REFERAT la disciplina CREATIVITATE SI INVENTICA

Emilian-Ionut CROITORUUniversitatea “Transilvania” din Brasov

Departamentul de Ingineria Fabricatiei

emil.ca2651@yahoo.ro

Cuvinte cheie: inovatie, inventie, profil aerodinamic, lonjeron, aripa, Brainstorming, check-list, analiza multi-criteriala

Abstract: Acest referat prezinta o idee inovatoare pentru schimbarea profilului aerodinamic al unei aripi prin ajustarea lonjeronului principal si secundar in timpul zborului unui avion de lupta, precum si documentarea, dezvoltarea prin sedinta Brainstorming si analiza multi-criteriala a acesteia.

Introducere

Cele trei teme ce pot fi traduse in inovatii sau chiar inventii pentru disciplina Creativitate si Inventica sunt:

dispozitiv de curatare a partii exterioare a ferestrelor unui apartament – aceasta tema a aparut in urma unei discutii cu diverse prietene privind problema curatarii exteriorului geamurilor ferestrelor apartamentelor

flaps neconventional gonflabil – aceasta tema a aparut datorita specializarii conferite de catre facultatea absolvita in anul 2009, si anume Constructii Aerospatiale din cadrul Universitatii “Transilvania” Brasov

schimbarea profilului aerodinamic al unei aripi prin ajustarea lonjeronului principal si secundar in timpul zborului – de asemenea aceasta tema a aparut datorita specializarii proprii

Dintre cele trei teme prezentate anterior, am decis sa o urmaresc pe ultima dintre ele pentru documentare, dezvoltare si analiza multi-criteriala.

Documentarea temei

O aripă este o suprafață care produce portanță pentru zbor în atmosferă Terrei, sau ocazional prin alte substanțe gazoase sau lichide. O aripă artificială este numită paletă, acestea având o secțiune distinctă. Pentru mai multe secole, aripă s-a referit exclusiv la membrul anatomic al păsărilor, dar în ultimele secole semnificația cuvântului a fost extinsă pentru a include aripile insectelor, liliecilor, pterosaurilor, dar mai ales al aeronavelor.O aripa a oricarei aeronave este construita pe baza unui profil aerodinamic. Un profil aerodinamic este conturul secțiunii făcute prin aripa unui avion sau pala unei elice, într-un plan perpendicular pe suprafața aripii și paralel cu axa avionului, respectiv într-un plan tangent la un cilindru care ar intersecta elicea și ar avea axa în axa acesteia. Scopul unui profil aerodinamic este de a crea o forță portantă cât mai mare având totodată o rezistență la înaintare cât mai mică (vezi Figure 1),

Figure 1 Profilul aerodinamic al unei aripi

Elementele caracteristice unui profil aerodinamic sunt mărimi care definesc forma, modul de generare și unele aspecte funcționale. Aceste elemente sunt:

Bordul de fugă (7). Este bordul din spatele profilului.[2] [3] Bordul de atac (2). Este bordul din fața profilului, definit drept punctul de

tangență la profil al cercului cu centrul în bordul de fugă.[2] Coarda. Este linia de referință aleasă arbitrar pentru definirea profilului și care se

determină fie ca bitangentă la intradosul profilului,[1] fie ca fie ca raza cercului tangent la bordul de atac și cu centrul în bordul de fugă.[2] [4]

Axa profilului este dreapta care unește bordul de atac cu bordul de fugă.[1] [2] Extradosul (6). Este fața de deasupra a profilului unei aripi de avion.[4] Fără a se

face referire la poziție, prin extrados se înțelege partea mai bombată a profilului. Intradosul (9). Este fața opusă extradosului. În caz că forma profilului este

simetrică față de axă, teoretic nu se poate defini care față a profilului este intradosul și care extradosul. La aripile de avion prin intrados se înțelege întotdeauna partea de dedesubt a profilului aripii.[4]

Profunzimea. Este lungimea coardei, măsurată între două perpendiculare pe coardă, care încadrează profilul.

Linia de curbură medie (scheletul). Este linia trasată la mijlocul distanțelor dintre extrados și intrados.[1]

Săgeata profilului (4). Este distanța maximă dintre linia de curbură medie și coarda profilului (ordonata maximă a scheletului[5]).

Grosimea profilului (5). Este lungimea părții din perpendiculara pe coardă (sau axă) delimitată de intersecțiile cu extradosul și intradosul.[2] Grosimea relativă este raportul dintre grosime și profunzime, exprimat în procente.[1]

Cercul osculator din bordul de atac (3). Este cercul tangent la bordul de atac, cu raza determinată de curbura profilului în bordul de atac.

Axa de portanță nulă (1). Această axă indică direcția unui curent de fluid pentru care rezultanta forțelor de presiune asupra profilului în direcție perpendiculară pe această axă este nulă. La o aripă de avion, în poziția respectivă aripa nu oferă o forță care să susțină avionul în zbor.

Unghiul de incidență (unghiul de atac) (α). Este unghiul la care este poziționat profilul față de direcția generală de curgere a fluidului.

Insa toate acestea nu ar fi posibile fara existenta componentelor mecanice care sa mentina stabil din punct de vedere mecanic acest profil aerodinamic. Elementele constructive ale unei aripi de avion obișnuite sunt: lonjeroanele, lisele, nervurile, panourile de înveliș și alte piese componente, de rigidizare (ex: montanți) folosite pentru transmiterea eforturile între aripă și fuzelaj sau între tronsoanele aripii (vezi Figure 3).Aripile cu cel puțin două lonjeroane împreună cu învelișul formează chesonul de rezistență (vezi Figure 2) care are sarcina de a prelua eforturile aerodinamice și mecanice la care este supusă aripa.

Figure 2 Cheson de rezistență

Figure 3 Componentele principale ale chesonului

Lonjeroanele sunt elemente de rigidizare așezate de-a lungul aripii, care preiau cea mai mare parte din forțele și momentele ce acționează asupra acesteia. Au aspectul unei grinzi consolidate alcătuite din tălpi (profile corniere) și inimă (platbandă), îmbinate între ele cu nituri. Sunt realizate de regulă din materiale rezistente la încovoiere și răsucire: duraluminiu, titan, oțeluri speciale.Nervurile sunt elemente de rigidizare transversală a aripii, montate de obicei perpendicular pe bordul de atac al aripii. Nervurile au rolul de a păstra forma aripii și de a transmite solicitările aerodinamice la lonjeroane și lise. Pot fi nervuri simple sau nervuri de forță, acestea din urmă având rolul suplimentar de a prelua forțele concentrate datorate diverselor echipamente și instalații acroșate de aripi.Lisele sunt elemente de rigidizare montate în lungul aripii cu rolul de a prelua solicitările axiale datorate încovoierii aripii. Ele trebuie să fie rezistente la întindere și compresiune și măresc rezistența învelișului la deformație. Sunt obținute tehnologic prin extrudare sau îndoire și sunt alcătuite din duraluminiu, aliaje pe bază de titan sau oțel inoxidabil.Învelișul aripii are rolul de a menține forma sa și este realizat din tablă de duraluminiu sau aliaje pe bază de titan, magneziu etc. Învelișul este solicitat la eforturi de încovoiere și răsucire. Ele sunt prinse de celelalte elemente prin nituri. Dacă distanța dintre lise este mică, pentru rigidizarea învelișului se folosește tablă ondulată. Îmbinarea tablei ondulate cu învelișul se poate face prin metoda sudurii, nu prin nituire. Dacă aripa are grosime mică, învelișul se poate realiza prin panouri monolit. Construcția unei astfel de aripi se realizează prin îmbinarea panourilor dintr-o singură bucată. La aripile cu grosime foarte mică, spațiul interior nu mai cuprinde elemente de rigidizare, ci este umplut cu structură de tip fagure sau cu alt material compozit, rezultând o structură compactă, cu rezistență mecanică mare.

Dezvoltarea temei

Avand astfel familiarizate notiunile de baza si componetele unei aripi ale unui avion, tema ce a fost propusa spre dezvoltare este supusa unei sedinte Brainstorming. Reamintim ca scopul acestei sedinte este de a ivi idei noi inovative pentru schimbarea profilului aerodinamic al unei aripi prin ajustarea lonjeronului principal si secundar in timpul zborului. Precizam ca, desi aceasta modificare nu poate fi servi sectorul civil al industriei aerospatiale civile, ea poate aduce beneficii mari categoriei militare din aceeasi industrie din considerente aerodinamice si de lupta cu inamicul.Sedinta Brainstorming s-a desfasurat in data de 11 ianuarie 2014 cu un grup de 5 persoane de specializare tehnica si/sau aerospatiala (2 ingineri mecanici si 3 ingineri de aeronave), iar rezultatul ei este prezentat in urmatoarea figura.

Figure 4 Clip-board cu idei rezultat in urma sedintei Brainstorming

Ideile discutate in cursul acestei sedinte sunt urmatoarele:1.2.3.4.5.

Checklist-ul folosit in momentul in care fluxul de idei a devenit unul scazut este urmatorul:

Figure 5 Check-list folosit de conducatorul sedintei Brainstorming

Avand suficiente date in urma acestei sedinte Brainstorming, se trece la ultimul pas al acestei cercetari, si anume analiza multi-criteriala a solutiilor generate, prin prelucrarea, filtrarea, combinarea si/sau modificarea ideilor emise/

Analiza multi-criteriala

Folosind drept sursa cursul prezentat drept referinta [1], s-a realizat analiza multi-criteriala a solutiilor emise in urma sedintei Brainstorming. Mai exact, aceasta analiza a servit la evaluarea comparativa a mai multor variante de creatii si selectionarea pe baza acestei evaluari a celei mai bune optiuni – varianta optima.Etapele de realizare ale acestei analize multi-criteriale sunt urmatoarele:

stabiliarea criteriilor determinarea ponderii fiecarui criteriu identificarea tuturor variantelor posibile acordarea unei note fiecarei variante calcularea clasamentului final

1) Aceasta analiza are urmatoarele criterii:

masa solutiei (criteriul G) metode de implementare (criteriul M) costul de fabricatiei (criteriul F) modalitati de actionare (criteriul A) interschimbabilitate (criteriul I)

2) Determinarea ponderii fiecarui criteriu

G M F A I Puncte Nivel Pondere

G ½

M ½

F ½

A ½

I ½

Tabel 1 Determinarea ponderii fiecarui criteriu

Calculul fiecarei ponderi este realizat in cele ce urmeaza:γi = ( p + m + 0,5 + Δp ) / (- Δp’ + N/2 )γG = γM = γF = γA = γI =

3) Identificarea tuturor variantelor posibile

Variantele posibile sunt cele identificare in urma sedintei Brainstorming, si anume:

varianta A - varianta B - varianta C –

4) Acordarea unei note fiecarei variante

Varianta A Varianta B Varianta C

N N N

G

M

F

A

I

Tabel 2 Acordarea notelor

5) Calcularea clasamentului final

Clasamentul final rezultat in urma calculelor prezentate in Tabel 3 este urmatorul1. varianta B2. varianta A3. varianta C

Varianta A Varianta B Varianta CCriteriul γ N N x γ N N x γ N N x γ

GMFAI

Clasament finalTabel 3 Acordarea notelor

Concluzii

Referinte

[1] Bobancu, S. “Creativitate si inventica”, “Capitolul 10 - Analiza multi-criteriala avansata”, pag. 61 – 71, Brasov, 2013