METODO DE GOBIERNO DE UNA AERONAVE CONVERTIBLE.

Comprende un fuselaje, unas alas fijas convencionales dotada de alerones,

una cola con timones, motores, un rotor de palas, una transmisión, entre los motores y el rotor, equipada con medios de freno y embrague del rotor, un tren de aterrizaje, unos medios de transición de modo helicóptero a modo autogiro y viceversa, y unos medios de transición directa e inversa de modo autogiro-helicóptero a modo avión. La sustentación para un rango de velocidades bajas se produce por medio del rotor, y la sustentación para un rango de velocidades altas se produce a través de las alas, pudiéndose asimismo producir la sustentación, para un rango de velocidades intermedias, mediante las alas y el rotor en modo autogiro, simultáneamente, y que el despegue y aterrizaje puede realizarse en modo autogiro o en modo helicóptero, con los motores embragados al rotor. La aeronave una aeronave híbrida helicópte­ro-autogiro-avión, pudiendo realizar la transición directa o inversa a modo avión tanto desde un modo helicóptero como desde un modo autogiro de funcionamiento

Método de gobierno de una aeronave convertible.

Ámbito técnico de la invención

La invención genéricamente se refiere a las aeronaves convertibles del tipo de las que comprenden un fuselaje, unas alas fijas estándar equipadas con alerones, un grupo de cola con timones, motores de propulsión, un rotor con palas, una transmisión entre los motores y el rotor, equipada con medios de frenado y embrague del rotor, un tren de aterrizaje y unos medios para la transición de modo helicóptero a modo autogiro y viceversa.

La invención tiene por objeto un método de gobierno de una aeronave convertible que comprende una transición de modo helicóptero a modo autogiro y viceversa, así como la aeronave convertible que hace uso de dicho método.

Antecedentes de la invención

Las patentes US 1.590.497 y US 1.947.901, de Juan de la Cierva y Codorniu, entre otras, definen y protegen el autogiro, que es un aparato que está equipado con alas giratorias y cuya principal sustentación en vuelo previene de la reacción del aire sobre un sistema de superficies sustentadoras aerodinámicas o rotores que pueden girar libremente. Así, podría decirse que el autogiro es un avión que está equipado con alas en forma de hélice que están articuladas en un eje vertical y giran por efecto de la resistencia del aire durante el movimiento del aparato hacia adelante y actúan como elementos sustentadores.

Desde la fecha en la que el autogiro fue inventado por Juan de la Cierva y Codorniu en Madrid en 1993 hasta la fecha actual, todos los diseñadores de aparatos de alas giratorias, y primariamente de autogiros y helicópteros, han intentado ampliar la gama de velocidades de estos aparatos a fin de equipararlas a las de los aviones de alas fijas. Ya desde los primeros modelos de autogiros, y particularmente los diseñados en los Estados Unidos, dichos modelos fueron diseños híbridos en los que las alas estándar destinadas al vuelo a alta velocidad coexistían con el rotor, que es el elemento básico para proporcionar sustentación a bajas velocidades.

Los esfuerzos que se han realizado para alcanzar altas velocidades de vuelo en los aparatos de alas giratorias se han visto frustrados por el hecho básico de que un rotor en vuelo a velocidades relativamente altas presenta un perfil muy asimétrico en la sustentación generada por la pala del rotor cuando "avanza" en el viento producido por el vuelo hacia adelante de la aeronave y cuando "retrocede" en ese mismo viento, el lado opuesto del disco del rotor.

Este perfil de vuelo asimétrico es muy visible si se analiza la velocidad (con respecto al viento) de la punta exterior de la pala del rotor. Es fácil ver que, cuando la pala se encuentra en posición de avance máximo, la velocidad es la suma de las velocidades de rotación y traslación de la aeronave. Por el contrario, cuando la pala está en el lado opuesto, la velocidad de la misma es la diferencia entre ambas velocidades.

Por consiguiente, cuando una aeronave de alas giratorias intenta volar a altas velocidades, es posible que la punta de la pala llegue a sobrepasar la velocidad del sonido en la pala que avanza y/o entre en pérdida en la pala que retrocede, lo cual conduce a efectos muy indeseables en el comportamiento del rotor.

Este factor ha limitado la velocidad máxima de las aeronaves de alas giratorias (autogiros y helicópteros) a poco más de 350 km/h. Ello contrasta con la velocidad de más de 1.000 km/h que es comúnmente alcanzada por las aeronaves de alas fijas, incluyendo las de transporte aéreo civil. Esta velocidad es ligeramente inferior a la velocidad del sonido en el aire, que al nivel del mar es de aproximadamente 330 m/seg., que equivalen a unos 1.200 km/h.

Numerosos aviones militares y algunos civiles (tales como el "Concorde") alcanzan velocidades supersónicas, pero a costa de considerables incrementos del consumo, del ruido, del calentamiento del fuselaje y de otras varias características.

En las aeronaves de alas giratorias, la asimetría en la sustentación de un rotor en vuelo también genera un efecto asimétrico debido a la "pérdida de velocidad" en secciones internas de las puntas de las palas. Así, la velocidad lineal producida por la rotación disminuye con el radio, mientras que la velocidad de traslación permanece constante. Por ello, la zona de cada pala en la que la velocidad cae hasta ser inferior a la velocidad de pérdida es mayor cuando aumenta la velocidad de traslación de la aeronave. La entrada en "pérdida" ("interrupción del flujo currentilíneo" en el ramo) de una parte cada vez mayor de la pala que retrocede en el viento de la marcha también produce una asimetría en la sustentación del rotor.

La limitada velocidad máxima de las aeronaves de alas giratorias impone serias restricciones a su utilización. Es evidente que el incentivo principal -la razón de ser- de estas aeronaves es su capacidad de vuelo lento y estacionario, así como su capacidad de despegue y aterrizaje en un espacio reducido a poco más del tamaño de la propia aeronave y del rotor de la misma. Pero muchas de las misiones civiles o militares de los helicópteros consisten en transportar personas y/o carga entre dos puntos, pudiendo uno de los mismos o ambos no estar equipado(s) con infraestructuras de despegue o aterrizaje. En estos casos, la máxima velocidad máxima y de crucero de los autogiros e helicópteros hace que los tiempos de transporte sean largos, lo cual limita en gran medida su utilización práctica para muchas misiones.

Durante los ochenta años que han transcurrido desde el nacimiento de la aviación de alas giratorias, ha habido numerosos intentos para romper la barrera de la alta velocidad en estos aparatos. Sin excepción, todos ellos se han basado en diseños híbridos compuestos de alas y un rotor, con la intención de transferir la sustentación del rotor a bajas velocidades a las alas a velocidades más altas. Estas aeronaves son conocidas como aeronaves convertibles o híbridas, o "convertiplanos".

Así, son actualmente conocidas las de un gran número de realizaciones de aeronaves convertibles que de una manera perfectamente conocida están compuestas por un fuselaje, unas alas fijas estándar equipadas con alerones, un grupo de cola con timones, motores, un rotor con palas, una transmisión entre los motores y el rotor, equipada con medios de frenado y embrague del rotor, y un tren de aterrizaje.

Se enumera y describe a continuación una parte considerable de estas realizaciones que, en su conjunto, definen el estado de la técnica más cercano.

La patente US 1.792.014, de G.P. Herrick, describe una aeronave de este tipo con alas de sustentación de posición normalmente fija con un montaje que permite la rotación de las mismas según planos esencialmente horizontales a modo de hélice sustentadora accionada por el aire en movimiento y con movimientos de pivotación con respecto al eje de rotación. Esta aeronave también tiene medios de retención para retener el ala en una posición fija sin posibilidad de rotación, medios de retención para mantener el ala en posición con respecto a la pivotación, y medios de liberación de ambos medios de retención a voluntad del piloto, así como medios para la conducción de la aeronave por el aire.

Por consiguiente, esta aeronave de la patente US 1.792.014, cuya versión comercial práctica se denominó convertiplano "Herrick HV2A", era una aeronave que podía volar como autogiro y como avión con el rotor parado en posición transversal, haciendo varias transiciones en vuelo entre los dos modos. El HV2A es, evidentemente, un intento de superar las limitaciones de velocidad de los autogiros. Su velocidad máxima era de 160 km/h.

El "Fairey Gyrodyne" es una aeronave convertible, diseñada por la Fairey Aviation Ltd. en Gran Bretaña en 1946. Esta aeronave convertible es una aeronave híbrida entre helicóptero y autogiro, que usa una hélice en el lado de babor que sirve para compensar el par generado al aplicar potencia al rotor. En modo autogiro para vuelo rápido, la misma hélice sirve para proporcionar empuje a la aeronave. La aeronave alcanzó una velocidad máxima de 200 km/h que en aquella época, y concretamente el día 28 de junio de 1948, estableció un récord mundial para aeronaves de alas giratorias.

El Gyrodyne original fue extensivamente modificado para ser convertido en el Jet Gyrodyne (1953) a fin de estudiar el principio de impulsión a reacción de las palas concebido para el Rotodyne, que se describe más adelante. Aunque el Jet Gyrodyne modificado mantenía la...

1. Método de gobierno de una aeronave convertible (1) equipada con un fuselaje (2), unas alas fijas estándar (3) con alerones, un grupo de cola (4) con timones (20), motores de propulsión (5), un rotor (6) con palas (7, 8), una transmisión entre los motores y el rotor, equipada con medios de frenado y embrague, y un tren de aterrizaje (9), comprendiendo el método una transición directa e inversa de modo helicóptero a modo autogiro y una transición directa e inversa de modo autogiro-helicóptero a modo avión, comprendiendo la transición directa de modo helicóptero a modo autogiro las etapas siguientes: