ITUB20151085A1

ITUB20151085A1 - Gondola per motore aeronautico con sistema antighiaccio utilizzante un fluido bifase.

Info

Publication number: ITUB20151085A1
Application number: ITUB2015A001085A
Authority: IT
Inventors: Antonio Moscatelli; Gianni Mancuso
Original assignee: Alenia Aermacchi Spa
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2016-11-28
Also published as: US10017260B2; EP3098169B1; ES2715752T3; JP2017048780A; RU2711026C2; RU2016120320A; US20160347459A1; EP3098169A1; JP6696830B2; RU2016120320A3

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Gondola per motore aeronautico con sistema antighiaccio utilizzante un fluido bifase"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una gondola per motore aeronautico, in particolare per motore a reazione, avente le caratteristiche specificate nel preambolo della rivendicazione indipendente 1.

Per gondola motore, o pi? semplicemente gondola, s'intende un involucro tubolare di forma aerodinamica atto a contenere un motore di velivolo. La gondola ? tipicamente fissata all'ala del velivolo, ma pu? anche essere fissata alla fusoliera o all'impennaggio verticale del veicolo. La gondola si estende lungo un asse parallelo all'asse longitudinale (direzione antero-posteriore) del velivolo. La gondola ? aperta sia alla sua estremit? anteriore per consentire l'ingresso dell'aria, sia alla sua estremit? posteriore per consentire la fuoriuscita dei gas di scarico. La gondola comprende tipicamente una parete interna e una parete esterna che sono connesse l'una all'altra anteriormente in corrispondenza di un bordo di attacco e posteriormente in corrispondenza di un bordo di uscita. La parete interna e la parete esterna, insieme con il bordo di attacco e il bordo di uscita, racchiudono un'intercapedine.

La formazione di ghiaccio sul bordo di attacco della gondola ? considerata particolarmente pericolosa in quanto frammenti di ghiaccio possono staccarsi da tale bordo e colpire le pale del compressore del motore a reazione. Sono stati pertanto sviluppati, e sono attualmente utilizzati, sistemi di frammentazione del ghiaccio atti a facilitare il distacco del ghiaccio dal bordo di attacco della gondola. Si tratta ad esempio di sistemi ad aria compressa o di sistemi di riscaldamento utilizzanti resistenze elettriche. Tali sistemi noti non sono tuttavia particolarmente efficaci in quanto intervengono dopo che il ghiaccio si ? formato e quindi, provocando il distacco del ghiaccio dal bordo di attacco, possono addirittura aumentare il rischio di urti dei frammenti di ghiaccio contro le pale del compressore. Inoltre, i sistemi antighiaccio noti sono energeticamente poco efficienti.

Scopo della presente invenzione ? fornire una gondola per motore aeronautico che non sia affetta dagli inconvenienti della tecnica nota sopra discussi. Pi? in particolare, la presente invenzione si propone di fornire una gondola motore provvista di un sistema antighiaccio che eviti la formazione di ghiaccio sul bordo di attacco della gondola, che non sottragga potenza utile al motore e che non necessiti di alimentazione energetica esterna.

Questo e altri scopi sono pienamente raggiunti secondo la presente invenzione grazie a una gondola per motore aeronautico avente le caratteristiche definite nell'annessa rivendicazione indipendente 1.

Ulteriori caratteristiche vantaggiose dell'invenzione sono indicate nelle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto ? da intendersi come parte integrale e integrante della descrizione che segue.

In sintesi, l'invenzione si fonda sull'idea di introdurre nell'intercapedine definita fra la parete interna e la parete esterna della gondola un fluido bifase e di inserire nell'intercapedine un setto di materiale poroso conformato in modo da suddividere l'intercapedine in un'intercapedine interna e in un'intercapedine esterna che si estendono rispettivamente fra la parete interna della gondola e il setto poroso e fra la parete esterna della gondola e il setto poroso e che sono in comunicazione di fluido l'una con l'altra solamente nella zona anteriore dell'intercapedine, cio? nella zona a contatto con il bordo di attacco della gondola. Grazie alla presenza del setto poroso e del fluido bifase nell'intercapedine, durante il funzionamento nella zona posteriore dell'intercapedine interna il fluido riceve calore dai gas di scarico emessi dal motore e quindi evapora. Il fluido in fase vapore viene spinto dalla sua stessa pressione verso la zona anteriore dell'intercapedine interna (cio? nella zona del bordo di attacco della gondola), dove cede la maggior parte del calore di vaporizzazione e condensa. La zona del bordo di attacco della gondola, che ? la zona pi? fredda della gondola, e quindi quella pi? a rischio di formazione di ghiaccio, viene cos? riscaldata. Il fluido ritornato in fase liquida che si trova nell'intercapedine esterna viene quindi spinto per capillarit? attraverso il setto poroso verso l'intercapedine interna. Si crea in questo modo una circolazione continua del fluido che attraverso fenomeni di evaporazione e condensazione garantisce il trasferimento del calore dalla zona posteriore dell'intercapedine interna al bordo di attacco e quindi all'intercapedine esterna. Come si comprende facilmente, una gondola motore con sistema antighiaccio secondo l'invenzione permette di evitare la formazione di ghiaccio sul bordo di attacco della gondola senza richiedere un'alimentazione energetica esterna, senza sottrarre potenza utile al motore, senza avere parti meccaniche in movimento e senza aumentare l'ingombro della gondola.

Secondo una forma di realizzazione, fra la parete interna e la parete esterna sono previsti una pluralit? di elementi divisori atti a suddividere l'intercapedine interna e l'intercapedine esterna in una corrispondente pluralit? di settori non comunicanti direttamente l'uno con l'altro e a suddividere il setto in una corrispondente pluralit? di segmenti di setto. Si ottiene in questo modo una migliore distribuzione del fluido, soprattutto in senso circonferenziale, e una corrispondentemente migliore distribuzione della temperatura.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno pi? chiaramente dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 ? una vista laterale di una gondola motore secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

le figure 2, 3 e 4 sono rispettivamente una vista in sezione assiale, secondo un piano di sezione assiale indicato con II-II in figura 1, una vista in sezione trasversale, secondo un piano di sezione trasversale indicato con III-III in figura 1, e un'ulteriore vista in sezione trasversale, secondo un ulteriore piano di sezione trasversale indicato con IV-IV in figura 1, della gondola motore di figura 1;

la figura 5 ? una vista laterale di una gondola motore secondo un'ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione; e

le figure 6 e 7 sono rispettivamente una vista in sezione assiale, secondo un piano di sezione assiale indicato con VI-VI in figura 5, e una vista in sezione trasversale, secondo un piano di sezione trasversale indicato con VII-VII in figura 5, della gondola motore di figura 5.

Con riferimento inizialmente alle figure dalla 1 alla 4, una gondola motore per motore aeronautico (di qui in avanti semplicemente indicata come gondola) secondo una forma di realizzazione della presente invenzione ? complessivamente indicata con 10. La gondola 10 ? destinata a contenere un motore aeronautico (non mostrato, ma comunque di tipo perse noto), in particolare un motore a reazione. In modo per s? noto, la gondola 10 ? realizzata come involucro tubolare di forma aerodinamica che si estende lungo un asse x parallelo all'asse longitudinale (direzione antero-posteriore) del velivolo ed ? sostanzialmente simmetrico rispetto a tale asse. La gondola 10 ? aperta sia alla propria estremit? anteriore, per consentire l'ingresso di aria nel motore, sia alla propria estremit? posteriore, per consentire l'espulsione dei gas di scarico emessi dal motore. La gondola 10 comprende una parete interna 12 e una parete esterna 14 che sono connesse l'una all'altra anteriormente in corrispondenza di un bordo di attacco 16 e posteriormente in corrispondenza di un bordo di uscita 18. Come mostrato nella vista in sezione assiale di figura 2, il bordo di attacco 16 ha una forma arrotondata, mentre il bordo di uscita 18 ? a spigolo vivo. La parete interna 12 e la parete esterna 14, insieme con il bordo di attacco 16 e il bordo di uscita 18, racchiudono un'intercapedine 20.

Al fine di evitare la formazione di ghiaccio sulla superficie esterna della gondola 10, in particolare in corrispondenza del bordo di attacco 16, la gondola 10 ? provvista di un sistema antighiaccio comprendente fondamentalmente un setto tubolare 22 di materiale poroso, che ? disposto all'interno dell'intercapedine 20 ed ? configurato in modo da suddividere l'intercapedine 20 in un'intercapedine interna 20a e in un'intercapedine esterna 20b. Pi? precisamente, l'intercapedine interna 20a si estende fra la parete interna 12 e il setto poroso 22, mentre l'intercapedine esterna 20b si estende fra la parete esterna 14 e il setto poroso 22. L'intercapedine interna 20a e l'intercapedine esterna 20b sono in comunicazione di fluido l'una con l'altra solamente in una zona anteriore, indicata con 20c, dell'intercapedine 20, cio? in corrispondenza del bordo di attacco 16. L'intercapedine 20 contiene un fluido bifase, che pu? essere ad esempio acqua, ammoniaca o propilene. Durante il funzionamento, nella zona posteriore dell'intercapedine interna 20a il fluido riceve calore dai gas di scarico emessi dal motore e quindi evapora. Il fluido in fase vapore viene spinto dalla sua stessa pressione verso la zona anteriore dell'intercapedine, cio? verso la zona 20c in prossimit? del bordo di attacco 16, dove cede la maggior parte del calore di vaporizzazione e condensa. Il bordo di attacco 16 viene cos? riscaldato per effetto del calore ceduto dal fluido in fase di condensazione. Il fluido in fase liquida si muove quindi dalla zona 20c dell'intercapedine 20 verso l'intercapedine esterna 20b e da qui viene spinto per capillarit? attraverso il setto poroso 22 verso l'intercapedine interna 20a. Si crea in questo modo una circolazione continua del fluido che attraverso fenomeni di evaporazione e condensazione garantisce il trasferimento del calore dalla zona posteriore dell'intercapedine interna 20a alla zona 20c dell'intercapedine 20 (zona a contatto con il bordo di attacco 16) e quindi all'intercapedine esterna 20b.

Con riferimento ora alle figure dalla 5 alla 7, in cui a parti ed elementi identici o corrispondenti a quelli delle figure dalla 1 alla 4 sono stati attribuiti i medesimi numeri di riferimento, si descriver? un'ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione. Quest'ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione differisce da quella delle figure dalla 1 alla 4 fondamentalmente per il fatto che l'intercapedine interna 20a e l'intercapedine esterna 20b non si estendono in modo continuo, in senso circonferenziale, ma sono suddivise ciascuna in una pluralit? di settori assiali (che nell'esempio proposto sono in numero di 12 ma che potrebbero indifferentemente essere in numero maggiore o minore) da una corrispondente pluralit? di elementi divisori 24 che si estendono radialmente fra la parete interna 12 e la parete esterna 14 e assialmente per tutta l'estensione assiale del setto 22, o almeno per la maggiore parte dell'estensione assiale del setto 22. Anche il setto 22 non si estende in modo continuo, in senso circonferenziale, come nella forma di realizzazione delle figure dalla 1 alla 4, ma ? suddiviso dagli elementi divisori 24 in una corrispondente pluralit? di segmenti di setto, ciascuno dei quali separa un settore dell'intercapedine interna 20a da un corrispondente settore dell'intercapedine esterna 20b. Secondo questa forma di realizzazione, quindi, non vi ? comunicazione di fluido diretta fra un settore di intercapedine (sia essa interna o esterna) e i settori di intercapedine adiacenti.

Rispetto alla forma di realizzazione delle figure dalla 1 alla 4, quest'ulteriore forma di realizzazione permette di evitare il rischio di una distribuzione disuniforme del fluido nell'intercapedine (nel caso infatti di un'intercapedine che si estende in modo continuo in senso circonferenziale il fluido tende ad accumularsi per gravit? nella parte inferiore dell'intercapedine stessa) e quindi di una distribuzione disuniforme della temperatura. Inoltre, in caso di danneggiamento di una parete della gondola, sia essa quella interna o quella esterna, che porti alla perdita di fluido, si verifica con quest'ulteriore forma di realizzazione lo svuotamento di un solo settore di intercapedine, o comunque di un numero limitato di settori di intercapedine, senza quindi pregiudicare la funzionalit? complessiva del sistema antighiaccio. Un ulteriore vantaggio, rispetto alla precedente forma di realizzazione, ? rappresentato dalla maggiore facilit? costruttiva, visto che i pezzi da assemblare (in particolare i segmenti di setto) sono di dimensioni pi? piccole.

Alla luce della descrizione fornita, risulta evidente che una gondola motore con sistema antighiaccio secondo l'invenzione permette di evitare la formazione di ghiaccio sul bordo di attacco della gondola senza richiedere un'alimentazione energetica esterna, senza sottrarre potenza utile al motore, senza avere parti meccaniche in movimento e senza aumentare l'ingombro della gondola. Inoltre, il sistema antighiaccio risulta estremamente affidabile, in quanto la circolazione del fluido all'interno dell'intercapedine e lo scambio di calore fra il fluido e le pareti della gondola sono dovuti a fenomeni fisici che avvengono automaticamente, senza bisogno di organi di comando e quindi senza i rischi connessi a eventuali rotture o malfunzionamenti di tali organi di comando.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione e i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto ? stato descritto e illustrato a puro titolo di esempio non limitativo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Gondola motore (10) per motore aeronautico, comprendente un involucro tubolare, aperto alle proprie opposte estremit? assiali, con una parete interna (12) e una parete esterna (14) che sono connesse l'una all'altra anteriormente in corrispondenza di un bordo di attacco (16) e posteriormente in corrispondenza di un bordo di uscita (18) e che racchiudono, insieme con il bordo di attacco (16) e il bordo di uscita (18), un'intercapedine (20), la gondola (10) essendo inoltre provvista di mezzi antighiaccio (22) atti a riscaldare le pareti della gondola (10) almeno nella zona del bordo di attacco (16) per evitare la formazione di ghiaccio, caratterizzata dal fatto che detti mezzi antighiaccio (22) comprendono un setto (22) di materiale poroso disposto all'interno dell'intercapedine (20) in modo da suddividere l'intercapedine (20) in un'intercapedine interna (20a), fra la parete interna (12) e il setto (22), e in un'intercapedine esterna (20b), fra la parete esterna (14) e il setto (22), e da mettere in comunicazione di fluido l'intercapedine interna (20a) con l'intercapedine esterna (20b) solamente in una zona anteriore (20c) dell'intercapedine (20) a contatto con il bordo di attacco (16), e dal fatto che nell'intercapedine (20) ? contenuto un fluido bifase.
2. Gondola motore secondo la rivendicazione 1, in cui l'intercapedine interna (20a) e l'intercapedine esterna (20b), cos? come il setto (22), si estendono in modo continuo in senso circonferenziale.
3. Gondola motore secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre una pluralit? di elementi divisori (24) interposti fra la parete interna (12) e la parete esterna (14) in modo da suddividere l'intercapedine interna (20a) e l'intercapedine esterna (20b) in una corrispondente pluralit? di settori non comunicanti direttamente l'uno con l'altro e in modo da suddividere il setto (22) in una corrispondente pluralit? di segmenti di setto (22).