El sistema y procedimiento sustentador, propulsor y estabilizador para aeronaves de despegue y aterrizaje vertical consiste en aplicar como sustentadores durante el comienzo del ascenso y al final del descenso:

a) al menos un ala giratoria o rotor accionados mediante motores eléctricos o con motores turboejes, turbofanes o turbohélices con una transmisión mecánica, o bien hidráulica, neumática o eléctrica y los correspondientes motores, y b) hélices o fanes sustentadores accionados con motores eléctricos y/o c) el flujo de los motores dirigido hacia abajo y/o d) complementados con la sustentación aerodinámica producida durante el avance de la aeronave. Las alas giratorias, rotores, turbofanes, turbohélices o múltiples fanes aplican la resultante de la sustentación en o sobre el centro de gravedad de la aeronave. Los fanes sustentadores, estabilizadores y controladores se colocan en al menos dos puntos a 90º entre sí en un plano normal al eje vertical de la aeronave.

Sistema y procedimiento sustentador, propulsor y estabilizador para aeronaves de despegue y aterrizaje vertical.

Campo de la invención

En sistemas de sustentación, propulsión y estabilización de aeronaves tripuladas y no tripuladas, radio control, contraincendios, fotografía, aviones nodriza de repostaje en vuelo, ultraligeros, etc.

Estado de la técnica

Los aviones tienen poca sustentación a baja velocidad, necesitan usar máxima potencia, grandes alas e hipersustentadores para el despegue y aterrizaje, son peligrosos por su alta velocidad junto al suelo, utilizan pesados trenes de aterrizaje, grandes aeropuertos, costosas pistas y no efectúan el despegue vertical. Los helicópteros son lentos, caros, pesados, complejos y tienen poca autonomía. Los aviones VTOL y SVTOL actuales, con toberas orientables o no, tienen poca seguridad o son inestables y no aprovechan eficientemente la energía de las turbinas a baja altura y a baja velocidad. Todos son difíciles de controlar. Puede considerarse es continuación de la patente P201001175.

Objetivo de la invención

Poder ascender y descender en modo VTOL y SVTOL reuniendo las ventajas de los helicópteros y de los aviones y facilitando el pilotaje. Utilizando solo una parte de la gran potencia y sustentación disponibles y simultáneamente distintos sistemas de sustentación, estabilización y control. Permitiendo el VTOL con gran carga y autonomía de vuelo.

Usar alas discoidales giratorias alrededor de su eje de simetría portadoras de unas aletas y unas ranuras que producen sustentación durante su giro y avance de la aeronave. Estas alas giratorias pueden portar un suplemento integrado o externo que les proporciona un perfil aerodinámico. También pueden usar unas palas extensibles radialmente.

Proporcionar gran estabilidad usando fanes carenados accionados por motores eléctricos sustentadores y/o estabilizadores y/o propulsores, colocando los fanes estabilizadores y controladores, carenados o no carenados en al menos dos puntos a 90º entre sí en un plano normal al eje vertical de la aeronave. Compensando rápida y eficientemente. Problema de los VTOL actuales.

Eliminar los hipersustentadores, grandes alas y pesados y complicados trenes de aterrizaje, sus sistemas y complejos y costosos aeropuertos.

Colocar turbinas de gas preferentemente en o debajo del centro de gravedad de la aeronave además de en los lugares típicos.

Usar turboejes, turbinas, miniturbinas, microturbinas con potentes generadores de imanes permanentes de tierras raras a altas rpm y motores eléctricos potentes y livianos.

Utilizar unos motores turbofanes que portan integradas unas aletas abisagradas al cowl las cuales cuando se inclinan unos 45º succionan el flujo de entrada de la zona superior y deflectan el flujo de salida hacia abajo.

Utilizar pequeñas alas deflectoras detrás de las turbinas eléctricas o de gas.

Descripción de la invención

El sistema y procedimiento sustentador, propulsor y estabilizador para aeronaves de despegue y aterrizaje vertical de la invención consiste en aplicar como sustentadores durante el comienzo del ascenso y al final del descenso: a) al menos un ala giratoria o rotor accionados mediante motores eléctricos o con turboejes, turbofanes o turbohélices y una transmisión mecánica, o bien hidráulica, neumática o eléctrica y los correspondientes motores, b) hélices o fanes carenados o no carenados sustentadores accionados con motores eléctricos y/o c) el flujo de los motores dirigido hacia abajo y/o d) complementados con la sustentación aerodinámica producida durante el avance frontal de la aeronave. En ascenso esta situación se mantiene hasta que la sustentación aerodinámica, que irá incrementándose paulatinamente, sea igual o superior al peso de la aeronave. En ese momento se deja solamente la configuración standard o típica de propulsión y sustentación. En el descenso la sustentación aerodinámica se va reduciendo hasta que la sustentación es totalmente producida por el flujo vertical de las turbinas y/o por las alas giratorias y/o fanes, y hasta que se posa en el suelo. La transición empieza con el inicio del ascenso, y en el descenso en el último tramo y faltando poco para su llegada al suelo. El descenso y la subida con pesos bajos se puede efectuar verticalmente sin la contribución de la sustentación aerodinámica. Las alas giratorias, turbofanes, turbohélices o múltiples fanes aplican su sustentación o su resultante preferentemente en, próxima o sobre el centro de gravedad de la aeronave. Uno o más de los fanes sustentadores son estabilizadores y controladores, y se colocan en al menos dos puntos a 90º entre sí en un plano normal al eje vertical de la aeronave. También pueden distribuirse varios fanes sustentadores y/o estabilizadores por los distintos extremos o puntos periféricos de la aeronave.

Los motores eléctricos de las alas giratorias, rotores y fanes se alimentan de las baterías de carga y descarga rápida, ultracondensadores, pilas de combustible o por generadores de turboejes, APUs o motores propulsores. La energía se aplica de modo que algunos de estos dispositivos se reserven para en caso de emergencia.

La energía eléctrica, hidráulica y neumática es aplicada por dispositivos o elementos que la aplican: a) Solo durante la subida y el descenso, b) solo durante el vuelo horizontal y c) en todas las fases del vuelo.

El ala giratoria puede ser: lenticular, discoidal, ovalada triangular, semilenticular o semiovalada, gira alrededor de su eje de simetría perpendicular a dicha ala y portan unas ranuras inclinadas y unas aletas fijas o extensibles todas ellas paralelas entre sí. Las aletas deflectan el flujo hacia abajo cuando giran, sin par de giro ni resistencia cuando están paradas y alineadas con la dirección de vuelo. Las aletas pueden ser tanto más anchas o altas cuanto mas próximas están del eje de giro. Con aletas extensibles no hace falta direccionar las alas giratorias cuando están en reposo. La inclinación de las aletas respecto al eje del rotor determina la fuerza centrifugoaxial aplicada al aire; esta inclinación se puede variar cuando las aletas son extensibles con un actuador. Estas aletas también se pueden disponer radialmente cuando son extensibles. Las aletas y las ranuras pueden formar un ángulo con las líneas radiales del ala giratoria, variando este ángulo se puede variar la fuerza centrífuga o centrípeta del flujo del ala. Las aletas extensibles se pueden extender con un actuador o por la fuerza centrífuga de su masa y de un bulón el cual porta una leva en su extremos y al desplazarse radialmente hace girar la aleta alrededor del eje de su arista obligando a la aleta a extenderse, la retracción se efectúa mediante un muelle. Las aletas se pueden extender impulsando aire a través del eje y/o utilizando un actuador o motor eléctrico, la recuperación se efectúa mediante un muelle.

El ala giratoria puede tener palas radiales, al menos una de ellas se extiende telescópicamente impulsando aire a través del eje y retrayéndose por succión y/o mediante muelles, en el caso de extenderse una sola la otra permanece extendida fija. Las palas también pueden extenderse mediante la fuerza centrífuga o mediante un motor o actuador, retrayéndose mediante muelles. Una variante utiliza un ala con perfil aerodinámico con una pala extensible radialmente en la zona del borde de ataque y otra fija en el borde de salida, esta última actúa de veleta cuando se recoge la del borde de ataque y se avanza en vuelo horizontal. También puede tener ambas palas extensibles radialmente, no recogiéndose totalmente una de ellas, quedando una porción extendida para actuar como veleta. El ala giratoria en vuelo horizontal puede quedar libre o puede ser accionada con los motores. La pala extensible puede ser solo la de un lado quedando y actuando la opuesta como veleta. Las palas serán preferentemente de sección constante. Las alas giratorias semilenticulares tienen la cara superior convexa y la inferior plana o de mayor curvatura, con perfiles similares a los NACA 2206 y NACA 2306. Las simétricas usan perfiles NACA 0006 o similares.

En los rotores las palas pueden ser retráctiles.

Las alas giratorias una vez en reposo se direccionan dejando una pala o parte de ella extendida. También se pueden direccionar mediante un actuador motor o martinete que sujeta o bloquea una porción excéntrica del eje del ala giratoria. También se pueden direccionar mediante sendas parejas...

1. Sistema sustentador, propulsor y estabilizador para aeronaves de despegue y aterrizaje vertical que consiste en aplicar como sustentadores durante el comienzo del ascenso y al final del descenso: a) al menos un ala giratoria o rotor accionados mediante motores eléctricos o motores turboejes, turbofanes o turbohélices y una transmisión mecánica, o bien hidráulica, neumática o eléctrica y los correspondientes motores, b) hélices o fanes carenados o no carenados sustentadores accionados con motores eléctricos y/o c) el flujo de las turbinas de gas dirigido hacia abajo y/o d) complementados con la sustentación aerodinámica producida durante el avance frontal de la aeronave, en ascenso esta situación se mantiene hasta que la sustentación aerodinámica, que irá incrementándose paulatinamente, sea igual o superior al peso de la aeronave, en ese momento se deja solamente la configuración standard o típica de propulsión y sustentación, en el descenso la sustentación aerodinámica se va reduciendo hasta que la sustentación es totalmente producida por el flujo vertical de las turbinas y/o por las alas giratorias y/o fanes, y hasta que se posa en el suelo, uno o más de los fanes sustentadores son estabilizadores y controladores y se colocan en al menos dos puntos a 90º entre sí en un plano normal al eje vertical de la aeronave.

2. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el ala giratoria es: lenticular, discoidal, ovalada, triangular, semilenticular o semiovalada, gira alrededor de su eje de simetría perpendicular a dicha ala y porta unas ranuras inclinadas y unas aletas fijas, dichas aletas deflectan el flujo hacia abajo no proporcionando par de giro ni resistencia cuando están paradas o estáticas y alineadas dichas aletas con la dirección de vuelo.

3. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el ala giratoria es: lenticular, discoidal, ovalada, triangular, semilenticular o semiovalada, gira alrededor de su eje de simetría perpendicular a dicha ala y porta unas ranuras inclinadas y unas aletas extensibles mediante la fuerza centrífuga de su masa y de un bulón el cual porta una leva en su extremos y al desplazarse radialmente hace girar la aleta alrededor del eje de su arista obligando a la aleta a extenderse, la retracción se efectúa mediante un muelle.

4. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el ala giratoria es: lenticular, discoidal, ovalada, triangular, semilenticular o semiovalada, gira alrededor de su eje de simetría perpendicular a dicha ala y porta unas ranuras inclinadas y unas aletas extensibles impulsando aire a través del eje y/o utilizando un actuador o motor e eléctrico, la recuperación se efectúa mediante un muelle.

5. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el ala giratoria utiliza dos o más álabes o palas radiales, al menos una de ellas se extiende telescópicamente impulsando aire a través del eje y retrayéndose por succión y/o mediante muelles, en el caso de extenderse una sola la otra permanece extendida fija.

6. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el ala giratoria utiliza dos o mas palas o álabes que se extienden radial y telescópicamente por la acción de la fuerza centrífuga o mediante un motor o actuador, y la retracción se realiza con muelles.

7. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el ala giratoria utiliza dos o mas palas o álabes que se extienden radial y telescópicamente por la acción de la fuerza centrífuga y una de ellas no se recoge totalmente actuando de veleta.

8. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el ala giratoria utiliza un ala con perfil aerodinámico con una pala extensible radialmente en la zona del borde de ataque y otra fija en el borde de salida, esta última actúa de veleta cuando se recoge la del borde de ataque y se avanza en vuelo horizontal, o un actuador, motor o martinete sujeta o bloquea una porción excéntrica del eje del ala giratoria.

9. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque al borde de ataque del ala giratoria se añade un perfil aerodinámico que le proporciona mínima resistencia aerodinámica, ese perfil suplementario consiste en un perfil añadido: a) en una zona del ala giratoria que actuará de borde de ataque de la misma, perfil NACA 2206 y NACA 2306 o similares, b) delante del ala giratoria y sujeto al fuselaje de la aeronave mediante montantes, o c) un ala que rodea al ala giratoria en aproximadamente su tercio delantero o d) integrado el suplemento o formando parte de dicha ala.

10. Sistema según reivindicación 1, caracterizado por utilizar el ala giratoria en o sobre el centro de gravedad de la aeronave.

11. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la mitad de los fanes carenados y no carenados giran en un sentido y la otra mitad en sentido contrario.

12. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de los fanes eléctricos es giratorio o inclinable y se usa para sustentar y/o propulsar durante el vuelo horizontal.

13. Sistema según reivindicación 1, caracterizado por usarse para estabilización chorros de aire complementados con los fanes eléctricos.

14. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque unos fanes estabilizadores en la cola estabilizan respecto al eje transversal y vertical de la aeronave y otros en las puntas de las alas o en la zona inferior del fuselaje, bajo el centro de gravedad, estabilizan respecto al eje longitudinal.

15. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los motores eléctricos de las alas giratorias, rotores y fanes se alimentan de las baterías de carga y descarga rápida, ultracondensadores, pilas de combustible o por generadores de turboejes, APUs o motores propulsores, aplicando la energía de modo que algunos de estos dispositivos o su energía se reserven para en caso de emergencia.

16. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las alas giran soportadas de su periferia por tres o más poleas, las cuales son a su vez accionadas por motores eléctricos.

17. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las hélices o fanes son simultáneamente sustentadores, estabilizadores y propulsores.

18. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los motores propulsores giran alrededor de su eje transversal y/o tienen una placa deflectora a la entrada y otra a la salida para dirigir el flujo de aire y gases de salida hacia abajo, añaden unos deflectores a la entrada y a la salida de las turbinas en las que están integrados y/o unas pequeñas alas sustentadoras detrás de las turbinas de gas y de los fanes las cuales giradas unos 45º deflectan el flujo de la turbina o fanes hacia abajo.

19. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque se colocan uno o más de los fanes carenados y no carenados accionados con motores eléctricos sobre las aletas canard, estabilizadores o alas principales.

20. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los motores eléctricos de cada punto se alimentan de fuentes independientes.

21. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque al menos un turbofán se utiliza como fuente auxiliar, APU, etc., como sustentador en despegues y aterrizajes, y como propulsor en caso de fallo de los otros turbofanes, van alojados en el interior del fuselaje y durante su uso unas aletas deflectoras se accionan permitiendo la propulsión o la sustentación succionando el aire de la zona superior o lateral.

22. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque se usan motores y generadores eléctricos de imanes permanentes de tierras raras, neodimio boro hierro, de samario cobalto o similares, refrigerados por aire, los generadores giran a las altas velocidades de las turbinas o miniturbinas.

23. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque durante el despegue y el aterrizaje se adiciona la energía eléctrica o neumática y la de los acumuladores de carga y descarga rápida, pilas de combustible o supercondensadores o ultracondensadores de alta relación de potencia/peso aplicándola a los motores eléctricos o neumáticos complementarios que refuerzan la energía mecánica, eléctrica, etc. aplicada a las alas giratorias.

24. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las aeronaves se construirán preferentemente con materiales resistentes, ligeros o ultraligeros, como la fibra de carbono, kevlar o similares.

25. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los turbofanes, turbohélices o múltiples fanes aplican su sustentación o su resultante en, próxima o sobre el centro de gravedad de la aeronave.

26. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el ala giratoria porta sendas parejas de aletas flexibles, dispuestas diametralmente, formando un ángulo diedro, cuando el ala está estática se pliega la que se encuentra mas avanzada y se extiende y ofrece mas resistencia la mas retrasada respecto al avance de la aeronave.

27. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la energía eléctrica, hidráulica y neumática es aplicada por dispositivos o elementos que la aplican: a) solo durante la subida y el descenso, b) solo durante el vuelo horizontal y c) en todas las fases del vuelo.

28. Procedimiento sustentador, propulsor y estabilizador para aeronaves de despegue y aterrizaje vertical que consiste en aplicar como sustentadores durante el comienzo del ascenso y al final del descenso: a) al menos un ala giratoria o rotor accionados mediante motores eléctricos o motores turboejes, turbofanes o turbohélices y una transmisión mecánica, o bien hidráulica, neumática o eléctrica y los correspondientes motores, b) hélices o fanes carenados o no carenados sustentadores accionados con motores eléctricos y/o c) el flujo de las turbinas de gas dirigido hacia abajo y/o d) complementados con la sustentación aerodinámica producida durante el avance frontal de la aeronave, en ascenso esta situación se mantiene hasta que la sustentación aerodinámica, que irá incrementándose paulatinamente, sea igual o superior al peso de la aeronave, en ese momento se deja solamente la configuración standard o típica de propulsión y sustentación, en el descenso la sustentación aerodinámica se va reduciendo hasta que la sustentación es totalmente producida por el flujo vertical de las turbinas y/o por las alas giratorias y/o fanes, y hasta que se posa en el suelo, uno o más de los fanes sustentadores son estabilizadores y controladores y se colocan en al menos dos puntos a 90º entre sí en un plano normal al eje vertical de la aeronave.

29. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque el ala giratoria es: lenticular, discoidal, ovalada, triangular, semilenticular o semiovalada, gira alrededor de su eje de simetría perpendicular a dicha ala y porta unas ranuras inclinadas y unas aletas fijas, dichas aletas deflectan el flujo hacia abajo no proporcionando par de giro ni resistencia cuando están paradas o estáticas y alineadas dichas aletas con la dirección de vuelo.

30. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque el ala giratoria es: lenticular, discoidal, ovalada, triangular, semilenticular o semiovalada, gira alrededor de su eje de simetría perpendicular a dicha ala y porta unas ranuras inclinadas y unas aletas extensibles mediante la fuerza centrífuga de su masa y de un bulón el cual porta una leva en su extremos y al desplazarse radialmente hace girar la aleta alrededor del eje de su arista obligando a la aleta a extenderse, la retracción se efectúa mediante un muelle.

31 Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque el ala giratoria es: lenticular, discoidal, ovalada, triangular, semilenticular o semiovalada, gira alrededor de su eje de simetría perpendicular a dicha ala y porta unas ranuras inclinadas y unas aletas extensibles impulsando aire a través del eje y/o utilizando un actuador o motor e eléctrico, la recuperación se efectúa mediante un muelle.

32. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque el ala giratoria utiliza dos o más álabes o palas radiales, al menos una de ellas se extiende telescópicamente impulsando aire a través del eje y retrayéndose por succión y/o mediante muelles, en el caso de extenderse una sola la otra permanece extendida fija.

33. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque el ala giratoria utiliza dos o mas palas o álabes que se extienden radial y telescópicamente por la acción de la fuerza centrífuga o mediante un motor o actuador, y la retracción se realiza con muelles.

34. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque el ala giratoria utiliza dos o mas palas o álabes que se extienden radial y telescópicamente por la acción de la fuerza centrífuga y una de ellas no se recoge totalmente actuando de veleta.

35. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque el ala giratoria utiliza un ala con perfil aerodinámico con una pala extensible radialmente en la zona del borde de ataque y otra fija en el borde de salida, esta última actúa de veleta cuando se recoge la del borde de ataque y se avanza en vuelo horizontal, o un actuador, motor o martinete sujeta o bloquea una porción excéntrica del eje del ala giratoria.

36. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque al borde de ataque del ala giratoria se añade un perfil aerodinámico que le proporciona mínima resistencia aerodinámica, ese perfil suplementario consiste en un perfil añadido: a) en una zona del ala giratoria que actuará de borde de ataque de la misma, perfil NACA 2206 y NACA 2306 o similares, b) delante del ala giratoria y sujeto al fuselaje de la aeronave mediante montantes, o c) un ala que rodea al ala giratoria en aproximadamente su tercio delantero o d) integrado el suplemento o formando parte de dicha ala.

37. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque los motores eléctricos de las alas giratorias, rotores y fanes se alimentan de las baterías de carga y descarga rápida, ultracondensadores, pilas de combustible o por generadores de turboejes, APUs o motores propulsores, aplicando la energía de modo que algunos de estos dispositivos o su energía se reserven para en caso de emergencia.

38. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque los motores eléctricos de cada punto se alimentan de fuentes independientes.

39. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque al menos un turbofán se utiliza como fuente auxiliar, APU, etc., como sustentador en despegues y aterrizajes, y como propulsor en caso de fallo de los otros turbofanes, van alojados en el interior del fuselaje y durante su uso unas aletas deflectoras se accionan permitiendo la propulsión o la sustentación succionando el aire de la zona superior o lateral.

40. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque se usan motores y generadores eléctricos de imanes permanentes de tierras raras, neodimio boro hierro, de samario cobalto o similares, refrigerados por aire, los generadores giran a las altas velocidades de las turbinas o miniturbinas.

41. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque durante el despegue y el aterrizaje se adiciona la energía eléctrica o neumática y la de los acumuladores de carga y descarga rápida, pilas de combustible o supercondensadores o ultracondensadores de alta relación de potencia/peso aplicándola a los motores eléctricos o neumáticos complementarios que refuerzan la energía mecánica, eléctrica, etc. aplicada a las alas giratorias.

42. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque los turbofanes, turbohélices o múltiples fanes aplican su sustentación o su resultante en, próxima o sobre el centro de gravedad de la aeronave

43. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque el ala giratoria porta sendas parejas de aletas flexibles, dispuestas diametralmente, formando un ángulo diedro, cuando el ala está estática se pliega la que se encuentra mas avanzada y se extiende y ofrece mas resistencia la mas retrasada respecto al avance de la aeronave.

44. Procedimiento según reivindicación 28, caracterizado porque la energía eléctrica, hidráulica y neumática es aplicada por dispositivos o elementos que la aplican: a) solo durante la subida y el descenso, b) solo durante el vuelo horizontal y c) en todas las fases del vuelo.