TITOLO: “Gondola motore per un aeromobile, dotata di un sistema integrato di protezione antighiaccio ed assorbimento acustico”
* ;;DESCRIZIONE ;Settore tecnico ;La presente invenzione si riferisce ad una gondola motore per un aeromobile, dotata di un sistema integrato di protezione antighiaccio ed assorbimento acustico. ;Sfondo tecnologico ;Nel settore aeronautico sono note gondole motore (definite in lingua inglese con il termine “nacelle”), vale a dire involucri sostanzialmente anulari presentanti un profilo aerodinamico ed atti a contenere al loro interno un gruppo propulsore di un aeromobile. ;Da una parte, i gruppi propulsori utilizzati in ambito aeronautico sono generalmente costituiti da svariate parti e componenti che contribuiscono in maniera significativa al rumore generato sia in termini di livelli che di frequenze da attenuare. Pertanto, le gondole motore sono tipicamente dotate di elementi per l’assorbimento acustico (anche denominati nel settore “pannelli acustici”) destinati ad essere montati su componenti aeronautici, e realizzati per attenuare il rumore che viene tipicamente generato durante l’esercizio dell’aeromobile. ;Dall’altra parte, durante l’utilizzo della gondola motore, tende generalmente a formarsi del ghiaccio, in particolare in corrispondenza del bordo di attacco (denominato in lingua inglese come “lip”), principalmente a causa della presenza di flussi di aria a bassa temperatura. Questa situazione può provocare numerosi e nocivi inconvenienti, ad esempio, le formazioni di ghiaccio possono innanzitutto pregiudicare l’aerodinamica della gondola motore, e quindi del velivolo stesso, ed inoltre possono distaccarsi durante il volo ed impattare con i componenti del gruppo propulsore alloggiato, compromettendo la sicurezza del velivolo. Per questo motivo, sulle gondole motore sono previsti dispositivi antighiaccio (denominati in lingua inglese con il termine “anti-icing devices”) destinati ad apportare calore nella gondola motore, in maniera tale da contrastare la formazione di ghiaccio sulla sua superficie. ;Tradizionalmente nel settore aeronautico sono impiegati dispositivi antighiaccio che prevedono essenzialmente accorgimenti di tipo pneumatico, convogliando il flusso di aria calda generata dal motore e tendente ad uscire dalla gondola motore verso il suddetto bordo di attacco o lip. A questo riguardo vengono generalmente impiegati condotti del tipo cosiddetto “D-duct” realizzati in una intercapedine anulare definita fra una doppia parete della cappottatura, in corrispondenza del bordo di attacco o lip della gondola motore. Ad esempio, è ampiamente noto in questo campo tecnico introdurre nell’intercapedine definita dal suddetto condotto un elemento tubolare che si sviluppa anularmente al suo interno e che è dotato lateralmente di una pluralità di ugelli dai quali viene erogata l’aria calda che a sua volta viene prelevata attraverso opportuni passaggi ricavati nella gondola motore. La tipologia di tubi sopra indicata è nel settore conosciuta con il termine inglese di “Piccolo tube”. L’aria calda erogata determina la prevenzione della formazione di ghiaccio, in quando essa determina la completa evaporazione dell’acqua che impattano sul bordo di attacco o lip della gondola motore. ;p Il brevetto statunitense US 7,291,815 riguarda un sistema integrato atto a svolgere contemporaneamente la funzione di protezione antighiaccio e di assorbimento acustico in una gondola motore di un velivolo. ;Fra le forme di realizzazione illustrate nel brevetto statunitense sopra citato, viene descritta una gondola motore realizzata secondo il preambolo della annessa rivendicazione indipendente, vale a dire che presenta un involucro o cappottatura (denominata in lingua inglese con il termine “cowling”) avente una sagoma sostanzialmente tubolare e comprendente: ;- una parete laterale radialmente esterna e una parete laterale radialmente interna, e ;- un bordo di attacco o lip situato frontalmente che congiunge radialmente dette pareti; ;detto sistema includendo una struttura a pannello avente: ;- mezzi elettricamente conduttori atti a generare calore quando attraversati da corrente elettrica, e ;- uno strato attenuatore acustico. ;Nel suddetto brevetto americano, il sistema a pannello viene ubicato frontalmente sulla gondola motore, conformandolo al di sopra del bordo di attacco o lip della cappottatura. In questo modo, il suddetto dispositivo è dunque in grado di svolgere un’attenuazione acustica delle onde sonore incidenti, oltre a sostituire la funzione dei dispositivi antighiaccio pneumatici di tipo tradizionale. Sintesi dell’invenzione ;Uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare una gondola motore di tipo perfezionato. ;Secondo la presente l’invenzione, questo ed altri scopi vengono raggiunti mediante un elemento per l’assorbimento acustico secondo l’annessa rivendicazione indipendente. ;E’ da intendersi che le annesse rivendicazioni costituiscono parte integrante degli insegnamenti tecnici qui forniti nella presente descrizione in merito all’invenzione. In particolare, nelle annesse rivendicazioni dipendenti sono definite alcune forme di realizzazione preferite della presente invenzione che includono caratteristiche tecniche opzionali. ;Breve descrizione dei disegni ;Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui: - la figura 1 è una vista in sezione longitudinale di una forma di realizzazione esemplificativa di una gondola motore secondo la presente invenzione; ;- la figura 2 è una vista schematica prospettica e parzialmente esplosa di un sistema integrato per la protezione antighiaccio e l’assorbimento acustico recato dalla gondola motore mostrata nella figura 1; e ;- la figura 3 è una vista prospettica e parziale di una ulteriore forma di realizzazione di una gondola motore secondo la presente invenzione. ;Descrizione dettagliata dell’invenzione ;Con riferimento in particolare alla figura 1, è indicata nel suo complesso con 10 una forma di realizzazione esemplificativa di un sistema integrato per la protezione antighiaccio e l’assorbimento acustico. ;Come visibile nella figura 1, in questa forma di realizzazione, il sistema integrato 10 è destinato ad essere montato su una gondola motore N (definita in lingua inglese con il termine “nacelle”). ;Con riferimento in particolare alla forma di realizzazione illustrata nella figura 2, il suddetto sistema integrato 10 comprende una struttura a pannello 12 avente: ;- mezzi elettricamente conduttori 22 atti a generare calore quando attraversati da corrente elettrica, e ;- uno strato attenuatore acustico, ad esempio uno strato alveolare 18 definente una struttura reticolare che presenta una pluralità di celle cave 20 atte a far risuonare all’interno delle loro pareti laterali le onde sonore incidenti sul sistema 10. ;Preferibilmente il sistema integrato 10 comprende: ;- uno strato esposto 14 situato operativamente nella gondola motore N in posizione radialmente più interna, e che è, almeno in una sua regione, acusticamente permeabile (in particolare, è in grado di essere attraversato da una porzione prevalente delle onde sonore incidenti su di esso) - uno strato non esposto 16 situato operativamente nella gondola motore N in posizione radialmente più esterna, che è portante e sostanzialmente fonoriflettente (in particolare, è in grado di riflettere una porzione prevalente delle onde sonore incidenti su di esso). ;Lo strato non esposto 16 è dunque atto a svolgere una funzione di sostegno strutturale, in modo tale da consentire che la struttura a pannello 12 sia in grado di mantenere complessivamente la forma o il profilo desiderato quando è installata su una gondola motore N. Ad esempio, lo strato non esposto 16 può essere realizzato di materiale composito, quale un materiale avente una matrice di resina epossidica con un rinforzo includente fibra di vetro. Eventualmente lo strato non esposto 16 può anche includere fogli o porzioni di materiale isolante, in maniera tale da evitare che la corrente elettrica passante attraverso i mezzi 22 possa in qualche modo propagarsi attraverso regioni indesiderate della cappottatura C della gondola motore N. ;Nella forma di realizzazione illustrata, lo strato attenuatore acustico 18 è interposto a sandwich fra lo strato esposto 14 e lo strato non esposto 16. In particolare quando lo strato attenuatore acustico include uno strato alveolare 18, esso è in grado di far risuonare le onde sonore entranti attraverso lo strato esposto 14 e riflesse dallo strato non esposto 16, realizzando in questo modo un’attenuazione acustica. ;In questo settore tecnico lo strato esposto 14 e lo strato non esposto 16 vengono anche denominati in lingua inglese come “face-sheet” e rispettivamente “back-sheet”. ;In particolare, quando il sistema integrato 10 viene abbinato alla gondola motore N, i mezzi elettricamente conduttori 22 sono in grado di operare, nell’uso, come un dispositivo antighiaccio, in modo tale da riscaldare la gondola motore N, contrastando l’insorgere degli inconvenienti che derivano dalla formazione di ghiaccio al suo interno. ;Come sarà più dettagliatamente nel seguito descritto, l’introduzione del suddetto sistema integrato 10 in una gondola motore N permette una conveniente flessibilità progettuale. Infatti quando una gondola motore N viene progettata affinché la parete laterale radialmente interna IB della cappottatura C porti il sistema integrato 10, è possibile prevedere che, in tale gondola motore N: ;- sia omesso un dispositivo antighiaccio dedicato di tipo pneumatico, tipicamente installato in corrispondenza del bordo di attacco o lip L, allo scopo di ovviare almeno in parte agli inconvenienti concernenti ingombri, peso e degrado di prestazionale; o ;- sia incluso, in aggiunta ai mezzi elettricamente conduttori 22, tale dispositivo antighiaccio dedicato di tipo pneumatico (ad esempio, del tipo precedentemente descritto nella discussione relativa allo sfondo tecnologico), al fine di incrementare l’azione riscaldante complessivamente esercitata nella gondola motore N stessa. ;Qualora il bordo di attacco o lip L sia sprovvisto del dispositivo antighiaccio di tipo pneumatico, è chiaramente preferito che la struttura a pannello 12 del sistema 10 si estenda fino a costituire il bordo di attacco o lip stesso L, allo scopo di fornirvi un riscaldamento localizzato grazie ai mezzi elettricamente conduttori 22. ;Preferibilmente i mezzi 22 sono integrati nella struttura a pannello 12. Più preferibilmente i mezzi 22 sono integrati nello strato esposto 14. ;I mezzi elettricamente conduttori 22 includono materiale elettricamente conduttore predisposto per essere attraversato da una corrente elettrica in modo tale da erogare potenza termica, particolarmente radialmente verso l’interno della gondola motore N. ;In una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, lo strato esposto 14 comprende un foglio di materiale composito acusticamente poroso, vale a dire permeabile od attraversabile dalle onde sonore incidenti. Il suddetto foglio di materiale composito comprende una matrice in cui è annegato un rinforzo includente il suddetto materiale elettricamente conduttore che compone il dispositivo riscaldatore. ;Preferibilmente la suddetta matrice è realizzata di materiale elettricamente isolante. ;Esemplificativamente il materiale elettricamente conduttore che compone il suddetto rinforzo comprende corpi allungati o fibre di materiale elettricamente conduttore, ad esempio fibre carbonio, in grado di essere attraversate da una opportuna corrente elettrica, fornita da un generatore elettrico esterno in modo controllato secondo criteri prestabiliti. ;Opzionalmente il suddetto rinforzo comprende una pluralità di corpi allungati o fibre del suddetto materiale elettricamente conduttore, le quali possono essere organizzate secondo uno schema predeterminato (ad esempio, a maglie oppure definenti anelli sostanzialmente centrati intorno all’asse della cappottatura C della gondola motore N) oppure orientate secondo una disposizione sostanzialmente casuale. ;A titolo di esempio, la struttura integrata 10 può essere progettata per realizzare un riscaldamento suddiviso in zone della parete laterale interna IB della cappottatura C, per ottenere una temperatura sostanzialmente complessivamente omogenea ed ottimizzare la potenza elettrica di riscaldamento erogata. Ad esempio, la densità dei corpi allungati o fibre presenti nello strato esposto 14 può essere decrescente assialmente dalla regione del bordo di attacco o lip L verso regione del gruppo propulsore (in particolare della ventola F), in maniera tale da apportare, a parità di tensione erogata dal generatore elettrico, maggiore calore in vicinanza del tratto frontale dalle cappottatura e minore calore in prossimità del gruppo propulsore. In alternativa, per ottenere un effetto analogo è possibile invece prevedere lungo lo strato esposto 14 sostanzialmente la medesima densità di corpi allungati o fibre, ma progettare connessioni elettriche con il generatore elettrico atte a fornire una tensione maggiore in prossimità del bordo di attacco o lip L, tendenzialmente più fredda, ed una tensione minore in prossimità del gruppo propulsore, tendenzialmente più caldo. ;In una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione, lo strato esposto 14 è ulteriormente coperto, almeno in una sua parte, da un rivestimento 24 di materiale resistente alla corrosione. Preferibilmente il suddetto rivestimento 24 può presentare una pluralità di perforazioni, ad esempio microfori, atte a renderlo acusticamente poroso in maniera analoga allo strato esposto 14 sottostante. In alternativa a quanto sopra, il foglio di materiale metallico comprende – e preferibilmente è costituito da – una rete a maglie fini. ;Ad esempio, il suddetto rivestimento 24 resistente alla corrosione può essere realizzato con almeno uno dei materiali selezionato dall’insieme costituito da: lega di alluminio e lega di titanio opportunamente trattate, ed acciaio inossidabile. Come sarà più dettagliatamente descritto nel seguito questa caratteristica è particolarmente, ma non esclusivamente, apprezzabile nel caso in cui la struttura a pannello 12 sia applicata in una gondola motore N in sostituzione dei dispositivi di riscaldamento pneumatico di tipo tradizionale incorporati del bordo di attacco L dell’ingresso I cappottatura C, ad esempio nel caso secondo la configurazione mostrata nella figura 3. In particolare il suddetto rivestimento 24 contribuisce a contrastare fenomeni di corrosione innescabili sullo strato esposto 14 della struttura a pannello 12, in particolare qualora lo strato esposto 14 sostituisca - o rivesta - almeno in parte anche il bordo di attacco L dell’ingresso I definito dalla cappottatura C. ;Il rivestimento 24 può estendersi sull’intero strato esposto 14 della struttura a pannello 12, definendone dunque l’intera superficie operativamente situata in posizione radialmente più interna della cappottatura C. In alternativa il rivestimento 24 può anche soltanto estendersi sulla parte di strato esposto 14 che si trova in corrispondenza del bordo di attacco L, costituendolo o rivestendolo. ;Per quanto riguarda la fabbricazione del sistema integrato 10, la struttura a pannello 12 (includente i mezzi elettricamente conduttori 22) è preferibilmente realizzata in un unico pezzo, senza l’uso giunzioni, ad esempio utilizzando un procedimento analogo a quello descritto nel documento brevettuale EP 2 017 077 A2 di titolarità della medesima Richiedente. ;In particolare, la struttura a pannello 12 è realizzabile mediante un procedimento produttivo comprendente una fase di laminazione dello strato esposto 14 (includente i mezzi elettricamente conduttori 22, ad esempio preliminarmente realizzato integrato od annegato all’interno di esso), una fase di applicazione dello strato a nido d’ape 18 sullo strato esposto 14, una fase di laminazione dello strato non esposto 16, una fase di polimerizzazione (in particolare, una cosiddetta fase di “co-curing”) dell’assieme formato dagli strati sovrapposti 14, 16, 18 ed eventuale perforazione dello strato esposto 14 - eventualmente a sua volta almeno parzialmente coperto dal rivestimento 24 - per renderlo acusticamente permeabile od attraversabile. ;Nella figura 1 il sistema integrato 10 è mostrato montato sulla gondola motore N. ;In questa forma di realizzazione, la gondola motore N comprende un involucro o cappottatura C (denominata in lingua inglese con il termine “cowling”) di forma aerodinamica. In particolare, la cappottatura C ha una sagoma sostanzialmente tubolare, ad esempio una forma a barile o botte. Preferibilmente, la cappottatura presenta una sezione longitudinale definente un profilo aerodinamico di forma alare. ;Più in dettaglio la cappottatura C presenta un ingresso o presa d’aria I (denominato in lingua inglese con il termine “inlet”) da cui si sviluppa una cavità passante che si estende in una direzione sostanzialmente assiale. ;La struttura della cappottatura C include una parete laterale radialmente esterna OB e una parete laterale radialmente interna IB denominate nel settore rispettivamente “outer barrel” ed “inner barrel”. La parete laterale esterna OB e la parete laterale interna IB definiscono rispettive forme sostanzialmente cilindriche radialmente distanziate e racchiudono fra di loro una intercapedine o spazio anulare. ;Nella cappottatura C, attraverso la cavità passante ed a valle dell’ingresso I, è alloggiato un gruppo di propulsione del tipo a getto che è atto a ricevere aria dalla presa d’aria, accelerandola in modo tale da generare una spinta. In particolare il gruppo di propulsione è progettato come una struttura del tipo a turbo ventola (o cosiddetto “turbo-fan”), vale a dire comprendente: ;- una ventola F (denominata in lingua inglese con il termine “fan”) prevista per accelerare il flusso d’aria entrante attraverso l’ingresso I, e ;- un motore E situato a valle della ventola F. ;Nella forma di realizzazione illustrata è visibile che fra la cappottatura C e il motore E è definita una regione anulare o condotto di by-pass D strutturato per convogliare la frazione di aria passante dalla ventola F che non è destinata ad attraversare il motore E. ;Chiaramente, la struttura ed il funzionamento del suddetto gruppo di propulsione schematicamente illustrato nella figura 1 sono di per sé noti nel settore e, per motivi di brevità, non saranno qui di seguito ulteriormente descritti in dettaglio. Nella suddetta figura i flussi d’aria che attraversano la gondola motore sono mostrati a puro titolo esemplificativo con una serie di frecce. ;Come già in parte precedentemente accennato, l’ingresso I prevede un bordo di attacco o lip L definito dal congiungimento fra suddetta parete laterale esterna OB (“outer barrel”) e la suddetta parete laterale interna IB (“inner barrel”). In particolare, il bordo di attacco o lip L presenta una sezione assiale definente una forma a C la cui cavità è rivolta all’indietro. ;Quando il sistema 10 viene adottato nella gondola motore N, la parete laterale interna IB presenta il suddetto sistema 10. In particolare, la struttura a pannello 12 è portata dalla parete laterale interna IB e, in modo preferito, è inclusa nella parete laterale interna IB e, ancor più preferibilmente, costituisce almeno una porzione della suddetta parete laterale interna IB. Chiaramente, nell’uso in abbinamento con la gondola motore N, la struttura a pannello 12 presenta lo strato esposto 14 rivolto verso l’interno, vale a dire affacciato alla cavità interna definita dalla parete laterale interna IB della cappottatura C. ;Nella configurazione mostrata a titolo di esempio nella figura 1, la suddetta struttura a pannello 12 termina prima del bordo di attacco L dell’ingresso I, in quanto tale bordo di attacco L alloggia un dispositivo di riscaldamento pneumatico H nell’intercapedine o canale anulare (costituente un cosiddetto “D-duct”) definito fra le pareti laterali IB, OB della cappottatura C (particolarmente anche delimitata posteriormente da una paratia B che nel settore è denominata in lingua inglese con il termine “bulkhead”). ;In questo modo, la gondola motore N esemplificativamente illustrata nella figura 1 è dotata di un sistema di riscaldamento “ibrido”, in cui coesistono un dispositivo di riscaldamento pneumatico H di tipo tradizionale (in particolare, del tipo “Piccolo tube”) e i mezzi elettricamente conduttori 22 portati dall’elemento 10. Questa configurazione si rivela essere utile per ottenere un riscaldamento con prestazioni superiori rispetto a quanto noto nel settore, particolarmente in caso di entrata in vigore nel settore aeronautico di norme più vincolanti in tal senso (ad esempio, in condizioni cosiddette “Supercooled Large Droplet Icing Conditions”). ;Nella forma di realizzazione mostrata nella figura 1, la porzione di parete costituita dalla struttura a pannello 12 termina prima della regione della gondola motore N in cui è alloggiata la ventola F. Tuttavia in ulteriori varianti di realizzazione, tale porzione di parete può estendersi fino alla suddetta regione in maniera tale da circondare la ventola F. ;Con riferimento in particolare alla figura 3, è illustrata una gondola motore N alternativa rispetto a quella illustrata nella figura 1. La suddetta gondola motore N prevede che nella sua parete laterale interna IB ;A 5794 (inner barrel) l’elemento 10 con la sua struttura a pannello 12 si estenda fino ad essere portata dal bordo di attacco L, preferibilmente fino ad essere inclusa nel bordo di attacco L, e più preferibilmente fino a costituire almeno in parte il bordo di attacco L stesso. In questo modo, l’elemento 10 è in grado di operare come un sistema di tipo “running-wet”, in cui le particelle d’acqua derivanti da fusione di ghiaccio presente all’interno della cappottatura C vengono mantenute allo stato liquido sostanzialmente per tutta l’estensione della presa d’aria I fino alla ventola F e vengono successivamente espulse dalla ventola F stessa. ;Opzionalmente e come sopra accennato, qualora almeno una porzione dello strato esposto 14 contribuisca a definire il bordo di attacco L, tale porzione è realizzata o rivestita di un materiale resistente alla corrosione, ad esempio almeno uno dei materiali selezionato dall’insieme costituito da: lega di alluminio e lega di titanio opportunamente trattate, ed acciaio inossidabile. ;In modo preferito, la struttura a pannello 12 costituisce la porzione di parete laterale interna IB che si estende dal bordo di attacco L fino a raggiungere la regione in cui è alloggiata la ventola F. Ad esempio, la struttura di pannello 12 che costituisce la porzione di parete laterale interna IB definisce il bordo di attacco L e, in particolare, può circondare la ventola F. ;In modo ancor più preferito, la struttura a pannello 12 costituisce l’intera parete laterale interna IB della cappottatura C e il bordo di attacco L, realizzando tutto l’assieme in un unico pezzo. Mediante queste caratteristiche è possibile ottenere una semplificazione nel procedimento di fabbricazione complessivo della gondola ;A 5794 motore stessa, oltre che un’estensione dell’area che garantisce una attenuazione acustica. ;Secondo alcune analisi condotte da parte della Richiedente, sono stati constatati vari vantaggi prestazionali dovuti all’elemento 10 secondo la presente invenzione. ;Ad esempio, la riduzione di peso passando dall’uso di un dispositivo antighiaccio pneumatico di tipo tradizionale all’adozione di un dispositivo riscaldatore elettrico incorporato nel sistema integrato 10 secondo la presente invenzione può raggiungere circa il 90%, mentre per l’intero L dell’ingresso I tale riduzione di peso può raggiungere circa il 20%. ;Ulteriormente la riduzione di potenza necessaria per evitare la presenza di ghiaccio passando dal dispositivo antighiaccio pneumatico di tipo tradizionale (operante per provocare l’evaporazione sostanzialmente completa delle particelle d’acqua incidenti sul bordo di attacco L) al dispositivo riscaldatore elettrico incorporato nel sistema integrato 10 secondo la presente invenzione (agente invece come un sistema “running-wet” per mantenere le suddette particelle d’acqua ad una temperatura compatibile con il loro stato liquido) può raggiungere circa il 23% per una gondola motore N di media grandezza. ;In particolare in questo modo è anche possibile estendere alla struttura del bordo di attacco L i benefici associati alla tecnologia cosiddetta “zero-splice liner”, finora soltanto impiegata sulle strutture a pannello degli elementi per l’assorbimento acustico di tipo noto nel settore. ;Alla luce di quanto sopra esposto, secondo una forma di realizzazione vantaggiosa dell’invenzione, il sistema 10 – in particolare con la sua struttura a pannello 12 _- può costituire interamente la suddetta parete laterale radialmente interna IB, realizzandola in un sol pezzo. Inoltre, secondo una ulteriore forma di realizzazione vantaggiosa dell’invenzione, il sistema 10 – in particolare con la sua struttura a pannello 12 – può costituire interamente la suddetta parete laterale radialmente interna IB congiuntamente al bordo di attacco o lip L, realizzandoli entrambi in un sol pezzo. Pertanto, in entrambe le suddette forme di realizzazione, la parete radialmente interna IB, eventualmente con il bordo di attacco o lip L, è realizzata in modo strutturalmente continuo, con sostanziali vantaggi in particolare dal punto di vista strutturale dell’intera gondola motore. ;Naturalmente, fermo restando il principio dell’invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni. *