Un método para controlar el vuelo direccional de una plataforma móvil aérea (12) que comprende:

disponer un actuador de plasma (10) adyacente a una superficie (24) de dicha plataforma móvil de modo que esté en el camino de un flujo de la capa límite sobre dicha superficie, teniendo dicho primer actuador de plasma electrodos primero y segundo (18, 20) espaciados entre sí a lo largo de la dirección del flujo de dicha capa límite; disponer un tercer electrodo (22) entre dichos electrodos primero y segundo, y dentro de un plano que está desplazado lateralmente de un plano en el cual estén dispuestos dichos electrodos primero y segundo; estando caracterizado dicho método por: disponer un material dieléctrico (25) entre dicho tercer electrodo y dichos electrodos primero y segundo; para hacer que se cierre un conmutador (28) entre dichos electrodos primero y tercero y que se abra un conmutador (30) entre dichos electrodos segundo y tercero; y controlar dicho actuador de plasma para que adopte una primera configuración operativa en la cual dicho actuador de plasma influye en dicho flujo de la capa límite de una manera que retarda la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie; y controlar dicho actuador de plasma para cerrar el conmutador (30) y abrir el conmutador (28), para adoptar una segunda configuración operativa en la cual dicho actuador de plasma induce la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie, en que el control de dicho actuador de plasma (10) para que adopte una primera configuración operativa comprende usar una fuente (26) de la señal de corriente alterna (CA) para aplicar un voltaje de CA a través de dichos electrodos primero y tercero (18, 22), produciendo dicho voltaje de CA la ionización del aire en las proximidades de dichos electrodos primero y tercero, lo cual crea un impulso que actúa sobre dicho flujo de la capa límite para retardar la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie (24) en dichas proximidades de dichos electrodos primero y tercero, y en el que el control de dicho actuador de plasma (10) para que adopte una segunda configuración operativa, comprende usar una fuente (26) de señal de corriente alterna (CA) para aplicar un voltaje de CA a través de dichos electrodos segundo y tercero (20, 22), produciendo dicho voltaje de CA la ionización del aire en las proximidades de dichos electrodos segundo y tercero, que crea un impulso que actúa sobre dicho flujo de la capa límite para producir la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie (24) en dichas proximidades de dichos electrodos segundo y tercero

REFERENCIA A SOLICITUDES RELACIONADAS

La presente solicitud está relacionada en general con la materia sujeto de la Solicitud de EE.UU. Número de Serie 11/753.857 (Expediente Boeing 07-0456; Expediente HDP 7784-001059) y con la Solicitud de EE.UU. Número de Serie 11/753.869 (Expediente Boeing 07-0455; Expediente HDP 7784-001060), ambas presentadas simultáneamente con la presente con fecha 25 de mayo de 2007.

La presente exposición está también relacionada en general con la materia sujeto de la Solicitud de EE. UU. Número de Serie 11/403.252, presentada con fecha 4/12/06, y asignada a la firma The Boeing Company.

CAMPO

La presente exposición se refiere a sistemas de control del flujo, y más en particular a un sistema de control del flujo de plasma y a un método que es controlable selectivamente para contribuir a evitar la separación de un flujo de capa límite desde una superficie de un objeto o plataforma móvil, o bien para causar la separación del flujo de capa límite desde la superficie.

ANTECEDENTES

Lo que se expone en esta sección simplemente proporciona información de antecedentes relacionados con la presente exposición, y puede no constituir técnica anterior.

Para que sean aerodinámicamente eficaces, las plataformas móviles aéreas, tales como los aviones y las armas (vehículos aéreos), deben tener típicamente configuraciones muy integradas. Estas configuraciones necesitan típicamente combinar buenas actuaciones y carga de pago útil con características de buena estabilidad y control. Para alcanzar este objetivo, las configuraciones de los vehículos aéreos deberán tener equipos efectores de control eficientes, efectivos y robustos. La supresión de las superficies de control convencionales para hacer el vehículo aéreo más eficiente aerodinámicamente plantea un reto único en cuanto a la estabilidad y el control del vehículo.

Los trabajos anteriores realizados con vehículos aéreos que sean sin cola y/o sin articulaciones, han planteado un reto especialmente en cuanto se refiere a proporcionar control del vehículo, especialmente control direccional del vehículo. Un problema particular con el control sin articulaciones o sin cola es el de la generación de un control direccional con ángulos de ataque de bajos a moderados, estando tales ángulos típicamente comprendidos en el margen entre aproximadamente 0 y 4 grados. En la actualidad, la mayor parte de los métodos aerodinámicos usados para generar control direccional para ángulos de ataque de bajos a moderados en un vehículo aéreo, implican el uso de colas verticales o el desvío de una superficie de control. El proporcionar control direccional para ángulos de ataque de bajos a moderados, cuando no nulos, es una limitación de las soluciones anteriores cuando se elimina la cola vertical.

El peso es también una consideración importante en muchas formas de plataformas móviles, y en particular en las plataformas móviles aéreas tales como el avión. En los actuales sistemas de control aerodinámico se emplean típicamente paneles articulados que son desviados para alterar el flujo de la capa límite sobre una superficie de la plataforma móvil, tal como sobre un borde de salida de un ala. Como se apreciará, las articulaciones y las transmisiones relacionadas y los actuadores hidráulicos o electromecánicos que sea necesario emplear añaden un peso significativo a un avión, aumentando con ello el combustible requerido para un vuelo o misión dada, o reduciendo la carga de pago total del avión.

En el documento US 6.570.333 se describe un método para cubrir la superficie de una estructura con un plasma de descarga y, más en particular, métodos de uso de tal plasma para cubrir la superficie de un cuerpo para afectar a las propiedades aerodinámicas del cuerpo, disminuyendo para ello, o aumentando, la resistencia del cuerpo. En el documento US 6.570.333 se dan todas las características del preámbulo de las reivindicaciones independientes 1 y 5.

SUMARIO

El invento se define en las reivindicaciones independientes 1 y 5. Las características preferidas u opcionales se establecen en las reivindicaciones subordinadas a las mismas.

La presente exposición se refiere a un sistema actuador de plasma y a un método para uso en plataformas móviles, y en particular en plataformas móviles aéreas de alta velocidad tales como los aviones de reacción. El sistema actuador de plasma forma un aparato de control del flujo que es útil para controlar el flujo de la capa límite sobre la superficie de la plataforma móvil.

En una implementación se proporciona un método para controlar el vuelo de una plataforma móvil. El método implica disponer un actuador de plasma sobre una superficie de la plataforma móvil de modo que esté en el camino del flujo de una capa límite sobre la superficie. El actuador de plasma es controlado para que adopte una primera configuración operante en la cual el actuador de plasma influye en el flujo de la capa límite de manera que tira de la capa límite hacia la superficie y mantiene el flujo de la capa límite contra la superficie. El actuador puede ser también controlado para que adopte una segunda configuración operante, en la cual el actuador de plasma influye en el flujo de la capa límite de manera que causa la separación del flujo de la capa límite desde la superficie.

En una implementación específica, el disponer el actuador de plasma comporta disponer un actuador de plasma que tiene electrodos primero y segundo espaciados entre sí a lo largo de una dirección del flujo de la capa límite. Un tercer electrodo está dispuesto entre los electrodos primero y segundo, y dentro de un plano que está desplazado lateralmente de un plano en el cual están dispuestos los electrodos primero y segundo. Entre el tercer electrodo y los electrodos primero y segundo está dispuesto un material dieléctrico.

En una realización se describe un sistema para controlar el vuelo de una plataforma móvil aérea. El sistema incluye un actuador de plasma dispuesto adyacente a una superficie de una plataforma móvil y una fuente de voltaje de corriente alterna (CA) para activar eléctricamente al actuador de plasma. El actuador de plasma tiene un primer electrodo dispuesto adyacente a la superficie de la plataforma móvil de modo que esté en el camino de un flujo de capa límite sobre la superficie, y un segundo electrodo dispuesto adyacente a la superficie aguas abajo del primer electrodo, con relación a la dirección del flujo de la capa límite. Un tercer electrodo está separado de los electrodos primero y segundo por una capa de dieléctrico, y está dispuesto entre los electrodos primero y segundo y dentro de un plano que está desplazado lateralmente con respecto a los electrodos primero y segundo. Un controlador controla la aplicación de un voltaje de CA de la fuente de voltaje de CA a los electrodos, para al menos una de dos:

aplicar el voltaje de CA a través de los electrodos primero y tercero, para producir la ionización del aire entre los electrodos primero y tercero que retarde la separación del flujo de la capa límite sobre la superficie; y aplicar el voltaje de CA a través de los electrodos segundo y tercero, para producir la ionización del aire entre los electrodos segundo y tercero, que produzca la separación del flujo de la capa límite sobre la superficie.

En una realización, el sistema y el método forman un actuador de plasma que es capaz de prevenir selectivamente la separación de un flujo de la capa límite de una superficie de un objeto, así como de producir la separación del flujo de la capa límite.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Los dibujos que aquí se describen son para fines ilustrativos únicamente, y no están destinados a limitar el alcance de la presente exposición en modo alguno.

La Figura 1 es una vista en planta de una plataforma móvil que incorpora una pluralidad de actuadores de plasma de acuerdo con una realización de la presente exposición, en donde los actuadores de plasma se emplean a lo largo de los bordes de ataque de las alas de un avión;

La Figura 2 es una vista lateral en corte transversal ampliada de uno de los actuadores representados en la Figura 1, tomada por la línea de corte 2-2 de la Figura 1, y en la que se ilustra el actuador activado para retrasar la separación del flujo de la capa límite sobre la superficie del ala, y en la que también se ilustran, en forma simplificada, la fuente de voltaje de CA y el controlador usado para...

1. Un método para controlar el vuelo direccional de una plataforma móvil aérea

(12) que comprende:

disponer un actuador de plasma (10) adyacente a una superficie (24) de dicha plataforma móvil de modo que esté en el camino de un flujo de la capa límite sobre dicha superficie, teniendo dicho primer actuador de plasma electrodos primero y segundo (18, 20) espaciados entre sí a lo largo de la dirección del flujo de dicha capa límite; disponer un tercer electrodo (22) entre dichos electrodos primero y segundo, y dentro de un plano que está desplazado lateralmente de un plano en el cual estén dispuestos dichos electrodos primero y segundo; estando caracterizado dicho método por: disponer un material dieléctrico (25) entre dicho tercer electrodo y dichos electrodos primero y segundo; para hacer que se cierre un conmutador (28) entre dichos electrodos primero y tercero y que se abra un conmutador (30) entre dichos electrodos segundo y tercero; y controlar dicho actuador de plasma para que adopte una primera configuración operativa en la cual dicho actuador de plasma influye en dicho flujo de la capa límite de una manera que retarda la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie; y controlar dicho actuador de plasma para cerrar el conmutador (30) y abrir el conmutador (28), para adoptar una segunda configuración operativa en la cual dicho actuador de plasma induce la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie, en que el control de dicho actuador de plasma (10) para que adopte una primera configuración operativa comprende usar una fuente (26) de la señal de corriente alterna (CA) para aplicar un voltaje de CA a través de dichos electrodos primero y tercero (18, 22), produciendo dicho voltaje de CA la ionización del aire en las proximidades de dichos electrodos primero y tercero, lo cual crea un impulso que actúa sobre dicho flujo de la capa límite para retardar la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie (24) en dichas proximidades de dichos electrodos primero y tercero, y en el que el control de dicho actuador de plasma (10) para que adopte una segunda configuración operativa, comprende usar una fuente (26) de señal de corriente alterna (CA) para aplicar un voltaje de CA a través de dichos electrodos segundo y tercero (20, 22), produciendo dicho voltaje de CA la ionización del aire en las proximidades de dichos electrodos segundo y tercero, que crea un impulso que actúa sobre dicho flujo de la capa límite para producir la separación de dicho flujo de la capa límite de dicha superficie (24) en dichas proximidades de dichos electrodos segundo y tercero.

2. El método según la reivindicación 1, en el que el uso de dicha fuente de señales de corriente alterna (26) comprende usar una fuente de señales de corriente alterna que proporciona un voltaje de al menos aproximadamente 3.000 voltios.

3. El método según la reivindicación 1, en el que el uso de dicha fuente de señales de corriente alterna (26) comprende usar una fuente de señales de corriente alterna que proporcione un voltaje comprendido entre aproximadamente 3.000 y

20.000 voltios.

4. El método según la reivindicación 1, en el que disponer un actuador de plasma (10) adyacente a una superficie (24) de dicha plataforma móvil, comprende disponer un actuador de plasma adyacente a un borde de ataque (16a, 16b) de un ala (14a, 14b) de un avión.

5. Un actuador de plasma para controlar el vuelo direccional de una plataforma móvil aérea influyendo para ello en el flujo de la capa límite sobre una superficie de la misma, comprendiendo dicho actuador:

un primer electrodo (18) adaptado para ser dispuesto adyacente a dicha superficie; un segundo electrodo (20) adaptado para ser dispuesto adyacente a dicha superficie y aguas abajo de dicho primer electrodo, con relación a una dirección del flujo de dicho flujo de la capa límite; un tercer electrodo (22) adaptado para ser dispuesto entre dichos electrodos primero y segundo, y desplazado lateralmente de dichos electrodos primero y segundo; y una fuente de voltaje de CA (28) para aplicar un voltaje de CA a través de al menos uno de: dichos electrodos primero y tercero, para producir la ionización del aire entre dichos electrodos primero y tercero que retarde la separación de dicho flujo de la capa límite sobre dicha superficie; y dichos electrodos segundo y tercero, para producir la ionización del aire entre dichos electrodos segundo y tercero que cause la separación de dicho flujo de la capa límite sobre dicha superficie, caracterizado dicho actuador por

al menos un conmutador (28, 30) interpuesto entre dicha fuente de voltaje de CA y dicho uno de dichos electrodos y que responde a un controlador (32) para controlar la aplicación de dicho voltaje de CA a dichos electrodos.

6. El actuador de plasma (10) según la reivindicación 5, en el que dichos electrodos primero y segundo (18, 20) están adaptados para ser dispuestos longitudinalmente en línea el uno con el otro, con relación a una dirección de flujo de dicho flujo de la capa límite.

7. El actuador de plasma (10) según la reivindicación 6, en el que dichos electrodos primero y segundo (18, 20) están adaptados para ser dispuestos dentro de un plano común.

8. El actuador de plasma (10) según la reivindicación 7, en el que dicho tercer electrodo (22) está separado de dichos electrodos primero y segundo (18, 22) por una capa (25) de material dieléctrico.

9. El actuador de plasma (10) según la reivindicación 5, en el que dichos electrodos primero y segundo (18, 20) están ambos adaptados para ser dispuestos de tal modo que una superficie superior (18a, 20a) de cada uno es aproximadamente coplanaria con dicha superficie (24) de dicho objeto.

10. El actuador de plasma (10) según la reivindicación 5, en el que dicha fuente de voltaje de CA (26) está adaptada para generar un voltaje de CA comprendido entre aproximadamente 3.000 y 20.000 voltios.

11. El actuador de plasma (10) según la reivindicación 5, en el que dicha fuente de voltaje de CA (26) está adaptada para operar a una frecuencia comprendida entre aproximadamente 1 Khz. y 20 Khz.

12. El actuador de plasma (10) según la reivindicación 5, en el que cada uno de dichos electrodos (18, 20, 22) es de forma rectangular, con una dimensión en el sentido de la longitud orientada paralela a una dirección de flujo de dicho flujo de la capa límite.