Dispositivo para modificar la geometría de una superficie aerodinámica.

Un dispositivo (1) para variar una geometría de un perfil alar,

en particular para un borde de ataque de alas (2) para una aeronave (100), comprendiendo el dispositivo (1):

• un ala (2) que comprende al menos un cuerpo (2a) fijo del ala que se extiende a lo largo de una dirección (A) de desarrollo principal transversal con respecto a un eje (B) longitudinal de la aeronave (100) y un bastidor (2b) de refuerzo, estando configurado el cuerpo (2a) del ala para definir al menos una superficie (3) superior y al menos una superficie (4) inferior, y un perfil (9) alar del ala (2);

• al menos una superficie (8) expuesta que se extiende longitudinalmente sustancialmente paralela a la dirección (A) de desarrollo del cuerpo (2a) para al menos una porción del desarrollo total del cuerpo (2a), exhibiendo la superficie (8) expuesta al menos una primera y al menos una segunda porción (6, 7) de acoplamiento constreñidas al cuerpo (2a) del ala respectivamente en la superficie superior y en la superficie inferior (3, 4) del cuerpo, definiendo la superficie (8) expuesta, en cooperación con la superficie (3) superior y la superficie (4) inferior del cuerpo (2a), al menos una porción delantera y/o trasera del ala (2) que delimita internamente un compartimento (9a) de alojamiento, comprendiendo la superficie (8) expuesta al menos una porción (5) deformable interpuesta entre la primera y la segunda porción (6, 7) de acoplamiento y que puede moverse relativamente hacia el cuerpo (2a) del ala para determinar variaciones de geometría del perfil (9) alar del ala (2); en sección, de acuerdo con un plano perpendicular a la dirección (A) de desarrollo del cuerpo, exhibiendo la superficie (8) expuesta un perfil continuo, sin interrupción en la continuidad, entre las primeras y segundas porciones (6, 7) de acoplamiento, extendiéndose dicha porción (5) deformable longitudinalmente a lo largo de todo el desarrollo longitudinal de la superficie (8) expuesta y transversalmente entre la primera y segunda porción (6, 7) de acoplamiento de la superficie (8) expuesta;

• al menos dos mecanismos (10) para variar el perfil alar, ubicados respectivamente en un primer y un segundo extremo (5a, 5b) longitudinal de la porción (5) de deformación, estando dispuesto cada mecanismo (10) internamente en el compartimento (9a) de alojamiento y exhibiendo una primera porción (11) de acoplamiento constreñida al bastidor (2b) del ala (2) y al menos una segunda porción (12) de acoplamiento activa sobre la porción (5) deformable de la superficie (8) expuesta, estando configurados los mecanismos (10) para moverse relativamente hacia el cuerpo (2a) del ala en un plano transversal a la dirección (A) de desarrollo principal del cuerpo (2a) para definir una variación en geometría de la porción (5) deformable de la superficie (8) expuesta, determinando la variación en geometría de la porción (5) deformable la variación en la forma del perfil (9) alar del ala (2), comprendiendo cada mecanismo (10), para variar el perfil alar, una pluralidad de elementos (17) de empuje que pueden rotar alrededor de un eje de rotación, acoplándose cada uno de los elementos (17) de empuje a la porción (5) deformable en un punto (18) de empuje respectivo y diferente para guiar la variación de geometría de la porción (5) de deformación;

• al menos un elemento (13) de activación configurado para mover los mecanismos (10) para variar el perfil alar a lo largo del plano transversal, comprendiendo el elemento (13) de activación al menos un accionador (14) configurado para generar un empuje (S) y un mecanismo (28) cinemático que recibe el empuje (S) generado por el accionador (14) y configurado para mover los mecanismos (10), estando ubicado el accionador (14) y configurado para generar un empuje (S) en una dirección transversal al plano de movimiento de los mecanismos (10), recibiendo el mecanismo (28) cinemático el empuje (S) generado por el accionador (14) y generando una acción correspondiente sobre los mecanismos (10) para mover los mecanismos (10) en el plano de movimiento transversal a la dirección (A) de desarrollo principal; comprendiendo dicho dispositivo (1) al menos un segundo mecanismo (19) en cada extremo longitudinal de la porción (5) deformable para variar el perfil alar dispuesto internamente en el compartimento (9a) de alojamiento y en cooperación con al menos uno de los mecanismos (10), exhibiendo el segundo mecanismo (19) una primera porción (20) de acoplamiento constreñida al bastidor (2b) y al menos una segunda porción (21) de acoplamiento activa sobre la porción (5) deformable de la superficie (8) expuesta, estando configurado el segundo mecanismo (19) para rotar relativamente hacia el bastidor (2b) alrededor de un eje (M) transversal a lo largo de al menos un plano que coincide con o es paralelo al plano de movimiento de los mecanismos (10) para variar el perfil alar para guiar adicionalmente la deformación de la porción (5) deformable de la superficie (8) expuesta, estando separada la primera porción (20) de acoplamiento del segundo mecanismo (19) al menos de la primera porción (11) de acoplamiento de los mecanismos (10) para variar el perfil alar, caracterizado porque el segundo mecanismo (19) comprende una pluralidad de elementos (23) de empuje capaces de rotar alrededor del eje (M) transversal, cada uno de los cuales está activo sobre la porción (5) deformable en diferentes puntos (24) de empuje para guiar la variación en geometría de la porción (5) deformable.

Dispositivo para modificar la geometría de una superficie aerodinámica Campo de la invención La presente invención se refiere a un dispositivo para variar la geometría del perfil alar. La presente invención puede usarse en alas de aeronaves, tales como aviones para uso civil.

En detalle, la invención se investiga en particular para modificar la geometría del borde de ataque del ala con el objetivo de moverla desde una condición no deformada optimizada para el vuelo de crucero a una condición de alta elevación, necesaria durante las etapas de despegue y/o aterrizaje de la aeronave.

Técnica anterior El ala es la superficie horizontal de una aeronave destinada a generar elevación mediante las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre la misma.

El ala de una aeronave se caracteriza por un perfil alar predeterminado cuya forma determina, entre otras cosas, las características de vuelo de una aeronave. La necesidad de adaptarse a diversas condiciones de vuelo ha conducido a la introducción de dispositivos especiales configurados para variar, durante algunas etapas, la geometría del perfil alar, con la consiguiente introducción de las posibilidades de adaptación del ala a diversas situaciones (por ejemplo, la etapa de aterrizaje, despegue o vuelo de crucero) . Estos dispositivos, conocidos como dispositivos de alta elevación, comprenden estructuras móviles que modifican el perfil alar en la geometría de los mismos (longitud de la cuerda, curvatura, etc.) variando las fuerzas aerodinámicas que se generan. En particular, estos dispositivos proporcionan una "alta elevación" a la aeronave en determinadas situaciones en las que es necesario incrementar la elevación del ala (generalmente el término "flap" se usa cuando las piezas móviles modifican el borde trasero o "aleta auxiliarâ?? cuando las piezas móviles modifican el borde de ataque del ala) .

Estas estructuras móviles son de hecho estructuras añadidas que sirven para modificar el perfil alar variando en general tanto la longitud como la forma del mismo; estas estructuras móviles, durante su uso, salen del compartimento de ala y provocan el incremento deseado en elevación (elevación alta) ; sin embargo, las discontinuidades geométricas superficiales presentes en la condición retraída (vuelo de crucero) incrementan los flujos turbulentos en el perfil con una reducción consiguiente de la elevación máxima teórica del ala y el incremento de resistencia aerodinámica.

Por estos motivos, se han diseñado dispositivos para variar el perfil alar que pueden provocar deformación del perfil alar, también del borde de ataque del ala, aprovechando mecanismos que pueden actuar desde el interior del perfil alar en las superficies implicadas sin introducir interrupciones en la continuidad del perfil.

Un primer ejemplo, descrito en el documento US 3.716.209 A, se refiere a un generador de elevación, que puede aplicarse a una aeronave con alas, configurado para controlar las superficies auxiliares, tales como flaps y alerones. El generador de elevación exhibe una superficie externa flexible, que define una porción de un perfil alar y un elemento de activación configurado para mover la superficie externa flexible. El elemento de activación comprende un dispositivo de contacto, que puede moverse por rotación con respecto a un cuerpo fijo del ala en un plano perpendicular a una dirección de desarrollo longitudinal del ala. El dispositivo descansa en la superficie flexible, y después del movimiento del dispositivo de contacto, empuja y deforma la superficie flexible. El elemento de activación se constituye de un accionador constreñido en un lado del mismo al cuerpo fijo del ala mientras que, en el otro lado del mismo, se acopla al dispositivo de contacto; el accionador se configura para empujar y por consiguiente mover el dispositivo móvil y permitir la deformación de la superficie externa flexible. El accionador funciona en el mismo plano de rotación que el dispositivo de contacto y genera una fuerza de empuje dirigida perpendicularmente a la dirección longitudinal del ala (la dirección de empuje coincide sustancialmente con la dirección de avance/arrastre generada por el aire.

Un segundo ejemplo, descrito en el documento WO 2004/108525 A1, se refiere a un dispositivo para variar la geometría de alas de aeronaves para variar/mover los contornos exteriores, en particular variando el perfil alar de un ala.

El dispositivo comprende un bastidor deformable que exhibe en el exterior del mismo una primera y una segunda superficie móvil contadora que define internamente un compartimento de alojamiento. El bastidor deformable puede moverse a lo largo de un plano perpendicular a una dirección de extensión longitudinal de la primera y la segunda superficie. En el interior del compartimento de alojamiento se encuentra un bastidor de conexión acoplado al bastidor deformable y configurado para reforzar el bastidor. El dispositivo comprende un accionador también acoplado de manera interna en el compartimento de alojamiento y configurado para ejercer, en el bastidor de conexión, un empuje que se encuentra en el plano de movimiento del mismo. El accionador se configura de hecho para ejercer una fuerza, paralela al plano de rotación del bastidor deformable, en el bastidor de conexión para mover el bastidor deformable con una variación consiguiente en la forma de las superficies externas del mismo.

Un tercer ejemplo, descrito en el documento GB1580974A, se refiere a miembros de producción de elevación en aeronaves que tienen medios para incrementar la elevación para variar la geometría de las alas de aeronaves para variar/mover el perfil alar.

El ala de la aeronave tiene una porción fija que define un cuerpo central principal del ala y una porción de borde de ataque móvil conectada a dicha porción fija: la porción móvil se coloca de manera delantera con respecto a dicha porción fija y es continua sin interrupciones con la superficie exterior de esta última. La porción fija tiene un larguero de extensión desde el que sobresalen de manera fija un par de brazos paralelos separados en el sentido de la cuerda (brazos fijos al cuerpo principal del ala) . Un par adicional de brazos móviles paralelos y separados en el sentido de la cuerda pivotan en estos brazos fijos alrededor de un eje en el sentido de la envergadura; cada uno de dichos brazos móviles está constreñido al respectivo brazo fijo, un carril guía y a la porción móvil a través de respectivos enlaces.

La rotación de los brazos móviles se genera mediante un accionador; cada extremo del accionador se conecta respectivamente a dichos brazos móviles mediante una conexión articulada: el movimiento del accionador genera la rotación de los brazos móviles (6 y 7) .

Un cuarto ejemplo, descrito en el documento US3698668, se refiere a un mecanismo de curvatura variable para una superficie aerodinámica en el que una serie de miembros de armadura se montan de manera que giran sobre articulaciones inclinadas y dispuestos en una alineación general en el sentido de la cuerda de una superficie aerodinámica.

Los miembros se activan a través de un mecanismo de mando por cremallera de dentadura helicoidal para rotar fuera de alineación, proporcionan una fuerza de contracción en el sentido de la cuerda que a través de un intradós unido de deslizamiento, en el caso del ala de un avión, permite el acortamiento de esa superficie en relación con la superficie superior y por tanto proporciona la curvatura deseada a la superficie aerodinámica. Véase la figura 5 mencionada a continuación.

Un quinto ejemplo, descrito en el documento US2010/224734A1, se refiere a un aparato que comprende una estructura que tiene un primer lado, un segundo lado sustancialmente opuesto al primer lado, un revestimiento flexible y una pluralidad de conjuntos deformables. El revestimiento flexible se une al primer lado y al segundo lado de la estructura. La pluralidad de conjuntos deformables se conecta de manera móvil a la estructura, en la que cada conjunto deformable en la pluralidad de conjuntos deformables tiene un vértice y una base. Cada conjunto deformable en la pluralidad de conjuntos deformables tiene una altura que es capaz de cambiar una forma de la estructura y una forma del revestimiento flexible. El conjunto deformable tiene una única estructura que puede rotar alrededor de un par de articulaciones (eje único) y un accionador configurado para rotar dicha estructura única.

Los ejemplos antes descritos definen perfiles alares sin discontinuidades y pueden variar la geometría del perfil alar. Los dispositivos descritos en los ejemplos, con respecto a los flaps y aletas auxiliares tradicionales, pueden reducir la generación de flujos turbulentos en el perfil... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo (1) para variar una geometría de un perfil alar, en particular para un borde de ataque de alas (2) para una aeronave (100) , comprendiendo el dispositivo (1) :

â?¢ un ala (2) que comprende al menos un cuerpo (2a) fijo del ala que se extiende a lo largo de una dirección (A) de desarrollo principal transversal con respecto a un eje (B) longitudinal de la aeronave (100) y un bastidor (2b) de refuerzo, estando configurado el cuerpo (2a) del ala para definir al menos una superficie (3) superior y al menos una superficie (4) inferior, y un perfil (9) alar del ala (2) ;

â?¢ al menos una superficie (8) expuesta que se extiende longitudinalmente sustancialmente paralela a la dirección (A) de desarrollo del cuerpo (2a) para al menos una porción del desarrollo total del cuerpo (2a) , exhibiendo la superficie (8) expuesta al menos una primera y al menos una segunda porción (6, 7) de acoplamiento constreñidas al cuerpo (2a) del ala respectivamente en la superficie superior y en la superficie inferior (3, 4) del cuerpo, definiendo la superficie (8) expuesta, en cooperación con la superficie (3) superior y la superficie (4) inferior del cuerpo (2a) , al menos una porción delantera y/o trasera del ala (2) que delimita internamente un compartimento (9a) de alojamiento, comprendiendo la superficie (8) expuesta al menos una porción (5) deformable interpuesta entre la primera y la segunda porción (6, 7) de acoplamiento y que puede moverse relativamente hacia el cuerpo (2a) del ala para determinar variaciones de geometría del perfil (9) alar del ala (2) ; en sección, de acuerdo con un plano perpendicular a la dirección (A) de desarrollo del cuerpo, exhibiendo la superficie (8) expuesta un perfil continuo, sin interrupción en la continuidad, entre las primeras y segundas porciones (6, 7) de acoplamiento, extendiéndose dicha porción (5) deformable longitudinalmente a lo largo de todo el desarrollo longitudinal de la superficie (8) expuesta y transversalmente entre la primera y segunda porción (6, 7) de acoplamiento de la superficie (8) expuesta;

â?¢ al menos dos mecanismos (10) para variar el perfil alar, ubicados respectivamente en un primer y un segundo extremo (5a, 5b) longitudinal de la porción (5) de deformación, estando dispuesto cada mecanismo (10) internamente en el compartimento (9a) de alojamiento y exhibiendo una primera porción (11) de acoplamiento constreñida al bastidor (2b) del ala (2) y al menos una segunda porción (12) de acoplamiento activa sobre la porción (5) deformable de la superficie (8) expuesta, estando configurados los mecanismos (10) para moverse relativamente hacia el cuerpo (2a) del ala en un plano transversal a la dirección (A) de desarrollo principal del cuerpo (2a) para definir una variación en geometría de la porción (5) deformable de la superficie (8) expuesta, determinando la variación en geometría de la porción (5) deformable la variación en la forma del perfil (9) alar del ala (2) , comprendiendo cada mecanismo (10) , para variar el perfil alar, una pluralidad de elementos (17) de empuje que pueden rotar alrededor de un eje de rotación, acoplándose cada uno de los elementos (17) de empuje a la porción (5) deformable en un punto (18) de empuje respectivo y diferente para guiar la variación de geometría de la porción (5) de deformación;

â?¢ al menos un elemento (13) de activación configurado para mover los mecanismos (10) para variar el perfil alar a lo largo del plano transversal, comprendiendo el elemento (13) de activación al menos un accionador (14) configurado para generar un empuje (S) y un mecanismo (28) cinemático que recibe el empuje (S) generado por el accionador (14) y configurado para mover los mecanismos (10) , estando ubicado el accionador (14) y configurado para generar un empuje (S) en una dirección transversal al plano de movimiento de los mecanismos (10) , recibiendo el mecanismo (28) cinemático el empuje (S) generado por el accionador (14) y generando una acción correspondiente sobre los mecanismos (10) para mover los mecanismos (10) en el plano de movimiento transversal a la dirección (A) de desarrollo principal; comprendiendo dicho dispositivo (1) al menos un segundo mecanismo (19) en cada extremo longitudinal de la porción (5) deformable para variar el perfil alar dispuesto internamente en el compartimento (9a) de alojamiento y en cooperación con al menos uno de los mecanismos (10) , exhibiendo el segundo mecanismo (19) una primera porción (20) de acoplamiento constreñida al bastidor (2b) y al menos una segunda porción (21) de acoplamiento activa sobre la porción (5) deformable de la superficie

(8) expuesta, estando configurado el segundo mecanismo (19) para rotar relativamente hacia el bastidor (2b) alrededor de un eje (M) transversal a lo largo de al menos un plano que coincide con o es paralelo al plano de movimiento de los mecanismos (10) para variar el perfil alar para guiar adicionalmente la deformación de la porción (5) deformable de la superficie (8) expuesta, estando separada la primera porción (20) de acoplamiento del segundo mecanismo (19) al menos de la primera porción (11) de acoplamiento de los mecanismos (10) para variar el perfil alar, caracterizado porque el segundo mecanismo (19) comprende una pluralidad de elementos

(23) de empuje capaces de rotar alrededor del eje (M) transversal, cada uno de los cuales está activo sobre la porción (5) deformable en diferentes puntos (24) de empuje para guiar la variación en geometría de la porción (5) deformable.

2. El dispositivo de la reivindicación anterior, en el que cada uno de los mecanismos (10) para variar el perfil alar comprende al menos un sistema de palanca (L) provisto de una primera y al menos de una segunda porción (10a, 10b) de constricción separadas la una de la otra, acoplándose la primer porción (10a) de constricción al bastidor (2b) para definir una constricción de tipo articular entre el mecanismo (10) y el bastidor, siendo móvil el sistema de palanca (L) en rotación alrededor de un eje (J) que es sustancialmente perpendicular al plano de movimiento del mecanismo (10) .

3. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el mecanismo (28) cinemático comprende una primera articulación fija y constreñida establemente al bastidor (2b) , una segunda articulación móvil constreñida a uno de los mecanismos (10) y una articulación de empuje interpuesta entre la primera articulación fija

y la segunda articulación móvil, configurándose el accionador (14) para ejercer el empuje (S) sobre el mecanismo (28) cinemático, en particular sobre la articulación de empuje, y para permitir el movimiento de la segunda articulación móvil con respecto a la primera articulación fija con un movimiento consiguiente del mecanismo (10) a lo largo del plano de movimiento transversal.

4. El dispositivo de la reivindicación 1 o 2 o 3, en el que el mecanismo (28) cinemático comprende al menos un primer brazo (15) que exhibe al menos una primera y una segunda porción (15a, 15b) de acoplamiento ubicadas respectivamente en un primer y un segundo extremo del primer brazo (15) , estando articulada la primera porción (15a) de acoplamiento al bastidor (2b) , en particular en un punto que se distancia de la primera porción (10a) de constricción de los mecanismos (10) , exhibiendo el elemento (13) de activación un segundo brazo (16) que tiene al menos una primera y una segunda porción (16a, 16b) de acoplamiento ubicadas respectivamente en un primer y un segundo extremo del segundo brazo (16) , estando articulada la primera porción (16a) de acoplamiento del segundo brazo a uno de los mecanismos (10) y en particular a la segunda porción (10b) de constricción del mecanismo (10) , articulándose la segunda porción (16b) de acoplamiento del segundo brazo a la segunda porción (15b) de acoplamiento del primer brazo (15) , estando configurados el primer y segundo brazo (15, 16) al menos para rotar alrededor de la primera porción (15a) de acoplamiento del primer brazo (15) , constriñendo el acoplamiento de la segunda porción (10b) de constricción del mecanismo (10) y la primera porción (16a) de acoplamiento del segundo brazo (16) , el mecanismo (28) cinemático con el mecanismo (10) en movimiento, en particular, en rotación.

5. El dispositivo de la reivindicación anterior, en el que las segundas porciones (15b, 16b) de acoplamiento, respectivamente del primer y segundo brazos (15, 16) , se constriñen en movimiento y están configuradas para moverse desde una posición retraída, distanciada del plano de movimiento del mecanismo (10) , a una posición avanzada, situada de manera cercana con respecto al plano de movimiento del mecanismo (10) y viceversa, siguiendo las segundas porciones (15b, 16b) de acoplamiento respectivamente del primer y segundo brazos (15, 16) el movimiento desde la posición retraída a la posición avanzada y viceversa, ajustando el primer y segundo brazos (15, 16) en rotación alrededor de la primera porción (15a) de acoplamiento del primer brazo (15) y por consiguiente provocando la rotación del mecanismo (10) alrededor del eje (J) .

6. El dispositivo de la reivindicación 5, en el que el accionador (14) se acopla a al menos una, en particular ambas, de las segundas porciones (15b, 16b) de acoplamiento del primer y segundo brazos (15, 16) , configurándose el accionador (14) para aplicar el empuje (S) en al menos una de las segundas porciones (15b, 16b) de acoplamiento para mover el mecanismo (10) entre la posición retraída y la posición avanzada y viceversa, siendo el eje (J) de rotación del mecanismo (10) en particular sustancialmente paralelo a la dirección de acción del empuje (S) .

7. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el elemento (13) de activación se interpone entre los dos mecanismos (10) dispuestos respectivamente en el primer y segundo extremo (5a, 5b) longitudinal de la porción (5) de deformación, acoplándose el elemento (13) de activación a cada uno de los mecanismos (10) para mover los mecanismos a lo largo de planos de movimiento transversales respectivos, en particular mediante la generación de un empuje (S) igual.

8. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que la primera porción (15a) de acoplamiento del primer brazo (15) , la primera porción (16a) de acoplamiento del segundo brazo (16) y las segundas porciones (15b, 16b) de acoplamiento respectivamente del primer y segundo brazos (15, 16) definen sustancialmente un arco triarticulado, definiendo la primera porción (15a) de acoplamiento del primer brazo (15) una primera articulación acoplada establemente al bastidor (2b) , definiendo la primera porción (16a) de acoplamiento del segundo brazo (16) una articulación acoplada en movimiento al mecanismo (10) , definiendo las segundas porciones (15b, 16b) de acoplamiento respectivamente del primer y segundo brazos (15, 16) una articulación móvil que puede recibir el primer y segundo brazos (15, 16) .

9. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un número predeterminado de elementos (22) de rigidización, constriñéndose un elemento (22) de rigidización del número predeterminado al menos a la segunda porción (12) de acoplamiento de uno de los mecanismos (10) para variar el perfil alar y extendiéndose a lo largo de todo el desarrollo longitudinal de la porción (5) deformable sustancialmente paralelo a la dirección de extensión longitudinal de la superficie (8) expuesta, entrando en contacto el elemento (22) de rigidización al menos con una tira longitudinal de la porción (5) deformable y configurándose para definir sobre la tira un refuerzo de la porción (5) deformable, comprendiendo en particular el elemento (22) de rigidización al menos una barra (22a) conectada a un extremo de la segunda porción (12) de acoplamiento del mecanismo (10) para variar el perfil alar, y, en el otro extremo, que está en contacto con la porción (5) deformable, definiendo la barra (22a) la tira longitudinal de contacto.

10. El dispositivo de la reivindicación anterior, en el que un elemento (22) de rigidización se acopla a la segunda porción (20) de acoplamiento del segundo mecanismo (19) para variar el perfil alar, en particular en el que el elemento (22) de rigidización se acopla a cada uno de los elementos (23) de empuje del segundo mecanismo (19) para variar el perfil alar.