ITTO20110981A1 - Profilo aerodinamico a svergolamento variabile. - Google Patents

Profilo aerodinamico a svergolamento variabile. Download PDF

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ITTO20110981A1 IT000981A ITTO20110981A ITTO20110981A1 IT TO20110981 A1 ITTO20110981 A1 IT TO20110981A1 IT 000981 A IT000981 A IT 000981A IT TO20110981 A ITTO20110981 A IT TO20110981A IT TO20110981 A1 ITTO20110981 A1 IT TO20110981A1
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aerodynamic
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Giacomo Frulla
Piero Gili
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  • Springs (AREA)
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Description

“PROFILO AERODINAMICO A SVERGOLAMENTO VARIABILEâ€
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un profilo aerodinamico a svergolamento variabile.
Sono noti nella tecnica profili aerodinamici, ed in particolare le pale di eliche, a passo fisso con svergolamento costante e sono, di conseguenza, ottimizzate per un unico rapporto di funzionamento, inteso come rapporto tra la velocità di traslazione e quella di rotazione della pala.
Sono altresì noti nella tecnica profili aerodinamici a passo variabile che, pur mantenendo la legge di svergolamento immutata lungo l’apertura, ne migliorano il rendimento, al variare del rapporto di funzionamento, rispetto all’elica a passo fisso, senza però raggiungere l’ottimo.
Sono inoltre noti profili che prevedono l’utilizzo di sistemi che sfruttano le caratteristiche dei cosiddetti “smart materials†attualmente disponibili, cioà ̈ sistemi che mediante attuazione elettromeccanica, piezoelettrica, a memoria di forma, permettono di modificare la posizione e/o la forma di elementi strutturali, ed in particolare la porzione del profilo rispetto al vento mantenendone la forma.
La tecnica propone comunque, in generale, profili tendenti al miglioramento della funzionalità e delle prestazioni dei rotori in genere.
Esempi dei suddetti profili sono descritti in CA2429600A1, CN1439576, US5730581, US6648599, US2002018716A1, WO0041501A2, US6371415, EP1788646, US5505589, DE1531475, US4680923, US20110064579, US20100258680, US5137228A.
In particolare:
− CA2429600A1 descrive in modo molto generico sull’utilizzo di attuatori per porre in vibrazione lo strato superficiale di una struttura per i più svariati utilizzi;
− CN1439576, US5730581, US6648599, US2002018716A1 e WO0041501A2 descrivono l’utilizzo di attuatori piezoelettrici o di altra natura per modificare il calettamento delle pale, o di una porzione di esse, del rotore di elicottero al fine modificarne il passo cambiando solamente la curvatura del profilo azionando un flap;
− US6371415 descrive l’utilizzo di attuatori piezoelettrici applicati ad una superficie aerodinamica per simulare la classica superficie mobile di comando (tipo alettone alare);
− EP1788646 descrive molto genericamente un sistema che utilizza attuatori piezoelettrici per generare una torsione in una struttura sandwich; − US5505589 descrive il controllo dello svergolamento della pala mediante la gestione della posizione di una massa eccentrica che per effetto della forza centrifuga posiziona la porzione ad un certo angolo di incidenza;
− DE1531475 descrive l’utilizzo di un rivestimento svergolabile che si impegna su una serie di centine che sono calettate su un profilo elicoidale, permettendo alla porzione di riferimento di ruotare quando tutto il rivestimento viene movimentato lungo l’apertura;
− US4680923 descrive una struttura elastica di accoppiamento composta da filamenti attorcigliati secondo un certo schema e polimerizzati che permettono, mediante la loro deformazione sotto carico in conseguenza di una opportuna sollecitazione, di produrre una rotazione della struttura stessa;
− US20110064579 descrive l’utilizzo di un rivestimento sottile a porzione aperta che permette, mediante la movimentazione dei due lembi liberi, di provocare una rotazione della porzione attorno ad un asse parallelo all’apertura dell’elemento;
− US20100258680 descrive la rotazione della porzione mediante due movimentatori shearpiezoelettrici ed elettromeccanici/idro-pneumatici e la presenza di un rivestimento flessibile a porzione aperta, di cui vengono movimentati i lembi liberi nel senso dell’apertura;
− US5137228A descrive una movimentazione che applica il principio della porzione aperta movimentata assialmente per produrre una rotazione ed in cui l’azionamento avviene mediante leve dal mozzo.
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un profilo aerodinamico a svergolamento variabile che permetta di ottenere un funzionamento più efficiente dal punto di vista del rendimento mediante sistemi di attuazione alternativi rispetto a quelli proposti dalla tecnica nota.
Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un profilo aerodinamico che, oltre ad essere a passo variabile, sia anche a svergolamento variabile, per consentire di ottenere un funzionamento ottimizzato dal punto di vista del rendimento.
Inoltre, uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire una porzione di profilo aerodinamico nel quale lo svergolamento sia variabile in modo continuo e differenziato punto per punto lungo l’apertura della porzione stessa.
Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un profilo aerodinamico nel quale lo svergolamento possa essere variabile secondo una legge di svergolamento funzione dell’apertura del profilo stesso, cambiando quindi con il rapporto di funzionamento ottenendo una massima efficienza per tutti i possibili rapporti di funzionamento stessi.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell’invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un profilo aerodinamico a svergolamento variabile come quello descritto nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
Risulterà immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.
La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la FIG. 1 mostra una vista schematica in prospettiva dall’alto di una realizzazione preferita del profilo aerodinamico a svergolamento variabile secondo la presente invenzione;
- la FIG. 2 mostra una vista laterale di una variante preferita del profilo aerodinamico a svergolamento variabile secondo la presente invenzione;
- la FIG. 3 mostra una vista in prospettiva frontale di un’altra variante preferita del profilo aerodinamico a svergolamento variabile secondo la presente invenzione;
- la FIG. 4 mostra una vista in prospettiva frontale di un’ulteriore variante preferita del profilo aerodinamico a svergolamento variabile secondo la presente invenzione;
- la FIG. 5 mostra una vista in prospettiva frontale di un’altra variante preferita del profilo aerodinamico a svergolamento variabile secondo la presente invenzione; e
- la FIG. 6 mostra una vista laterale di un’ulteriore variante preferita del profilo aerodinamico a svergolamento variabile secondo la presente invenzione.
In generale, nel proseguo della descrizione, per variabilità dello svergolamento à ̈ intesa la possibilità di variare il calettamento relativo di varie porzioni aerodinamiche componenti almeno un profilo aerodinamico lungo l’apertura del profilo stesso.
Facendo riferimento alle Figure à ̈ possibile notare che il profilo aerodinamico secondo la presente invenzione comprende almeno una porzione di profilo aerodinamico 1 composto da almeno un primo profilo di supporto 3a ed almeno un secondo profilo di supporto 3b atti a supportare almeno uno strato di materiale di rivestimento (non mostrato) di tale porzione di profilo aerodinamico 1, tale porzione di profilo aerodinamico 1 comprendente inoltre almeno primi mezzi attuatori 5 atti a cooperare con almeno uno di tali profili di supporto 3a o 3b, per esempio il secondo profilo 3b, per modificare │∆Π̧│ un valore di calettamento │Π̧│ di tale profilo 3b relativamente all’altro profilo di supporto 3a intorno ad almeno un asse di rotazione R-R parallelo all’apertura A di tale porzione di profilo aerodinamico 1. In questo caso, il primo profilo di supporto 3a rimane quindi fisso relativamente al secondo profilo di supporto 3b che invece può essere ruotato intorno all’asse di rotazione R-R di un valore variabile │∆Π̧│ in entrambi i versi di rotazione –Π̧ o Î ̧ dai mezzi di attuazione 5 variando lo svergolamento della porzione di profilo aerodinamico 1.
In aggiunta, à ̈ possibile prevedere che la porzione di profilo aerodinamico 1 comprenda sia i primi mezzi attuatori 5 atti a cooperare con almeno uno di tali profili di supporto 3a o 3b, per esempio il secondo profilo 3b, per modificare │∆Π̧│ il valore di calettamento │Π̧│ di tale profilo 3b, sia secondi mezzi attuatori (non mostrati), atti a cooperare con l’altro profilo di supporto 3b o 3a, per esempio il primo profilo 3a, per modificare │∆Π̧’│ un valore di calettamento │Π̧’│ di tale profilo 3a relativamente all’altro profilo di supporto 3b intorno all’asse di rotazione R-R parallelo all’apertura A di tale porzione di profilo aerodinamico 1. In questo caso, sia il primo profilo di supporto 3a sia il secondo profilo di supporto 3b sono portati a ruotare relativamente l’uno rispetto all’altro intorno all’asse di rotazione R-R di un relativo valore variabile │∆Π̧’│,│∆Π̧│ in entrambi i rispettivi versi di rotazione –Π̧’, Î ̧’ o –Π̧, Î ̧ dai corrispondenti mezzi di attuazione variando lo svergolamento della porzione di profilo aerodinamico 1.
In aggiunta, à ̈ possibile prevedere che la porzione di profilo aerodinamico 1 sia ruotata intorno a tale asse di rotazione R-R per modificare │∆α│ il valore di passo │α│ della porzione di profilo aerodinamico 1 stessa: in una prima realizzazione possibile, entrambi tali primo e secondo mezzo attuatore ruotano quindi il rispettivo profilo di supporto 3a, 3b di uno stesso, in segno e valore assoluto, tale angolo │∆α│: tale soluzione può essere apprezzabile ed applicabile in caso di incrementi o decrementi │∆α│ del valore di passo │α│ relativamente piccoli.
In una realizzazione alternativa, à ̈ possibile prevedere che la porzione di profilo aerodinamico 1 cooperi con terzi mezzi attuatori, tali terzi mezzi attuatori essendo atti a fare ruotare integralmente tale porzione di profilo aerodinamico 1 intorno a tale asse di rotazione R-R per modificare │∆α│ il valore di passo │α│ della porzione di profilo aerodinamico 1 stessa. In questo caso quindi, tutta la porzione di profilo aerodinamico 1 à ̈ portata a ruotare intorno all’asse di rotazione R-R di un valore variabile │∆α│ in entrambi i rispettivi versi di rotazione –α o α dai terzi mezzi di attuazione variando di conseguenza il passo della porzione di profilo aerodinamico 1 stessa.
Vantaggiosamente quindi, variando opportunamente lo svergolamento │∆Π̧’│ e/o │∆Π̧│ e/o il passo │∆α│, à ̈ possibile conferire alla porzione di profilo aerodinamico 1 una forma aerodinamica ottimizzata, dal punto di vista del rendimento, per qualsiasi condizione o rapporto di funzionamento e variabile, anche con continuità nel tempo, al variare di tale condizione o rapporto.
Ovviamente quindi i valori assoluti │∆Π̧’│,│∆Π̧│ e │∆α│ possono essere ampiamente variabili e preferibilmente funzione della forma aerodinamica ottima che si desidera conferire alla porzione di profilo aerodinamico 1.
Preferibilmente, così come à ̈ possibile notare nelle Figure, ciascun profilo di supporto 3a, 3b à ̈ almeno una centina opportunamente sagomata per profilare la forma adeguata della porzione di profilo aerodinamico 1, tali profili essendo strutturalmente uniti da almeno un longherone di supporto 7 coassiale all’asse di rotazione R-R. In particolare, almeno una estremità di tale longherone 7 à ̈ operativamente connessa ai terzi mezzi attuatori per consentire la rotazione –∆α, ∆α di modifica del passo. Ovviamente, lo strato di materiale di rivestimento (non mostrato) della porzione di profilo aerodinamico 1 à ̈ realizzato con un qualsiasi materiale adeguato per essere sia resistente sia deformabile a torsione e a trazione/compressione al fine di consentire le variazioni di svergolamento │∆Π̧’│,│∆Π̧│ della porzione di profilo aerodinamico 1 stessa.
Ovviamente, il profilo aerodinamico secondo la presente invenzione può essere composto da una pluralità di porzioni di profilo aerodinamico 1 come quella sopra descritta, tali porzioni di profilo aerodinamico 1 essendo vicendevolmente connesse e disposte in serie lungo il comune asse di rotazione R-R.
In una sua realizzazione possibile, il profilo aerodinamico secondo la presente invenzione può essere una pala di un’elica aeronautica o la pala di un aerogeneratore. Nel primo caso, l’elica ottiene il rendimento ottimo al variare del rapporto di funzionamento e quindi in tutto l’inviluppo di volo dell’aeromobile sul quale à ̈ montata.
Nel secondo caso, l’elica mantiene costante il rapporto di funzionamento ottimo per il tipo di aerogeneratore sul quale à ̈ montata (quello che consente di avvicinarsi maggiormente al limite torico di Betz), cioà ̈ l’elica va a modificare il suo svergolamento in modo che, con il vento effettivamente presente, il numero di giri di rotazione determini il rapporto di funzionamento ottimo. Più in generale, il profilo aerodinamico secondo la presente invenzione può permettere vantaggiosamente il controllo (della velocità di rotazione, dell’ampiezza delle vibrazioni, della coppia resistente) di qualsiasi generico elemento rotante soggetto ad azioni aerodinamiche, quali eliche, rotori, ventilatori, aerogeneratori.
In alternativa, il profilo aerodinamico può essere un vero e proprio profilo alare. In questo caso, vantaggiosamente, il profilo aerodinamico secondo la presente invenzione, grazie allo svergolamento variabile dato all’ala lungo l’apertura consente di raggiungere ulteriori scopi differenti quali, per esempio, il controllo delle deformazioni aeroelastiche, il controllo delle vibrazioni di natura aeroelastica, la manovra dell’aeromobile stesso di cui l’ala à ̈ un elemento, ecc….
I mezzi attuatori possono essere ovviamente di una qualsiasi tipologia adeguata allo scopo della presente invenzione al fine di consentire le variazioni di svergolamento │∆Π̧’│,│∆Π̧│ e di passo │∆α│ della porzione di profilo aerodinamico 1.
Per esempio, i mezzi attuatori possono essere indifferentemente di tipo elettrico, elettro meccanico, piezoelettrico, pneumatico o SMA (Shape Memory Alloy).
In particolare, i primi e secondi mezzi attuatori possono applicare una attuazione di tipo lineare (come per esempio le realizzazioni esemplificative illustrate nelle FIGG. 2 e 3) o di tipo rotazionale (come per esempio le realizzazioni esemplificative illustrate nelle FIGG. 4, 5 e 6).
Per esempio, con riferimento alle FIGG. 2 e 3, à ̈ possibile notare che i primi 5 e/o secondi mezzi attuatori possono comprendere almeno un attuatore lineare 9, come per esempio un pistone pneumatico, idraulico, oleodinamico, ecc…, avente una prima estremità 9a opportunamente connessa al relativo profilo di supporto, per esempio il secondo profilo di supporto 3b, ed una seconda estremità 9b opportunamente connessa al longherone 7: l’estensione o l’accorciamento di tale attuatore lineare 9 provoca quindi la rotazione –∆Π̧, ∆Π̧ contestuale del profilo di supporto 3b intorno all’asse di rotazione R-R, ed in particolare intorno al longherone 7 di tipo cilindrico, come quello per esempio illustrato nella FIG. 2.
In alternativa, così come illustrato per esempio nella FIG. 3, il longherone 7 può essere a porzione poligonale.
Facendo invece riferimento alla FIG. 4, à ̈ possibile notare che i primi 5 e/o secondi mezzi attuatori possono comprendere almeno un motore 11 solidale al relativo profilo di supporto, per esempio il secondo profilo di supporto 3b, tale motore 11 avente almeno una corona motrice 13 ingranante con almeno un settore 15 di corona condotta solidale al longherone 7 ed avente asse di rotazione coincidente con l’asse di rotazione R-R, tale profilo di supporto essendo quindi rotante – ∆Π̧, ∆Π̧ intorno a tale longherone 7 sotto l’azione della rotazione della corona motrice 13 imposta dal motore 11.
Facendo invece riferimento alla FIG. 5, à ̈ possibile notare che i primi 5 e/o secondi mezzi attuatori possono comprendere almeno un motore 17 solidale al longherone 7, tale motore 17 avente almeno una corona motrice 19 ingranante con almeno un settore 21 di corona condotta solidale al relativo profilo di supporto, per esempio il secondo profilo di supporto 3b, ed avente asse di rotazione coincidente con l’asse di rotazione R-R, tale profilo di supporto essendo quindi rotante – ∆Π̧, ∆Π̧ intorno a tale longherone 7 sotto l’azione della rotazione della corona motrice 19 imposta dal motore 17.
Facendo invece riferimento alla FIG. 6, à ̈ possibile notare che i primi 5 e/o secondi mezzi attuatori possono comprendere almeno un motore 23 solidale al relativo profilo di supporto, per esempio il secondo profilo di supporto 3b, tale motore 23 avente almeno una corona motrice 25 ingranante con almeno una corona condotta 27 solidale al longherone 7 ed avente asse di rotazione coincidente con l’asse di rotazione R-R, tale profilo di supporto essendo quindi rotante – ∆Π̧, ∆Π̧ intorno a tale longherone 7 sotto l’azione della rotazione della corona motrice 25 imposta dal motore 23: in tale realizzazione inoltre, il profilo di supporto coopera con il longherone 7 mediante l’interposizione di almeno due corone folli 29 connesse al profilo di supporto stesso ed ingrananti tale corona condotta 27.
Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dell’invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell’ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate.

Claims (18)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Profilo aerodinamico comprendente almeno una porzione di profilo aerodinamico (1) composto da almeno un primo profilo di supporto (3a) ed almeno un secondo profilo di supporto (3b) atti a supportare almeno uno strato di materiale di rivestimento di detta porzione di profilo aerodinamico (1), caratterizzato dal fatto che detta porzione di profilo aerodinamico (1) comprende inoltre almeno primi mezzi attuatori (5) atti a cooperare con almeno uno di detti profili di supporto (3a) o (3b) per modificare │∆Π̧│ un valore di calettamento │Π̧│ di detto profilo relativamente all’altro profilo di supporto intorno ad almeno un asse di rotazione (R-R) parallelo ad una apertura (A) di detta porzione di profilo aerodinamico (1).
  2. 2. Profilo aerodinamico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta porzione di profilo aerodinamico (1) comprende detti primi mezzi attuatori (5) atti a cooperare con almeno uno di detti profili di supporto (3a) o (3b) per modificare │∆Π̧│ detto valore di calettamento │Π̧│ di detto profilo (3b), e dal fatto che detta porzione di profilo aerodinamico (1) comprende secondi mezzi attuatori atti a cooperare con l’altro detto profilo di supporto (3b) o (3a) per modificare │∆Π̧’│ un valore di calettamento │Π̧’│ di detto profilo (3a) relativamente all’altro profilo di supporto (3b) intorno a detto asse di rotazione (R-R).
  3. 3. Profilo aerodinamico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che entrambi detti primo e secondo mezzo attuatore ruotano un rispettivo detto profilo di supporto (3a, 3b) di uno stesso angolo │∆α│ per modificare un valore di passo │α│ di detta porzione di profilo aerodinamico (1).
  4. 4. Profilo aerodinamico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta porzione di profilo aerodinamico (1) coopera con terzi mezzi attuatori atti a fare ruotare integralmente detta porzione di profilo aerodinamico (1) intorno a detto asse di rotazione (R-R) per modificare │∆α│ un valore di passo │α│ di detta porzione di profilo aerodinamico (1).
  5. 5. Profilo aerodinamico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto profilo di supporto (3a, 3b) Ã ̈ almeno una centina sagomata per profilare una forma adeguata di detta porzione di profilo aerodinamico (1).
  6. 6. Profilo aerodinamico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto profilo di supporto (3a, 3b) sono strutturalmente uniti da almeno un longherone di supporto (7) coassiale a detto asse di rotazione (R-R).
  7. 7. Profilo aerodinamico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno una estremità di detto longherone (7) à ̈ operativamente connessa a detti terzi mezzi attuatori per consentire detta rotazione (–∆α, ∆α) di modifica di detto passo.
  8. 8. Profilo aerodinamico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto strato di materiale di rivestimento à ̈ in un materiale resistente e deformabile a torsione e a trazione/compressione.
  9. 9. Profilo aerodinamico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere composto da una pluralità di dette porzioni di profilo aerodinamico (1) vicendevolmente connesse e disposte in serie lungo un comune detto asse di rotazione (R-R).
  10. 10. Profilo aerodinamico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere una pala di elica aeronautica o di aerogeneratore.
  11. 11. Profilo aerodinamico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere un profilo alare.
  12. 12. Profilo aerodinamico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi attuatori sono tipo elettrico, elettromeccanico, piezoelettrico, pneumatico o SMA (Shape Memory Alloy).
  13. 13. Profilo aerodinamico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti primi e secondi mezzi attuatori applicano una attuazione di tipo lineare.
  14. 14. Profilo aerodinamico secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detti primi (5) e/o secondi mezzi attuatori comprendono almeno un attuatore lineare (9) avente una prima estremità (9a) connessa ad un relativo detto profilo di supporto ed una seconda estremità (9b) connessa a detto longherone (7).
  15. 15. Profilo aerodinamico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti primi e secondi mezzi attuatori applicano una attuazione tipo rotazionale.
  16. 16. Profilo aerodinamico secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detti primi (5) e/o secondi mezzi attuatori comprendono almeno un motore (11) solidale a detto profilo di supporto, detto motore (11) avente almeno una corona motrice (13) ingranante con almeno un settore (15) di corona condotta solidale a detto longherone (7) ed avente asse di rotazione coincidente con detto asse di rotazione (R-R).
  17. 17. Profilo aerodinamico secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detti primi (5) e/o secondi mezzi attuatori comprendono almeno un motore (17) solidale a detto longherone (7), detto motore (17) avente almeno una corona motrice (19) ingranante con almeno un settore (21) di corona condotta solidale a detto profilo di supporto ed avente asse di rotazione coincidente con detto asse di rotazione (R-R).
  18. 18. Profilo aerodinamico secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detti primi (5) e/o secondi mezzi attuatori comprendono almeno un motore (23) solidale a detto profilo di supporto, detto motore (23) avente almeno una corona motrice (25) ingranante con almeno una corona condotta (27) solidale a detto longherone (7) ed avente asse di rotazione coincidente con detto asse di rotazione (R-R), detto profilo di supporto cooperante con detto longherone (7) mediante l’interposizione di almeno due corone folli (29) connesse a detto profilo di supporto ed ingrananti detta corona condotta (27).
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