MX2007014660A

MX2007014660A - Calentador hibrido conductor/resistente compuesto capaz de deformacion para dispositivo termico anti-hielo.

Info

Publication number: MX2007014660A
Application number: MX2007014660A
Authority: MX
Inventors: Paul K Oldroyd
Original assignee: Bell Helicopter Textron Inc
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2008-03-07
Also published as: US20060289444A1; US20070092371A1; CA2609119A1; JP2008545575A; WO2006130454A2; BRPI0610650A2; US7585156B2; EP1885600A2; CN101203423A; KR20080033155A; EP1885600B1; AU2006252729A1; RU2007149271A; CA2609119C; WO2006130454A3

Abstract

La presente invencion se refiere a un aspa de rotor de un helicoptero. En una modalidad, el aspa de rotor incluye un cuerpo; y una estera calentadora acomodada en el cuerpo y configurada para suministrar calor al cuerpo. La estera calentadora incluya una primera pluralidad de fibras y una segunda pluralidad de fibras electricamente conectadas con la primera pluralidad de fibras. La primera pluralidad de fibras define un angulo positivo menor que aproximadamente +45 degree con relacion a una primera direccion perpendicular a una direccion longitudinal del cuerpo. La segunda pluralidad de fibras define un angulo negativo mayor que aproximadamente -45 degree con relacion a la primera direccion.

Description

CALENTADOR HÍBRIDO CONDUCTOR/RESISTENTE COMPUESTO CAPAZ DE DEFORMACIÓN PARA DISPOSITIVO TÉRMICO ANTI-HIELO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente solicitud se refiere a dispositivos anti-hielo y deshielantes para estructuras sometidas a deformación elevada, y más particularmente, a un dispositivo para remover el hielo y prevenir la formación de hielo en un aspa de rotor de un helicóptero.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La aeronave, durante el vuelo y/o en tierra, puede encontrar condiciones atmosféricas que causen la formación de hielo en las superficies de sustentación y en otras superficies de la estructura de la aeronave, incluyendo alas, estabilizadores, timón, alerones, entradas del motor, hélices, fuselaje y similares. Si no se remueve, el hielo acumulado puede añadir peso excesivo a la aeronave y alterar la configuración de la superficie de sustentación, causando condiciones de vuelo indeseables y/o peligrosas. Las aeronaves de aviación en general son particularmente susceptibles a las consecuencias dañinas de la formación de hielo, porque tan sólo pequeñas cantidades de hielo en sus miembros 'estructurales, tales como alas, cola, hélices, y similares, pueden alterar de manera significativa las Ref.: 187741 características del vuelo. Los dispositivos deshielantes y anti-hielo, que incluyen elementos calentados por resistencia, se usan comúnmente para evitar la formación de hielo y remover el hielo de las aspas del rotor de un helicóptero. Los elementos calentados por resistencia generalmente consisten en elementos de alambre o de material aleatorio de estera de carbón. Debido a que la fabricación de los elementos de alambre es una labor intensa, costosa, sensible al operador y tendiente a cortos y falla eléctrica, se ha usado típicamente un material aleatorio de estera de carbón. Estos elementos calentados por resistencia se arreglan usualmente a lo largo de la envergadura de las aspas con vias de retorno para la corriente eléctrica, de modo que se regresa la corriente eléctrica desde el exterior hacia el interior de las aspas. Las vias de retorno están conectadas con un suministro de energía, y se usa un mecanismo de control de retroalimentación para ajustar la corriente eléctrica que fluye a través de los elementos calentados por resistencia. Aunque un material de estera aleatoria de carbón ofrece distribución uniforme del calor, capacidad de doblado, y facilidad de fabricación, este material no es altamente tolerante a la deformación. Por lo tanto, debe ser de interés su uso en un ambiente de alta deformación. Por ejemplo, las aeronaves con rotor basculante tienen la flexibilidad única para despegar y aterrizar como un helicóptero, aunque viajan a velocidades y altitudes como las de un ala fija de turbohélice. La aeronave Bell V22 y la aeronave Bell Augusta BA 609 son ejemplos de estas aeronaves con rotor basculante. Estas aeronaves versátiles usan aspas de rotor que son mucho más gruesas que los helicópteros convencionales. Como resultado, la deformación inducida por el batir de las aspas es mucho mayor que en los helicópteros convencionales. En un ambiente con deformación tan alta, un material aleatorio de estera de carbón puede deteriorarse rápidamente. Con capacidades de crucero de 25,000 pies (762,000 m) , es decir, mucho más que la envolvente de un helicóptero convencional, las aeronaves de rotor basculante deben, sin embargo, ser certificadas para volar en condiciones heladas y en climas extremos, desde el ártico hasta el desértico.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Las modalidades de la invención incluyen un aspa de rotor de un helicóptero, incluyendo un cuerpo; y una estera calentadora acomodada en el cuerpo y configurada para suministrar calor al cuerpo, incluyendo la estera calentadora una primera pluralidad de fibras y una segunda pluralidad de fibras eléctricamente conectadas a la primera pluralidad de fibras. La primera pluralidad de fibras define un ángulo positivo más pequeño aproximadamente +45° con relación a una primera dirección perpendicular a una dirección longitudinal del cuerpo. La segunda pluralidad de fibras define un ángulo negativo mayor que aproximadamente -45° con relación a la primera dirección. En otra modalidad de la invención, se proporciona un dispositivo calentador para suministrar calor a un aspa de rotor de un helicóptero, incluyendo el dispositivo calentador una estera calentadora acomodada en el aspa del rotor. La estera calentadora incluye una primera pluralidad de fibras y una segunda pluralidad de fibras eléctricamente conectadas con la primera pluralidad de fibras. La primera pluralidad de fibras define un ángulo positivo menor que aproximadamente +45° con relación a una primera dirección perpendicular a una dirección longitudinal del aspa del rotor. La segunda pluralidad de fibras define un ángulo negativo mayor que aproximadamente -45° con relación a la primera dirección. En otra modalidad más de la invención, se proporciona un aspa de rotor de un helicóptero que incluye un cuerpo; una estera calentadora acomodada en el cuerpo y configurada para suministrar calor al cuerpo. La estera calentadora incluye una tela tejida formada con haces de fibras conductoras orientadas en una primera dirección y haces de fibras conductoras orientadas en una segunda dirección. La primera dirección define un ángulo positivo menor que aproximadamente +45° con relación a una dirección perpendicular a una dirección longitudinal del cuerpo. La segunda pluralidad de fibras define un ángulo negativo mayor que aproximadamente -45° con relación a una dirección perpendicular a una dirección longitudinal del cuerpo. En una modalidad de la invención, se proporciona una estructura sometida a alta deformación que incluye un cuerpo; una estera calentadora acomodada en el cuerpo y configurada para suministrar calor al cuerpo. La estera calentadora incluye una primera pluralidad de fibras y una segunda pluralidad de fibras conectadas eléctricamente a la primera pluralidad de fibras. La primera pluralidad de fibras define un ángulo positivo menor que aproximadamente +45° con relación a una primera dirección perpendicular a una dirección longitudinal del cuerpo, la segunda pluralidad de fibras define un ángulo negativo mayor que aproximadamente -45° con relación a la primera dirección.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Ahora se describirán modalidades de la invención, sólo a modo de ejemplo, con referencia a las figuras adjuntas en las cuales los símbolos de referencia correspondientes indican partes correspondientes, y donde: La Figura 1 es una representación esquemática de un aspa de rotor de un helicóptero de acuerdo con la modalidad de la invención; La Figura 2 muestra una vista superior de varias aspas de rotor sustancialmente idénticas, montadas en el montaje de torre del rotor de un helicóptero, de acuerdo con una modalidad de la invención; La Figura 3 muestra una sección transversal AA del aspa del rotor de acuerdo con una modalidad de la invención; La Figura 4 muestra un dispositivo calentador de acuerdo con una modalidad de la invención; La Figura 5 muestra una vista superior de la estera calentadora usada en el dispositivo calentador de la Figura 4; Las Figuras 6a-6c muestran la deformación de la estera calentadora de la Figura 5, durante el batir del aspa; Las Figuras la-Ib muestran las hojas de fibra unidireccional que se usan para fabricar la estera calentadora de la Figura 5; La Figura 7c muestra una cinta de dos capas que está hecha con las hojas de fibra unidireccional de las Figuras la-Ib, de acuerdo con una modalidad de la invención; La Figura 8 muestra una cinta de dos capas de acuerdo con una modalidad de la invención; La Figura 9 muestra un haz de fibras de acuerdo con una modalidad de la invención; La Figura 10 muestra una tela tejida de haces de fibras de acuerdo con una modalidad de la invención; y La Figura 11 muestra una sección transversal del aspa de rotor de acuerdo con una modalidad de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Figura 1 es una representación esquemática de un aspa 100 de rotor de un helicóptero (no se muestra) de acuerdo con una modalidad de la invención. El aspa 100 del rotor incluye un cuerpo 105 que tiene una cara 110 de succión y una cara 115 de presión opuesta a la cara 110 de succión. El aspa 100 del rotor también incluye un borde 120 de conducción, un borde 125 de arrastre, y un extremo interior y uno exterior 130, 135. El borde 120 de conducción y el borde 125 de arrastre definen el contorno longitudinal del cuerpo 105 y se extienden entre el extremo 130 interior y el extremo exterior 135. El cuerpo 105 del aspa 100 del rotor tiene un perfil de afilamiento, cuando se mira en el plano XZ, a lo largo de la dirección longitudinal del aspa 100 que se extiende desde el extremo interior 130 hacia el extremo exterior 135. En una modalidad, el extremo interior 130 es de aproximadamente 10-15 pulgadas (25.4-38.1 cms). En su porción media, el espesor del aspa 100 del rotor es de aproximadamente 5-6 pulgadas (12.7-15.24 cms). Como se sabe en la técnica, cuando el aspa 100 del rotor se mueve a través del aire, una corriente de aire fluye sobre la superficie 110 de succión y por debajo de la superficie 115 de presión. El aspa 100 del rotor está diseñada de modo que el flujo de aire es suave y se conforma a la forma del aspa 100 móvil del rotor. Cuando el aspa 100 del rotor se ajusta al ángulo correcto y se hace mover lo suficientemente rápido, el flujo de aire soporta el peso del aspa 100 del rotor y proporciona una fuerza hacia arriba que proporciona suficiente elevación para sostener en vuelo el helicóptero . El extremo interior 130 incluye un dispositivo 140 de unión para montar el cuerpo 105 del aspa 100 del rotor a una torre 205 del rotor de un helicóptero (ver la Figura 2) . Específicamente, el dispositivo 140 de unión incluye un primero y un segundo brazo generalmente paralelo, 145a, 145b, cada uno de los cuales se proporciona con una abertura cilindrica 150a, 150b. La Figura 2 muestra una vista superior de varias aspas de rotor sustancialmente idénticas 100, 101, 102, 103, montadas en el montaje 200 de la torre del rotor de un helicóptero, de acuerdo con una modalidad de la invención. Para evitar la redundancia, aquí la discusión se enfocará en la unión del aspa 100 del rotor, ya que las uniones de las otras aspas 101, 102 y 103 del rotor con el montaje 200 de la torre del rotor son sustancialmente idénticas. El montaje 200 de la torre del rotor incluye la torre 205 del rotor, un cubo 210 del rotor, y una pluralidad de porciones 215a-d receptoras de aspa. El cubo 210 del rotor está montado de manera deslizable en la torre 205 del rotor e incluye, en una periferia del mismo, la pluralidad de porciones 215a-d receptoras de aspas. Como puede verse en la Figura 2, los brazos generalmente paralelos 145a, 145b del aspa 100 del rotor están unidos en la porción 215a receptora del aspa. El aspa 100 del rotor es asegurada al montaje 200 de la torre del rotor vía un eje 220a que se inserta en las aberturas cilindricas 150a, 150b. En esta modalidad, el montaje 200 de la torre del rotor está configurado para recibir cuatro aspas de rotor sustancialmente idénticas. Esta configuración del aspa del rotor puede ser usada en una aeronave de rotor basculante tal como las aeronaves Bell V22 y Bell Augusta BA 609, pero no se limita a esas aeronaves. Se apreciará que el montaje 200 de la torre del rotor puede configurarse para recibir aspas de rotor adicionales o en menor cantidad, en otras modalidades. El aspa 100 del rotor está hecha de un material que es configurado para soportar ambientes de alta deformación. Estos ambientes de alta deformación generalmente se alcanzan durante el batir de las aspas. El batir de las aspas convencionalmente se refiere al movimiento hacia arriba y hacia abajo del extremo exterior 135 del cuerpo 105 durante la rotación del aspa 100 del rotor. El movimiento hacia arriba y hacia abajo del extremo exterior 135 pone alternativamente en tensión y en compresión la cara 110 de succión y la cara 115 de presión. El batir de las aspas puede lograrse en varios modos de operación de un helicóptero, incluyendo, por ejemplo, el modo de alta velocidad, la maniobra de alta velocidad, o el inicio de salto. La dirección de la deformación ejercida sobre el cuerpo 105 del aspa 100 del rotor durante el batir del asa, se orienta en la dirección longitudinal del cuerpo 105 y se identifica como "S" en la Figura 1. En ambientes de alta deformación, tales como los que se alcanzan con las aeronaves de rotor basculante, es deseable que los materiales del aspa sean capaces de soportar valores de deformación desde aproximadamente 6000 a aproximadamente 8000 µpulgada (152.4 µm a aproximadamente 203.2 µm) /pulgada. Estos valores indican que los materiales del aspa están configurados para estirarse hasta 8000 micro-pulgadas (203.2 micrómetros) por pulgada de estructura sin romperse. Estos valores de deformación son mucho más altos que los que se alcanzan típicamente con los helicópteros convencionales debido al hecho de que las aspas de rotor basculante son mucho más pesadas y giran mucho más rápido. Generalmente, el aire que fluye por arriba de un aspa de rotor basculante es de aproximadamente 200 millas (322 Km) más rápido que en un helicóptero convencional. Este flujo de aire de alta velocidad aumenta significativamente las cargas ejercidas en el cuerpo 105 del aspa 100 del rotor. Como resultado, las aspas de rotor basculante se hacen generalmente mucho más rígidas, para que puedan reaccionar a tales cargas. Tipicamente, los valores de deformación en las aeronaves de rotor basculante son aproximadamente cuatro veces más altas que las obtenidas con un helicóptero convencional . El aspa 100 del rotor puede ser una estructura compuesta que puede ser fabricada usando técnicas de fabricación conocidas en la técnica. Los materiales que pueden usarse en una modalidad para fabricar el aspa 100 del rotor incluyen, por ejemplo, resina epóxica y fibra de vidrio. Como se sabe en la técnica, las telas de fibra de vidrio se colocan en un molde y se impregnan con resina. Entonces la resina es polimerizada para formar la estructura compuesta. La Figura 3 muestra la sección transversal AA del aspa 100 del rotor (porción media como se muestra en la Figura 1) de acuerdo con una modalidad de la invención. La Figura 3 muestra la cara 110 de succión, la cara 115 de presión, el borde 120 de conducción, y el borde 125 de arrastre. El borde 120 de conducción del aspa 100 del rotor se curva hacia el borde 125 de arrastre con una forma que es, por ejemplo, parabólica. La distancia máxima (identificada como "D" en la Figura 3) entre la cara 110 de succión y la cara 115 de presión es de aproximadamente seis pulgadas (quince centímetros) en una modalidad de la invención. Las capacidades de anti-hielo y deshielo se proporcionan al aspa 100 del rotor con un dispositivo 300 de calentamiento que se aloja dentro del cuerpo 105. El dispositivo 300 de calentamiento tiene la forma de una estera 301 calentadora compuesta continua que envuelve al borde 120 de conducción y a porciones de la superficie de succión y de la de presión, 110, 115. Específicamente, el dispositivo 300 calentador cubre sustancialmente una primera región 305 de la superficie 110 de succión y una segunda región 310 de la superficie de presión 115. La primera y la segunda regiones 305 y 310 representan aproximadamente una cuarta parte de la superficie total revestida por las superficies de succión y de presión 110, 115. Esta cobertura de la superficie proporciona suficientes capacidades de anti-hielo y deshielo. Los experimentos han mostrado que el hielo parece formarse en las porciones 305, 310 del aspa 100 del rotor. Se apreciará que la estera 301 calentadora puede ser más grande o más pequeña en otras modalidades de la invención. Además, la cobertura de la superficie de la primera región 305 puede ser diferente de la de la segunda región 310. El dispositivo 300 calentador incluye un primer y un segundo extremo 315, 320, que están conectados a un suministro 325 de energía eléctrica acomodado en el helicóptero (no se muestra), a través de los cables 330, 335.

Para asegurar buena conexión eléctrica entre los cables 330, 335 y el primero y el segundo extremo 315, 320 del dispositivo 300 calentador, pueden usarse mallas metálicas 340, 345. Las mallas metálicas 340, 345 están acomodadas y dobladas a lo largo del primero y del segundo extremo 315, 320, a modo de envolver los cables conductores 330, 335 y cubrir las dos caras 350a, 350b de la estera 301 calentadora, como se muestra en la Figura . Tal arreglo así puede observarse en la Figura 4, que representa una vista en perspectiva del dispositivo 300 calentador. La estera 301 calentadora puede ser configurada para disipar el calor a una densidad de energía superficial en el intervalo desde aproximadamente 12 hasta aproximadamente 30 W/pulgada2 (aproximadamente 1.9 hasta aproximadamente 4.7 W/cm2) sobre la primera y la segunda región 305, 310, en una modalidad de la invención. La Figura 4 muestra con mayor detalle el arreglo de la estera 301 calentadora compuesta, los cables 330, 335 y las mallas metálicas 340, 345. La estera calentadora 301 incluye una pluralidad de fibras 400 específicamente orientadas que están acomodadas para permitir la deformación en una dirección y portar la corriente proporcionada por la fuente 325 de energía eléctrica. En una modalidad, las fibras están hechas de carbón y la estera calentadora 301 es capaz de soportar valores de deformación desde aproximadamente 6000 a aproximadamente 8000 µpulgada (152.4 µm a aproximadamente 203.2 µm) /pulgada de deformación. En otra modalidad de la invención, las fibras 400 pueden incluir boro o aluminio. Las redes metálicas 340, 345 envuelven a los cables 330, 345 y cubren las dos caras 350a, 350b de la estera calentadora 301, de modo que la corriente eléctrica I suministrada, p. ej . , al cable 30, puede fluir hacia la estera calentadora 301 y luego puede regresar al' cable 335. La estera calentadora 301 actúa como una matriz resistente que disipa el calor. La estera calentadora 301 puede incluir varias capas de fibras (no se muestran en la Figura 4), como se explica abajo con mayor detalle. Cada capa de fibras puede incluir una pluralidad de fibras individuales o una pluralidad de haces de fibras. Las capas de fibras pueden colocarse una sobre la otra para formar la estera calentadora 301. La estera calentadora 301 puede ser integrada con el aspa 100 del rotor de la siguiente manera: la estera calentadora 301 puede ser colocada sobre un substrato previamente hecho de epóxido/fibra de vidrio, luego revestida con fibra de vidrio, y subsecuentemente impregnada con resina. La resina puede ser polimerizada para formar la estructura compuesta final. Como se observa mejor en la Figura 5, que muestra una vista superior BB del dispositivo calentador 300, la estera calentadora 301 incluye una primera pluralidad 505 de fibras 400 generalmente paralelas orientadas en una dirección positiva (identificada como "+" en la Figura 5) y una segunda pluralidad 510 de fibras 400 generalmente paralelas orientadas en una dirección negativa (identificada como "-" en la Figura 5) . Las direcciones positiva y negativa se orientan con relación a la dirección (definida como "pp" en la Figura 5) sustancialmente perpendicular a la dirección S de la deformación. Cada fibra 400 de la primera pluralidad 505 de fibras define un ángulo positivo al con la dirección perpendicular a la dirección S de la deformación. A la inversa, cada fibra 400 de la segunda pluralidad de fibras 510 generalmente paralelas define un ángulo negativo a2 con la dirección perpendicular a la dirección S de la deformación. En una modalidad de la invención, el valor absoluto del ángulo positivo al puede ser sustancialmente igual al valor absoluto del ángulo a2 negativo. La orientación de la primera y de la segunda pluralidades de fibras conductoras, 505, 510, es menor que aproximadamente + 45° con relación a la dirección perpendicular a la dirección S de la deformación (es decir, al<+45° y -45°<a2) . En otra modalidad de la invención, la primera y la segunda pluralidades de fibras, 505, 510, pueden orientarse en el intervalo desde ± 2° hasta aproximadamente ± 25° con relación a la dirección perpendicular a la dirección S de la deformación (es decir, +2°<al<+25° y -25°<a2<-2° ) . En la estera calentadora 301 de la Figura 4, el número de fibras orientadas en la dirección positiva es sustancialmente el mismo que el número de fibras orientadas en la dirección negativa. Sin embargo, se apreciará que la estera calentadora 301 puede incluir más fibras acomodadas en la dirección positiva que en la dirección negativa, y viceversa. La orientación de las fibras 400 a un ángulo menor que aproximadamente ± 45° con relación a la dirección perpendicular hacia la dirección S de deformación proporciona una estera calentadora 301 que incluye una pluralidad de trapezoides 600 de fibras conductoras 400, como se muestra en la Figura 5. Este arreglo de fibras puede ser capaz de aumentar significativamente la resistencia de la estera calentadora 301 a la deformación S durante el batir de las aspas. La Figura 6a muestra un trapezoide 600 formado con la estera calentadora 301. En la Figura 6a, la deformación ejercida en el aspa 100 del rotor es sustancialmente cero. El trapezoide 600 se ubica en la superficie 110 de succión del aspa 100 del rotor, como se muestra en la Figura 4. El trapezoide 600 se define con una primera, una segunda, una tercera y una cuarta fibra 605a-d. La primera, segunda, tercera y cuarta fibra 605a-d están cada una revestida con un elemento conductor, tal como níquel o níquel-cadmio, y están conectadas eléctricamente entre sí en las locaciones 610a-d.

Los ángulos definidos por las fibras 400 con relación a la dirección perpendicular a la dirección S de la deformación, se denotan por al y a2 en la Figura 6a. La deformación S soportada por el trapezoide 600 es una función de cos al y cos a2. El grosor de las fibras 400 y la distancia entre las fibras 400 de la estera calentadora 301 pueden cambiar dependiendo de la densidad de energía deseada y de la deformación S ejercida en el aspa 100 del rotor. En una modalidad, los diámetros de las fibras pueden estar en el intervalo aproximadamente 5 µm hasta aproximadamente 8 µm. La distancia que separa las fibras 605b-605d y 605a-605c puede variar desde aproximadamente el diámetro de la fibra, hasta aproximadamente 50-100 veces el diámetro de la fibra, hasta 1000-12000 diámetros de la fibra. En una modalidad, el trapezoide 600 puede ser desde aproximadamente 1/64 de pulgada (0.04 cm) hasta aproximadamente (1/16 de pulgada) 0.16 cm, medido entre las locaciones 610b-610d. El trapezoide 600 está configurado para abrirse y cerrarse en tijera cuando se somete a la deformación S. Específicamente, cuando la superficie de succión 110 del aspa 100 del rotor está en compresión, el trapezoide 600 se encoge a lo largo de la dirección S de deformación y se expande a lo largo de la dirección perpendicular a la dirección de la deformación, como se muestra en la Figura 6b. A la inversa, cuando la superficie de succión 110 del aspa 100 del rotor está en tensión, el trapezoide 600 se expande a lo largo de la dirección S de deformación y se encoge a lo largo de la dirección perpendicular a la dirección S de deformación, como se muestra en la Figura 6c. Con este arreglo de fibras, las fibras 400 pueden soportar altos valores de deformación cercanos a 10,000 µpulgada (254 µm) /pulgada, aún cuando se use carbón. En las figuras 6b-6c, las fibras 605b-605d y 605a-605c están cargadas en flexión, no en tensión. La construcción de la estera calentadora 301 se describirá ahora con referencia a las Figuras 7a-10. En una primera implementación que se muestra en las Figuras la-l c, la estera calentadora 301 puede ensamblarse con al menos dos hojas de fibras unidireccionales de carbón, 705, 710. Cada hoja de fibra de carbón 705, 710, incluye un substrato de resina 715a, 715b, sobre el cual están acomodadas una pluralidad de fibras 400 generalmente paralelas. En la Figura 7a, las fibras 400 de carbón están acomodadas sobre el substrato 715a de resina y en la Figura 7b, las fibras de carbón 400 están acomodadas bajo el substrato 715b de resina. En cada hoja 705, 710, la pluralidad de fibras 400 son coplanares. Cada hoja 705, 710, corresponde a una capa en la cual las fibras 400 están orientadas con relación a la dirección perpendicular a la dirección S de deformación con un ángulo al, a2 (? = al + a2) . Cada hoja de fibra unidireccional 705, 710, o capa, está revestida con un elemento metálico y las hojas 705, 710 están laminadas juntas para formar una cinta 715 de dos capas, como se muestra en la Figura 7c. El elemento metálico puede incluir níquel, o níquel-cadmio, y puede ser depositado por depositación en fase de vapor (p. ej . , procedimiento PVD). El grosor del revestimiento de elemento metálico puede variar desde aproximadamente la mitad del diámetro de fibra, hasta aproximadamente cincuenta diámetros de la fibra. La estera calentadora 301 también puede formarse con capas continuas de una hoja delgada unidireccional 800, como se muestra en la Figura 8. La Figura 8 muestra una construcción de cinta de dos capas. La hoja 800 incluye un substrato 805a y una pluralidad de fibras 400 generalmente paralelas, y está doblada en la locación 810 para formar una cinta 815 de dos capas. La cinta 815 de dos capas está acomodada dentro del aspa 100 del rotor de modo que las fibras 400 definen alternativamente un ángulo positivo y uno negativo, entre +/-45°, con relación a la dirección perpendicular a la dirección S de la deformación, como se explicó anteriormente. En una segunda implementación, la estera calentadora 301 puede incluir haces de fibras 900, como se muestra en la Figura 9, y puede ser ensamblada de manera similar a la descrita en la primera implementación. Esto es, las hojas de fibras de carbón unidireccionales incluyen a los haces de fibras 900 generalmente paralelos, pueden ser laminadas juntas para formar una cinta de dos capas de manera similar a la mostrada en las Figuras 7a-c. En las Figuras 7a-c, las fibras 400 pueden ser reemplazadas con los haces de fibras 900. Cada hoja de fibra de carón unidireccional que incluye haces de fibras 900 generalmente paralelos, puede ser revestida con un elemento metálico, tal como níquel o níquel cadmio, y constituye una capa. Cada haz 900 puede incluir entre 50 fibras y 12000 fibras. Los haces de fibras 900 generalmente paralelas se orientan de tal manera que forman un ángulo positivo y uno negativo, entre aproximadamente +/-45°, con relación a la dirección perpendicular a la dirección S de deformación. Alternativamente, la estera calentadora 301 también puede ser formada en la segunda implementación con capas continuas de una única hoja unidireccional que incluye haces de fibras 900, de la misma manera que en la Figura 8. Dependiendo de la densidad de energía deseada, el número de capas varía dentro de la estera calentadora 301. En una modalidad de la invención, el grosor de la estera calentadora 301 constituida por las fibras 400 y el revestimiento metálico, puede ser entre aproximadamente 1/1000 de pulgada (0.0254 mm) a aproximadamente 60/1000 de pulgada (1.5 mm) .

En una tercera implementación, la estera calentadora 301 puede incluir una tela 1000 de haces tejidos de fibras de carbón 1010, como se muestra en la Figura 10. Los haces 1010 en la tela 1000 tejida están orientados de manera que forman un ángulo positivo y un ángulo negativo, entre aproximadamente +/-45°, con relación a la dirección perpendicular hacia la dirección S de deformación. Cada haz 1010 puede incluir entre aproximadamente 50 y 12000 fibras 400 y está revestido con un revestimiento metálico 1015. Como se explicó anteriormente, el revestimiento metálico 1015 puede incluir níquel, o níquel cadmio, y puede depositarse por depositación en fase de vapor (p. ej . , procedimiento PVD) . La tela 1000 que se muestra en la Figura 10 corresponde a una tela de una capa en la cual cada haz 1010 va por arriba y por debajo de un haz vecino. Alternativamente, la tela 1000 tejida puede incluir haces 1010 de fibras en los cuales cada haz va sobre de una y por debajo de cuatro haces vecinos. Esta última configuración puede proporcionar una tela tejida suelta que puede tener mejores capacidades de estiramiento. La estera calentadora 301, que puede incluir varias capas de tela 1000 tejida o de cinta 715, puede estar encapsulada en una matriz de resina dentro del aspa 100 del rotor. La matriz de resina puede ser un sistema 85/52 de resina, que corresponde a un sistema epóxico endurecido, como se sabe en la técnica. Pueden usarse otros sistemas convencionales de resina en otras modalidades de la invención. La Figura 11 muestra una sección transversal de la estera calentadora 301 después de ser encapsulada en una matriz de resina. La estera calentadora 301 comprende una pluralidad de elementos conductores de fibra revestidos 1105. Cada elemento conductor de fibra revestido 1105 puede incluir un haz de fibras o una fibra individual. La pluralidad de elementos conductores de fibra revestidos 1105 son intercalados entre las capas lllOa-lllOb de fibra de vidrio. Se apreciará que los conceptos aqui descritos son igualmente aplicables a estructuras distintas a las aquí ilustradas en las Figuras adjuntas. Por ejemplo, el dispositivo calentador arriba descrito puede ser incorporado en otras partes de aeronaves u otros vehículos, donde tales partes se usan en ambientes de alta deformación. Aunque la fabricación y el uso de diversas modalidades de la presente invención se discuten abajo con detalle, debería apreciarse que la presente invención proporciona muchos conceptos inventivos aplicables que pueden ser representados en una amplia variedad de contextos específicos. Las modalidades específicas aquí discutidas son meramente ilustrativas de formas específicas de hacer y usar la invención, y no delimitan la competencia de la invención.

Por ejemplo, pueden usarse diferentes materiales para ensamblar la estera calentadora. Las modalidades anteriores se han proporcionado para ilustrar los principios estructurales y funcionales de la presente invención, y no se pretende que sean limitantes.

Por el contrario, la presente invención se pretende que abarque todas las modificaciones, alteraciones y sustituciones dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones adjuntas. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un aspa de rotor de un helicóptero, caracterizada porque comprende: un cuerpo; y una estera calentadora acomodada en el cuerpo y configurada para suministrar calor al cuerpo, la estera calentadora incluye una primera pluralidad fibras y una segunda pluralidad de fibras eléctricamente conectadas con la primera pluralidad de fibras; en donde la primera pluralidad de fibras define un ángulo positivo menor que aproximadamente +45° con relación a una primera dirección perpendicular a una dirección longitudinal del cuerpo, y en donde la segunda pluralidad de fibras define un ángulo negativo mayor que aproximadamente -45° con relación a la primera dirección.

2. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la estera calentadora está configurada para soportar valores de deformación de hasta 10,000 µpulgadas (254 µm) /pulgada a lo largo de la dirección longitudinal.

3. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la estera calentadora está acomodada a lo largo del borde conductor del cuerpo.

4. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la primera pluralidad de fibras y la segunda pluralidad de fibras definen una pluralidad de trapezoides.

5. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el ángulo positivo está entre aproximadamente +5° y +20°, y en donde el ángulo negativo está entre aproximadamente -20° y -5°.

6. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la estera calentadora está configurada para disipar el calor a una densidad de energía en el intervalo desde aproximadamente 12 hasta aproximadamente 30 W/pulgada2 (1.9 hasta aproximadamente 4.7 W/cm2) .

7. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la primera pluralidad de fibras incluye haces separados de fibras.

8. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque los haces de fibras incluyen entre 50 y 12,000 fibras.

9. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la primera y la segunda pluralidad de fibras están revestidas con metal.

10. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque el metal incluye niquel o níquel cadmio.

11. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la primera y la segunda pluralidad de fibras incluyen carbón, boro o aluminio .

12. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la primera pluralidad y la segunda pluralidad de fibras están acomodadas para formar una tela tejida.

13. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque la tela tejida incluye haces de fibras que van cada uno por arriba y por debajo de un haz vecino.

14. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque la tela tejida incluye haces de fibras que van cada uno por arriba de uno y por debajo de cuatro haces vecinos.

15. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la primera pluralidad de fibras y la segunda pluralidad de fibras tienen sustancialmente un mismo número de fibras.

16. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la estera calentadora incluye capas continuas de una cinta de fibra unidireccional.

17. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la primera pluralidad de fibras son sustancialmente paralelas entre sí.

18. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la estera calentadora está encapsulada en una matriz epóxica de fibra de vidrio.

19. El aspa de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el aspa de rotor es un aspa de rotor basculante.

20. Un dispositivo calentador para suministrar calor a un aspa de rotor de un helicóptero, caracterizado porque el dispositivo calentador comprende una estera calentadora acomodada en el aspa del rotor, la estera calentadora comprende: una primera pluralidad de fibras y una segunda pluralidad de fibras eléctricamente conectadas a la primera pluralidad de fibras; en donde la primera pluralidad de fibras define un ángulo positivo menor que aproximadamente +45° con relación a una primera dirección perpendicular a una dirección longitudinal del aspa de rotor, y donde la segunda pluralidad de fibras define un ángulo negativo mayor que aproximadamente -45° con relación a la primera dirección.

21. Un aspa de rotor de un helicóptero, caracterizada porque comprende: un cuerpo; y una estera calentadora acomodada en el cuerpo y configurada para suministrar calor al cuerpo, la estera calentadora incluye una tela tejida formada con haces de fibras conductoras orientadas en una primera dirección y haces de fibras conductoras orientadas en una segunda dirección, en donde la primera dirección define un ángulo positivo menor que aproximadamente +45a con relación a una dirección perpendicular a una dirección longitudinal del cuerpo, y en donde la segunda pluralidad de fibras define un ángulo negativo mayor que aproximadamente -45 s con relación a una dirección perpendicular a una dirección longitudinal del cuerpo .

22. Una estructura sometida a alta deformación, caracterizada porque comprende: un cuerpo; y una estera calentadora acomodada en el cuerpo y configurada para suministrar calor al cuerpo, la estera calentadora incluye una primera pluralidad de fibras y una segunda pluralidad de fibras eléctricamente conectadas con la primera pluralidad de fibras; en donde la primera pluralidad de fibras define un ángulo positivo menor que aproximadamente +45° con relación a una primera dirección perpendicular a una dirección longitudinal del cuerpo, y en donde la segunda pluralidad de fibras define un ángulo negativo mayor que aproximadamente -45° con relación a la primera dirección.