Submarino con actuador piezoeléctrico en el dispositivo de propulsión.

Submarino con un cuerpo de presión y con al menos un dispositivo de propulsión para mover un componente(8),

que presenta al menos un actuador piezoeléctrico (12, 14), caracterizado por que el actuador piezoeléctrico (12,14) está dispuesto en el componente (8) a mover de tal manera que se puede poner en contacto y fuera de contactocon éste, y por que el actuador (12, 14) presenta al menos dos piezoelementos (2, 4, 6) acoplados entre sí en unadirección perpendicular a la dirección de movimiento del componente, en el que un primer piezoelemento (6) esvariable en la forma en la dirección perpendicular a la dirección de movimiento del componente y un segundopiezoelemento (2, 4) es variable en la forma en un plano perpendicular a la dirección de deformación del primerpiezoelemento (6).

Submarino con actuador piezoeléctrico en el dispositivo de propulsión La invención se refiere a un submarino con las características indicadas en el preámbulo de la reivindicación 1.

En los submarinos se emplean dentro y fuera del cuerpo de presión una pluralidad de dispositivos de propulsión accionados eléctrica o hidráulicamente. A ellos pertenecen, además del motor propulsor, por ejemplo, dispositivos para la regulación del timón así como dispositivos para la extensión de diversos objetos fuera del cuerpo de submarino. Por razones de seguridad, tales dispositivos de propulsión se preparan la mayoría de las veces dobles, para tener disponible una propulsión de sustitución en el caso de fallo de una propulsión. Esto va unido normalmente con una necesidad de espacio grande, lo que es desfavorable a la vista de la oferta de espacio limitada, especialmente en submarinos más pequeños, puesto que las propulsiones eléctricas deben transmitir las fuerzas o bien los momentos grandes y, en general, también todavía deben conectarse posteriormente transmisiones. En los submarinos militares, se ha revelado, además, que es desfavorable que las transmisiones mecánicas pueden generar ruidos, que representan, además de una signatura electromagnética problemática de los motores eléctricos, adicionalmente una signatura acústica. Las signaturas generadas por los propulsores hidráulicos son, en general, insignificantes, pero en los sistemas hidráulicos existe, en principio, el peligro de fugas, lo que puede conducir a una fuga de aceite hidráulico y en el caso de empleo fuera del cuerpo de presión, también puede conducir a una penetración del agua del mar.

Por lo demás, se conoce utilizar propulsores piezoeléctricos en dispositivos o vehículos utilizados en un líquido o debajo del agua. Así, por ejemplo, se deducen a partir de los documentos US 2006/172629 A1, US 2006/173589 A1 y US 3.154.043 A dispositivos y vehículos, que presentan disposiciones de propulsión en un lado exterior que se encuentra en contacto con un líquido o bien con el agua. En estos dispositivos de propulsión, una pluralidad de actuadores piezoeléctricos dispuestos adyacentes entre sí con elementos en forma de barra fijados en ellos forman un campo de propulsión, que puede realizar un movimiento de las olas a través del control correspondiente de los actuadores.

En el documento US 4.429.652 se describe un torpedo, en el que zonas de la pared exterior, que están acopladas con piezocristales, son desplazadas en oscilación por medio del control correspondiente, para reducir la resistencia al agua del torpedo.

Ante estos antecedentes, la invención tiene el cometido de crear un submarino con dispositivos de propulsión mejorados, que no presentan los inconvenientes de los dispositivos de propulsión utilizados hasta ahora.

Este cometido se soluciona por medio del submarino con las características indicadas en la reivindicación 1, en el que los desarrollos ventajosos de este submarino se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes, de la descripción siguiente así como del dibujo.

El submarino de acuerdo con la invención, en el que se trata especialmente de un submarino militar, dispone de un cuerpo de presión y de al menos un dispositivo de propulsión para el movimiento de un componente, en el que en el sentido de la invención por un componente se entiende no sólo una pieza individual sino también un grupo de construcción, por ejemplo en forma de un aparato o de un dispositivo.

De acuerdo con la invención, el dispositivo de accionamiento está equipado con al menos un actuador piezoeléctrico. En este caso, se trata de un actuador, que presenta un elemento de construcción de un material piezoeléctrico, que modifica su forma y, por lo tanto, la forma del actuador en virtud del efecto piezoeléctrico inverso. Este actuador está acoplado en el movimiento con el componente a mover de tal manera que el componente se mueve a través de la modificación de la forma del actuador. En general, la instalación de propulsión presentará más de un actuador piezoeléctrico, de manera que el número de los actuadores necesarios depende en último término de la fuerza que debe aplicarse para el movimiento del componente o bien del momento necesario para ello.

La utilización de uno o de varios dispositivos de propulsión con al menos un actuador piezoeléctrico en un submarino va unido con muchas ventajas. El empleo de uno o más de estos actuadores para la propulsión de un componente posibilita recorridos de movimiento de longitud esencialmente discrecional del componente con una exactitud de posicionamiento que se encuentra en el intervalo de micrómetros. Con relación a las fuerzas de avance y a las velocidades de avance generadas por él, el dispositivo de propulsión, que utiliza los actuadores piezoeléctricos, puede presentar, en comparación con los dispositivos de propulsión eléctricos e hidráulicos empleados hasta ahora un tamaño de construcción claramente más compacto.

Otra ventaja de un dispositivo de propulsión de este tipo se puede ver en que los actuadores piezoeléctricos están casi libres de mantenimiento y de desgaste, puesto que su principio activo se basa en una modificación de la forma cristalina y no en partes móviles. Sin embargo, si se produjera un fallo de un actuador piezoeléctrico, esto no es problemático al menos en aquellos dispositivos de propulsión que están equipados con una pluralidad de estos actuadores. Aquí el fallo de actuadores individuales puede conducir, en efecto, a un empeoramiento de la potencia,

pero no a un fallo completo de la propulsión.

La signatura electromagnética de dispositivos de propulsión con actuadores piezoeléctricos es insignificante en comparación con los dispositivos de propulsión eléctrica habituales hasta ahora o en el mejor de los casos incluso no existe. Lo mismo se aplica para la signatura acústica de tales dispositivos de propulsión, puesto que los actuadores piezoeléctricos típicamente generan ondas de ultrasonido con un alcance de propagación muy reducido y, por lo tanto, no son perceptibles ya a poca distancia del submarino.

El actuador piezoeléctrico está dispuesto en el componente a mover de tal manera que se puede poner en contacto y fuera de contacto con éste. En este contexto, está previsto con preferencia que el contacto entre el actuador y el componentes se pueda establecer directamente a través de una modificación de la forma del actuador. El actuador está dispuesto y configurado de tal forma que el contacto del componente se realiza esencialmente en una dirección perpendicularmente a la dirección de movimiento del componente y conduce a una unión por aplicación de fuerza entre el actuador y el componente. Con esta finalidad, por ejemplo, una guarnición de fricción puede formar una superficie del actuador que contacta con el componente. Para poder mover el componente, el actuador es variable en la forma típicamente también en la dirección del movimiento del componente. De esta manera, el actuador se puede poner en contacto en primer lugar con el componente a través de una primera modificación de la forma y el componente se puede mover entonces a través de otra modificación de la forma dirigida en la dirección del movimiento del componente. En este caso, se pueden realizar recorridos de movimiento del componente esencialmente discrecionales, poniendo el actuador varias veces en contacto y fuera de contacto de forma sucesiva con el componente, moviendo el actuador el componente en las fases de contacto en etapas de empuje relativamente pequeñas, que se suceden muy rápidamente.

El actuador presenta al menos dos piezoelementos acoplados entre sí en una dirección perpendicularmente a la dirección del movimiento del componente, cuyo primer piezoelemento es variable en la forma en la dirección perpendicular a la dirección del movimiento del componente y cuyo segundo piezoelemento es variable en la forma en un plano perpendicular a la dirección de deformación del primer piezoelemento. En este caso, el primer piezoelemento sirve para establecer un contacto del actuador con el componente a mover o bien para liberar tal contacto, mientras que el segundo piezoelemento mueve el componente en contacto con el actuador como consecuencia de su deformación en el plano perpendicularmente a la dirección de deformación del primer piezoelemento.

El dispositivo de propulsión del submarino de acuerdo con la invención puede estar configurado de manera ventajosa para la generación de un movimiento lineal, es decir, que puede servir para la generación de un movimiento lineal de un componente a lo largo de un eje de movimiento. En este caso, el dispositivo de propulsión puede... [Seguir leyendo]

1. Submarino con un cuerpo de presión y con al menos un dispositivo de propulsión para mover un componente (8) , que presenta al menos un actuador piezoeléctrico (12, 14) , caracterizado por que el actuador piezoeléctrico (12, 14) está dispuesto en el componente (8) a mover de tal manera que se puede poner en contacto y fuera de contacto con éste, y por que el actuador (12, 14) presenta al menos dos piezoelementos (2, 4, 6) acoplados entre sí en una dirección perpendicular a la dirección de movimiento del componente, en el que un primer piezoelemento (6) es variable en la forma en la dirección perpendicular a la dirección de movimiento del componente y un segundo piezoelemento (2, 4) es variable en la forma en un plano perpendicular a la dirección de deformación del primer piezoelemento (6) .

2. Submarino de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo de propulsión está configurado para la generación de un movimiento lineal y/o para la generación de un movimiento giratorio.

3. Submarino de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que el dispositivo de propulsión está constituido por una combinación de actuadores-X-Z y de actuadores-Y-Z o de actuadores-X-Y-Z.

4. Submarino de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo de propulsión está dispuesto fuera del cuerpo de presión.

5. Submarino de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo de propulsión forma parte de una instalación extensible (16) para aparatos extensibles (18) .

6. Submarino de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el dispositivo de propulsión forma un motor de hélices.

7. Submarino de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el dispositivo de propulsión forma parte de una instalación de timón.

8. Submarino de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el dispositivo de propulsión forma parte de un dispositivo de cierre y de apertura de puertas o trampillas.

9. Submarino de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el dispositivo de propulsión forma parte de un dispositivo de transporte, en particular forma parte de un dispositivo de transporte y de arranque de torpedos.

10. Submarino de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el dispositivo de propulsión forma parte de un dispositivo de expulsión, en particular de un dispositivo de expulsión de torpedos.

11. Submarino de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los actuadores piezoeléctricos están alojados elásticamente.

12. Submarino de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los actuadores del dispositivo de propulsión fijan los componentes a mover en el estado libre de tensión.

13. Submarino de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo de propulsión es un piezomotor de ultrasonido.