ES2205620T3 - Procedimiento para la reduccion de cargas por rafagas en un avion. - Google Patents
Procedimiento para la reduccion de cargas por rafagas en un avion.Info
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Abstract
PROCEDIMIENTO PARA REDUCIR LAS CARGAS POR RAFAGAS QUE SURGEN EN UN AVION, EMPLEANDO ELEMENTOS DE AJUSTE QUE CONTRARRESTEN LAS CARGAS POR RAFAGAS QUE SE PRODUZCAN POR MEDIO DE UN AJUSTE, EN PARTICULAR DE TIMON DE DIRECCION, ALERONES EN LA PARTE INTERIOR DE LAS ALAS O SIMILARES, DONDE LA CARGA POR RAFAGA TOTAL ES EL RESULTADO DE LA SUMA DE LA CARGA BASE 1G Y DE LA CARGA ADICIONAL DEBIDA A LA RAFAGA QUE SE PRODUZCA, REGULANDOSE LOS ELEMENTOS DE AJUSTE EN FUNCION DE LA ALTURA DE VUELO, DE LA VELOCIDAD DE VUELO Y DEL PESO EN VUELO. CON EL FIN DE EVITAR LAS ALTAS VELOCIDADES DE AJUSTE NECESARIAS HASTA AHORA EN LOS ELEMENTOS DE AJUSTE SE LLEVA A CABO LA REGULACION DE LOS ELEMENTOS DE AJUSTE EN VUELO ASCENDENTE HASTA ALCANZAR LA ALTURA DE NAVEGACION DE CRUCERO DEL AVION, O DURANTE EL VUELO DE DESCENSO HASTA EL ATERRIZAJE DEL AVION, DE TAL MANERA QUE SE PRODUZCA UNA MODIFICACION DE LA DISTRIBUCION DE LA FUERZA ASCENSIONAL DE LAS ALAS, Y SE REDUZCA LA CARGA POR RAFAGAS TOTAL RESULTANTE MEDIANTE LA REDUCCION DE LA CARGA BASICA 1G.
Description
Procedimiento para la reducción de cargas por
ráfagas en un avión.
La invención se refiere a un procedimiento para
la reducción de cargas por ráfagas en un avión, usando elementos de
regulación que contrarrestan las cargas por ráfagas que se producen
mediante un ajuste, en particular, de alerones, flaps en las alas
interiores o similares, resultando la carga total por ráfagas de la
suma de la carga base de 1 g y de la carga adicional por una ráfaga
que se produce, y ajustándose los elementos de regulación en
función de la altitud de vuelo, de la velocidad de vuelo y del peso
en orden de vuelo.
En las cargas que se producen en un avión durante
el vuelo se diferencia, entre otras cosas, entre cargas por
maniobras y por ráfagas. Las cargas por ráfagas, comparadas con las
cargas por maniobras, se distinguen por que pueden estar sujetas a
repentinas modificaciones temporales. Ello se debe a que con
velocidades de vuelo elevadas, la modificación del ángulo de avance
de las alas del avión inducida por una ráfaga se produce con mucha
rapidez. Las modificaciones en las cargas por maniobras, en cambio,
son originadas, por ejemplo, por desviaciones de la superficie del
timón, así como por cambios en la posición de vuelo (por ejemplo,
caída de la carga por maniobras con una transición de 1 g a 2,5 g).
Estas modificaciones de carga se producen de forma relativamente
lenta.
En el Airbus A340 ya se está usando de modo
satisfactorio un sistema para la disminución de las cargas por
maniobras. Con este sistema se pudieron reducir las cargas por
maniobras hasta el nivel máximo de las cargas por ráfagas, lo que
ventajosamente dio lugar a una reducción de peso de las alas.
Por el contrario, los sistemas para la
disminución de las cargas por ráfagas no se pudieron imponer,
debido a unos requisitos de sistema muy elevados. Si un avión se
topa con una ráfaga, se inducen cargas adicionales, resultando la
carga total de la carga base de 1 g y de la carga adicional por la
ráfaga.
Carga total por ráfagas =
carga base de 1 g +
\invtricarga por ráfaga
Las cargas por ráfagas dominantes para las alas
de avión resultan por lo general de ráfagas verticales,
produciéndose las mayores cargas por ráfagas verticales en
altitudes de vuelo por debajo de la altitud de crucero.
En el Airbus A320 se usa un sistema de
disminución de ráfagas conocido. Si un A320 vuela hacia una ráfaga y
se produce una determinada aceleración vertical, los alerones se
abren simétricamente hacia arriba (en una ráfaga desde abajo). De
este modo se reduce la sustentación en el ala exterior incrementada
por el ángulo de avance adicional inducido. Así pues, en este
procedimiento, en el momento en que se produce una ráfaga, se
reduce la carga adicional originada por aquélla. Ello da lugar a
una reducción de los momentos de flexión máximos. No obstante,
puesto que las cargas adicionales inducidas por las ráfagas
presentan unos elevados gradientes temporales, para la realización
del procedimiento se requieren unas velocidades de regulación de
timón muy elevadas (por lo que, debido a la elevada complejidad del
sistema, también se producen inconvenientemente incrementos de
peso). Un procedimiento similar se conoce por el documento
US-A-4796192.
Por ello, la invención tiene como objetivo
proponer un procedimiento del tipo mencionado al principio, mediante
el cual se eviten las elevadas velocidades de ajuste requeridas
actualmente de los elementos de regulación.
Este objetivo se logra según la invención, porque
un ajuste de los elementos de regulación se realiza en el vuelo
ascensional hasta alcanzar la altitud de crucero del avión o en el
vuelo descendente hasta el aterrizaje del avión de tal modo, que se
produce una modificación de la distribución de la sustentación del
ala en la dirección de la envergadura y se reduce la carga total
por ráfagas resultante mediante la reducción de la carga base de 1
g.
Una ventaja de la invención consiste en que, al
contrario que en el procedimiento descrito al principio, se produce
una desviación de los elementos de regulación independientemente de
que exista realmente una ráfaga y, por tanto, tope con el avión o
no. Puesto que la desviación del timón requerida durante el vuelo
ascensional o descendente esencialmente depende sólo de la altitud
de vuelo, de la velocidad de vuelo y del peso en orden de vuelo,
ventajosamente no son necesarias unas velocidades de ajuste de
flaps más elevadas que en los sistemas de disminución de cargas por
maniobras ya usados. Además, debido a las cargas por ráfagas
máximas, que sólo se producen en altitudes de vuelo por debajo de
la altitud de crucero, es una ventaja que se posibilite una
disminución de la carga por ráfagas hasta el nivel de carga por
ráfagas en la altitud de crucero. Al alcanzar la altitud de
crucero, ya no se debería producir ninguna desviación de los
elementos de regulación para mantener pequeña la resistencia
aerodinámica.
Otras configuraciones de la invención consisten
en que,
- mediante un control de las desviaciones de los
elementos de regulación durante el vuelo ascensional o descendente,
se optimiza la distribución de la sustentación de 1 g y se minimiza
la resistencia adicional aerodinámica.
- para el ajuste de los elementos de regulación,
se despliegan simétricamente alerones hacia arriba y/o flaps
dispuestos en las alas interiores hacia abajo, y que,
- mediante una aplicación para alas adaptivas o
para alas con una curvatura variable, es posible un control muy
efectivo de la distribución de la sustentación.
Gracias a la reducción según la invención de las
cargas por ráfagas se posibilita de forma ventajosa una reducción
de peso del avión, por lo que se reducen los costes de fabricación
y el consumo de combustible. Esta ventaja domina en particular en
aviones de larga distancia frente al aumento de la resistencia
aerodinámica durante el vuelo ascensional o descendente.
Además es una ventaja que, además de una
reducción de las cargas por ráfagas máximas que se producen,
también se disminuyen al mismo tiempo las cargas por fatiga durante
el vuelo ascensional o descendente del avión. De este modo, el
ahorro de peso de las alas resultante afecta ventajosamente tanto a
los componentes dimensionados según las cargas extremas (por
ejemplo, plano superior del ala) como a los dimensionados según las
cargas por fatiga (por ejemplo, plano inferior del ala).
Ventajosamente, la invención también se puede
usar en aviones ya existentes, en los que es posible una desviación
simétrica de los alerones. Aquéllos son, generalmente, aviones con
un pilotaje "fly-by-wire".
Puesto que aquí ya existen todos los sistemas necesarios, tampoco
se originan costes adicionales.
Otra ventaja de la invención hay que verla en
que, en la puesta en práctica de la invención, no se deben esperar
problemas de homologación, ya que el sistema es físicamente
comparable con los sistemas de disminución de cargas por maniobras
ya en uso. Incluso en caso de avería del sistema, no existe ningún
riesgo para la seguridad, ya que entonces sólo es necesaria la
reducción de la velocidad de vuelo para limitar las cargas por
ráfagas. Ventajosamente, el uso de un sistema de este tipo no tiene,
por tanto, efectos negativos sobre la seguridad y la capacidad de
maniobra de un avión.
Otras configuraciones de la invención hay que
verlas en que, como elementos de regulación, se pueden prever
sistemas activos o pasivos para la modificación de la distribución
de la sustentación de las alas. Estos sistemas son independientes
de si el control se realiza de forma mecánica, hidráulica,
eléctrica, neumática u otra.
La carga base de 1 g es aquella carga que se
corresponde con el peso momentáneo. Esta carga se genera cuando el
peso del avión es compensado por la sustentación en el plano
sustentador. Si, tal como se prevé en la invención, se reduce la
sustentación en el plano sustentador mediante una "reducción de la
carga base de 1 g", entonces el avión se mantiene en la altitud
debido a que el peso del avión es compensado por un incremento
apropiado del ángulo de avance. Así, la denominación "reducción
de la carga base de 1 g" significa que se debe modificar el curso
del momento de flexión por la envergadura del plano sustentador. La
característica de la invención referente a la "modificación de la
distribución de la sustentación de las alas" contempla este
estado de cosas.
Contrariamente a esto, en los objetos conocidos
antes citados es necesario que las desviaciones de los flaps
siempre se produzcan con precisión en aquellos momentos en los que
aparecen adicionalmente ráfagas o cargas adicionales. El control
necesario para ello requiere unos sensores que detecten una ráfaga o
carga adicional mediante la técnica de medición. Para ello se
prevén, por ejemplo, medidores de aceleración que, con determinadas
aceleraciones verticales, activan las desviaciones de los flaps.
Esto requiere, debido a las desviaciones muy rápidas de los flaps,
un complejo coste del sistema (sistema de sensores/regulación
complejo), ya que las ráfagas o cargas adicionales actúan ya antes
de inducir los procesos de regulación. Estos inconvenientes,
inherentes a los sistemas conocidos antes citados, no se dan en el
procedimiento según la invención. No se requiere un sistema
adicional de sensores, ni el sistema de flaps requiere ninguna
modificación, ya que no se precisan desviaciones rápidas de los
flaps. Las desviaciones de los flaps realizadas en el procedimiento
según la invención se efectúan de modo preventivo y no en el
momento justo en el que aparece una ráfaga o una carga
adicional.
En el objeto de la solicitud se parte de la
constatación de que las cargas por ráfagas, críticas para un avión
y por tanto con frecuencia dimensionadoras para la estructura del
avión se encuentran en altitudes de vuelo por debajo de la altitud
de crucero, y que mediante la reducción de estas cargas críticas se
puede limitar la carga total del ala. Unas desviaciones de flaps
apropiadas en el vuelo ascensional o descendente por debajo de la
altitud de crucero hacen que se modifique la distribución de la
sustentación del ala (en la dirección de la envergadura). Esta
modificación se produce de tal modo que se reduce el momento de
flexión del ala. En el ala exterior se reduce la sustentación
tendencialmente y en el ala interior se incrementa. La sustentación
total permanece aquí sin variación, sigue correspondiéndose con el
peso del avión.
Las desviaciones de flaps necesarias dependen
únicamente de determinados parámetros de vuelo como, por ejemplo, la
altitud de vuelo, la velocidad o el peso del avión. Es totalmente
irrelevante si se produce realmente o no una ráfaga crítica. En
caso de que se produzca, la carga del momento de flexión resultante
del ala se ha reducido. La carga del momento de flexión resultante
resulta aquí de la carga base de 1 g (que fue modificada por las
desviaciones de flaps correspondientes) y de la carga adicional
debida a la ráfaga.
Claims (7)
1. Procedimiento para la reducción de cargas por
ráfagas en un avión, usando elementos de regulación que
contrarrestan las cargas por ráfagas que se producen mediante un
ajuste, en particular, de alerones, flaps en las alas interiores o
similares, resultando la carga total por ráfagas de la suma de la
carga base de 1 g y de la carga adicional por una ráfaga que se
produce, y ajustándose los elementos de regulación en función de la
altitud de vuelo, de la velocidad de vuelo y del peso en orden de
vuelo, caracterizado porque un ajuste de los elementos de
regulación se realiza en el vuelo ascensional hasta alcanzar la
altitud de crucero del avión o en el vuelo descendente hasta el
aterrizaje del avión de tal modo, que se produce una modificación de
la distribución de la sustentación del ala en la dirección de la
envergadura y se reduce la carga total por ráfagas resultante
mediante la reducción de la carga base de 1 g.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque, mediante un control de las desviaciones
de los elementos de regulación durante el vuelo ascensional o
descendente, se optimiza la distribución de la sustentación de 1 g y
se minimiza la resistencia adicional aerodinámica.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque, como elemento de regulación, se prevé
un sistema activo para la modificación de la distribución de la
sustentación del ala.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,2 ó 3,
caracterizado porque, para el ajuste de los elementos de
regulación, se despliegan simétricamente alerones hacia arriba y/o
flaps dispuestos en las alas interiores hacia abajo.
5. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque, como elemento de regulación, se prevé
un sistema pasivo para la modificación de la distribución de la
sustentación del ala.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, 2, 3,
4 ó 5, caracterizado por una aplicación para alas
adaptivas.
7. Procedimiento según la reivindicación 1, 2, 3,
4 ó 5, caracterizado por una aplicación para alas con una
curvatura variable.
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