BRPI0610650A2

BRPI0610650A2 - aquecedor hìbrido composto condutivo/restistivo suscetìvel de deformação para dispositivo antigelo térmico

Info

Publication number: BRPI0610650A2
Application number: BRPI0610650-1A
Authority: BR
Inventors: Paul K Oldroyd
Original assignee: Bell Helicopter Textron Inc
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2010-07-13
Also published as: WO2006130454A3; CA2609119A1; AU2006252729A1; RU2007149271A; WO2006130454A2; MX2007014660A; EP1885600A2; CN101203423A; US7585156B2; US20060289444A1; JP2008545575A; EP1885600B1; KR20080033155A; CA2609119C; US20070092371A1

Abstract

Patente de Invenção: AQUECEDOR HìBRIDO COMPOSTO CONDUTIVO/ RESISTIVO SUSCETìVEL DE DEFORMAçãO PARA DISPOSITIVO ANTI- GELO TERMICO. A presente invenção refere-se a uma pá de rotor de um helicóptero. Em uma modalidade, a pá de rotor inclui um corpo; e uma capa de aquecimento disposta no corpo e configurada para fornecer calor para o referido corpo. A capa de aquecimento inclui uma primeira pluralidade de fibras e uma segunda pluralidade de fibras conectada eletricamente a primeira pluralidade de fibras. A primeira pluralidade de fibras define um ângulo positivo menor do que aproximadamente +45 relativo a uma primeira direção perpendicular a uma direção longitudinal do corpo. A segunda pluralidade de fibras define um ângulo negativo maior do que aproximadamente -45 relativo à primeira direção.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "AQUECEDORHÍBRIDO COMPOSTO CONDUTIVO/RESISTIVO SUSCETÍVEL DE DEFOR-MAÇÃO PARA DISPOSITIVO ANTIGELO TÉRMICO".

Informação de Prioridade

Este pedido reivindica prioridade do pedido de patente provisório

número de série 60/684.984 depositado em 27 de maio de 2005, cujo teor éincorporado na presente invenção a título de referência na íntegra.Antecedentes da Invenção

1. Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um dispositivo de degelo e anti-gelo para estruturas sujeitas à alta deformação e, mais particularmente, aum dispositivo para remover gelo e evitar a formação de gelo em uma pá derotor de um helicóptero.

2. Descrição da técnica relacionada

A aeronave, durante o vôo e/ou enquanto no solo, pode encon-trar condições atmosféricas que causam a formação de gelo em aerofólios eoutras superfícies da estrutura da aeronave, incluindo asas, estabilizadores,leme, ailerons, entradas de motor, hélices, fuselagem e similares. A acumu-lação de gelo, se não removido, pode acrescentar peso excessivo à aerona-ve e alterar a configuração do aerofólio, causando condições de vôo perigo-sas e/ou indesejáveis. Aeronaves da aviação em geral são particularmentesuscetíveis às conseqüências prejudiciais da formação de gelo porque so-mente pequenas quantidades de gelo em membros estruturais, tais como— asasy caudai-hélicesr e similares, podem alterar significativamente as carac-terísticas do vôo.

Dispositivos antigelo e de degelo incluindo elementos aquecidospor resistência são comumente usados para evitar a formação de gelo e re-mover gelo nas pás de rotor de um helicóptero. Os elementos aquecidos porresistência geralmente consistem em elementos de fio ou material de capade carbono feito ao acaso. Como a fabricação de elementos de fio é de mão-de-obra intensiva, dispendiosa, sensível ao operador e propensa a curtos-circuitos e falha elétrica, o uso de um material de capa de carbono feito aoacaso tem sido usado tipicamente. Estes elementos aquecidos por resistên-cia são usualmente dispostos ao longo da envergadura das pás com cami-nhos de retorno para a corrente elétrica de modo a retornar a corrente elétri-ca do exterior para o interior das pás. Os caminhos de retorno são conecta-dos a uma alimentação de energia e um mecanismo de controle de reali-mentação é usado para ajustar a corrente elétrica que circula pelos elemen-tos aquecidos por resistência.

Embora um material de capa de carbono feito ao acaso ofereçadistribuição de calor uniforme, maleabilidade e seja fácil de fabricar, estematerial não é altamente tolerante a deformação. Portanto, seu uso em umambiente de alta deformação pode ser preocupante. Por exemplo, aerona-ves com rotor inclinado têm a flexibilidade ímpar para decolar e aterrissarcomo um helicóptero, e ainda voar a velocidades e altitudes como uma asafixa de turboélice. A aeronave Bell V22 e a aeronave Bell Augusta BA 609são exemplos de tais aeronaves de rotor inclinado. Estas aeronaves versá-teis usam pás de rotor que são muito mais grossas do que helicópteros con-vencionais. Como resultado, a deformação induzida pela oscilação das pás émuito mais alta do que em helicópteros convencionais. Em tal ambiente dealta deformação, um material de capa de carbono feito ao acaso pode sedeteriorar rapidamente.

Tendo capacidade de cruzeiro 7620 metros (25.000 pés), isto é,muito além da cobertura de um helicóptero convencional, as aeronaves derotor inclinado devem, entretanto, ser certificadas para voar em condiçõesgeladas e climas extremos, do Ártico ao deserto.

Sumário da Invenção

Modalidades da invenção incluem uma pá de rotor de um heli-cóptero incluindo um corpo; e uma capa de aquecimento disposta no corpo econfigurada para fornecer calor para o corpo, a capa de aquecimento inclu-indo uma primeira pluralidade de fibras e uma segunda pluralidade de fibrasconectadas eletricamente à primeira pluralidade de fibras. A primeira plurali-dade de fibras define um ângulo positivo menor do que aproximadamente+45° em relação a uma primeira direção perpendicular a uma direção longi-tudinal do corpo. A segunda pluralidade de fibras define um ângulo negativomaior do que aproximadamente -45° em relação à primeira direção.

Em outra modalidade da invenção, é fornecido um dispositivo de a-quecimento para suprir calor para uma pá de rotor de um helicóptero, o dis-positivo de aquecimento incluindo uma capa de aquecimento disposta na pádo rotor. A capa de aquecimento inclui uma primeira pluralidade de fibras euma segunda pluralidade de fibras eletricamente conectada a primeira plura-lidade de fibras. A primeira pluralidade de fibras define um ângulo positivomenor do que aproximadamente +45° em relação a uma primeira direçãoperpendicular a uma direção longitudinal da pá do rotor. A segunda plurali-dade de fibras define um ângulo negativo maior do que aproximadamente -45° em relação à primeira direção.

Ainda em uma outra modalidade da invenção, é fornecida umapá de rotor de um helicóptero incluindo um corpo; e uma capa de aqueci-mento disposta no corpo e configurada para suprir calor para o corpo. A ca-pa de aquecimento inclui um tecido tecido formado com feixes de fibras con-dutoras orientadas em uma primeira direção e feixes de fibras condutorasorientadas em uma segunda direção. A primeira direção define um ângulopositivo menor do que aproximadamente +45° em relação a uma direçãoperpendicular a uma direção longitudinal do corpo. A segunda pluralidade defibras define um ângulo negativo maior do que aproximadamente -45° emrelação a uma direção perpendicular a uma direção longitudinal do corpo.

Em uma modalidade da invenção, é fornecida uma estrutura su-deformação incluindo um corpo; e uma capa de aquecimento dis-posta no corpo e configurada para fornecer calor para o corpo. A capa deaquecimento inclui uma primeira pluralidade de fibras e uma segunda plura-lidade de fibras eletricamente conectadas a primeira pluralidade de fibras. Aprimeira pluralidade de fibras define um ângulo positivo menor do que apro-ximadamente +45° em relação a uma primeira direção perpendicular a umadireção longitudinal do corpo, a segunda pluralidade de fibras define um ân-gulo negativo maior do que aproximadamente -45° em relação à primeiradireção.Breve Descrição dos Desenhos

As modalidades da invenção serão agora descritas, para exem-plo somente, em relação aos desenhos que as acompanham, nos quaissímbolos de referência correspondentes indicam partes correspondentes, enos quais:

A figura 1 é uma representação esquemática de uma pá de rotorde um helicóptero de acordo com a modalidade da invenção;

A figura 2 mostra uma vista superior de várias pás de rotoressubstancialmente idênticas montadas no conjunto de mastro do rotor de umhelicóptero de acordo com uma modalidade da invenção;

A figura 3 mostra uma seção transversal AA da pá do rotor deacordo com uma modalidade da invenção;

A figura 4 mostra um dispositivo de aquecimento de acordo comuma modalidade da invenção;

A figura 5 mostra uma vista superior da capa de aquecimentousada no dispositivo de aquecimento da figura 4;

As figuras 6a-c mostram a deformação da capa de aquecimentoda figura 5 durante a oscilação das pás;

As figuras 7a-b mostram folhas de fibras unidirecionais que sãousadas para fabricar a capa de aquecimento da figura 5;

A figura 7c mostra uma fita de duas camadas que é feita com asfolhas de fibra unidirecionais das figuras 7a-b, de acordo com uma modali-dade da invenção;

A figura 8 mostra uma fita de duas camadas de acordo com umamodalidade da invenção;

A figura 9 mostra um feixe de fibras de acordo com uma modali-dade da invenção;

A figura 10 mostra um tecido tecido de feixes de fibras de acordocom uma modalidade da invenção; e

A figura 11 mostra uma seção transversal de uma pá de rotor deacordo com uma modalidade da invenção.Descrição Detalhada das Modalidades da Invenção

A figura 1 é uma representação esquemática de uma pá de rotor100 de um helicóptero (não mostrado) de acordo com uma modalidade dainvenção. A pá do rotor 100 inclui um corpo 105 tendo uma face de sucção110 e uma face de pressão 115 oposta à face de sucção 110. A pá de rotor100 também inclui uma borda de entrada 120, uma borda posterior 125 euma extremidade interna e uma externa 130, 135. A borda de entrada 120 ea borda posterior 125 definem o contorno longitudinal do corpo 105 e esten-dem-se entre a extremidade interna 130 e a extremidade externa 135. Ocorpo 105 da pá do rotor 100 tem um perfil cônico, como é visto no plano XZ,ao longo da direção longitudinal da pá 100 que se estende da extremidadeinterna 130 para a extremidade externa 135. Em uma modalidade, a extre-midade interna 130 é de aproximadamente 25,4 - 38,1 cm (10-15 polegadas)de espessura. Na sua porção do meio, a espessura da pá do rotor 100 é deaproximadamente 12,7 -15,24 cm (5-6 polegadas).

Como é conhecido na técnica, quando a pá do rotor 100 é movi-da através do ar, uma corrente de ar flui sobre a superfície de sucção 110 eembaixo da superfície de pressão 115. A pá do rotor 100 é projetada paraque o fluxo de ar seja suave e se conforme ao formato da pá do rotor emmovimento 100. Quando a pá do rotor 100 é colocada no ângulo adequado ese move rápido o suficiente, o fluxo de ar sustenta o peso da pá do rotor 100e fornece uma força para cima que fornece sustentação suficiente para man-ter o helicóptero em vôo.

A extremidade interna-130 incluium dispositivo de fixação 140para montar o corpo 105 da pá do rotor 100 em um mastro rotor 205 de umhelicóptero (veja figura 2). Especificamente, o dispositivo de fixação 140 in-clui um primeiro e um segundo braços geralmente paralelos 145a, 145b ca-da um deles equipado com uma abertura cilíndrica 150a, 150b.

A figura 2 mostra uma vista superior de várias pás de rotor subs-tancialmente idênticas 100, 101, 102, 103 montadas no conjunto de mastrodo rotor 200 de um helicóptero de acordo com uma modalidade da invenção.Para evitar redundância, a discussão aqui enfocará a fixação da pá do rotor100, já que as fixações das outras pás de rotor 101, 102 e 103 para o con-junto do mastro do rotor 200 são substancialmente idênticas.

O conjunto do mastro do rotor 200 inclui o mastro do rotor 205,um cubo do rotor 210 e uma pluralidade de porções receptoras de pás 215a-d. O cubo do rotor 210 é montado de forma deslizante no mastro do rotor205 e inclui em uma periferia do mesmo a pluralidade de porções receptorasde pás 215a-d. Como pode ser visto na figura 2, os braços geralmente para-lelos 145a, 145b da pá do rotor 100 são engatados na porção receptora depá 215a. A pá do rotor 100 é presa ao conjunto de mastro do rotor 200 pormeio de um eixo 220a que é inserido nas aberturas cilíndricas 150a, 150b.

Nesta modalidade, o conjunto de mastro do rotor 200 é configu-rado para receber quatro pás de rotor substancialmente idênticas. Esta con-figuração da pá do rotor pode ser usada em uma aeronave de rotor inclinadocomo a aeronave Bell V22 e a Bell Augusta BA609, mas não limitada a taisaeronaves. Será observado que o conjunto de mastro do rotor 200 pode serconfigurado para receber pás de rotor adicionais ou em menor quantidadeem outras modalidades.

A pá do rotor 100 é feita de um material que é configurado parasuportar ambientes de alta deformação. Tais ambientes de alta deformaçãosão geralmente alcançados durante a oscilação das pás. Oscilação das pásrefere-se convencionalmente ao movimento para cima e para baixo da ex-tremidade externa 135 do corpo 105 durante a rotação da pá do rotor 100. Omovimento para cima e para baixo da extremidade externa 135 alternativa-mente coloca a face de sucção 110 e a face da pressão 115 em tensão e emcompressão. A oscilação das pás pode ser alcançada em vários modos deoperação de um helicóptero incluindo, por exemplo, modo de alta velocida-de, manobra em alta velocidade ou partida de salto.

A direção de deformação exercida no corpo 105 da pá do rotor100 durante a oscilação da pá é orientada na direção longitudinal do corpo105 e identificada por "S" na figura 1. Em ambientes de alta deformação,como aqueles alcançados com aeronaves de rotor inclinado, é desejável queos materiais das pás sejam capazes de suportar valores de deformação deaproximadamente 152,4 até aproximadamente 203,2 metro/metro (6000 atéaproximadamente 8000 upolegadas/polegada) de deformação. Tais valoresindicam que os materiais das pás são configurados para se estenderem até203,2 metros (8000 micro-polegadas por polegada) de estrutura sem que-brar. Estes valores de deformação são muitos mais altos do que aquelestipicamente alcançados com helicópteros convencionais devido ao fato deque as pás de rotor inclinado são muito mais pesadas e giram muito maisrápido. Geralmente, o ar fluindo acima de uma pá de rotor inclinado é apro-ximadamente 200 milhas mais rápido do que em um helicóptero convencio-nal. Tal velocidade alta do fluxo de ar aumenta significativamente as cargasexercidas no corpo 105 da pá do rotor 100. Como conseqüência, as pás dorotor inclinado são geralmente feitas muito mais rígidas para serem capazesde reagir a tais cargas. Tipicamente, valores de deformação em aeronavesde rotor inclinado são aproximadamente quatro vezes mais altos do que a-queles obtidos com um helicóptero convencional.

A pá do rotor 100 pode ser uma estrutura composta que podeser fabricada usando técnicas de fabricação conhecidas na técnica. Os ma-teriais que podem ser usados em uma modalidade para fabricar a pá do ro-tor 100 incluem, por exemplo, resina epóxi e fibra de vidro. Como é conheci-do na técnica, estruturas de fibra de vidro são colocadas em um molde eimpregnadas com resina. A resina é então polimerizada para formar a estru-tura composta.

A figura 3 mostra uma seção transversal AA da pá do rotor 100—(porção do meio como mostrado^na figura 1) de acordo com uma modalida-de da invenção. A figura 3 mostra a face de sucção 110, a face de pressão115, a borda de entrada e a borda posterior 125. A borda de entrada 120 dapá do rotor 100 se curva em direção à borda posterior 125 com um formatoque é, por exemplo, parabólico. A distância máxima (identificada como "D"na figura 3) entre a face de sucção 110 e a face de pressão 115 é de apro-ximadamente 15,24 cm (seis polegadas) em uma modalidade da invenção.

Capacidades de degelo e antigelo são providas para a pá dorotor 100 com um dispositivo de aquecimento 300 que é alojado dentro docorpo 105. O dispositivo de aquecimento 300 tem a forma de uma capa deaquecimento composta contínua 301 que envolve a borda de entrada 120 eporções da superfície de sucção e de pressão 110, 115. Especificamente, odispositivo de aquecimento 300 cobre substancialmente uma primeira região305 da superfície de sucção 110 e uma segunda região 310 da superfície depressão 115. As primeira e segunda regiões 305 e 310 representam aproxi-madamente um quarto da superfície total coberta pelas superfícies de suc-ção e de pressão 110, 115. Tal cobertura de superfície fornece capacidadesde degelo e antigelo suficientes. Experiências mostraram que o gelo prova-velmente se forma nas porções 305, 310 da pá do rotor 100. Será observadoque a capa de aquecimento 301 pode ser feita maior ou menor em outrasmodalidades da invenção. Além do mais, a cobertura da superfície da pri-meira região 305 pode ser diferente daquela da segunda região 310.

O dispositivo de aquecimento 300 inclui uma primeira e uma se-gunda extremidade 315, 320 que são conectadas a uma alimentação de e-nergia elétrica 325 disposta no helicóptero (não mostrado) por meio de ca-bos 330, 335. Para assegurar boa conexão elétrica entre os cabos 330, 335e as primeira e segunda extremidades 315, 320 do dispositivo de aqueci-mento 300, telas metálicas 340, 345 podem ser usadas. As telas metálicas340, 345 são dispostas e dobradas ao longo da primeira e segunda extremi-dades 315, 320 para envolver os cabos condutores 330, 335 e cobrir as du-as faces 350a, 350b da capa de aquecimento 301, como mostrado na figura4. Tal preparação pode ser vista na figura 4, que representa uma vista emperspectiva do dispositivo de aquecimento 300.

A capa de aquecimento 301 pode ser configurada para dissiparcalor a uma densidade de energia superficial na faixa de aproximadamente12000 até aproximadamente 30000 w/m2 (12 até aproximadamente 30W/polegada2 sobre a primeira e segunda regiões 305, 310, em uma modali-dade da invenção.

A figura 4 mostra em maiores detalhes a preparação da capa deaquecimento composta 301, cabos 330, 335 e telas metálicas 340, 345. Acapa de aquecimento 301 inclui uma pluralidade de fibras orientadas especi-ficamente 400 que são preparadas para permitir deformação em uma dire-ção e para carregar corrente fornecida pela fonte de energia elétrica 325. Emuma modalidade, as fibras são feitas de carbono e a capa de aquecimento301 é capaz de suportar valores de deformação de aproximadamente 6000até aproximadamente 0,203 mm/metro (8000 upolegada/polegada) de de-formação. Em outra modalidade da invenção, as fibras 400 podem incluirboro ou alumínio. As telas metálicas 340, 345 envolvem os cabos 330, 335 ecobrem as duas faces 350a, 350b da capa de aquecimento para que a cor-rente elétrica I fornecida, por exemplo, para o cabo 330 possa circular para acapa de aquecimento 301 e possa, então, retornar para o cabo 335. A capade aquecimento 301 atua como uma matriz resistiva que dissipa calor.

A capa de aquecimento 301 pode incluir várias camadas de fi-bras (não mostradas na figura 4), como é explicado em mais detalhes abai-xo. Cada camada de fibras pode incluir uma pluralidade de fibras individuaisou uma pluralidade de feixes de fibras. As camadas de fibras podem ser co-locadas umas sobre as outras para formar a capa de aquecimento 301. Acapa de aquecimento 301 pode ser integrada com a pá do rotor 100 da se-guinte maneira: a capa de aquecimento 301 pode ser colocada em um subs-trato pré-fabricado de epóxi/fibra de vidro, então, coberta com fibra de vidroe, subseqüentemente, impregnada com resina. A resina pode ser polimeri-zada para formar a estrutura composta final.

Como é mais bem visto na figura 5, que mostra uma vista supe-rior BB do dispositivo de aquecimento 300, a capa de aquecimento 301 incluiuma primeira^pluralidade 505 de fibras geralmente paralelas 400 o^ientadas^em uma direção positiva (identificada como "+" na figura 5) e uma segundapluralidade 510 de fibras geralmente paralelas 400 orientadas em uma dire-ção negativa (identificada como "-" na figura 5). As direções positiva e nega-tiva são orientadas em relação a direção (identificadas como "PP" na figura5) substancialmente perpendicular a direção de deformação S. Cada fibra400 da primeira pluralidade de fibras 505 define um ângulo positivo a1 com adireção perpendicular a direção de deformação S. Inversamente, cada fibra400 da segunda pluralidade de fibras geralmente paralelas 510 define umângulo negativo a2 com a direção perpendicular a direção de deformação S.Em uma modalidade da invenção, o valor absoluto do ângulo positivo cd po-de ser substancialmente o mesmo que o valor absoluto do ângulo negativoa2. A orientação da primeira e da segunda pluralidade de fibras condutoras505, 510 é menos do que aproximadamente +/-45e relativos à direção per-pendicular à direção de deformação S (isto é, a1 < +45Q e -459< a2). Emuma outra modalidade da invenção, a primeira e segunda pluralidade de fi-bras 505, 510 pode ser orientada na faixa de aproximadamente +1-2- atéaproximadamente +/-25- relativos à direção perpendicular à direção de de-formação S (isto é, +2s<a1<+25e e -25Q<a2<-2e). Na capa de aquecimento301 da figura 4, o número de fibras orientadas na direção positiva é substan-cialmente o mesmo que o número de fibras orientadas na direção negativa.Entretanto, será avaliado que as capa de aquecimento 301 podem incluirmais fibras dispostas na direção positiva do que na relativa direção negativa,e vice-versa.

A orientação das fibras 400 em um ângulo menor do que apro-ximadamente +/-459 relativos à direção perpendicular à direção de deforma-ção S fornece uma capa de aquecimento 301 que inclui uma pluralidade detrapezóides 600 de fibras condutoras 400, como mostrado na figura 5. Taldisposição de fibras pode ser capaz de aumentar significativamente a resis-tência da capa de aquecimento 301 à deformação S durante a oscilação das pás.

A figura 6a mostra um trapezóide 600 formado dentro da capade aquecimento 301 .Na figura 637 a deformação exercida na pá do rotor 100é substancialmente zero. O trapezóide 600 está localizado na superfície desucção 110 da pá do rotor 100, como mostrado na figura 4. O trapezóide 600é definido com uma primeira, uma segunda, uma terceira e uma quarta fibra605a-d. A primeira, segunda, terceira e quarta fibras 605a-d são cada umarevestidas com um elemento condutor, como níquel ou níquel-cádmio, e sãoconectadas eletricamente uma à outra em locações 610a-d. Os ângulos de-finidos pelas fibras 400 em relação à direção perpendicular à direção de de-formação S são denotados por a1 e a2 na figura 6a. A deformação S supor-tada pelo trapezóide 600 é função de cos a1 e cos a2.

A espessura das fibras 400 e a distância entre as fibras 400 dacapa de aquecimento 301 podem ser mudadas dependendo da densidadede energia desejada e da deformação S exercida sobre a pá do rotor 100.

Em uma modalidade, os diâmetros das fibras podem estar na faixa de apro-ximadamente 5um até aproximadamente 8um. A distância separando as fi-bras 605b-605d e 605a-605c pode variar de aproximadamente o diâmetro dafibra a aproximadamente 50-100 diâmetros da fibra até 1000-12000 diâme-tros da fibra. Em uma modalidade, o trapezóide 600 pode ser de aproxima-damente 0,397 mm (1/64 de uma polegada) transversalmente até aproxima-damente 0,159 cm (1/16 de uma polegada) transversalmente, conforme me-dido entre as locações 610b-610d.

O trapezóide 600 é configurado para corte aberto e fechadoquando sujeito a deformação S. Especificamente, quando a superfície desucção 110 da pá do rotor 100 está em compressão, o trapezóide 600 seretrai ao longo da direção de deformação S e expande ao longo da direçãoperpendicular à direção de deformação, como mostrado na figura 6b. Inver-samente, quando a superfície de sucção 110 da pá do rotor 100 está emtensão, o trapezóide 600 se expande ao longo da direção de deformação Sese retrai ao longo da direção perpendicular a direção de deformação S, co-mo mostrado na figura 6c. Com tal disposição de fibra, as fibras 400 podemsuportar altos valores de deformação se aproximando de 0,254 mm/m(10.000 upolegada/polegada) mesmo quando carbono é usado. Nas figuras6b-c, as fibras 605b-605d e 605a-605c são carregadas em dobramento, não - —em tensão.

A construção da capa de aquecimento 301 será agora descritaem relação às figuras 7-10.

Em uma primeira implementação mostrada nas figuras 7a-c, acapa de aquecimento pode ser montada com pelo menos duas folhas defibra de carbono unidirecional 705,710. Cada folha de fibra de carbono 705,710 inclui um substrato de resina 715a, 715b, no qual uma pluralidade defibras geralmente paralelas 400 é preparada. Na figura 7a, as fibras de car-bono 400 são preparadas sobre o substrato de resina 715a e na figura 7b asfibras de carbono 400 são preparadas sob o substrato de resina 715b. Emcada folha 705, 710, a pluralidade de fibras 400 é co-planar. Cada folha705,710 corresponde a uma camada na qual as fibras 400 são orientadasem relação à direção perpendicular a direção de deformação S com um ân-gulo a1, a2 (0=a1+a2). Cada folha de fibra unidirecional 705,710 ,ou cama-da, é coberta com um elemento metálico e as folhas 705,710 são laminadasjuntas para formar uma fita de duas camadas 715, como mostrado na figura7c. O elemento metálico pode incluir níquel, ou níquel-cádmio, e pode serdepositado por deposição de fase de vapor (por exemplo, processo PVD). Aespessura da cobertura do elemento metálico pode variar de aproximada-mente metade do diâmetro da fibra até aproximadamente cinqüenta diâme-tros da fibra.

A capa de aquecimento 301 pode também ser formada com ca-madas contínuas de uma folha unidirecional fina 800, como mostrado nafigura 8. A figura 8 mostra uma construção de uma fita de duas camadas. Afolha 800 inclui um substrato 805a e uma pluralidade de fibras geralmenteparalelas 400, e é dobrada na posição 810 para formar uma fita de duas ca-madas 815. A fita de duas camadas 815 é disposta dentro da pá do rotor100 de modo que as fibras 400 alternativamente definam um ângulo positivoe um negativo, entre +/-450 em relação à direção perpendicular a direção dedeformação S, como explicado previamente.

Em uma segunda implementação, a capa de aquecimento 301pode incluir feixes de fibras 900, como mostrado na figura 9, e pode sermontada de uma maneira similar a aquela descrita na primeira implementa-ção. Isto é, folhas de fibras de carbono unidirecionais incluindo feixes de fi-bras 900 geralmente paralelas podem ser laminadas juntas para formar umafita de duas camadas de uma maneira parecida com as figuras 7a-c. Nasfiguras 7a-c, as fibras 400 podem ser substituídas por feixes de fibras 900.

Cada folha de fibra de carbono unidirecional incluindo feixes de fibras 900geralmente paralelas pode ser revestida com um elemento metálico, tal co-mo níquel ou níquel-cádmio, e constitui uma camada. Cada feixe 900 podeincluir entre 50 fibras e 12000 fibras. Os feixes de fibras 900 geralmente pa-ralelas são orientados para formar um ângulo positivo e um negativo, entreaproximadamente +/-45°, em relação à direção perpendicular a direção dedeformação S.

Alternativamente, a capa de aquecimento 301 pode também serformada na segunda implementação com camadas contínuas de uma folhaunidirecional única que inclui feixes de fibras 900, da mesma maneira que nafigura 8.

Dependendo da densidade de energia desejada, o número decamadas pode variar dentro da capa de aquecimento 301. Em uma modali-dade da invenção, a espessura da capa de aquecimento 301 constituída pe-las fibras 400 e o revestimento metálico, pode estar entre aproximadamente0,0254 mm (1/1000 de uma polegada) até aproximadamente 1,524 mm(60/1000 de uma polegada).

Em uma terceira implementação, a capa de aquecimento 301pode incluir uma estrutura 1000 de feixes tecidos de fibras de carbono 1010,como mostrado na figura 10. Os feixes 1010 no tecido tecido 1000 são orien-tados de modo que formem um ângulo positivo e um negativo, entre aproxi-madamente +/-45°, em relação à direção perpendicular a direção de defor-mação S. Cada feixe 1010 pode incluir entre aproximadamente 50 e 12.000fibras 400 e é coberto com um revestimento metálico 1015. Como explicadoanteriormente, o revestimento metálico 1015 pode incluir níquel, ou níquel-cádmio, e pode ser depositado por deposição da fase de vapor (por exem-pio, processo PVD).

O tecido 1000 mostrado na figura 10 corresponde a um tecido deuma camada no qual cada feixe 1010 passa acima e abaixo de um feixe vi-zinho. Alternativamente, o tecido tecido 1000 pode incluir feixes 1010 de fi-bras nos quais cada feixe passa acima de um e abaixo de quatro feixes vizi-nhos. Esta última configuração pode fornecer um tecido tecido mais soltoque pode ter melhor capacidade de esticar.

A capa de aquecimento 301, que pode incluir várias camadas detecido tecido 1000 ou fita 715, pode ser encapsulada em uma matriz de resi-na dentro da pá de rotor 100. A matriz de resina pode ser um sistema deresina 85/52, que corresponde a um sistema de epóxi enrijecido, como co-nhecido na técnica. Outros sistemas de resinas convencionais podem serusados em outras modalidades da invenção.

A figura 11 mostra uma seção transversal de uma capa de a-quecimento 301 após ser encapsulada em uma matriz de resina. A capa deaquecimento 301 compreende uma pluralidade de elementos de fibra reves-tidos condutores 1105. Cada elemento de fibra revestido condutor 1105 po-de incluir um feixe de fibras ou uma fibra individual. A pluralidade de elemen-tos de fibras revestidos condutores 1105 é colocada entre camadas de fibrade vidro 1110a-1110b.

Será observado que os conceitos revelados aqui são igualmenteaplicáveis a estruturas diferentes daquelas ilustradas aqui nas figuras emanexo. Por exemplo, o dispositivo de aquecimento revelado acima pode serincorporado em outras partes de aeronaves ou outros veículos, nos quaistais partes são usadas em ambientes de alta deformação.

Enquanto a fabricação e o uso de várias modalidades da presen-te invenção são discutidos em detalhes abaixo, deve ser observado que apresente invenção fornece muitos conceitos inventivos aplicáveis que podemser incorporados em uma ampla variedade de contextos específicos. As mo-dalidades específicas discutidas aqui são meramente ilustrativas de modosespecíficos de fabricar e usar a invenção de não delimitam o escopo da in-venção. Por exemplo, materiais diferentes podem ser usados para construira capa de aquecimento.

As modalidades anteriores foram fornecidas para ilustrar os prin-cípios funcionais e estruturais da presente invenção, e não são planejadaspara serem limitadas. Ao contrário, a presente invenção se destina a abran-ger todas as modificações, alterações e substituições dentro do espírito eescopo das reivindicações apensas.

Claims

1. Pá de rotor de um helicóptero compreendendo:um corpo; euma capa de aquecimento disposta no referido corpo e configu-rada para fornecer calor para o referido corpo, a referida capa de aqueci-mento incluindo uma primeira pluralidade de fibras e uma segunda pluralida-de de fibras conectadas eletricamente a referida primeira pluralidade de fi-bras;em que a referida primeira pluralidade de fibras define um ângu-Io positivo menor do que aproximadamente +45° relativo a uma primeira di-reção perpendicular a uma direção longitudinal do referido corpo, eem que a segunda pluralidade de fibras define um ângulo nega-tivo maior do que aproximadamente -45° relativo a referida primeira direção.

2. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que a referi-da capa de aquecimento é configurada para suportar valores de deformaçãode até 10.000 upolegada/polegada ao longo da referida direção longitudinal.

3. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que a referi-da capa de aquecimento é disposta ao longo de uma borda de entrada doreferido corpo.

4. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que a referi-da primeira pluralidade de fibras e a referida segunda pluralidade de fibrasdefinem uma pluralidade de trapezóides.

5. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que o referi-do-ângulo positivo estáentre+5—e +20—eem que^O-referido ângulo_negativoestá entre aproximadamente-20° e-5o.

6. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que a referi-da capa de aquecimento é configurada para dissipar calor em uma densida-de de energia na faixa de aproximadamente 12000 (12) até aproximadamen-te 30000 w/m2 (30W/polegada2).

7. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que a referi-da primeira pluralidade de fibras inclui feixes de fibras separados.

8. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que os refe-ridos feixes de fibras incluem entre 50 e 12.000 fibras.

9. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que a referi-da primeira e a referida segunda pluralidade de fibras são revestidas commetal.

10. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 9, em que o refe-rido metal inclui níquel ou níquel-cádmio.

11. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que a refe-rida primeira e a referida segunda pluralidade de fibras incluem carbono, bo-ro ou alumínio.

12. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que a refe-rida primeira pluralidade e a referida segunda pluralidade de fibras são pre-paradas para formar um tecido tecido.

13. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 12, em que o refe-rido tecido tecido inclui feixes de fibras em que cada um passa acima e abai-xo de um feixe vizinho.

14. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 12, em que o refe-rido tecido tecido inclui feixes de fibras em que cada um passa acima de ume abaixo de quatro feixes vizinhos.

15. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que a refe-rida primeira pluralidade de fibras e a referida segunda pluralidade de fibrastêm substancialmente um mesmo número de fibras.

16. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que a refe-rida capa de aquecimento inclui camadas contínuas de uma fita de fibra uni-direcional.

17. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que fibrasna referida primeira pluralidade de fibras são substancialmente paralelasumas as outras.

18. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que a refe-rida capa de aquecimento é encapsulada em uma matriz de epóxi-fibra devidro.

19. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, em que a refe-rida pá de rotor é uma pá de rotor inclinado.

20. Dispositivo de aquecimento para fornecer calor para uma páde rotor de um helicóptero, o referido dispositivo de aquecimento compreen-dendo uma capa de aquecimento disposta na referida pá de rotor, a referidacapa de aquecimento compreendendo:uma primeira pluralidade de fibras e uma segunda pluralidade defibras conectada eletricamente à referida primeira pluralidade de fibras;em que a referida primeira pluralidade de fibras define um ângu-lo positivo menor do que aproximadamente +45° relativo à primeira direçãoperpendicular a uma direção longitudinal da referida pá do rotor, eem que a referida segunda pluralidade de fibras define um ângu-lo negativo maior do que aproximadamente -45° relativo a referida primeiradireção.

21. Pá de rotor de um helicóptero compreendendo:um corpo; euma capa de aquecimento disposta no referido corpo e configu-rada para fornecer calor para o referido corpo, a referida capa de aqueci-mento incluindo um tecido tecido formado com feixes de fibras condutorasorientadas em uma primeira direção e feixes de fibras condutoras orientadasem uma segunda direção,em que a referida primeira direção define um ângulo positivomenor do que aproximadamente +45 relativo a direção perpendicular a umadireção longitudinal do referido corpo, eem que a referida segunda pluralidade de fibras define um ângu-Io negativo maior do que aproximadamente -45° relativo a uma direção per-pendicular a uma direção longitudinal do referido corpo.

22. Estrutura sujeita a alta deformação compreendendo:um corpo; euma capa de aquecimento disposta no referido corpo e configu-rada para fornecer calor para o referido corpo, a referida capa de aqueci-mento incluindo uma primeira pluralidade de fibras e uma segunda pluralida-de de fibras conectada eletricamente a referida primeira pluralidade de fi-bras;em que a referida primeira pluralidade de fibras define um ângu-lo positivo menor do que aproximadamente +45° relativo a uma primeira di-reção perpendicular a uma direção longitudinal do referido corpo, eem que a referida segunda pluralidade de fibras define um ângu-lo negativo maior do que aproximadamente -45° relativo à referida primeiradireção.