BRPI0808617A2

BRPI0808617A2 - "dispositivo de proteção"

Info

Publication number: BRPI0808617A2
Application number: BRPI0808617-6A
Authority: BR
Inventors: Weyland Gilles; Dulay Bernadette; Hardy David
Original assignee: Airbus France
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2014-09-16
Also published as: FR2914362B1; WO2008135699A3; FR2914362A1; JP2010523863A; CN101652536A; CA2681365A1; RU2009140136A; WO2008135699A2; CN101652536B; US20100101205A1; EP2129876A2

Description

I "DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO".

A presente invenção refere-se a um dispositivo de desvio e de retenção de fragmentos provenientes de um motor de aeronave, e mais particularmente, de fragmentos provenientes de um estágio de compressor ou de uma turbina do motor.

Em matéria de proteção, uma primeira solução consiste em proteger certos elementos chamados elementos alvo dispondo um anteparo ou uma estrutura forte entre a fonte 10 potencial de fragmentos e o elemento alvo, próximo do dito elemento. O anteparo deve ser capaz de reter os elementos com maior energia.

De acordo com outra solução, os mecanismos essenciais bem como os circuitos de comando de uma aeronave são 15 geralmente dissociados para conferir mais segurança. A título de exemplo, uma aeronave contém vários circuitos hidráulicos e elétricos para assegurar uma mesma função, de maneira que a perda de um destes circuitos (de comando ou de potência) não acarrete a perda da função em si. 20 Essa solução amplamente utilizada leva a aumentar a massa embarcada e a complexidade da concepção do motor, especialmente evitando a justaposição dos mecanismos principais e dos sistemas de segurança correspondentes.

De acordo com outra abordagem, as soluções visam tratar a ou as fontes de fragmentos ou os próprios fragmentos.

No motor, existem essencialmente duas fontes de fragmentos, a saber, a hélice do compressor, de onde palhetas ou pedaços de palhetas podem se desprender, e o turborreator, de onde estágios ou pedaços de estágios de compressores ou de turbinas podem se desprender.

No que se refere à hélice do compressor, uma solução consiste em prever uma cinta a fim de reter os fragmentos na periferia da hélice. Assim, os fragmentos são mantidos no interior da cinta e não podem atingir os alvos.

De acordo com essa solução, as características das cintas, especialmente as dimensões e os materiais, são determinadas com o fim de reter os fragmentos com maior energia. Não sendo a zona de implantação da cinta muito solicitada em matéria de temperatura, é possível utilizar elementos compósitos e/ou uma estrutura alveolar com o fim de não aumentar muito a massa embarcada.

Finalmente, a forma contínua da cinta permite ao mesmo tempo conter um fragmento qualquer que for seu ângulo de ejeção e obter uma maior resistência mecânica que elementos separados.

No que se refere ao turborreator, os projetistas tendem a tornar mais seguros os elementos do motor com o fim de reduzir os riscos de ruptura dos elementos que o constituem, especialmente elementos rotativos tais como os estágios dos compressores ou das turbinas. Essa solução leva a aumentar os coeficientes de segurança na concepção das peças, a melhorar os materiais e a prever processos de realização das peças com controles de qualidade mais numerosos e/ou mais rigorosos. Mesmo que essa solução permita reduzir os riscos de ruptura, ela não os elimina completamente, de maneira que sempre existe o risco de que um dos elementos dos estágios dos compressores e das turbinas se desprenda e danifique uma parte da aeronave.

Uma solução poderia consistir em utilizar uma cinta como para a hélice. No entanto, essa solução não é facilmente executável, especialmente na medida em que a zona de implantação é uma zona de maior solicitação de temperatura.

De acordo com uma solução descrita no documento US3.974.313, pode-se prever um tratamento de tipo pontual, 30 a saber, sobre uma zona limitada não circunferente. Segundo esse documento, o dispositivo de proteção compreende um painel deformável suscetível de reter os fragmentos ejetados. Para reter um fragmento, a energia do mesmo deve ser totalmente absorvida graças à 35 deformação do painel de proteção. Essa solução pode ser dificilmente executável para os fragmentos com maior energia. Assim, para limitar os efeitos nefastos de um estouro de motor, os construtores de aeronaves utilizam várias soluções visando essencialmente dissociar os sistemas para torná-los mais tolerantes, proteger os sistemas 5 atrás das estruturas fortes, limitar as conseqüências estruturais criando, por exemplo, caminhos de esforços residuais após impacto, e isto de maneira muito bem respaldada pelo regulamento aeronáutico e considerando em geral uma energia infinita para os fragmentos.

Assim, a presente invenção visa paliar os inconvenientes da arte anterior propondo um dispositivo de desvio e de retenção de fragmentos de um motor de aeronave, visando tornar mais flexíveis as escolhas de arquitetura, mantendo o objetivo de tornar a aeronave mais segura sem 15 aumentar de maneira excessiva a massa embarcada.

Para tal, a invenção tem como objeto um dispositivo de proteção para tratar pelo menos um fragmento proveniente de uma fonte de uma aeronave, especialmente um estágio de compressor ou de turbina de um motor de aeronave, e 20 impedi-lo de atingir um alvo da dita aeronave, caracterizado pelo fato de possuir uma geometria e uma posição em relação à fonte e ao alvo que permitem desviar os fragmentos com maior energia a fim de proteger o dito alvo disposto em uma zona protegida predefinida.

Outras características e vantagens da invenção ressaltarão da descrição a seguir, descrição essa dada unicamente a título de exemplo, em relação aos desenhos anexos cujas figuras são relacionadas abaixo.

A figura 1 é um corte longitudinal de um conjunto propulsor de uma aeronave;

A figura 2 é uma vista em perspectiva de um motor equipado de um dispositivo de acordo com uma primeira variante da invenção;

A figura 3 é uma vista em perspectiva de um motor equipado de um dispositivo de acordo com outra variante da invenção;

A figura 4 é uma vista lateral ilustrando em detalhe os meios de fixação do dispositivo da figura 2;

A figura 5 é uma vista em perspectiva de um motor equipado de um dispositivo de acordo com outra variante da invenção;

A figura 6 é uma vista em perspectiva de um motor equipado de um dispositivo de acordo com outra variante da invenção;

A figura 7 é uma vista lateral ilustrando em detalhe outra variante do dispositivo da invenção;

A figura 8 é um esquema ilustrando outra zona de implantação de um dispositivo de acordo com a invenção;

A figura 9 é um esquema ilustrando o desvio de um fragmento segundo uma primeira direção graças a um dispositivo de acordo com a invenção;

A figura 10 é um esquema ilustrando o desvio de um fragmento segundo outra direção graças a um dispositivo de acordo com a invenção; e

A figura 11 é um esquema ilustrando uma zona protegida por um dispositivo de acordo com a invenção.

Na figura 1, representou-se um conjunto propulsor 10 de uma aeronave, também chamado turborreator, ligado a uma aeronave graças a meios de ligação, especialmente graças a um mastro 12 sob uma asa 14 de aeronave. Ele compreende um motor 16 com, por um lado, uma hélice compreendendo um 25 rotor 18 munido de palhetas e um estator 20 munido de aletas e, por outro lado, um conduto primário 22 no qual estão dispostos, segundo o sentido de escoamento do ar 24, estágios de compressores 26, uma câmara de combustão 28 e estágios de turbinas 30. 0 motor 16 está disposto em 30 uma nacela 32 que compreende a montante da hélice uma entrada de ar 34 e a jusante do estator da hélice um conduto secundário 36.

Como ilustrado nas figuras, o motor compreende uma primeira parte na frente, na altura da qual é prevista a hélice, e uma segunda parte atrás, na altura da qual estão dispostos os estágios de compressão, a câmara de combustão bem como os estágios das turbinas, possuindo a dita parte um diâmetro relativamente menor que a parte dianteira e sendo de maior solicitação de temperatura e submetida a temperaturas iguais ou superiores a 300°C.

Em matéria de proteção, pode ser prevista uma cinta em torno da hélice visando reter uma palheta ou pedaço de palheta suscetível de se desprender da hélice. As características mecânicas dessa cinta são determinadas de maneira a reter os fragmentos com maior energia.

Os estágios de compressores 26 e os estágios de turbinas 30 apresentam-se na forma de discos compreendendo aletas capazes de pivotar segundo o eixo do motor 16 materializado pelo eixo de referência 38.

Como para a hélice, partes dos elementos em movimento do motor 16, especialmente estágios dos compressores e das turbinas, podem se desprender ou se romper de maneira acidental e formar fragmentos capazes de danificar outra parte da aeronave.

Contrariamente aos fragmentos provenientes da hélice que têm movimentos aleatórios, o requerente notou após 20 observações que os fragmentos provenientes dos estágios de compressores e de turbinas têm, na maioria dos casos, uma cinemática particular, especialmente esses fragmentos pivotam sobre si mesmos e têm uma trajetória dita privilegiada.

De acordo com a invenção, o conjunto propulsor compreende um dispositivo 40 na região do motor, não circunferencial, possuindo o dito dispositivo uma geometria que permite desviar os fragmentos com maior energia. De acordo com a invenção, o dispositivo 40 está 30 interposto entre uma fonte de fragmentos, especialmente os estágios de compressores 26 e/ou os estágios de turbinas 30, e a zona a ser protegida 41, como ilustrado na figura 11.

Contrariamente a uma cinta, o dispositivo 40 da invenção não se estende sobre toda a circunferência do motor na periferia do elemento rotativo. Assim, de acordo com a invenção, o dispositivo 40 é de tipo pontual e ocupa uma zona restrita. 0 dispositivo está disposto de maneira a ser secante com a trajetória privilegiada. Esta configuração permite poder limitar a massa embarcada. Contrariamente aos dispositivos da arte anterior, o 5 dispositivo 40 da invenção não é concebido para reter os fragmentos com maior energia, mas sua geometria e sua posição em relação à fonte de fragmentos e ao alvo são determinadas de maneira a desviar os fragmentos com maior energia, ou seja, absorver somente parte de sua energia. 10 Esta configuração permite poder limitar a massa embarcada.

O dispositivo de proteção tem de preferência uma forma convexa a fim de favorecer o desvio dos fragmentos e não retê-los.

Vantajosamente, o dispositivo é realizado a partir de materiais adaptados para suportar temperaturas da ordem de 300 a 400°C ou mais.

Na medida em que o dispositivo é de tipo pontual e concebido para desviar os fragmentos com maior energia e não retê-los, convém utilizar materiais resistentes a altas temperaturas, sem, contudo, aumentar de maneira conseqüente a massa embarcada.

O dispositivo 40 compreende, por um lado, pelo menos uma parte deformável 42, e, por outro lado, meios de ligação 44 com o motor ou a nacela, e até a aeronave.

O dispositivo compreende uma parte deformável para não se romper e constituir fragmentos capazes de danificar zonas sensíveis da aeronave.

De acordo com as variantes, os meios de ligação 44 ligam 30 o dispositivo da invenção ao motor, especialmente as virolas previstas na periferia do motor, como ilustrado nas figuras 2, 3, 5 e 6, ou à carenagem delimitando a parede interna do conduto secundário da nacela, como ilustrado na figura 8.

Vantajosamente, os meios de ligação 44 absorvem uma parte da energia produzida durante o choque de um fragmento graças especialmente aos materiais utilizados para os meios de ligação e/ou aos dimensionamentos dos meios de ligação e/ou às formas dos meios de ligação.

De preferência, os meios de ligação 44 compreendem duas ferragens 46 e 46', ilustradas detalhadamente nas figuras 5 4 e 7, dispostas de ambos os lados de pelo menos a dita parte deformável 42, com meios de fixação permitindo ligar cada ferragem à aeronave e meios de fixação permitindo ligar cada ferragem à dita pelo menos parte deformável 42.

Vantajosamente, a parte deformável 42 tem uma geometria adaptada para favorecer o desvio dos fragmentos com maior energia e de preferência, para permitir que os ditos fragmentos rolem sobre a dita parte, levando em conta sua forma e seu movimento de pivotamento sobre si mesmos.

A parte deformável 42 deve ter em sua superfície, pelo menos na altura da zona de impacto provável, uma grande resistência ao cisalhamento além de ter, de preferência, uma grande capacidade de deformação.

Vantajosamente, a ou as partes deformáveis 42 são realizadas em um primeiro material com uma grande resistência dinâmica ao cisalhamento, e em um segundo material com uma grande capacidade de deformação dinâmica sem ruptura.

A título de exemplo, o primeiro material é escolhido entre os materiais seguintes: titânio, aço de alta liga tal como, por exemplo, um produto comercializado sob a marca INCONEL, compósito a base de fibras cerâmicas tipo CMC, etc.

A título de exemplo, o segundo material é escolhido entre os materiais seguintes: um produto compósito a base de fibras aramidas tal como, por exemplo, o produto comercializado sob a marca KEVLAR, espumas metálicas, casas de abelha metálicas, etc.

De acordo com uma primeira variante, a parte deformável 42 pode se apresentar sob a forma de pelo menos uma barra 48, por exemplo, uma só barra como ilustrado na figura 2, duas barras como ilustrado na figura 3, ou uma malha de barras.

Vantajosamente, a ou as barras estão dispostas segundo a direção longitudinal, a saber, paralela ao eixo 38.

A barra pode ter diferentes formas de seção, por exemplo, circular, triangular, quadrada ou outra.

A barra ou as barras têm dois efeitos distintos:

- graças à forma da seção da ou das barras, o fragmento, em função de sua posição no momento do choque, será desviado no caso de configurações em que o centro de gravidade do fragmento é afastado do da barra;

graças a sua capacidade de deformação, a barra absorverá toda ou parte da energia cinética do fragmento. De acordo com outro modo de realização, a parte deformável pode se apresentar sob a forma de pelo menos 15 um cabo 50, por exemplo, um só cabo como ilustrado na figura 5, ou vários cabos 50.

O cabo tem efeitos sensivelmente semelhantes aos da barra. Ele oferece a mais a possibilidade de grande deslocamento antes de se deformar.

Podem ser consideradas outras formas como, por exemplo, pelo menos uma faixa 52 ou um empilhamento de faixas 52, como ilustrado nas figuras 6 e 7.

A placa poderá ser mais ou menos inclinada para formar com a trajetória privilegiada um ângulo favorecendo o desvio dos fragmentos com maior energia.

A ou as placas têm dois efeitos distintos.

Ela(s) permite(m) desviar os fragmentos com maior energia especialmente sendo mais ou menos inclinada(s) com a trajetória privilegiada dos fragmentos.

A ou as partes deformáveis 42 pode(m) ser constituída(s) de uma combinação de barra(s), cabo(s) e placa(s). Por exemplo, uma série de barras justapostas paralelas combinadas ou afastadas com uma placa, um cabo inserido em uma barra ou um material absorvente em uma estrutura 35 oca como a barra ou o empilhamento de placas.

Representou-se nas figuras 9 e 10 um fragmento 54 proveniente de uma fonte 56. Em função do sentido de rotação do fragmento e da posição relativa do dispositivo de proteção e da trajetória do fragmento, este último pode ser desviado como ilustrado na figura 9, ou desviado após ter rolado sobre o dispositivo 40 como ilustrado na 5 figura 10. Assim, como ilustrado na figura 11, um dispositivo de proteção 40 pode proteger um elemento sensível localizado em uma zona protegida 41, sendo os fragmentos afastados desta zona protegida graças ao dispositivo de proteção 40.

Como ilustrado nas figuras 9 e 10, nota-se que o dispositivo 40 se deforma durante o choque com o fragmento a fim de não se romper e constituir um fragmento capaz de danificar um elemento sensível localizado na zona protegida 41.

Mesmo que ele seja descrito utilizado para tratar o elemento "culpado" estando disposto à proximidade da fonte de fragmentos, o dispositivo da invenção poderia ser utilizado para tratar o elemento "alvo" sendo disposto à proximidade do elemento a ser protegido dos 20 fragmentos.

Contrariamente à arte anterior, a invenção visa dimensionar os elementos, não para fragmentos de energia infinita, mas para absorver uma parte dos fragmentos com maior energia. Nesse caso, mesmo que a energia cinética 25 não seja totalmente absorvida, ao desviar o fragmento e ao se deformar, o dispositivo permite absorver uma parte significativa da energia dos fragmentos com maior energia, de maneira que, mesmo que não sejam retidos, a energia restante é amplamente reduzida tornando os ditos 30 fragmentos menos perigosos.

Claims

1. Dispositivo de proteção, para tratar pelo menos um fragmento (54) proveniente de uma fonte (56) de uma aeronave, especialmente um estágio de compressor ou de turbina de um motor de aeronave, e impedi-lo de atingir um alvo da dita aeronave, caracterizado pelo fato de possuir uma geometria e uma posição em relação à fonte (54) e ao alvo que permitem desviar os fragmentos (54) com maior energia a fim de proteger o dito alvo disposto em uma zona protegida (41) predefinida.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser realizado a partir de materiais adaptados para suportar temperaturas da ordem de 300°C ou mais.

3. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de compreender, por um lado, pelo menos uma parte deformável (42), e, por outro lado, meios de ligação (44) com a aeronave.

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de a dita pelo menos uma parte deformável (42) ser realizada em um primeiro material com uma grande resistência dinâmica ao cisalhamento, e em um segundo material com uma grande capacidade de deformação dinâmica sem ruptura.

5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de a parte deformável (42) compreender pelo menos uma barra (48) .

6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de a parte deformável (42) compreender pelo menos um cabo (50) .