APARATO DE EMPUJE VECTORIAL PARA UN MOTOR DE REACCIÓN, MOTOR DE REACCIÓN CORRESPONDIENTE, MÉTODO DE EMPUJE VECTORIAL Y MÉTODO DE MEJORA PARA UN MOTOR DE REACCIÓN.

Aparato de empuje vectorial para un motor (300) de reacción, pudiendo hacerse funcionar el motor de reacción para expulsar un chorro (115) principal para generar empuje;

y comprendiendo el aparato: (i) una carcasa 112, 114 que define una salida (110) principal para emitir el chorro (115) principal; (ii) superficies (140) de Coanda primera y segunda que se extienden desde zonas opuestas de un extremo de escape de dicha carcasa, separándose cada superficie (140) de Coanda hacia fuera con respecto a la salida (110) principal de tal manera que se define un paso entre cada respectiva superficie (140) de Coanda y la salida (110) principal; de modo que, cuando se expulsa un chorro (115) principal a través de la salida (110) principal, se forman zonas de baja presión en la proximidad de dichos pasos; y (iii) conductos (124, 134) que conducen desde una fuente de fluido hacia salidas (120, 130) secundarias primera y segunda, estando situada la primera salida secundaria adyacente a la primera superficie de Coanda y estando situada la segunda salida secundaria adyacente a la segunda superficie de Coanda, estando dispuestas las salidas (120, 130) secundarias cada una para emitir un respectivo flujo secundario hacia la zona de baja presión en la proximidad del paso definido entre la respectiva superficie (140) de Coanda y la salida (110) principal; caracterizado porque el aparato comprende además: (iv) medios (126, 136) de control de flujo que pueden hacerse funcionar para controlar el flujo másico a través de una primera salida (120, 130) secundaria para que se encuentre dentro del intervalo del 0% al 5% del flujo másico en el chorro (115) principal de tal manera que, cuando el primer flujo secundario se emite desde la primera salida (120, 130) secundaria, el chorro (115) principal se arrastra por la segunda superficie (140) de Coanda

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2009/050716.

Solicitante: BAE SYSTEMS PLC.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: 6 CARLTON GARDENS LONDON SW1Y 5AD REINO UNIDO.

Inventor/es: WARSOP, CLYDE.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 23 de Junio de 2009.

Clasificación PCT:

  • B64C39/02 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B64 AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA.B64C AEROPLANOS; HELICOPTEROS (vehículos de colchón de aire B60V). › B64C 39/00 Aeronaves no previstas en otro lugar. › caracterizadas por un uso especial.
  • F02K1/00 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION.F02K PLANTAS MOTRICES DE PROPULSION A REACCION (disposición o montaje de instalaciones de propulsión a reacción sobre vehículos de tierra o vehículos en general B60K; disposición o montaje de instalaciones de propulsión a reacción en buques B63H; control de la posición de aeronaves, dirección del vuelo o de la altitud, por propulsión a reacción B64C; disposición o montaje de instalaciones de propulsión a reacción en aeronaves B64D; instalaciones caracterizadas porque la potencia del fluido energético se divide entre propulsión a reacción y otra forma de propulsión, p. ej. a hélice, F02B, F02C; características de las instalaciones de propulsión a reacción comunes a las plantas de turbinas de gas o control de la alimentación de combustible en las instalaciones de propulsión a reacción que consumen aire F02C). › Plantas o instalaciones caracterizadas por la forma o disposición del conducto del chorro o tobera; Conductos de chorros o toberas particulares a este fin (toberas de cohetes F02K 9/97).
  • F02K1/28 F02K […] › F02K 1/00 Plantas o instalaciones caracterizadas por la forma o disposición del conducto del chorro o tobera; Conductos de chorros o toberas particulares a este fin (toberas de cohetes F02K 9/97). › utilización de chorros de fluido para influenciar el flujo de chorro.
  • F02K1/36 F02K 1/00 […] › teniendo un eyector.
  • F02K3/077 F02K […] › F02K 3/00 Plantas o instalaciones que implican una turbina de gas accionando un compresor o un ventilador de flujo guiado. › siendo la instalación de las de tipo flujo múltiple, es decir, que tiene tres flujos o más.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania, Bosnia y Herzegovina, Bulgaria, República Checa, Estonia, Croacia, Hungría, Islandia, Noruega, Polonia, Eslovaquia, Turquía, Malta, Serbia.

PDF original: ES-2374545_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Aparato de empuje vectorial para un motor de reacción, motor de reacción correspondiente, método de empuje vectorial y método de mejora para un motor de reacción. La presente invención se refiere a mejoras relativas al empuje vectorial en motores de reacción. En particular, la presente invención se refiere al empuje vectorial mediante dinámica de fluidos que usa chorros secundarios para influir en la dirección en la que se emite un chorro principal. La influencia del chorro secundario sobre el chorro principal se produce como resultado del efecto Coanda. El aprovechamiento del efecto Coanda con la finalidad del empuje vectorial mediante dinámica de fluidos se conoce en los motores de reacción. Un chorro principal se emite desde un tubo de escape que termina en una superficie de Coanda hacia la que puede arrastrarse el flujo de fluido. Se entenderá que una superficie de Coanda es una superficie que está conformada para aprovechar el efecto Coanda. El efecto Coanda es el efecto ampliamente conocido de que los chorros de fluido tienen a seguir superficies curvas, y se ha aprovechado en el diseño de aviones durante algún tiempo. El grado de arrastre puede controlarse, por ejemplo, mediante el control del flujo másico a través de un chorro secundario expelido entre el chorro principal y la superficie de Coanda que se extiende desde el tubo de escape. Esencialmente, cuanto mayor sea el flujo másico a través del chorro secundario, mayor será el grado de arrastre. A medida que cambia el grado de arrastre, cambia también la dirección de empuje desarrollada por el chorro principal. Así, el empuje vectorial puede conseguirse mediante el control del flujo másico a través del chorro secundario. Un sistema de este tipo se da a conocer, por ejemplo, en la patente estadounidense n.º 2.812.636 de Kadosch. Un sistema similar se da a conocer en la diapositiva titulada Fluidic thrust vectoring electric demonstrator disponible en línea en http://www.flaviir.com/Data/FTVdemo.ppt. Normalmente, puede conseguirse un coeficiente de fuerza normal (la razón de la componente de la fuerza normal al chorro no desviado con respecto a la fuerza de empuje total generada por el motor) de aproximadamente 0,2 a 0,25 con un flujo másico a través del chorro secundario de aproximadamente el 15% de aquél a través del chorro principal. Otro ejemplo de un sistema de empuje vectorial mediante dinámica de fluidos se da a conocer en la solicitud de patente internacional de Grumman Aerospace Corporation, número de publicación WO 96/20867, que describe un sistema en el que los chorros de control de fluido se inyectan en perpendicular al flujo del chorro principal, para formar un obstáculo de fluido para el chorro principal y así desviar el chorro principal hacia una superficie de Coanda que se extiende desde la parte trasera del tubo de escape. Un sistema de este tipo emplea por tanto fenómenos de mecánica de fluidos muy diferentes de los empleados en los sistemas dados a conocer por Kadosch, y en la diapositiva anteriormente mencionada. Además, no se da a conocer el flujo másico requerido en los chorros secundarios para lograr el empuje vectorial en el aparato dado a conocer por la solicitud de Grumman. Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato de empuje vectorial para un motor de reacción, pudiendo hacerse funcionar el motor de reacción para expulsar un chorro principal para generar empuje; y comprendiendo el aparato: una carcasa que define una salida principal para emitir el chorro principal; superficies de Coanda primera y segunda que se extienden desde zonas opuestas de un extremo de escape de dicha carcasa, separándose cada superficie de Coanda hacia fuera con respecto a la salida principal de tal manera que se define un paso entre cada respectiva superficie de Coanda y la salida principal; de modo que, cuando se expulsa un chorro principal a través de la salida principal, se forman zonas de baja presión en la proximidad de dichos pasos; conductos que conducen desde una fuente de fluido hacia las salidas secundarias primera y segunda, estando situada la primera salida secundaria adyacente a la primera superficie de Coanda y estando situada la segunda salida secundaria adyacente a la segunda superficie de Coanda, estando dispuestas las salidas secundarias cada una para emitir un respectivo flujo secundario hacia la zona de baja presión en la proximidad del paso definido entre la respectiva superficie de Coanda y la salida principal; y medios de control de flujo que pueden hacerse funcionar para controlar el flujo másico a través de la primera salida secundaria para que se encuentre dentro del intervalo del 0% al 5% del flujo másico en el chorro principal de tal manera que cuando el primer flujo secundario se emite desde la primera salida secundaria, el chorro principal se arrastra por la segunda superficie de Coanda. Se observará que el control del aparato de empuje vectorial de la presente invención es totalmente diferente al del aparato de empuje vectorial anteriormente conocido tal como el dado a conocer en la diapositiva anteriormente mencionada, o el descrito en la patente estadounidense n.º 2.812.636. Los medios de control de flujo pueden hacerse funcionar para controlar el flujo másico en el flujo secundario dentro del intervalo del 0% al 2% del flujo másico en el chorro principal. Por tanto, ventajosamente el flujo másico necesario a través de las salidas secundarias es significativamente inferior al requerido en sistemas de empuje vectorial mediante dinámica de fluidos anteriormente conocidos. Los medios de control de flujo comprenden una válvula en asociación operativa con cada salida secundaria. Los conductos del aparato pueden estar configurados para recibir fluido desde la atmósfera ambiente que rodea el motor de reacción. El uso de la atmósfera ambiente como la fuente de fluido es posible debido a los bajos requisitos de flujo másico del presente sistema de empuje vectorial, y porque las zonas de baja presión formadas en la proximidad de las salidas secundarias aspiran aire de la atmósfera ambiente. Los presentes inventores han 2   descubierto que tal efecto es suficiente para provocar un empuje vectorial significativo. Alternativamente, los conductos pueden estar configurados para recibir gases de purga desde el motor de reacción. Por ejemplo, los conductos pueden extenderse entre uno del grupo de la sección de compresor, la sección de combustión y la sección de derivación del motor de reacción, y cada salida secundaria. El uso de aire de purga proporciona una manera conveniente de proporcionar el flujo másico para los chorros secundarios, puesto que los flujos de purga a menudo ya se proporcionan para otros fines en aviación. Las salidas secundarias pueden contener material poroso a través del cual puede emitirse el chorro secundario. Se entenderá que tal material poroso puede proporcionarse o bien por un material inherentemente poroso, tal como una espuma metálica o cerámica, o bien formando una pluralidad de pequeños orificios en un material por lo demás macizo, orificios a través de los que puede emitirse el flujo secundario. Pueden formarse orificios adecuados, que pueden tener un diámetro en el intervalo de 20 µm a 100 µm, por ejemplo, mediante perforación láser. El uso de materiales porosos permite rellenar las salidas secundarias con material sustancialmente macizo. Puesto que las dimensiones de las salidas secundarias normalmente deben mecanizarse con altas tolerancias, y mantener esas altas tolerancias incluso a las elevadas temperaturas de trabajo y las presiones variables que se encuentran en el extremo de escape de un motor de reacción, la capacidad de rellenar las salidas secundarias de este modo puede ser sumamente ventajosa. Por ejemplo, para la aplicación a un motor de reacción usado en un avión militar típico, puede ser necesario mecanizar una ranura secundaria con una altura definida dentro de algunas décimas de milímetro respecto a una anchura de aproximadamente un metro, y mantener tal tolerancia a lo largo de temperaturas que varían hasta aproximadamente 600°C. Si la ranura puede rellenarse con materiales porosos, es más fácil mecanizar salidas dentro de tales tolerancias. El aparato de empuje vectorial puede aplicarse a motores de reacción con cualquier forma. Por ejemplo, la salida principal puede ser generalmente rectangular. Alternativamente, la salida principal puede ser generalmente circular. Las salidas secundarias pueden disponerse para emitir el flujo secundario generalmente de manera tangencial al chorro principal. La invención se extiende a un motor de reacción que comprende el aparato de empuje vectorial anteriormente descrito. La invención se extiende además a un avión que comprende uno o más de tales motores de reacción. Según un segundo aspecto de la presente invención, se... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Aparato de empuje vectorial para un motor (300) de reacción, pudiendo hacerse funcionar el motor de reacción para expulsar un chorro (115) principal para generar empuje; y comprendiendo el aparato: (i) una carcasa 112, 114 que define una salida (110) principal para emitir el chorro (115) principal; (ii) superficies (140) de Coanda primera y segunda que se extienden desde zonas opuestas de un extremo de escape de dicha carcasa, separándose cada superficie (140) de Coanda hacia fuera con respecto a la salida (110) principal de tal manera que se define un paso entre cada respectiva superficie (140) de Coanda y la salida (110) principal; de modo que, cuando se expulsa un chorro (115) principal a través de la salida (110) principal, se forman zonas de baja presión en la proximidad de dichos pasos; y (iii) conductos (124, 134) que conducen desde una fuente de fluido hacia salidas (120, 130) secundarias primera y segunda, estando situada la primera salida secundaria adyacente a la primera superficie de Coanda y estando situada la segunda salida secundaria adyacente a la segunda superficie de Coanda, estando dispuestas las salidas (120, 130) secundarias cada una para emitir un respectivo flujo secundario hacia la zona de baja presión en la proximidad del paso definido entre la respectiva superficie (140) de Coanda y la salida (110) principal; caracterizado porque el aparato comprende además: (iv) medios (126, 136) de control de flujo que pueden hacerse funcionar para controlar el flujo másico a través de una primera salida (120, 130) secundaria para que se encuentre dentro del intervalo del 0% al 5% del flujo másico en el chorro (115) principal de tal manera que, cuando el primer flujo secundario se emite desde la primera salida (120, 130) secundaria, el chorro (115) principal se arrastra por la segunda superficie (140) de Coanda. 2. Aparato de empuje vectorial según la reivindicación 1, en el que los medios (126, 136) de control de flujo pueden hacerse funcionar para controlar el flujo másico en el flujo secundario dentro del intervalo del 0% al 2% del flujo másico en el chorro (115) principal. 3. Aparato de empuje vectorial según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que los conductos (124, 134) están configurados para recibir fluido desde la atmósfera ambiente que rodea el motor (300) de reacción. 4. Aparato de empuje vectorial según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que los conductos (124, 134) están configurados para recibir gases de purga desde el motor (300) de reacción. 5. Aparato de empuje vectorial según la reivindicación 4, en el que los conductos (124, 134) se extienden entre uno del grupo de la sección (310) de compresor, la sección (320) de combustión y la sección de derivación del motor (300) de reacción, y cada salida (120, 130) secundaria. 6. Aparato de empuje vectorial según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que las salidas (120, 130) secundarias contienen material poroso a través del cual puede emitirse el chorro secundario. 7. Aparato de empuje vectorial según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los medios (126, 136) de control de flujo comprenden una válvula en asociación operativa con cada salida (120, 130) secundaria. 8. Aparato de empuje vectorial según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la salida (110) principal es generalmente rectangular. 9. Aparato de empuje vectorial según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la salida (110) principal es generalmente circular. 10. Aparato de empuje vectorial según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que las salidas (120, 130) secundarias se disponen para emitir el flujo secundario generalmente de manera tangencial al chorro (115) principal. 11. Motor (300) de reacción que comprende el aparato de empuje vectorial según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10. 12. Método de empuje vectorial generado por un motor (300) de reacción, comprendiendo el motor de reacción una carcasa (112, 114) que define una salida (110) principal para expulsar un chorro (115) principal para generar empuje, y superficies (140) de Coanda que se extienden desde zonas opuestas de dicha carcasa 8   (112, 114) y se separan hacia fuera con respecto a la salida (110) principal de tal manera que se define un paso entre cada superficie (140) de Coanda y la salida (110) principal; comprendiendo el método la etapa de: (i) expulsar el chorro (115) principal desde la salida (110) principal, de tal manera que se forman zonas de baja presión en la proximidad de dichos pasos; caracterizado porque el método comprende además las etapas de: (ii) emitir un flujo secundario hacia la zona de baja presión en la proximidad de un primer paso entre una primera de las superficies (140) de Coanda y la salida (110) principal, teniendo el flujo secundario un flujo másico dentro del intervalo del 0% al 5% del flujo másico en el chorro (115) principal, para vectorizar el empuje generado por el motor (300) de reacción hacia la superficie (140) de Coanda opuesta a dicha primera de las superficies (140) de Coanda; y (iii) controlar el flujo másico del flujo secundario con el fin de controlar el grado en el que se vectoriza el empuje. 13. Método de mejora de un motor (300) de reacción, que comprende equipar de manera retroactiva el aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en el motor (300) de reacción. 9     11   12

 

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