PL225569B1 - Profil lotniczy, zwłaszcza kompozytowy, o zmiennym kształcie - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest profil lotniczy, zwłaszcza kompozytowy, o zmiennym kształcie, posiadający strukturę z materiałem aktywnym umożliwiającym zmianę właściwości aerodynamicznyc h skrzydła samolotu lub łopaty wiropłatu podczas lotu, a także zmianę właściwości aerodynamicznych obracającej się łopaty turbiny wiatrowej.

W technice lotniczej stosowane są struktury o zmiennym kształcie, zwane także strukturami morficznymi, pozwalające na zmianę właściwości aerodynamicznych powierzchni nośnych i sterowych podczas lotu, zwiększając przez to efektywność lotu. Do budowy tego typu struktur są wykorzystyw anie materiały aktywne zmieniające kształt pod wpływem zewnętrznego impulsu elektrycznego lub magnetycznego, takie jak materiały piezoelektryczne, magnetostrykcyjne, materiały ze stopów z pamięcią kształtu (SMA).

W opisie patentowym US8043053 przedstawione jest skrzydło stabilizatora poziomego wyp osażone w dwa aktuatory wykonane ze stopu SMA, które służą do zmiany kształtu tylnej elastycznej części skrzydła.

W opisie patentowym US2009079301 przedstawiony jest profil lotniczy o zmiennym kształcie, w którym zmiana kształtu profilu następuje pod wpływem aktuatora wykonanego z warstw materiału piezoelektrycznego.

W zgłoszeniu patentowym DE1997112034 przedstawiony jest profil lotniczy z krawędzią o zmiennym kształcie, w którym elastyczne poszycie profilu ma wbudowaną miejscowo warstwę aktywną z materiału aktywnego, piezoceramicznego, piezoelektrycznego lub magnetostrykcyjnego. Rozwiązanie umożliwia adaptacyjną zmianę profilu lotniczego pod wpływem impulsu sterującego. Profil lotniczy może być wykonany z warstw kompozytowych o odpowiednio dobranej grubości, umożliwiających elastyczne odkształcenie pod wpływem materiału aktywnego. Rozwiązanie to może być stosowane także w łopatach turbin wiatrowych w celu zmiany ich charakterystyki aerodynamicznej. Ponadto zastosowana warstwa aktywna może służyć jako czujnik przekazujący sygnały do układu sterowania.

W technice lotniczej stosowane są także ciecze i elastomery magnetoreologiczne, które mogą zmieniać swoje właściwości lepkosprężyste pod wpływem pola magnetycznego. Mogą także osiągać konsystencję ciała stałego w czasie kilku milisekund. Te cechy materiałów magnetoreologicznych są wykorzystywane do aktywnego tłumienia drgań mechanizmów. Z opisu patentowego EP 1422439 znany jest także układ mocujący, w którym zaczepy są wykonane z magnetoreologicznego elastom eru o zmiennym kształcie i sztywności. Zmiana kształtu i sztywności następuje pod wpływem pola magnetycznego generowanego przez magnes stały, elektromagnes lub układ tych magnesów.

Profil lotniczy, zwłaszcza kompozytowy, o zmiennym kształcie, posiadający elektromagnesy wytwarzające pole magnetyczne w otoczeniu substancji magnetoreologicznej umieszczonej w strukturze profilu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że substancję magnetoreologiczną stanowi elastomer magnetoreologiczny, z którego jest wykonana powłoka przymocowana od zewnątrz do poszycia, zaś elektromagnesy są zamocowane do poszycia od wewnątrz profilu, przy czym rdzenie cewek elektromagnesów są skierowane w kierunku powłoki.

Korzystnym jest, jeżeli poszycie jest uformowane z kompozytu warstwowego, do którego są zamocowane rdzenie wraz z cewkami.

Korzystnym jest także, jeżeli w skład poszycia wchodzi płyta nośna, do której są przymocowane od wewnątrz rdzenie wraz z cewkami, a od zewnątrz elastomerowa powłoka.

W korzystnym wykonaniu profilu, płyta nośna stanowi część modułu z macierzowym układem transformatorów, mocowanego rozłącznie w profilu lotniczym. Ponadto korzystnym jest, jeżeli w powłoce są uformowane kanaliki.

Podczas działania elektromagnesów, następuje zmiana sztywności i odkształcenie elastomeru magnetoreologicznego, w tym zmiana grubości warstwy elastomerowej w wyniki oddziaływań elektrodynamicznych pomiędzy namagnesowanymi cząsteczkami i podatną na odkształcenie osnową. Ponadto możliwe jest odkształcenie warstwy elastomerowej w lokalnych zagłębieniach ukształtowanych w poszyciu lub w płycie nośnej. Dzięki temu następuje zmiana kształtu profilu lotniczego, a tym samym zmiana jego właściwości aerodynamicznych i optycznych.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia profil lotniczy o zmiennym kształcie w przekroju poprzecznym, fig. 2 przedstawia szczegół A z fig. 1 w powiększeniu, fig. 3 przedstawia fragment profilu lotniczego z fig. 1 w perspektywie, fig. 4 przedstawia modułową strukturę warstwową do profilu lotniczego o zmiennym

PL 225 569 B1 kształcie w przekroju poprzecznym, fig. 5 przedstawia szczegół A z fig. 4, a fig. 6 przedstawia modułową strukturę warstwową z fig. 4 w perspektywie.

Jak przedstawiono na fig. 1, 3, profil lotniczy o zmiennym kształcie posiada elektromagnesy wytwarzające pole magnetyczne w otoczeniu substancji magnetoreologicznej umieszczonej w strukturze profilu. Substancję magnetoreologiczną stanowi elastomer magnetoreologiczny, którego jest wykonana powłoka 2 przymocowana od zewnątrz do poszycia 1. W powłoce 2 są uformowane kanaliki 3. Elektromagnesy są zamocowane do poszycia 1 od wewnątrz profilu tak, że rdzenie 5 cewek 4 elektromagnesów są skierowane w kierunku powłoki 2. Poszycie 1 profilu lotniczego widocznego na fig. 1 jest uformowane z kompozytu warstwowego, do którego są zamocowane bezpośrednio rdzenie 5 wraz z cewkami 4. Struktura profilu może być wyposażona w rozmieszczone macierzowo transform atory wytwarzające pole magnetyczne w wybranych miejscach powłoki 2 widocznej na fig. 3. Macierz transformatorów wraz z powłoką 2 może być także wykonana jako modułowa struktura warstwowa, mocowana w strukturze profilu, złożona z co najmniej jednego rzędu transformatorów.

Modułowa struktura warstwowa widoczna na fig. 4-6 składa się z płyty nośnej 6, do której są przymocowane od wewnątrz rdzenie 5 wraz z cewkami 4, a od zewnątrz elastomerowa powłoka 2 z kanalikami 3. Krawędzie boczne powłoki 2 są zespolone z wygiętymi do góry krawędziami płyty nośnej 6. Moduł z rozmieszczonymi macierzowo transformatorami wytwarzającymi pole magnetyczne w wybranych miejscach powłoki 2 jest widoczny na fig. 6. Taki moduł może być mocowany rozłącznie do struktury profilu lotniczego, a wówczas płyta nośna 6 wchodząca w skład modułu zastępuje część poszycia 1. Elektromagnesy kształtujące pole magnetyczne mogą być rozmieszczone w zdefiniowanym położeniu, optymalnym i odpowiadającym za założoną deformację powierzchni.

Pod wpływem pola magnetycznego, elastomer magnetoreologiczny jest przyciągany w kierunku rdzenia 5 elektromagnesu, powodując lokalną zmianę kształtu powłoki 2. Kształt zagłębień w powłoce 2 zależy od siły i sposobu ukierunkowania pola magnetycznego. Elektromagnesy mogą być włączane oddzielnie w poszczególnych rzędach. W rezultacie w powłoce 2 powstają miejscowe lub liniowe zagłębienia, co z kolei wpływa na własności aerodynamiczne profilu i jego sztywność. Kanaliki 3 zwiększają podatność powłoki 2 na odkształcenie pod wpływem pola magnetycznego. Kanaliki mogą być uszczelnione elastyczną pianką lub innym środkiem podatnym na odkształcenie. Zamiast powłoki 2 z kanalikami 3, może być zastosowana warstwa z elastomeru magnetoreologicznego o strukturze porowatej.

Na fig. 4-6 widoczne jest miejscowe zagłębienie spowodowane działaniem pojedynczego elektromagnesu. Analogiczne zagłębienie powstaje w powłoce 2 profilu lotniczego przedstawionego na fig. 1.

Rozwiązanie według wynalazku może funkcjonalnie spełniać rolę klapki będącej elementem skrzydła, a jego rola polega zarówno na zwiększeniu siły nośnej lub ograniczeniu sił oporu, jak i na aktywnym wpływaniu na własności aerodynamiczne, w celu ograniczenia drgań samowzbudnych, nadmiernych drgań spowodowanych dynamicznym obciążeniem profilu, a także w celu obniżenia poziomu hałasu lub strat energii podczas ruchu. Dodatkowo, deformacja struktury prowadzi do zmiany obrazu powierzchni oraz do rozproszenia promieniowania radarowego, co może być wykorzystane w technologii stealth.

Claims (5)

1. Profil lotniczy, zwłaszcza kompozytowy, o zmiennym kształcie, posiadający elektromagnesy wytwarzające pole magnetyczne w otoczeniu substancji magnetoreologicznej umieszczonej w strukturze profilu, znamienny tym, że substancję magnetoreologiczną stanowi elastomer magnetoreologiczny, z którego jest wykonana powłoka (2) przymocowana od zewnątrz do poszycia (1), zaś elektrom agnesy są zamocowane do poszycia (1) od wewnątrz profilu, przy czym rdzenie (5) cewek (4) elektr omagnesów są skierowane w kierunku powłoki (2).

2. Profil według zastrz. 1, znamienny tym, że poszycie (1) jest uformowane z kompozytu warstwowego, do którego są zamocowane rdzenie (5) wraz z cewkami (4).

3. Profil według zastrz. 1, znamienny tym, że w skład poszycia (1) wchodzi płyta nośna (6), do której są przymocowane od wewnątrz rdzenie (5) wraz z cewkami (4), a od zewnątrz elastomerowa powłoka (2).

4. Profil według zastrz. 3, znamienny tym, że płyta nośna (6) stanowi część modułu z macierzowym układem transformatorów, mocowanego rozłącznie w profilu lotniczym.

5. Profil według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że w powłoce (2) są uformowane kanaliki (3).