PT2014551E - Dispositivo e método para proteger um componente de uma aeronave da colisão com objectos voadores - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "DISPOSITIVO E MÉTODO PARA PROTEGER UM COMPONENTE DE UMA AERONAVE DA COLISÃO COM OBJECTOS VOADORES" O presente invento está relacionado com um dispositivo e método para proteger um componente de uma aeronave da colisão com objectos voadores.

Conforme é sabido, os componentes essenciais para sustentar uma aeronave, como sejam os componentes do motor, têm que ser protegidos dos danos causados pela colisão com, e possivel sucção de, objectos voadores contundentes, como sejam pássaros.

Mais especificamente, a regulamentação de certificação que rege certas categorias de aeronaves requer que, no caso da ocorrência de danos num componente do motor causados pela colisão com um pássaro, a aeronave seja capaz de manter o voo por tempo suficiente para alcançar uma zona de aterragem.

Consequentemente, as aeronaves são ensaiadas para certificação de modo a assegurar que os componentes do motor mantém um determinado grau de eficiência no caso de colidirem com um pássaro.

Para impedir danos nos componentes do motor e cumprir os requisitos dos ensaios de certificação, foram propostos dispositivos de protecção dos componentes do motor, que compreendem substancialmente um escudo em forma de ogiva em torno do componente do motor e colocado num elemento de suporte fixo do componente do motor. 2 0 escudo tem que ser particularmente espesso, e por conseguinte pesado, para resistir à colisão com um pássaro e por isso impedir pelo menos de forma parcial danos ao componente do motor.

Estes escudos são por conseguinte não satisfatórios, por aumentarem bastante o peso global da aeronave e por isso prejudicarem o desempenho e aumentarem o consumo.

Sente-se uma necessidade de reduzir o peso destes escudos, enquanto que ao mesmo tempo se garante protecção suficiente, conforme demonstrado pelos ensaios de certificação dos componentes do motor, para manter a aeronave em voo por um periodo de tempo predeterminado em caso de colisão com um pássaro, e assim cumprir com os requisitos da regulamentação de certificação.

Os documentos DE-A-102004 018 585, US 6,089,824 e US 4,261,168 divulgam dispositivos de protecção de componentes de aeronaves contra a colisão conforme definido no preâmbulo da reivindicação 1. É um objectivo do presente invento fornecer um dispositivo de protecção directo de baixo custo, concebido para satisfazer a necessidade acima em ligação com os supracitados dispositivos de protecção conhecidos.

De acordo com o presente invento, é fornecido um dispositivo de protecção contra colisões nos componentes de aeronaves, conforme reivindicado na Reivindicação 1. 3

Uma forma de realização não limitativa, preferida, do presente invento será descrita para servir de exemplo fazendo referência aos desenhos juntos, nos quais: A Figura 1 mostra uma vista da parte traseira de um dispositivo de protecção de acordo com o invento; A Figura 2 mostra um detalhe da Figura 1; A Figura 3 mostra um outro detalhe da Figura 1;

As Figuras 4 a 9 mostram vistas em perspectiva de fases sucessivas da colisão de um pássaro com o dispositivo da Figura 1;

As Figuras 10 e 11 mostram vistas laterais e frontais, respectivamente, do dispositivo da Figura 1 após a colisão com um pássaro;

As Figuras 12 a 17 mostram vistas em perspectiva de fases sucessivas da colisão de um pássaro com um dispositivo de protecção de comparação empregue pelo Requerente para avaliar o desempenho do dispositivo de protecção de acordo com o invento;

As Figuras 18 e 19 mostram vistas laterais e frontais, respectivamente, da comparação do dispositivo de protecção após a colisão com um pássaro.

Fazendo referência às Figuras 1 a 11, o número 1 indica um dispositivo de protecção contra colisões para um componente de uma aeronave (não mostrado), por exemplo um motor tendo um eixo e uma cobertura. O dispositivo 1 compreende vantajosamente um escudo 2 rodando em torno de um eixo A e sujeito à colisão com um pássaro 9 (apenas mostrado esquematicamente nas Figuras 4 a |í| e um dispositivo de desvio 8 também sujeito à colisão com o pássaro 9 colidindo com o escudo, e que, nesse caso, 4 estão concebidos para reduzir o momento do pássaro 9 ao longo do eixo A e desviar o pássaro 9 radialmente em relação ao eixo A.

Mais especificamente, o escudo 2 tem forma de ogiva para definir uma cavidade 5 alojando o motor, e está fixado a um eixo do motor para rodar na mesma direcção que o eixo em torno do eixo A conforme indicado nos desenhos. 0 escudo 2 compreende uma superfície 3 sujeita a colisão com o pássaro 9 e está voltado para o lado exterior da aeronave quando em utilização; e, no lado oposto à superfície 3, uma superfície 6 suportando o dispositivo de desvio 8. 0 dispositivo de desvio 8 compreende um número de - no exemplo mostrado, nove - filetes 4 projectando-se desde a superfície 6 do escudo 2 numa direcção transversal em relação ao eixo A.

Mais especificamente, cada filete 4 compreende uma extremidade 10 fixada à superfície 6 do escudo 2, e uma extremidade 11 oposta à extremidade 10.

Cada filete 4 compreende uma parede 12 e uma parede 13 (apenas mostradas na Figura 2) as quais se estendem entre uma aresta comum 15 e as respectivas arestas 17, 16.

As arestas 15, 16, 17 são curvas, para que as paredes 12, 13 também sejam curvas. A curvatura das arestas 15, 16, 17 transmite uma forma côncava a cada filete 4 na direcção de rotação do escudo 2. 5

Conforme é mostrado nas Figuras 2 e 3, cada filete 4 tem a forma de um L na secção transversalmente à direcção da sua extensão curva, por isso as paredes 12, 13 são perpendiculares entre si em cada ponto ao longo da secção transversal do filete 4. A distância entre as arestas 15, 16 e 15, 17, e por conseguinte a largura das paredes 13, 12 e a dimensão de cada filete 4, diminui desde a extremidade 10 até à extremidade 11. A espessura das paredes 12, 13 é de forma a maximizar a redução no momento ao longo do eixo A e o desvio radial do pássaro 9, sem exceder um dado peso total do escudo 2.

Cada filete 4 está torcido, desde a respectiva extremidade 11, na direcção de rotação do escudo 2.

Por outras palavras, a extremidade 10 de cada filete 4 precede de forma angular a extremidade 11 do mesmo filete 4 na direcção de rotação do escudo 2 e dos filetes 4.

Os filetes 4 estão de forma angular igualmente espaçados no interior da cavidade 5.

Por outras palavras, os filetes 4 estão dispostos no interior da cavidade 5 para que as extremidades 10, 11 e os pontos correspondentes dos filetes 4 adjacentes estejam afastados a mesma distância angular em relação ao eixo A.

Cada filete 4 está separado do filete 4 adjacente por uma cavidade 14. 6

Cada cavidade 14 diminui em dimensão desde as extremidades 10 até às extremidades 11 dos dois filetes 4 adjacentes.

Os filetes 4 e o escudo 2 são preferencialmente feitos de material compósito.

As Figuras 12 a 19 mostram um dispositivo de protecção 25 sem dispositivo de desvio 8, e que foi utilizado como referência pelo Requerente para simulações numéricas para avaliar a eficiência do dispositivo de desvio 8 e dos filetes 4.

De forma muito breve, o dispositivo 25 está definido por um escudo 26 alojando o motor e rodando em torno de um eixo B. O escudo 26 é idêntico ao escudo 2, excepto pelo facto de não ter dispositivo de desvio 8 ou filetes 4.

Ao colidir com o escudo 2, o pássaro 9 (Figuras 4 a 9) atravessa a superfície 3 do escudo 2. O impacto (Figuras 4 a 9) danifica o escudo 2, deformando deste modo o escudo 2 e formando aberturas 18 na superfície 3. A seguir ao impacto, as partes 20 do material do escudo 2 (Figuras 10 e 11) estão elevadas em relação às aberturas 18.

Ao atravessar o escudo 2 (Figuras 8 a 11), o pássaro 9 é desviado radialmente em relação ao eixo A pelo filete 4 que agora atravessa a trajectória do pássaro 9. 7

Uma vez que o filete 4 em questão roda em torno do eixo A, o momento do pássaro 9 ao longo do eixo A é grandemente reduzido, e o próprio pássaro 9 é desviado num plano perpendicular ao eixo A, reduzindo deste modo o impacto no motor. A eficácia do dispositivo 1 de acordo com o invento, quando comparada com o dispositivo de comparação 25, é mostrada na Tabela C abaixo.

Mais especificamente, a Tabela C mostra a percentagem da redução na força descarregada pelo pássaro 9 num alvo plano hipotético atrás do escudo 2. Em beneficio da simplicidade, é assumida uma força de referência de 100 no caso do dispositivo de comparação.

Tabela C

Solução Força descarregada Variação Dispositivo 25 utilizado para comparação 100,0 Referência Dispositivo 1 de acordo com o invento 7,8 -92%

Aquando do impacto, o filete 4 também fragmenta o pássaro 9 (Figuras 8 e 9). O requerente também observou que as partes 20 de material (Figuras 8 e 9) não estão completamente separadas das aberturas 18.

Pelo contrário, as partes 20 permanecem ligadas nas arestas das suas extremidades à superfície 3 do escudo 2, ao invés de serem arremessadas para o motor. 8

Conforme mostrado nas Figuras 12 a 17, o impacto do pássaro 9 no dispositivo 25 danifica - em particular, forma aberturas 30 na - superfície do escudo 26.

Conforme mostrado nas Figuras 18 e 19, ao contrário do dispositivo 1, o impacto do pássaro 9 no dispositivo 25 danifica é susceptível de resultar no pássaro atingir o motor, e na separação das partes 31 do escudo 26 das aberturas 30.

Isto deve-se ao pássaro 9 não ser desviado radialmente ao impactar com o escudo 26, e por isso conservar um momento axial considerável, mesmo após colidir com o escudo 26.

Este momento axial residual é suficiente para formar as aberturas 30 e separar as partes 31.

As vantagens do dispositivo 1 e do método de acordo com o presente invento serão evidentes a partir da descrição acima.

Em particular, o dispositivo 1 fornece, com um peso global mais leve, o impedimento ou a minimização os danos no motor em caso de colisão de um pássaro 9 com a superfície 3. Mais especificamente, o controlo dos danos é suficiente para possibilitar ao motor um alcance suficiente para que a aeronave chegue a um local para aterrar. O motor, de facto, está protegido pela rotação em torno do eixo A do filete 4 atravessando a trajectória do pássaro 9; o filete 4 desvia o pássaro 9 radialmente em relação ao 9 eixo A, e reduz grandemente o momento do pássaro 9 ao longo do eixo A. 0 peso adicional dos filetes 4 é inferior àquele que é produzido, para alcançar o mesmo efeito de redução de impacto, através do aumento da espessura da estrutura do escudo 2. A regulamentação de certificação pode deste modo cumprir os requisitos, enquanto ao mesmo tempo se reduz o peso adicional do escudo 2, sem prejudicar o desempenho da aeronave, e sem aumento do consumo.

Desviar radialmente o pássaro 9 também reduz grandemente o risco de o pássaro 9 ser sugado pelo motor. 0 requerente também observou que, uma vez desviado radialmente em relação ao eixo A, o pássaro 9 mantém uma quantidade mais elevada de energia cinética que a seguir ao impacto com os dispositivos 25 sem dispositivos de desvio

Como resultado, é descarregada menos força no dispositivo 1 que no dispositivo 25, permitindo deste modo uma redução na concepção de cargas, e por conseguinte no peso, do dispositivo 1, garantindo ainda o grau requerido de protecção do motor.

Finalmente, no caso de impacto, as partes 20 permanecem pelo menos parcialmente ligadas ao resto do escudo 2 do dispositivo 1, impedindo deste modo a separação com velocidade elevada das partes do escudo 2 de danificar mais o motor. 10

Claramente, podem ser feitas alterações ao dispositivo de protecção 1 conforme aqui descrito e ilustrado sem, no entanto, se afastar do âmbito conforme definido nas Reivindicações juntas.

Em particular, o número de filetes 4, pode ser multiplicado por um dado factor, e o peso de cada filete 4 reduzido pelo mesmo factor, para alcançar um reforço melhor distribuído do escudo 2.

Para simplificar a construção, os filetes 4 não necessitam de estar torcidos, ou podem mesmo estar torcidos na direcção oposta em relação à Figura 1 (isto é a extremidade 11 pode preceder de forma angular a extremidade 10 na direcção da rotação do escudo 2). Nesta configuração, o dispositivo 1 ainda mantém um grau de eficácia que, embora não seja óptimo, é de longe superior ao do dispositivo 25 de comparação.

Finalmente, os filetes 4 podem ser substituídos por lâminas.

Lisboa, 25 de Fevereiro de 2010

Claims (7)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um dispositivo (1) para proteger um componente de uma aeronave da colisão com um objecto voador (9), compreendendo: - um elemento principal (2) rodando em torno de um eixo (A) definindo uma cavidade (5) para alojar o referido componente da aeronave e tendo uma primeira superfície (3), a qual em utilização está virada para fora do dispositivo (1) e está sujeita a colisão com um objecto voador (9); e - um dispositivo de desvio (8) ligado de forma angular ao referido elemento principal (2), também sujeito a colisão com o referido objecto voador (9), e compreendendo pelo menos um filete (4) que se estende de forma transversal em relação ao referido eixo (A) e concebido, em caso de colisão do referido elemento principal (2) com o referido objecto voador (9), para reduzir o momento axial do referido objecto voador (9) e desviar o referido objecto voador (9), radialmente em relação ao referido eixo (A); caracterizado por os referidos dispositivos de desvio (8) estarem dispostos no interior da referida cavidade (5) e estarem inteiramente suportados por uma segunda superfície (6) do referido elemento principal (2) do lado oposto à referida primeira superfície (3).

2. Um dispositivo conforme reivindicado na Reivindicação 1, caracterizado por o referido elemento principal (2) ter forma de ogiva. 2

3. Um dispositivo conforme reivindicado na Reivindicação 1, caracterizado por o referido filete (4) estar torcido na mesma direcção que a direcção de rotação do referido elemento principal (2) em torno do referido eixo (A), e a partir da extremidade radialmente interior (11) do filete em relação ao referido eixo (A).

4. Um dispositivo conforme reivindicado em qualquer das Reivindicações precedentes, caracterizado por o referido filete (4) diminuir de dimensão desde uma primeira extremidade (10), ligado ao referido elemento principal (2), a uma segunda extremidade livre (11) oposta à referida primeira extremidade (10).

5. Um dispositivo conforme reivindicado em qualquer das Reivindicações precedentes, caracterizado por o referido filete (4) compreender uma primeira e uma segunda parede (12, 13) perpendiculares uma em relação à outra.

6. Um dispositivo conforme reivindicado em qualquer das Reivindicações precedentes, caracterizado por os referidos dispositivos de desvio (8) compreenderem pelo menos dois referidos filetes (4) igualmente espaçados de forma angular em relação ao referido eixo (A).

7. Um componente de aeronave compreendendo um dispositivo de protecção contra colisões (1) conforme reivindicado em qualquer uma das Reivindicações precedentes. Lisboa, 25 de Fevereiro de 2010