ITTO20130751A1 - Sistema di messa a punto di un'ala ad arco. - Google Patents

Description

Descrizione dell’Invenzione Industriale avente per titolo:

“Sistema di messa a punto di un’ala ad arco”.

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un sistema di messa a punto (set-up) di un’ala ad arco.

In particolare l’invenzione riguarda un sistema di misurazione di distanze in tempo reale collegato ad un sistema di correzione dell’assetto di un’ala ad arco.

Un’ala ad arco rientra in sistemi di estrazione di energia dal vento mediante ali ultraleggere, ad alta efficienza aerodinamica, sottoposte a carichi alari elevati, in modalità di tensostruttura.

Un’ala ad arco è soggetta a soli sforzi di pura tensione generando una portanza aerodinamica utile, allo stesso tempo, sia al mantenimento della propria forma che alla generazione di energia.

I termini usati in questo documento hanno il seguente significato.

Angolo di attacco (Angle of Attack) è l’angolo tra la corda alare di qualsiasi profilo aerodinamico ed il vento apparente. Per un ala ad arco l’angolo di attacco complessivo viene generalmente considerato come l’angolo tra il vento apparente e la linea media dei profili aerodinamici di corda nella sezione di campata centrale.

Centro di pressione (Centre of Pressure) è il punto in cui tutte le forze aerodinamiche generate da un profilo aerodinamico possono essere considerate agenti. Per profili alari di un’ala ad arco, il centro di pressione si trova tra il 10-20% della corda.

Linea di corda (Chord line) è una linea tracciata attraverso la sezione alare dal bordo anteriore al bordo di uscita.

Efficienza aerodinamica L/D (Lift to Drag ratio) è il rapporto tra le forze di portanza rispetto alle forze di resistenza sostenute ad una data velocità del vento.

Linea di carico (Load line) per un’ala ad arco è la linea da punta a punta passante per il centro di pressione di tutte le sezioni che compongono l’ala.

Orzata (Luffing) rappresenta la tendenza dell’angolo di attacco di un’ala ad arco a diventare improvvisamente negativo.

Resistenza a stallo (Resistance to stalling): è auspicabile che ali ad arco abbiano una bassa velocità di stallo e che possano recuperare da eventuale stallo con minimo incremento del vento apparente.

La forma di queste ali è approssimativamente semicircolare nel piano perpendicolare alla direzione del vento apparente.

I limiti della capacità di un’ala ad arco di rispondere ai cambiamenti delle condizioni di vento apparente hanno una grande incidenza sulla utilità funzionale, soprattutto di un suo utilizzo in campo energetico.

Tali limiti sono: lo stallo, il sopravento ed il collasso delle spalle dell’ala (stalling, luffing, shoulder collapsing).

Il problema del controllo automatico in tempo reale di un’ala sostenuta dal vento è affrontato dal brevetto US6260795, in cui si descrive l’uso di sensori piezoelettrici, attuatori e software progettati per imitare, in tempo reale, le reazioni dei voli aerodinamici di un uccello in condizioni di vento estreme.

In vista dello stato della tecnica, scopo della presente invenzione è quello di proporre un’ala ad arco capace di correggere il proprio assetto durante il volo mediante un sistema retro azionato.

In accordo alla presente invenzione, detto scopo viene raggiunto mediante un’ala ad arco ad alta efficienza aerodinamica, formata da un tratto di arco centrale collegato a coppie di briglie mediante una coppia di spalle, caratterizzata dal fatto che, un sistema di rilievo misura la differenza di quote significative, per determinare in tempo reale la forma dell’ala.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell’invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un Sistema di messa a punto di un’ala ad arco come quello descritto nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione.

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 figura 1 mostra una vista assonometrica di un’ala ad arco munita di pannelli con aerofreni; la figura 2 mostra una vista assonometrica di un’ala ad arco munita di piani di coda a fusoliera;

le figure 3 a, 3 b, mostrano uno schema di configurazione geometrica di un’ala ad arco in due fasi temporali;

le figure 4 a, 4 b, 4 c, mostrano uno schema di misurazione di distanze in tempo reale collegato ad un sistema di correzione dell’assetto di un’ala ad arco oggetto di invenzione;

la figura 5 mostra uno schema di un sistema di misura della distanza e di trasmissione di segnali ad ultrasuoni mediante un modulo RF installato nei pannelli a bordo ala;

la figura 6 mostra un sensore ad ultrasuoni di tipo spaziale usato nel sistema di misura di figura 6.

Un’ala ad arco 1 comprende briglie di comando 11, 12, collegate in diversi punti per governare l’ala durante il volo e controllare l’angolo di attacco.

L’ala ad arco 1 è formata da un tratto di arco centrale 13 collegato alle briglie 11, 12, mediante due tratti di arco 14 eventualmente prolungati con un tratto tangente rastremato (non raffigurato).

Ciascun tratto formato dall’arco 14 ed eventualmente dal rispettivo tratto tangente rastremato costituisce una spalla dell’ala ad arco 1.

Ciascuna spalla sostiene un pannello 2 il quale comprende un aerofreno 21 formato da un deflettore o diruttore di flusso (spoiler). Ciascun aerofreno 21 genera una forza resistente permettendo di introdurre un momento di imbardata utile per ripristinare la reattività di manovra dell’ala ad arco 1.

Un sistema ottico 4 comprende una microcamera 41 ed un bersaglio 42, rispettivamente montati sulla coppia di pannelli 2 (figure 4 a, 4 b, 4 c).

Il sistema ottico 4 permette di misurare in tempo reale la differenza di quote, d1-d1’, d2-d2’, di parametri significativi della variazione della forma dell’ala 1 (figura 3).

Quest'applicazione è stata pensata per trovare gli spostamenti relativi delle due spalle e, attraverso l'utilizzo degli aerofreni 21, per correggere opportunamente l'assetto dell'ala ad arco 1 riportandola in condizioni di massima efficienza.

La microcamera 41 montata su uno dei due pannelli 2 punta il bersaglio 42 posto sul secondo pannello 2. Per mezzo dell'elaborazione dei dati da parte di un processore applicato nel pannello 2 si trovano gli spostamenti relativi, d1-d1’, d2-d2’, necessari per formulare il comando di retroazione agente sugli aerofreni 21 in modo da riportare l'ala 1 in configurazione ideale.

Il sistema ottico 4 permette di manovrare un’ala ad arco 1 munita di piani di coda servoassistiti 3, intervenendo sia sull’angolo di attacco del tratto di ala centrale 13, sia su quello delle due spalle (figura 2). Mediante il sistema ottico 4 si effettua una misura geometrica della distanza e del parallelismo delle spalle, dopodiché si impone un angolo di beccheggio di ciascun piano di coda servoassistito 3 ottenendo il corretto angolo di attacco del tratto di ala centrale 13, svolgendo in tal modo la stessa funzione del cambiamento di lunghezza delle briglie posteriori. Allo stesso modo si effettua una misura geometrica della distanza e del parallelismo delle spalle, dopodiché si impone un angolo di rollio per ciascun piano di coda servoassistito 3 ottenendo il corretto angolo di attacco di ciascuna spalla, permettendo di modificare la forma dell'ala, svolgendo in tal modo la stessa funzione del cambiamento asimmetrico o di forma dell’ala ad arco 1.

Un’alternativa al sistema ottico 4 è rappresentata da un modulo di misura della distanza 5 basato sull’uso di un sensore ad ultrasuoni 51 e nella trasmissione di segnali ad ultrasuoni mediante un modulo RF installato nel pannello 2 e in grado di trasmettere e ricevere segnali radio in frequenza (figure 5, 6).

Sia il sensore 51 che il modulo RF sono installati nel rispettivo pannello 2.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Ala ad arco (1) ad alta efficienza aerodinamica, formata da un tratto di arco centrale (13) collegato a coppie di briglie (11, 12) mediante una coppia di spalle (14), caratterizzata dal fatto di comprendere un sistema di rilievo (4, 5) atto a misurare la differenza di quote significative (d1-d1’), (d2-d2’), per determinare in tempo reale la forma dell’ala (1).
2. 2. Ala ad arco (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il sistema di rilievo (4, 5) è alloggiato in pannelli (2) fissati a ciascuna spalla (14).
3. 3. Ala ad arco (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il sistema di rilievo (4) comprende una microcamera (41) ed un bersaglio (42).
4. 4. Ala ad arco (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il sistema di rilievo (5) comprende un sensore ad ultrasuoni (51) ed un modulo RF di ricetrasmissione di segnali radio in frequenza.
5. 5. Ala ad arco (1) secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che ciascun pannello (2) è munito di un aerofreno (21) azionato in funzione dei parametri misurati mediante il sistema di rilievo (4, 5).
6. 6. Ala ad arco (1) secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che l’aerofreno (21) è un diruttore.
7. 7. Ala ad arco (1) secondo una delle precedenti rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto che, su ciascuna spalla (14), vengono collocati dei piani di coda servoassistiti (3) per modificare l’assetto dell’ala ad arco (1) in funzione dei parametri di misura del sistema di rilievo (4, 5).