Sistema de aumento de controlabilidad para una aeronave.

El sistema incorpora medios (16) de transmisión de deflexión para proporcionar una posición de deflexión de un dispositivo (8) hipersustentador móvil,

instalado en el HTP (2) móvil de una aeronave (1), para cada posición del ángulo de calado del HTP (2).

Preferiblemente, los medios (16) de transmisión de deflexión (18, 20, 23) consisten esencialmente en una ligadura mecánica conectada entre el dispositivo (8) hipersustentador y la aeronave (1).

Sistema de aumento de controlabilidad para una aeronave.

Campo de la invención La presente invención se concibe para la industria aeronáutica, en el campo del diseño y la construcción de aeronaves, siendo de aplicación en los estabilizadores horizontales de las aeronaves.

Objeto de la invención El problema técnico que plantea la invención es proporcionar un sistema que permita reducir el tamaño del estabilizador horizontal ("HTP", "Horizontal Tail Plane") , para reducir el peso y la resistencia aerodinámica de la aeronave y reduciendo por tanto su coste de operación.

El sistema de la invención se dirige a aeronaves que incorporan un "sistema de trimado" en el HTP. El sistema de trimado proporciona un movimiento de inclinación de todo el plano del HTP un cierto ángulo ("ángulo de calado") respecto a la aeronave, produciendo una variación del ángulo de ataque del HTP. Los HTP que incorporan un sistema de trimado se denominan "HTP móviles" ("Adjustable HTP") . La función del sistema de trimado es equilibrar "longitudinalmente" la aeronave automáticamente, es decir sin ser necesaria la intervención del piloto. Por "longitudinal" se entiende respecto al movimiento de giro de cabeceo de la aeronave. De este modo, una vez modificado el equilibrio longitudinal requerido, como consecuencia de que el piloto actuara sobre el timón de profundidad, sobre el empuje de los motores o sobre los dispositivos hipersustentadores del ala, el HTP móvil se inclina automáticamente hasta proporcionar la sustentación necesaria para el nuevo equilibrio y con el timón de profundidad en su posición recogida.

En términos generales, en el diseño de una aeronave, para una determinada disposición del HTP y unas características geométricas dadas del HTP (alargamiento, diedro, flecha, espesor, torsión, forma del perfil, etc.) , el tamaño del HTP viene condicionado fundamentalmente por un compromiso entre la estabilidad longitudinal (estática y dinámica) y la controlabilidad de la aeronave.

La estabilidad de una aeronave se define como la capacidad de la aeronave para que ante una pequeña perturbación de la velocidad aerodinámica y/o del ángulo de ataque de la aeronave en el equilibrio, la aeronave recupere automáticamente, es decir sin ser necesaria la intervención del piloto, dicho equilibrio y sea capaz de mantenerse en dicho equilibrio. La estabilidad longitudinal es la estabilidad respecto al equilibrio longitudinal, es decir respecto al movimiento de giro de cabeceo de la aeronave.

Simplificadamente, la influencia del HTP en la estabilidad longitudinal de una aeronave depende de la posición del centro de gravedad de la aeronave ("c.d.g.") , que es variable durante la operación de ésta, y de un parámetro adimensional que caracteriza el tamaño del HTP denominado coeficiente de volumen del HTP. Cuanto más alejado esté el c.d.g. respecto del HTP y cuanto mayor sea el tamaño del HTP, la estabilidad longitudinal de la aeronave es tanto mayor.

Por otra parte, la controlabilidad de una aeronave se define como la capacidad de la aeronave para proporcionar las fuerzas y momentos necesarios que permitan realizar cualquier maniobra requerida. En particular, la controlabilidad longitudinal es la capacidad para proporcionar la sustentación adecuada para producir el momento de cabeceo necesario.

La controlabilidad longitudinal de la aeronave viene dada por las características aerodinámicas del HTP, a través del coeficiente de sustentación del HTP en función del ángulo de ataque de éste, que en general es diferente del ángulo de ataque de la aeronave ya que la presencia del ala y de sus dispositivos hipersustentadores modifican el valor del ángulo de ataque del HTP en una cantidad sustancial conocida como "deflexión de estela". Para una configuración dada del HTP (ángulo de calado fijado) , el coeficiente de sustentación del HTP presenta un máximo y un mínimo, con ángulos de ataque del HTP máximo (de signo positivo) y mínimo (de signo negativo) respectivamente; estos valores máximo y mínimo se denominan valores de pérdida, siendo los valores en los que sustancialmente tiene lugar la pérdida aerodinámica.

Una vez determinado el tamaño mínimo del HTP para cumplir con los criterios de estabilidad longitudinal, dependiendo del tipo de aeronave suele ser necesario aumentar la superficie aerodinámica del HTP respecto al tamaño mínimo referido para asegurar el cumplimiento de los criterios de controlabilidad longitudinal, en estos casos se dice que el diseño de la aeronave está limitado por controlabilidad. El aumento de la superficie aerodinámica permite que el coeficiente de sustentación necesario no sobrepase los valores de pérdida para las maniobras requeridas en estos casos.

En definitiva, el problema técnico que trata la presente invención se centra en la reducción del tamaño de un HTP móvil para reducir el peso de la aeronave en diseños limitados por controlabilidad longitudinal, es decir con un tamaño del HTP mínimo fijado por criterios de estabilidad longitudinal. La invención proporciona para ello un sistema de aumento de la controlabilidad de la aeronave que proporciona un aumento del coeficiente de sustentación del HTP, permitiendo la reducción del tamaño del HTP y del peso total de la aeronave y por tanto reduciendo el coste de operación de la aeronave.

Estado de la técnica anterior a la invención Para conseguir un aumento del coeficiente de sustentación de las superficies sustentadoras de las aeronaves son bien conocidos en el estado de la técnica los dispositivos hipersustentadores, siendo convencional su uso en las alas. Se conocen dispositivos hipersustentadores de diferentes tipos, que se utilizan solos o combinados; en general, o modifican la forma exterior del perfil (dispositivos hipersuntentadores móviles) , o son dispositivos que controlan la capa límite (aspiradores o sopladores de la capa límite) con el fin de retrasar su separación y, por tanto, la pérdida aerodinámica.

Los dispositivos hipersustentadores móviles son dispositivos que se mueven respecto al ala (movimiento de deflexión del dispositivo hipersustentador) , y se basan en proporcionar un alargamiento de la cuerda del perfil o una variación de su curvatura, siendo accionados por el piloto, normalmente en las maniobras en las que la aeronave requiere de una sustentación mayor, como en las fases de aterrizaje o despegue. Convencionalmente, existen dos formas de deflectar los dispositivos hipersustentadores: (a) usando un actuador para extender o retraer el dispositivo; o (b) usando un motor eléctrico que a través de ejes de transmisión, cajas de engranajes y mecanismos, producen la requerida extensión o retracción del dispositivo.

Teniendo en cuenta que la actuación de los dispositivos hipersustentadores proporciona una sustentación adicional para valores de pérdida, la instalación directa de dispositivos hipersustentadores en el HTP permitiría reducir la superficie efectiva del HTP y por ende su tamaño. Sin embargo, esta solución no sería satisfactoria para el problema técnico planteado en la presente invención teniendo en cuenta que penaliza el peso de la aeronave debido a los actuadotes y/o motores que sería necesario instalar, presentando además el inconveniente de su complejidad tanto en la instalación como en la operación de los dispositivos. Esta solución se conoce en el estado de la técnica aplicada al avión AN70, que tiene un dispositivo hipersustentador de tipo "slat" instalado en el borde de ataque del HTP, y que funciona deflectándose cuando los flaps de las alas se deflectan.

Alternativamente, se conocen dispositivos hipersustentadores fijos instalados en el borde de ataque del HTP (avión CBA-123) . Estos dispositivos proporcionan un aumento de la sustentación para valores de pérdida del ángulo de ataque del HTP, proporcionando una reducción en el peso de la aeronave. Sin embargo, la mejora producida por estos dispositivos en la sustentación para valores de pérdida, produce un empeoramiento de la sustentación o de la resistencia para otros valores de ángulo de ataque del HTP.

Descripción de la invención Para resolver el problema técnico planteado la invención incorpora dispositivos hipersustentadores móviles instalados en un HTP móvil, con la función de aumentar el coeficiente de sustentación del HTP.

Adicionalmente, y para superar los inconvenientes del estado de la técnica mencionados, la invención persigue los siguientes efectos técnicos:

- Primero: Aprovechar el movimiento de inclinación del...

1. Sistema de aumento de controlabilidad para una aeronave (1) con un HTP (2) móvil, que comprende:

- un dispositivo (8) hipersustentador móvil en el HTP (2) ;

- medios de acoplamiento entre el dispositivo (8) hipersustentador y el HTP (2) ;

- medios de acoplamiento entre el HTP (2) y la aeronave (1) , que comprenden medios para inclinar el HTP

(2) con medios de pivotamiento del HTP (2) y un sistema (9) de trimado del HTP (2) ;

caracterizado porque:

los medios de acoplamiento entre el HTP (2) y la aeronave comprenden unos medios (16) de transmisión de deflexión al dispositivo (8) hipersustentador; estos medios (16) de transmisión de deflexión proporcionando una posición de deflexión del dispositivo (8) hipersustentador para cada ángulo de calado del HTP (2) , definida por una ley de deflexión.

2. Sistema de aumento de controlabilidad para una aeronave (1) , con un HTP (2) móvil, según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios (16) de transmisión de deflexión consisten esencialmente en una ligadura mecánica conectada entre el dispositivo (8) hipersustentador y la aeronave (1) .

3. Sistema de aumento de controlabilidad para una aeronave (1) , con un HTP (2) móvil, según la reivindicación 2, caracterizado porque el dispositivo (8) hipersustentador es un dispositivo de borde de ataque.

4. Sistema de aumento de controlabilidad para una aeronave (1) , con un HTP (2) móvil, según la reivindicación 3, caracterizado porque el dispositivo (8) hipersustentador es de tipo Droop Nose, de manera que el movimiento de deflexión consiste en un giro del Droop Nose respecto al HTP en torno a un eje de deflexión (17) .

5. Sistema de aumento de controlabilidad para una aeronave (1) , con un HTP (2) móvil, según la reivindicación 4, caracterizado porque la ley de deflexión es tal que un ángulo de calado positivo del HTP (2) respecto de la aeronave

(1) produce un ángulo de deflexión negativo del dispositivo (8) hipersustentador.

6. Sistema de aumento de controlabilidad para una aeronave (1) , con un HTP (2) móvil, según la reivindicación 4, caracterizado porque la ley de deflexión es tal que para un intervalo del ángulo de calado del HTP (2) en torno al ángulo de calado nulo, la inclinación del HTP (2) no produce deflexión del dispositivo (8) hipersustentador.

7. Sistema de aumento de controlabilidad para una aeronave (1) , con un HTP (2) móvil, según la reivindicación 5ó6, caracterizado porque los medios (16) de transmisión de deflexión comprenden un mecanismo de guías con una guía (19) por la que desliza articuladamente (D') una barra (18') que se conecta solidariamente al dispositivo (8) hipersustentador.

8. Sistema de aumento de controlabilidad para una aeronave (1) , con un HTP (2) móvil, según la reivindicación 5, caracterizado porque los medios (16) de transmisión de deflexión comprenden un mecanismo de barras con una barra (18) que se conecta articuladamente (E) a la aeronave (1) y también articuladamente (D) a una barra (18') que se conecta solidariamente al dispositivo (8) hipersustentador.

9. Sistema de aumento de controlabilidad para una aeronave (1) , con un HTP (2) móvil, según la reivindicación 8, caracterizado porque la barra (18) del mecanismo de barras y que se conecta solidariamente al dispositivo (8) hipersustentador consiste esencialmente en una horquilla (20) que se conecta articuladamente a al menos una barra (18) , estando la barra (18) conectada articuladamente a la aeronave (1) por medio de un eje (23) de anclaje.

10. Sistema de aumento de controlabilidad para una aeronave (1) , con un HTP (2) móvil, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema (9) de trimado incorpora medios (10) de actuación y medios (12) de inclinación conectados entre sí; los medios (12) de inclinación conectados articuladamente (B) al HTP

(2) por medio de un eje (15) de inclinación, y los medios (10) de actuación estando fijamente conectados a la aeronave (1) .

11. Sistema de aumento de controlabilidad para una aeronave (1) , con un HTP (2) móvil, según la reivindicación 10, caracterizado porque los medios (10) de actuación incluyen un tornillo sinfín (11) que se conecta roscadamente a los medios (12) de inclinación.

12. Sistema de aumento de controlabilidad para una aeronave (1) , con un htp (2) móvil, según la reivindicación 11, caracterizado porque los medios (12) de inclinación incluyen una pieza (13) hembra roscada que se conecta roscadamente al tornillo sinfín (11) y de forma fija a un muñón (14) en el que se conecta el eje (15) de inclinación.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud:200900687

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 12.03.2009

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional DOCUMENTOS RELEVANTES

26. 48; figuras 1 -2. Y ES 2140046 T3 (AEROSPATIALE ) 16/02/2000 columna 1-2, 10-12 7, línea.

10. 35; figura.

2. 3. A GB 1010042 A (BOEING CO ) 17/11/1965 página 2, 1 líne.

95. página 3, línea 45; figuras 1 -3. A DE 4006761 C1 (DORNIER LUFTFAHRT GMBH) 19/09/1991 1-2 figura 1, A WO 2008084260 A2 (AIRBUS UK LTD ET AL.) 17/07/2008 3 página 4, línea.

5. 17; figura 2, A GB 998895 A (DEHAVILLAND AIRCRAFT ) 21/07/1965 3 columna 2, líneas 1 -29; figura 2, Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº : Fecha de realización del informe 30.11.2010 Examinador F. Jara Solera Página 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud:200900687

CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD B64C9/10 (2006.01)

B64C5/10 (2006.01) B64C13/28 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)

B64C

Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud:200900687

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 30.11.2010

Declaración

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud:200900687

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración En las aeronaves se utilizan dispositivos hipersustentadores móviles en el borde de salida o en el de ataque de los planos de sustentación de una aeronave. El problema planteado es encontrar un dispositivo de actuación más ligero para poder instalarlos también en un estabilizador horizontal de cola móvil (HTP) . Para ello el dispositivo de la invención reivindica unos medios de transmisión de deflexión del dispositivo hipersustentador que proporcionan una posición de deflexión del dispositivo hipersustentador para cada ángulo de calado del HTP. En el documento D01 (véanse por ejemplo las figuras 1 y 2) se describe un sistema de control para una aeronave con un HTP (12) móvil que comprende un dispositivo hipersustentador móvil (19) en el HTP, medios de acoplamiento entre el dispositivo hipersustentador y el HTP (25, 23, 21) medios de acoplamiento entre el HTP y la aeronave, que comprenden medios para inclinar el HTP (17) con medios de pivotamiento del HTP (15) y un sistema de trimado del HTP ; Si embargo, el HTP y el dispositivo hipersustentador pueden accionarse independientemente. En D02 se describe una superficie de compensación (5) adaptable a las superficies de gobierno de una aeronave en la que, por ejemplo en la figura 2, se ve que los medios de acoplamiento entre la superficie de gobierno (2) y la aeronave (7, 10, 11, 14) comprenden unos medios de transmisión de deflexión al dispositivo de compensación (5) que proporcionan una posición de deflexión para cada ángulo de calado de la superficie de gobierno (2) . Un experto en la materia combinaría ambos documentos para obtener un mecanismo de accionamiento como el reivindicado. Por tanto, la primera reivindicación no tiene actividad inventiva. Además, los medios de transmisión de la deflexión son una ligadura mecánica entre la superficie de compensación y la aeronave, por medio de bielas, uniones articuladas y órganos mecánicos, y por consiguiente la reivindicación 2 carece de actividad inventiva. La reivindicación 3 tiene actividad inventiva, pues aunque se conocen dispositivos hipersustentadores de borde de ataque aplicados a perfiles fijos, no resulta evidente que se puedan aplicar a un estabilizador horizontal de cola móvil. Como consecuencia, las reivindicaciones 4 a 9 que dependen de la 3, tienen actividad inventiva. La reivindicación 10 depende de cualquiera de las anteriores. Tomando la dependencia respecto de la 1 y la 2, en el documento D01 se observa que el sistema de trimado incorpora medios de actuación y medios de inclinación conectados entre sí (referencia 17 en las figuras 1 y 2) , por medio de un eje de inclinación, y los medios de actuación están fijamente conectados a la aeronave. Por esto la reivindicación 10 no tiene actividad inventiva. Las reivindicaciones 11 y 12 describen los medios de actuación y de inclinación, que incluyen un tornillo sin fin y una pieza roscada, elementos que aparecen en los medios de accionamiento (17) del HTP en el documento D01. Por tanto las reivindicaciones 11 y 12 no tienen actividad inventiva. Conclusiones: A la vista del estado de la técnica, las reivindicaciones 1, 2, 10, 11 y 12 carecen de actividad inventiva en el sentido del artículo 8.1 de la Ley 11/1986 de 20 de marzo, de patentes de invención y modelos de utilidad. Respecto a la reivindicación 3, los documentos citados no se consideran especialmente relevantes, y por ello, se considera que cumple los requisitos de novedad y actividad inventiva en el sentido de los artículos 6 y 8 de la Ley 11/1986. Las reivindicaciones 4 a 9, dado su carácter dependiente de la 3, también se considera que satisfacen los requisitos de novedad y actividad inventiva en el mismo sentido.

Informe del Estado de la Técnica Página 4/4