BRPI0710228A2 - perfil aerodinámico ou hidrodinámico que pode ser deformado de maneira contìnua e controlada - Google Patents

Abstract

<B>PERFIL AERODINáMICO OU HIDRODINáMICO QUE PODE SER DEFORMADO DE MANEIRA CONTìNUA E CONTROLADA.<D> Esta invenção está relacionada a umperfil aerodinâmico ou hidrodinâmico (1) que pode ser deformado de maneira contínua e controlada, e que consiste essencialmente de um casco montado sobre uma infra-estrutura. O perfil é caracterizado pela mencionada infra-estrutura, que inclui um núcleo (2) que se estende ao longo do eixo longitudinal do corte transversal do perfil (1), e este núcleo (2) possui, pelo menos, uma seção ativa feita de material composto, que sofre uma deformação contínua e controlada sob o efeito de uma variação ajustável da temperatura em, pelo menos, uma camada ativa do mencionado material composto, o qual, nas regiões do casco do perfil (1) correspondentes a tal seção ativa, induz a uma deformação da direção e da amplitude correspondentes.

Description

PERFIL AERODINÂMICO OU HIDRODINÂMICO QUE PODE SER DEFORMADODE MANEIRA CONTÍNUA E CONTROLADA

Esta invenção refere-se ao campo de perfis aerodinâmicos ou hidrodinâmicose, especificamente, ao campo de perfis capazes de se deformarem para adaptar asua forma às condições operacionais, de maneira a obter uma trajetória específicaou uma melhor penetração no fluído, por exemplo. Este fluído pode, naturalmente,estar no gás, no vapor, ou em estado líquido.

Mais especificamente, a invenção está relacionada a um perfil aerodinâmicoou hidrodinâmico que pode ser deformado de maneira contínua e controlada.

Há muitos tipos de perfis cuja forma pode ser modificada. Assim, odocumento EP O 958 999 descreve um perfil aerodinâmico, cujo bordo de fuga podegirar em torno de um eixo por meio de um atuador mecânico linear. Mas este tipo deatuador tem a desvantagem de ser incômodo, grande e relativamente pesado, demodo que a sua instalação não é fácil ou ideal em perfis finos e/ou leves.

O documento WO 2004/069651 descreve um perfil aerodinâmico que podeser deformado por meio de atuadores piezelétricos. Mas, este tipo de atuador nãopossibilita alcançar grandes movimentos ou deformações significativas e,freqüentemente, exige a integração de um amplificador mecânico, que resulta nanecessidade de uma entrada de energia e de uma estrutura mais pesada, maisvolumosa e mais cara.

Há também dispositivos que utilizam ligas de memória da forma como osatuadores, e tornam possível o movimento dos fíaps em perfis aerodinâmicos. Masestes dispositivos não são progressivos, isto é, não possibilitam alcançar ummovimento progressivo e reversível ou uma deformação.

O objetivo da invenção é solucionar os problemas acima e, maisespecificamente, fornecer um perfil ou seção aerodinâmicos ou hidrodinâmicos, quepossam ser deformados de maneira contínua e controlada e tenham uma estruturasimples e leve. Além disso, o perfil deve consumir uma pequena quantidade deenergia. Adicionalmente, o perfil deve ter uma superfície externa totalmentehermética ou uma cobertura externa, cuja parede não forme uma dobra quando operfil for deformado.

Com esta finalidade, o objeto da invenção é um perfil aerodinâmico ouhidrodinâmico que possa ser deformado, de maneira contínua e controlada, e queessencialmente consiste de um envoltório montado em uma infra-estrutura,caracterizado pelo fato de que a infra-estrutura possui um núcleo que se estende aolongo do eixo longitudinal da seção transversal do perfil, e pelo fato de que estenúcleo possui, pelo menos, uma seção ativa feita de material composto que sofredeformação contínua e controlada sob o efeito de uma variação ajustável datemperatura em, pelo menos, uma camada ativa do material composto, que, nasregiões do casco do perfil correspondente à seção ativa, induz a uma deformação dadireção e da amplitude correspondentes.

A invenção será mais bem entendida graças à seguinte descrição, que serefere a uma materialização preferida, fornecida como um exemplo não limitador eexplicada com referência aos desenhos esquemáticos anexados, nos quais:

■ A Figura 1 é uma vista esquemática em perspectiva do perfil, de acordocom a invenção;

■ A Figura 2 é um corte transversal da geometria de um perfil, de acordocom a invenção nos estados não deformado e deformado;

■ A Figura 3 é uma vista de corte parcial que mostra um perfil equipado comdispositivos de bloqueio em estado deformado; eA Figura 4 é um corte transversal de um detalhe do casco do perfil, deacordo com a invenção.

As Figuras 1 a 4 dos desenhos em anexo mostram um perfil aerodinâmico ouhidrodinâmico 1, de acordo com a invenção, que pode ser deformado de maneiracontínua e controlada, consistindo essencialmente de um casco montado sobre umainfra-estrutura. Caracteriza-se pelo fato de que a infra-estrutura possui um núcleo 2,que se estende ao longo do eixo longitudinal da seção transversal do perfil 1, e estenúcleo 2 possui, pelo menos, uma seção ativa feita em material composto que sofredeformação contínua e controlada sob o efeito de uma variação ajustável datemperatura em, pelo menos, uma camada ativa do material composto, o qual, nasregiões do casco do perfil 1 que corresponde à seção ativa, induz a uma deformaçãoda direção e da amplitude correspondentes.

Graças à invenção, é possível fazer um perfil 1, cuja deformação sejasimultaneamente direcionada para as regiões do seu casco, que estão localizadasno nível de uma seção ativa. Isto tem a vantagem de um ajuste muito fácil de talperfil 1, em função do seu uso e das condições deste uso.

As regiões ativas situadas no nível do núcleo 2 do perfil 1 são utilizadas paradeformar o último. O fato de posicionar estas regiões ativas sobre o núcleo 2 tornapossível isolar estas últimas de perturbações térmicas adjacentes, de maneira a queelas fiquem sujeitas somente aos efeitos de uma variação controlada datemperatura.

Estas regiões ativas podem ter uma estrutura idêntica àquela do materialcomposto descrito no requerimento da patente francesa número 04 02163 em nomedo requerente. Podem, por exemplo, ser laminadas.

O material composto pode ser do tipo de múltiplas camadas e pode consistirde resinas e fibras.

De acordo com a invenção, cada seção ativa do núcleo 2 pode possuir, pelomenos, uma camada inativa com características de expansão diferentes daquelas dacamada ou das camadas ativas da seção ativa em questão. O uso dos materiaiscom características diferentes de expansão torna possível obter uma deformação daregião ativa, do núcleo 2 e, conseqüentemente do perfil 1.

Dependendo dos materiais utilizados para fazer as regiões ativas edependendo do seu coeficiente de expansão, é possível conectar, pelo menos, umaseção ativa do núcleo 2 a uma fonte de calor ou a uma fonte de resfriamento.Naturalmente, se o perfil 1 tiver um número de regiões ativas, estas últimas podemser todas conectadas a uma fonte de calor ou todas conectadas a uma fonte deresfriamento, ou algumas delas podem ser conectadas a uma fonte de calor e outrasa uma fonte de resfriamento. Também é possível conectar uma ou mais seçõesativas do núcleo 2 tanto a uma fonte de calor e a uma fonte de refrigeração, demaneira a alcançar um ajuste mais preciso e rápido da deformação.

As seções ativas do núcleo 2 podem ser conectadas a uma fonte sem umconector físico. É assim possível, por exemplo, ativar uma seção ativa utilizandoondas, como por exemplo, ondas de alta-freqüência como microondas.

No caso de um conector físico, é possível utilizar uma ou mais camadascondutoras ativas feitas de material com condução elétrica e conectadas por fios auma ou mais fontes elétricas com potência ajustável, e neste caso a camada oucamadas inativas podem ser feitas de material sem condutividade elétrica, mas comcondutividade térmica.

Com relação à fonte ou fontes de resfriamento, estas podem, por exemplo, tera forma de um ou mais bocais que pulverizam um fluxo de ar no sentido de uma ouvárias seções ativas do núcleo 2.

Em ambos os casos, esta fonte pode ser controlada por um dispositivo decontrole que considera certo número de variáveis, tais como a pressão exercidasobre o perfil 1, a sua orientação ou a trajetória a seguir, para controlar a fonte demaneira a que ela cause uma variação de temperatura correspondente àdeformação desejada do perfil 1. Assim, o perfil 1 ajusta a sua forma de maneirainteligente e automática.

Da mesma forma, uma das vantagens da invenção e, conforme mostradoesquematicamente na Figura 3, o perfil 1 pode ter um dispositivo 3 para bloquear asua posição deformada, economizando assim a energia necessária para manter operfil 1 no seu estado deformado e com custos operacionais relativamente baixos.Em outras palavras, este dispositivo de bloqueio 3 possibilita fixar o perfil 1 em umaposição deformada sem alimentação de energia para as regiões ativas.

Este dispositivo de bloqueio 3 pode ser do tipo que bloqueia automática econtinuamente durante a deformação do perfil 1 e pode ser desbloqueado por umdispositivo de ativação.

Assim, para deformar um perfil 1 de acordo com a invenção é necessário,antes de mais nada, variar a temperatura da camada ou das camadas ativas daregião ou regiões ativas do núcleo 2. Enquanto o perfil 1 deforma, o dispositivo debloqueio 3 assume diferentes posições de bloqueio. Quando o perfil 1 tiveralcançado a deformação desejada e sua deformação tiver concluído, ele é mantidoneste estado de deformação pelo dispositivo de bloqueio 3. Portanto, nesta fase nãoé mais necessário manter a alimentação elétrica ou a ativação da camada oucamadas ativas para o perfil 1 manter esta posição.

Quando o perfil 1 possui camadas ativas capazes de deformar nas duasdireções, é preferível equipar o perfil 1 com os dois dispositivos de bloqueio 3, cadaqual projetado para bloquear o perfil durante a deformação em uma das duasdireções.

De acordo com uma materialização não mostrada da invenção, a invenção écaracterizada pelo fato de que o dispositivo de bloqueio 3 pode compreender umacremalheira que engata nos dentes de uma roda dentada livre. Assim, conforme operfil 1 é deformado, outro dente engata e a posição deformada correspondente ébloqueada.

De acordo com outra variação não mostrada, o dispositivo de bloqueio 3 podeincluir uma roda de catraca e um prendedor.

De acordo com a invenção, o dispositivo de ativação pode possuir uma seçãoativa feita de material composto que sofre uma deformação contínua e controladasob o efeito de uma variação ajustável da temperatura em, pelo menos, umacamada ativa do material composto, por meio da qual a seção ativa induz a umadeformação controlada do dispositivo de bloqueio 3 em função da variação datemperatura, tirando-o da sua posição de bloqueio e colocando-o em outra posiçãode bloqueio ou na posição desbloqueada.

Ao controlar a taxa de deformação do dispositivo de ativação é igualmentepossível controlar o retorno à posição inicial ou não deformada do perfil 1 ou o seuretorno a uma posição intermediária.

Como variação, o dispositivo de ativação pode ser de materiais ativostradicionais tais como ligas de memória da forma ou elementos piezelétricos oumagnetorrestritores.

Em todos os casos, a rigidez dos dispositivos de bloqueio 3 deve serprojetada para suportar as tensões geradas pelo bloqueio e fricção do núcleo 2.De acordo com uma característica da invenção mostrada na Figura 4, o cascodo perfil 1 pode ser coberto por uma série de revestimentos 4 colocados lado a lado,e um lacre 5 é localizado nas ligações entre estes revestimentos 4, sob estesúltimos. Este lacre 5 pode vantajosamente ser sob a forma de uma membrana pré-tensionada elasticamente deformável. Tal dispositivo torna possível melhorar eamplificar a deformação do perfil 1, e também permitir que os revestimentos 4deslizem entre si, garantindo que o perfil fique hermético.

Para solucionar os problemas das tensões devidas à deformação do perfil 1(tensão elástica sobre a superfície superior, tensão compressiva sobre a superfícieinferior), a infra-estrutura pode consistir de peças de sustentação 6 montadasperpendicularmente ao núcleo 2, sobre o último e em ambos os lados do ultimo,estendendo-se até o casco do perfil 1. Os revestimentos 4 são, cada um, colocadosentre duas peças consecutivas de sustentação 6.

O espaço entre os dois revestimentos 4 pode ser de cerca de um milímetro, oque representa uma distância pequena com relação ao perfil 1 e, conseqüentementenão tem o efeito de perturbar o fluxo do líquido sobre o perfil 1. Além disso, os lacresgarantem que as coisas fiquem herméticas.

O núcleo 2, juntamente com as peças de sustentação 6, serve assim comoum esqueleto. O número de peças de sustentação 6 é determinado durante a fasede projeto e varia em função das condições de operação (tamanho da estrutura, taxade fluxo, e alturas de vôo previstas no caso de uma asa).

O perfil geral 1 e as dimensões da asa são variáveis. Estão associados àspropriedades aerodinâmicas e à estrutura principal.

Graças à invenção, é possível fazer um perfil 1 cuja forma ou geometriapossam ser modificadas para se ajustar às condições operacionais: velocidade,natureza do fluxo, etc.

No campo da aeronáutica, os mecanismos existentes tais como os flapsgiratórios e retráteis encontrados no bordo de fuga do avião, podem assim sereliminados, e não é mais necessário instalar mecanismos com controles, sistemashidráulicos ou motores nos perfis 1 para garantir a sua deformação, obtendo-seassim uma estrutura simplificada e leve.

Este tipo de perfil 1, de acordo com a invenção, com uma estrutura leve edeformável, pode ser utilizado para asas de aviões teleguiados, isto é, semtripulação, que devem ser capazes de voar em baixa velocidade e, ao mesmotempo, permanecer imperceptíveis. Poderia igualmente aplicar-se a aeronaves civisou militares na busca por estruturas cada vez mais leves.

Tal perfil 1 também pode ser utilizado para fazer uma asa cuja deformaçãotorne possível variar o coeficiente da pressão Cp nas superfícies inferiores esuperiores. Verifica-se pelo cálculo, que as pressões no bordo de fuga são baixascom relação às forças geradas pela deformação do núcleo ativo 2. Isto significa quea asa tem a resistência suficiente para resistir a flutuações externas da pressão.

Assim, conforme mostrado na Figura 2, com uma camada ativa com 450milímetros de comprimento (aproximadamente metade do perfil 1), os testesdemonstraram que é possível obter uma deflexão de 40 a 45 mm na ponta. Oscálculos tornaram possível determinar a composição ideal do laminado para obter adeflexão máxima para uma potência de 2,5 kW/m2 por 2 minutos.

O perfil 1, de acordo com a invenção pode, naturalmente, referir-se a uma asaou a uma pá que pode ser integrada em qualquer estrutura aeronáutica ou hidráulica(avião, aeronaves, aviões teleguiados, estruturas voadoras, pás de moinhos devento, pás de turbinas, pás de helicóptero).Naturalmente, a invenção não é limitada à incorporação descrita e mostradanos desenhos em anexo. As modificações são possíveis, especialmente sob o pontode vista da composição de vários elementos ou pela substituição de técnicasequivalentes, sem deixar o escopo da proteção da invenção.

Claims (11)

1. PERFIL AERODINÂMICO OU HIDRODINÂMICO que pode ser deformado, demaneira contínua e controlada, consistindo essencialmente de um casco montadosobre uma infra-estrutura, caracterizado pelo fato de que a infra-estrutura possuium núcleo (2) que se estende ao longo da seção transversal do perfil (1), e pelo fatode que este núcleo (2) possui, pelo menos, uma seção ativa feita em materialcomposto, que sofre deformação contínua e controlada sob o efeito de uma variação-ajustável da temperatura em, pelo menos, uma camada ativa do material composto,o qual, nas regiões do casco do perfil (1) que corresponde à seção ativa, induz a-10 uma deformação da direção e da amplitude correspondentes.

2. PERFIL AERODINÂMICO OU HIDRODINÂMICO, de acordo com a reivindicação1, caracterizado pelo fato de que cada seção ativa do núcleo possui, pelo menos,uma camada inativa com características de expansão diferentes daquelas quesurgem da camada ou das camadas ativas da seção ativa em questão.

3. PERFIL AERODINÂMICO OU HIDRODINÂMICO de acordo com qualquer umadas Reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, uma seçãoativa do núcleo (2) está conectada a uma fonte de calor.

4. PERFIL AERODINÂMICO OU HIDRODINÂMICO de acordo com qualquer umadas Reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, uma seçãoativa do núcleo (2) está conectada a uma fonte de resfriamento.

5. PERFIL AERODINÂMICO OU HIDRODINÂMICO de acordo com uma dasReivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que possui um dispositivo (3) parabloquear a posição deformada do perfil (1).

6. PERFIL AERODINÂMICO OU HIDRODINÂMICO, de acordo com a reivindicação-5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de bloqueio (3) é do tipo quebloqueia automática e continuamente durante a deformação do perfil (1) e pode serdesbloqueado por um dispositivo de ativação.

7. PERFIL AERODINÂMICO OU HIDRODINÂMICO, de acordo com a reivindicação-6, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de bloqueio (3) compreende umacremalheira que engata nos dentes de uma roda livre dentada.

8. PERFIL AERODINÂMICO OU HIDRODINÂMICO, de acordo com a reivindicação-6, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de bloqueio (3) compreende umaroda de catraca e um prendedor.

9. PERFIL AERODINÂMICO OU HIDRODINÂMICO, de acordo com alguma dasreivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de ativação é umaseção ativa de material composto que sofre uma deformação contínua e controladaquando sob o efeito de uma variação ajustável da temperatura em, pelo menos, umacamada ativa do material composto, por meio da qual a seção ativa induz a umadeformação controlada do dispositivo de bloqueio (3) como uma função da variaçãoda temperatura, tirando-o da sua posição de bloqueio e colocando-o em outraposição de bloqueio ou na posição desbloqueada.

10. PERFIL AERODINÂMICO OU HIDRODINÂMICO de acordo com uma dasreivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o casco do perfil (1) é cobertopor uma série de revestimentos (4) colocados lado a lado, e um lacre (5) estálocalizado nas ligações entre estes revestimentos (4), sob estes últimos.

11. PERFIL AERODINÂMICO OU HIDRODINÂMICO de acordo com a reivindicação-10, caracterizado pelo fato de que a infra-estrutura consiste de peças desustentação (6) montadas perpendicularmente ao núcleo (2), neste último e em cadalado deste último e estendendo-se até o casco do perfil (1) e pelo fato de que osrevestimentos (4) são colocados entre duas peças consecutivas de sustentação (6).