BRPI0603262B1

BRPI0603262B1 - asa de aeronave incluindo um slat no bordo de ataque da asa e um fence rígido preso a uma porção estruturalmente rígida não móvel da asa

Info

Publication number: BRPI0603262B1
Application number: BRPI0603262-1A
Authority: BR
Inventors: Marcello Do Areal Souto Ferrari
Original assignee: Yaborã Indústria Aeronáutica S.A
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2021-02-23
Also published as: WO2008017134A3; US8118265B2; BRPI0603262A; EP2051906A4; EP2051906B1; EP2051906A2; WO2008017134A2; US20090314898A1

Abstract

DISPOSITIVO AERODINÂMICO PARA MELHORIA DO COEFICIENTE DE SUSTENTAÇÃO Descreve-se um dispositivo aerodinâmico do tipo fence (F) rigidamente instalado ao bordo de ataque da asa (W) de uma aeronave, próximo a um slat (S) porém sem estar fixado a ele,de modo que quando o slat (S) deflete, ou exerce qualquer movimento, o fence (F) permanece imovel, fixo em sua posição no bordo de ataque da asa (W) ; o fence (F) provoca um vórtice aerodinâmico que atua no extradorso (região superior da asa), o qual permite a existência de um gradiente adverso de pressão mais forte, sem que haja deslocamento aerodinâmico, com efeito benéfico no extradorso da asa, de modo a que o dito vórtice permita que porções de ar do escoamento não perturbado (região mais afastada da superfície externa da aeronave, sobre a asa ) sejam trazidas para próximo da superfície da asa (região mais próxima à superfície da aeronave, sobre a asa), alterando favoravelmente o perfil da camada limite da região (Z) , tornando-a mais resistente ao deslocamento aerodinâmico, favorecendo a operação da aeronave em baixas velocidades.

Description

[001] A presente invenção trata de uma asa de aeronave incluindo um slat no bordo de ataque da asa e um fencerígido preso a uma porção estruturalmente rígida não móvel da asa para a melhoria do desempenho da aeronave a baixas velocidades.

Estado da técnica

[002] Em uma missão típica, uma aeronave pode operar em várias velocidades, conforme a fase dessa missão. Na fase de cruzeiro, opera-se em velocidades altas. Em situação, por exemplo, de decolagem, subida e holding (situação em que a aeronave aguarda para ter permissão para pouso), opera-se em velocidades intermediárias. A fase de pouso é aquela em que tipicamente a aeronave opera na velocidade mais baixa. É desejável que uma aeronave opere eficientemente também em baixas velocidades, pois isso permite que a aeronave pouse em condições mais seguras, além de ser mais fácil homologá-la para pousar num maior número de pistas (já que ela consegue pousar em velocidades baixas, poderá fazê-lo também nas pistas mais curtas).

[003] À medida que se diminui a velocidade de operação, porém, pode ser verificada uma degradação aerodinâmica na asa que prejudica a sua capacidade de produzir sustentação. Encontram-se na literatura dispositivos aerodinâmicos cuja função é retardar o aparecimento dessa degradação e permitir que a aeronave possa operar com segurança a baixas velocidades. Geradores de vórtice fixos ao bordo de ataque da asa, fencesaerodinâmicos e vortilonssão exemplos desses dispositivos.

[004] A patente US 6,152,404 de 28/11/2.000, intitulada “Apparatus for influencing a wing root airflow in an aircraft”, a qual trata de detalhes de dispositivos aerodinâmicos do tipo fence, descreve explicitamente, para o fence com a função em questão, que o dito dispositivo aerodinâmico (fence) deve ser preso ao slat no bordo de ataque da asa da aeronave, acompanhando-o quando este deflete, e não pode jamais estar em outra posição. Neste mesmo documento US 6,152,404, cogita-se até em pequenas mudanças na geometria do fence, mas ele permanece sempre preso ao slat.

Breve Descrição dos Desenhos

[005] A invenção será sucintamente descrita com base nas figuras, onde:

[006] A figura 1 exibe uma vista em perspectiva, em detalhe, de geradores de vórtices fixos ao longo do bordo de ataque da asa de uma aeronave, conforme o estado da técnica já conhecida;

[007] A figura 2 ilustra geradores de vórtices fixos à fuselagem de uma aeronave, na região do cockpit, também pertencente ao estado da técnica conhecida;

[008] A figura 3 mostra uma vista em perspectiva frontal, em detalhe, da carenagem do motor de uma aeronave, onde um tipo de fenceaerodinâmico do estado da técnica está instalado, para manter a qualidade do escoamento na asa;

[009] A figura 4 mostra a planta superior de uma aeronave exemplificativa, com a indicação de uma região em detalhe H;

[010] A figura 5a exibe uma vista superior, em detalhe, de um dispositivo aerodinâmico do tipo fence fixo ao slat, que se encontra fechado, correspondendo às soluções encontradas no estado da técnica. Esta figura corresponde a uma ampliação na região H esquematizado na figura 4;

[011] A figura 5b ilustra uma vista superior, em detalhe, do dispositivo aerodinâmico do tipo fence do estado da técnica, fixo ao slat, que agora está na posição defletida (estendida). Esta figura corresponde a uma ampliação na região H esquematizado na figura 4;

[012] A figura 6 representa uma vista em perspectiva, em detalhe, mostrando a posição do fence da presente invenção, próximo à fuselagem, com o slat em posição recolhida, no bordo de ataque da asa de uma aeronave;

[013] A figura 7 exibe um esquema em três vistas, em detalhe, do posicionamento do fence da presente invenção, com slat em posição recolhida, na aeronave exemplificativa;

[014] A figura 8a apresenta uma vista superior, em detalhe, do dispositivo aerodinâmico do tipo fence pertencente à invenção, o qual não é fixo ao slat e sim ao bordo de ataque da asa; nesta vista, o slat se encontra na posição fechada;

[015] A figura 8b ilustra uma vista superior, em detalhe, do dispositivo aerodinâmico do tipo fence da presente invenção, com uma linha traço-ponto indicando uma região de corte X-X; nota-se que o slatestá, agora, na posição defletida (estendida);

[016] A figura 9 mostra uma vista lateral da asa, segundo a região de corte X-X indicada na figura 10;

[017] A figura 10 ilustra uma vista em perspectiva, em detalhe, de uma aeronave equipada com o dispositivo aerodinâmico fence da presente invenção no bordo de ataque da asa, onde está representado graficamente o vórtice formado no dito fence.

Descrição Detalhada das Figuras e da Invenção

[018] O novo dispositivo aerodinâmico da invenção será referido aqui como fenceaerodinâmico, e sua função é permitir que a aeronave possa operar com mais segurança em condições de baixa velocidade, como pouso. Este fence gera um vórtice aerodinâmico que passa sobre a asa, conferindo características desejáveis ao escoamento nesta região. À medida que se aumenta o ângulo de ataque de operação de uma aeronave em vôo, a medição das distribuições de pressão mostra que os gradientes adversos de pressão no extradorso da asa aumentam na recuperação da pressão até o bordo de fuga. Isso torna o escoamento nesta região mais propenso a sofrer descolamento aerodinâmico. Com o início do descolamento aerodinâmico, verifica-se o início da dificuldade de se produzir sustentação, o que é indesejável para a aeronave.

[019] Geradores de vórtice fixos (V) ao longo do bordo de ataque da asa (W), conforme mostra a figura 1, pertencem ao estado da técnica conhecida. Também são já conhecidos os geradores de vórtice (V) dispostos sobre a fuselagem de uma aeronave, tal como na região do cockpit, conforme está ilustrado na figura 2, os quais têm efeito de evitar descolamento aerodinâmico no cockpit da aeronave, não tendo como função primordial auxiliar na sustentação.

[020] A figura 3 está mostrando um tipo de fenceaerodinâmico (B) do estado da técnica, o qual está posicionado junto à carenagem do motor (turbina) (M) de uma aeronave, para manter uma boa qualidade de escoamento de ar na asa (W).

[021] Na figura 4, observa-se, (circundado em linha tracejada) a posição do fenceaerodinâmico da presente invenção, no bordo de ataque da asa (W), próximo à fuselagem (E), com o slat do bordo de ataque em posição recolhida.

[022] A figura 5a mostra uma vista superior de um dispositivo aerodinâmico (B) do tipo fence, correspondendo a uma solução anteriormente conhecida; o fence (B) é fixo ao slat (S) que, nesta figura, se encontra na posição fechada. Já na figura 5b observa-se o mesmo fence (B) fixo ao slat (S), porém este agora está na posição defletida (estendida); portanto, conforme o que já se conhece no estado da técnica, o fence (B) acompanha o movimento do slat (S). É esta a diferença básica entre o fence (B), já conhecido, e o novo fence adotado pela presente invenção.

[023] Do ângulo da figura 4, não há diferença visual entre a proposta da presente invenção e aquela com a mesma função, existente no estado da arte, elucidada na figura 5, se ambos os slats estiverem em posição recolhida.

[024] Para melhor clareza de visualização, a figura 4 mostra a planta superior de uma aeronave exemplificativa, com a indicação de regiões em detalhe (H), cada uma circundada por um quadrado em linha cheia, mostrando a região de localização do fence (F) da presente invenção (não mostrado), onde a instalação de um ou mais fences (F) é simétrica para ambas as asas (W) da aeronave. Note-se a proximidade com a fuselagem (E), e com os motores (M), conforme pode ser visto nas figuras 7a, 7b e 7c as quais exibem um esquema em três vistas do posicionamento do fence (F) na aeronave. A figura 7a mostra uma vista de perfil da asa (W), a figura 7b uma vista superior da asa da aeronave, e a figura 7c uma vista frontal da aeronave.

[025] A figura 8 apresenta uma vista superior do dispositivo aerodinâmico do tipo fence (F) pertencente à invenção, o qual não é fixo ao slat (S) e sim ao bordo de ataque da asa (W); na figura 8a, o slat (S) se encontra na posição fechada. A figura 8b ilustra o mesmo fence (F), porém com o slat (S) agora, na posição defletida (estendida). Observa-se também uma linha traço- ponto indicando uma região de corte X-X, região esta mostrada pela figura 9.

[026] Na figura 9, que corresponde a uma vista lateral da asa (W), a região de corte X-X permite visualizar o slat (S) defletido, evidenciando o fato do fence (F) ser fixo ao bordo de ataque da asa (W). Note-se também a forma laminar, com contorno arredondado, suave, do dito fence.

[027] O fenceaerodinâmico (F) da presente invenção provoca um vórtice aerodinâmico que atua no extradorso (região superior da asa), o qual permite a existência de um gradiente adverso de pressão mais forte, sem que haja descolamento aerodinâmico, com efeito benéfico no extradorso da asa.

[028] Quando há escoamento aerodinâmico, nota-se a formação de uma camada limite ao longo de toda a superfície do avião. A proximidade da fuselagem com a asa provoca a confluência de duas camadas-limites, uma no extradorso da asa e outra na carenagem asa-fuselagem, o que torna a camada- limite do fluxo de ar resultante nesta região mais espessa e mais propensa a sofrer descolamento aerodinâmico. O fence da presente invenção mostrou-se uma solução eficiente contra os problemas devidos à referida confluência na região próxima à interseção asa-fuselagem.

[029] A figura 10 ilustra uma vista em perspectiva de uma aeronave equipada com o dispositivo aerodinâmico fence (F) da invenção no bordo de ataque da asa (W), onde as linhas (A) representam graficamente o vórtice formado sobre a asa (W) no dito fence. O vórtice permite que porções de ar do escoamento não perturbado (região Y sobre a asa, mais próxima do bordo de ataque) sejam trazidas para próximo da superfície da asa (região Z sobre a asa, mais próxima do bordo de fuga). Isto altera favoravelmente o perfil da camada limite na região (Z), tornando-a mais resistente ao descolamento aerodinâmico. Dessa forma, a aeronave resiste a ângulos de ataque maiores sem sofrer “stall” (sem estolar), o que confere a ela, por exemplo, melhor característica de pouso. É importante frisar que a efetividade desse dispositivo aerodinâmico é verificada apenas quando o slat (S) está em posição defletida, conforme a figura 10 está mostrando. O fence (F) com este elemento (slat) recolhido não tem função para o caso da presente invenção.

[030] O fence (F) da presente invenção foi desenvolvido e sofreu diversos ensaios em túnel de vento, comprovando seu funcionamento e alta eficiência, aperfeiçoando significativamente o desempenho da aeronave em baixas velocidades; particularmente, houve melhora significativa do coeficiente de sustentação máximo em relação aos esquemas usando os fences (B) conhecidos do estado da técnica. Inclusive, foram feitos ensaios de túnel de vento da mesma aeronave sem fences, com o fence (B) na posição já conhecida (Figuras 5a e 5b), preso ao slat (S), e com o fence (F) na posição proposta nesta invenção (Figs. 8a e 8b). Usando o fence (F) da invenção, a melhora percentual do coeficiente de sustentação em relação às soluções já conhecidas (fence B) é equivalente à melhora desta em relação à configuração sem fences.

[031] Como visto, o fence (F) da presente invenção não é fixo numa parte móvel; fixá-lo numa parte móvel exigiria um sistema mecânico móvel de apoio que fosse estruturalmente forte para suportar o aparato e as cargas aerodinâmicas que eventualmente existissem. Isto tornaria o sistema desnecessariamente mais pesado e complexo. A fixação no corpo da aeronave é bem mais simples e exige bem menos reforço estrutural.

[032] Sendo a parte fixa da fuselagem, onde está fixado o fence (F), estruturalmente mais rígida, é menor a probabilidade de haver um dano estrutural devido a fenômenos de interação fluido/estrutura, tal como flutter ou divergência.

[033] Se o fence (F) exigir sistema de aquecimento por problema de formação de gelo, será mais simples implementar este sistema se ele estiver fixo à aeronave, do que sangrar, por exemplo, fluido aquecido do slat (S) para a região do fence.Também, sendo o fence (F) solidário à parte fixa da asa (W), sua manutenção é mais simples.

[034] Questões envolvendo retrofit(determinação para incorporar modificações e aperfeiçoamentos em aviões já fabricados e despachados anteriormente) são fáceis de resolver, pois a instalação é eventualmente mais fácil devido ao fence (F) ser fixado a uma região mais rígida da asa (W).

[035] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferida, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitada tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

1. Asa de aeronave incluindo um slat (S) no bordo de ataque da asa e um fence (F) rígido preso a uma porção estruturalmente rígida não móvel da asa no bordo de ataque da asa (W) adjacente ao lado do slat (S), e estendendo a partir de uma superfície da asa em uma posição próxima ao slat (S) a asa de aeronave sendo caracterizada pelo fato de que o fence (F) tem uma forma arredondada, lisa e laminada e provoca um vórtice aerodinâmico que atua no extradorso da asa (W).

2. Asa de aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do fence (F) ser posicionado na asa (W) próximo da fuselagem da aeronave.

3. Asa de aeronave, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o slat (S) é móvel entre uma posição recolhida e uma posição estendida, em que na posição estendida o slat (S) estende de um espaço que recebe o slat, em que o fence (F) é montado em uma parede lateral do espaço que recebe o slat.