SISTEMA VERSÁTIL DE POTENCIA EN AERONAVES.

Sistema versátil de potencia en aeronaves.

Un sistema versátil de potencia (1) en aeronaves comprende un motor de reacción atmosférico (2),

un convertidor de potencia (6), y un motor (4).

El convertidor de potencia (6) transforma en otro tipo de energía el movimiento que el motor de reacción atmosférico (2) proporciona al eje. El motor (4) utiliza la energía suministrada por el convertidor de potencia (6) para mover un eje (14) del motor, y el eje (14) del motor gira las ruedas del tren de aterrizaje (3), generando el movimiento de la aeronave.

El motor de reacción atmosférico (2) también produce empuje, permitiendo una operación propulsiva de la aeronave dual bien por el movimiento de las ruedas del tren de aterrizaje (3), o por el empuje directo a través de la tobera (25).

Sistema versátil de potencia en aeronaves.

OBJECTO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere a un sistema versátil de potencia para aeronaves, que comprende una unidad de potencia para aeronaves que proporciona empuje y ruedas del tren de aterrizaje autopropulsadas. Está incluida en el campo técnico de la propulsión y las unidades de potencia para la industria aeronáutica.

PROBLEMA A RESOLVER Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las unidades de potencia auxiliares (APU, “auxiliar y power units”) se utilizan actualmente en las aeronaves de uso comercial para suministrar potencia cuando no hay otras fuentes de potencia disponibles (como los motores principales, unidades terrestres de potencia u otras fuentes) . Las unidades de potencia auxiliares corrientes son motores turbo-eje que accionan un generador eléctrico y a veces un compresor neumático. Las turbomáquinas empleadas para estas tareas no generan un fuerza propulsiva apreciable, ya que la mayor parte de la potencia se extrae del gas para satisfacer las cargas eléctricas y neumáticas. En la práctica habitual del diseño de las aeronaves, las APU se ubican en el cono de cola.

En los procedimientos habituales de las aeronaves en aeropuertos se necesita de equipos tierra para iniciar las operaciones de las aeronaves, como los remolcadores que se requieren cuando es necesario desplazar los aviones hacia las pistas de rodadura. Todos estos equipos encarecen el coste de operación. Además, durante la fase de rodadura los motores trabajan fuera de sus condiciones óptimas de rendimiento, lo que genera un elevado consumo de combustible. Es aconsejable superar estos inconvenientes desarrollando un nuevo sistema versátil de potencia que sea capaz de generar el desplazamiento de la aeronave en tierra a la vez que proporcionar empuje en algunas etapas. Además, el hecho de disponer de un APU que proporciona empuje permite reducir el tamaño de los motores principales, dado que el APU proporciona empuje adicional en las fases más exigentes de la misión.

Por tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema versátil de potencia que sea capaz de superar los inconvenientes mencionados anteriormente, de manera que se reduzca el coste de operaciones de la aeronave.

El estado de la técnica presenta referencias con diversos procedimientos y sistemas que reducen el coste de operación de aeronaves. El documento WO 2007/053932 A1 divulga un procedimiento y un sistema de funcionamiento durante la fase de rodadura de una aeronave, que comprende una turbina de gas que tiene un motor eléctrico acoplado a las etapas de baja presión del motor. La etapa de baja presión incluye un fan que produce la mayor parte del empuje que mueve la aeronave en la fase de rodadura.

El documento US 2008/0059053 A1 muestra un procedimiento para reducir el tiempo de recorrido de una aeronave que dispone de, al menos, una rueda autopropulsada, en el que los motores permanecen apagados hasta el despegue o después del aterrizaje.

El documento EP 1 069 044 B1 revela una unidad de potencia auxiliar que puede proporcionar empuje adicional cuando se requiera.

Sin embargo, en el estado de la técnica no se ha encontrado evidencia alguna de un sistema versátil de potencia que tenga las características técnicas que se divulgan en esta invención.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para alcanzar los objetivos y solventar los inconvenientes mencionados, la invención desarrolla un sistema versátil de potencia que comprende,

· un motor de reacción atmosférico, que comprende un compresor, una cámara de combustión, una turbina, y

una tobera, que proporciona bien empuje o potencia al eje, o ambos simultáneamente; en algunas formas de realización el motor de reacción atmosférico también comprende una soplante (un “fan”) y, por tanto, el motor

de reacción atmosférico puede ser un turbojet o un turbofan;

· un convertidor de potencia que transforma energía mecánica procedente del movimiento del eje en otro tipo de energía;

· un motor que puede mover un eje del motor;

donde el convertidor de potencia transforma energía mecánica del movimiento del eje producido por el motor de reacción atmosférico en otro tipo de energía (eléctrica, hidráulica, neumática) ; el motor utiliza la energía proporcionada por el convertidor de potencia para mover el eje del motor bien en el sentido de giro de las agujas del reloj (dextrógiro) o bien en sentido contrario al giro de las agujas del reloj (levógiro) , y el eje del motor mueve las ruedas del tren de aterrizaje en sentido dextrógiro o levógiro, produciendo el desplazamiento de la aeronave en tierra hacia delante o hacia atrás.

Dicho sistema versátil de potencia de una aeronave trabaja de modo que el motor de reacción atmosférico opera en tres modos distintos:

1) suministrando sólo potencia a través de una transmisión mecánica,

2) suministrando potencia a través de una transmisión mecánica, y también empuje a través de su tobera,

3) suministrando sólo empuje a través de su tobera.

El convertidor de potencia transforma el movimiento del eje del motor de reacción atmosférico en energía eléctrica, energía hidráulica o energía neumática. Por tanto, el motor puede ser un motor eléctrico, hidráulico o neumático respectivamente.

El motor de reacción atmosférico puede ser un turbojet o un turbofan. El motor de reacción atmosférico tiene al menos una toma de aire que proporciona suministro de aire cuando está abierta, y la toma de aire no presenta resistencia aerodinámica adicional cuando está cerrada.

La invención también divulga un procedimiento de operación de una aeronave utilizando un sistema versátil de potencia que comprende:

· un motor de reacción atmosférico, que comprende un compresor, una cámara de combustión, una turbina, y

una tobera, que proporciona empuje o potencia al eje, o ambos simultáneamente; en algunas formas de realización el motor de reacción atmosférico también comprende una soplante (un fan) y, por tanto, el motor

de reacción atmosférico puede ser un turbojet o un turbofan;

· un convertidor de potencia que transforma energía en el eje en otro tipo de energía;

· un motor que puede mover un eje del motor bien en sentido dextrógiro o levógiro;

donde el convertidor de potencia transforma energía mecánica procedente del movimiento del eje proporcionado por el motor de reacción atmosférico en otro tipo de energía (eléctrica, hidráulica o neumática) . El motor utiliza la energía proporcionada por el convertidor de potencia para mover el eje del motor en sentido dextrógiro y levógiro. El eje del motor mueve las ruedas del tren de aterrizaje en sentido dextrógiro o levógiro, produciendo el desplazamiento de la aeronave en tierra hacia delante o hacia atrás. Dicho sistema versátil de potencia puede operar en cada fase del vuelo entre uno de los siguientes modos:

- modo 1, en el que el motor de reacción atmosférico trabaja solo como un turbo-eje, actuando sobre el convertidor de potencia y suministrando energía al eje;

- modo 2, en el que el motor de reacción atmosférico trabaja como en el modo 1 suministrando energía al eje, y también proporciona empuje a través de la tobera; o,

- modo 3, en el que el motor de reacción atmosférico sólo genera empuje a través de la tobera.

Según el procedimiento, durante las fases de embarque, aparcamiento y desembarque el sistema versátil de potencia trabaja en el modo 1, suministrando potencia a la aeronave.

Según el procedimiento, durante la fase de remolcado el sistema versátil de potencia trabaja en el modo 1, suministrando potencia a la aeronave, y la aeronave se mueve usando el motor que hace girar las ruedas del tren de aterrizaje moviendo la aeronave hacia la pista de rodadura.

Según el procedimiento, durante la fase de rodadura el sistema versátil de potencia trabaja en el modo 2, suministrando potencia y empuje a la aeronave, y la aeronave se mueve usando el motor y también debido al empuje proporcionado por la tobera.

Según el procedimiento, durante las fases de despegue y ascenso, el motor se desconecta y el empuje se proporciona mediante los motores principales, y el motor de reacción atmosférico puede permanecer operativo proporcionando empuje adicional (modo 3) , o bien puede estar apagado.

Según el procedimiento, durante el vuelo de crucero y el descenso el sistema versátil de potencia trabaja en el modo 3.

Para proporcionar una mejor comprensión de esta memoria, y siendo parte integral de la misma, se adjuntan...

1 – Un sistema versátil de potencia (1) de una aeronave, que comprende,

· · · un motor de reacción atmosférico (2) , que comprende un compresor (22) , una cámara de combustión (23) , una turbina (24) , y una tobera (25) , que proporciona empuje o potencia al eje, o ambos simultáneamente; un convertidor de potencia (6) que transforma energía mecánica procedente del movimiento del eje proporcionado por el motor de reacción atmosférico (2) en otro tipo de energía (eléctrica, hidráulica o neumática) ; un motor (4) que puede mover un eje del motor (14) ;

caracterizado por que, · el motor (4) utiliza la energía proporcionada por el convertidor de potencia (6) para mover el eje del motor (14) bien en sentido dextrógiro o levógiro; · el eje del motor (14) mueve las ruedas del tren de aterrizaje (3) en sentido dextrógiro o levógiro, produciendo el desplazamiento de la aeronave en tierra hacia delante o hacia atrás.

– Un sistema versátil de potencia (1) de una aeronave según la reivindicación 1, caracterizado por que el motor de reacción atmosférico (2) opera en tres modos distintos:

1) suministrando sólo potencia a través de una transmisión mecánica (11) ,

2) suministrando potencia a través de una transmisión mecánica (11) , y también empuje a través de su tobera (25) ,

3) suministrando sólo empuje a través de su tobera (25) .

– Un sistema versátil de potencia (1) de una aeronave según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que el convertidor de potencia (6) transforma el movimiento del eje del motor de reacción atmosférico (2) en energía eléctrica.

– Un sistema versátil de potencia (1) de una aeronave según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que el convertidor de potencia (6) transforma el movimiento del eje del motor de reacción atmosférico (2) en energía hidráulica.

– Un sistema versátil de potencia (1) de una aeronave según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que el convertidor de potencia (6) transforma el movimiento del eje del motor de reacción atmosférico (2) en energía neumática.

– Un sistema versátil de potencia (1) de una aeronave según las reivindicaciones 3, 4, ó 5, caracterizado por que el motor (4) es un motor eléctrico, un motor hidráulico, ó un motor neumático.

– Un sistema versátil de potencia (1) de una aeronave según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el motor de reacción atmosférico (2) es un turbojet.

– Un sistema versátil de potencia (1) de una aeronave según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el motor de reacción atmosférico (2) es un turbofan.

– Un sistema versátil de potencia (1) de una aeronave según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el motor de reacción atmosférico (2) tiene al menos una toma de aire (9) que proporciona suministro de aire (10) cuando está abierta, y la toma de aire (9) no presenta resistencia aerodinámica cuando está cerrada.

– Un procedimiento de operación de una aeronave utilizando un sistema versátil de potencia (1) que comprende: · un motor de reacción atmosférico (2) , que comprende un compresor (22) , una cámara de combustión (23) ,

una turbina (24) , y una tobera (25) , que proporciona empuje o potencia al eje, o ambos simultáneamente; · un convertidor de potencia (6) que transforma energía en el eje en otro tipo de energía; · un motor (4) que puede mover un eje del motor (14) bien en sentido dextrógiro o levógiro; donde, · el convertidor de potencia (6) transforma energía mecánica procedente del movimiento del eje proporcionado por el motor de reacción atmosférico (2) en otro tipo de energía (eléctrica, hidráulica o neumática) ; · el motor (4) utiliza la energía proporcionada por el convertidor de potencia (6) para mover el eje del motor (14)

en sentido dextrógiro y levógiro; · el eje del motor (14) mueve las ruedas del tren de aterrizaje (3) en sentido dextrógiro o levógiro, produciendo el desplazamiento de la aeronave en tierra hacia delante o hacia atrás; caracterizado por que la operación del sistema versátil de potencia (1) se selecciona en cada etapa del vuelo entre uno de los siguientes modos:

- modo 1, en el que el motor de reacción atmosférico (2) trabaja solo como un turbo-eje, actuando sobre el convertidor de potencia (6) y suministrando energía al eje;

- modo 2, en el que el motor de reacción atmosférico (2) trabaja como en el modo 1 suministrando energía al eje y también proporciona empuje a través de la tobera (25) ; o,

- modo 3, en el que el motor de reacción atmosférico (2) sólo genera empuje a través de la tobera (25) .

– Un procedimiento de operación de una aeronave utilizando un sistema versátil de potencia (1) según la reivindicación 10, caracterizado por que durante las fases de embarque, aparcamiento y desembarque el sistema versátil de potencia (1) trabaja en el modo 1, suministrando potencia a la aeronave.

– Un procedimiento de operación de una aeronave utilizando un sistema versátil de potencia (1) según la reivindicación 10, caracterizado por que durante la fase de remolcado el sistema versátil de potencia (1) trabaja en el modo 1, suministrando potencia a la aeronave, y la aeronave se mueve usando el motor (4) que hace girar las ruedas del tren de aterrizaje (3) moviendo la aeronave hacia la pista de rodadura.

– Un procedimiento de operación de una aeronave utilizando un sistema versátil de potencia (1) según la reivindicación 10, caracterizado por que durante la fase de rodadura el sistema versátil de potencia (1) trabaja en el modo 2, suministrando potencia y empuje a la aeronave, y la aeronave se mueve usando el motor (4) y también debido al empuje proporcionado por la tobera (25) .

– Un procedimiento de operación de una aeronave utilizando un sistema versátil de potencia (1) según la reivindicación 10, caracterizado por que durante las fases de despegue y ascenso, el motor (4) se desconecta y el empuje se proporciona mediante los motores de reacción atmosféricos principales (12) , y el motor de reacción atmosférico (2) puede permanecer operativo proporcionando empuje adicional (modo 3) , o bien puede estar apagado.

– Un procedimiento de operación de una aeronave utilizando un sistema versátil de potencia (1) según la reivindicación 10, caracterizado por que durante el vuelo de crucero y el descenso el sistema versátil de potencia (1) trabaja en el modo 3.