VEHÍCULO ANULAR AEROTRANSPORTADO Y MÉTODO DE FUNCIONAMIENTO.

Un vehículo aerotransportado que tiene un conjunto de ala-fuselaje (2) el cual define un eje de alafuselaje y que aparece como substancialmente anular al ser visto a lo largo del eje del conjunto de ala-fuselaje,

en donde el interior de la corona anular define un conducto (5) que está abierto en ambos extremos; y un sistema de propulsión que comprende uno o más pares de dispositivos de propulsión (9, 10), en donde cada par comprende un primer dispositivo de propulsión (9) montado en el ala-fuselaje (2) y posicionado sobre un primer lado de un plano que incluye el eje del ala-fuselaje, y un segundo dispositivo (10) de propulsión, el cual está montado en el alafuselaje, posicionado en un segundo lado del plano que incluye el eje del conjunto de ala-fuselaje, y operativo en forma independiente del primer dispositivo de propulsión, caracterizado porque incluye medios (13, 14) de forma tal que la direccion de empuje del primer dispositivo de propulsión (9) puede ajustarse independientemente de la direccion del empuje del segundo dispositivo (10) de propulsión

La presente invención está relacionada con un vehículo anular aerotransportado, es decir, un vehículo que tiene un ala-fuselaje exterior, el cual define un eje de ala-fuselaje y que parece substancialmente anular al ser visto a lo largo del eje del ala-fuselaje, en donde el interior del anillo define un conducto que está abierto en ambos extremos.

Se comprenderá que la aeronave deberá estar diseñada para unas características mínimas de resistencia aerodinámica y de masa , maximizando mientras tanto la fuerza ascensional y las características aeroelásticas, de forma que los parámetros fundamentales del diseño de la aeronave puedan adaptarse para conseguir los objetivos específicos de las mejores relaciones de sustentación/resistencia aerodinámica, con la mejor eficiencia de combustible, y con una mayor duración, y con las más altas capacidades de la carga útil, por ejemplo.

Estos objetivos de diseño fundamentales permanecen reales si el avión pudiera ser una aeronave no tripulada miniatura (UAV), o bien un planeador, o bien una aeronave de pasajeros, o realmente una gran aeronave de transporte.

Es un objetivo en muchas aplicaciones de UAV el proporcionar unos medios para el despegue y aterrizaje de corta longitud (STOL) o bien un despegue y aterrizaje verticales (VTOL), de forma que los dispositivos puedan desplegarse y recuperarse sin dificultad cuando las pistas no puedan estar disponibles. Es también deseable para los aparatos UAV el poder incluir medios para el vuelo estacionario, en donde la vigilancia, localización o las actividades de comunicaciones podrían ser necesarias con un movimiento escaso o nulo de la aeronave con respecto al terreno. Bajo tales escenarios es deseable también que los aparatos UAV deberán ser capaces de realizar la transición a una fase de vuelo eficiente hacia delante, y viceversa, de forma que la resistencia del vehiculo no estuviera comprometida por las ineficiencias del vuelo durante las fases de VTOL, STOL, o vuelo estacionario. Bajo algunas circunstancias será ventajoso el despliegue de tales aeronaves UAV no solo desde tierra sino también desde la aeronave que pueda estar ya en vuelo, o bien desde vehículos terrenos que pudieran estar en movimiento, y en donde por tanto tales dispositivos UAV requerirían capacidades especiales con el fin de soportar las condiciones impuestas por tales envolventes del despliegue.

Los grandes vehículos UAV se utilizan a gran altitud, en escenarios de gran resistencia en donde se precisen funciones de reconocimiento o vigilancia o de generación de imágenes, con el fin de conseguir los objetivos de la misión. Bajo tales escenarios las características de resistencia del vehiculo UAV llega a ser más importante que los aspectos de despegue o aterrizaje, en donde las relaciones de la sustentación con respecto a la resistencia aerodinámica tienen que ser altas, y con un nivel bajo de la masa, y en donde las relaciones de resistencia/peso tienen que ser altas. Se deduce de los principios aerodinámicos que la resistencia aerodinámica inducida puede minimizarse por el incremento de la relación de aspecto (AR) del ala, en donde:

AR = B2/S

(B = envergadura; S = área del perfil plano proyectado)

el cual produce alas largas y delgadas en donde el rendimiento máximo tiene que estar equilibrado con las restricciones aeroelásticas, en donde las estructuras del ala tienen también que soportar otros esfuerzos inducidos durante un clima severo o bien en el despegue o aterrizaje. En consecuencia, tales aeronaves UAV requieren formas mejoradas del vehiculo con el fin de suministrar un mejor rendimiento en los términos de durabilidad, o distancia, o eficiencia del combustible, o bien la capacidad de la carga útil.

En consecuencia es un objeto de esta invención el exponer un vehículo aéreo anular común que puede utilizarse eficientemente a través de una variedad de aplicaciones UAV, incluyendo las basadas en vehículos de miniatura y ágiles, y en vehículos de gran duración y de gran altitud, y en planeadores.

Es también otro objeto de esta invención el exponer una forma de vehiculo aéreo anular común (según lo definido por las características de la reivindicación 1), y un método de funcionamiento del vehículo (según lo definido por las características de la reivindicación 14) que pueden utilizarse eficientemente a través de una variedad de aplicaciones de aviones tripulados, incluyendo los basados en planeadores, de transito ligero, tránsito pesado y aviones de pasajeros.

El documento US-A-5595358 describe un vehiculo aerotransportado con un fuselaje en forma de anillo, y con unidades de rotores de sustentación dispuestas a lo largo del perímetro del anillo con todas las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Un primer aspecto de la presente invención proporciona un vehiculo aerotransportado que tiene un ala-fuselaje que define un eje de ala-fuselaje y que aparece substancialmente anular cuando se observa a lo largo del eje del ala-fuselaje, en donde el interior de la corona define un conducto que está abierto en ambos extremos; y un sistema de propulsión que comprende uno o más pares de dispositivos de propulsión, en donde cada par comprende un primer dispositivo de propulsión montado en el ala-fuselaje y posicionado sobre un primer lado de un plano que incluye el eje del ala-fuselaje, y un segundo dispositivo de propulsión que está montado en el ala-fuselaje, posicionado sobre un segundo lado del plano, incluyendo el eje del ala-fuselaje, y operativo en forma independiente del primer dispositivo de propulsión, en donde una dirección del empuje del primer dispositivo de propulsión puede ajustarse independientemente de la dirección del empuje del segundo dispositivo de propulsión.

Una dirección del empuje del primer dispositivo de propulsión puede ajustarse en forma independiente de la direccion del empuje del segundo dispositivo de propulsión, por ejemplo mediante la rotación del dispositivo de propulsión. Alternativamente, cada dispositivo de propulsión comprende un generador de empuje y una pluralidad de conductos dispuestos para recibir el gas de propulsión del generador de empuje, y la direccion de empuje de cada dispositivo de empuje de cada dispositivo de propulsión puede ajustarse en forma independiente de la direccion de empuje del otro dispositivo de propulsión mediante el ajuste del flujo del gas de propulsión en los conductos. En este caso típicamente cada conducto está contenido dentro del ala-fuselaje y al menos algunos de los conductos tienen una entrada y una salida en el ala-fuselaje.

En ciertos aspectos un vector de empuje de cada dispositivo de propulsión puede ajustarse entre una primera configuración en la cual los vectores de empuje están co-dirigidos, y una segunda configuración en la cual los vectores de empuje están dirigidos en forma opuesta entre sí.

En un aspecto de la invención, una magnitud del empuje del primer dispositivo de propulsión puede ajustarse independientemente de la magnitud del empuje del segundo dispositivo de propulsión, pero no la direccion del empuje.

Así pues, en términos generales, los dispositivos de propulsión son operativos independientemente en el sentido de que cualquiera de las direcciones de empuje del primer dispositivo de propulsión pueden ajustarse independientemente de la dirección del empuje del segundo dispositivo de propulsión; o bien una magnitud del empuje del primer dispositivo de propulsión puede ajustarse independientemente de la magnitud de empuje del segundo dispositivo de propulsión; o ambas cosas.

Preferiblemente, está provisto un dispositivo de controlador el cual está configurado para operar independientemente los dispositivos de propulsión mediante la emisión de las señales de control respectivas a los dispositivos de propulsión.

Preferiblemente, el ala-fuselaje aparece en forma de flecha hacia delante al observarse desde un primer ángulo de visión, y en forma de flecha hacia atrás al observarse desde una segunda posición de observación en ángulo recto con el primer ángulo de observación.

Esta configuración de doble flecha proporciona varias ventajas:

 permite que el centro de gravedad del vehiculo anular pueda estar separado con facilidad desde su centro de presión, y proporciona por tanto una mejor estática y márgenes dinámicos en la estabilidad de cabeceo;

 las fuerzas aerostáticas que por otra parte someterían... [Seguir leyendo]

1. Un vehículo aerotransportado que tiene un conjunto de ala-fuselaje (2) el cual define un eje de ala-fuselaje y que aparece como substancialmente anular al ser visto a lo largo del eje del conjunto de ala-fuselaje, en donde el interior de la corona anular define un conducto (5) que está abierto en ambos extremos; y un sistema de propulsión que comprende uno o más pares de dispositivos de propulsión (9, 10), en donde cada par comprende un primer dispositivo de propulsión (9) montado en el ala-fuselaje (2) y posicionado sobre un primer lado de un plano que incluye el eje del ala-fuselaje, y un segundo dispositivo (10) de propulsión, el cual está montado en el ala-fuselaje, posicionado en un segundo lado del plano que incluye el eje del conjunto de ala-fuselaje, y operativo en forma independiente del primer dispositivo de propulsión, caracterizado porque incluye medios (13, 14) de forma tal que la direccion de empuje del primer dispositivo de propulsión (9) puede ajustarse independientemente de la direccion del empuje del segundo dispositivo (10) de propulsión.

2. El vehiculo de la reivindicación 1 en donde la dirección de empuje del primer dispositivo de propulsión puede ajustarse independientemente de la direccion de empuje del segundo dispositivo de propulsión por la rotación del dispositivo de propulsión.

3. El vehiculo de la reivindicación 1, en donde cada dispositivo de propulsión comprende un generador de empuje y una pluralidad de conductos (42, 43) dispuestos para recibir el gas de propulsión del generador de empuje, y en donde la direccion de empuje del primer dispositivo de propulsión puede ajustarse independientemente de la direccion del empuje del segundo dispositivo de propulsión mediante el ajuste del flujo del gas de propulsión en los conductos.

4. El vehículo de la reivindicación 3 en donde cada conducto está contenido dentro del conjunto de ala-fuselaje.

5. El vehiculo de cualquier reivindicación anterior, en donde un vector de empuje de cada dispositivo de propulsión puede ajustarse entre una primera configuración en la cual los vectores de empuje están co-dirigidos y una segunda configuración en la cual los vectores de empuje están contra-dirigidos.

6. El vehiculo de cualquier reivindicación anterior en donde al menos una parte del ala-fuselaje es de forma de ala en flecha con respecto al eje del ala-fuselaje.

7. El vehículo de la reivindicación 6, en donde el conjunto de ala-fuselaje aparece como alas en flecha hacia delante al ser visto desde un primer ángulo, en forma de alas en flecha hacia atrás al observarse desde una segunda posición en ángulo recto con el primer ángulo de visión.

8. El vehículo de la reivindicación 7, en donde el conjunto ala-fuselaje exterior aparece como ala en flecha hacia delante al verse en alzado, y como ala en flecha hacia atrás al verse en planta.

9. El vehículo de cualquier reivindicación anterior en donde el primer dispositivo de propulsión (9) está posicionado sobre un primer lado de un plano vertical que incluye el eje del ala-fuselaje, y en donde el segundo dispositivo (10) de propulsión está posicionado sobre un segundo lado del plano vertical incluyendo el eje del ala-fuselaje.

10. El vehículo de cualquier reivindicación anterior que comprende además un dispositivo controlador que está configurado para operar independientemente los dispositivos de propulsión mediante la emisión respectiva de señales de control a los dispositivos de propulsión.

11. El vehículo de cualquier reivindicación anterior en donde el ala-fuselaje tiene un área S de la plataforma proyectada, y un diámetro B exterior máximo normal al eje del ala-fuselaje, y en donde la relación B2/S es mayor de 0,5.

12. El vehículo de cualquier reivindicación anterior que comprende además tres o más elementos del tren de aterrizaje (40) para proporcionar estabilidad durante las operaciones de despegue y el aterrizaje.

13. El vehículo de cualquier reivindicación anterior, que comprende una fuente de energía albergada al menos parcialmente dentro del conjunto de ala-fuselaje exterior.

14. Un método de operación del vehiculo en cualquier reivindicación anterior, en donde el método comprende el ajuste de una dirección de empuje del primer dispositivo de propulsión (9) independientemente de la dirección del empuje del segundo dispositivo de propulsión (10).