Sistema de potencia auxiliar eléctrico para aeronaves de motor de pistón.
Consiste en un sistema eléctrico de potencia que cumple las funciones de motor auxiliar,
arrancador del motor de combustión interna y sistema de generación para el suministro eléctrico en una aeronave.
La principal aplicación de la invención es ofrecer una alternativa de propulsión a una aeronave cuando el motor de combustión no esté operativo.
Consta de un motor-generador-arrancador eléctrico conectado al motor de pistón, donde el motor-generador-arrancador eléctrico es movido por el motor de combustión generando energía eléctrica que es almacenada en una batería, un sistema de control de carga y descarga de la batería, un sistema de control electrónico, un sistema de indicación y control en cabina y un embrague conectado entre el motor-generador-arrancador eléctrico y el motor principal (puede integrar también una caja de engranajes).
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201300217.
Solicitante: AXTER AEROSPACE S.L.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: CRISTOBAL RAMIREZ,DANIEL, SUÁREZ SÁNCHEZ,Miguel Ángel.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B60K6/48 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B60 VEHICULOS EN GENERAL. › B60K DISPOSICIONES O MONTAJE DE CONJUNTOS DE PROPULSION O DE TRANSMISIONES SOBRE VEHICULOS; DISPOSICIONES O MONTAJE DE VARIOS MOTORES PRINCIPALES DIFERENTES EN VEHÍCULOS; ACCIONAMIENTOS AUXILIARES PARA VEHICULOS; INSTRUMENTACION O TABLEROS DE A BORDO DE VEHICULOS; DISPOSICIONES DE CONJUNTOS DE PROPULSION SOBRE VEHICULOS, RELATIVAS A LA REFRIGERACION, A LA ADMISION DE AIRE, AL ESCAPE DE GASES O A LA ALIMENTACION DE CARBURANTE. › B60K 6/00 Disposiciones o montaje de varios motores principales diferentes para una propulsión recíproca o común, p.ej. sistemas de propulsión híbridos que comprenden motores eléctricos y de combustión interna. › De tipo paralelo.
- B64D27/04 B […] › B64 AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA. › B64D EQUIPAMIENTO INTERIOR O ACOPLABLE A AERONAVES; TRAJES DE VUELO; PARACAIDAS; DISPOSICIONES O MONTAJE DE GRUPOS MOTORES O DE TRANSMISIONES DE PROPULSION EN AERONAVES. › B64D 27/00 Disposición o montaje de grupos motores en aeronaves; Aeronaves así caracterizadas (Control de la actitud, la dirección de vuelo o la altitud por reacción a chorro B64C). › de tipo alternativo.
- B64D27/24 B64D 27/00 […] › que utilizan vapor, electricidad o energía elástica (B64D 27/16 tiene prioridad).
- B64D35/08 B64D […] › B64D 35/00 Transmisión de la potencia del grupo motor a hélices o rotores; Disposiciones de las transmisiones (hélices o rotores en sí , transmisiones para helicópteros B64C). › caracterizada porque la transmisión es accionada por varios grupos motores.
Fragmento de la descripción:
SISTEMA. DE POTENCIA AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN
OBJETIVOS DE LA INVENCION
Las aeronaves actuales propulsadas por motores de pistón, monomotores y bimotores, que operan bajo régimen de aviación general y también los ultraligeros, presentan una deficiencia en el nivel de seguridad en vuelo. En este tipo de aviones la propulsión se obtiene por medio de una hélice, conectada directamente o a través de una caja de engranajes a un motor de pistones. Esta estructura obliga a que en el supuesto de que durante el vuelo, el motor principal no esté disponible por cualquier circunstancia, el piloto se vea obligado a declarar emergencia y aterrizar en una zona libre de obstáculos y al alcance de la distancia de planeo de la aeronave, ocasionando normalmente daños a la aeronave y daños físicos, pudiendo éstos llegar a ser muy graves y con consecuencias fatales. Es necesario remarcar que en el caso de vuelo nocturno esta situación se agrava debido a la reducida visibilidad.
El principal objetivo de la invención es ofrecer una alternativa de propulsión a una aeronave cuando el motor principal no esté operativo. La invención proporciona a la aeronave la propulsión necesaria para que el piloto pueda alcanzar un aeródromo alternativo o un área libre de obstáculos para efectuar un aterrizaje, con el consiguiente aumento de la seguridad del avión. Además, la invención trae consigo otras funciones que más adelante se detallan.
Aeronaves de motor de pistón
Tradicionalmente las aeronaves de motor de pistón obtienen la propulsión del motor y un fallo del mismo deja al avión sin empuje, con las posibles graves consecuencias descritas anteriormente.
El fallo del motor puede ser provocado por muy diversas circunstancias de las que destacamos las siguientes:
- Por un fallo interno o de los componentes del motor.
- Por fallo en otro sistema asociado al motor.
- Por un fallo del sistema de indicación.
- Por un error humano tanto del piloto como durante el mantenimiento de la aeronave.
- Por un fuego en el motor o en el tanque de combustible. Sistema de propulsión de la aeronave
El sistema de propulsión actual de las aeronaves está basado en acoplar una hélice al motor alternativo, directamente o a través de una caja de engranajes que permite una reducción de la velocidad transmitida desde el motor a la hélice. Desde la cabina se controla el encendido, la mezcla aire/combustible y los gases del motor. En caso de montar una hélice de paso variable, ésta es controlada desde la cabina. Además, en la cabina se encuentran instrumentados, normalmente, los parámetros del motor; como pueden ser: temperatura de aceite, presión de aceite, revoluciones, temperatura de gases de escape, medidor de par, etc.
Sistema eléctrico del motor
Los aviones están dotados de un sistema eléctrico que consta principalmente de un alternador y una batería. El
alternador está conectado al motor principal, proporcionando energía eléctrica al avión y cargando la batería cuando el motor térmico está en funcionamiento. Cuando el alternador no está siendo movido por el motor principal, es la batería la que suministra toda la energía eléctrica al avión.
En la cabina del avión se encuentran los interruptores de encendido de la batería y del alternador, así como el indicador de funcionamiento de este último.
Para resolver los problemas anteriormente descritos, la invención proporciona una nueva arquitectura a la aeronave. Esta nueva arquitectura añade al sistema de propulsión convencional de la aeronave un arrancador-generador-motor eléctrico en combinación con el motor de combustión, que mueve la hélice, generando empuje y permitiendo propulsar al avión en caso de pérdida del motor principal, aislando el motor de pistones de la hélice, ayudando al piloto a aterrizar de forma segura en un aeródromo cercano o una zona libre de obstáculos. A su vez el arrancador-generador- motor eléctrico funciona como generador de energia eléctrica y como arrancador del motor térmico, lo que permite eliminar los convencionales arrancadores y alternadores asi como el interfaz eléctrico y mecánico asociado a los mismos. El generador-arrancador-motor eléctrico puede ser de imanes permanentes (sin escobillas), de rotor bobinado, de inducción o de corriente continua.
La nueva arquitectura incorpora una batería (de litio polímero, de LiFeP04, de litio oxigeno, de níquel cadmio, de níquel metal hidruro, de plomo acido, de plata calcio o de plata zinc), un sistema de control electrónico (inversor de corriente, regulador de tensión o regulador de frecuencia), un embrague (de fricción, de giro unidireccional, centrifugo, electromecánico, electromagnético o hidráulico) para el desacoplo del motor principal, un sistema de control e información en cabina para la interacción con el piloto y un sistema de carga eléctrica de la batería (Sistema de gestión de batería y/o balanceador de celdas de batería). Además puede incorporar también una caja de engranajes.
Las funciones de la invención son las siguientes:
- Sistema de motor auxiliar.
- Sistema de generación y almacenamiento de energía eléctrica
- Sistema de arranque del motor principal.
Las ventajas de la invención con respecto al estado de la técnica radican en la forma de realización de la unión de motor-generador eléctrico con el motor de combustión, añadiendo un embrague para aislar el motor de combustión de la hélice (con o sin caja de engranajes), además del control en cabina especifico para las aplicaciones de motor auxiliar y de emergencia.
Además del diseño, la invención define una serie de aplicaciones como son:
- La propulsión de la aeronave en tierra y en vuelo cuando el motor de pistones pierde potencia parcial o total.
- La propulsión de la aeronave en tierra y en vuelo con el uso combinado del motor de combustión y el motor-generador eléctrico.
El arranque del motor de combustión con el motor- generador eléctrico actuando de arrancador.
BREVE ENUNCIADO DE LAS FIGURAS
Figura 1.- Diagrama de la arquitectura del sistema de
potencia auxiliar eléctrico con motor-generador-arrancador 5 eléctrico instalado en serie y a través de un embrague con la planta de potencia.
Figura 2.- Diagrama de la arquitectura del sistema de
potencia auxiliar eléctrico con motor-generador-arrancador eléctrico acoplado a una caja de engranajes, que a su vez
acopla la hélice y a la planta de potencia, esta última a
través de un embrague.
Figura 3.- Diagrama de la arquitectura del sistema de
potencia auxiliar eléctrico con motor-generador-arrancador eléctrico acoplado a una caja de engranajes a través de un
embrague, que a su vez acopla la hélice y a la planta de
potencia, esta última a través de un embrague.
Figura 4.- Diagrama de la arquitectura del sistema de
potencia auxiliar eléctrico con conjunto hélice y motor- generador-arrancador eléctrico acoplado a la planta de 20 potencia a través de una caja de engranajes con embrague.
La invención se compone de las siguientes partes: Arrancador-generador-motor eléctrico, caja de engranajes, embrague, unidad de control electrónico, batería, sistema de carga externa y unidad de control e indicación en cabina.
En la Figura 1 se muestra un esquema de la forma de realización. El arrancador-generador-motor eléctrico (105) está conectado directamente a la hélice (108), un embrague (106) que permite desacoplar el motor principal (107), se instala entre el arrancador-generador-motor (105) y el motor principal (107). La unidad de control electrónico (103) gobierna el embrague (106) y el arrancador-generador- motor (105). La batería (101), el sistema de carga externa (102) y el sistema de control e indicación en cabina (104) están conectados a la unidad de control electrónico (103). Dependiendo del diseño del sistema de propulsión de la aeronave, la innovación incorpora una caja de engranajes entre la hélice, el motor-principal y el arrancador- generador-motor eléctrico.
Para estos casos la arquitectura de la invención se compone de las siguientes partes: motor principal, arrancador-
generador-motor eléctrico, caja de engranajes, embrague, sistema de control electrónico, batería, sistema de carga externa y sistema de control e indicación en cabina.
En la Figura 2 se muestra el diseño con caja de engranajes. La hélice (208) está conectada a la caja de engranajes (209). El arrancador-generador-motor eléctrico (205) está conectado directamente a la caja de engranajes (209), un embrague (206), que permite desacoplar...
Reivindicaciones:
1.- SISTEMA DE POTENCIA AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN, caracterizado por que comprende:
- Motor-generador-arrancador eléctrico (105) conectado al motor de combustión (107), donde el motor-generador- arrancador eléctrico es movido por el motor de combustión generando energía eléctrica, que es almacenada en la batería.
- Batería (101)
- Sistema de control de carga y descarga de la batería
(102)
- Sistema de control electrónico (103)
- Sistema de indicación y control en cabina (104)
- Hélice (108) conectada directamente al motor-generador- arrancador eléctrico.
- Un embrague (106) conectado entre el motor-generador- arrancador eléctrico y el motor principal.
2. " SISTEMA DE POTENCIA AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN, según reivindicación 1, caracterizado por que además comprende:
Una caja de engranajes (209), con cualquier relación de transmisión, que conecta la hélice (208), el motor- generador-arrancador eléctrico (205) y el motor de combustión (207), este último a través del embrague (206).
3.- SISTEMA DE POTENCIA AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN, según reivindicación 2, caracterizado por que además comprende:
- Un embrague (310) entre la caja de engranajes (309) y el motor-generador-arrancador eléctrico (305).
4.- SISTEMA DE POTENCIA AUXILIAR ELÉCTRICO PARA. AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN, según reivindicación 1, caracterizado por que además comprende:
Una caja de engranajes de cualquier relación de transmisión (409) conectada entre el embrague (406) y el
motor de combustión (407).
5.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA
AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 1, caracterizado por que el sistema de potencia auxiliar eléctrico mueve la hélice (108) quedando el eje del motor de combustión (107) aislado del eje del motor-generador-arrancador eléctrico (105) mediante el embrague (106), propulsando la aeronave en sus operaciones en tierra o en vuelo.
6.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA
AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 1, caracterizado por que el
sistema de potencia auxiliar eléctrico propulsa a la
aeronave en sus operaciones en tierra y en vuelo por la
hélice (108) que a su vez es movida por el motor-generador- arrancador eléctrico (105) y el motor de combustión (107).
7.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA
AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 1, caracterizado por que el
sistema de potencia auxiliar eléctrico propulsa a la
aeronave cuando el motor de combustión (107) pierde
potencia parcial o totalmente.
8.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA
AUXILIAR ELÉCTRICO PARA. AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 1, caracterizado por que el motor-generador-arrancador eléctrico (105) arranca el motor de combustión (107).
9.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA
AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 2, caracterizado por que el motor-generador-arrancador eléctrico (205) mueve la hélice (208) a través de la caja de engranajes (209), quedando el eje del motor de combustión (207) aislado de la caja de engranajes (209) por medio del embrague (206), propulsando la aeronave en sus operaciones en tierra o en vuelo.
10.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA
AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 2, caracterizado por que el sistema de potencia auxiliar eléctrico propulsa a la
aeronave en sus operaciones en tierra o en vuelo por la
hélice (208) que a su vez es movida por el motor-generador-
arrancador eléctrico (205) y el motor de combustión (207).
11.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA
AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 2, caracterizado por que el sistema de potencia auxiliar eléctrico propulsa a la
aeronave cuando el motor de combustión (207) pierde potencia parcial o totalmente.
12PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 2, caracterizado por que el motor-generador-arrancador eléctrico (205) arranca el motor de combustión (207).
13.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA
AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 3, caracterizado por que el motor-generador-arrancador eléctrico (305) mueve la hélice (308) a través de la caja de engranajes (309), quedando el
eje del motor de combustión (307) aislado de la caja de
engranajes (309), propulsando la aeronave en sus
operaciones en tierra o en vuelo.
14.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA
AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 3, caracterizado por que el sistema de potencia auxiliar eléctrico propulsa a la
aeronave en sus operaciones en tierra o en vuelo por la
hélice (308) que a su vez es movida por el motor-generador-
arrancador eléctrico (305) y el motor de combustión (307).
15.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA
AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 3, caracterizado por que el sistema de potencia auxiliar eléctrico propulsa a la
aeronave cuando el motor de combustión (307) pierde potencia parcial o totalmente.
16.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA, DE POTENCIA AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 3, caracterizado por que el motor de combustión (307) mueve la hélice (308) a través de la caja de engranajes (309) y el motor-generador-arrancador eléctrico (305) queda desacoplado de la caja de engranajes (309) mediante el embrague (310).
17.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 3, caracterizado por que el motor-generador-arrancador eléctrico (305) arranca el motor de combustión (307).
18.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA
AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 4, caracterizado por que el motor-generador-arrancador (405) mueve la hélice (408) quedando la caja de engranajes (409) y el motor de combustión (407) aislado del motor-generador-arrancador eléctrico (405) mediante el embrague (406), propulsando la aeronave en sus operaciones en tierra o en vuelo.
19.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA
AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 4, caracterizado por que el sistema de potencia auxiliar eléctrico propulsa a la aeronave en sus operaciones en tierra o en vuelo por la
hélice (408) que a su vez es movida por el motor-generador-
arrancador eléctrico (405) y el motor de combustión (407).
20.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA. DE POTENCIA AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 4, caracterizado por que el sistema de potencia auxiliar eléctrico propulsa a la 5 aeronave cuando el motor de combustión (407) pierde potencia parcial o totalmente.
21.- PROCEDIMIENTO DE ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA AUXILIAR ELÉCTRICO PARA AERONAVES DE MOTOR DE PISTÓN,
referido en la reivindicación 4, caracterizado por que el motor-generador-arrancador eléctrico arranca el motor de combustión.
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