ELEMENTO DE PERFIL AERODINÁMICO.

Elemento de perfil aerodinámico (10) comprendiendo un revestimiento flexible externo (12) soportado por un núcleo estructural (14),

el núcleo comprendiendo una pluralidad de elementos de material de hoja (16) cuyos elementos se unen para formar células adyacentes (18), cada elemento con un accionador que es accionable para ajustar al menos una dimensión del elemento respectivo, para ajustar la sección transversal del perfil aerodinámico, caracterizado por el hecho de que los elementos en la periferia del núcleo son unidos de forma pivotante a lo largo de los bordes de los elementos al revestimiento

Elemento de perfil aerodinámico.

Esta invención se refiere a un elemento de perfil aerodinámico ajustable o "alas que cambian de forma". Se usan elementos de perfil aerodinámico en aplicaciones dinámicas de fluidos tales como alas para aeroplanos, embarcación, alas volantes, vehículos aéreos no tripulados (UAVs), y aletas para proyectiles.

Es deseable poder cambiar la forma de perfil de un perfil aerodinámico para efectuar el control de las fuerzas aerodinámicas, por ejemplo para controlar los movimientos de un vehículo, y también para ajustar las fuerzas aerodinámicas para adaptarse a condiciones diferentes (por ejemplo a velocidades diferentes). Esto es convenientemente conseguido con superficies movibles tales como alerón, flaps y frenos de aire. No obstante el efecto de estos en las características del perfil aerodinámico se limita por el hecho de que cambian sólo una pequeña parte de la forma del perfil aerodinámico.

El uso de una estructura adaptativa capaz de cambiar la forma de un elemento de perfil aerodinámico, por ejemplo un "ala que cambia de forma", tiene el potencial de reducir la complejidad del sistema eliminando superficies de control y su equipamiento asociado. También tiene el potencial de permitir que un cuerpo volante tal como un UAV se adapte a las condiciones variables experimentadas durante el vuelo suministrando una forma en sección óptima del perfil aerodinámico sobre una gama de velocidades, por ejemplo vuelo transónico.

Los intentos precedentes de eliminar superficies de control se han focalizado en intentar plegar la superficie externa o revestimiento del perfil aerodinámico. Por ejemplo, el pliegue del revestimiento hacia abajo a lo largo del borde trasero de un ala puede imitar un efecto de alerón. Un problema con este enfoque es que los elementos usados para afectar al pliegue deben ser muy rígidos, de modo que en la práctica es difícil de conseguir un movimiento suficientemente grande, y por tanto un efecto de control suficiente.

También se han hecho intentos para cambiar la curvatura del ala por una serie de cámaras de panal expansibles y plegables localizadas en la superficie del ala. Esta técnica se ilustra por el documento de la técnica anterior WO 03/059 736.

Según la presente invención se proporciona un elemento de perfil aerodinámico comprendiendo un revestimiento flexible externo soportado por un núcleo, el núcleo comprendiendo una pluralidad de elementos de material de hoja, cada elemento con un accionador que es accionable para ajustar al menos una dimensión del elemento respectivo, para ajustar la forma transversal del perfil aerodinámico.

Así la invención proporciona un "núcleo inteligente", que soporta el revestimiento del elemento de perfil aerodinámico y puede cambiar de forma. Esto da resistencia y estabilidad al perfil aerodinámico en la forma que es requerida, y también permite potencialmente cambios significantes en la forma entera del perfil aerodinámico. Así la forma aerodinámica del perfil aerodinámico se puede modificar a petición usando los accionadores, por ejemplo desde un perfil adecuado para un vuelo a poca velocidad hasta uno adecuado para un vuelo transónico. La forma transversal puede ser ajustada sin cambiar sustancialmente la longitud periférica, de manera que las dimensiones del revestimiento son mantenidas constantes.

Los elementos se unen para formar células adyacentes de tamaño ajustable y/o forma, por ejemplo en una estructura "en panal". Tal estructura proporciona características de resistencia buenas comprimibles necesarias para tratar la carga aerodinámica experimentada en uso. Los elementos en la periferia del núcleo son unidos de forma pivotante al revestimiento en un borde de los mismos. Así el revestimiento se puede soportar a una pluralidad de posiciones poco distanciadas alrededor la periferia del perfil aerodinámico para proporcionar un perfil homogéneo.

Los elementos se pueden formar de material piezoeléctrico, y los accionadores pueden así ser electrodos formados en el material, por ejemplo por impresión por inyección. Alternativamente los elementos pueden ser materiales magnetoestrictivos y los accionadores pueden comprender medios de aplicación de campos magnéticos. Como otra alternativa, el accionamiento se puede conseguir a través de la aplicación de cambios de temperatura o carga electrostática, y los elementos pueden comprender materiales tales como aleaciones de memoria de forma, polímeros de elemento de forma, y compuestos basados en piezo de cristal monolíticos individuales.

El revestimiento flexible puede comprender un material compuesto tal como poliuretano reforzado con fibras de vidrio o de carbono. El revestimiento es ventajosamente dispuesto de manera que al menos una forma de perfil aerodinámico comúnmente requerida pueda corresponder a un modo natural del material de revestimiento. Las "bisagras" entre el elemento y el revestimiento están adecuadamente formadas de polipropileno.

Donde los elementos comprenden material piezoeléctrico, estos pueden por ejemplo ser fabricados de una pluralidad de estratos de material piezocerámico estratificado. Esto permite el uso del "efecto Poisson" para aumentar la tensión máxima o el cambio dimensional alcanzable para cada elemento.

La invención también proporciona un método para cambiar la forma transversal de tal perfil aerodinámico.

Con el fin de que la invención pueda ser entendida más fácilmente, se hará referencia ahora, por ejemplo, a los dibujos anexos, en los que:

La Figura 1 es una vista transversal en cuerda de un elemento de perfil aerodinámico tal como un ala, conforme a la presente invención;

La figura 2 muestra dos formas diferentes transversales de perfil aerodinámico que se pueden conseguir por el perfil aerodinámico de la Figura 1;

La Figura 3 muestra otro cambio de forma transversal que se puede conseguir con el perfil aerodinámico de la Figura 1 y

La Figura 4 es una vista en planta superior de los elementos formando el "núcleo inteligente" adecuado para el uso en un elemento de perfil aerodinámico tal como el de la Figura 1 y

La Figura 5 es un diagrama esquemático del proceso de control para un perfil aerodinámico según la invención.

En referencia a la Figura 1, el perfil aerodinámico 10 comprende un revestimiento externo 12 y un núcleo 14 (mostrado parcialmente roto). El núcleo 14 comprende una estructura en panal tridimensional formada por una pluralidad de elementos de material de hoja 16. Los elementos 16 forman células adyacentes 18 que son de relleno del espacio, por ejemplo dodecaedros. Estos se unen a lo largo de sus bordes 20 en una manera flexible, por ejemplo se unen usando una bisagra de material de poliuretano. Los elementos periféricos, por ejemplo 22, se unen a lo largo de sus bordes al revestimiento externo 12 y así de una manera flexible por ejemplo usando polipropileno como una "bisagra".

Los elementos 16 se forman por un material piezoeléctrico, y tienen accionadores en forma de electrodos formados sobre los mismos. Por ejemplo pueden ser material piezocerámico con electrodos poliméricos conductores. Los electrodos están dispuestos de manera que la aplicación de una corriente eléctrica a los electrodos causa un cambio en la longitud del elemento asociado. El revestimiento se hace de un material flexible que sin embargo retiene su forma bajo pesos aerodinámicos; por ejemplo poliuretano reforzado con fibras de vidrio o de carbono.

Como se muestra en la figura 2, la aplicación de una corriente eléctrica a los electrodos en los elementos 16, la longitud de los elementos 16 se puede provocar que se expanda o se contraiga para ajustar el espesor del perfil aerodinámico. Así partiendo de un perfil aerodinámico simétrico, el acortamiento de la longitud de elementos que se extienden verticalmente en la figura, mientras se prolongan los elementos que se extienden horizontalmente en la figura, pueden conducir un perfil del perfil aerodinámico más largo y más delgado 26. Tal perfil puede por ejemplo ser más adecuado para condiciones de vuelo a mayor velocidad. Los perfiles ambos tienen la misma longitud periférica, de manera que el cambio de forma del núcleo 10 no requiere que cambie la longitud del revestimiento 12.

Haciendo referencia ahora a la Figura 3, un cambio de forma alternativo para un perfil aerodinámico 28 puede ser conseguido aplicando una corriente eléctrica a los electrodos de los...

1. Elemento de perfil aerodinámico (10) comprendiendo un revestimiento flexible externo (12) soportado por un núcleo estructural (14), el núcleo comprendiendo una pluralidad de elementos de material de hoja (16) cuyos elementos se unen para formar células adyacentes (18), cada elemento con un accionador que es accionable para ajustar al menos una dimensión del elemento respectivo, para ajustar la sección transversal del perfil aerodinámico, caracterizado por el hecho de que los elementos en la periferia del núcleo son unidos de forma pivotante a lo largo de los bordes de los elementos al revestimiento.

2. Elemento de perfil aerodinámico según la reivindicación 1 en el que los elementos se forman de material piezoeléctrico, y los accionadores son electrodos formados en el material.

3. Elemento de perfil aerodinámico según la reivindicación 1, en el que el revestimiento flexible comprende un material compuesto.

4. Elemento de perfil aerodinámico según la reivindicación 3, en el que el revestimiento flexible comprende un material de poliuretano reforzado con fibras de vidrio o de carbono.

5. Elemento de perfil aerodinámico según la reivindicación 1, en el que el revestimiento se dispone de manera que al menos una forma de perfil aerodinámico predeterminada corresponde a un modo natural del material de revestimiento.

6. Elemento de perfil aerodinámico según la reivindicación 1, en el que los elementos se unen al revestimiento por un material de polipropileno.

7. Elemento de perfil aerodinámico según la reivindicación 1, en el que los elementos comprenden cada uno una pluralidad de estratos de material piezocerámico estratificado.

8. Método para cambiar la forma transversal de un elemento de perfil aerodinámico según la reivindicación 1, comprendiendo la aplicación de una señal de accionador al accionador de cada elemento para alterar la forma transversal sin cambiar sustancialmente la longitud periférica del perfil aerodinámico.