Dispositivo de punta alar y métodos.

Un ala (101) que tiene un extremo hacia el exterior (103) y que define un plano del ala,

y un dispositivo de punta alar fijado al extremo hacia el exterior del ala, comprendiendo el dispositivo de punta alar:

un elemento en forma de ala superior (104) fijado para que no sea móvil con respecto al ala y que se proyecta hacia arriba con respecto al plano del ala, teniendo el elemento en forma de ala superior un borde de salida; y

un elemento en forma de ala inferior (107) fijado para que no sea móvil con respecto al elemento en forma de ala superior (104), teniendo el elemento en forma de ala inferior una cuerda de raíz (112) y un borde de salida, intersecando la cuerda de raíz del elemento en forma de ala inferior (112) el elemento en forma de ala superior (104) y proyectándose el elemento en forma de ala inferior (107) hacia abajo desde la intersección, caracterizada por que el elemento en forma de ala superior (104) es más grande que el elemento en forma de ala inferior (107) y el borde de salida del elemento en forma de ala inferior (107) es adyacente al borde de salida del elemento en forma de ala superior (104) en la intersección, y

en donde un ángulo incluido entre los elementos en forma de ala superior (104) e inferior (107) en la intersección en el lado hacia el exterior del dispositivo de punta alar en la dirección de la envergadura es menor de, o igual a, 160 grados.

Dispositivo de punta alar y métodos

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo de punta alar para la fijación al extremo hacia el exterior de un ala. También, un ala con el dispositivo de punta alar; una aeronave con el ala; un método de ajustar, o retro-ajustar, el dispositivo de punta alar a un ala; un método de modificar un dispositivo de punta alar existente; y un método de hacer funcionar un ala con el dispositivo de punta alar.

Antecedentes de la invención

Un dispositivo de punta alar se fija al extremo hacia el exterior de un ala para reducir la resistencia aerodinámica inducida en el ala. En el caso de, por ejemplo, un ala de aeronave esto puede conducir a una mejora de la eficiencia del combustible y menores emisiones de carbono. Los dispositivos de punta alar pueden tomar diversas formas.

Una aleta es un elemento en forma de ala que se extiende desde la punta alar. Una aleta se puede extender hacia arriba o hacia abajo desde la punta alar. El documento NASA TN D-8260, titulado "Un enfoque de diseño y Resultados de Túnel de Viento Seleccionado a altas velocidades de Subsónicas para Aletas Montadas en la Punta alar"; Whitcomb, RT; 1976 describe un dispositivo de punta alar que tiene una aleta inferior (que se extiende hacia abajo desde la punta alar) hacia delante de una aleta superior (que se extiende hacia arriba desde la punta alar) . El dimensionamiento de estos dispositivos de punta se recomiendan en el documento NASA TM 81230 titulado "Efecto de las Aletas o la Resistencia aerodinámica Inducida de Formas de Ala Ideales"; RT Jones y TA Lasinski 1980.

Un borde marginal de la punta alar es una forma especial del dispositivo de punta alar que se extiende verticalmente por encima y por debajo de la punta alar. El documento US 4.714.215 describe un borde marginal de la punta alar.

Otro ejemplo de un dispositivo de punta alar es una extensión de punta alar no plana, es decir, que se extiende fuera del plano del ala a la que está unido. Una aleta se puede considerar como un ejemplo particular de una extensión de punta alar no plana. El documento US 2002/0162917 describe una extensión de punta alar no plana que tiene una curvatura continuamente creciente de diedro local, aumentando continuamente el ángulo de flecha (en ambos bordes de ataque y de salida) , y disminuyendo continuamente la cuerda en la dirección hacia el exterior.

Una aleta puede incluir una porción sustancialmente plana unida a la punta alar por una porción de transición curva para formar una aleta en ángulo suave, tal como se describe en el documento US 5.348.253. La porción de transición tiene un radio de curvatura constante. Se dice que el ángulo suave especificado reduce los efectos de resistencia aerodinámica por interferencia en la punta alar.

Como alternativa, una aleta puede incluir una porción sustancialmente plana unida a la punta alar por una porción de extensión de punta alar no plana, tal como se describe en el documento WO 2008/061739. La porción de extensión punta alar no plana tiene una mayor curvatura de diedro local en la dirección hacia el exterior. Se dice que la porción de extensión de punta alar reduce aún más los efectos de resistencia aerodinámica por interferencia en comparación con una aleta en ángulo suave con una transición de radio constante.

Otro ejemplo de un dispositivo de punta alar es una extensión de punta alar sustancialmente plana, tal como la punta alar rastrillada que se describe en el documento US 6.089.502, que no se extiende sustancialmente hacia fuera del plano del ala. Las puntas alares rastrilladas pueden lograr un rendimiento de reducción de resistencia aerodinámica similar en las aletas.

Restricciones en las envergaduras de aeronaves, por ejemplo, debido a los límites de compatibilidad las puertas de los aeropuertos o las restricciones en la categoría de vuelo de las aeronaves, significan que aletas o extensiones de punta alar no planas, en lugar de puntas alares rastrilladas, pueden que tengan que ser adoptadas para reducir la resistencia aerodinámica inducida en el ala. Dado que las aletas (y las extensiones de punta alar no planas más generalmente) se extienden fuera del plano del ala a la que están unidos, un incremento efectivo del alargamiento alar se puede lograr (lo que reduce la resistencia aerodinámica inducida en el vortice sobre el ala) sin aumentar significativamente la envergadura del ala.

El problema de las restricciones de envergadura se resuelve tradicionalmente mediante la optimización del ala de aeronave en la forma en tierra (carga completa de combustible) , donde las restricciones de envergadura son aplicables. Sin embargo, debido a la flexión inducida en la forma del ala a partir de los efectos aeroelásticos durante el vuelo, la envergadura de la forma en vuelo resultante se reduce generalmente y, por lo tanto, ya no es óptima. Por tanto, este enfoque tradicional lleva un déficit de rendimiento. Este problema se hace aún más apreciable con un mayor uso de las alas relativamente flexibles para reducir el peso estructural, que tienden a dar como resultado una mayor flexión del ala bajo carga aerodinámica en comparación con los diseños más rígidos. El documento US 4.365.773 describe un borde marginal de la punta alar para una disposición alar "romboidal" doble,

que sustancialmente no sufre deformación aeroelástica durante el vuelo.

El documento US 4 674 709 A desvela un ala con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Sumario de la invención

Un primer aspecto de la invención proporciona un ala que tiene un extremo hacia el exterior y que define un plano del ala, y un dispositivo de punta alar fijado al extremo hacia el exterior del ala, comprendiendo el dispositivo de punta alar: un elemento en forma de ala superior fijado para no ser móvil con respecto al ala y que se proyecta hacia arriba con respecto al plano del ala, teniendo el elemento en forma de ala superior un borde de salida; y caracterizado por un elemento en forma de ala inferior fijado para no ser móvil con respecto al elemento en forma de ala superior, teniendo el elemento en forma de ala inferior una cuerda de raíz y un borde de salida, intersecando la cuerda de raíz del elemento en forma de ala inferior con el elemento en forma de ala superior, y proyectándose el elemento en forma de ala inferior hacia abajo desde la intersección, en el que el elemento en forma de ala superior es más grande que el elemento en forma de ala inferior y el borde de salida del elemento en forma de ala inferior es adyacente al borde de salida del elemento en forma de ala superior en la intersección, y en el que un ángulo incluido entre los elementos en forma de ala superior e inferior en la intersección en el lado hacia el exterior del dispositivo de punta alar en la dirección de la envergadura es menor de, o igual a 160 grados, Un segundo aspecto de la invención proporciona una aeronave que tiene un ala de acuerdo con el primer aspecto.

Un tercer aspecto de la invención proporciona un método de ajustar, o retro-ajustar, un dispositivo de punta alar a un ala para formar un ala de acuerdo con el primer aspecto, comprendiendo el método fijar el dispositivo de punta alar de acuerdo con el primer aspecto al extremo hacia el exterior del ala.

Un cuarto aspecto de la invención proporciona un método de modificar un dispositivo de punta alar fijado al extremo hacia el exterior de un ala, definiendo el ala un plano del ala, comprendiendo el dispositivo de punta alar existente un elemento en forma de ala superior fijado para no ser móvil con respecto al ala y que se proyecta hacia arriba con respecto al plano del ala, teniendo el elemento en forma de ala superior un borde de salida, y comprendiendo el método proporcionar un elemento en forma de ala inferior más pequeño que el elemento en forma de ala superior y que tiene una cuerda de raíz y un borde de salida, y fijar el elemento en forma de ala inferior al elemento en forma de ala superior de tal manera que: el elemento en forma de ala inferior no es móvil con respecto al elemento en forma de ala superior, la cuerda de raíz del elemento en forma de ala inferior se interseca con el elemento en forma de ala superior, y el elemento en forma de ala inferior se proyecta hacia abajo desde la intersección; y que el borde de salida del elemento en forma de ala inferior es adyacente al borde de salida del elemento en forma de ala superior en la intersección; y que un ángulo incluido entre los elementos en forma de ala superior e inferior en la intersección en el lado hacia el exterior del dispositivo de punta alar en la dirección de la envergadura es menor de, o igual a, 160 grados.

Un quinto aspecto... [Seguir leyendo]

1. Un ala (101) que tiene un extremo hacia el exterior (103) y que define un plano del ala, y un dispositivo de punta alar fijado al extremo hacia el exterior del ala, comprendiendo el dispositivo de punta alar:

un elemento en forma de ala superior (104) fijado para que no sea móvil con respecto al ala y que se proyecta hacia arriba con respecto al plano del ala, teniendo el elemento en forma de ala superior un borde de salida; y un elemento en forma de ala inferior (107) fijado para que no sea móvil con respecto al elemento en forma de ala superior (104) , teniendo el elemento en forma de ala inferior una cuerda de raíz (112) y un borde de salida, intersecando la cuerda de raíz del elemento en forma de ala inferior (112) el elemento en forma de ala superior (104) y proyectándose el elemento en forma de ala inferior (107) hacia abajo desde la intersección, caracterizada por que el elemento en forma de ala superior (104) es más grande que el elemento en forma de ala inferior (107) y el borde de salida del elemento en forma de ala inferior (107) es adyacente al borde de salida del elemento en forma de ala superior (104) en la intersección, y en donde un ángulo incluido entre los elementos en forma de ala superior (104) e inferior (107) en la intersección en el lado hacia el exterior del dispositivo de punta alar en la dirección de la envergadura es menor de, o igual a, 160 grados.

2. Un ala de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el elemento en forma de ala inferior tiene un área de forma en planta del elemento menor de aproximadamente el 25 % del área de forma en planta del elemento en forma de ala superior.

3. Un ala de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en la que un ángulo incluido entre el plano del ala y el elemento en forma de ala inferior (107) es de al menos 110 grados.

4. Un ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en la que el ángulo incluido entre los elementos en forma de ala superior (104) e inferior (107) en la intersección en el lado hacia el exterior del dispositivo de punta alar en la dirección de la envergadura es de al menos 80 grados.

5. Un ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en la que el elemento en forma de ala inferior (107) es sustancialmente plano.

6. Un ala de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el elemento en forma de ala inferior

(107) es sustancialmente no plano.

7. Un ala de acuerdo con la reivindicación 6, en la que el elemento en forma de ala inferior (107) posee una torsión de ala.

8. Un ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en la que el elemento en forma de ala inferior (107) y/o el elemento en forma de ala superior (104) tienen un ángulo de flecha.

9. Un ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en la que el elemento en forma de ala superior incluye una porción sustancialmente plana.

10. Un ala de acuerdo con la reivindicación 9, en la que el elemento en forma de ala superior es sustancialmente plano, o en la que el elemento en forma de ala superior incluye además una porción de transición arqueada adaptada para combinar suavemente el extremo hacia el exterior del ala en la porción sustancialmente plana del elemento en forma de ala superior, o en la que el elemento en forma de ala superior incluye además una extensión de punta alar curva no plana adaptada para combinar suavemente el extremo hacia el exterior del ala en la porción sustancialmente plana del elemento en forma de ala superior.

11. Un ala de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el elemento en forma de ala superior es una extensión de punta alar curva sustancialmente no plana.

12. Un ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en la que la intersección entre el elemento en forma de ala inferior (107) y el elemento en forma de ala superior (104) está en el extremo hacia el exterior del ala, o hacia el exterior del extremo hacia el exterior del ala (101) .

13. Una aeronave que incluye un ala (101) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior.

14. Una aeronave de acuerdo con la reivindicación 13, en la que, cuando la aeronave está en tierra y el ala (101) se somete a la deflexión hacia abajo debido a la carga completa de combustible, la punta (111) del elemento en forma de ala inferior (107) se extiende no más hacia el exterior en la dirección de la envergadura que la punta (109) del elemento en forma de ala superior (104) y/o la extensión a lo largo de la envergadura de la punta (111) del elemento en forma de ala inferior (107) es sustancialmente igual a la extensión a lo largo de la envergadura de la punta (109) del elemento en forma de ala superior (104) .

15. Una aeronave de acuerdo con la reivindicación 13 o la reivindicación 14, en la que, cuando la aeronave está en vuelo, la punta (111) del elemento en forma de ala inferior (107) se extiende más hacia el exterior en la dirección de la envergadura que la punta (109) del elemento en forma de ala superior (104) debido a la deformación aeroelástica de la forma del ala.

16. Un método de ajustar, o retro-ajustar, un dispositivo de punta alar a un ala (101) para formar un ala de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, comprendiendo el método fijar el dispositivo de punta alar al extremo hacia el exterior (103) del ala (101) .

17. Un método de modificar un dispositivo de punta alar fijado a y que no es móvil con respecto al extremo hacia el exterior (103) de un ala (101) , definiendo el ala un plano del ala, comprendiendo dispositivo de punta alar existente un elemento en forma de ala superior (104) fijado para que no sea móvil con respecto al ala y que se proyecta hacia arriba con respecto al plano del ala, teniendo el elemento en forma de ala superior un borde de salida, y comprendiendo el método proporcionar un elemento en forma de ala inferior más pequeño que el elemento en forma de ala superior (104) y que tiene una cuerda de raíz (112) y un borde de salida, y fijar el elemento en forma de ala inferior (107) al elemento en forma de ala superior ( 104) de tal manera que: el elemento en forma de ala inferior no es móvil con respecto al elemento en forma de ala superior, la cuerda de raíz del elemento en forma de ala inferior

(112) interseca el elemento en forma de ala superior (104) , y el elemento en forma de ala inferior (107) se proyecta hacia abajo desde la intersección (112) ; y que el borde de salida del elemento en forma de ala inferior (107) es adyacente al borde de salida del elemento en forma de ala superior (104) en la intersección; y que un ángulo incluido entre los elementos en forma de ala superior (104) e inferior (107) en la intersección en el lado hacia el exterior del dispositivo de punta alar en la dirección de la envergadura es menor de, o igual a, 160 grados.

18. A método de hacer funcionar un ala (101) que tiene un dispositivo de punta alar fijado al extremo hacia el exterior (103) del ala, definiendo el ala un plano del ala, y comprendiendo el dispositivo de punta alar:

un elemento en forma de ala superior (104) fijado para que no sea móvil con respecto al ala y que se proyecta hacia arriba con respecto al plano del ala, teniendo el elemento en forma de ala superior un borde de salida; y caracterizado por un elemento en forma de ala inferior (107) fijado para que no sea móvil con respecto al elemento en forma de ala superior (104) , teniendo el elemento en forma de ala inferior una cuerda de raíz (112) y un borde de salida, intersecando la cuerda de raíz (112) del elemento en forma de ala inferior el elemento en forma de ala superior (104) , y proyectándose el elemento en forma de ala inferior (107) hacia abajo desde la intersección (112) , en donde el elemento en forma de ala superior (104) es más grande que el elemento en forma de ala inferior (107) y el borde de salida del elemento en forma de ala inferior (107) es adyacente al borde de salida del elemento en forma de ala superior (104) en la intersección (112) , y en donde un ángulo incluido entre los elementos en forma de ala superior (104) e inferior (107) en la intersección en el lado hacia el exterior del dispositivo de punta alar en la dirección de la envergadura es menor de, o igual a, 160 grados, y comprendiendo el método someter el ala (101) a cargas aerodinámicas de tal modo que la forma del ala sufre una deformación aeroelástica hasta un estado en el que la flexión del ala provoca el giro del dispositivo de punta alar sobre la raíz del ala de tal manera que la punta (111) del elemento en forma de ala inferior (107) se extiende más hacia el exterior en la dirección de la envergadura que la punta (109) del elemento en forma de ala superior (104) .