Sistemas y métodos para el control del flujo de escape de un motor.

Una aeronave (100) que comprende:

un perfil aerodinámico (101) dotado de un carenado (102) que se extiende hacia el exterior desde unasuperficie del perfil aerodinámico;



un motor acoplado al perfil aerodinámico y configurado para producir gases de escape que son dirigidospredominantemente hacia un extremo posterior de la aeronave por el carenado como un penacho de escape;y

un conducto que se extiende desde el motor a la superficie (203) del perfil aerodinámico que está configuradopara transmitir a la superficie del perfil aerodinámico un fluido comprimido procedente del motor sin pasar porel carenado;

en la que el perfil aerodinámico comprende un dispositivo hipersustentador extensible que tiene unasuperficie hipersustentadora (104A, 104B) y en la que el conducto se extiende a través del dispositivohipersustentador hasta la superficie hipersustentadora.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2008/076857.

Solicitante: THE BOEING COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 100 NORTH RIVERSIDE PLAZA CHICAGO, IL 60606-2016 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: SHMILOVICH,ARVIN, YADLIN,YORAM, CLARK,Roger,W, GREGG,Robert,D.,III.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B64C21/04 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B64 AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA.B64C AEROPLANOS; HELICOPTEROS (vehículos de colchón de aire B60V). › B64C 21/00 Perturbación del flujo de aire sobre las superficies de aeronaves actuando sobre el flujo de la capa límite (control de capa límite en general F15D). › para el soplado (B64C 21/08 tiene prioridad).
  • B64C3/28 B64C […] › B64C 3/00 Alas (superficies estabilizadoras B64C 5/00; alas de ornitópteros B64C 33/02). › Bordes de ataque o de salida fijados a estructuras primarias, p. ej. formando ranuras fijas.

PDF original: ES-2429303_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Sistemas y métodos para el control del flujo de escape de un motor

CAMPO TÉCNICO Diversas realizaciones descritas en el presente documento versan, en general, acerca del control del escape de un motor en una aeronave y, en particular, versan acerca de procedimientos y aparatos para aumentar la sustentación motorizada producida en una superficie de una aeronave mediante el control del escape del motor.

ANTECEDENTES Los científicos y los ingenieros siguen buscando mejoras en todas las áreas de las prestaciones de las aeronaves. Por ejemplo, las campañas militares recientes han demostrado una mayor necesidad de una prestación mejorada de despegue y aterrizaje cortos (STOL) para permitir que las aeronaves operen en entornos en los que puede no haber disponibles aeropuertos sofisticados ni otras instalaciones de aterrizaje. En particular, resulta deseable crear aeronaves que sean capaces de despegar y/o de aterrizar incluso en pistas relativamente cortas.

Una manera de mejorar la prestación de STOL es aumentar la cantidad de sustentación producida en las superficies de los perfiles aerodinámicos de la aeronave. Aumentando la cantidad de sustentación producida por cada ala, por ejemplo, la aeronave puede alzar el vuelo con menor velocidad aerodinámica, reduciendo con ello la cantidad de pista necesaria para el despegue. Diversos diseños de aeronave han intentando maximizar la cantidad de sustentación producida en una superficie de perfil aerodinámico mediante el aprovechamiento del conocidísimo efecto Coandă. En muchos de estos diseños, el aire que se mueve sobre el ala puede ser “doblado hacia abajo” hacia el suelo usando dispositivos hipersustentadores y un chorro que sopla sobre una superficie curvada para aumentar la cantidad de sustentación producida. Aeronaves que han aprovechado con éxito el efecto Coandă con fines de STOL incluyen el Boeing YC-14, así como diversos vehículos aéreos no tripulados (VANT) y similares. No obstante, subsiste el deseo de diseños de aeronave con una prestación de STOL aún mejor.

El documento US4392621 describe un control direccional del factor de empuje del escape del motor en una aeronave de tipo STOL. La dirección del factor de empuje del caudal de escape de un motor en una aeronave de tipo extradós soplado incluye conductos en las alas de la aeronave que tienen válvulas rotativas de control para controlar el flujo de aire a través de los conductos desde una fuente de alta presión hasta la baja presión de la superficie del ala.

BREVE COMPENDIO Según diversas realizaciones ejemplares, la sustentación producida en una superficie de un perfil aerodinámico aumenta durante el despegue, el aterrizaje y/u otras etapas apropiadas del vuelo llevando a través de conductos fluido comprimido desde el motor a la superficie del perfil aerodinámico. Un motor produce gases de escape que se dirigen predominantemente hacia un extremo posterior de la aeronave por el carenado u otra estructura como un penacho de escape. Se extienden uno o más conductos desde el motor a la superficie del perfil aerodinámico para transmitir con ello a la superficie un fluido comprimido procedente del motor para suprimir la separación de flujo sobre la superficie, provocando con ello que el flujo de escape del motor permanezca unido a la superficie en un segmento de mayor envergadura. Tales estructuras y tales técnicas pueden encontrar uso particular en aeronaves diseñadas para aprovechar las técnicas y las estructuras de extradós soplado (USB) para la prestación de despegue y aterrizaje cortos (STOL) . Mediante la aplicación juiciosa del fluido de inyección en zonas críticas, generalmente pueden satisfacerse los objetivos de diseño usando únicamente una cantidad de fluido muy pequeña.

Según un aspecto de la invención, se proporciona una aeronave según la reivindicación 1. Según otro aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento de aumento de la sustentación producida en una superficie de un perfil aerodinámico de una aeronave según la reivindicación 10.

Diversas realizaciones proporcionan una aeronave que comprende un perfil aerodinámico dotado de un carenado que se extiende hacia el exterior desde una superficie del perfil aerodinámico. Un motor está acoplado al perfil aerodinámico y está configurado para producir gases de escape que son dirigidos predominantemente hacia un extremo posterior de la aeronave por el carenado como un penacho de escape. Uno o más conductos se extienden desde el motor a la superficie del perfil aerodinámico para transmitir un fluido comprimido a la superficie del perfil aerodinámico procedente del motor sin pasar por el carenado.

En otras realizaciones, un perfil aerodinámico está configurado para proporcionar sustentación a una aeronave dotada de motor. Un carenado del motor se extiende hacia el exterior desde una superficie del perfil aerodinámico, de modo que un plano de salida del carenado está configurado para dirigir un penacho de escape que emana del motor por al menos una porción de la superficie. En el perfil aerodinámico hay formada una pluralidad de conductos y cada conducto está configurado para transmitir a la superficie del perfil aerodinámico un fluido comprimido procedente del motor.

En otras realizaciones adicionales, se proporciona un procedimiento de aumento de la sustentación producida en una superficie de un perfil aerodinámico de una aeronave dotada de motor. Se hace funcionar el motor de la aeronave para con ello producir gases de escape. Se dirige una mayoría de los gases de escape sobre la superficie del perfil aerodinámico. Se activan uno o más conductos que se extienden desde el motor a la superficie del perfil aerodinámico para transmitir con ello a la superficie un fluido comprimido procedente del motor y para suprimir la separación de flujo sobre la superficie mientras el o los conductos permanezcan activados.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS A continuación se describirán diversas realizaciones en conjunto con las figuras de los siguientes dibujos, en las que números homólogos denotan elementos semejantes, y

la FIGURA 1 es una vista en planta de una aeronave ejemplar con prestaciones de sustentación mejoradas producidas a través del control del flujo de escape del motor; la FIGURA 2 es una vista lateral de un corte en un sistema ejemplar para el control del flujo de escape del motor en una aeronave; la FIGURA 3 es una vista en perspectiva de un sistema ejemplar para el control del flujo de escape del motor sobre un perfil aerodinámico; y las FIGURAS 4-7 son vistas descendentes de implementaciones ejemplares de sistemas de flujo de escape del motor.

DESCRIPCIÓN DETALLADA La siguiente descripción detallada es de naturaleza meramente ejemplar y no se pretende que limite las realizaciones descritas ni la aplicación y los usos de las realizaciones descritas. Además, no hay intención alguna de que esté limitada por ninguna teoría expresada o implicada presentada en el campo técnico, los antecedentes, el breve compendio precedentes o en la siguiente descripción detallada.

En general, la cantidad de sustentación producida en una superficie de una aeronave puede ser incrementada mejorando el flujo de aire sobre la superficie. Especialmente en el caso de aeronaves de STOL diseñadas para aprovechar el efecto Coandă, la sustentación puede ser reducida por efectos tridimensionales por los que el aire que fluye por un perfil aerodinámico se separa de la superficie de la aeronave. Restringiendo los efectos tridimensionales del flujo de aire y fomentando en su lugar el flujo bidimensional por la superficie, se puede aumentar la sustentación producida por los flujos de aire Coandă sobre la superficie.

Una manera de reducir un flujo tridimensional de aire sobre una superficie de una aeronave es proporcionar un sistema de conductos que dirige caudales de fluido comprimido (por ejemplo, escape del motor u otro aire comprimido) desde el motor a emplazamientos apropiados en la superficie de un perfil aerodinámico. Los caudales llevados a través de conductos suprimen de forma adecuada la separación del flujo de aire y/o fomentan de otra manera el flujo de aire de forma bidimensional en una sección más ancha de la superficie del perfil aerodinámico. Tales conductos pueden ser desplegados al menos durante el despegue y/o el aterrizaje para proporcionar una sustentación aumentada, y pueden ser desconectados durante el vuelo horizontal y/o en otros momentos según sea apropiado. Al reducir los efectos tridimensionales del flujo de aire sobre la superficie del perfil aerodinámico mientras los conductos están activos, puede aumentar el efecto Coandă producido sobre la superficie de un perfil aerodinámico, resultando con... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una aeronave (100) que comprende:

un perfil aerodinámico (101) dotado de un carenado (102) que se extiende hacia el exterior desde una superficie del perfil aerodinámico; un motor acoplado al perfil aerodinámico y configurado para producir gases de escape que son dirigidos predominantemente hacia un extremo posterior de la aeronave por el carenado como un penacho de escape; y

un conducto que se extiende desde el motor a la superficie (203) del perfil aerodinámico que está configurado para transmitir a la superficie del perfil aerodinámico un fluido comprimido procedente del motor sin pasar por el carenado; en la que el perfil aerodinámico comprende un dispositivo hipersustentador extensible que tiene una superficie hipersustentadora (104A, 104B) y en la que el conducto se extiende a través del dispositivo hipersustentador hasta la superficie hipersustentadora.

2. La aeronave de la reivindicación 1 que, además, comprende un controlador configurado para permitir de forma conmutable que una parte de los gases de escape pase a través del conducto en un primer estado de funcionamiento de la aeronave.

3. La aeronave de la reivindicación 2 en la que el controlador está configurado, además, para evitar que dicha parte de los gases de escape pase a través del conducto en un segundo estado de funcionamiento de la aeronave.

4. La aeronave de la reivindicación 1 que, además, comprende un controlador (202) configurado para permitir que

dicha parte de los gases de escape pase a través del conducto mientras el dispositivo hipersustentador esté extendido, y para evitar que dicha parte de los gases de escape pase a través del conducto mientras el dispositivo hipersustentador no esté extendido.

5. La aeronave de la reivindicación 1 en la que el fluido comprimido comprende parte del escape del motor. 30

6. La aeronave de la reivindicación 1 en la que el fluido comprimido emana de una porción de compresor del motor.

7. La aeronave de la reivindicación 1 en la que el fluido comprimido emana de una fuente de aire de purga del 35 motor.

8. La aeronave de la reivindicación 1 en la que el fluido comprimido emana de una porción de ventilador del motor.

9. La aeronave (100) de la reivindicación 1 en la que el perfil aerodinámico (101) es un ala, en la que la superficie es el extradós del ala y en la que el carenado (102) se extiende hacia el exterior desde el extradós del ala, de modo que la aeronave sea una aeronave de extradós soplado.

10. Un procedimiento para aumentar la sustentación producida en una superficie (203) de un perfil aerodinámico 45 (101) de una aeronave dotada de motor, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

hacer funcionar el motor para con ello producir gases de escape; dirigir una mayoría de los gases de escape sobre la superficie del perfil aerodinámico; y activar de forma conmutable un conducto que se extiende desde el motor a la superficie del perfil

aerodinámico para transmitir con ello a la superficie un fluido comprimido procedente del motor y para suprimir la separación de flujo sobre la superficie mientras el conducto esté activado; en el que el perfil aerodinámico comprende un dispositivo hipersustentador extensible que tiene una superficie hipersustentadora (104A, 104B) y en el que el conducto se extiende a través del dispositivo hipersustentador hasta la superficie hipersustentadora.

11. El procedimiento de la reivindicación 10 que, además, comprende la etapa de desactivar subsiguientemente el conducto para suspender la transmisión del fluido comprimido.

12. El procedimiento de la reivindicación 11 en el que la etapa de activación ocurre mientras está desplegada una

estructura hipersustentadora asociada con el perfil aerodinámico y en el que la etapa de desactivación ocurre cuando la estructura hipersustentadora no está desplegada.


 

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