BR102022020849A2 - MULTI-LAYER HEATING STRUCTURE FOR CONTROLLING ICE ACCUMULATION ON AN AIRCRAFT SURFACE, AND METHOD FOR FORMING A MULTI-LAYER HEATING STRUCTURE FOR CONTROLLING ICE ACCUMULATION ON AN AIRCRAFT SURFACE - Google Patents
MULTI-LAYER HEATING STRUCTURE FOR CONTROLLING ICE ACCUMULATION ON AN AIRCRAFT SURFACE, AND METHOD FOR FORMING A MULTI-LAYER HEATING STRUCTURE FOR CONTROLLING ICE ACCUMULATION ON AN AIRCRAFT SURFACE Download PDFInfo
- Publication number
- BR102022020849A2 BR102022020849A2 BR102022020849-2A BR102022020849A BR102022020849A2 BR 102022020849 A2 BR102022020849 A2 BR 102022020849A2 BR 102022020849 A BR102022020849 A BR 102022020849A BR 102022020849 A2 BR102022020849 A2 BR 102022020849A2
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- cnt
- layer
- thermoplastic
- composite
- heater
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Control Of Resistance Heating (AREA)
Abstract
Trata-se de uma estrutura de aquecimento multicamada para controlar o acúmulo de gelo em uma superfície de uma aeronave que inclui um aquecedor de nanotubos de carbono (CNT). O aquecedor inclui: uma camada de CNT; uma primeira camada de encapsulamento disposta em um primeiro lado da camada de CNT formada por um material termoplástico de primeira camada de encapsulamento; e uma segunda camada de encapsulamento disposta em um segundo lado da camada de CNT formada por um material termoplástico de segunda camada de encapsulamento. It is a multi-layer heating structure to control ice build-up on an aircraft surface that includes a carbon nanotube (CNT) heater. The heater includes: a layer of CNT; a first encapsulation layer disposed on a first side of the CNT layer formed of a first encapsulation layer thermoplastic material; and a second encapsulation layer disposed on a second side of the CNT layer formed of a second encapsulation layer thermoplastic material.
Description
[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório US nº 63/256.673, depositado em 18 de outubro de 2021, cuja divulgação é incorporada ao presente documento a título de referência, em sua totalidade.[001] This application claims the benefit of US Provisional Application No. 63/256,673, filed on October 18, 2021, the disclosure of which is incorporated into this document by way of reference, in its entirety.
[002] A presente invenção refere-se a sistemas de proteção contra gelo e, mais especificamente, a um dispositivo de proteção contra gelo que inclui nanotubos de carbono integrados a uma estrutura compósita termoplástica.[002] The present invention relates to ice protection systems and, more specifically, to an ice protection device that includes carbon nanotubes integrated into a thermoplastic composite structure.
[003] As aeronaves podem ser expostas a condições climáticas que permitem a formação de gelo em suas superfícies. O gelo pode ser formado nas superfícies da aeronave, como o para-brisa, as asas, a cauda e os componentes de entrada de ar antes ou durante o voo. O acúmulo de gelo pode levar a operações adversas, como bloquear o fluxo de ar necessário do motor ou inibir a operação das asas ou outros componentes. Além disso, podem ocorrer danos a outros componentes e à segurança da aeronave e dos passageiros. Aeronaves equipadas com componentes de aquecimento podem incluir aquecedores elétricos para proteger a aeronave. Pode haver a necessidade de garantir o funcionamento adequado dos componentes de aquecimento durante a vida útil da aeronave.[003] Aircraft may be exposed to weather conditions that allow ice to form on their surfaces. Ice can form on aircraft surfaces such as the windshield, wings, tail, and air intake components before or during flight. Ice buildup can lead to adverse operations, such as blocking necessary engine airflow or inhibiting the operation of wings or other components. In addition, damage to other components and the safety of the aircraft and passengers can occur. Aircraft equipped with heating components may include electrical heaters to protect the aircraft. There may be a need to ensure proper functioning of heating components during the life of the aircraft.
[004] Os nanotubos de carbono (CNTs) são alótropos de carbono com uma nanoestrutura geralmente cilíndrica e têm uma variedade de usos em nanotecnologia, eletrônica, óptica e outras ciências de materiais. Os CNTs são térmica e eletricamente condutores. Devido a essas propriedades, os CNTs podem ser usados como aquecedores para impedir a formação de gelo em aeronaves ou outros veículos.[004] Carbon nanotubes (CNTs) are allotropes of carbon with a generally cylindrical nanostructure and have a variety of uses in nanotechnology, electronics, optics, and other material sciences. CNTs are thermally and electrically conductive. Due to these properties, CNTs can be used as heaters to prevent icing on aircraft or other vehicles.
[005] As mantas de aquecedor de CNT ou outras chapas metálicas gravadas mais padrão ou as mantas de aquecedor enroladas em fio são tipicamente fabricadas com materiais termofixos. Essa construção leva tipicamente a um processo de cura em várias etapas, levando a altos custos de fabricação. Os materiais típicos também têm limites de temperatura mais baixos, o que pode levar a limitações de projeto. Esta construção é tipicamente mais espessa do que o necessário, o que necessita de uma maior demanda de energia. Esses materiais também não permitem o reparo da manta de aquecedor e necessitam de substituição.[005] CNT heater blankets or other more standard etched sheet metal or wire-wound heater blankets are typically manufactured from thermosetting materials. This construction typically leads to a multi-step curing process, leading to high manufacturing costs. Typical materials also have lower temperature limits, which can lead to design limitations. This construction is typically thicker than necessary, which places a greater demand on energy. These materials also do not allow the heater mantle to be repaired and require replacement.
[006] É divulgada em uma modalidade uma estrutura de aquecimento multicamada para controlar o acúmulo de gelo em uma superfície de uma aeronave. A estrutura inclui: um aquecedor de nanotubos de carbono (CNT) que compreende: uma camada de CNT; uma primeira camada de encapsulamento disposta em um primeiro lado da camada de CNT formada por um material termoplástico de primeira camada de encapsulamento; e uma segunda camada de encapsulamento disposta em um segundo lado da camada de CNT formada por um material termoplástico de segunda camada de encapsulamento.[006] A multilayer heating structure for controlling ice accumulation on an aircraft surface is disclosed in one embodiment. The structure includes: a carbon nanotube (CNT) heater comprising: a layer of CNT; a first encapsulation layer disposed on a first side of the CNT layer formed of a first encapsulation layer thermoplastic material; and a second encapsulation layer disposed on a second side of the CNT layer formed of a second encapsulation layer thermoplastic material.
[007] Além de uma ou mais das características descritas acima, ou como alternativa a qualquer uma das modalidades anteriores, a estrutura também pode incluir: uma estrutura compósita dianteira que inclui um material termoplástico de estrutura compósita dianteira disposto no primeiro lado do aquecedor de CNT; e uma estrutura compósita traseira que inclui um material termoplástico de estrutura compósita traseira disposto no primeiro lado do aquecedor de CNT.[007] In addition to one or more of the features described above, or as an alternative to any of the above embodiments, the structure may also include: a front composite structure including a front composite structure thermoplastic material disposed on the first side of the CNT heater ; and a rear composite structure including a thermoplastic composite back structure material disposed on the first side of the CNT heater.
[008] Além de uma ou mais das características descritas acima, ou como alternativa a qualquer uma das modalidades anteriores, os materiais termoplásticos de estrutura compósita dianteira e traseira são o mesmo material termoplástico.[008] In addition to one or more of the features described above, or as an alternative to any of the above embodiments, the front and rear composite structure thermoplastic materials are the same thermoplastic material.
[009] Além de uma ou mais das características descritas acima, ou como alternativa a qualquer uma das modalidades anteriores, os materiais termoplásticos de estrutura compósita dianteira e traseira são iguais ao material termoplástico dos materiais termoplásticos da primeira e da segunda camadas de encapsulamento.[009] In addition to one or more of the features described above, or as an alternative to any of the above embodiments, the thermoplastic materials of the front and rear composite structure are the same as the thermoplastic material of the thermoplastic materials of the first and second encapsulation layers.
[0010] Além de uma ou mais das características descritas acima, ou como alternativa a qualquer uma das modalidades anteriores, a estrutura compósita traseira pode entrar em contato diretamente com a segunda camada de encapsulamento. Alternativamente, a estrutura compósita traseira pode ser espaçada e não entrar em contato diretamente com a segunda camada de encapsulamento.[0010] In addition to one or more of the features described above, or as an alternative to any of the above embodiments, the rear composite structure can directly contact the second encapsulation layer. Alternatively, the rear composite structure can be spaced apart and not directly contact the second encapsulation layer.
[0011] Além de uma ou mais das características descritas acima, ou como alternativa a qualquer uma das modalidades anteriores, a camada de CNT pode incluir nanotubos de carbono em um compósito de silício.[0011] In addition to one or more of the features described above, or as an alternative to any of the foregoing embodiments, the CNT layer may include carbon nanotubes in a silicon composite.
[0012] Além de um ou mais dos recursos descritos acima, ou como alternativa a qualquer uma das modalidades anteriores, a camada de CNT pode incluir adicionalmente uma ou mais camadas de metal.[0012] In addition to one or more of the features described above, or as an alternative to any of the above embodiments, the CNT layer may additionally include one or more layers of metal.
[0013] Também é divulgada uma segunda estrutura de aquecimento multicamada para controlar o acúmulo de gelo em uma superfície de uma aeronave que inclui: um aquecedor de nanotubos de carbono (CNT); uma estrutura compósita dianteira que inclui um material termoplástico de estrutura compósita disposta no primeiro lado do aquecedor de CNT; e uma estrutura compósita traseira que inclui um material termoplástico de estrutura compósita traseira disposto no segundo lado do aquecedor de CNT.[0013] Also disclosed is a second multilayer heating structure for controlling ice accumulation on an aircraft surface that includes: a carbon nanotube (CNT) heater; a front composite structure including a thermoplastic composite structure disposed on the first side of the CNT heater; and a composite back structure including a thermoplastic composite back structure material disposed on the second side of the CNT heater.
[0014] Além de uma ou mais das características descritas acima relacionadas à segunda estrutura, ou como alternativa a qualquer uma das modalidades anteriores, os materiais termoplásticos de estrutura composta dianteira e traseira podem ser o mesmo material termoplástico.[0014] In addition to one or more of the features described above relating to the second structure, or as an alternative to any of the above embodiments, the front and rear composite structure thermoplastic materials may be the same thermoplastic material.
[0015] Além de uma ou mais das características descritas acima em relação à segunda estrutura, ou como alternativa a qualquer uma das modalidades anteriores, os materiais termoplásticos de estrutura compósita dianteira e traseira podem ser iguais ao material termoplástico dos materiais termoplásticos da primeira e da segunda camadas de encapsulamento.[0015] In addition to one or more of the features described above in relation to the second structure, or as an alternative to any of the previous embodiments, the thermoplastic materials of the front and rear composite structure can be the same as the thermoplastic material of the thermoplastic materials of the first and rear second layers of encapsulation.
[0016] Além de um ou mais dos recursos descritos acima relacionados à segunda estrutura, ou como alternativa a qualquer uma das modalidades anteriores, o aquecedor de CNT inclui uma camada de CNT que inclui nanotubos de carbono em um compósito de silício.[0016] In addition to one or more of the features described above relating to the second structure, or as an alternative to any of the above embodiments, the CNT heater includes a CNT layer that includes carbon nanotubes in a silicon composite.
[0017] Além de um ou mais dos recursos descritos acima em relação à segunda estrutura, ou como alternativa a qualquer uma das modalidades anteriores, a camada de CNT inclui adicionalmente uma ou mais camadas de metal.[0017] In addition to one or more of the features described above with respect to the second structure, or as an alternative to any of the above embodiments, the CNT layer additionally includes one or more layers of metal.
[0018] Também é divulgado o método de formação das duas modalidades acima. O método pode incluir: receber um aquecedor de nanotubos de carbono (CNT) que compreende: uma camada de CNT, uma primeira camada de encapsulamento disposta em um primeiro lado da camada de CNT formada por um material termoplástico de primeira camada de encapsulamento uma segunda camada de encapsulamento disposta em um segundo lado da camada de CNT formado por um material termoplástico da segunda camada de encapsulamento; receber uma estrutura compósita dianteira que inclui um material termoplástico de estrutura compósita dianteira; dispor a estrutura compósita dianteira no primeiro lado do aquecedor de CNT; receber uma estrutura compósita traseira que inclui um material termoplástico de estrutura compósita traseira; dispor a estrutura compósita traseira disposta no segundo lado do aquecedor de CNT para formar um conjunto que inclui o aquecedor de CNT, a estrutura compósita dianteira e a estrutura compósita traseira; e aquecer o conjunto para fundir, pelo menos parcialmente, os termoplásticos de estrutura compósita dianteira e traseira e a primeira e a segunda camadas de encapsulamento termoplásticas aderidas aos mesmos em conjunto.[0018] The training method of the two modalities above is also disclosed. The method may include: receiving a carbon nanotube (CNT) heater comprising: a CNT layer, a first encapsulation layer disposed on a first side of the CNT layer formed of a first encapsulation layer thermoplastic material a second layer encapsulation disposed on a second side of the CNT layer formed by a thermoplastic material of the second encapsulation layer; receiving a front composite structure including a thermoplastic front composite structure material; arranging the front composite structure on the first side of the CNT heater; receiving a composite back structure including a thermoplastic composite back structure material; arranging the rear composite structure disposed on the second side of the CNT heater to form an assembly including the CNT heater, the front composite structure and the rear composite structure; and heating the assembly to at least partially fuse the front and rear composite thermoplastics and the first and second thermoplastic encapsulation layers adhered thereto together.
[0019] Além de uma ou mais das características descritas acima relacionadas ao método, ou como alternativa a qualquer uma das modalidades anteriores, o aquecimento inclui fornecer calor com o aquecedor de CNT.[0019] In addition to one or more of the features described above relating to the method, or as an alternative to any of the foregoing embodiments, the heating includes providing heat with the CNT heater.
[0020] As descrições a seguir não devem ser consideradas como limitantes em nenhuma circunstância. Com referência aos desenhos anexos, elementos semelhantes são numerados de modo semelhante: A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma aeronave que mostra diferentes localizações onde um conjunto de degelo para modalidades no presente documento pode ser utilizado; A Figura 2 mostra uma vista explodida de uma estrutura com elementos de aquecimento de CNT incorporados de acordo com uma modalidade; A Figura 3 mostra uma vista em corte de uma porção do aquecedor de CNT mostrado na Figura 2; A Figura 4 mostra uma vista em corte de uma porção do conjunto mostrado na Figura 2; Figura 5 mostra uma vista explodida de uma estrutura com elementos de aquecimento de CNT incorporados de acordo com uma modalidade que inclui camadas de adição em relação à Figura 2; A Figura 6 mostra uma vista em corte de uma porção de conjunto mostrada na Figura 5; A Figura 7 mostra uma vista explodida de uma estrutura com elementos de aquecimento de CNT incorporados de acordo com uma modalidade que inclui apenas uma das camadas adicionais da Figura 5; A Figura 8 mostra uma vista explodida de uma estrutura com elementos de aquecimento de CNT incorporados de acordo com uma modalidade que inclui apenas um diferente das camadas adicionais da Figura 5; e Figura 9 mostra uma camada de sensor exemplificativa de acordo com uma modalidade.[0020] The following descriptions should not be considered limiting under any circumstances. With reference to the accompanying drawings, similar elements are similarly numbered: Figure 1 is a perspective view of an aircraft showing different locations where a de-icing assembly for embodiments herein may be used; Figure 2 shows an exploded view of a structure with incorporated CNT heating elements according to one embodiment; Figure 3 shows a cross-sectional view of a portion of the CNT heater shown in Figure 2; Figure 4 shows a cross-sectional view of a portion of the assembly shown in Figure 2; Figure 5 shows an exploded view of a structure with incorporated CNT heating elements according to an embodiment including addition layers with respect to Figure 2; Figure 6 shows a cross-sectional view of a portion of the assembly shown in Figure 5; Figure 7 shows an exploded view of a structure with incorporated CNT heating elements according to an embodiment that includes only one of the additional layers of Figure 5; Figure 8 shows an exploded view of a structure with incorporated CNT heating elements according to an embodiment that includes only one different from the additional layers of Figure 5; and Figure 9 shows an exemplary sensor layer according to one embodiment.
[0021] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e método divulgados é apresentada no presente documento a título de exemplificação e não de limitação com referência às Figuras.[0021] A detailed description of one or more embodiments of the disclosed apparatus and method is presented herein by way of example and not limitation with reference to the Figures.
[0022] De acordo com uma modalidade, uma manta de aquecedor é divulgada. A manta inclui elementos de aquecimento de nanotubos de carbono em uma manta que é ligada internamente dentro de uma estrutura termoplástica.[0022] According to an embodiment, a heater blanket is disclosed. The blanket includes carbon nanotube heating elements in a blanket that is bonded internally within a thermoplastic frame.
[0023] A Figura 1 é uma vista em perspectiva da aeronave 10 incluindo asas 12, estabilizadores horizontais 14 e fuselagem 16. As asas 12 incluem bordas de ataque 18 e estabilizadores horizontais 14 incluem bordas de ataque 20. Claro, a aeronave também pode incluir estabilizadores verticais e os ensinamentos aqui também são aplicáveis a eles.[0023] Figure 1 is a perspective view of the aircraft 10 including
[0024] Na configuração ilustrada da Figura 1, a aeronave 10 tem um projeto de asa fixa. A fuselagem 16 se estende da seção de nariz 22 até a seção de cauda 24, com asas 12 fixas à fuselagem 16 entre a seção de nariz 22 e a seção de cauda 24. Os estabilizadores horizontais 14 são fixos à fuselagem 16 na seção de cauda 24. As asas 12 e os estabilizadores horizontais 14 funcionam para criar sustentação e evitar a inclinação, respectivamente, para a aeronave 10. As asas 12 e os estabilizadores horizontais 14 incluem superfícies de sucção críticas, tais como superfícies superiores 26 das asas 12 e superfícies inferiores 28 dos estabilizadores horizontais 14, onde a separação de fluxo e a perda de sustentação podem ocorrer se as condições de congelamento se formarem em qualquer uma das superfícies das asas 12 e estabilizadores horizontais 14. A Figura 1 também mostra estruturas com elementos de aquecimento de CNT incorporados 30 montados nas bordas de ataque 18 das asas 12 e nas bordas de ataque 20 dos estabilizadores horizontais 14. Em outras modalidades não limitativas, as estruturas com elementos de aquecimento de CNT incorporados 30 podem ser montadas em qualquer superfície de borda de ataque ou borda de não-ataque da aeronave 10. As estruturas com elementos de aquecimento de CNT incorporados 30 funcionam gerando calor de modo a evitar a formação de gelo ou o desprendimento de gelo formado em qualquer uma das superfícies mencionadas acima. Além disso, deve ser observado que os conjuntos podem ser montados em um rebordo do motor e degeladores de indução do motor geralmente mostrados pelo número de referência 31.[0024] In the configuration illustrated in Figure 1, the aircraft 10 has a fixed-wing design. Fuselage 16 extends from
[0025] Em mais detalhes, e conforme mostrado na Figura 2, é fornecida em uma modalidade, uma estrutura multicamada 200 que inclui uma manta de aquecedor 202. Em uma modalidade, a manta de aquecedor é formada e um aquecedor de nanotubos de carbono (CNT).[0025] In more detail, and as shown in Figure 2, there is provided in one embodiment, a
[0026] Com referência também à Figura 3, que mostra uma versão mais detalhada do aquecedor de CNT 202 da estrutura da Figura 2. Conforme ilustrado, o aquecedor de CNT 202 inclui uma camada de aquecimento 300.[0026] With reference also to Figure 3, which shows a more detailed version of the
[0027] Em um exemplo não limitativo, a camada de aquecimento 300 inclui pelo menos uma folha de um material alótropo de carbono, tal como nanotubos de carbono (CNT), que têm uma estrutura geralmente cilíndrica. Uma folha de CNT pode ser formada a partir de CNT suspenso em uma matriz, uma fibra de CNT seca ou um fio de CNT, para citar alguns exemplos não limitantes. Em outras modalidades, o material alótropo de carbono do aquecedor de CNT 202 inclui grafeno, nanofitas de grafeno (GNRs) ou outros alótropos de carbono adequados. O grafeno tem uma estrutura de treliça de favo de mel bidimensional e os GNRs são tiras de grafeno com larguras ultrafinas.[0027] In a non-limiting example, the
[0028] Além disso, deve-se notar que a camada de aquecimento 300 pode ser um conjunto de aquecimento que inclui várias camadas. A camada 300 pode incluir, por exemplo, a estrutura conforme divulgada na Patente US nº 11.167.856 que inclui um compósito de CNT e silício cercado por camadas de metal. A Patente US nº 11.167.856 é incorporada ao presente documento a título de referência.[0028] Furthermore, it should be noted that the
[0029] Conforme ilustrado, o aquecedor de CNT 202 também inclui primeira e segunda (ou dianteira e traseira) camadas de encapsulamento 304, 306. As camadas de encapsulamento são formadas por um material termoplástico. Exemplos de tais materiais que se tornam fundidos quando aquecidos, sólidos quando resfriados e podem ser novamente fundidos ou moldados após o resfriamento. O processo de cura é totalmente reversível, não comprometendo a integridade física do material.[0029] As illustrated, the
[0030] Os aquecedores de CNT da técnica anterior utilizam tipicamente materiais termoendurecíveis. Em contraste com as camadas de encapsulamento 304, 306 mostradas na Figura 3, o uso de materiais termofixos criará ligações químicas irreversíveis durante a cura. Dessa forma, um material termofixo não pode ser fundido/revertido, e este estado atual da técnica torna a reparação de um aquecedor ou montagem difícil, se não impossível.[0030] Prior art CNT heaters typically use thermosetting materials. In contrast to the encapsulation layers 304, 306 shown in Figure 3, the use of thermoset materials will create irreversible chemical bonds during cure. As such, a thermosetting material cannot be melted/reversed, and this current state of the art makes repairing a heater or assembly difficult, if not impossible.
[0031] Exemplos de materiais que podem ser usados como camadas de encapsulamento dielétrico termoplástico 304, 306 incluem, mas sem limitação, poliéter éter cetona (PEEK), poli-imida termoplástica ou poliariletercetona (PAEK).[0031] Examples of materials that can be used as thermoplastic dielectric encapsulation layers 304, 306 include, but are not limited to, polyether ether ketone (PEEK), thermoplastic polyimide or polyaryl ketone (PAEK).
[0032] Deve ser entendido que, devido ao fato de as camadas de encapsulamento termoplástico 304, 306 poderem ser aquecidas e reformadas, se houver dano a elas ou à camada de aquecimento 300, a combinação das mesmas pode ser aquecida e separada.[0032] It should be understood that because the thermoplastic encapsulation layers 304, 306 can be heated and reformed, if there is damage to them or the
[0033] Com referência agora às Figuras 2 e 4, é ilustrada uma modalidade de uma estrutura multicamada que inclui um aquecedor de CNT 202. Nesta modalidade, o aquecedor de CNT 202 é circundado por estruturas compósitas 402, 404. As estruturas compósitas 402, 404 podem ser formadas de um termoplástico em uma modalidade. Em uma modalidade, as estruturas compósitas 402, 404 são formadas do mesmo termoplástico que as camadas de encapsulamento termoplástico 304, 306. Em outro, as estruturas compósitas 402, 404 são formadas por um termoplástico diferente das camadas de encapsulamento termoplástico 304, 306.[0033] Referring now to Figures 2 and 4, an embodiment of a multilayer structure including a
[0034] O aquecedor de CNT 202 pode ser fornecido e, então, ligado às estruturas compósitas 402, 404 pela adição de calor. Em uma modalidade, parte ou todo o calor pode ser fornecido pelo aquecedor de CNT.[0034] The
[0035] As modalidades no presente documento podem reduzir a complexidade/custos de fabricação e diminuir a energia necessária da manta de aquecedor durante a operação. Isso também permitirá que a manta de aquecedor seja reparada ou substituída, em vez de ter que descartar todo o componente estrutural, assim diminuindo os custos de reparo e manutenção. O uso de uma estrutura termoplástica também fornecerá limites de temperatura mais altos que a manta de aquecedor pode operar, o que pode diminuir as restrições de projeto. Esses recursos podem ser aplicados a qualquer um dos exemplos a seguir discutidos.[0035] The embodiments in this document can reduce the complexity/manufacturing costs and decrease the required energy of the heater blanket during operation. This will also allow the heater blanket to be repaired or replaced rather than having to scrap the entire structural component, thus lowering repair and maintenance costs. Using a thermoplastic structure will also provide higher temperature limits that the heater blanket can operate, which can lessen design constraints. These features can be applied to any of the examples discussed below.
[0036] Deve ser observado que, embora mostrado como estando em contato direto entre si, camadas adicionais ou materiais adesivos podem ser dispostos entre as estruturas compósitas 402, 404 e as camadas de encapsulamento termoplástico 304, 306. Assim, a estrutura compósita traseira pode contatar diretamente a camada de encapsulamento 306 em alguns casos e ser separada dela (por exemplo, não em contato direto).[0036] It should be noted that, although shown as being in direct contact with each other, additional layers or adhesive materials may be disposed between the
[0037] Como mostrado na Figura 2 e aplicável a todas as modalidades no presente documento, as estruturas compósitas 402, 404 podem ser formadas para ter uma forma tal que possam ser aplicadas a qualquer uma das superfícies de uma aeronave conforme mostrado acima. Os aquecedores de CNT 202 podem ser formados em uma manta plana ou moldada e, em seguida, colocados em uma das estruturas 402, 404 e, em seguida, outra das estruturas 402, 404 é fornecida para encapsular o aquecedor de CNT 202. A estrutura assim formada pode então ser aquecida para derretê-los pelo menos parcialmente para unir o conjunto. Assim, uma modalidade, um método de formação de uma estrutura que inclui receber um aquecedor de nanotubos de carbono (CNT) conforme divulgado no presente documento. O método também pode incluir receber uma estrutura compósita dianteira 402 que inclui um material termoplástico de estrutura compósita dianteira e uma estrutura compósita traseira 404 que inclui um material termoplástico de estrutura compósita traseira. As duas estruturas 402, 404 podem ser colocadas em lados opostos do aquecedor de CNT 202. É claro que, como mostrado abaixo, outras camadas ou materiais podem ser colocados entre o aquecedor de CNT 202 e as estruturas 402, 404. O calor pode ser, então, aplicado para unir o conjunto.[0037] As shown in Figure 2 and applicable to all embodiments herein, the
[0038] A Figura 5 mostra outra modalidade de um conjunto. Este conjunto inclui camadas/elementos opcionais adicionais. Os elementos incluem sensores localizados em uma camada de sensor 501 e a camada inclui uma camada de revestimento de baixa adesão de gelo 520. Deve ser entendido que uma modalidade é um conjunto 700 que inclui apenas a camada de sensor 501 (consultar a Figura 7) e outro conjunto 800 pode incluir apenas a camada de revestimento de baixa adesão de gelo 520 (Figura 8).[0038] Figure 5 shows another embodiment of a set. This set includes additional optional layers/elements. The elements include sensors located in a sensor layer 501 and the layer includes a low adhesion ice coating layer 520. It should be understood that one embodiment is an assembly 700 that only includes the sensor layer 501 (see Figure 7) and another set 800 may include only the ice low adhesion coating layer 520 (Figure 8).
[0039] Conforme ilustrado nas Figuras 5-7, a camada de sensor 501 inclui sensores 502 estão entre o aquecedor de CNT 202 e a estrutura compósita posterior ou traseira 404. Obviamente, os elementos sensores 502 podem alternativamente ser colocados entre o aquecedor de CNT 202 e a estrutura compósita dianteira ou frontal 402.[0039] As illustrated in Figures 5-7, the sensor layer 501 includes sensors 502 are between the
[0040] Em uma modalidade, os sensores 502 são uma matriz de sensores de fibra óptica que podem detectar um ou ambos dentre temperatura e estresse/deformação nos conjuntos 500, 600, 700.[0040] In one embodiment, sensors 502 are an array of fiber optic sensors that can detect one or both of temperature and stress/strain in assemblies 500, 600, 700.
[0041] Como mostrado nas Figuras 5 e 9, os sensores 502 da camada de sensor 501 podem incluir uma pluralidade de sensores de temperatura 504 e uma pluralidade de sensores de medidor de deformação 506. Os sensores 504, 506 podem estar separados de um cabo de fibra óptica 508 em uma modalidade. Cada cabo de fibra óptica 508 pode incluir ambos os tipos de sensores 504, 506, o que reduz a quantidade de fios adicionais que são necessários para instalar os tipos diferentes de sensores.[0041] As shown in Figures 5 and 9, the sensors 502 of the sensor layer 501 may include a plurality of temperature sensors 504 and a plurality of strain gauge sensors 506. The sensors 504, 506 may be separate from a cable fiber optic 508 in one embodiment. Each fiber optic cable 508 can include both types of sensors 504, 506, which reduces the amount of additional wires that are required to install the different types of sensors.
[0042] Em uma ou mais modalidades da divulgação, a pluralidade de sensores 504, 506 está separada de cada cabo de fibra óptica 508 e as leituras individuais dos sensores 504, 506 no mesmo cabo de fibra óptica 508 podem ser processadas por, por exemplo, um controlador 550 de várias maneiras.[0042] In one or more embodiments of the disclosure, the plurality of sensors 504, 506 are separate from each fiber optic cable 508 and individual readings from sensors 504, 506 on the same fiber optic cable 508 can be processed by, for example , a 550 controller in many ways.
[0043] Por exemplo, o controlador 550 pode processar cada sinal dos sensores correspondentes 504, 506 com o uso de um atraso de tempo ou comprimento de onda conhecido. Cada um dos sensores 504, 506 pode ser associado a uma localização específica da aeronave para mapeamento. A Figura 5 ilustra um número fixo de sensores, no entanto, deve ser entendido que qualquer número de sensores e posicionamento dos sensores pode ser usado. Além disso, embora a disposição de sensores com base em fibra óptica esteja em uma superfície de um substrato 550, pode ser observado que os sensores podem ser colocados diretamente na estrutura compósita dianteira ou traseira 402, 404. Assim, em uma modalidade a camada de sensor inclui um substrato 550 que suporta os sensores e em outra não.[0043] For example, the controller 550 can process each signal from the corresponding sensors 504, 506 using a known time delay or wavelength. Each of the sensors 504, 506 can be associated with a specific location on the aircraft for mapping. Figure 5 illustrates a fixed number of sensors, however it should be understood that any number of sensors and placement of sensors can be used. Furthermore, although the fiber optic based array of sensors is on a surface of a substrate 550, it can be seen that the sensors can be placed directly on the front or back
[0044] Como mostrado, os cabos 508 se estendem na direção horizontal na Figura 9 e a direção vertical nas Figuras 5 e 7 para ilustrar que qualquer orientação é possível. No exemplo não limitante, os sensores 504, 506 podem ser dispostos de maneira que se alinhem com uma pluralidade de zonas 210-218 do aquecedor 202 para monitorar as várias zonas. As zonas no aquecedor 202 são mostradas na Figura 2, mas pode se aplicar a todos os aquecedores de CNT divulgados neste documento e a orientação pode ser vertical ou horizontal, conforme mostrado. A correspondência de exemplo para as zonas na Figura 2 é mostrada na Figura 9.[0044] As shown, the cables 508 extend in the horizontal direction in Figure 9 and the vertical direction in Figures 5 and 7 to illustrate that either orientation is possible. In the non-limiting example, sensors 504, 506 can be arranged to align with a plurality of zones 210-218 of
[0045] A camada de revestimento de baixa adesão de gelo 520 das Figuras 5, 6 e 8 pode ser qualquer tipo de revestimento no qual é difícil para o gelo aderir. A camada de revestimento de baixa adesão de gelo pode compreender polidimetilsiloxano (PDMS), pelo menos uma de sílica amorfa em nanoescala e nanopartículas super hidrofóbicas e pelo menos um aditivo hidrofóbico não reativo e um aditivo hidrofílico não reativo. O revestimento pode compreender adicionalmente fluoreto. Um exemplo de tal camada é descrito mais detalhadamente na Publicação do Pedido de Patente US nº US20210179276A1 que é aqui incorporada a título de referência.[0045] The ice low adhesion coating layer 520 of Figures 5, 6 and 8 can be any type of coating to which it is difficult for ice to adhere. The ice low adhesion coating layer may comprise polydimethylsiloxane (PDMS), at least one of nanoscale amorphous silica and super hydrophobic nanoparticles, and at least one non-reactive hydrophobic additive and one non-reactive hydrophilic additive. The coating can additionally comprise fluoride. An example of such a layer is described in more detail in US Patent Application Publication No. US20210179276A1 which is incorporated herein by reference.
[0046] Além disso, a camada de revestimento de baixa adesão de gelo 520 pode ser um material anticongelante onde qualquer água que atravessa não se transforma em gelo devido à baixa adesão de gelo. Um exemplo de tal material pode ter baixa adesão ao gelo, pelo menos abaixo de 1,38 MPa (200 psi (libras por polegada quadrada)), preferencialmente abaixo de 0,69 MPa (100 psi) e tipicamente abaixo de 0,31 MPa (45 psi). Esses materiais incluem superfícies de adesão de gelo superbaixa promovidas por iniciador de rachaduras multiescalas, superfícies nanoestruturadas com infusão de líquido escorregadio (SLIPS), HygraTek, revestimentos anticongelamento HybridShield0 da NanoSonic, revestimento PPG IcePhobic, NANOMYTE SuperAi da NEI Corporation ou outros materiais/revestimentos com baixa adesão de gelo. Exemplos e usos são descritos mais detalhadamente na Patente US nº 10.875.632 que é aqui incorporada a título de referência.[0046] Further, the ice low adhesion coating layer 520 may be an antifreeze material where any water passing through does not turn into ice due to the low ice adhesion. An example of such a material may have poor ice adhesion, at least below 1.38 MPa (200 psi (pounds per square inch)), preferably below 0.69 MPa (100 psi) and typically below 0.31 MPa (45 psi). These materials include super-low ice adhesion surfaces promoted by Multiscale Crack Initiator, Slippery Liquid Infusion Nanostructured Surfaces (SLIPS), HygraTek, NanoSonic's HybridShield0 antifreeze coatings, IcePhobic PPG coating, NEI Corporation's NANOMYTE SuperAi, or other materials/coatings with low ice adhesion. Examples and uses are described in more detail in US Patent No. 10,875,632 which is incorporated herein by reference.
[0047] A camada de revestimento de baixa adesão de gelo 520 também pode incluir capacidades de monitoramento de saúde.[0047] The ice low adhesion coating layer 520 may also include health monitoring capabilities.
[0048] O termo “cerca de” é destinado a incluir o grau de erro associado à medição da quantidade específica com base no equipamento disponível no momento de depósito do pedido.[0048] The term “about” is intended to include the degree of error associated with measuring the specific quantity based on the equipment available at the time of filing the order.
[0049] A terminologia usada no presente documento tem a finalidade de descrever as modalidades particulares somente e não pretende limitar a presente divulgação. Como usado neste documento, as formas singulares “um”, “uma” e "o/a" estão destinadas a incluir também as formas plurais, a menos que o contexto indique claramente de outra forma. Será adicionalmente entendido que os termos “compreende” e/ou “que compreende”, quando usados neste relatório descritivo, especificam a presença de recursos, números inteiros, etapas, operações, elementos e/ou componentes determinados, mas não excluem a presença ou a adição de um ou mais outros recursos, números inteiros, etapas, operações, componentes elementares e/ou grupos dos mesmos.[0049] The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the present disclosure. As used in this document, the singular forms “a”, “a” and “the/the” are intended to also include the plural forms, unless the context clearly indicates otherwise. It will be further understood that the terms "comprises" and/or "comprising", when used in this specification, specify the presence of certain features, integers, steps, operations, elements and/or components, but do not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elementary components and/or groups thereof.
[0050] Embora a presente divulgação tenha sido descrita com referência a uma modalidade ou modalidades exemplificativas, será compreendido pelos versados na técnica que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem se afastar do âmbito da presente divulgação. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material específico aos ensinamentos da presente divulgação sem se afastar de escopo essencial da mesma. Por conseguinte, pretende-se que a presente divulgação não seja limitada à determinada modalidade descrita como o melhor modo contemplado para a realização desta presente divulgação, mas que a presente descrição incluirá todas as modalidades que se enquadram no escopo das reivindicações.[0050] Although the present disclosure has been described with reference to an exemplary embodiment or embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes can be made and equivalents can be substituted for elements thereof without departing from the scope of the present disclosure. Furthermore, many modifications can be made to adapt a specific situation or material to the teachings of the present disclosure without departing from the essential scope thereof. Therefore, it is intended that the present disclosure not be limited to the particular embodiment described as the best contemplated mode for carrying out this present disclosure, but that the present description will include all embodiments that fall within the scope of the claims.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US202117568402A | 2021-01-04 | 2021-01-04 | |
US17/568,402 | 2021-01-04 | ||
US202163256673P | 2021-10-18 | 2021-10-18 | |
US63/256,673 | 2021-10-18 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BR102022020849A2 true BR102022020849A2 (en) | 2023-04-04 |
Family
ID=85803047
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BR102022020849-2A BR102022020849A2 (en) | 2021-01-04 | 2022-10-14 | MULTI-LAYER HEATING STRUCTURE FOR CONTROLLING ICE ACCUMULATION ON AN AIRCRAFT SURFACE, AND METHOD FOR FORMING A MULTI-LAYER HEATING STRUCTURE FOR CONTROLLING ICE ACCUMULATION ON AN AIRCRAFT SURFACE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
BR (1) | BR102022020849A2 (en) |
-
2022
- 2022-10-14 BR BR102022020849-2A patent/BR102022020849A2/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3342711A1 (en) | Combined electro-thermal and pneumatic boot deicing system | |
US20230110627A1 (en) | Uniform Heat Distribution in Resistive Heaters For Anti-Icing and De-Icing | |
EP2523855B1 (en) | Article with de-icing/anti-icing function | |
US10457404B2 (en) | Carbon nanotube anti-icing and de-icing means for aircraft | |
BR102017025106B1 (en) | EROSION SHIELD ASSEMBLY, AND METHOD FOR MANUFACTURING AN EROSION SHIELD ASSEMBLY | |
EP3450320B1 (en) | Tailored rotor-blade ice-protection system | |
BR102022018943A2 (en) | SYSTEM FOR CONTROLLING ICE ACCUMULATION ON AN AIRCRAFT SURFACE AND METHOD FOR FORMING A MULTI-LAYER HEATING STRUCTURE | |
US20080166563A1 (en) | Electrothermal heater made from thermally conducting electrically insulating polymer material | |
BR102022020849A2 (en) | MULTI-LAYER HEATING STRUCTURE FOR CONTROLLING ICE ACCUMULATION ON AN AIRCRAFT SURFACE, AND METHOD FOR FORMING A MULTI-LAYER HEATING STRUCTURE FOR CONTROLLING ICE ACCUMULATION ON AN AIRCRAFT SURFACE | |
BR102017025692A2 (en) | carbon allotope heating element, heating system, and method | |
US20230123677A1 (en) | Multilayer thermoplastic structure with carbon nanotube heaters | |
US20230202661A1 (en) | Multilayer structure with carbon nanotube heaters | |
EP4426055A2 (en) | A multilayer structure with carbon nanotube heaters | |
CN115991282A (en) | Integrated anti-icing system | |
EP2950085A1 (en) | Improved structural health monitoring | |
BR102018074215A2 (en) | ICE APPARATUS, PART OF AIRCRAFT, AND METHOD FOR REMOVING ICE FROM A SURFACE PART OF AN AIRCRAFT. | |
BR102017024110A2 (en) | METHOD OF PRODUCTION OF A CARBON NANOTUBE HEATER, AND HEATER SYSTEM. | |
BRPI0709630A2 (en) | method of manufacturing a heating structure, heating structure, aircraft outer surface, wing front surface, aircraft wing, aircraft air intake, aircraft rotor blade, vehicle, vehicle side mirror, vehicle seat, train rail car and points set | |
US11873098B2 (en) | Heater design for carbon allotrope ice protection systems | |
BR102017016071B1 (en) | METHOD FOR REDUCING OPTICAL DISTORTION IN A TRANSPARENT SUBSTRATE | |
BR102017025095B1 (en) | DEFROSTING ASSEMBLY, AND, METHOD FOR MAKING A DEFROSTING ASSEMBLY | |
DE102011101142A1 (en) | Device for varying temperature of electrical resistance layer for de-icing aircraft component e.g. wing, has support surface made of glass fiber reinforced fabric or aluminum honeycomb plates and coated with carbon nano tube dispersion | |
CA3054177A1 (en) | Heater design for carbon allotrope ice protection systems | |
EP4289609A1 (en) | Heating thermoplastic material using electric heater(s) for thermal anti-icing system | |
CN111319772A (en) | Z-CNT filled meltable adhesive for bonding deicer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] |