SISTEMA DE PROPULSIÓN DE HÉLICE NO-CARENADA CONTRARROTATIVO.
La presente invención divulga un sistema de propulsión de hélice no-carenada contrarrotativo con objeto,
entre otros, de reducir los niveles efectivos de ruido generados por los propulsores contrarrotativos. El sistema de propulsión comprende un motor, un conjunto de accionamiento acoplado al motor, un primer eje de accionamiento rotativo en un primer sentido alrededor de un primer eje, una primera hélice acoplada al primer eje de accionamiento para girar en el primer sentido, y un conjunto de embrague para desembragar selectivamente la primera hélice del primer eje de accionamiento.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201430981.
Solicitante: THE BOEING COMPANY.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 100 North Riverside Plaza 60606-2016 CHICAGO IL Illinois ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: GOLSHANY,Sina S, HUNTLY,David Miles, BLOM,Adriana W, ERICKSON,Todd R, TRETOW,Paul R.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B64C11/48 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B64 AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA. › B64C AEROPLANOS; HELICOPTEROS (vehículos de colchón de aire B60V). › B64C 11/00 Hélices, p. ej. carenadas; Características comunes a hélices y rotores para giroaviones (rotores especialmente adaptados para giroaviones B64C 27/32). › Conjuntos de dos o más hélices coaxiales.
- B64D35/06 B64 […] › 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 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). › siendo las hélices o rotores contrarrotatorios.
- F02C7/36 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION. › F02C PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE PARA PLANTAS DE PROPULSION A REACCION; CONTROL DE LA ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE EN PLANTAS DE PROPULSION A REACCION QUE CONSUMEN AIRE (estructura de turbinas F01D; plantas de propulsión a reacción F02K; estructura de compresores o ventiladores F04; aparatos de combustión en los que la combustión tiene lugar en un lecho fluidizado de combustible u otras partículas F23C 10/00; elaboración de productos de combustión a alta presión o gran velocidad F23R; utilización de turbinas de gas en plantas de refrigeración por compresión F25B 11/00; utilización de turbinas de gas en vehículos, véanse las clases apropiadas relativas a vehículos). › F02C 7/00 Características, partes constitutivas, detalles o accesorios, no cubiertos por, o con un interés distinto que, los grupos F02C 1/00 - F02C 6/00; Tomas de aire para plantas motrices de propulsión a reacción (control F02C 9/00). › Transmisión de potencia entre los diferentes ejes principales de la planta motriz de turbina de gas, o entre la planta motriz de turbina de gas y el utilizador de la potencia (F02C 7/32 tiene prioridad; acoplamientos en general F16D; transmisiones en general F16H).
Fragmento de la descripción:
SISTEMA DE PROPULSIÓN DE HÉLICE NO-CARENADA CONTRARROTATIVO SECTOR DE LA TÉCNICA
La materia descrita en el presente documento se refiere a sistemas de propulsión de aeronaves, y más en concreto a los que incorporan un sistema propulsor contrarrotativo que se puede incorporar a motores de aeronave.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Los motores de aeronave de hélice no-carenada equipados con sistemas de propulsión contrarrotativos siguen generando interés en la industria aeronáutica, en particular a medida que el precio del combustible aumenta, debido a la eficiencia de los motores de aeronave de hélice no-carenada contrarrotativos. Los sistemas de propulsión contrarrotativos son de especial interés debido a su eficiencia y capacidad de generar un empuje adecuado a alta velocidad.
En base a la experiencia previa en la industria, los niveles efectivos de ruido percibido generados por propulsores contrarrotativos superan los umbrales de ruido establecidos por las agencias reguladoras para aeronaves, lo que hace problemático el uso de sistemas motores contrarrotativos para aplicaciones comerciales. Consiguientemente, las técnicas orientadas a la reducción de los niveles de ruido en los sistemas motores contrarrotativos pueden ser útiles.
DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN
En un aspecto de la invención, un conjunto de accionamiento comprende un primer eje de accionamiento rotativo en un primer sentido alrededor de un primer eje, una primera hélice acoplada al primer eje de accionamiento para girar en el primer sentido y un conjunto de embrague para desembragar selectivamente la primera hélice del primer eje de accionamiento.
En otro aspecto de la invención, un sistema de propulsión comprende un motor y un conjunto de accionamiento acoplado al motor y que comprende un primer eje de accionamiento rotativo en un primer sentido alrededor de un primer eje, una primera hélice acoplada al primer eje de
accionamiento para girar en el primer sentido, y un conjunto de embrague para desembragar selectivamente la primera hélice del primer eje de accionamiento.
En otro aspecto de la invención, se proporciona una aeronave. En un ejemplo de realización, la aeronave comprende un fuselaje, un motor, un conjunto de accionamiento acoplado al motor, que comprende un primer eje de accionamiento rotativo en un primer sentido alrededor de un primer eje, una primera hélice acoplada al primer eje de accionamiento para girar en el primer sentido, y un conjunto de embrague para desembragar selectivamente la primera hélice del primer eje de accionamiento.
Las características, las funciones y las ventajas expuestas en el presente documento se pueden lograr independientemente en varias realizaciones descritas en el presente documento o se pueden combinar en aún otras realizaciones, cuyos detalles adicionales se pueden ver con referencia a la descripción y los dibujos siguientes.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La descripción detallada se hace con referencia a las figuras adjuntas.
La figura 1 es una ilustración esquemática en diagrama de bloques de una aeronave que comprende un sistema de propulsión de hélice no-carenada contrarrotativo según los diferentes aspectos de la invención.
Las figuras 2A-2B son ilustraciones esquemáticas de un conjunto de accionamiento según un primer aspecto de la invención.
La figura 2C es una ilustración esquemática de un sistema de propulsión según un primer aspecto de la invención.
Las figuras 3A-3B son ilustraciones esquemáticas de un conjunto de accionamiento según un segundo aspecto de la invención.
La figura 3C es una ilustración esquemática de un sistema de propulsión según un segundo aspecto de la invención.
Las figuras 4A-4B son ilustraciones esquemáticas de un conjunto de accionamiento según un
tercer aspecto de la invención.
La figura 4C es una ilustración esquemática de un sistema de propulsión según un tercer aspecto de la invención.
Las figuras 5A y 5B son ejemplos de realización de circuitos hidráulicos según los diferentes aspectos de la invención.
La figura 6 es una vista esquemática de una aeronave según los diferentes aspectos de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
En la descripción siguiente, se exponen numerosos detalles específicos para facilitar una comprensión completa de varias realizaciones de la invención. Sin embargo, los expertos en la técnica entenderán que las varias realizaciones se pueden poner en práctica sin los detalles específicos. En otros casos, los métodos, procedimientos, componentes y circuitos bien conocidos no se han ilustrado o descrito en detalle al objeto de no oscurecer las realizaciones concretas.
Como se ha descrito anteriormente, los sistemas motores contrarrotativos generan una cantidad significativa de ruido debido al menos en parte a la turbulencia del aire debida a la interacción entre las dos filas de palas contrarrotativas. Por ejemplo, se genera ruido cuando la fila posterior de palas atraviesa la estela de baja presión generada detrás de la fila delantera de palas.
El ruido de interacción se compone típicamente de tonos que resuenan a la primera frecuencia de paso de pala o cualesquiera armónicos enteros de dicha frecuencia. La frecuencia de paso de pala ideal para un propulsor contrarrotativo puede ser determinada usando la ecuación 1:
Ec. (1) Í2w )
En la ecuación (1), QBpf representa la frecuencia de paso de pala, Bi representa el número de palas de la fila delantera, B2 denota el número de palas de la fila trasera, Qi representa la velocidad angular de la fila delantera y fí2 representa la velocidad angular de la fila trasera. Tanto Qt como ü2 se definen de manera que tengan valores positivos en el sentido de las
agujas del reloj y valores negativos en el sentido contrario al de las agujas del reloj.
Para eliminar el ruido de interacción de rotor-con-rotor, lo idealmente preferible sería que la frecuencia de paso de pala tendiese a cero. Por deducción matemática, se podría observar que la frecuencia de paso de pala tenderá a cero si Bi y B2 así como Q-i y ü2 son ¡guales. Esto equivale a un caso en el que tanto la fila delantera como la trasera tienen el mismo número de palas y giran exactamente con la misma velocidad angular y en el mismo sentido.
En el presente documento se describen distintas formas de realización del conjunto de accionamiento para sistemas motores contrarrotativos, y sistemas de propulsión y aeronaves que incorporan dichas formas de realización del conjunto de accionamiento. En varios aspectos de la invención, un conjunto de accionamiento está provisto de un conjunto de embrague para desembragar selectivamente la hélice trasera de un sistema motor de hélice contrarrotativo del eje de accionamiento que proporciona potencia a la hélice trasera. El conjunto de embrague se puede proporcionar como una parte integral de la caja de engranajes de la hélice o instalarse en la salida de la caja de engranajes de la hélice.
En algunos aspectos de la invención, el paso de las palas de la fila trasera se puede cambiar para facilitar su rotación pasiva, es decir, autorrotar bajo la influencia del flujo de aire procedente de la hélice delantera en el mismo sentido que la hélice delantera. En otros aspectos de la invención se puede dejar que la hélice trasera reduzca la velocidad de giro bajo la resistencia del conjunto de embrague, en este caso se reengancha al eje de accionamiento mediante una caja de engranajes que acciona la hélice trasera en el mismo sentido que la hélice delantera. En otros aspectos de la invención, se puede incorporar un sistema de frenado como una parte integral del conjunto de embrague para facilitar una transición más rápida entre los dos modos. Dicho sistema aumentaría selectivamente la resistencia forzada por el conjunto de embrague por medios hidráulicos, lo que da lugar a un tiempo más corto de reducción de la velocidad de giro del rotor trasero. De este modo, un conjunto de accionamiento construido según los aspectos de la invención descritos en el presente documento permite que la hélice trasera de un sistema motor contrarrotativo se desembrague selectivamente y que se reajuste el paso de los palas de la hélice, por ejemplo, durante las operaciones de vuelo de aterrizaje y de despegue u otras operaciones de vuelo en los que reducir el ruido de la aeronave puede ser útil, y que subsiguientemente se puedan reenganchar para accionar la hélice trasera en una configuración contrarrotativa.
En el presente documento, un embrague se define como un dispositivo que permite la
regulación selectiva de la transmisión de par motor desde el componente...
Reivindicaciones:
1. Un conjunto de accionamiento (130) caracterizado por que comprende:
un primer eje de accionamiento (140) rotativo en un primer sentido alrededor de un primer eje (142);
una primera hélice (150) acoplada al primer eje de accionamiento para girar en el primer sentido; y
un conjunto de embrague (160) para desembragar selectivamente la primera hélice del primer eje de accionamiento.
2. Un conjunto de accionamiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el conjunto de embrague comprende un embrague hidráulico.
3. Un conjunto de accionamiento según la reivindicación 2, caracterizado por que además comprende:
una caja de engranajes (170) acoplada al primer eje de accionamiento entre un motor (120) y la primera hélice.
4. Un conjunto de accionamiento según la reivindicación 3, caracterizado por que la caja de engranajes está configurada para accionar la primera hélice en un segundo sentido, opuesto al primer sentido.
5. Un conjunto de accionamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado por que comprende además:
un segundo eje de accionamiento (180) rotativo en un segundo sentido, diferente del primer sentido; y,
una segunda hélice (190) acoplado al segundo eje de accionamiento.
6. Un conjunto de accionamiento según la reivindicación 5, caracterizado por que el primer eje de accionamiento y el segundo eje de accionamiento son coaxiales.
7. Un conjunto de accionamiento según la reivindicación 5 o 6, caracterizado por que la primera hélice y la segunda hélice están separadas por una distancia de entre 0,02 y 0,35 veces el diámetro de la hélice delantera.
8. Un sistema de propulsión de hélice no-carenada contrarrotativo (110), caracterizado por
que comprende: un motor (120); y
un conjunto de accionamiento (130) acoplado al motor, comprendiendo el conjunto de accionamiento:
un primer eje de accionamiento (140) rotativo en un primer sentido alrededor de un primer eje (142);
una primera hélice (150) acoplada al primer eje de accionamiento para girar en el primer sentido; y
un conjunto de embrague (160) para desembragar selectivamente la primera hélice del primer eje de accionamiento.
9. Un sistema de propulsión de hélice no-carenada contrarrotativo según la reivindicación 8, caracterizado por que el conjunto de embrague comprende un circuito de control del embrague hidráulico.
10. Un sistema de propulsión por de hélice no-carenada contrarrotativo según la reivindicación 9, caracterizado por que además comprende:
una caja de engranajes (170) acoplada al primer eje de accionamiento entre el motor y la primera hélice.
11. Un sistema de propulsión de hélice no-carenada contrarrotativo según la reivindicación 10, caracterizado por que la caja de engranajes está configurada para accionar la primera hélice en un segundo sentido, opuesto al primer sentido.
12. Un sistema de propulsión de hélice no-carenada contrarrotativo según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado por que además comprende:
un segundo eje de accionamiento (180) rotativo en un segundo sentido, diferente del primer sentido; y
una segunda hélice (190) acoplada al segundo eje de accionamiento.
13. Un sistema de propulsión de hélice no-carenada contrarrotativo según la reivindicación 12, caracterizado por que el primer eje de accionamiento y el segundo eje de accionamiento son coaxiales.
14. Un sistema de propulsión de hélice no-carenada contrarrotativo según la reivindicación 12 o 13, caracterizado por que la primera hélice y la segunda hélice están separadas a lo largo
del eje una distancia que mide entre 0,02 y 0,35 veces el diámetro de la segunda hélice.
15. Una aeronave (100) caracterizada por que comprende: un fuselaje (102);
un motor (120); y
un conjunto de accionamiento (130) acoplado al motor, comprendiendo el conjunto de accionamiento:
un primer eje de accionamiento (140) rotativo en un primer sentido alrededor de un primer eje (142);
una primera hélice (150) acoplado al primer eje de accionamiento para girar en el primer sentido; y
un conjunto de embrague (160) para desembragar selectivamente la primera hélice del primer eje de accionamiento.
16. Una aeronave según la reivindicación 15, caracterizado por que el conjunto de
embrague comprende un embrague hidráulico.
17. Una aeronave según la reivindicación 16, caracterizado por que además comprende: una caja de engranajes (170) acoplada al primer eje de accionamiento entre el motor y la
primera hélice.
18. Una aeronave según la reivindicación 17, caracterizado por que la caja de engranajes ha de accionar la primera hélice en un segundo sentido, opuesto al primer sentido.
19. Una aeronave según una cualquiera de las reivindicaciones 15-18, caracterizado por
que además comprende:
un segundo eje de accionamiento (180) rotativo en un segundo sentido, diferente del primer sentido; y
una segunda hélice (190) acoplado al segundo eje de accionamiento.
20. Una aeronave según la reivindicación 19, caracterizado por que el primer eje de accionamiento y el segundo eje de accionamiento son coaxiales.
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