AERONAVE CONVERTIBLE PARA VOLAR A DOS VELOCIDADES.

Aeronave convertible para volar a dos velocidades.

Aeronave para volar eficientemente a dos velocidades muy distintas con un ala

(20) con forma de planta en "Z", con un cuerpo central (1) alargado y dos aletas (2) dispuestas asimétricamente en los extremos del tramo central (1). Un fuselaje (6) (o varios) se puede solapar al tramo central del ala y puede girar respecto de ella alrededor de un eje (7) situado aproximadamente en el centro de masas del fuselaje (6), de tal forma que el fuselaje (6) esté paralelo al cuerpo central del ala en la configuración de alta velocidad, y formando un cierto ángulo en la configuración de baja velocidad. En este caso el tramo central (1) debería ser una superficie sustentadora, es decir, debe tener el borde (5) de ataque, o de entrada de la corriente redondeado y el borde de salida de la corriente afilado.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201330166.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Inventor/es: CERVERÓ TORRELL,Albert.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA > AEROPLANOS; HELICOPTEROS (vehículos de colchón... > Aeronaves no previstas en otro lugar > B64C39/10 (Alas volantes)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA > AEROPLANOS; HELICOPTEROS (vehículos de colchón... > Alas (superficies estabilizadoras B64C 5/00; alas... > B64C3/10 (Forma de las alas)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA > AEROPLANOS; HELICOPTEROS (vehículos de colchón... > Alas (superficies estabilizadoras B64C 5/00; alas... > B64C3/40 (Variación del ángulo de flecha)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA > AEROPLANOS; HELICOPTEROS (vehículos de colchón... > Alas (superficies estabilizadoras B64C 5/00; alas... > B64C3/42 (Ajuste según ejes con la dirección de la cuerda)
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AERONAVE CONVERTIBLE PARA VOLAR A DOS VELOCIDADES.

Fragmento de la descripción:

Aeronave convertible para volar a dos velocidades SECTOR TÉCNICO

Aeronáutica, más concretamente de las aeronaves con cambio de forma (morphing). Y en cuanto a los tipos de aeronaves a los que aplica: a la aviación general, a la aviación ligera, a las aeronaves no tripuladas, a las aeronaves personales, así como a aeronaves de mayor tamaño.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La aeronáutica desde sus orígenes se ha tenido que enfrentar en el diseño de las aeronaves a un compromiso muy exigente: poder operar a velocidades muy distintas. Una velocidad baja para despegar y aterrizar con seguridad. Otra velocidad alta, la de crucero, donde tienen que ser eficientes. Para conseguir ambos requisitos, se ha recurrido fundamentalmente a dos soluciones: una, los dispositivos hipersustentadores (flaps); y dos, medios para volar en la tropopausa (a 11.000 metros de altura). En el caso de los flaps, producen un cambio de la cuerda y la curvatura del ala que disminuye la velocidad.

Sin embargo, con ninguna de estas dos soluciones se puede contar para el diseño numerosos tipos de aeronaves. Esto provoca que tales tipos de aeronaves no dispongan de altas prestaciones. Ambas soluciones encarecen mucho el desarrollo y por lo tanto la operación de la aeronave. Además, recientemente ha nacido otro conjunto de especificaciones de diseño distintas de las mencionadas en el párrafo anterior. Éstas no sólo exigen que la aeronave sea capaz de volar a dos velocidades muy distintas, sino que tiene que hacerlo de forma eficiente en ambas. La aplicación que las requiere es para aviones no tripulados multi-rol, capaces de hacer reconocimiento (a baja velocidad) y ataque (a alta velocidad) en la misma misión.

En la historia de la aviación se han propuesto morphings radicales. Un ejemplo lo constituye US3971535, donde se describe un avión con ala oblicua (OWA, siglas en inglés), que puede girar respecto al fuselaje, como en la invención presente, y que por

esto proporciona al vehículo una gran eficiencia en una gran variedad de velocidades, especialmente supersónicas. Este concepto, por la dificultad de su control y por estar especialmente adaptado al régimen supersónico, aún no ha encontrado su aplicabilidad.

Por otra parte, en el artículo "Comparison of Conventional and Z-wing VLJ Designs using CEASIOM", T. S. Richardson; C. McFarlane; C. Beaverstock; A. Isikveren, se hace un estudio conceptual de una configuración, parecida a la presente de alta velocidad. En dicho estudio se demuestra que es perfectamente controlable con los medios para el control actuales.

En la patente US 4139172 se propone una aeronave más eficiente en régimen supersónico, por medio del decalaje de las alas sobre el fuselaje, la de un lado respecto a la del otro.

Es conocida la patente Japonesa JP2008-149735. Se refiere a un avión que dispone de un ala de vuelo cruciforme fija con brazos opuestos de la misma longitud y contiguos unos más cortos que los otros, según la dirección de vuelo de la aeronave.

Emplea las alas cortas para prestaciones a altas velocidades o las alas largas para prestaciones a velocidades bajas.

La patente Norteamericana US3737121, se refiere a un avión que dispone de una pareja de fuselajes dispuestos en paralelo y acoplados conjuntamente a un ala y a un estabilizador horizontal que son pivotables a los fuselajes. El movimiento relativo entre ambos fuselajes, permite la variación del ángulo de ataque del ala y por tanto, adaptarse mejor para su utilización a altas o bajas velocidades de vuelo.

La patente Norteamericana US8444082, se refiere a un vehículo aéreo, que es fácilmente transportable al tener capacidad de plegado de las alas sobre el fuselaje para facilitar su transporte en un contenedor. Este vehículo aéreo, comprende un fuselaje y dos superficies aerodinámicas o alas montadas giratoriamente sobre el fuselaje en un eje común y desplegables mediante la acción de un muelle.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Se propone una aeronave con un ala con forma planta tipo "Z", con un cuerpo central alargado y dos aletas dispuestas asimétricamente en las puntas del tramo central. Las aletas tienen un alargamiento sensiblemente más bajo que el de aeronaves de su categoría. La aeronave puede disponer de medios no convencionales de control: batimiento de las aletas y de cambio de ángulo en el plano (flecha). Integrado en el cuerpo central puede haber una cabina donde se disponga la carga útil. Además, la aeronave puede estar formada por dos conjuntos: un ala, en forma de `Z y, opcionalmente, uno o varios fuselajes. El fuselaje puede quedar solapado y paralelo al tramo central del ala, al poder girar alrededor de un eje, que lo une ala, situado aproximadamente en el centro de masas del fuselaje, de tal forma que el fuselaje esté paralelo al cuerpo central del ala en la configuración de alta velocidad, y formando un cierto ángulo en la configuración de baja velocidad. En este caso, el tramo central debería ser una superficie sustentadora, es decir, debe tener el borde de ataque, o de entrada de la corriente, redondeado y el borde de salida de la corriente afilado.

En la configuración de alta velocidad de la invención, la superficie mojada del conjunto se reduce significativamente porque deja de estar expuesta a la corriente de aire al haberse solapado con el fuselaje. Esta circunstancia significa una mejora significativa de las prestaciones en régimen subsónico de la presente invención respecto a los antecedentes. En concreto frente al OWA, mencionado en el estado de la técnica anterior.

Además, el ángulo de flecha, o ángulo que forma una línea característica de todo componente sustentador con la perpendicular al plano de simetría del fuselaje, de la configuración de alta velocidad es pequeña en comparación con la del OWA o la de los aviones de transporte comercial transónico. Esta peculiaridad de este diseño le permite hacer uso de la tecnología existente de flujo laminar, hecho que permitiría mejorar aún más las prestaciones de alta velocidad.

Se consiguen mejoras adicionales como:

- Reducción de las asimetrías en la configuración de alta velocidad, tanto másicas como aerodinámicas, respecto al OWA, y

- Optimizar las características aeroelásticas del ala, dado que no ha de estar el ala completamente en voladizo. Esto último permite mayor velocidad máxima para una misma tecnología de materiales.

Se logra así operar a dos velocidades muy distintas de forma eficiente gracias a que dada la forma original del ala y a un morphing parecido al de las alas oblicuas se consigue reducir significativamente la envergadura y el área mojada efectiva del ala en la configuración de alta velocidad. Y así permite desplazarse de forma eficiente también a una velocidad muy superior a la velocidad con la que ha despegado sin la necesidad de tener que volar a mucha altura, ni de tener que incorporar flaps complejos.

Por tanto, es objeto de la invención una aeronave con cambio de forma (morphing) para volar a dos velocidades que incluye:

- un ala cuya planta tiene forma de "Z" y comprende tres porciones formadas por un cuerpo central y dos aletas, donde cada aleta está unida al cuerpo central (preferiblemente formando un ángulo entre 60 y 120 grados),

- al menos un propulsor acoplado con el ala

- unos medios de control configurados para cambiar la orientación del al menos un propulsor con respecto a la dirección longitudinal del cuerpo central del ala en función de la velocidad seleccionada para adoptar dos configuraciones:

a) una primera configuración de vuelo, apta para un valor de velocidad mayor que un umbral, donde el cuerpo central está alineado con el propulsor,

b) una segunda configuración de vuelo, apta...

 


Reivindicaciones:

1. Aeronave convertible para volar a dos velocidades que comprende:

- un ala (20) cuya planta tiene forma de "Z" y comprende tres porciones formadas por un cuerpo central (1) y dos aletas (2), donde cada aleta (2) está unida al cuerpo central

(1),

- al menos un propulsor (3) acoplado con el ala (20), caracterizada por que comprende además:

- unos medios de control configurados para cambiar la orientación del al menos un propulsor (3) con respecto a la dirección longitudinal del cuerpo central (1) del ala (20) en función de la velocidad seleccionada para adoptar dos configuraciones:

a) una primera configuración de vuelo, apta para un valor de velocidad mayor que un umbral, donde el cuerpo central (1) está alineado con el propulsor (3),

b) una segunda configuración de vuelo, apta para un valor de velocidad menor que un umbral, donde el cuerpo central (1) forma un ángulo (3) no nulo con el propulsor (3).

2. Aeronave según la reivindicación 1, caracterizado por que los medios de control están configurados para hacer girar al menos un propulsor (3) alrededor de un eje de giro (17) sustancialmente perpendicular a la planta del ala (20).

3. Aeronave según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que comprende además al menos un fuselaje (6) acoplado al ala (20).

4. Aeronave según la reivindicación 3, caracterizado por que al menos un propulsor (3) está acoplado mediante su unión solidaria al fuselaje (6), donde dicho fuselaje (6) es además orientable respecto del ala (20).

5. Aeronave según la reivindicación 4, caracterizado por que el fuselaje (6) está acoplado al ala (20) de manera que es orientable alrededor de un eje de giro (7) sustancialmente perpendicular al plano del ala (20).

6. Aeronave según la reivindicación 5, caracterizado por que el eje de giro (7) pasa por el centro de masas del fuselaje (6).

7. Aeronave según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, caracterizado por que comprende al menos dos fuselajes (6) distribuidos a lo largo del cuerpo central del ala (1) y articulados cada uno en un eje de giro (7).

8. Aeronave según la reivindicación 7, caracterizada por que cada uno de los dos fuselajes está situado en un extremo diferente del cuerpo central (1) del ala (20), donde uno de los fuselajes (6) tiene su respectivo propulsor (3) en el extremo delantero y el otro de los fuselajes (6) tiene su respectivo propulsor (3) en el extremo trasero.

9. Aeronave según la reivindicación 7, caracterizada por que cada uno de los dos fuselajes está situado en un extremo diferente del cuerpo central (1) del ala (20), donde cada uno de los fuselajes (6) tiene su respectivo propulsor (3) en un lateral.

10. Aeronave según la reivindicación 8, caracterizado por que en la configuración de alta velocidad, ambos fuselajes (6) quedan alineados uno tras otro.

11. Aeronave según la reivindicación 8 ó 10, caracterizado por que los medios de control comprenden al menos una superficie de control de cabeceo adicional (10) configurada para conectar los extremos delantero y/o trasero de los fuselajes (6), siendo dicha pieza estabilizadora (10) orientable alrededor de un eje de giro (27) sustancialmente perpendicular a la planta del ala (20) y articulado de forma que se mantiene paralela al tramo cuerpo central (1) del ala.

12. Aeronave según la reivindicación 11, caracterizado por que los medios de control comprenden además unas uniones mecánicas (11,13) configuradas para asegurar, cuando se adopta la primera configuración de vuelo, el cuerpo central (1) del ala (20) a la pieza estabilizadora (10), y/o a ambos fuselajes (6).

13. Aeronave según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las aletas (2) del ala (20) son orientables, de forma que cambia el ángulo de flecha variable (9) formado por dichas aletas (2) respecto al tramo central (1) en el plano del ala (20).

14. Aeronave según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de control están configurados para batir las aletas (2) y con ello variar el grado de libertad de guiñada (8).

15. Aeronave según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 14, caracterizado por que el fuselaje (6) está situado debajo del ala (20).

16. Aeronave según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 14, caracterizado por que el fuselaje (6) está situado encima del ala (20).

17. Aeronave según la reivindicación 14, caracterizado por que el fuselaje (6) comprende al menos una aleta auxiliar (12).

18. Aeronave según la reivindicación 17, caracterizado por que la aleta auxiliar (12) es dorsal.

19. Aeronave según la reivindicación 17, caracterizado por que la aleta auxiliar (12) es ventral.

20. Aeronave de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende un tren de aterrizaje.