Dentículos (riblets) aerodinámicos diseñados estructuralmente.

Un conjunto de dentículos (riblets) que comprende:

una capa elastomérica de gran alargamiento que tiene puntas separadas

(112) con un corte transversalparabólico; y

una capa (209) de recubrimiento depositada sobre la capa elastomérica, en el que el elastómero de granalargamiento es elásticamente recuperable para un alargamiento de 300 - 3000%.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/046705.

Solicitante: THE BOEING COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 100 NORTH RIVERSIDE PLAZA CHICAGO, IL 60606-2016 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: McLEAN,James,D, Rawlings,Diane C, MATHEWS,MARY J.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA > AEROPLANOS; HELICOPTEROS (vehículos de colchón... > Perturbación del flujo de aire sobre las superficies... > B64C21/10 (utilizando otras propiedades superficiales, p. ej. la rugosidad)

PDF original: ES-2452175_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dentículos (riblets) aerodinámicos diseñados estructuralmente Las realizaciones de la invención versan, en general, acerca del campo de la adaptación de geometrías de superficies para mejoras aerodinámicas de aeronaves o superficies que tienen una superficie de contacto con el flujo y, más en particular, acerca de realizaciones y métodos de fabricación para el uso de materiales con un alargamiento significativo (tal como polímeros elastoméricos de gran alargamiento y polímeros y metales con memoria de forma) , pero recuperable, para formar dentículos (riblets) aerodinámicos u otras microestructuras de superficie con proporción entre altura y anchura elevada que requieren una durabilidad elevada.

Antecedentes La creciente eficiencia en el consumo de combustible en las aeronaves modernas se está llevando a cabo mediante una mejora en el rendimiento aerodinámico y una reducción del peso tanto para componentes estructurales como no estructurales. Recientes avances en el uso de microestructuras tales como dentículos (riblets) sobre superficies aerodinámicas han resultado significativamente promisorios en la reducción de resistencia aerodinámica para ayudar a reducir el uso de combustible. Los dentículos (riblets) tienen diversas formas pero las realizaciones ventajosas pueden ser estructuras similares a salientes que minimizan la resistencia aerodinámica sobre la superficie de una aeronave. Se pueden utilizar los dentículos (riblets) en áreas de una superficie de una aeronave expuesta a una capa límite turbulenta. Los salientes de los dentículos (riblets) tienden a inhibir movimientos turbulentos que implican velocidades laterales, reduciendo de esta manera la intensidad de los vórtices en la dirección de la corriente a pequeña escala en la parte inferior de la capa límite y reduciendo, de esta manera, la resistencia por rozamiento con el revestimiento metálico.

En ciertas aplicaciones sometidas a ensayo los dentículos (riblets) han sido piramidales o salientes con forma de V invertida separados sobre la superficie aerodinámica para extenderse a lo largo de la superficie en la dirección del flujo de fluido. Las estructuras de los dentículos (riblets) han empleado normalmente materiales poliméricos, polímeros termoplásticos o termoendurecibles no elastoméricos. Sin embargo, en servicio de uso tal como en una superficie aerodinámica de una aeronave, estos dentículos (riblets) poliméricos son dañados con relativa facilidad, reduciendo de esta manera el rendimiento del dentículo y degradando el aspecto de la superficie. Estas superficies eran arañadas fácilmente por herramientas, bordes de botas, utillaje de mantenimiento que hacía impacto o rozaba a lo largo de la superficie, lo que tenía como resultado la necesidad de sustitución o de eliminación de los dentículos (riblets) . Esta falta de durabilidad ha sido el impedimento clave para el uso de dentículos (riblets) para una reducción de resistencia aerodinámica. Los dentículos (riblets) poliméricos no elastoméricos pueden romperse fácilmente o deformarse permanentemente centenas porcentuales con una presión inducida por una herramienta o uña. Los polímeros termoplásticos (fluoropolímeros tales como el terc-polímero de tetrafluoroetileno hexafluoropropileno fluoruro de vinilideno (THV) , etileno propileno fluorado (FEP) o polietileno, por ejemplo) pueden experimentar grandes deformaciones (un alargamiento de centenas porcentuales) sin rotura pero esas deformaciones serán en gran medida irrecuperables, destruyendo los beneficios tanto de aspecto como de reducción de la resistencia aerodinámica de la estructura de dentículo. Los polímeros amorfos termoendurecibles (epoxis estructurales, por ejemplo) deformados más allá de su límite elástico cavitan y se agrietan ante esfuerzos de deformación bajos (normalmente con un alargamiento < 10%) . Los polímeros no elastoméricos se deforman fácilmente con una uña de forma transversal a los salientes/surcos de los dentículos (riblets) , bien mediante deformación plástica o mediante cavitación y agrietamiento. Tales estructuras pueden ser no deseables en un uso normal de servicio en una aeronave u otro vehículo.

El documento U.S. 5.069.403 da a conocer un artículo conformable de reducción de resistencia aerodinámica que tiene una superficie modelada con capacidad de reducción de una resistencia aerodinámica por parte de un fluido que fluye sobre la misma.

El documento DE 101 44 259 da a conocer un cuerpo de contacto que tiene una estructuración superficial micrométrica y nanométrica media que incluye salientes y depresiones mutuamente paralelos.

El documento US 2004/0126541 da a conocer un artículo para reducir la resistencia aerodinámica provocado por un fluido que fluye sobre una superficie que comprende una capa de refuerzo que tiene una superficie modelada externa al descubierto que reduce la resistencia aerodinámica, y una capa de unión adhesiva para unir la capa de refuerzo a la superficie de un sustrato, estando libre el artículo de una capa de refuerzo.

El documento WO 2009/000703 da a conocer un método para reducir una fricción viscosa debida al movimiento relativo de un fluido y de un objeto, en el que el objeto incluye una pluralidad de proyecciones que se proyectan desde el plano base.

Por lo tanto, se mejoraría significativamente la practicidad de los dentículos (riblets) para su uso en aeronaves comerciales con una estructura de dentículo que proporciona una mayor durabilidad.

COMPENDIO La invención proporciona un conjunto de dentículos (riblets) con una capa elastomérica de gran alargamiento que tiene puntas separadas con un corte transversal parabólico y una capa de recubrimiento depositada sobre la capa elastomérica, en el que el elastómero de gran alargamiento es recuperable elásticamente para un alargamiento de 300-7000%. El corte transversal parabólico de cada punta puede tener una ecuación de y = px2 + h con respecto a un eje y sustancialmente perpendicular a la capa superficial, en la que h es la altura del dentículo desde la capa superficial y se determina p en función en gran medida del material de fabricación de las puntas de los dentículos (riblets) .

En ciertos casos, la capa superficial y las puntas de los dentículos (riblets) están formadas a partir de un elastómero de gran alargamiento, tal como epoxi, uretano, perfluoroéter o fluorosilicona y las realizaciones pueden incluir una capa de adhesivo depositada sobre la capa superficial opuesta a las puntas, una capa de recubrimiento sobre las puntas de los dentículos (riblets) tal como un revestimiento reflectante de los rayos UV o una capa polimérica de soporte depositada sobre la capa superficial opuesta a las puntas. En otro caso, las puntas de los dentículos (riblets) están formadas de materiales de módulo elevado seleccionados entre el conjunto de níquel, cromo, aleaciones metálicas, vidrio, cerámica, carburo de silicio o nitruro de silicio. Las puntas también pueden ser construidas de múltiples materiales incluyendo múltiples capas de módulo elevado y polímeros. Se pueden incluir una capa metálica o capa metálica discontinua y una capa polimérica de soporte intermedia entre la capa elastomérica y la capa de adhesivo como un aplique para una aplicación contra impactos de rayos u otra aplicación funcional.

Las realizaciones dadas a conocer son fabricadas mediante un método ejemplar seleccionando un material para una base de conjunto de dentículos (riblets) y una capa de recubrimiento y luego determinando un factor de forma parabólica, p, para materiales seleccionados según la reivindicación 3. Se determinan los requerimientos aerodinámicos para la altura, h, de los dentículos (riblets) y la separación y se calcula un perfil parabólico para dentículos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un conjunto de dentículos (riblets) que comprende:

una capa elastomérica de gran alargamiento que tiene puntas separadas (112) con un corte transversal parabólico; y una capa (209) de recubrimiento depositada sobre la capa elastomérica, en el que el elastómero de gran alargamiento es elásticamente recuperable para un alargamiento de 300 – 3000%.

2. El conjunto de dentículos (riblets) según se define en la reivindicación 1, en el que la capa elastomérica de gran alargamiento se selecciona entre el conjunto de uretano, epoxi y fluorosilicona.

3. Un método de reducción de la resistencia aerodinámica sobre una superficie aerodinámica que comprende:

formar un conjunto de una pluralidad de puntas (112) de dentículos (riblets) con un corte transversal parabólico que se extiende desde una capa superficial formada a partir de una capa elastomérica de gran alargamiento, en el que la capa elastomérica de gran alargamiento es recuperable elásticamente para un alargamiento d.

30. 3000%; y adherir el conjunto de dentículos (riblets) (112) a una superficie aerodinámica.