Un actuador para desplazar un fluido para alterar características del flujo cerca de una superficie aerodinámica (24),

que comprende: medios para desplazar (16) el fluido; medios para envolver al menos parcialmente (18) los medios para desplazar (16), comprendiendo los medios envolventes (18) una cámara que tiene un segundo lado y un primer lado; estando los medios para desplazar dispuestos para desplazarse en vaivén dentro de la cámara; y primeros medios para acceder (20) al primer lado de los medios envolventes, en los que los primeros medios para acceder están adaptados a estar situados en la superficie aerodinámica y a estar en comunicación fluida con una corriente de fluido (32) que pasa sobre la superficie aerodinámica, en los que el fluido es expelido desde los primeros medios para acceder (20) cuando los medios para desplazar (16) se desplazan hacia el primer lado de los medios envolventes, y el fluido es impulsado hacia dentro de los primeros medios para acceder cuando los medios para desplazar se desplazan hacia el segundo lado de los medios envolventes

DERECHOS DE LICENCIA DEL GOBIERNO

El Gobierno americano ha pagado una licencia por este invento y el derecho en circunstancias limitadas a requerir al propietario de la patente a ceder la licencia a otros en términos razonables como se especifica en los términos del Contrato Nº NAS2-03003 concedido por la National Aeronautics and Space Administration.

CAMPO DEL INVENTO

El invento presente se refiere en general a una actuación para controlar el flujo. Más particularmente, el invento presente se refiere a un aparato y a un método de actuación para proporcionar un control de flujo activo del flujo sobre una superficie.

ANTECEDENTES DEL INVENTO

La separación del flujo de un fluido puede ocurrir cuando un fluido compresible o incompresible fluye sobre una superficie, en particular una superficie curva convexa, tal como una superficie interior de un conducto de fluido o una superficie exterior de un cuerpo inmerso en un fluido. La separación del flujo puede ocurrir bajo condiciones de flujo laminar o turbulento, dependiendo de las características de la capa límite del flujo del fluido y de la geometría de la superficie. Con frecuencia, es deseable inhibir la separación del flujo para reducir la resistencia de forma o para aumentar la sustentación aerodinámica. En general, cuanto más distancia recorre un fluido a lo largo de una superficie curva antes de la separación, mejor es la resistencia de forma y la sustentación aerodinámica resultantes.

En el caso de superficies aerodinámicas, el rendimiento aerodinámico o eficiencia de una superficie particular, por ejemplo, un perfil aerodinámico, tal como un ala de avión, pala de rotor, álabe de turbina o de compresor, molinete, pala de hélice o de fan, es fuertemente dependiente de la fuerza de sustentación generada por el perfil aerodinámico. Con este objeto, se han utilizado técnicas de control de flujo activo (AFC) para aumentar la sustentación de los perfiles aerodinámicos inhibiendo o retrasando la separación del flujo del fluido sobre la superficie aerodinámica.

Las técnicas de control de flujo activo incluyen disponer puertos o aberturas en la superficie de un perfil aerodinámico, y proporcionar flujo de aire constante hacia dentro

o fuera de los puertos o aberturas, o flujo de fluido discontinuo (por ejemplo, alternante) dentro o fuera de los puertos y aberturas. Las técnicas de control de flujo activas han demostrado ser efectivas para aumentar el coeficiente de sustentación de perfiles aerodinámicos, disminuir el coeficiente de resistencia, o ambos a la vez, aumentando de esta manera el rendimiento aerodinámico o eficiencia del perfil aerodinámico.

Las técnicas de control de flujo activo son particularmente ventajosas en condiciones en las que de otra manera existiría una gran separación de flujo sobre una superficie aerodinámica. Dichas condiciones son comunes en los slats de borde de ataque y flaps de borde de salida de los perfiles aerodinámicos durante los períodos en los que se genera una gran sustentación.

Las superficies auxiliares de alta sustentación, tales como los slats de borde de ataque o los flaps de borde de salida, son necesarias principalmente durante el vuelo a baja velocidad, o durante el despegue y el aterrizaje. Generalmente, no se consigue el rendimiento de sustentación potencial y, en general, se produce una penalización de resistencia durante el despliegue de los slats de borde de ataque o de los flaps de borde de salida debido a la creación de regiones de separación de flujo localizadas. El tamaño de esas regiones de separación de flujo depende de factores tales como el ángulo de ataque de la corriente libre, la velocidad del flujo relativo de la corriente de fluido en relación con la superficie aerodinámica, las líneas de la cuerda del perfil aerodinámico, el ángulo geométrico y de deflexión de los slats de borde de ataque o de los flaps de borde de salida.

Reduciendo o inhibiendo la separación del flujo, puede conseguirse un aumento correspondiente de sustentación y una reducción de la resistencia. Los métodos de control de flujo activos pueden reducir o inhibir la separación del flujo, por ejemplo, introduciendo flujo de fluido de velocidad relativamente alta en el seno de la corriente de fluido inmediatamente por encima de la superficie aerodinámica para aumentar la energía cinética de la capa límite de la corriente de fluido, manteniendo de esta manera la adhesión de la capa límite a lo largo de más distancia sobre la superficie. De manera similar, retirando fluido de velocidad relativamente baja de la corriente de fluido adyacente a la superficie aerodinámica se produce un aumento neto de la energía cinética de la capa límite de la corriente de fluido y ayuda a reducir o inhibir la separación del flujo. Sin embargo, algunos métodos y dispositivos de control de flujo activo existentes pueden ser prohibitivamente frágiles o pesados, y pueden tener una capacidad energética limitada.

El documento DE 692130 se refiere a un sistema de control de flujo activo en el que se utiliza un compresor para aspirar aire y expeler aire desde aberturas en una sección de un ala.

De acuerdo con esto, es deseable proporcionar un método y un aparato que proporcione control de flujo activo y que sea resistente al daño físico, que tenga un peso ligero y una capacidad energética relativamente elevada.

SUMARIO DEL INVENTO

Las necesidades anteriores son cumplidas, en gran medida, por el invento presente, en el que en un aspecto se proporciona un aparato que en algunas realizaciones proporciona actuación de control de flujo activo discontinuo usando una aleta oscilante robusta que es menos susceptible al daño físico, tiene un peso relativamente ligero y tiene mayor capacidad energética en comparación con algunos actuadores de control de flujo activos existentes.

El invento está definido en las reivindicaciones independientes. Se describen características opcionales en las reivindicaciones dependientes de ellas.

De acuerdo con una realización, un actuador para desplazar un fluido para alterar características de flujo cerca de una superficie puede incluir una aleta configurada para desplazar el fluido, que tenga una primera cara y una segunda cara. El actuador puede incluir también una envuelta configurada para envolver al menos parcialmente la aleta, que tiene un primer lado hacia la primera cara de la aleta y un segundo lado hacia la segunda cara de la aleta. Además el actuador puede incluir un primer orificio que se abra dentro de la envuelta desde el primer lado de la envuelta. En operación, el fluido es expelido desde el primer orificio cuando la aleta se desplaza hacia el primer lado de la envuelta, y el fluido es impulsado hacia dentro del primer orificio cuando la aleta se desplaza hacia el segundo lado de la envuelta.

De acuerdo con otra realización, el actuador puede incluir también un segundo orificio que se abra dentro de la envuelta desde el segundo lado de la envuelta. En esta configuración, el fluido es expelido desde el primer orificio e impulsado dentro del segundo orificio cuando la aleta se desplaza hacia el primer lado de la envuelta, y el fluido es impulsado dentro del primer orificio y expelido desde el segundo orificio cuando la aleta se desplaza hacia el segundo lado de la envuelta.

De acuerdo con otra realización más, un actuador para desplazar un fluido para alterar características del flujo cerca de una superficie puede incluir medios para desplazar el fluido y medios para envolver al menos parcialmente los medios para desplazar, los medios envolventes tienen un segundo lado y un primer lado. Además, el actuador puede incluir unos primeros medios para acceder al primer lado de los medios envolventes. En operación, el fluido es expelido desde los primeros medios de acceso cuando los medios para desplazar se desplazan hacia el primer lado de los medios envolventes, y el fluido es impulsado dentro de los primeros medios de acceso cuando los medios para desplazar se desplazan hacia el segundo lado de los medios envolventes.

De acuerdo con otra realización más, un método para desplazar un fluido para alterar características del flujo cerca de una superficie puede incluir desplazar el fluido usando una aleta dentro de una envuelta configurada para envolver al menos parcialmente la aleta. El método puede incluir además conducir el fluido fuera de un primer lado de la envuelta y expeler el fluido en el seno de una corriente de fluido adyacente a la superficie cuando la...

1. Un actuador para desplazar un fluido para alterar características del flujo cerca de una superficie aerodinámica (24), que comprende:

medios para desplazar (16) el fluido; medios para envolver al menos parcialmente (18) los medios para desplazar (16), comprendiendo los medios envolventes (18) una cámara que tiene un segundo lado y un primer lado; estando los medios para desplazar dispuestos para desplazarse en vaivén dentro de la cámara; y primeros medios para acceder (20) al primer lado de los medios envolventes, en los que los primeros medios para acceder están adaptados a estar situados en la superficie aerodinámica y a estar en comunicación fluida con una corriente de fluido (32) que pasa sobre la superficie aerodinámica, en los que el fluido es expelido desde los primeros medios para acceder (20) cuando los medios para desplazar (16) se desplazan hacia el primer lado de los medios envolventes, y el fluido es impulsado hacia dentro de los primeros medios para acceder cuando los medios para desplazar se desplazan hacia el segundo lado de los medios envolventes.

2. El actuador de la reivindicación 1, que comprende además primeros medios para conducir el fluido hacia dentro y hacia fuera de los medios envolventes por medio de los primeros medios para acceder, teniendo los primeros medios para conducir unos primeros medios opuestos (22) para abrirse en el seno de una corriente de fluido (32) adyacente a la superficie aerodinámica (24).

3. El actuador de la reivindicación 2, en el que los primeros medios para abrirse

(22) están configurados para dirigir generalmente el fluido expelido hacia un sentido del flujo de la corriente de fluido (32).

4. El actuador de la reivindicación 2, que comprende además:

medios de entrada (64) para conducir el fluido dentro de los primeros medios para conducir, teniendo los medios de entrada medios normales para abrirse en el sendo de la corriente de fluido aguas arriba de la primera abertura; y medios de control de un solo paso (70) instalados en los medios de entrada (64) para inhibir el flujo de fluido hacia fuera a través de los medios de apertura normales, y para permitir flujo de fluido hacia dentro de los medios de apertura normales y a través de los medios de entrada hasta los primeros medios conductores.

5. El actuador de la reivindicación 1, en el que los medios para desplazar (16) y los medios envolventes están configurados además para tener una holgura sustancialmente hermética entre un perímetro de los medios para desplazar y una pared interior de los medios envolventes.

6. El actuador de la reivindicación 1, que comprende además:

medios para conducir (54) acoplados operablemente a los medios para desplazar (16), en los que los medios para conducir están configurados para transferir una fuerza motora para accionar la aleta para mover la aleta en un movimiento oscilante; y medios giratorios (50) para actuar acoplados a los medios para conducir (54) y configurados para hacer que giren los medios conductores.

7. El actuador de la reivindicación 1, que comprende además medios para girar (34), en el que los medios envolventes definen una cámara con forma de cuña interna y los medios para girar están acoplados a los medios envolventes y los medios para desplazar

(16) están acoplados a los medios para girar de tal manera que los medios para desplazar pueden girar dentro de la cámara en un arco alrededor de un eje longitudinal de los medios para desplazar.

8. El actuador de la reivindicación 7, en el que los medios envolventes tienen un primer extremo y un segundo extremo, comprendiendo además el actuador:

medios curvos para penetrar el primer extremo de los medios para envolver; medios para conducir acoplados operablemente a los medios para desplazar, en los que los medios para conducir están configurados para transferir una fuerza motora para accionar la aleta para mover la aleta en un movimiento oscilante; medios giratorios para actuar acoplados a los medios para conducir y configurados para hacer que giren los medios para conducir; medios para conectar giratoriamente (52) acoplados a los medios para conducir a una distancia radial de un eje central de los medios para conducir y giratoriamente acoplados a los medios para desplazar por medio de los medios para penetrar a una distancia excéntrica de los medios giratorios, en los que los medios para conducir transfieren la fuerza motora para accionar los medios para desplazar por medio de los medios para conectar; y medios para sellar deslizablemente acoplados a los medios para penetrar, configurados, en uso, para inhibir sustancialmente que el fluido pase hacia dentro

o hacia fuera de los medios envolventes a través de los medios para penetrar, y por medio de los que la biela puede ser acoplada al eje conductor.

9. El actuador de la reivindicación 7, que comprende además medios de superficie aerodinámica para permitir que una corriente de fluido adyacente fluya con una velocidad relativa a los medios de superficie aerodinámica.

10. El actuador de la reivindicación 9, en el que los medios de superficie aerodinámica (24) comprenden al menos parte de unos medios para crear sustentación aerodinámica.

11. Un método para desplazar un fluido para alterar características de flujo cerca de una superficie aerodinámica, que comprende:

desplazar el fluido usando una aleta dentro de una envuelta configurada para envolver al menos parcialmente la aleta; estando dispuesta la aleta para desplazarse en vaivén dentro de la envuelta; conducir el fluido hacia fuera desde un primer lado de la envuelta y expeler el fluido en el seno de una corriente de fluido adyacente a la superficie aerodinámica cuando la aleta se desplaza hacia el primer lado de la envuelta; e impulsar el fluido desde la corriente de fluido y conducir el fluido hacia dentro del primer lado de la envuelta cuando la aleta se desplaza hacia el segundo lado de la envuelta.

12. El método de la reivindicación 11, que comprende además: conducir el fluido hacia fuera desde el segundo lado de la envuelta y expeler el fluido en el seno de la corriente de fluido cuando la aleta se desplaza hacia el segundo lado de la envuelta; e impulsar el fluido desde la corriente de fluido y conducir el fluido dentro del segundo lado de la envuelta cuando la aleta se desplaza hacia el primer lado de la envuelta.