Estabilizador horizontal (2) de aeronave (1) que puede variar su ángulo de flecha (6) rotando alrededor de un eje sustancialmente vertical (4) con respecto a la dirección de vuelo de la aeronave (1) cuando la aeronave (1) se encuentra en vuelo a altas velocidades,

próximas a la del sonido, estando dicho eje (4) contenido en el plano de simetría de la citada aeronave (1), siendo el citado estabilizador horizontal (2) único y estructuralmente continuo de modo que no transmite momento flector a la estructura del fuselaje (14) de la aeronave (1), lo cual le permite tener un peso reducido, tal que el estabilizador horizontal (2) gira de forma única y en un único sentido alrededor del eje (4) para conseguir el ángulo de flecha (6) requerido para el vuelo a altas velocidades.

SUPERFICIE ESTABILIZADORA PIVOTANTE DE AERONAVE

CAMPO DE LA INVENCION

La presente invención se refiere a una superficie estabilizadora de aeronave, en particular a un estabilizador horizontal pivotante en función de la velocidad de la aeronave.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Las aeronaves actuales, que operan a velocidades cercanas a la velocidad del sonido, han de superar una serie de problemas asociados al vuelo a dicha velocidad. Así, a medida que la aeronave se aproxima a la velocidad del sonido, y debido al efecto de la compresibilidad del aire, tiene lugar un rápido aumento de la resistencia sobre la aeronave, a la vez que se produce una pérdida de sustentación de la misma y un cambio en su momento de cabeceo, el cual puede repercutir en su estabilidad y controlabilidad.

La velocidad crítica a la cual tienen lugar los efectos de compresibilidad anteriores aumenta, al tiempo que se minimizan los efectos adversos señalados, si las superficies sustentadoras y estabilizadoras de la aeronave se diseñan con un elevado ángulo de flecha. La flecha de las superficies sustentadoras y estabilizadoras de la aeronave, o inclinación de dichas superficies en la dirección del vuelo, es por tanto una característica de diseño de las aeronaves que vuelan a velocidades cercanas a las del sonido y está motivada por consideraciones aerodinámicas.

La ventaja aerodinámica de la flecha reside en que los efectos adversos de compresibilidad, producidos por la sobrevelocidad de la corriente sobre el perfil aerodinámico, que crecen con el espesor relativo de dicho perfil, están relacionados con la componente esencialmente perpendicular a la línea del 50% de la cuerda de la superficie de la corriente de aire incidente sobre la aeronave. Por tanto, para una velocidad de vuelo dada, un perfil de una superficie aerodinámica con un ángulo de flecha dado estará sujeto a efectos de compresibilidad equivalentes a los de un perfil sin flecha pero con un perfil de espesor relativo igual al coseno del ángulo de flecha. Un mayor espesor relativo del perfil redundará en un peso estructural menor de la superficie sustentadora al disminuir los esfuerzos sobre los revestimientos producidos por las cargas aerodinámicas. No obstante, en el vuelo a alta velocidad, característico de las grandes aeronaves comerciales modernas, perfiles aerodinámicos con altos espesores relativos promueven los efectos adversos de la compresibilidad del aire, que pueden llegar a manifestarse como ondas de choque sobre dichos perfiles, con un incremento asociado de la resistencia aerodinámica y otros fenómenos adversos para el vuelo. Por tanto, la flecha de las superficies sustentadoras y estabilizadoras de aeronave sirve para alcanzar un compromiso de diseño entre el peso estructural de dichas superficies y el comportamiento aceptable de las mismas, en el vuelo a velocidades cercanas a las del sonido.

El primer avión construido para el vuelo a alta velocidad con un ángulo de flecha significativo fue el Junkers 287 en 1945. Entre otras características peculiares de este avión cabe destacar que el ángulo de flecha de las alas es negativo, es decir, las puntas de las alas están adelantadas en la dirección del vuelo con respecto al encastre, o unión de las alas con el fuselaje. Salvo muy contadas excepciones, como el MBB/HFB 320, el Grumman X-29 y el Sukhoi 47, todos ellos con alas de flecha negativa, la inmensa mayoría de los aviones de alta velocidad han sido construidos con alas de flecha positiva.

Se conocen diseños de aeronaves con superficies sustentadoras (alas) de elevada flecha positiva (de hasta 60°) , y con espesores relativos no superiores a 0, 06/1. Estos diseños son apropiados para el vuelo de la aeronave a velocidades cercanas y superiores a la del sonido, pero plantean problemas en el vuelo a baja velocidad requerido, por ejemplo, para el despegue y el aterrizaje de la aeronave. Así, aeronaves diseñadas con elevados ángulos de flecha para el vuelo a velocidades elevadas, cercanas a la del sonido, tendrían que aterrizar

o despegar a velocidades muy superiores a las de la misma aeronave, pero diseñada con superficies sustentadoras (alas) convencionales, sin flecha, o bien tendrían que tener superficies sustentadoras (alas) de un espesor relativo muy elevado, con el consiguiente aumento del peso y de la resistencia de la aeronave.

Debido a que, según se ha comentado, las características requeridas para los perfiles de superficies sustentadoras (alas) de aeronave para elevada velocidad son contrarios a aquellos requeridos para velocidades bajas, se conocen diseños de aeronave en los cuales la flecha de las superficies sustentadoras es variable, en función de la velocidad de la citada aeronave, como es el caso, por ejemplo, de los documentos US 4569493 y US 5984231.

Sin embargo, en muy raras ocasiones se ha utilizado el concepto descrito

de flecha variable en superficies estabilizadoras de aeronave, como en el Tupolev 144, donde la superficie estabilizadora horizontal está situada en la parte delantera del fuselaje por delante de las superficies sustentadoras principales (configuración tipo canard) y es además de geometría variable. En algunas configuraciones de aeronaves en las cuales la flecha de las superficies sustentadoras es variable, como por ejemplo las descritas en los documentos US 4569493 y US 5984231, las superficies estabilizadoras o superficies de control varían su flecha junto con la de las superficies sustentadoras, al estar estas superficies estabilizadoras dispuestas en las anteriores, moviéndose conjuntamente con éstas. El problema de esta configuración es que las superficies de control son menos eficientes aerodinámicamente, por lo que han de tener un mayor tamaño, lo cual repercute negativamente en el peso de la aeronave. Por otro lado, estas superficies de control poseen limitaciones geométricas impuestas por el ángulo de flecha fijo de las superficies sustentadoras sobre las que están dispuestas.

1. Estabilizador horizontal (2) de aeronave (1) que puede variar su ángulo de flecha (6) rotando alrededor de un eje sustancialmente vertical (4) con respecto a la dirección de vuelo de la aeronave (1) cuando la aeronave (1) se encuentra en vuelo a altas velocidades, próximas a la del sonido, estando dicho eje (4) contenido en el plano de simetría de la citada aeronave (1 ) , caracterizado porque el citado estabilizador horizontal (2) es único y estructuralmente continuo de modo que no transmite momento flector a la estructura del fuselaje (14) de la aeronave (1 ) , lo cual le permite tener un peso reducido, tal que el estabilizador horizontal (2) gira de forma única y en un único sentido alrededor del eje (4) para conseguir el ángulo de flecha (6) requerido para el vuelo a altas velocidades.

2. Estabilizador horizontal (2) según la reivindicación 1 que puede girar también alrededor de un eje de referencia longitudinal (5) , siendo este eje (5) esencialmente horizontal y perpendicular tanto al plano de simetría de la aeronave (1) como al eje vertical (4) , en casos en que el citado estabilizador horizontal (2) está en configuración de ángulo de flecha (6) cero, variándose de este modo el ángulo de ataque aerodinámico de dicho estabilizador horizontal

(2) para que efectúe su función de estabilizador y superficie de control de la aeronave (1) en los casos mencionados.

3. Estabilizador horizontal (2) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende un mecanismo (1 O) que permite que dicho estabilizador (2) realice tanto el giro alrededor del eje (4) en la función de variación de ángulo de flecha (6) como el giro alrededor del eje de referencia longitudinal (5) en la función de superficie estabilizadora de control, comprendiendo el citado mecanismo (1 O) dos ejes esencialmente perpendiculares entre sí, de modo que el citado eje de referencia longitudinal (5) gira alrededor del eje vertical (4) al variar el ángulo de flecha (6) del estabilizador horizontal (2) mediante la actuación del mecanismo (1 0) , en los casos en que el estabilizador horizontal (2) realiza la función de variación de ángulo de flecha (6) .

4. Estabilizador horizontal (2) según la reivindicación 3 en el que el mecanismo (1 O) sólo transmite las fuerzas y momentos aerodinámicos e inerciales al fuselaje (14) de la aeronave (1 ) , no transmitiéndose momentos flectores internos al estabilizador (2) por ser dicho estabilizador (2) continuo estructuralmente a lo largo de su envergadura.

5. Estabilizador horizontal (2) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la conexión estructural del estabilizador horizontal (2) a la aeronave (1) se realiza directamente sobre el fuselaje de la aeronave (14 ) .

6. Estabilizador horizontal (2) según la reivindicación 5 en el que se efectúa una apertura (13) en el fuselaje (14) que permite los giros del estabilizador horizontal (2) alrededor del eje vertical (4) y alrededor del eje de referencia longitudinal (5) del citado estabilizador (2) .

7. Estabilizador horizontal (2) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la conexión estructural del estabilizador horizontal (2) a la aeronave (1) se realiza sobre el estabilizador vertical (3) de la citada aeronave (1 ) .

8. Estabilizador horizontal (2) según la reivindicación 7 en el que el eje de giro vertical (4) está alojado en un herraje (11) que comprende unos rodamientos (12) , siendo dicho herraje (11) solidario con el citado estabilizador vertical (3) .