Alas inflables reforzadas para vehículos aéreos con restricciones de montaje.

Un ala para la despliegue a partir de un fuselaje, que comprende:

un fuselaje (20, 108, 208, 308, 400) que tiene la forma y línea del molde exterior OML para formar una primera porción (24, 110, 210, 310) del ala que se extiende a partir de una raíz de una ala (28, 114, 214, 314) unido al fuselaje (106, 206, 306, 402) a lo largo de por lo menos de una porción de la envergadura del ala y que se extiende a popa a lo largo de por lo menos una porción de la longitud del cordón del ala; y

una piel (30, 116, 216, 316, 404) unida al cajón del ala. Dicha estructura tiene una forma y OML de una segunda porción (34, 118, 218, 318) del ala;

caracterizado en que también incluye

un conjunto de placas (40, 122, 222, 322, 406) que cuando están ensambladas tienen la forma y OML de por lo menos una sub-porción (42) de la segunda porción del ala, dichas placas están fijadas a las ubicaciones correspondientes en dicha piel, dicha piel y placas están plegadas y almacenadas en un volumen limitado con el cajón del ala; y

un mecanismo de inflado (50, 124, 224, 324) en la caja del ala configurado para inflar la estructura para formar la segunda porción del ala y así ensamblar las placas para reforzar dicha sup-porción del ala.

de las técnicas relacionadas

Con frecuencia se lanzan vehículos de aire como misiles, proyectiles y vehículos aéreos no tripulados (UAVs) desde tierra, aire o mar con base en plataformas de lanzamiento de tubo o pilón. Estos vehículos van desde una fracción de una libra (0,45 kg) para UAVs pequeños hasta más de 10.000 libras (4.536 kg) de municiones y misiles de crucero grandes y vuelan a velocidades que van desde unos cuantos kilómetros por hora a velocidad transònica, es decir, alrededor de Mach 1. Estas plataformas de lanzamiento están limitadas en el espacio y volumen, por ejemplo el limitado volumen de un tubo o el limitado volumen del interior o debajo del fuselaje. Para utilizar el espacio disponible y el volumen, estos vehículos normalmente utilizanan las alas retráctiles 10 que se almacenan dentro del fuselaje 12 y se desplegan en el lanzamiento, como se indica en las Figuras 1a y 1b. En este documento un "ala" es cualquier superficie aerodinámica que proporciona control de vuelo o generación de empuje ascenslonal como alas, aletas y sistemas canard.

Normalmente, las alas retráctiles están hechas de aluminio mecanizado. Las alas de aluminio mecanizadas pueden soportar las cargas pesadas producidas por vuelos transónicos o maniobras rápidas. El aluminio mecanizado también se mecaniza fácilmente para satisfacer niveles de tolerancia bajos en la «línea externa del molde» (OML) del ala. Un nivel reducido de tolerancia OML es fundamental para proporcionar alteraciones mínimas en el funcionamiento aerodinámico que podrían crear momentos de balanceo/inclinación, arrastre, etc. Sin embargo, las alas se limitan a tener una longitud "d" de cordón menor que el diámetro del vehículo en una longitud de tramo "1" menor que la longitud del fuselaje para retraerse completamente dentro del marco del fuselaje para su almacenamiento.

Al aumentar la demanda de los clientes en cuanto al rendimiento de estos tipos de vehículos de aire y restringirse más las limitaciones de ajuste, las limitaciones de las longitudes del cordón y envergadura proveen una resistencia inadecuada (gama) y control para las misiones de vuelo deseadas. En comparación, los aviones comerciales tripulados suelen tener una longitud de cuerda que multiplica por 3-4 el diámetro del fuselaje y un lapso de 2 x de la longitud del fuselaje para proporcionar una superficie de ala suficiente para dar sustentación a bajas velocidades para la manlobrabllldad y un vuelo eficaz.

Las alas Inflables existen y se encuentran en uso limitado desde hace aproximadamente 40 años. Puede encontrarse un ejemplo en la Patente de los EE UU 3633 846 A que representa el punto de partida de la presente Invención. Además, las alas Inflables se han propuesto para su uso en un avión de escape ¡nflable para pilotos y UAVs de alta altitud y alta resistencia lanzados desde el espacio. Estos vehículos aéreos son lentos y no es necesario un control preciso. En vehículos HAL (de alta altitud) el ala se dobla y guarda en una caja de ala en el Interior del fuselaje. Para abrirla, la toma del cajón del ala se despliega a partir del fuselaje y un depósito de gas Infla una estructura alrededor y conectada a el cajón del ala. La estructura se Infla hasta una forma con el OML del ala. El ala Inflada puede tener un cordón o evergadura de longitud mayor que la restricción de ajuste del fuselaje y una mayor superficie total. En el avión de escape ¡nflable, se infla el avión entero.

Las alas Inflables son factibles para estas aplicaciones limitadas en las que no es necesaria una alta velocidad, ni control preciso, o alto nivel de carga sobre las alas. Sin embargo, a pesar de considerables Inversiones y prolongados esfuerzos, la Industria no ha podido producir un ala ¡nflable apta para su uso en vehículos como misiles lanzados por tubo o pilón, proyectiles y UAVs de uso general. El problema principal es que la tolerancia del OML que produce el inflado de una bolsa no es suficiente, normalmente no supera las 14 pulgadas (35 cm). Para vehículos de alta velocidad con altos niveles de carga sobre las alas y requisitos de funcionamiento de vuelo terminal precisos, el rendimiento aerodinámico de las alas inflables no es suficiente. La Industria ha Intentado diferentes enfoques para mejorar la tolerancia OML Incluyendo detectores en la estructura y alas Inflables segmentadas, pero ha sido en vano. Además, la estructura llena de gas no es lo suficientemente fuerte como para soportar cargas pesadas. Incluso con sus limitaciones de longitud de cordón y envergadura, las alas retráctiles de aluminio siguen siendo la única solución viable para los vehículos de aire con limitaciones de ajuste que se usan habltualmente para misiles y municiones.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

El siguiente es un resumen de la invención para proporcionar una comprensión básica de algunos aspectos de la invención. Este resumen no pretende identificar elementos claves ni presentar algunos conceptos de la invención o para delimitar el alcance de la misma. Su único propósito es presentar algunos conceptos de la

invención en forma simplificada como introducción de la descripción más detallada y las reivindicaciones definitorias que se presentan más adelante.

La presente Invención proporciona una mejora en las alas ¡nflables que mejora la tolerancia de la OML y refuerzan el ala por lo menos en las zonas de alto nivel de carga. Este enfoque proporciona a los vehículos de aire con restricciones de ajuste alas con un aumento de la superficie para mejorar la resistencia de vuelo o el control aerodinámico.

Esto se logra con una caja de ala que tiene una forma y línea de molde exterior (OML) para formar una primera porción del ala que se extiende desde un encastre del ala unido a la estructura del fuselaje a lo largo de por lo menos una porción de la envergadura y extensión de popa a lo largo de por lo menos parte de la longitud del cordón del ala. Normalmente, el cajón del ala se almacena dentro del fuselaje y se despliega en el lanzamiento. Una estructura con forma y una línea de molde externo (OML) de por lo menos una segunda porción de la ala se une al cajón del ala. Se fija un conjunto de placas está fijada a las ubicaciones correspondientes en la estructura.

La estructura y placas se pliegan y almacenan en un volumen limitado con el cajón del ala. Un mecanismo de inflado está configurado para desplegar e Inflar la estructura para formar la segunda porción del ala y así montar las placas rígidas para reforzar una parte auxiliar del ala. La sub-porclón reforzada podría limitarse a solo las zonas de alto nivel de carga del ala, como las superficies superior e Inferior a lo largo del borde de ataque o de fuga de la porción inflada del ala. Alternativamente, la sub-porción reforzada podría abarcar la porción Inflada completa. La tolerancia de la OML en al menos las zonas de alto nivel de carga carga ahora está determinada por las placas rígidas y no por la estructura. El mecanismo podría inflar el ala con espuma de polímero para formar una porción sólida de ala. La porción Inflada y reforzada del ala puede aumentar la longitud de cordón o extender la envergadura del ala. El ala desplegada tiene una superficie mayor que la superficie del cajón del ala, generalmente por lo menos 2 x y una tolerancia OML en las áreas de alto nivel de carga del ala que es suficiente para satisfacer los requisitos de control o resistencia del vehículo de vuelo.

En una de las representaciones, el cajón del ala forma el borde de ataque del ala. La estructura y partes móviles están Infladas a popa del cajón del ala, lo que aumenta la longitud de cuerda y refuerza el borde de fuga. La se infla adecuadamente con espuma de polímero que forma un ala sólida reforzada lo largo del borde de fuga.

En una de las representaciones, el cajón del ala forma el borde de ataque del ala. La estructura y partes móviles se Inflan a inflados proa y a popa del cajón del ala aumentando la longitud de cordón y reforzando por lo menos el borde de fuga y posiblemente tanto el borde de ataque como el de fuga. La estructura se infla adecuadamente con espuma de polímero que forma un ala sólida reforzada a lo largo del borde de fuga.

En una de las representaciones, el cajón del ala forma una porción interior incluyendo los bordes de ataque y de fuga del ala. Una estructura dentro de la caja del se pliega para formar un área central extendida del ala. El ala y las partes móviles se inflan hacia delante y hacia atrás de la estructura plegada, aumentando así la envergadura y reforzando por lo menos el borde de fuga y posiblemente tanto el el borde de fuga como el de ataque. El ala se infla adecuadamente con espuma de polímero que forma un ala sólida reforzada lo largo del borde... [Seguir leyendo]

1. Un ala para la despliegue a partir de un fuselaje, que comprende:

un fuselaje (20, 108, 208, 308, 400) que tiene la forma y linea del molde exterior OML para formar una

primera porción (24, 110, 210, 310) del ala que se extiende a partir de una raíz de una ala (28, 114, 214, 314)

unido al fuselaje (106, 206, 306, 402) a lo largo de por lo menos de una porción de la envergadura del ala y

que se extiende a popa a lo largo de por lo menos una porción de la longitud del cordón del ala; y

una piel (30, 116, 216, 316, 404) unida al cajón del ala. Dicha estructura tiene una forma y OML de una

segunda porción (34, 118, 218, 318) del ala;

caracterizado en que también Incluye

un conjunto de placas (40, 122, 222, 322, 406) que cuando están ensambladas tienen la forma y OML de por lo menos una sub-porclón (42) de la segunda porción del ala, dichas placas están fijadas a las ubicaciones correspondientes en dicha piel, dicha piel y placas están plegadas y almacenadas en un volumen limitado con el cajón del ala; y

un mecanismo de Inflado (50, 124, 224, 324) en la caja del ala configurado para infiar la estructura para formar la segunda porción del ala y así ensamblar las placas para reforzar dicha sup-porción del ala.

2. El ala de la reivindicación 1, en donde dicha caja rígida del ala (108, 208, 308) se retrae dentro de dicho fuselaje (106, 206, 306), que además Incluye:

un mecanismo de despliegue (104, 204, 304) en el fuselaje para desplegar la caja de ala rígida para extenderla a lo largo del fuselaje.

3. El ala de la reivindicación 1, en la que dicha primera porción (24, 110) del ala formada por dicha caja del ala (20, 108) Incluye el borde de ataque (112) que se extiende desde la raíz del ala (28, 114), dicha segunda porción (34, 118) del ala está a popa de dicha primera porción para aumentar la longitud del cordón de ala, dicha sub-porción (42) Incluye por lo menos el borde de salida (120) del ala.

4. El ala de la reivindicación 1, donde dicha primera porción (210) del ala formada por dicha caja del ala (208) incluye una reglón central que se extiende desde la raíz del ala, dicha segunda parte (218) se extiende hada delante y atrás para aumentar la longitud del cordón del ala, dicha sub-porción (42) incluye al menos los bordes de fuga (220) del ala.

5. El ala de la reivindicación 1, donde dicha primera porción (310) es una parte interior que se extiende desde la raíz del ala (314) que incluye el borde de ataque y de fuga (319, 320), la caja de ala (308, 400) incluye una estructura telescópica (313, 410), compuesta además por un segundo mecanismo de despliegue (314, 408) que extiende la estructura telescópica para aumentar la envergadura del ala, dicha estructura de despliegue forma una región central (315) del ala extendida, dicha estructura (316, 404) está conectada a e infiada alrededor de dicha estructura telescópica (313, 410) para formar dicha segunda porción (318) del ala, incluyendo un borde de ataque (319) anterior a la región central y un borde de fuga (320) a popa de la región central, dicha sub-porción (42) incluye al menos el borde de fuga del ala a lo largo de la envergadura del ala aumentada.

6. El ala de la reivindicación 5, donde el segundo mecanismo de despliegue (314) extiende la estructura telescópica (313) en toda su extensión y el mecanismo de inflado (324) infla la estructura (316).

7. El ala de la reivindicación 5, donde dicha piel (404) se divide en células (416), dicho segundo mecanismo de despliegue (408) extiende progresivamente la estructura telescópica (410) al ¡r dicho mecanismo de infiado extrusionando espuma para rellenar las células secuencialmente.

8. El ala de la reivindicación 1, donde la sub-porción (42) reforzada por dichas placas (40, 122, 222, 322, 406) cubre la segunda parte entera (34, 118, 218, 318).

9. El ala de la reivindicación 1, donde la estructura (30, 116, 216, 316, 404) está formada por un material seleccionado a partir de una tela, elastòmero y polímero de memoria de forma SMP o material compuesto SMP.

10. El ala de la reivindicación 1, donde se forman las placas (40, 122, 222, 322, 406) a partir de un material seleccionado entre metal, cerámica, material compuesto con forma correspondiente a la forma del ala en sus respectivas ubicaciones en la piel (30, 116, 216, 316, 404).

11. El ala de la reivindicación 1, en donde las placas (40, 122, 222, 322, 406) son planas y se forman de un material seleccionado entre metal, cerámica, material compuesto, dicha sub-reglón será una aproximación lineal a trozos de una forma especificada del ala.

12. El ala de la reivindicación 1, donde las placas (40, 122, 222, 322, 406) tienen un estado almacenado plano y un estado desplegado curvado correspondiente a la forma del ala en sus respectivas ubicaciones en la piel (30, 116, 216, 316, 404), que también Incluye:

formas de calentar las placas para realizar la transición desde su estado almacenado plano a su estado curvado desplegado.

13. El ala de la reivindicación 1, donde dicho mecanismo de Inflado (50, 124, 224, 324) Infla la piel (30, 116, 216, 316, 404) con espuma (126, 226, 326) para reforzar la segunda porción (34, 118, 218, 318) del ala.

14. El ala de la reivindicación 1, donde la superficie combinada de dicha primera (24, 110, 210, 310) y segunda (34, 118, 218, 318) porciones del ala es por lo menos dos veces la superficie de la primera parte (24, 110, 210, 310) del ala.