Aeronave capaz de realizar vuelo estacionario, volar rápidamente hacia adelante, planear, despegar en cortas distancias, aterrizar en cortas distancias, despegar y aterrizar verticalmente.

Una aeronave en la que

a) en una parte, preferiblemente en la mitad o más de la superficie de las alas,

se han dispuesto cuatro o más escotillas de las superficies portantes (10) con cierre hermético, preferiblemente redondas, con rotores internos para vuelo estacionario (20), que, según sea necesario, pueden abrirse o cerrarse completamente.

y

b) el mecanismo de cierre de las escotillas sobre el lado inferior de las superficies portantes (alas) contiene, en paralelo a lo largo de la dirección de vuelo, unas, aletas longitudinales (31), que permiten una desviación continua y rápidamente modificable del aire que sale hacia la izquierda y hacia la derecha, así como el cierre completo de las escotillas (10) hacia abajo

y

c) que posee un timón de profundidad o stabilator (60), que está posicionado en la parte trasera, por encima del nivel de las superficies portantes (alas) principales, separado del fuselaje y de las superficies portantes principales, y que incorpora dispositivos de propulsión (62), con hélices o, alternativamente, también hélices libres o turbinas a chorro o toberas de cohetes que están optimizadas para el vuelo rápido hacia adelante, pero que también siguen siendo eficaces en el vuelo estacionario, y que el timón de profundidad o stabilator puede ser inclinado con los dispositivos de propulsión desde la vertical hacia abajo hasta la horizontal en la parte posterior en más de 90° alrededor del eje transversal, de modo que el chorro que sale de los dispositivos de propulsión no entre en contacto ni con las superficies portantes principales, ni con el fuselaje ni con otros elementos aerodinámicamente importantes del avión, además de que el cono de aspiración de aire casi no afecte negativamente a la aerodinámica del aparato.

Aeronave capaz de realizar vuelo estacionario, volar rapidamente hacia adelante, planear, despegar en cortas distancias, aterrizar en cortas distancias, despegar verticalmente y aterrizar verticalmente.

Definiciones:

Vuelo estacionario: Estado de vuelo con ninguna o bien con una pequera velocidad horizontal, en la cual la fuerza ascensional necesaria se genera mediante la aceleración del aire estacionario hacia abajo. (Habitualmente, y en la invencion aqui descrita, el aire es acelerado hacia abajo mediante rotores que giran alrededor de su eje vertical. En la literatura sobre helicopteros, el concepto se utiliza, en parte, unicamente para el estado de vuelo sin velocidad horizontal. En la presente descripcion de patente, se entendera que la aeronave se encuentra en vuelo estacionario mientras los rotores de vuelo estacionario soplan aire hacia abajo a traves de las escotillas de las alas) .

Vuelo rapido hacia adelante: Estado de vuelo con una velocidad horizontal hacia adelante, limitada hacia abajo (=es necesario volar por encima de la velocidad minima) , en la que la fuerza ascensional necesaria es generada por las propiedadesaerodinamicas de las alas rigidas.

(Habitualmente, y en la invencion aqui descrita, la fuerza ascensional se genera mediante una diferencia de presion creada entre el lado inferior del ala (intrados) y el lado superior del ala (extrados) , mediante la aceleracion del aire que fluye por encima del ala (presion negativa arriba) y, segun sea necesario, el posicionamiento del lado inferior del ala contra el aire que fluye (sobrepresion abajo, refuerzo de la presion negativa arriba) ) .

Condiciones marco fisicas, aerodinamicas, económicas y tecnicas para una aeronave con capacidad de despegue y aterrizaje vertical

a) El vuelo estacionario necesita gran cantidad de energia y, correspondientemente, es mas caro que el vuelo hacia adelante con un aeroplano.

b) Las necesidades de potencia en vuelo estacionario aumentan sobreproporcionalmente con el peso adicional.

c) Las necesidades de potencia en vuelo estacionario disminuyen (la mayoria de las veces, subproporcionalmente) mediante el incremento de la superficie del rotor, dado el mismo peso.

d) Las necesidades de potencia en vuelo estacionario dependen, en gran medida, del dimensionamiento, disefo y adaptacion óptimos de los rotores (paso corto optimo, perfil optimo (forma, espesor y profundidad) , longitud, alabeo (=variacion del paso con el aumento del radio) , numero de palas del rotor, deformacion con el esfuerzo correspondiente, adaptacion al propulsor) .

(Vease el libro: "Flugmechanik der Hubschrauber" (Mecanica de vuelo de los helicopteros) de Walter Bittner, ISBN 3-540-23654-6)

e) Un rotor optimizado para el vuelo estacionario (=la aceleracion del aire en reposo) es, tambien cuando se adapta el paso, un propulsor relativamente malo para la aceleracion de un aire que fluye rapidamente. (En particular, el alabeo y el perfil no pueden ser optimos para ambos intervalos de velocidad) .

(Bueno en vuelo estacionario = mas bien malo en vuelo hacia adelante - y al contrario)

f) El vuelo hacia adelante en vuelo estacionario (como un helicoptero) es, en comparacion con los aeroplanos, cada vez mas ineficiente cuanto mas aumenta la velocidad y alcanza, ya antes de la mitad de la velocidad del sonido, una barrera practicamente infranqueable.

(Existen experimentos teoricos de Sikorsky y otros fabricantes de helicopteros con helicopteros que pueden volar mas rapido y que, a pesar de ello, la punta de los rotores en movimiento hacia adelante no tiene que romper la barrera del sonido. Pero su factibilidad esta muy discutida y es dudoso que estos "helicopteros" puedan ser muy eficientes en vuelo hacia adelante...)

g) La transición estable de vuelo estacionario a vuelo hacia adelante y a la inversa permite un vuelo hacia adelante eficiente como aeroplano, pero representa un gran desafio para todo el sistema de la aeronave.

Esta transición tiene que recibir un apoyo óptimo de

la forma de la aeronave (unas propiedades de vuelo lento buenas e intrinsecamente estables con las escotillas del rotor cerradas, parcialmente abiertas y totalmente abiertas) ,

la disposicion de los rotores (estabilidad intrinseca en vuelo estacionario, asi como en vuelo hacia adelante; buena distribucion alrededor del centro de gravedad)

y la posicion del propulsor (buena palanca para las fuerzas correctoras; ninguna turbulencia molesta ni fuerzas producidas por la basculacion de los ejes desde la vertical a la horizontal) ,

de los sistemas de propulsión (reserva de potencia suficiente; reaccion rapida a las sefales de mando) ,

los timones (buen efecto de palanca, buena efectividad en el intervalo de velocidad correspondiente)

y el mando de todos los sistemas dinamicos (el sistema informatico controla y estabiliza la aeronave basandose en las ordenes del piloto y las informaciones de los sensores de posicion, velocidad, aceleracion y potencia)

h) Una, en relacion con los aeroplanos habituales, gran superficie de las alas produce un esfuerzo superficial pequefo con las correspondientes buenas propiedades de vuelo lento, pero genera una resistencia al aire algo mayor (en comparacion con un aeroplano clasico) , sobre todo en vuelo rapido hacia adelante.

Objetivo sobre la base de las condiciones marco: Aeroplano intrinsecamente estable capaz de despegar verticalmente y aterrizar verticalmente.

=> Ligero; potencia suficiente para despegar verticalmente; rotores para vuelo estacionario optimizado; propulsor para vuelo hacia adelante en vuelo estacionario como apoyo y mando; obstaculizar solo minimamente la transicion vuelo estacionario I vuelo hacia adelante; vuelo hacia adelante mas rapido y economico que con un helicoptero; despegue y aterrizaje tambien en vuelo hacia adelante (como un aeroplano) sin problemas y de forma economica.

Estado actual de la tecnica En la actualidad, solo hay un tipo de aeroplano con capacidad de despegar verticalmente en uso (militar) : El Harrier, desarrollado en los afos 60 por Hawker Siddeley (GB) , asi como sus modelos posteriores. Otros dos tipos se encuentran en fase de pruebas y de desarrollo: El Bell Boeing V-22 convertiplano (WO91I05704) y el F-358 de Lockheed Martin. Todos los proyectos civiles han fracasado en principio por los elevados requisitos.

Debido a que los materiales modernos son extremadamente ligeros y bien moldeables para su estabilidad (en particular, los materiales compuestos de fibra: CFK) , seria factible construir aeronaves capaces de despegar verticalmente que sean ligeras y tambien economicas para uso civil.

Variantes modernas de los sistemas de propulsión: las turbinas de gas, motores de gasolina (tipo Otto) , motores Wankel, turbocohetes, electrogeneradores + electronica de alto rendimiento + motores electricos, son ahora, en comparacion con 1965, considerablemente mas fiables, ligeros, potentes ymas manejables.

Los sistemas informaticos modernos, en combinacion con los modernos sensores de posicion y aceleracion, permiten un control que reaccione de manera mas rapida y fiable que la capacidad humana posible, logrando un vuelo estable, incluso en condiciones de dificil control.

Debido a estos progresos, en la actualidad existen en el mundo gran cantidad de ideas diferentes para desarrollar nuevos tipos de aeronaves capaces de despegar verticalmente: Skycar (Paul S. Moller) , X-Hawk (WO2006I072960: Rafi Yoeli) , avion de alas circulares (US6254032: Franz Bucher) y, probablemente, muchos otros...

Desventajas de los enfoques existentes (diferencias con este enfoque)

No hay división para los componentes optimizados para vuelo estacionario (rotores) I para los componentes optimizados para vuelo hacia adelante (alas, propulsores) . => necesidades de potencia comparablemente mucho mayores para el vuelo estacionario (Harrier, F-35B, Skycar, X-Hawk, avion de alas circulares) ; en consecuencia, vuelo hacia adelante menos eficiente (convertiplanoIV22) (=todos los enfoques mencionados)

Los componentes para vuelo estacionario no optimos y sobredimensionados para el vuelo hacia adelante no se ocultan en el vuelo hacia adelante: convertiplano, Skycar, X-Hawk, avion de alas circulares No se pasa al, mas economico, vuelo hacia adelante: X-Hawk

Los componentes de propulsión basculantes no se han colocado de modo que el chorro de escape no roce con las superficies portantes principales y otros componentes. => perdidas e inestabilidad producidas por las turbulencias, diferentes dependiendo del angulo de basculacion: convertiplano, avion de alas circulares No hay estabilidad intrinseca por la forma de la aeronave en la zona de transicion... [Seguir leyendo]

1. Una aeronave en la que

a) en una parte, preferiblemente en la mitad o mas de la superficie de las alas, se han dispuesto cuatro o mas escotillas de las superficies portantes (10) con cierre hermetico, preferiblemente redondas, con rotores internos para vuelo estacionario (20) , que, segun sea necesario, pueden abrirse o cerrarse completamente.

y

b) el mecanismo de cierre de las escotillas sobre el lado inferior de las superficies portantes (alas) contiene, en paralelo a lo largo de la direccion de vuelo, unas, aletas longitudinales (31) , que permiten una desviacion continua y rapidamente modificable del aire que sale hacia la izquierda y hacia la derecha, asi como el cierre completo de las escotillas (10) hacia abajo y

c) que posee un timon de profundidad o stabilator (60) , que esta posicionado en la parte trasera, por encima del nivel de las superficies portantes (alas) principales, separado del fuselaje y de las superficies portantes principales, y que incorpora dispositivos de propulsión (62) , con helices o, alternativamente, tambien helices libres o turbinas a chorro o toberas de cohetes que estan optimizadas para el vuelo rapido hacia adelante, pero que tambien siguen siendo eficaces en el vuelo estacionario, y que el timon de profundidad o stabilator puede ser inclinado con los dispositivos de propulsion desde la vertical hacia abajo hasta la horizontal en la parte posterior en mas de 90º alrededor del eje transversal, de modo que el chorro que sale de los dispositivos de propulsion no entre en contacto ni con las superficies portantes principales, ni con el fuselaje ni con otros elementos aerodinamicamente importantes del avion, ademas de que el cono de aspiracion de aire casi no afecte negativamente a la aerodinamica del aparato.

2. La aeronave segun la reivindicacion 1, con un mecanismo de cierre de escotillas en la parte superior de las superficies portantes que incluye una persiana enrollable (40) , con varios elementos (41) curvados segun las necesidades aerodinamicas, que han sido adosados a una banda flexible (45) y que para el vuelo estacionario pueden enrollarse junto a las escotillas del rotor (10) . Por otro lado, para el vuelo hacia adelante, la persiana se desenrolla y asi los elementos son empujados hacia afuera a lo largo de los bordes de la escotilla, manteniendolos presionados entre ellos cerrandose por encima de la escotilla.

3. La aeronave segun la reivindicacion 1, con un mecanismo de cierre de la escotilla en la parte superior de la superficie portante, que incluye varios elementos (41) curvados segun las necesidades aerodinamicas, los cuales se pueden deslizar individualmente a lo largo de las escotillas del rotor (10) durante el vuelo estacionario. Para el vuelo hacia adelante, por otro lado, dichos elementos son empujados hacia afuera a lo largo de los bordes de la escotilla para posicionarlos por encima de la escotilla, presionados entre ellos para cerrar dicha escotilla.

4. Los propulsores de los rotores, para los rotores (20) segun la reivindicacion 1, dependiendo de las necesidades de potencia, la fiabilidad y la capacidad de disipacion de temperatura de la tecnologia de propulsion seleccionada, comprenden uno o varios motores, bien electricos o de combustion, estando situados cada uno de dichos motores en el centro (51) , y los motores restantes (52) fuera de la superficie de los rotores, transfiriendo su potencia por medio de ejes (53) que atraviesan los radios (en cada caso, con una combinacion de reductores

o acoplamientos conicos) o, alternativamente, con cadenas o correas trapezoidales.

5. La aeronave segun la reivindicacion 1, con dos superficies portantes (alas) , caracterizadas por una cuerda de ala excepcionalmente grande y dos extremos de las superficies portantes que apuntan hacia el frente a los lados de la cabina, dejando respectivamente un hueco hacia la parte frontal entre las superficies portantes para no obstruir la visibilidad.

6. La aeronave segun la reivindicacion 1, caracterizada por dos barras unidas con forma de vertice (80) , o bien un codo entre los dos extremos anteriores de las superficies portantes (alas) (70) , segun la reivindicacion 5, que no obstruyen ni la vision ni la aerodinamica de modo significativo, pero impiden que el avion se enganche en el caso de colisiones con cables; ademas dichas barras o codos ayudan a proteger el acristalamiento de la cabina de los obstaculos durante las maniobras y desplazamientos en tierra.

7. La aeronave segun la reivindicacion 1, debido a su pequefa carga alar en vuelo hacia adelante completada por la visibilidad sin obstaculos hacia el frente y abajo durante el vuelo estacionario segun la reivindicacion 5, permite el mismo angulo de acercamiento durante el procedimiento de aterrizaje para los dos modos de vuelo, por lo que es posible pasar en cualquier momento de uno a otro de los modos de vuelo, manteniendo a pesar de ello en todo momento el mismo punto de aterrizaje (90) ; sin embargo, en vuelo de planeo se realiza con un angulo de ataque considerablemente mas pequefo y consecuentemente mayores velocidades de avance y descenso, resultando en una menor distancia de rodadura (96) al aterrizar en modo de planeo. Esta distancia de rodadura puede reducirse aun mas con el uso de los rotores (20) en el momento del contacto con tierra.

8. La aeronave segun la reivindicacion 1, caracterizada por grandes alerones (100) en el extremo de las superficies portantes (alas) principales, usados como flaps (100) , los cuales no solo permiten la regulacion de la fuerza sustentadora, sino que ademas permiten un vuelo hacia adelante a baja velocidad durante la transicion entre el modo de vuelo estacionario al vuelo hacia adelante, sin o con un angulo de ataque minimo del fuselaje,

de forma que las fuerzas generadas por los rotores (20) en las superficies portantes principales segun la reivindicacion 1a no frenan la aceleracion de la aeronave hacia adelante.

9. La aeronave segun la reclamacion 1, caracterizada por unos cohetes de combustible solido, que pueden ser encendidos individualmente y eyectados individualmente a traves de los orificios de eyeccion (111) , situados en diferentes puntos de la aeronave, de modo que generen la fuerza correspondiente (en relacion con el sistema de coordenadas del avion) en sentido ascendente y el par de giro individual.

10. La aeronave segun las reivindicaciones 1 y 2 ("caracteristica 5 = extremos de las superficies portantes (alas) ") con dos superficies portantes, caracterizadas por una cuerda de ala excepcionalmente grande y dos extremos de la superficie portante (70) que apuntan hacia el frente a los lados de la cabina dejando respectivamente un hueco hacia la parte frontal entre las superficies portantes para no obstruir la visibilidad.

11. La aeronave segun las reivindicaciones 1, 2 y 10, caracterizada por dos barras unidas con forma de vertice (80) , o bien un codo entre las dos extremos anteriores de las superficies portantes (alas) (70) , segun la reivindicacion 5, que no obstruyen ni la vision ni la aerodinamica de modo significativo, pero impiden que el avion se enganche en el caso de colisiones con cables; ademas dichas barras o codos ayudan a proteger el acristalamiento de la cabina de los obstaculos durante las maniobras y desplazamientos en tierra.