ES2271877T3 - Rotor u aeronave pasivamente estable en vuelo estacionario. - Google Patents
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Abstract
Rotor (10), que genera elevación, comprendiendo por lo menos dos palas de rotor (11, 12) y un árbol del rotor generalmente vertical (18) provisto de un eje central, extendiéndose cada pala del rotor hacia fuera desde el árbol del rotor, terminando en una punta, estando provisto el rotor de un plano de giro (A) definido por una trayectoria que cada una de las puntas de las palas del rotor sigue cuando gira el rotor, caracterizado porque el plano de giro (A) se puede inclinar en cualquier dirección con respecto a un plano de referencia (B) perpendicular al eje del árbol del rotor; por lo menos una parte de una o más de las palas del rotor (11, 12) tiene un ángulo de paso (41) generalmente fijo con relación a dicho plano de referencia (B); por lo menos una parte de una o más de las palas del rotor (11, 12) tiene un ángulo de paso (42) generalmente fijo con relación al plano de giro (A).
Description
Rotor y aeronave pasivamente estable en vuelo
estacionario.
La presente invención se refiere a aeronaves con
alas giratorias tales como helicópteros y en particular a un sistema
de rotor que permite estabilizarla en un vuelo estacionario. También
se refiere a un sistema de rotor coaxial especialmente adecuado
para aeronaves muy pequeñas y procedimientos para controlarlas.
Típicamente las aeronaves de alas giratorias
como los helicópteros están sostenidas mediante un rotor que gira
alrededor de un árbol del rotor vertical generando con un empuje de
elevación o hacia arriba. La dirección del empuje es perpendicular
al plano de giro definido por la trayectoria que siguen las puntas
de las palas del rotor cuando giran alrededor del árbol del
rotor.
En un helicóptero convencional el empuje total
del rotor se puede cambiar cambiando colectivamente el ángulo de
paso (o resumidamente, el paso) de todas las palas del rotor. En el
campo de la dinámica de la aeropropulsión el paso está definido
como el ángulo lateral entre las palas y un plano de referencia
perpendicular al eje del árbol del rotor. El ángulo se mide
tangencial al giro y por lo tanto no cambiará si el rotor se
inclina.
Cambiando colectivamente el paso de las palas
del rotor se puede controlar el helicóptero en la dirección
vertical. La dirección horizontal de vuelo se puede alterar
ajustando cíclicamente el paso de las palas. Ajustar cíclicamente
el paso significa que el paso de las palas individuales del rotor se
ajusta desde un máximo en una posición particular de giro hasta un
mínimo en el lado opuesto. Esto causa que la elevación en una parte
del giro sea mayor que en las otras partes, por lo que el plano de
giro se inclina respecto al eje del árbol del rotor. Cuando el
plano de giro se inclina de ese modo, el empuje inicialmente
vertical también se inclina y por lo tanto se tiene una componente
horizontal, que empuja al helicóptero en la dirección del plano de
giro inclinado hacia abajo.
Normalmente, un helicóptero debe ser controlado
activamente tanto por el piloto como por sensores giroscópicos. Los
medios necesarios para variar y controlar el ángulo de paso de cada
pala son complicados, caros y añaden peso al helicóptero.
Un rotor de paso fijo sin un control individual
de la pala permitirá una aeronave o helicóptero más simple y de
peso más ligero. Sin embargo, un rotor de paso fijo es
inherentemente inestable en un vuelo estacionario (permanezca
estacionario en el aire) y requiere otros medios de control. Existen
diversos ejemplos de helicópteros con rotores de paso fijo que
incluyen rotores de contra giro de paso fijo, controlados mediante
alguna clase de desplazamiento del peso.
La patente US nº 06.182.923 describe un
helicóptero en el que el conjunto del rotor es capaz de deslizar en
la dirección longitudinal del fuselaje y al mismo tiempo es capaz de
inclinarse en la dirección transversal. El propósito de esta
disposición siendo alterar el centro de gravedad con relación al
empuje del rotor, inclinando de ese modo el helicóptero en la
dirección deseada de vuelo. Otro helicóptero de rotor coaxial de
contra giro de paso fijo se describe en la patente US nº 06.460.802.
En este helicóptero el conjunto de rotor que incluye el motor está
articuladamente unido al fuselaje y se puede inclinar en cualquier
dirección, controlando de ese modo la aeronave.
En diversos helicópteros diseñados y construidos
por Kaman Corporation, la parte interior de las palas del rotor
tienen un paso fijo similar a los rotores anteriores, mientras que
pueden girar en dirección longitudinal. En los helicópteros de
Kaman las palas del rotor están activamente controladas mediante
"servo alerones" adaptados para proporcionar un momento de
torsión en las palas a fin de cambiar cíclicamente el paso,
controlando de ese modo la dirección de vuelo.
El control de una aeronave con un rotor de paso
fijo también se puede conseguir mediante aberturas o muescas para
alterar el flujo de aire que pasa a través del rotor. Otra
alternativa es utilizar 4 propulsores separados, 2 y 2 girando en
sentidos opuestos y colocados en diagonal alrededor de un eje
vertical central. Cada propulsor produciendo inicialmente una parte
igual del empuje vertical necesario para elevar la aeronave. La
aeronave se controla mediante la inclinación en la dirección
deseada de vuelo incrementando el empuje de un propulsor en uno de
los lados de la aeronave y reduciendo el empuje del otro propulsor
en el lado opuesto. Esta idea se realizó por primera vez en una
aeronave a escala natural en el año 1920. Una aeronave similar pero
muy pequeña de juguete, accionada por batería y controlada
remotamente fue introducida por Keyence Corporation, Japón en
1997.
Las aeronaves descritas antes son ejemplos de
diseños simples, sin embargo, no son pasivamente estables y por lo
tanto necesitan ser controladas por un piloto o un operario experto.
La mayor parte de ellos están accionados bajo condiciones de un
viento ligero o en el interior.
Una aeronave de juguete de alas giratorias
pasivamente estable en vuelo estacionario se describe en la
patente US nº 05.297.759. Esta aeronave es de hecho un rotor grande
que vuela con limitadas posibilidades de control.
Otro helicóptero de juguete estable se expone en
la patente US nº 06.659.395. Esta patente utiliza la palabra
propulsor o propulsor principal en lugar de rotor, también cuando se
refiere a helicópteros. Aquí, un helicóptero utilizar diferentes
clases de anillos o arcos de seguridad unidos a la punta de las
palas propulsoras y confía en las fuerzas giroscópicas para cambiar
el paso del propulsor completo para fijar la estabilidad, en gran
medida al igual que los rotores de dos palas ordinarios con grandes
barras estabilizadoras. El propósito de los arcos de seguridad,
aparte de hacer más seguro el propulsor, se describe que es el
siguiente: cuando el propulsor principal gira, si el propulsor
principal empieza a cabecear (inclinarse alrededor del eje
longitudinal de las palas), los arcos de seguridad empezarán a
moverse en el plano horizontal. El peso de los arcos de seguridad,
sin embargo, crea un efecto giroscópico que causa que el propulsor
principal se nivele articulando las palas alrededor de un pasador
de articulación con un eje de articulación paralelo a las palas.
Esto asegura que el propulsor permanezca, o vuelva, al nivel
horizontal. En este helicóptero, las palas del propulsor se
extienden hacia fuera desde el árbol en un plano horizontal sin
ninguna conicidad y las palas son libres de girar de modo que cambia
el paso a lo largo del propulsor completo sin momento de torsión ni
plegado alguno de las palas.
En la forma de realización preferida de este
helicóptero de juguete se evita realmente que el propulsor aletee
(se incline hacia arriba y hacia abajo). El propósito de esto parece
ser mantener eficazmente el nivel del propulsor en todo momento,
evitando de ese modo que el helicóptero entre en oscilaciones o se
haga inestable. Sin embargo, este sistema de estabilización
proporciona posibilidades limitadas de control en la dirección
horizontal y no permite unas maniobras precisas. Esto es
parcialmente debido al hecho de que el propulsor y el helicóptero
actúan como un sistema giroscópico común resistiendo cualquier
intento de inclinarlo. Se cree que si una fuerza de oscilación se
aplica al helicóptero durante un período de tiempo, empezando un
movimiento horizontal, llevará un tiempo igual y sustancialmente
largo para poder parar el helicóptero, haciendo difíciles las
maniobras precisas.
Otro problema con un rotor (propulsor) como el
que se ha descrito antes, provisto de palas que no son capaces de
aletear es que si helicóptero realmente se inclina aplicando una
fuerza exterior, el rotor, debido a su peso y sus efectos
giroscópicos inherentes, se inclinará lateralmente. La inclinación
lateral otra vez puede dar lugar a nuevas fuerzas mecánicas y
causar que el rotor se incline todavía en otra dirección. El rotor
entonces, a pesar de sus medios de estabilización, puede quedar
fuera de control y el helicóptero perder su estabilidad.
En particular, el documento
US-A-5.639.215 muestra una pala de
rotor con un mecanismo de alerones. Sin embargo, esto introduce un
aumento tanto en el peso como en la complejidad mecánica.
Por el contrario, un objetivo de la presente
invención es proporcionar un rotor de peso reducido que proporciona
una aeronave tanto una buena estabilidad pasiva para un vuelo
estacionario como una buena maniobrabilidad.
En muchas situaciones y aplicaciones será
deseable tener una aeronave que sea estable sin forma alguna de
estabilización activa, incluso aunque se sacrifique una elevada
velocidad hacia adelante y la capacidad de funcionar bajo
condiciones de viento.
Con estos antecedentes se puede apreciar que
existe la necesidad de un rotor que permita esta clase de
estabilidad. El rotor debe ser capaz también de mantener
pasivamente una aeronave en una posición fija con respecto al aire
que lo rodea. Finalmente, el rotor debe permitir un control
horizontal completo y hacer posible maniobras precisas.
El objetivo de la presente invención es cubrir
las necesidades de una aeronave de alas giratorias pasivamente
estable mediante la exposición de un rotor de diseño simple que
posibilita construir una aeronave de este tipo. Adicionalmente, este
rotor puede ser utilizado en un sistema de rotor coaxial de contra
giro que sea tanto de peso ligero, como eficaz y fácil de accionar,
ideal para pequeñas aeronaves accionadas eléctricamente remotamente
controladas.
El rotor expuesto en la presente invención y
reivindicado en la reivindicación 1 tiene un plano de giro definido
por la trayectoria que sigue la punta de las palas del rotor cuando
el rotor gira y un plano de referencia fijo que es perpendicular al
árbol del rotor. El rotor es capaz de generar la inclinación
requerida para permitir que la aeronave tenga un vuelo sostenido
estable que incluye un vuelo estacionario pasivamente estable.
En la forma de realización preferida de la
presente invención el rotor consta de 4 palas del rotor dispuestas
en dos pares o conjuntos. Las palas del rotor están fijadas a dos
piezas centrales; dos palas del rotor que se extienden en sentidos
opuestos fijadas a una pieza central superior y las otras dos palas
del rotor orientadas 90º con respecto a las primeras, fijadas a una
pieza central inferior. En sus puntas están fijadas a un anillo que
rodea el rotor completo. Las palas están montadas con un paso
previamente definido y están inclinadas hacia arriba para conferir
al rotor una forma cónica. Cada pieza central ortogonalmente
orientada está independientemente y de forma articulada unida al
árbol del rotor vertical con un eje de articulación perpendicular a
la dirección longitudinal de las palas del rotor. La unión
articulada permite que el momento de torsión del árbol del rotor
haga girar el rotor y al mismo tiempo permite que cada conjunto de
palas del rotor aletee (se incline hacia arriba y hacia abajo). Sin
embargo, el paso de la parte interior de todas las palas del rotor
permanece fijo cuando el rotor se inclina. El anillo que rodea al
rotor completo, por definición, descansa en el plano de giro y
puesto que las puntas de las palas del rotor están fijadas al
anillo, su ángulo de paso con respecto al plano de giro es también
fijo. Esto implica que las palas del rotor deben ser flexibles y
poder estar sometidas a un momento de torsión alrededor de su eje
longitudinal cuando el plano de giro se inclina.
La presente invención confía en tres medios
diferentes que funcionan juntos para controlar la estabilidad y el
comportamiento del rotor.
En primer lugar, la unión articulada entre cada
conjunto de palas del rotor y el árbol del rotor, junto con las
palas flexibles, permiten que el plano de giro se incline más o
menos libremente en cualquier dirección con respecto al plano de
referencia.
En segundo lugar, el rotor está estabilizado con
respecto al árbol del rotor y la aeronave, permitiendo que una
parte de las palas del rotor tengan un paso fijo con relación al
plano de referencia. Si el rotor y el plano de giro se inclinan,
las palas en efecto seguirán una trayectoria hacia arriba y hacia
abajo a medida que giran, resultando en una elevación diferente en
partes diferentes del giro, por lo que el rotor se inclina de vuelta
a su posición inicial.
En tercer lugar, en un rotor que se desplaza
horizontalmente las palas del rotor tendrán diferentes velocidades
aerodinámicas relativas dependiendo de la rotación en la que estén.
En la parte de giro en la que las palas giran hacia delante en la
misma dirección que el movimiento, la velocidad aerodinámica
relativa aumenta. La velocidad aumentada proporciona una elevación
incrementada, que empieza a inclinar el rotor o más precisamente el
plano de giro hacia arriba por delante. Cuando el plano de giro se
inclina, el empuje vertical también se inclina y se obtiene una
componente horizontal que actúa contra el movimiento, tratando de
pararlo. El paso fijo con relación al plano de giro es importante
porque se suma en gran medida a la tendencia a la inclinación y
asegura que, incluso pequeños movimientos con respecto al aire que
lo rodea, inclinarán el plano de giro.
Esta tendencia incrementada a la inclinación es
realmente lo opuesto al comportamiento normalmente deseado de un
rotor de helicóptero limita la velocidad de avance máxima que se
puede conseguir. Cuando se para el movimiento, los segundos medios
que estabilizan el rotor con respecto al árbol del rotor, llevan
otra vez al rotor a su posición inicial.
En otra forma de realización de la presente
invención el mismo efecto de estabilización se consigue con unas
palas del rotor que constan de dos piezas flexibles o unidas
articuladamente entre sí. Una pieza de la pala tiene un ángulo de
paso fijo con respecto al árbol del rotor y la otra pieza sigue el
movimiento general (y el plano de giro) del rotor.
La presente invención también describe un
procedimiento para la estabilización de una aeronave en un vuelo
estacionario, como se reivindica en la reivindicación 7.
La presente invención también describe la
utilización de tales rotores en una aeronave que es pasivamente
estable en un vuelo estacionario y capaz de volar hacia delante,
utilizando un conjunto de rotor de contra giro coaxial. El vuelo
horizontal se consigue inclinando la aeronave completa por medio del
desplazamiento del peso o mediante un empuje vertical de un
propulsor pequeño en la parte posterior de la aeronave. También se
exponen medios y procedimientos para controlar la aeronave en el
derrape (rotación). Finalmente, se mencionan algunas aeronaves
alternativas adecuadas para fines o funcionamientos especiales.
La siguiente descripción detallada de las formas
de realización preferidas se acompaña con dibujos a fin de hacerla
más fácilmente comprensible. En los dibujos:
La figura 1 es una vista en perspectiva de un
rotor de 4 palas.
Las figuras 2a y 2b son unas vistas laterales
del rotor de la figura 1, mostrando el rotor en una posición
horizontal y en una posición inclinada.
La figura 3a es una vista desde abajo, la figura
3b es una vista posterior y la figura 3c es una vista lateral de una
pala de rotor que puede estar sometida a un momento de torsión a lo
largo de su eje longitudinal.
La figura 4a es una vista desde abajo, la figura
4b es una vista posterior y las figura 4c y 4d son vistas laterales
de una pala de rotor que comprende dos elementos unidos.
Las figuras 5a y 5b son unas vistas laterales de
un rotor de 4 palas en posición horizontal y en posición
inclinada.
La figura 6 es una vista en perspectiva de una
aeronave con un conjunto de rotor coaxial y un propulsor de empuje
vertical para el control.
La figura 7 es una vista en perspectiva de una
aeronave que emplea una forma de realización alternativa de la
presente invención.
La figura 8 es una vista en perspectiva de una
aeronave que emplea otra forma de realización alternativa de la
presente invención.
En lo que sigue a continuación se expone la
presente invención y se describirá la forma de realización preferida
con referencia a los dibujos adjuntos. Se describirán algunas
formas de realización alternativas, sin embargo, los expertos en la
materia podrán llevar a cabo otras aplicaciones y modificaciones
dentro del alcance de la invención como se define en las
reivindicaciones independientes adjuntas.
En las figuras 1 y 2 se representa la forma de
realización preferida de un rotor de acuerdo con la presente
invención. Es más adecuada para aeronaves pequeñas, de vuelo libre o
accionadas remotamente, en el interior o bajo condiciones ligeras
de viento. El rotor tiene un plano de giro definido por la
trayectoria que siguen las puntas de las alas del rotor cuando gira
el rotor y un plano de referencia fijo que es perpendicular al árbol
del rotor.
El rotor (10) consta de 4 palas del rotor
dispuestas en dos pares o conjuntos con un perfil de las palas que
tiene la forma de una placa curvada delgada. Este perfil de las
palas se escoge a fin de obtener palas del rotor que se puedan
someter a torsión fácilmente y mantengan todavía la resistencia
longitudinal. Una sección transversal abierta de este tipo, se sabe
que tiene una rigidez a la torsión muy baja y que permitirá que un
extremo de la pala gire o se someta a torsión con respecto al otro
extremo, sin que la pala se doble ni se rompa.
Las palas del rotor (11, 11, 12, 12) están
fijadas a dos piezas centrales; dos palas del rotor (11, 11)
extendiéndose en direcciones opuestas fijadas a una pieza central
superior (13) y las otras dos palas del rotor (12, 12) orientadas
90º con respecto a las primeras, fijadas a la pieza central inferior
(14). En su punta las palas del rotor están fijadas a un anillo
(15) que rodea el rotor completo. Las palas están montadas con un
ángulo de paso previamente definido de aproximadamente 20 grados y
están inclinadas hacia arriba 6-12 grados (16) para
componer un rotor con una forma cónica.
Las piezas centrales ortogonalmente orientadas
(13, 14) están unidas independientemente y unidas articuladas a
través de pasadores (17, 19) al árbol vertical del rotor (18). El
árbol del rotor (18) se extiende a través de orificios en las
piezas centrales inicialmente colocadas horizontales y los orificios
son lo suficientemente grandes como para permitir que las piezas
centrales se inclinen alrededor de sus ejes de articulación. Los
ejes de articulación son perpendiculares a las respectivas palas del
rotor (11, 12) y la unión articulada permite que el momento de
torsión del árbol del rotor (18) gire el rotor (10) y al mismo
tiempo permite que cada conjunto de palas del rotor aletee (se
incline hacia arriba y hacia abajo en la dirección
longitudinal).
Con referencia a la figura 5, se explican
detalles relativos a las articulaciones, el eje de articulación y
el paso fijo. La figura 5a muestra el rotor en su posición inicial
mientras la figura 5b muestra el rotor en una posición inclinada.
El plano de giro que se puede inclinar está indicado con (A) y el
plano de referencia fijo está indicado con (B).
Las articulaciones (46, 48) pueden ser cualquier
tipo de articulación, cada una de ellas constando de pasadores de
articulación (17, 19) como en las figuras 1, 2 y 3 o por ejemplo
alguna clase de material flexible. La orientación del eje de
articulación (47, 49), perpendicular a cada conjunto respectivo de
palas del rotor, es esencial, pero a parte de eso, las
articulaciones (46, 48) pueden ser cualquier clase de articulación.
El rozamiento interno o la rigidez de la articulación, sin embargo,
deben ser tan pequeños como sea posible para no introducir fuerzas
mecánicas indeseadas entre el rotor (10) y el árbol del rotor (18).
A fin de que el rotor se pueda inclinar libremente, también es
importante que la posición vertical del eje de articulación (47, 49)
esté más o menos en línea con las palas del rotor (11, 12). Si los
ejes de articulación (47, 49) están colocados por debajo del rotor,
la forma cónica fija del rotor limitará la inclinación libre porque
las palas del rotor (11, 12) sólo se pueden someter a torsión y no
doblar.
Ambas articulaciones (46, 48) están unidas al
árbol del rotor a través de un cubo (45). El cubo (25) puede
sostener tanto un conjunto de articulaciones flexibles como un
conjunto de pasadores de articulación, dependiendo de la clase de
articulación que se vaya a utilizar.
El primer eje de articulación (47) asociado con
el primer conjunto de palas del rotor (11) y el segundo eje de
articulación (49) asociado con el segundo conjunto de palas del
rotor (12), están orientados perpendiculares entre sí. Por lo
tanto, en cualquier punto dado del giro, un conjunto de palas será
capaz de inclinarse (la punta desplazándose hacia arriba o hacia
abajo) en una primera dirección y puesto que todas las puntas están
fijadas a un anillo (15), el otro conjunto de palas se verán
sometidas a torsión a fin de acomodarse a está inclinación. En la
figura 5b el primer conjunto de palas del rotor (11) está inclinado,
mientras que el segundo conjunto (12) está sometido a torsión. Sin
embargo, el segundo conjunto de palas del rotor (12) está todavía
libre para inclinarse mientras las palas están sometidas a torsión y
el primer conjunto de palas (11) se verá sometido a torsión entonces
a fin de acomodar esta segunda inclinación. Puesto que cada conjunto
de palas del rotor es capaz de inclinarse independientemente y
puesto que todas las palas del rotor se pueden someter a torsión,
esto en combinación, permite que el rotor (10) y el plano de giro
(A) se inclinen en cualquier dirección con respecto al plano de
referencia (B). Cualquier orientación inclinada del plano de giro
(A) comprenderá por lo tanto una combinación de palas inclinadas y
sometidas a torsión, incluyendo las palas que tanto están inclinadas
como sometidas a torsión al mismo tiempo.
Puesto que las palas están forzadas a torsión a
fin de acomodar las orientaciones inclinadas del plano de giro (A),
el paso (41) de la parte interior de una pala y el paso (42) de la
parte exterior de la pala variarán entre sí durante el giro. El
paso (41) de la parte interior de la pala permanecerá sin cambios
con respecto al plano de referencia (B), mientras el paso (42) de
la punta permanecerá sin cambios con respecto al plano de giro
ahora inclinado (A). Cuando el plano de giro (A) se inclina de ese
modo, cada pala del rotor (11, 12) realmente pasará a través de un
ciclo de inclinación y torsión a medida que gira el rotor (giro
hacia arriba, torsión en el sentido contrario a las agujas del
reloj, inclinación hacia abajo, torsión en el sentido de las agujas
del reloj).
La presente invención se basa en tres medios
diferentes para controlar la estabilidad y el comportamiento del
rotor. El rotor (10) descrito antes obtiene su estabilidad pasiva a
partir de la combinación de todos estos medios en el mismo
rotor.
En primer lugar, el plano de giro (A) se puede
inclinar en cualquier dirección con respecto al plano de referencia
(B).
En segundo lugar, una parte de las palas del
rotor (11, 12) tiene un ángulo de paso (41) generalmente fijo con
relación al plano de referencia (B).
En tercer lugar, una parte de las palas del
rotor (11, 12) tiene un ángulo de paso (42) generalmente fijo con
relación al plano de giro (A).
Cómo y por qué esto permite que el rotor sea
pasivamente estable se explicará a continuación con más detalle:
En primer lugar, el plano de giro (A) se
puede inclinar en cualquier dirección con respecto al plano de
referencia (B):
Un rotor (10) como se ha descrito antes, debido
al peso de las palas del rotor (11, 12) y al anillo (15), está
influido por las fuerzas giroscópicas. Debido al efecto de la
precesión giroscópica, un objeto giratorio como este rotor cuando
está sometido a una fuerza de inclinación se inclinará en una
dirección transversal. Si el rotor (10) ha sido unido más
rígidamente al árbol del rotor (18) y las fuerzas aerodinámicas
intentan inclinarlo con relación al árbol, experimentará fuerzas
mecánicas desde la unión, intentando retenerlo. Debido a la
precesión giroscópica, el rotor realmente empezará a inclinarse
hacia los lados con respecto a la fuerza inicial que lo retiene. Los
lados hacia los cuales se inclina darán lugar otra vez a nuevas
fuerzas mecánicas y causará que el rotor se incline todavía en otra
dirección. El rotor fácilmente puede quedar fuera de control.
A partir de la discusión de las fuerzas
giroscópicas, se puede ver que, puesto que el rotor (10) de la
presente invención tiene una geometría generalmente fija, una de
las características importante y necesaria es que se pueda inclinar
más o menos libremente en cualquier dirección con respecto al plano
de referencia (B). Esto es así por supuesto para reducir cualquier
fuerza mecánicamente introducida entre el rotor (10) y el árbol del
rotor (18) y evitar cualquier oscilación.
En segundo lugar, una parte de las palas del
rotor (11, 12) tiene un ángulo de paso (41) generalmente fijo con
relación al plano de referencia (B):
Puesto que el rotor se puede inclinar en
cualquier dirección es esencial estabilizarlo. El rotor (10) se
estabiliza con respecto al árbol del rotor (18). Puesto que el
rotor se estabiliza con respecto al árbol del rotor (18) será
posible controlar con precisión el rotor (10) inclinando el árbol
del rotor (18) o la aeronave que utilice un rotor de este tipo. El
control de la aeronave será descrito más adelante con mayor
detalle.
La estabilidad con respecto al árbol del rotor
(18) se explica suponiendo que el rotor (10) no se mueve. Sin
embargo, el efecto de estabilización es el mismo en un rotor que se
mueve. En un rotor que se mueve también actúan sobre las palas del
rotor otros efectos que se describirán más adelante.
Si el rotor (10) se ha inclinado, la parte
interior, la parte de las palas con un paso más o menos fijo (41)
con relación al plano de referencia (B) tendrá una elevación
reducida cuando gira hacia el punto en el que el plano de giro está
más alto y de acuerdo con ello una elevación incrementada en el lado
opuesto. Esto es así porque se pueden ver que las palas se desplazan
hacia arriba y hacia abajo con respecto al plano de referencia (B)
a medida que giran a lo largo de la trayectoria inclinada, esto
cambiando, en efecto, el ángulo de incidencia y por lo tanto también
la elevación. La velocidad hacia arriba más elevada, y por tanto
también la elevación menor, ocurre cuando las palas están a un giro
de 90 grados frente al punto más elevado. La elevación más alta
ocurre en el lado opuesto, 90 grados de giro frente al punto más
bajo.
Debido a la precesión giroscópica descrita
anteriormente el rotor (10) se inclina de vuelta a su posición
inicial por las diferencias en la elevación y no hacia los lados
como se podría llegar a pensar de otro modo.
En tercer lugar, una parte de las palas del
rotor (11, 12) tiene un ángulo de paso (42) generalmente fijo con
relación al plano de giro (A):
Para conseguir la estabilidad pasiva en un vuelo
estacionario, el rotor (10) actúa contra cualquier movimiento con
relación al aire que lo rodea. En un rotor que se desplaza
horizontalmente, las palas del rotor tendrán una velocidad
aerodinámica relativa diferente a lo largo del giro. En la parte de
giro en la que las palas giran hacia delante en la misma dirección
que el movimiento (la pala de avance), la velocidad aerodinámica
relativa es más elevada que en el lado opuesto (la pala de
retroceso). Es evidente que la velocidad relativa más elevada y por
lo tanto también la elevación más alta, ocurre en el punto en el que
las palas de avance están señalando hacia el lado, perpendiculares
al movimiento de avance. La elevación incrementada empieza a
inclinar el plano de giro (A). Debido a la precesión giroscópica, la
elevación incrementada en las palas de avance causa que el plano de
giro (A) se incline frente al movimiento y no a los lados.
Una característica importante y esencial del
rotor (10) es que esta tendencia a inclinarse de frente como una
respuesta al movimiento horizontal, se incrementa adicionalmente.
Esto se consigue dejando que las palas del rotor sean capaces de
ser sometidas a torsión a fin de que la parte exterior de las palas
del rotor (11, 12) tengan un ángulo de paso (42) generalmente fijo
con relación al plano de giro (A). Si el rotor (10) se inclina
hacia arriba de frente, las palas del rotor que señalan hacia los
lados tendrán un paso sin cambios (41) en la parte interior,
mientras el paso adicional fuera a lo largo de las palas seguirá la
torsión de las palas, hasta que, en la punta, tengan el paso
original (42) con relación al plano de giro ahora inclinado (A).
Comparado con un rotor de paso fijo convencional, esto permite que
el rotor (10) de la presente invención incremente adicionalmente la
elevación en las palas de avance y reduzca adicionalmente la
elevación en las palas de retroceso, incrementando de ese modo la
cantidad de inclinación.
Inicialmente el rotor (10) tiene un empuje,
dirigido directamente hacia arriba. Cuando el plano de giro (A)
empieza a inclinarse, el empuje también se inclina y por lo tanto
aparece una componente horizontal que actúa contra el movimiento,
intentando pararlo. La conicidad (16) del rotor (10) también
contribuye a la tendencia a la inclinación incrementando la
elevación de las palas del rotor (11, 12) cuando están en la parte
frontal del giro. El rotor (10) realmente empieza a inclinarse a
velocidades horizontales muy pequeñas y en efecto sostiene el rotor
en una posición fija con respecto al aire que lo rodea en tanto en
cuanto el árbol del rotor (18) se mantenga vertical.
La capacidad incrementada a inclinarse en
respuesta a cualquier movimiento horizontal, distingue este rotor
(10) de otros rotores. Es realmente el opuesto al comportamiento
normalmente deseado de un rotor de helicóptero. Ningún rotor
actualmente conocido parece inclinarse y actuar contra los
movimientos con relación al aire que lo rodea del mismo modo que lo
hace el rotor (10) de la presente invención.
Cuando el rotor (10) se desplaza
horizontalmente, los segundos medios que lo estabilizan con respecto
al árbol del rotor (18) están todavía activos, intentando llevar al
plano de giro (A) en línea con el plano de referencia (B). Sin
embargo, la tendencia incrementada a la inclinación es el factor
dominante y limitará la velocidad de avance máxima que se puede
conseguir. Cuando el movimiento se ralentiza, la estabilidad del
rotor (10) con respecto al árbol del rotor (18) gradualmente lleva
al rotor y al plano de giro (A) de vuelta al nivel horizontal,
paralelo con el plano de referencia (B).
En el rotor (10) representado en la figura 1, la
importancia relativa de la estabilidad con respecto al árbol del
rotor (18) comparada con la capacidad de inclinarse hacia arriba en
respuesta a un movimiento horizontal está influida por: la
velocidad de giro del rotor, el grado de conicidad, el peso, la
forma y la rigidez de las palas del rotor (11, 12) y sobre el anillo
(15) que las rodea, así como la geometría general y el peso de la
aeronave que utiliza el rotor. Estos factores se tienen que
optimizar entre sí a fin de obtener la estabilidad pasiva en un
vuelo estacionario.
La experiencia ha demostrado que: una baja
velocidad de giro requiere que las palas del rotor sean generalmente
más anchas y 50-80% más anchas en la raíz que en la
punta. La velocidad de giro baja también requiere más palas del
rotor de punta pesada o un anillo que las rodea. La elevada
estabilidad con respecto al aire que lo rodea requiere más
conicidad y que las palas del rotor se sometan a torsión fácilmente
en la dirección longitudinal. También se puede ver que, si se le da
demasiada prioridad a la capacidad a inclinarse hacia arriba en
respuesta a un movimiento horizontal, será difícil entrar en un
vuelo hacia delante o manejar las condiciones con viento. En un caso
de este tipo será necesario alterar algunas partes del diseño o de
los parámetros de funcionamiento a fin de mantener el comportamiento
deseado.
El anillo (15) que rodea las palas del rotor
(11, 12) tiene tres fines diferentes: en primer lugar, sostiene las
palas del rotor de forma que el paso (42) de la parte exterior de
las palas del rotor (11, 12) esté fijo con relación al plano de giro
(A) del rotor (10). El anillo por definición descansa en el plano de
giro. En segundo lugar, protege el rotor (10) durante el
funcionamiento evitando que cualquier cosa entre en contacto o se
interponga entre las palas del rotor (11, 12). En tercer lugar, el
anillo (15) que utiliza su peso inherente, asegura una buena
estabilidad giroscópica del rotor (10) incluso a una baja velocidad
de giro.
Sin embargo, a pesar de los fines diferentes del
anillo (15) es importante indicar que la utilización de un anillo de
este tipo no limita en modo alguno la presente invención. Es posible
diseñar un rotor con palas del rotor de acuerdo con por lo menos
una de las reivindicaciones de la presente invención que funcione
sin un anillo que lo rodee.
Con referencia a la figura 4, se representa una
forma de realización diferente de una pala de rotor. La pala del
rotor comprende dos elementos: un primer elemento (21) con un paso
fijo con relación al resto del rotor (será descrito más adelante) y
un segundo elemento (22) con una unión flexible o articulada (23) al
primer elemento. El propósito de la unión es alinear el segundo
elemento (22) con el primer elemento (21) y al mismo tiempo permitir
que los dos elementos (21, 22) alteren sus ángulos de paso entre sí.
La unión debe tener tan poca fricción o rigidez como sea
posible.
El primer elemento (21) está fijado a una única
pieza central, un cubo (24). El cubo (24) sostiene todas las palas
del rotor en el rotor. Inicialmente el rotor se puede considerar un
rotor de forma fija con los primeros elementos (21) siendo palas del
rotor que se extienden hacia fuera desde el cubo (24), ligeramente
inclinadas hacia arriba. En el borde de la cola del primer elemento
(21), está unido el segundo elemento (22). El segundo elemento (22)
tiene la misma longitud que el primero (21). El cubo (24) está unido
mediante una suspensión cardan (25) al árbol del rotor (26),
permitiendo de ese modo que el rotor se incline en cualquier
dirección (el plano de giro se puede inclinar en cualquier dirección
con respecto al plano de referencia). El segundo elemento (22) tiene
un paso más o menos fijo con relación al plano de referencia y al
árbol del rotor (26). Esto se consigue uniendo el interior, el
extremo posterior del segundo elemento (22) mediante una pequeña
suspensión cardan (28) a un tirante (27). El tirante (27) es
paralelo al árbol del rotor (26) y se extiende hacia abajo desde la
pala del rotor, colocado a una distancia horizontal por detrás del
eje de articulación entre los dos elementos (21, 22). En el extremo
inferior, el tirante (27) está unido otra vez mediante una pequeña
articulación cardan (28) a una barra (29) que se extiende
horizontalmente fuera del árbol del rotor (26).
La pequeña suspensión cardan superior (28), que
une la parte superior del tirante (27) y el segundo elemento (22) de
la pala del rotor, está colocada en un eje que pasa a través del
árbol del rotor (26), siendo perpendicular a ambos al eje
longitudinal de la pala del rotor (21, 22) y al eje del árbol del
rotor (26). Esto permite que la pala del rotor se incline hacia
arriba y hacia abajo sin ningún movimiento relativo del segundo
elemento (22). Si, sin embargo, el rotor se inclina en otra
dirección (la dirección, que en el caso de la primera forma de
realización descrita antes, sometería a torsión la pala del rotor)
el primer elemento (21) se inclina junto con el resto del rotor
mientras el segundo elemento (22) en su extremo posterior se evita
que se desplace hacia arriba o hacia abajo y, por lo tanto, en
cambio mantiene el paso con relación al plano de referencia y al
árbol del rotor (26) generalmente sin cambios. La forma del perfil
de las palas que consta de los dos elementos (21, 22) cambia
realmente como resultado de esta inclinación.
Cuando se examina la pala del rotor en la figura
4 y siguiendo la descripción anterior se puede apreciar que un rotor
que comprende estas palas del rotor funcionará de acuerdo con los
mismos principios que la primera forma de realización representada
en la figura 3, permitiendo de ese modo un vuelo sostenido,
pasivamente estable en un vuelo estacionario. También se puede
apreciar que este rotor funcionará sin tener en cuenta la presencia
de un anillo que lo rodee. Otra característica importante de esta
pala del rotor es que funciona igual de bien para rotores con 2, 3,
4 y 5 palas. Los expertos en la materia también realizarán
modificaciones y variaciones a esta forma de realización dentro del
alcance de la invención.
La presente invención también expone diferentes
aeronaves provistas de rotores de contra giro coaxiales. Son
pasivamente estables en un vuelo estacionario y capaces de volar
hacia delante a velocidades bajas. El vuelo estacionario estable
hace que las aeronaves sean mucho más simples de accionar y de
controlar. Los rotores de contra giro coaxiales además de ser muy
eficaces en cuanto a la potencia también tienen la ventaja de que
cualquier efecto giroscópico o aerodinámico tienden a compensarse
entre sí, lo que se añade a la simplificación en el control. La
geometría fija de los rotores que se pueden inclinar también reduce
la necesidad de movimientos de aleteo o conducción/retraso (hacia
delante y hacia atrás) de las palas del rotor y además produce pocas
vibraciones, o ninguna, en la aeronave.
Con referencia a la figura 6 se representa la
forma de realización preferida de una aeronave (50) de acuerdo con
la presente invención. Se trata de una de una pequeña aeronave en
forma de helicóptero accionada remotamente con energía eléctrica
(50) provista de un rotor coaxial de contra giro. El conjunto de
rotor coaxial consta de dos rotores (52, 54) similares al expuesto
en la primera forma de realización descrita antes. Los dos rotores
están colocados uno encima del otro utilizando un árbol interior
(51) para el rotor superior (52) y un árbol exterior (53) para el
rotor inferior (54). La principal ventaja de este conjunto de rotor
es que no necesita contrarrestar el momento de torsión del rotor
mediante, por ejemplo, un rotor de cola. Los dos rotores, girando en
sentidos opuestos (69, 70) se equilibran entre sí, por lo tanto,
toda la potencia se dirigirá a producir la elevación. Puesto que la
aeronave transporta sus propias baterías sustancialmente pesadas
(55), es importante que el conjunto del rotor sea muy eficaz y que
la aeronave completa sea de peso ligero, preferiblemente construida
de laminados de fibra de carbono o materiales de peso ligero
similares.
La aeronave (50) está controlada remotamente
mediante un operario que utiliza un transmisor con palancas de
control (no representadas) para enviar señales de control a un
receptor (56) en la aeronave. Las señales de control a su vez
controlan los reguladores eléctricos de la velocidad (57)
eléctricamente conectados a dos motores eléctricos (58) y (59) para
accionar el conjunto del rotor principal y un pequeño motor
eléctrico (60) para accionar un propulsor de empuje (61), adoptado
para la inclinación de la aeronave. Todos los circuitos
electrónicos y los motores están comercialmente disponibles y se
consideran que pertenecen a una técnica anterior. Los dos motores
principales (58, 59) están colocados adyacentes en la parte frontal
de la aeronave (50). El pequeño propulsor de empuje (61) para el
control, está colocado entre dos varillas (62) que se extienden
horizontalmente hacia atrás desde el cuerpo principal (63) de la
aeronave (50). Está horizontalmente orientado a fin de proporcionar
un vector de empuje vertical (64) que puede actuar para inclinar la
aeronave completa, incluyendo el árbol del rotor y los rotores. La
aeronave (50) está sostenida por 4 patas flexibles (65) que se
extienden hacia abajo desde el cuerpo principal (63), mientras está
en el suelo.
Los motores eléctricos principales (58, 59)
están unidos a los árboles de los rotores (51, 53) a través de
reducciones, que comprenden ruedas de diámetros grandes (66) sobre
los árboles de los rotores y ruedas pequeñas (67) sobre los árboles
de los motores, las ruedas pequeñas accionando las grandes a través
de bandas de caucho (68) de resistencia suficiente. Las dos ruedas
grandes (66) están colocadas juntas, con la rueda superior conectada
al árbol exterior (53) y la rueda inferior conectada al árbol
interior (51). Los dos motores (58, 59) que accionan los rotores
principales, funcionan en sentidos opuestos pero tienen la misma
cantidad de momento de torsión de salida. Cuando se incrementa la
velocidad de los motores, y por consiguiente aumenta la velocidad de
los rotores, el empuje finalmente elevará la aeronave.
El control de esta aeronave es muy fácil:
Verticalmente, la aeronave (50) está controlada
por la velocidad (69) y (70) de los dos rotores principales. Para
subir, se incrementa la velocidad, por lo tanto se incrementa el
empuje del conjunto del rotor. Para descender, se reduce la
velocidad. Puesto que el momento de torsión que acciona los rotores
en sentidos opuestos se equilibra y puesto que la aeronave es
pasivamente estable, no se requieren otras entradas de control.
El control del derrape, que gira la aeronave
(50) de lado a lado, se consigue simplemente incrementando la
velocidad (69) de un rotor y reduciendo la velocidad (70) del otro
rotor en la misma cantidad. La aeronave (50) girará entonces en
sentido opuesto a aquél del rotor que ha conseguido la velocidad
incrementada.
Horizontalmente, la aeronave (50) está sólo
controlada en dirección hacia delante y hacia atrás. Para entrar en
el vuelo hacia delante se incrementa la velocidad del pequeño
propulsor de empuje (61) colocado en la parte posterior de la
aeronave (50). El empuje vertical (64) de este propulsor actúa para
inclinar la aeronave completa, incluyendo el árbol del rotor y el
conjunto del rotor principal. Puesto que los rotores pueden
inclinarse más o menos libremente también es fácil inclinar la
aeronave con respecto a los rotores. La estabilidad de los rotores
con respecto al árbol asegura que los rotores se inclinan junto con
la aeronave (50) y proporcionando de ese modo al empuje total de los
rotores principales una componente horizontal que propulsa la
aeronave (50) hacia delante. La misma acción, pero de sentido
opuesto, propulsará la aeronave (50) en dirección hacia atrás. Si el
pequeño propulsor de empuje es realmente él mismo un pequeño rotor
estable de acuerdo con la presente invención, la aeronave también
puede ser pasivamente estable en el derrape. Es decir, la aeronave
empieza a girar, el pequeño rotor en la parte posterior se inclinará
y el empuje vertical inicial del mismo obtendrá una componente
horizontal que actúa contra el giro.
Debido a la resistencia inherente de los rotores
contra los movimientos horizontales, esto supone una limitación a la
velocidad máxima que se puede conseguir. También se puede ver que a
fin de dirigir la aeronave (50) a los lados, primero es necesario
girar la aeronave y entrar entonces en el vuelo hacia delante en la
dirección deseada.
En total, estas tres direcciones de control:
vertical, hacia delante/hacia atrás y derrape (cabeceo), se suman
para ser un modo muy fácil e intuitivo de accionamiento de la
aeronave (50). Posiblemente siendo la característica más importante
de esta aeronave lo siguiente: si el operario en cualquier momento
durante el vuelo pierde el control de la aeronave, puede dejar las
palancas de control de vuelta a su posición neutra y la aeronave
(50) se parará y permanecerá por sí misma en un vuelo estacionario
estable.
También se pueden realizar otras formas de
realización de la invención. Con referencia a la figura 7 se puede
ver una aeronave alternativa (80). Es muy similar a la anterior y
sólo se describirán las diferencias. En lugar de tener un pequeño
propulsor de empuje colocado fuera en la parte posterior de la
aeronave, la aeronave se puede inclinar por medio de un
desplazamiento del peso. Una parte pesada separada y sustancial de
la aeronave, en este caso las baterías (81), se puede desplazar de
forma controlable en dirección horizontal (82) mediante un servo
accionamiento (83) eléctricamente conectado al receptor. El
desplazamiento de las baterías (81) altera el centro de gravedad
con respecto al conjunto del rotor, inclinando de ese modo la
aeronave (80) y el conjunto del rotor, para iniciar y sostener el
vuelo horizontal. Esta aeronave es también muy simple, pero requiere
unas pocas piezas electro-mecánicas más que en el
caso de la forma de realización preferida utilizando un propulsor de
empuje. Los principios para el accionamiento de la aeronave, por
otra parte, son idénticos a aquellos descritos antes.
Todavía otra forma de realización de la
invención se presenta en la figura 8. Esta aeronave alternativa (90)
es también bastante similar a las anteriores, sin embargo, ahora
ambos rotores principales son accionados por un motor eléctrico
mayor (91) con una pequeña rueda doble (92). Una de las dos bandas
de caucho de accionamiento es sometida a torsión (93) a fin de
hacer que los rotores giren en sentidos opuestos. Puesto que los dos
rotores no giran siempre a la misma velocidad, el control del
derrape se proporciona por otros medios. En la parte posterior de
la aeronave (90) el único propulsor de empuje se sustituye por dos
propulsores (94) y (95) orientados ortogonalmente a fin de que
proporcionen tanto un empuje vertical (96) como horizontal (97). La
componente vertical se adopta para inclinar la aeronave (90) del
mismo modo como se ha descrito antes y el componente horizontal se
adopta para proporcionar el control del derrape.
Se pueden imaginar otras modificaciones a las
formas de realización. Todas las aeronaves descritas, además de
volar hacia delante pueden conseguir vuelos laterales utilizando
medios para inclinar también las aeronaves hacia los lados.
Adicionalmente, los medios para la generación del empuje pueden ser
pequeños propulsores, chorros o bien cualquier otra disposición
capaz de generar un empuje. Para obtener un vuelo horizontal los
medios de generación del empuje se pueden colocar cerca del conjunto
del rotor, produciendo un vector de empuje horizontal que propulsa
la aeronave en la dirección deseada. En otra forma de realización,
se pueden utilizar cuatro rotores en lugar de los propulsores en
una aeronave similar a aquella descrita anteriormente de Keyence
Corporation, proporcionando también un derrape pasivo estable. El
rotor de la presente invención se puede realizar en combinación con
un control del paso cíclico activo en un helicóptero convencional y,
si es necesario, el helicóptero puede permanecer en un vuelo
estacionario pasivamente estable o en algún tipo de modo estable
libre de fallos.
Aunque las características de la presente
invención se describen en relación con aeronaves y helicópteros, la
invención puede ser útil en muchas otras aplicaciones. De hecho, la
presente invención se puede utilizar ventajosamente en todas las
aplicaciones en la que los artículos deban permanecer estables en un
vuelo estacionario sin que se requiera control activo alguno, ni
electrónico, ni manual. Ejemplos de tales aplicaciones pueden ser:
con fines publicitarios en los que la aeronave transporta por
ejemplo pegatinas, estandartes, banderas, logotipos o pantallas de
visualización. Inspecciones de cualquier tipo en las que la aeronave
esté equipada con un conjunto de sensores incluyendo una cámara de
vídeo. Producción de películas o de televisión, transportando
micrófonos o cámaras. Recogida de cualquier clase de datos
medioambientales o meteorológicos utilizando una aeronave equipada
con un conjunto de sensores, sólo derivando pasivamente con el
viento. Cualquier clase de juguete volador, tanto controlado
remotamente como en vuelo libre. En una escala mayor, diferentes
clases de operaciones de elevación, o bien operaciones policiales y
militares.
Mientras se han descrito formas de realización
preferidas de la invención y se han sugerido ciertas alternativas,
las personas expertas en la materia reconocerán que se pueden
realizar otros cambios a las formas de realización de la invención
sin apartarse de los amplios conceptos inventivos de la misma. Por
lo tanto se comprenderá que la invención no está limitada a las
formas de realización particulares expuestas sino que cubre
cualquier modificación que esté dentro del alcance de la invención
como se define en las reivindicaciones independientes adjuntas.
Claims (14)
1. Rotor (10), que genera elevación,
comprendiendo por lo menos dos palas de rotor (11, 12) y un árbol
del rotor generalmente vertical (18) provisto de un eje central,
extendiéndose cada pala del rotor hacia fuera desde el árbol del
rotor, terminando en una punta, estando provisto el rotor de un
plano de giro (A) definido por una trayectoria que cada una de las
puntas de las palas del rotor sigue cuando gira el rotor,
caracterizado porque
el plano de giro (A) se puede inclinar en
cualquier dirección con respecto a un plano de referencia (B)
perpendicular al eje del árbol del rotor;
por lo menos una parte de una o más de las palas
del rotor (11, 12) tiene un ángulo de paso (41) generalmente fijo
con relación a dicho plano de referencia (B);
por lo menos una parte de una o más de las palas
del rotor (11, 12) tiene un ángulo de paso (42) generalmente fijo
con relación al plano de giro (A).
2. Rotor según la reivindicación 1,
caracterizado porque la parte de las palas del rotor (11, 12)
que tienen un ángulo de paso (42) generalmente fijo con relación al
plano de giro (A) es la parte de la pala en la zona de la punta y la
parte de las palas que tienen un ángulo de paso (41) generalmente
fijo con relación a dicho plano de referencia (B) es la parte
interior de la pala.
3. Rotor según la reivindicación 2,
caracterizado porque por lo menos una de las palas del rotor
(11, 12) está fabricada a partir de un material flexible que permite
que dicha pala del rotor esté sometida a torsión en una dirección
longitudinal.
4. Rotor según la reivindicación 3,
caracterizado porque un primer conjunto de palas del rotor
(11) está unido al árbol del rotor (18) mediante una primera
articulación flexible o pivotante (46) con un eje de articulación
(47) generalmente perpendicular a ambos, las palas del rotor (11) y
el árbol del rotor (18), y un segundo conjunto de palas del rotor
(12) están dispuestas perpendiculares al primer conjunto (11) y
unidas al árbol del rotor mediante una segunda articulación
flexible o pivotante (48) con un eje de articulación (49)
generalmente perpendicular tanto al segundo conjunto de palas del
rotor (12) como al árbol del rotor (18), y por lo menos la parte
interior de todas las palas del rotor tienen un ángulo de paso (41)
que permanece fijo con relación a dicho plano de referencia (B)
cuando el rotor se inclina hacia arriba y hacia abajo o hacia los
lados y las palas del rotor (11, 12) en su punta están unidas a un
anillo (15) que rodea el rotor.
5. Rotor según la reivindicación 4,
caracterizado porque las palas del rotor (11, 12) están
inclinadas hacia arriba con respecto a dicho plano de referencia (B)
proporcionando al rotor (10) una geometría cónica.
6. Rotor según la reivindicación 1,
caracterizado porque por lo menos una de las palas del rotor
(11 ó 12) comprende dos o más elementos (21, 22) flexibles o bien
unidos articuladamente (23) entre sí y por lo menos un elemento
(22) de dicha pala del rotor con un ángulo de paso generalmente fijo
con relación a dicho plano de referencia (B) y por lo menos el otro
elemento (21) de dicha pala del rotor con un ángulo de paso
generalmente fijo con relación al plano de giro (A).
7. Procedimiento para estabilizar pasivamente
una aeronave en vuelo estacionario, empleando la aeronave por lo
menos un rotor (10) que genera elevación, comprendiendo dicho rotor
por lo menos dos palas del rotor (11, 12) y un árbol del rotor
generalmente vertical (18) con un eje central, extendiéndose cada
pala del rotor hacia fuera desde el árbol del rotor, terminando en
una punta, estando provisto el rotor de un plano de giro (A)
definido por una trayectoria que cada punta de dichas palas del
rotor sigue cuando gira el rotor, caracterizado porque
presenta las etapas
siguientes:
siguientes:
adaptar el rotor (10) de tal forma que el plano
de giro (A) se pueda inclinar en cualquier dirección con respecto a
un plano de referencia (B) perpendicular al eje del árbol del rotor,
e
incrementar la elevación de la parte exterior de
por lo menos una de las palas del rotor (11, 12) en respuesta a la
inclinación del plano de giro (A) causada por movimiento horizontal
de la aeronave, y
reducir la elevación en la parte interior de por
lo menos una de las palas del rotor (11, 12) en respuesta a la
inclinación del plano de giro (A) causada por el movimiento
horizontal de la aeronave, inclinando de ese modo gradualmente el
rotor (10) de vuelta a una posición horizontal cuando la aeronave
reduce la velocidad.
8. Utilización de uno o más rotores en una
aeronave, caracterizada porque por lo menos un rotor está
configurado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
9. Utilización de uno o más rotores según la
reivindicación 8, caracterizada además porque existen unos
medios adaptados para permitir la inclinación controlada de la
aeronave.
10. Utilización de uno o más rotores según la
reivindicación 9, caracterizada porque los medios para la
inclinación de la aeronave son unos medios (61) para la generación
de un vector de empuje vertical controlable unidos a dicha aeronave
a una distancia horizontal de dicho rotor.
11. Utilización de uno o más rotores según la
reivindicación 9, caracterizada porque los medios para la
inclinación de la aeronave comprenden disponer de un centro de
gravedad inicialmente colocado por debajo del rotor en el que un
peso (81) es desplazado de forma controlable en una dirección
generalmente horizontal, a fin de desplazar el centro de gravedad
con respecto al rotor, para permitir la inclinación controlada de la
aeronave.
12. Utilización de dos rotores según la
reivindicación 8, caracterizada porque los dos rotores están
colocados uno encima del otro, girando dichos dos rotores en
sentidos opuestos, creando un conjunto coaxial de rotor de contra
giro, en el que las velocidades de giro (69, 70) de dichos dos
rotores se puede cambiar de forma controlable relativamente entre
sí, para proporcionar control del derrape.
13. Utilización de uno o más rotores según la
reivindicación 8, caracterizada porque existen por lo menos
unos medios (94, 95) adaptados para la generación de un vector de
empuje, transversalmente unido a dicha aeronave a una distancia
horizontal del rotor, para proporcionar control del derrape.
14. Utilización de uno o más rotores en una
aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en el que
la aeronave es un juguete volante pasivamente estable, ya sea un
helicóptero de juguete remotamente controlado, ya sea cualquier
otra clase de aeronave de juguete que permanece en vuelo
estacionario.
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