ES2207600T3 - Sistema de control de vuelo para aeronave. - Google Patents

Sistema de control de vuelo para aeronave.

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ES2207600T3
ES2207600T3 ES01902474T ES01902474T ES2207600T3 ES 2207600 T3 ES2207600 T3 ES 2207600T3 ES 01902474 T ES01902474 T ES 01902474T ES 01902474 T ES01902474 T ES 01902474T ES 2207600 T3 ES2207600 T3 ES 2207600T3
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    • G05D1/0808Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
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Abstract

Un avión con un sistema de control de vuelo (20) que comprende medios (14) que generan un empuje ascensional aerodinámico, y medios para controlar en uso el empuje ascensional proporcionado por los medios generadores de empuje ascensional, comprendiendo los medios de control de empuje ascensional: - una masa concentrada (22) montada dentro de un cuerpo longitudinal (12) del avión, comprendiendo la masa concentrada al menos una función y/o sistema de avión existente, montados en un soporte (44) en un área confinada, - apoyos (24, 26; 24¿, 26¿) que permiten el desplazamiento relativo entre la masa concentrada y al menos una porción de los medios que generan el empuje ascensional, - medios de accionamiento (34, 46; 136, 144) para producir tal movimiento relativo, con lo que en uso el centro del empuje ascensional aerodinámico y el centro de gravedad del avión se pueden desplazar uno respecto a otro, para efectuar el control de vuelo, y - caracterizado por que los apoyos están dispuestos para permitir desplazamiento de la masa concentrada y/o de al menos una porción de los medios que generan el empuje ascensional de manera selectiva lateral y longitudinalmente respecto al fuselaje del avión, y estando dispuestos además para permitir tal movimiento respecto a la o una línea de empuje del motor respectivo (16).

Description

Sistema de control de vuelo para aeronave.
La invención se refiere a un sistema de control de vuelo para un avión. El sistema de control de vuelo de la presente invención está destinado principalmente para utilizarlo en un avión no tripulado, pero también es adecuado para utilizarlo en un avión tripulado.
De manera habitual, el control de vuelo en un avión se obtiene a modo de superficies de control aerodinámicas, por ejemplo, los alerones, los faldones de sustentación, los elevadores, los timones de profundidad y el timón de dirección, unidas a las superficies que generan del empuje ascensional aerodinámico del avión. Como la inestabilidad intrínseca del fuselaje de los aviones de hoy en día y las velocidades del aire han aumentado, las fuerzas de accionamiento necesarias para desplazar estas superficies de control aerodinámico han aumentado en gran medida, y del mismo modo han aumentado los requerimientos de repuesta dinámica de las superficies de control.
La mayoría de los aviones emplean normalmente accionadores hidráulicos para hacer funcionar las superficies de control aerodinámico, siendo capaces tales accionadores de producir fuerzas elevadas dentro de espacios relativamente confinados.
No obstante, los sistemas de accionamiento hidráulico sufren de un número de inconvenientes importantes, en particular su peso y su necesidad de un alto nivel de mantenimiento con objeto de minimizar el desgaste y asegurar la fiabilidad. Además, con objeto de cumplir las normativas de seguridad tales accionadores tienen que tener frecuentemente capacidades que exceden sobradamente los requerimientos normales del avión. Por ejemplo, las normativas de seguridad pueden exigir que un accionador tenga dos veces la capacidad de empuje necesaria que se requiere actualmente en la utilización normal del avión. Todo esto añade complejidades y gastos al diseño de tales sistemas accionadores.
Los sistemas de accionamiento alimentados eléctricamente también se han considerado y ofrecen ciertas ventajas en términos de peso, ciclo de vida, fiabilidad y mantenimiento. No obstante los sistemas de accionamiento eléctricos que están actualmente disponibles son incapaces de cumplir los requerimientos de elevada transmisión de potencia y otras demandas de los sistemas de control de vuelo primarios de aviones actuales.
El documento US-1.853.233 describe un dispositivo estabilizador para un aeroplano en el que están dispuestas dos disposiciones de carril separadas, descansando cada una de ellas en un elemento de peso cambiable respectivo para compensar el volteo lateral y la inclinación.
El documento US-5.020.740 se refiere a un diseño pato de avión en el que el centro de gravedad se desplaza a lo largo del eje longitudinal del avión. Cuando los faldones del borde trasero del ala se bajan para despegar y aterrizar y el centro de empuje ascensional del ala principal se desplaza a popa, el centro de gravedad se ajusta longitudinalmente para evitar un momento de inclinación hacia abajo de la nariz.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de control de vuelo para un avión que reduzca las fuerzas de control y las demandas de potencia necesarias para el control de vuelo de avión.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de control de vuelo para un avión, que evite la necesidad de sistemas de transmisión de accionadores complejos de elevada potencia.
La presente invención proporciona un avión con un sistema de control de vuelo que comprende medios que generan empuje ascensional aerodinámico y medios para controlar en uso el empuje ascensional provisto por los medios que generan el empuje ascensional, comprendiendo los medios que controlan el empuje ascensional:
-
una masa concentrada montada dentro de un cuerpo longitudinal del avión, comprendiendo la masa concentrada al menos una función de avión existente y/o sistema montado en un soporte en un área confinada.
-
Apoyos que permitan el movimiento relativo entre la masa concentrada y al menos una porción de los medios que generan el empuje ascensional.
-
medios de actuación para producir tal movimiento relativo por lo que en uso el centro del empuje ascensional aerodinámico y el centro de gravedad del avión se pueden desplazar uno respecto a otro para efectuar el control de vuelo, y
-
caracterizado porque los apoyos están dispuestos para permitir el desplazamiento de la masa concentrada y/o de al menos una porción de los medios que generan el empuje ascensional selectivamente lateral y longitudinalmente respecto al fuselaje del avión, y estando dispuestos además para permitir tal movimiento respecto a la o una línea de empuje del motor respectivo.
En una forma preferida de la invención descrita más abajo, el sistema de control de vuelo tiene al menos una masa concentrada montada dentro del fuselaje del avión, y la o cada masa se puede desplazar respectivamente en dos direcciones perpendiculares respecto al fuselaje del avión. Por ejemplo, la o cada masa concentrada puede ser desplazable lateral o longitudinalmente respectivamente del fuselaje del avión.
Una ventaja de esta realización de la presente invención es que la masa concentrada se puede desplazar, y está situada, en su totalidad dentro del fuselaje del avión en uso y por lo tanto se necesitan superficies de control externas desplazables, lo que tiene ventajas escondidas.
Además, mediante el uso de apoyos de baja fricción, para desplazar la masa concentrada se pueden emplear fuerzas de accionamiento relativamente bajas, en comparación con los requerimientos de fuerzas en un sistema de control de vuelo habitual. Como resultado de esto, se prevé que se pueden emplear medios de accionamiento de baja potencia, lo que abre el camino al uso de accionadores eléctricos. Los accionadores eléctricos de baja potencia existentes son generalmente capaces de proporcionar bien una fuerza elevada o actuar a un grado elevado, pero no ambos, y así tales accionadores no han sido empleados hasta ahora en sistemas de control de vuelo. No obstante, la naturaleza y la posición de la masa concentrada según la presente invención permite que se utilicen accionadores eléctricos lineales con las ventajas consiguientes de fácil instalación y mantenimiento, fiabilidad, eficacia y economía.
En una realización alternativa la o una porción de los medios generadores del empuje ascensional aerodinámico se desplaza respecto al fuselaje del avión. Por ejemplo un ala o alas el avión se puede desplazar respecto al fuselaje.
Tal disposición puede tener la ventaja de simplicidad sobre una disposición que implica el desplazamiento de una masa concentrada dentro del interior del fuselaje del avión dado la estructuración compleja de tal espacio interior que se necesita para acomodar diversos sistemas de avión, lastres, combustible, motor, etc.
Se prevé que la masa concentrada pueda comprender al menos uno de: el sistema de accionamiento del avión, los depósitos de combustible del avión y los contenedores de almacenamiento del avión cerrados empaquetados juntos en un espacio reducido.
Según un aspecto adicional de la invención, está previsto un método de control de vuelo en un avión que tiene medios que generan empuje ascensional aerodinámico, que comprenden el control en uso del empuje ascensional proporcionado por los medios que generan el empuje ascensional, comprendiendo dicho control de empuje ascensional:
-
proporcionar una masa concentrada montada dentro de un cuerpo longitudinal del avión, comprendiendo al menos la masa concentrada una función de avión existente y/o sistema montado sobre un soporte en un área confinada, y
-
efectuar movimientos relativos entre la masa concentrada y al menos una porción de los medios que generan empuje ascensional aerodinámico, con lo que el centro de gravedad y el centro del empuje ascensional aerodinámico del avión se desplazan uno respecto a otro para generar momentos que controlan el empuje ascensional alrededor de dicho centro de gravedad,
-
caracterizado porque el desplazamiento relativo comprende el desplazamiento de manera selectiva de la masa concentrada y/o de al menos una porción de los medios que generan el empuje ascensional lateral y longitudinalmente respecto al fuselaje del avión, y además respecto a la línea de empuje del o de un motor respectivo.
Según otro aspecto de la presente invención, el avión puede emplear además del sistema de control de vuelo mencionado más arriba, un control del área de ala para fines de control de vuelo.
Por ejemplo, el avión puede tener un par de alas, que cada una tiene un área de ala variable.
En una forma preferida de este aspecto de la invención descrita más abajo, cada ala comprende una primera porción de ala que está fija respecto al fuselaje del avión, una segunda porción de ala que se monta en la primera porción de ala mediante apoyos a fin de poderse extender y retraer en ella, y medios de accionamiento para extender y retraer la segunda porción de ala.
Preferiblemente, la segunda porción de ala se aloja telescópicamente dentro de la primera porción de ala.
Una ventaja de este aspecto de la invención es que el área de ala se puede ajustar antes y/o durante el vuelo para controlar el empuje ascensional del avión y para adaptarse a condiciones de vuelo particulares.
Por ejemplo, se puede emplear una mayor área de ala para despegar y para hacer tiempo a gran altura, mientras que se puede emplear un área de ala menor para vuelo a gran velocidad a baja altura o para volar en condiciones de tiempo turbulento con objeto de intensificar el control de vuelo.
La invención se describe además, mediante un ejemplo con relación a los dibujos que se acompañan, en los que:
La Figura 1 es una sección longitudinal en esquema a lo largo de un avión que tiene un sistema de control de vuelo según la presente invención;
La Figura 2 es un corte transversal en esquema a través del avión que ilustra el sistema de control de vuelo;
La Figura 3 es una vista fragmentaria en perspectiva del avión que muestra los apoyos lineales del sistema de control de vuelo de la presente invención;
La Figura 4 es una representación matemática en diagrama del avión en vuelo;
La Figura 5 es un diagrama de bloques del sistema de control de vuelo de la presente invención;
Las Figuras 6 y 7 son respectivamente una sección transversal a través del fuselaje del avión que muestra las porciones de una primera realización del presente sistema de control de vuelo y una vista en planta correspondiente;
Las Figuras 8 y 9 son respectivamente una sección longitudinal a lo largo del fuselaje del avión que muestra porciones adicionales de la primera realización del sistema de control de vuelo de la presente invención, y una vista en planta correspondiente;
Las Figuras 10 y 11 son respectivamente una vista fragmentaria en planta y una vista de sección transversal correspondiente a lo largo de la flecha A que muestra porciones de una segunda realización del sistema de control de vuelo de la presente invención;
La Figura 12 es una vista en planta en esquema de un avión con un par de alas cada una con un área de ala variable.
Haciendo referencia inicialmente a las Figuras 1 a 3, éstas muestran un avión 10 que tiene un fuselaje 12 y un ala única que se extiende recta a través del fuselaje 12 para proporcionar en ambos lados del fuselaje 12 elementos respectivos de ala 14. En el presente ejemplo, el avión es un avión no tripulado accionado por un único motor 16 en la parte trasera que está unido a un grupo de accionamiento eléctrico mediante una conexión de alimentación eléctrica mostrada esquemáticamente en la Figura 1.
Según la invención el avión 10 también comprende un sistema de control de vuelo 20. El sistema de control de vuelo 20 comprende una masa concentrada 22, que se monta dentro del fuselaje del avión 10. La masa concentrada 22 comprende una o más de las funciones y/o sistemas de avión existentes, que en el caso presente se compone de la mayor parte del sistema de accionamiento del avión, los depósitos de combustible del avión, y cualquier provisión requerida a bordo, todo montado junto en un espacio reducido. El sistema de control de vuelo 20 también incluye un par de apoyos 24, 26 que permiten de manera eficaz el movimiento relativo entre la masa concentrada 22 y los elementos de ala 14. Cada uno de los apoyos 24, 26 es un apoyo lineal de baja fricción que permite el movimiento de la masa 22 y/o los elementos de ala 14 en la dirección lateral y en la dirección longitudinal respectivamente en relación al fuselaje 12 del avión y por lo tanto de uno con respecto a otro.
La Figura 3 muestra los dos apoyos 24, 26 esquemáticamente juntos con sus direcciones de movimiento, y demuestra como, con la ayuda de estos apoyos, la masa concentrada 22 y los elementos de ala 14 se pueden desplazar en uso uno respecto a otro. Merced al movimiento lateral relativo con la ayuda de los apoyos 24, el centro de gravedad CG del avión se puede cambiar lateralmente con respecto al centro de empuje ascensional AC para crear un momento de giro, y de esta manera se puede controlar el giro del avión. Merced al movimiento longitudinal relativo con la ayuda de los apoyos 26, el centro de gravedad CG del avión se puede desplazar longitudinalmente respecto al centro de empuje ascensional AC para crear un momento de inclinación y por tanto se puede controlar la inclinación del avión. De este modo, se puede emplear tal movimiento relativo para efectuar el control de vuelo.
La Figura 4 muestra de una forma simplificada una representación matemática dinámica del sistema de control de vuelo 20. Como se muestra en la Figura 4, el avión 10 se representa como una viga simple, que está sometida a una perturbación externa Fd que representa las fuerzas aerodinámicas en el avión en vuelo. La fuerza de empuje ascensional del ala Fw que actúa en el centro de empuje ascensional AC se puede representar entonces por la siguiente ecuación:
(1)Fw = ½ * \rho*V**2*A*Cl
en la que:
\rho = densidad el aire
V = velocidad del avión
A = área del ala
Cl = coeficiente de empuje ascensional
La fuerza de empuje ascensional del ala Fw y la fuerza de perturbación Fd se relacionan por la siguiente ecuación:
(2)I\alpha'' + D\alpha' = Fw*\alpha*X1 + Fd*X2
en la que
I = inercia de inclinación
D = amortiguación de inclinación
\alpha'' = aceleración de inclinación
\alpha' = grado de inclinación
\alpha = incidencia
X1 = la distancia entre el centro de empuje ascensional AC del avión y el centro de gravedad del avión CG.
X2 = la distancia entre la posición de la fuerza de perturbación Fd y el centro de gravedad del avión CG.
De la ecuación anterior (2) resultará evidente que el control de vuelo de un avión se puede obtener en gran parte mediante el desplazamiento de uno respecto a otro del centro de empuje ascensional AC del avión y del centro de gravedad CG del avión y por lo tanto mediante ajuste de las distancias X1 y/o X2.
Volviendo a la Figura 5, se muestra un diagrama de bloque en esquema del bucle de control para el sistema de control de vuelo 20 para realizar tal desplazamiento.
Como se muestra en la Figura 5 un comando de control de vuelo aplicado a una unión de entrada 100 se pasa a través de una disposición de filtrado 102 para efectuar los ajustes para la prestación dinámica de la totalidad del bucle de control para obtener un sistema de control estable 20 con las características dinámicas deseadas. La disposición de filtrado se lleva a cabo en el ordenador de control de vuelo de a bordo y aquí se representa como una transformación de La Place de operaciones Proporcional, Integral, Diferencial (PID) que actúan en la salida de la unión de adiciones 100.
La señal filtrada se aplica a continuación a una disposición de accionamiento lineal 104 para desplazar los elementos de ala de avión 14 y/o la masa concentrada 22 una respecto a otra. La disposición de accionamiento 104 se representa en la Figura 5 como una transformación de La Place de las características dinámicas de los medios de accionamiento actuales para desplazar los elementos de ala 14 y/o la masa 22:
\frac{1}{1+ \tau S}.
donde
S = el operador de La Place
\tau = una constante de tiempo
La disposición de accionamiento lineal 104 se combina con la desmultiplicadora del mecanismo de control 106 para desplazar cualquier parte que se esté desplazando, a saber los elementos de ala 14 y/o la masa 22, aquí señalada como 108, para alterar la distancia X1 entre el centro del empuje ascensional AC y el centro de gravedad CG. La desmultiplicadora 106 tiene un factor de aumento que representa la ventaja mecánica del mecanismo de accionamiento.
Volviendo a hacer referencia a la Figura 4, el bloque 108 y una serie de los bloques siguientes 110, 112, 114, 116 representan de manera eficaz que sucede cuando una perturbación Fd crea un momento Fd*X2 en el avión, que cambia la incidencia del avión. La fuerza Fw del empuje de elevación del ala también cambia entonces para producir un momento corrector Fd*X1 en el avión. De esta manera se crea una situación altamente dinámica, en la que las fuerzas y los momentos sobre el avión son cambiantes mientras que la distancia X1 también es cambiante debido al desplazamiento de la pieza 108.
El desplazamiento de la pieza 108 y el momento de la fuerza de perturbación Fd alrededor del centro de gravedad CG se representan como que están combinados en una disposición sumante 110 para ajustar el vuelo del avión, como se ha comentado más arriba, teniendo en cuenta las características dinámicas inerciales 112 y las características aerodinámicas 114. El ángulo de incidencia \alpha se realimenta directamente en la entrada 100 como una realimentación negativa para estabilizar el vuelo del avión y, además, el ángulo de incidencia \alpha se aplica a través de una disposición de cálculo 116 que representa la fuerza ascensional del ala Fw como otra entrada para determinar el movimiento de la pieza 108 según el producto Fw*X1.
Volviendo a las Figuras 6 a 9, se ilustran detalles adicionales de una realización del sistema de control de vuelo en el que la masa concentrada 22 se desplaza dentro del fuselaje del avión 12 sobre los apoyos 24, 26. La Figura 6 muestra como el apoyo longitudinal está montado dentro del fuselaje 12 del avión para permitir de manera longitudinal el desplazamiento de la masa 22 del avión 10. El apoyo longitudinal 26 comprende un par de vías 28 de apoyo lineal dispuestas sobre una plataforma fija (no mostrada) por debajo de los elementos 14 de ala del avión y dispuestas para prolongarse longitudinalmente hacia fuera del fuselaje 12 del avión. Las vías 28 encajan las superficies de apoyo 30 correspondientes sobre una placa de sujeción 32 situada entre las dos vías 28. Las superficies de apoyo 28, 30 pueden comprender cojinetes de teflón, cojinetes de rodillos, cojinetes de bolas u otros medios que proporcionen apoyos lineales de baja fricción.
Por tanto, la placa 32 se desplaza longitudinalmente hacia fuera del fuselaje 12 del avión sobre los apoyos lineales de baja fricción 28, 30 y el movimiento de la placa 32 se controla por una pluralidad de medios de accionamiento 34. Como se muestra en la Figura 7, cada medio de actuación comprende un accionador eléctrico lineal 36 de empuje directo que tiene un eje de empuje 38 acoplado directamente a la placa 32.
Suspendidos de la placa 32 y por esa razón sostenidos en primer lugar están los apoyos laterales 24, y en segundo lugar la masa concentrada 22. En las Figuras 8 y 9 se muestran detalles de los apoyos laterales 24.
Como se muestra en estas Figuras, los apoyos laterales 24 comprenden una vez más un par de superficies de apoyo lineales 40 provistas esta vez en la placa 32 y dispuestas para prolongarse lateralmente fuera del fuselaje 12 del avión. Los apoyos laterales 24 se acoplan mediante un par correspondiente de superficies de apoyo 42 sobre una placa de apoyo 44. Como antes, las superficies de apoyo 40, 42 pueden comprender cojinetes de teflón, cojinetes de rodillos, cojinetes de bolas u otros apoyos lineales de baja fricción.
Por tanto, la placa 44 está capacitada para desplazarse lateralmente fuera del fuselaje 12 del avión, y el desplazamiento de la placa 44 se controla merced una pluralidad de medios de accionamiento 46. Como se muestra, cada medio de accionamiento 46 comprende un accionador eléctrico lineal 48 de empuje directo lineal que tiene un eje de empuje 50 en contacto directo con la placa 44. La placa de 44 suspende la masa concentrada 22, y por eso el movimiento de ambos, la placa 44 y la masa concentrada 22 se controla mediante los accionadores eléctricos manuales 48.
Resultará evidente que se puede obtener el control preciso de la posición de la masa concentrada 22 respecto al centro de empuje ascensional AC, y del movimiento de la masa concentrada 22 en el interior del fuselaje 12 del avión, mediante el control apropiado de los accionadores eléctricos manuales 36, 48. De esta manera, se pueden emplear ajustes relativamente pequeños del centro de gravedad del avión 10 para crear movimientos relativamente grandes de inclinación y giro, y también velocidades de aceleración angular considerables para, el avión como un todo. Por lo tanto se pueden usar fuerzas de control relativamente bajas para obtener las características de control de vuelo necesarias.
Por consiguiente, se prevé que las fuerzas de control necesarias estarán probablemente dentro de las capacidades de los accionadores lineales existentes. Consecuentemente se pueden eliminar las reductoras y bombas voluminosas que se encontraban en accionadores hidráulicos habituales pudiéndose esperar un aumento en la fiabilidad total del vehículo. Tales accionadores tienen también tienen ventajas importantes en términos de capacidad de mantenimiento y ciclo de vida útil.
Volviendo ahora a las Figuras 10 y 11, se muestra una segunda realización del sistema de control de vuelo, en el que los elementos de ala se desplazan en el fuselaje del avión sobre los apoyos 24', 26'. La Figura 10 es una vista en planta del mecanismo de accionamiento, mostrado como el bloque 106 en la Figura 5, dispuesto entre una espiga 122 conectada a los elementos de ala 14, y porciones 124 del fuselaje del avión 12. La Figura 11 muestra como se sujetan los elementos de ala 14 en el fuselaje 12 del avión mediante los apoyos 24' y 26', y demuestra la conexión de la espiga de accionamiento 122 con el mecanismo de accionamiento 106.
Haciendo referencia en primer lugar a la Figura 11, se verá que el apoyo longitudinal 26' permite el movimiento longitudinal de los elementos de ala 14 respecto a la placa 126 sujeta por el fuselaje 12 del avión. La placa 126 se sujeta en el fuselaje del avión mediante los apoyos laterales 24' y por lo tanto se puede desplazar lateralmente hacia fuera del fuselaje 12 del avión. Los apoyos 24', 26' pueden comprender cojinetes de teflón, cojinetes de rodillos, cojinetes de bolas u otros medios que proporcionen apoyos lineales de baja fricción. Como resultado de esta disposición, los elementos de ala 14 se pueden desplazar lateral y longitudinalmente respecto al fuselaje 12 del avión.
Este movimiento de los elementos de ala 14 se controla mediante un vástago de control 128 conectado a la espiga 122 de accionamiento del ala. La espiga 122 está conectada de manera pivotante a una primera barra de accionamiento 130, que a su vez está conectada de manera pivotante a una segunda barra de accionamiento 132 sujeta por una conexión de pivote 134 a una de las porciones estructurales del fuselaje 12. Los medios de accionamiento 136 conectados de manera pivotante entre otra porción 124 del fuselaje 12 del avión y un extremo alejado 139 de la segunda barra de accionamiento 132 sirven para controlar el movimiento de la espiga de accionamiento 122 en la dirección longitudinal del avión. Los medios de accionamiento 136 comprenden un accionador eléctrico lineal de empuje directo que tiene un eje de empuje 140 conectado de manera pivotante a la barra de accionamiento 132.
La segunda barra de accionamiento tiene una 132 tiene una prolongación 142, y entre un extremo libre 146 de la prolongación 142 y un extremo libre de 148 de la primera barra de accionamiento 130 medios se montan de manera pivotante medios de accionamiento 144. Los medios de accionamiento 144 comprenden un accionador eléctrico lineal 150 de empuje directo que tiene un eje de empuje 152. Como se puede ver, el funcionamiento del accionamiento eléctrico lineal 150 tiene el efecto de hacer pivotar la primera barra de accionamiento 130 respecto a la segunda barra de accionamiento 132 y de desplazar lateralmente la espiga 122 de accionamiento por el fuselaje 12 del avión.
La segunda realización de la invención mostrada en las Figuras 10 y 11 tiene la ventaja que los apoyos 24' y 26' son externos al cuerpo principal 12 del avión y el mecanismo de accionamiento 106 se puede situar dentro del fuselaje 12 de manera inmediata bajo los elementos de ala 14. Como resultado de esto, el mecanismo de accionamiento 106 apenas interfiere con el diseño del espacio interior del fuselaje 12, y con la disposición de los varios sistemas de avión, almacenes y suministros de combustible.
Volviendo ahora a la Figura 12, se muestra un aspecto adicional del sistema de control de vuelo de la presente invención. En este aspecto, un avión 60 con un fuselaje 62 y un par de alas 64 está provisto con una disposición 66 para variar el área de ala de cada ala 64. El lado derecho de la Figura 12 muestra una de las alas 64 con un área de ala máxima, mientras que el lado izquierdo de la Figura 12 muestra la otra de las alas 64 con un área de ala mínima.
Con objeto de variaciones de área de ala cada ala 64 comprende una primera porción 68 que se fija rígidamente y/o se hace enteriza con el fuselaje 62 del avión 60. Una segunda porción 70 de ala se aloja de manera telescópica dentro de la primera porción 68 de ala para desplazarse entre una posición totalmente retraída (mostrada en el lado izquierdo de la Figura 8) y una posición totalmente extendida (mostrada en el lado derecho de la Figura 8). En la práctica, la segunda porción 70 de ala se puede desplazar también hasta cualquier posición entre la posición totalmente retraída y la posición totalmente extendida.
En virtud del hecho de que la segunda porción de ala se monta sobre apoyos lineales 72 de baja fricción dentro de la primera porción de la 69 es posible el movimiento de relativo de la segunda porción 70 de ala y de la primera sección de ala 68. Estos apoyos lineales de baja fricción pueden ser cojinetes de teflón, cojinetes de rodillos, cojinetes de bolas o cualquier otro cojinete de baja fricción.
Además, con cada ala 64 se asocia un par de medios de accionamiento 74 para efectuar la extensión y la retracción de la segunda porción 70 de ala respecto a la primera porción 68 de ala. Cada medio de accionamiento 74 comprende un accionador eléctrico lineal 76 de empuje directo que tiene un eje de empuje 78. Uno de los accionadores 76 y el eje de empuje 78 se sujetan bien en el fuselaje 62 del avión o en la primera porción 68 de ala rígida y el otro de los accionadores 76 y el eje de empuje 78 se sujetan en la segunda porción 70 de ala, desplazable. Debido a que la primera porción 64 de ala sostiene la segunda porción 70 de ala mediante apoyos de baja fricción, la extensión y la retracción de la segunda porción 70 de ala se puede lograr fácilmente haciendo funcionar los medios de accionamiento 74.
Una ventaja importante de la disposición mostrada en la Figura 12 es que el área de ala del avión se puede ajustar para adaptar las condiciones de vuelo actuales. Por ejemplo, la segunda porción 70 de ala se puede extender completamente para proporcionar un área de ala máxima durante el despegue y esperas a gran altitud. Para vuelos a alta velocidad a baja altitud y en condiciones turbulentas, la segunda porción 70 de ala se puede retraer totalmente para proporcionar un área de ala mínima para aumentar el control de vuelo.
La variación del área de ala proporciona un control directo del empuje ascensional del avión y ofrece la posibilidad de hacer funcionar el avión de manera consecuente con la máxima relación empuje ascensional/arrastre con objeto de obtener el máximo rendimiento de combustible. Así, puede ser posible aumentar el radio de acción del avión y/o aumentar la carga máxima del avión. Combinando la característica de desplazar el centro de gravedad CG del avión respecto al centro de empuje ascensional AC, como se describe respecto a las Figuras 1 a 11 y la característica de variar el área de ala como se describe respecto a la Figura 12, puede ser posible un grado muy elevado de control incluso a velocidades de aire excepcionalmente bajas.
El sistema de control de vuelo descrito ofrece muchas ventajas, de las que la menos importante no es la reducción requerida en las fuerzas de control del avión, y por lo tanto en las demandas de energía en la generación eléctrica y en el sistema de suministro, debido al hecho de que la potencia requerida para el control de vuelo se transmite desde el motor a través del fuselaje y el conjunto de apoyos de baja fricción.
En las dos realizaciones de la invención primera y segunda, mostradas respectivamente en las Figuras 6 a 9 y, en las Figuras 10 y 11, el sistema de control de vuelo estabiliza el avión controlando la relación de su centro de gravedad CG respecto a su centro aerodinámico o centro de empuje ascensional AC. Por consiguiente el sistema de control de vuelo compensa de manera inherente las variaciones en la masa del avión debido a cambios en los estados de las bodegas de carga y de combustible, sin que el sistema necesite recibir información directa respecto a los estados de las bodegas y combustible.
Dentro del alcance de la invención son posibles varias modificaciones. Por ejemplo, aunque las realizaciones descritas prevén utilizar solo una única masa concentrada 22, esta se puede sustituir por varias de tales masas situadas en diferentes posiciones dentro del fuselaje 12 del avión. Tales masas se pueden disponer para desplazarse independientemente sobre apoyos respectivos con respecto a los elementos de ala 14.
Del mismo modo, aunque en las realizaciones descritas con referencia a las Figuras 6 a 9 la masa concentrada 22 es desplazable respecto al centro de empuje ascensional AC del avión, también podría ser desplazable respecto a la dirección de empuje del motor 16, o de un motor respectivo si hay más de uno.
El desplazamiento del centro de gravedad del avión CG respecto al centro de empuje ascensional del avión AC permite el control y la inclinación y el giro, mientras de manera similar el desplazamiento de la u otra masa concentrada respecto a la línea de empuje del motor permite el control de derrape y giro (oscilación longitudinal)

Claims (10)

1. Un avión con un sistema de control de vuelo (20) que comprende medios (14) que generan un empuje ascensional aerodinámico, y medios para controlar en uso el empuje ascensional proporcionado por los medios generadores de empuje ascensional, comprendiendo los medios de control de empuje ascensional:
-
una masa concentrada (22) montada dentro de un cuerpo longitudinal (12) del avión, comprendiendo la masa concentrada al menos una función y/o sistema de avión existente, montados en un soporte (44) en un área confinada,
-
apoyos (24, 26; 24', 26') que permiten el desplazamiento relativo entre la masa concentrada y al menos una porción de los medios que generan el empuje ascensional,
-
medios de accionamiento (34, 46; 136, 144) para producir tal movimiento relativo, con lo que en uso el centro del empuje ascensional aerodinámico y el centro de gravedad del avión se pueden desplazar uno respecto a otro, para efectuar el control de vuelo, y
-
caracterizado por que los apoyos están dispuestos para permitir desplazamiento de la masa concentrada y/o de al menos una porción de los medios que generan el empuje ascensional de manera selectiva lateral y longitudinalmente respecto al fuselaje del avión, y estando dispuestos además para permitir tal movimiento respecto a la o una línea de empuje del motor respectivo (16).
2. Un avión según la reivindicación 1, en el que los apoyos comprenden apoyos lineales.
3. Un avión según cualquier reivindicación precedente, en el que al menos una porción de los medios que generan el empuje ascensional se desplazan respecto al fuselaje del avión.
4. Un avión según cualquier reivindicación precedente, en el que la masa concentrada comprende al menos un sistema de accionamiento del avión, los depósitos de combustible del avión y los recipientes de almacenamiento del avión.
5. Un avión según cualquier reivindicación precedente, en el que la masa concentrada incluye más de un elemento de masa, y en el que los apoyos permiten movimientos relativos independientes entre cada elemento de masa y al menos una porción de los medios que generan el empuje ascensional.
6. Un avión según cualquier reivindicación precedente, en el que los medios de accionamiento comprende accionamientos eléctricos lineales.
7. Un avión según cualquier reivindicación precedente, en el que los medios que generan el empuje ascensional aerodinámico comprenden un par de alas (64) cada una de las cuales tiene un área de ala variable.
8. Un avión según la reivindicación 7, en el que cada ala comprende una primera porción de ala (68) que es fija respecto al fuselaje del avión, una segunda porción de ala (70) que se monta a la primera porción de ala merced a apoyos (72) a fin de extenderse y retraerse respecto a ella, y medios de accionamiento (74) para extender y retraer la segunda porción de ala.
9. Un método de control de vuelo en un avión con medios (14) que generan un empuje ascensional hidrodinámico, que comprende el control en uso del empuje ascensional proporcionado por los medios que generan el empuje ascensional, comprendiendo dicho control de empuje ascensional:
-
proporcionar una masa concentrada (22) montada dentro de un cuerpo longitudinal del avión, comprendiendo la masa concentrada al menos una función y/o sistema de avión existente, montada en un soporte (44) en un área confinada, y
-
efectuar un desplazamiento relativo entre la masa concentrada y al menos una porción de los medios que generan el empuje ascensional aerodinámico, con lo que el centro de gravedad y el centro del empuje ascensional aerodinámico del avión se desplazan uno respecto al otro para generar momentos que controlan el movimiento ascensional alrededor de dicho centro de gravedad,
-
caracterizado porque el desplazamiento relativo comprende el desplazamiento de manera selectiva de la masa concentrada y/o de al menos una porción de los medios que generan el empuje ascensional lateral y longitudinalmente respecto al fuselaje del avión, y además respecto a la línea de empuje del o de un motor respectivo (18).
10. Un método según la reivindicación 9, en el que los medios que generan el empuje ascensional aerodinámico comprenden un par de alas (64), y además comprenden la variación del área del ala para controlar el empuje ascensional.
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3889956B2 (ja) * 2001-02-27 2007-03-07 シャープ株式会社 移動装置
US6742741B1 (en) * 2003-02-24 2004-06-01 The Boeing Company Unmanned air vehicle and method of flying an unmanned air vehicle
ES2264295B1 (es) * 2003-05-21 2008-05-16 Advanced Dynamics, S.A. Sistema dinamico para el gobierno de moviles.
US7185848B2 (en) * 2004-06-21 2007-03-06 Ltas Holdings, Llc Mass transfer system for stabilizing an airship and other vehicles subject to pitch and roll moments
JP4984591B2 (ja) * 2006-03-28 2012-07-25 日本電気株式会社 自動姿勢制御装置、自動姿勢制御方法及び自動姿勢制御プログラム
US20090014596A1 (en) * 2007-03-28 2009-01-15 Jerome Pearson Long endurance aircraft having morphing wing configured to change shape
FR2920129B1 (fr) * 2007-08-23 2010-01-22 Airbus France Procede et systeme de manoeuvre d'un aeronef par deplacement de son centre de gravite
EP2296064B1 (en) * 2009-09-10 2019-04-24 Sikorsky Aircraft Corporation Life improving flight control system
DE102011000651A1 (de) * 2011-02-11 2012-08-16 Andreas Voss Flugkörper
US9218004B2 (en) * 2011-03-31 2015-12-22 The Boeing Company Flight path control system for aircraft
US9908619B1 (en) * 2014-09-25 2018-03-06 Amazon Technologies, Inc. Ballast control mechanisms for aerial vehicles
US9501061B2 (en) * 2015-02-24 2016-11-22 Qualcomm Incorporated Near-flight testing maneuvers for autonomous aircraft
DE102016218769A1 (de) * 2016-09-28 2018-03-29 Airbus Defence and Space GmbH Starrflügelflugzeug und verfahren zum betreiben eines starrflügelflugzeugs
CN106828886A (zh) * 2017-01-16 2017-06-13 北京猎鹰无人机科技有限公司 一种飞行器重心动态配平装置
CN109421921A (zh) * 2017-08-24 2019-03-05 臧晓今 一种倾斜旋翼飞行器主动介入控制重心的方法
GB2569175A (en) * 2017-12-08 2019-06-12 Airbus Operations Ltd Aircraft with active support
US11267555B2 (en) * 2018-01-08 2022-03-08 GEOSAT Aerospace & Technology Methods and unmanned aerial vehicles for longer duration flights
CN109823520A (zh) * 2019-02-26 2019-05-31 徐桂敏 飞行器及飞行系统
FR3093994B1 (fr) * 2019-03-18 2021-06-11 Airbus Helicopters Procédé et dispositif pour déplacer un centre de gravité d’un aéronef
CN110937105B (zh) * 2019-11-22 2021-10-15 航天时代飞鸿技术有限公司 一种重心自动控制装置及其方法
HUP2000442A1 (hu) * 2020-12-21 2022-06-28 Steel Riders Kft Üzemanyag-tároló rendszer légi jármû súlypontkompenzálására, valamint légi jármû, amely ilyen üzemanyag-tároló rendszert tartalmaz
KR20240163418A (ko) 2023-05-10 2024-11-19 현대자동차주식회사 무게중심 조절장치

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1853082A (en) * 1921-09-06 1932-04-12 Wilfrid V N Powelson Self-stabilizing airship
US1853233A (en) * 1930-03-04 1932-04-12 Wing Aeronautical Corp Stabilizing device for airships
DE748739C (de) * 1939-09-15 1944-11-08 Schwanzloses Flugzeug mit vor der Tragflaeche, quer zur Flugrichtung am Rumpfbug angeordnetem Leitwerk oder Vorfluegel
GB651436A (en) 1948-06-04 1951-04-04 Blackburn & Gen Aircraft Ltd Improvements in aircraft
US2823880A (en) * 1955-03-10 1958-02-18 Honeywell Regulator Co Aircraft fuel load center of gravity control means
GB942681A (en) 1960-11-18 1963-11-27 Paul Dewey Bolton Optimum flight equilibrium system
FR1414019A (fr) * 1964-09-02 1965-10-15 Dispositif de stabilisation horizontale pour avion
US3765622A (en) * 1972-01-17 1973-10-16 R Haines Aircraft control means
US3985320A (en) * 1975-05-19 1976-10-12 Brady De Cordova Maxwell Platform stabilizing systems
US4212441A (en) * 1978-05-11 1980-07-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Wing pivot assembly for variable sweep wing aircraft
US4735381A (en) 1987-02-12 1988-04-05 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Multi-body aircraft with an all-movable center fuselage actively controlling fuselage pressure drag
US4974499A (en) * 1988-01-13 1990-12-04 Sanderson Paul H Aircraft armament apparatus
US4955962A (en) * 1989-02-02 1990-09-11 Christian Mell Remote controlled flying saucer
US5031857A (en) * 1989-11-09 1991-07-16 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Two-stage earth-to-orbit transport with translating oblique wings for booster recovery
US5020740A (en) * 1990-03-28 1991-06-04 Thomas Hugh O Pitch control trimming system for canard design aircraft
US5253827A (en) * 1991-09-30 1993-10-19 Rockwell International Corporation Chain driven, rail guided payload deployment system
GB2261203B (en) 1991-11-08 1996-02-28 Keith Ralbert Sherriff A V.T.O.L hover bike aircraft
US5312070A (en) * 1992-04-02 1994-05-17 Grumman Aerospace Corporation Segmented variable sweep wing aircraft
US5255876A (en) * 1992-06-08 1993-10-26 The Boeing Company Linear lift and counterbalance aircraft passenger door
GB2270510B (en) * 1992-09-11 1996-07-17 Charles John Cochrane Lift device
US5645250A (en) * 1993-08-26 1997-07-08 Gevers; David E. Multi-purpose aircraft
US5620303A (en) * 1995-12-11 1997-04-15 Sikorsky Aircraft Corporation Rotor system having alternating length rotor blades for reducing blade-vortex interaction (BVI) noise
US5671898A (en) 1996-02-16 1997-09-30 Brown; Bruce B. Aircraft having fixed and pivotal wings
DE29709553U1 (de) 1997-06-02 1997-10-16 Pielstick, Christian J., 26419 Schortens Konstruktion eines konventionellen 4 - 6 sitzigem Reiseflugzeuges mit der Besonderheit eines variablen Schwerpunktbereiches durch einen längs verschiebbaren Tragflügel
US5984231A (en) * 1998-06-19 1999-11-16 Northrop Grumman Corporation Aircraft with variable forward-sweep wing

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Publication number Publication date
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DE60101463T2 (de) 2004-05-27

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