 21 generando un bordo sporgente a sbalzo e tangente al profilo esterno del mezzo riempitivo 21 stesso.
Le superfici aerodinamiche mobili orizzontali 18 e 19 così ottenute presentano un mezzo di collegamento di tipo continuo privo di qualsiasi fessura e discontinuità che interessa l’intera apertura di ogni semiala 10.
Le superfici aerodinamiche mobili orizzontali 18, 19 presentano un primo mezzo di rinforzo 27, parallelo al bordo di uscita 12, posto in prossimità della parte posteriore del mezzo riempitivo 21 e lungo quanto la singola semiala 10, e un secondo mezzo di rinforzo 28, parallelo al primo mezzo di rinforzo 27, posto tra lo stesso e il bordo di uscita, in prossimità della radice alare 13.
I mezzi di rinforzo 27 e 28 sono realizzati con un profilato sottile e tipicamente a sezione rettangolare di materiale leggero e rigido, quale la balsa.
Per azionare le superfici aerodinamiche mobili orizzontali 18, 19 sono presenti in ogni semiala due mezzi attuatori 3, posti in prossimità della radice alare 13, e un mezzo attuatore 3 in prossimità dell’estremità alare 14.
Detti mezzi attuatori 3 azionano sia le superfici aerodinamiche mobili orizzontali di intradosso 18, che quelle di estradosso 19.
I mezzi attuatori 3 sono costituiti da rotori 31 , sono collocati all’interno del profilo alare, nella parte posteriore dello stesso e hanno asse di rotazione 32 parallelo e prossimo all’asse di rotazione delle superfici aerodinamiche mobili orizzontali 18, 19 a cui sono collegati.
In corrispondenza delle estremità alari è presente un mezzo di guida 37, fissato al rotore 31 , ed avente due bracci che agiscono di taglio sulle superfici esterne delle superfici aerodinamiche mobili orizzontali 18, 19 per comandarne la roto-traslazione verticale permettendo loro di scorrere vicendevolmente le une sulle altre evitando una loro separazione trasversale.
I mezzi attuatori 3 sono fissati alla struttura 2 attraverso un incollaggio strutturale realizzato per mezzo dello strato adesivo 24 della lamina 23, dando origine ad fissaggio di tipo “shear stress”.
In prossimità dei mezzi attuatori 3 posti alle estremità alari sono presenti dei mezzi di rinforzo superficiale 26 realizzati con la stessa lamina 23 del mezzo di rivestimento 22 per vincolare i mezzi attuatori 3 alla struttura 2.
Le superfici aerodinamiche verticali 17 sono fisse, cioè sono bloccate all’estremità libera delle semiali 10 ortogonalmente nella preferita forma di realizzazione o possono essere fissate con varie inclinazioni in varianti dell'invenzione non illustrate.
Pure non illustrata è la variante che prevede delle superfici aerodinamiche verticali 17 mobili ed azionate dagli attuatori 3 come sopra riportato e realizzato per le superfici mobili orizzontali 18, 19.
Tipicamente nel caso di produzione di velivoli di grandi dimensioni le semiali 10 sono realizzate separatamente e successivamente vincolate tra loro attraverso l’utilizzo di almeno due mezzi di rinforzo superficiali 26, posti sulla superficie di intradosso 15 e di estradosso 16 in corrispondenza della radice alare 13. I mezzi di rinforzo 26 sono realizzati con la stessa lamina 23 del mezzo di rivestimento 22 il cui strato adesivo 24 è utilizzato per effettuare questa giunzione.
I mezzi di rinforzo superficiali 26, hanno forma pressoché a punta con il vertice in prossimità del bordo d’attacco 11 e la coda che si allarga progressivamente andando verso il bordo di uscita 12 in modo da trasferire meglio i carichi tra le due semiali 10 e resistere meglio ad eventuali urti frontali del velivolo 1 contro 11 suolo.
Una prima variante della preferita forma di realizzazione prevede l’utilizzo di un mezzo di rivestimento 22 che presenta una superficie esterna completamente riflettente, di tipo a specchio.
Una seconda variante del velivolo 1 prevede l’utilizzo di mezzi attuatori 3 di tipo “shear actuator” 36 che collegano le superfici interne delle superfici aerodinamiche mobili orizzontali 18, 19 e danno origine alla deflessione delle superfici attraverso uno scorrimento reciproco avente direzione perpendicolare al bordo di uscita 12 e giacente in un piano medio tra il piano di giacitura della superficie di controllo orizzontale di intradosso 18 e di estradosso 19.
Una terza variante del velivolo 1 prevede l’utilizzo di una coppia di mezzi attuatori 3 per ogni superficie aerodinamica mobile orizzontale 18, 19 di ogni semiala 10, permettendo in tal modo il controllo indipendente tra le due semiali 10 e tra intradosso ed estradosso di ogni superficie aerodinamica mobile orizzontale 18, 19.
Tale configurazione offre una vasta gamma di possibilità di manovra del velivolo 1 ed in particolar modo si possono realizzare molteplici combinazioni funzionali delle superfici aerodinamiche mobili orizzontali 18 e 19 che assolvono contemporaneamente i compiti di ipersostentatori di bordo d’uscita, aerofreni, diruttori, “flapperon”, “aileron” e “stabilatori”.
Una quarta variante della preferita forma di realizzazione del velivolo 1 prevede che sia presente un supporto motore 29 in prossimità del bordo di uscita 12 nel caso di mezzi propulsivi spingenti, oppure montato a sbalzo in prossimità del bordo d’attacco 11 nel caso di mezzi propulsivi traenti e che in corrispondenza del supporto motore 19 sia presente una copertura 4 aerodinamica amovibile che riveste una porzione dell’estradosso 16 del velivolo in corrispondenza della sezione alare in cui è presente il motore.
Una quinta variante della preferita forma di realizzazione prevede che il mezzo di rivestimento 22 sia rinforzato interponendo un materiale composito di rinforzo costituito da matrice e da fibre di rinforzo tra il mezzo riempitivo 21 e il mezzo di rivestimento 22.
Inoltre per raggiungere una maggiore qualità di produzione le fibre di rinforzo e la matrice sono formate attorno al mezzo riempitivo 21 attraverso l’uso della tecnica del sacco da vuoto.
La presente invenzione si riferisce inoltre ad un metodo di costruzione del velivolo 1 oggetto della presente invenzione che prevede le seguenti fasi:
- la formatura realizzata mediante il taglio e la sagomatura oppure lo stampaggio secondo il profilo aerodinamico del mezzo riempitivo 21 continuo e omogeneo, costituito da un riempitivo rigido a bassa densità; - il taglio e la sagomatura del mezzo di rivestimento 22 costituito da una lamina 23;
- il fissaggio del mezzo di rivestimento 22 al mezzo riempitivo 21 utilizzando lo strato adesivo 24, lasciando che due lembi del mezzo di rivestimento 22 si protendono oltre la parte posteriore del mezzo di rivestimento 22;
- il fissaggio della pluralità di mezzi attuatori 3 posti nella radice alare 13 o nella estremità alare 14 od in entrambi, di ogni semiala 10 originando un vincolo con strato adesivo 24 del rivestimento esterno, posizionando l’asse di rotazione 22 parallelo al bordo di uscita 12;
- il fissaggio dell’estremità libera del braccio attuatore 33 al lembo del mezzo di rivestimento 22 che si protende oltre il bordo posteriore del mezzo riempitivo 21 , per ogni mezzo attuatore 21 montato sul velivolo 1 .
Nel caso di costruzione di un velivolo di grandi dimensioni è preferibile che le due semiali 10 sia costruite separatamente per facilitarne la movimentazione e il trasporto. Successivamente dette semiali 10 sono affiancate in modo che le relative due sezioni di radice alare 13 combacino tra di loro e siano rigidamente vincolate tramite una pluralità di mezzi di rinforzo superficiale 26 ritagliati dalla stessa lamina 23 usata per il mezzo di rivestimento 22 e applicati sulle superfici di intradosso 15 e di estradosso 16 a cavallo della sezione di giunzione delle due semiali 10.
Il vantaggio principale della presente invenzione è quello di fornire un velivolo che abbia una superficie aerodinamica priva di difetti, non presenti elementi di giunzione discontinui e garantisca un’elevata manovrabilità.
Ulteriore vantaggio è quello di fornire un velivolo le cui superfici aerodinamiche mobili abbiano capacità di “morphing” in apertura garantendo una migliore pulizia aerodinamica del profilo in tutte le condizioni di manovra ed inoltre che abbia la capacità di far variare progressivamente dalla radice all’estremità di ogni semiala ogni singola superficie aerodinamica mobile.
Altro vantaggio è quello di fornire un metodo di produzione di detto velivolo che richieda un numero di operazioni ridotto e di facile attuazione anche da parte di personale non specializzato.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1 ) Velivolo comprendente un’ala caratterizzato dal fatto di avere una struttura (2) costituita da: - un mezzo riempitivo (21 ) centrale avente sezione di profilo aerodinamico completo o parzialmente privo di una porzione posteriore; - un mezzo di rivestimento (22) costituito da una lamina flessibile (23), avente esternamente almeno un primo strato costituito da una pellicola (25) e internamente, almeno parzialmente, uno strato adesivo (24), con il mezzo di rivestimento (22) realizzante una superficie aerodinamica strutturalmente collaborante, priva di asperità e discontinuità in corrispondenza della condizione di assemblaggio di questo mezzo di rivestimento (22) sul mezzo riempitivo (21 ).
- 2) Velivolo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la pellicola (25) è completamente riflettente o presenta una livrea stampata sulla pellicola stessa.
- 3) Velivolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di avere una pluralità di superfici aerodinamiche verticali fisse o mobili (17) e una pluralità di superfici aerodinamiche mobili orizzontali di intradosso (18), oppure di estradosso (19) oppure entrambe poste lungo il bordo di uscita (12), essendo le superfici aerodinamiche mobili realizzate prolungando la lamina (23) oltre il bordo posteriore del mezzo riempitivo (21 ) generando almeno un bordo sporgente a sbalzo e tangente al profilo esterno del mezzo riempitivo (21) stesso.
- 4) Velivolo secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che sulla faccia interna al profilo delle superfici aerodinamiche mobili orizzontali di intradosso (18), oppure di estradosso (19), oppure di entrambi è applicato almeno un mezzo di rinforzo (27, 28) parallelo al bordo di uscita (12).
- 5) Velivolo secondo la rivendicazione 3 o 4 caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di mezzi attuatori (3), destinati ad azionare le superfici aerodinamiche mobili orizzontali di intradosso (18), oppure di estradosso (19), od entrambe le superfici (18, 19), o le superfici aerodinamiche mobili verticali (17).
- 6) Velivolo secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che i mezzi attuatori (3) sono rotori (31), sono fissati alla struttura (2) attraverso un incollaggio strutturale per mezzo dello strato adesivo (24), ed hanno l’asse di rotazione (22) pressoché parallelo all’asse di rotazione delle superfici aerodinamiche mobili a cui sono collegati.
- 7) Velivolo secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di guida (37), fissati ai mezzi attuatori rotori (31 ), ed aventi una pluralità di bracci che agiscono di taglio sulle facce esterne delle superfici aerodinamiche mobili operando una deflessione, consentendo il loro mutuo scorrimento senza separazione trasversale.
- 8) Velivolo secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che i mezzi attuatori (3) sono di tipo “shear actuator” (36), che collegano le facce interne delle superfici aerodinamiche mobili e danno origine alla deflessione delle superfici attraverso un loro scorrimento reciproco avente direzione pressoché perpendicolare al bordo di uscita (12) e giacente in un piano interposto ai piani delle superfici aerodinamiche mobili.
- 9) Velivolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 8 caratterizzato dal fatto che i mezzi attuatori (3) agiscono indipendentemente sulle singole zone di collegamento alle superfici aerodinamiche mobili orizzontali di intradosso (18) e/o di estradosso (19), oppure sulle superfici aerodinamiche mobili verticali (17).
- 10) Velivolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che l’ala comprende una radice alare (13) e due semiali (10) che sono mutuamente vincolate tramite una pluralità di mezzi di rinforzo superficiali (26), posti sulle superfici di intradosso (15) e di estradosso (16) in corrispondenza della radice alare (13), essendo i mezzi di rinforzo superficiali (26) realizzati con la lamina (23) stessa, il cui strato adesivo (24) realizza il vincolo. 1 1 ) Velivolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che un mezzo di rinforzo costituito da una matrice e da fibre di rinforzo è interposto tra il mezzo riempitivo (21 ) ed il mezzo di rivestimento (22). 12) Velivolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che comprende almeno un supporto motore (29) montato a sbalzo in prossimità del bordo di uscita (12) nel caso di mezzi propulsivi spingenti, oppure montato a sbalzo in prossimità del bordo di attacco (1 1 ) nel caso di mezzi propulsivi traenti. 13) Velivolo secondo la rivendicazione 12 caratterizzato dal fatto di comprendere una copertura (4) aerodinamica, amovibilmente fissata, che riveste una limitata porzione dell’estradosso (16) nella sezione in cui è presente il supporto motore (29). 14)Metodo per realizzare un velivolo (1 ) caratterizzato dal fatto di: - formare un mezzo riempitivo (21 ) secondo il profilo aerodinamico; - tagliare e sagomare un mezzo di rivestimento (22) costituito da una lamina (23) avente esternamente almeno un primo strato costituito da una pellicola (25) e internamente, almeno parzialmente, uno strato adesivo (24); - fissare il mezzo di rivestimento (22) al mezzo riempitivo (21 ) per mezzo dello strato adesivo (24), lasciando che almeno un lembo del mezzo di rivestimento (22) si protenda oltre la parte posteriore del mezzo riempitivo (21 ); - fissare la pluralità di mezzi attuatori (3) tramite lo strato adesivo (24), posizionando l’asse di rotazione (22) pressoché parallelo al bordo di uscita (12). 15)Metodo secondo la rivendicazione 14 caratterizzato dal fatto di: - realizzare il velivolo (1 ) con due semiali (10) aventi ciascuna una radice alare (13); - congiungere le due semiali (10) in corrispondenza delle rispettive radici alari (13); - vincolare una pluralità di mezzi di rinforzo superficiali (26) sulle superfici di intradosso (15) e di estradosso (16) delle semiali (10) a cavallo delle radici alari (13), essendo i mezzi di rinforzo superficiali (26) costituiti dalla lamina (23) il cui relativo strato adesivo (24) realizzante il vincolo tra le semiali (10).
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- 2011-07-22 EP EP11175093A patent/EP2409915A1/en not_active Withdrawn
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