ES2310284T3 - Calzada para desacelerar y/o acelerar un vehiculo, incluido un avion. - Google Patents
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Abstract
Una calzada (100) sobre la que se desplaza un vehículo, la calzada (100) comprendiendo: una superficie movible (102, 108; 170) que se extiende en una dirección del desplazamiento del vehículo; y medios de almacenamiento de energía potencial (106, 109; 200) conectados operativamente a la superficie movible (102, 108; 170), para convertir una energía cinética del vehículo en energía potencial tras el movimiento de la superficie movible (102, 108; 170), ralentizando de ese modo el vehículo, donde el medio de almacenamiento de energía potencial (106, 109; 200) comprende: uno o más elementos de resorte (110) conectados operativamente a la superficie movible (102, 108; 170), de forma que el movimiento de la superficie movible (102, 108; 170) deforma el o los elementos de resorte (110) para almacenar energía potencial en este o estos, caracterizada porque el medio de almacenamiento de energía potencial (106, 109; 200) comprende además uno o más elementos de frenado (111; 206), para mantener el o los elementos de resorte (110) en su estado deformado, de modo que la energía potencial almacenada en el o los elementos de resorte (110) sustancialmente no se transfiere de vuelta al vehículo.
Description
Calzada para desacelerar y/o acelerar un
vehículo, incluido un avión.
La presente invención se refiere en general a
objetos en movimiento y a dispositivos para ser utilizados con
estos, y más en concreto a métodos y dispositivos para acelerar y
desacelerar vehículos en movimiento.
En muchas autopistas se ha proporcionado
salidas, para camiones u otro tipo de vehículos fuera de control.
Una vez que un vehículo toma una de estas salidas, entra en un tramo
de una carretera que se ha rellenado a una profundidad apropiada,
de arena relativamente fina. Cuando el vehículo fuera de control
entra en la parte rellena de arena en la carretera, comienza
rápidamente a desacelerar y ralentizarse, y tras una distancia
relativamente corta se detiene. La desaceleración del vehículo está
provocada principalmente por el proceso del "hundimiento" de
los neumáticos del vehículo en la arena, y por la "subida" de
la altura de arena que hay delante de estos, a saber a una altura
igual a la profundidad del hundimiento del neumático. La energía
cinética del vehículo es absorbida principalmente por las fuerzas de
fricción generadas dentro de la arena desplazada. Este proceso es
muy similar a un trayecto cuesta arriba de un vehículo, que
desaceleraría un vehículo no impulsado y eventualmente lo llevaría
a detenerse. La cantidad de desaceleración, es decir la velocidad
de la ralentización, depende de la pendiente de la subida. Para el
caso de una carretera rellena de arena, la cantidad de
desaceleración que puede conseguirse depende de la profundidad de la
arena y de las características mecánicas, en términos de la cantidad
de resistencia que esta puede proporcionar ante su desplazamiento
mediante los neumáticos.
A medida que el vehículo se desplaza a lo largo
de la carretera rellena de arena, el vehículo experimenta
usualmente una conducción muy irregular, puesto que la arena no
puede disponerse ni mantenerse en disposición perfectamente lisa y
perfectamente homogénea, ni protegerse de contaminantes
transportados por el viento y la lluvia, y también debido a una
absorción desigual de la humedad. Otra desventaja principal de la
arena es que, debido a la relativamente pequeña fricción que
proporciona entre el neumático y la calzada, los neumáticos pueden
fácilmente patinar lateralmente y deslizarse, especialmente si el
conductor intenta utilizar los frenos, y el vehículo puede tornarse
muy poco controlable mientras ralentiza su marcha. Como resultado
puede producirse accidentes, tales como que el vehículo vuelque y
se atraviese mientras está deteniéndose. Los derrapes, patinazos y
pérdidas parciales de control se hacen más probables a medida que se
incrementa la velocidad inicial del vehículo cuando esté entra en el
tramo de carretera rellena de arena.
Además, una profundidad de arena que es la más
apropiada para un vehículo de cierto peso, un número de neumáticos,
y/o de un tamaño de neumáticos, pueden no ser apropiados para otros
vehículos que tengan un peso, número de neumáticos y/o tamaño de
neumáticos significativamente diferentes. Por ejemplo, una carretera
con una profundidad de arena apropiada para un camión pesado,
desacelerará un vehículo ligero demasiado rápidamente y por lo tanto
puede tener como resultado lesiones en los pasajeros, debido a la
rápida desaceleración y/o en el caso más probable debido a la
pérdida de control del vehículo. La profundidad óptima de la arena
depende además de la velocidad inicial del vehículo. Si un vehículo
entra con una velocidad relativamente lenta en la carretera rellena
de arena, entonces sería mejor que la profundidad de la arena sea
relativamente pequeña, de forma que el vehículo sea llevado a
parada tan lentamente como lo permita la longitud de la carretera
rellena de arena. También contribuyen otros factores al diseño
óptimo de tales carreteras rellenas de arena, tales como el peso
del vehículo, el número y el tamaño de los neumáticos, etcétera. En
resumen, para conseguir condiciones óptimas la carretera rellena de
arena tiene que ajustarse al tipo de vehículo, a su peso de entrada
y a su velocidad inicial. Además, las condiciones de la carretera y
de la arena tienen que ser monitorizadas y mantenidas con
regularidad. Obviamente, tales condiciones no pueden satisfacerse
para carreteras que están construidas para uso general, y están
sometidas a diversas condiciones ambientales. Tales carreteras
rellenas de arena están en uso en numerosas autopistas, y están
localizadas especialmente donde la pendiente descendente de la
carretera es alta, y es probable que vehículos pesados tales como
camiones pierdan el control, y son utilizadas como último
recurso.
Sin embargo, tales carreteras rellenas de arena
no son apropiadas para vehículos que se mueven rápidamente, tales
como aviones. Para el caso de aviones pueden aparecer otros
problemas. Por ejemplo, la carga sobre cada neumático es usualmente
mucho mayor que en los vehículos de carretera; la distancia relativa
entre los neumáticos puede ser menor que la de los vehículos de
carretera, haciéndolos así más incontrolables; el centro de masa
del avión puede estar más alto que en los vehículos de carretera,
haciendo así más probable que vuelquen; etcétera. Además, y en
concreto para aviones que se mueven rápidamente, la carga aplicada a
los neumáticos se mantiene variable debido a las suspensiones y a
la acción de elevación, y por lo tanto puede provocar la formación
de una onda sobre la superficie de la carretera rellena de arena,
haciendo de ese modo la conducción incluso más irregular e
incontrolable. Además, la sección rellena de arena de la pista
necesita volver a ser nivelada tras cada uso. En resumen, las
carreteras rellenas de arena no son apropiadas ni prácticas en
general para vehículos en movimiento rápido, y en particular
para
aviones.
aviones.
Para superar las mencionadas deficiencias para
aviones, se ha añadido segmentos de pista al extremo de pistas de
prueba, que están construidos con un tipo especial de hormigón que
colapsa de forma más o menos controlada bajo la carga del neumático
del avión. Tales elementos de pista solucionan parte de los
problemas mencionados de las calzadas rellenas de arena. Sin
embargo, tales segmentos de pista dejan sin resolver parte de los
principales problemas mencionados, e incluso crean algunos nuevos
problemas y peligros. Por ejemplo, el problema de la falta de
control se resuelve solo parcialmente mediante reducir el potencial
de derrape provocado por la arena. Sin embargo, el hormigón
colapsado tiende a limitar el desplazamiento del neumático, más o
menos en el "surco" generado, haciendo difícil que el avión
maniobre lateralmente (giro) debido a la resistencia que el "muro
de hormigón" no aplastado proporciona contra el neumático cuando
este intenta girar de lado. Además, no puede fabricarse material de
hormigón que sea lo suficientemente homogéneo para impedir
conducciones irregulares. Además, la pista de hormigón colapsable
solo puede diseñarse y construirse óptimamente para cierto avión,
con un cierto peso total y cierta velocidad inicial cuando alcanza
el segmento colapsable de pista.
Además, una vez que el segmento colapsable de la
pista es utilizado por un avión "fuera de control" durante el
aterrizaje o del despegue, el segmento dañado tiene que ser reparado
antes de que la pista puede ser abierta al tráfico. Si no, el
segmento dañado poseería unas condiciones peligrosas para el
siguiente avión fuera de control, o incluso para un avión que
podría pararse si estuviera presente un segmento normal de pista, en
lugar del segmento colapsable. Además, mientras el equipo de
reparación está reparando los daños, cualquier despegue o
aterrizaje podría tener unas condiciones peligrosas para el equipo
de reparación y para el avión. Por lo tanto, el uso de la pista
debe esperar al término de las reparaciones, incluyendo el tiempo
necesario para el fraguado apropiado de las secciones añadidas o
sustituidas de hormigón, y para la inspección de las condiciones
finales de la pista. En resumen, el funcionamiento del aeropuerto
debe restringirse significativamente durante una duración de tiempo
significativa, y si el aeropuerto tiene solo una pista todo el
funcionamiento del aeropuerto tiene que suspenderse hasta que se ha
reparado las secciones dañadas de la pista colapsable. En resumen,
tales segmentos de pista colapsable tienen grandes dificultades
técnicas para un funcionamiento seguro, e incluso si esos problemas
técnicos se solucionan algún día, de hecho siguen siendo poco
prácticas debido a los relativamente largos períodos de cierre
requeridos tras cada uso, y a los respectivos costes económicos
implicados.
Por lo tanto, existe la necesidad de pistas y
accesos que puedan ralentizar o detener un vehículo "fuera de
control". Para aproximaciones a alta velocidad, en especial para
aviones, también es esencial que la conducción sean tan suave como
sea posible, y que el vehículo siga siendo completamente controlable
durante todo el tiempo en el que está siendo desacelerado. También
es muy deseable que los parámetros de la pista o del acceso sean
fácilmente ajustables para adecuarse óptimamente al tipo, peso y
velocidad inicial del vehículo. Tales segmentos de pista adaptable
son especialmente importante para aviones, por las razones
mencionadas, y en la práctica los parámetros del segmento de pista
pueden ser ajustados fácilmente por el controlador de tráfico aéreo
o incluso por el piloto, puesto que toda la información requerida
relativa al avión y a sus condiciones de vuelo, se conoce antes del
aterrizaje y del despegue. La información puede incluso transmitirse
automáticamente desde el avión, por un medio inalámbrico a un
procesador central. Además, si el avión está experimentando algún
tipo de disfunción o está dañado, el segmento de pista puede
ajustarse para un rendimiento óptimo con cada condición específica.
Tales cambios en los parámetros de la pista pueden conseguirse
manual o automáticamente, antes de que el avión alcance el segmento
de pista, o incluso a medida que se desplaza a lo largo de la
pista.
Tales segmentos de pista pueden incluso
disponerse a lo largo de toda la longitud, o de una parte de la
pista (u otra superficie de carretera), para ayudar rutinariamente a
la desaceleración del avión (u otros vehículos) reduciendo de ese
modo del desgaste de sus neumáticos y frenos. Los segmentos de pista
equipados pueden también mantenerse inactivos, actuando de ese modo
como un segmento normal (sólido) de la superficie de la calzada, y
ser activado solo cuando se requiera, tal como en una
emergencia.
La aplicación de patente del Reino Unido GB 2
290 115 A, revela un aparato de carretera para generar energía
mediante utilizar un cambio de peso de vehículos de motor que corren
sobre una superficie de carretera. La patente australiana AU 935 366
A revela un pavimento con pérdida de energía de histéresis
controlada.
\vskip1.000000\baselineskip
En lo que sigue, tales segmentos de pista o de
acceso son aludidos como "pistas reutilizables y adaptativas"
(RAR, reusable and adaptive runways), sin pretender limitar sus
aplicaciones a aviones ni a su desaceleración. Las personas
cualificadas en el arte apreciarán que los dispositivos y métodos de
la presente invención, aunque tienen utilidad concreta para
desacelerar un avión, pueden utilizarse para cualquier tipo de
vehículo, y tanto para la desaceleración como para la aceleración
de estos. Por ejemplo, la RAR puede ser utilizada sobre partes de
una autopista, así como sobre segmentos de los arcenes de la calzada
para paradas de emergencia, o en carriles de salida para ayudar a
desacelerar vehículos, en particular aquellos que viajan a
velocidades peligrosamente altas cuando salen de la autopista. Así,
la RAR puede utilizarse con regularidad en tales situaciones, al
objeto de disminuir la longitud de los carriles de salida, o puede
utilizarse en relación con un sistema de detección y emplearse solo
cuando se detecta una condición peligrosa. En este último caso, por
ejemplo un sistema de detección puede detectar un gran camión que
viaja demasiado rápido para un carril de salida concreto, y como
resultado activar automáticamente la RAR para reducir la velocidad
del camión. Por supuesto, también un operador manual puede activar
la RAR, por ejemplo el conductor del camión.
Durante el aterrizaje la energía cinética del
avión, debida a su masa y a su velocidad, se transforma en energía
potencial almacenada en elementos elásticos, o de otro tipo similar,
de la RAR. Una parte preferentemente pequeña de la energía cinética,
se transforma en otros tipos de energía tal como en calor. La
energía potencial almacenada puede utilizarse más tarde para
acelerar el avión hacia delante durante el despegue, reduciendo de
ese modo la cantidad de energía necesaria para llevar al avión a su
velocidad de despegue, y/o para acortar la longitud de la pista
necesaria para el despegue.
El objetivo principal de la presente invención
es proporcionar pistas reutilizables y adaptativas (RAR) que puedan
ser utilizadas de forma segura, en general por vehículos de alta
velocidad y en particular por aviones. A este respecto, la RAR
revelada tiene una o más de las siguientes características:
- 1.
- La RAR es preferentemente reutilizable, en el sentido de que ninguno de sus componentes queda dañado permanentemente después de cada uso, y en un período de tiempo muy corto puede retornarse a su condición utilizable de entrada, automáticamente o por un operador.
- 2.
- Preferentemente, un operador es capaz de ajustar y controlar los parámetros de la pista para adecuarse óptimamente al tipo, peso, velocidad inicial y otras condiciones de desplazamiento apropiadas del vehículo, cuando sea posible.
- 3.
- A medida que el vehículo se desplaza a lo largo de la RAR, y sus características y condiciones de desplazamiento se miden con mayor precisión o bien varían, los parámetros de la RAR pueden preferentemente ajustarse en correspondencia, para un funcionamiento más óptimo de la RAR. Por ejemplo, si los frenos del vehículo siguen operativos, entonces la RAR podría ajustarse solo para ayudar a los frenos a detener o ralentizar el vehículo.
- 4.
- Preferentemente, la pista puede estar equipada con cualquiera de los medios disponibles para determinar la velocidad de entrada del vehículo, su peso y, por medio de un software de reconocimiento de patrones, el tipo del vehículo y cualquier daño estructural visible, para ajustar óptimamente los parámetros de la RAR, automáticamente o mediante un operador (que puede ser el conductor o el piloto).
- 5.
- La pista puede estar equipada con el equipo de comunicaciones necesario para recibir la información indicada en el punto anterior, directamente desde el vehículo para ser utilizada al objeto de ajustar de forma óptima los parámetros de la RAR automáticamente, o mediante un operador (que puede ser el conductor o el piloto). El controlador de la RAR puede combinar la información recibida desde el vehículo, con información recogida mediante instrumentación sensible de la pista (que se describe en el punto previo), para verificar cualquier discrepancia o información añadida y basar en todos los datos recogidos, su decisión para la configuración óptima de los parámetros RAR al objeto de conseguir la máxima fiabilidad.
- 6.
- La RAR proporciona un proceso seguro para ralentizar el vehículo o para llevarlo a parada, en el sentido de que no reduce la fricción entre el neumático y la superficie de la pista, y no tiende a forzar el neumático a que siga a un trayecto dado, como es el trayecto impreso generado en el hormigón colapsable o la arena, los cuales pueden ambos conducir fácilmente a derrape, deslizamiento y/o pérdida de control por parte del piloto o el conductor.
- 7.
- El operador del vehículo o de la pista, o una unidad de control automatizada y apropiadamente informatizada, son preferentemente capaces de ajustar óptimamente los parámetros de la RAR, para llevar al vehículo a una detención completa o a una velocidad reducida en una distancia de desplazamiento deseada, a lo largo de la RAR.
- 8.
- El sistema RAR puede configurarse para funcionar automáticamente, es decir hacerse operativo para todos y cada uno de los aterrizajes y despegues, proporcionando de ese modo un mecanismo a prueba de fallos para el funcionamiento de las pistas.
- 9.
- Toda la pista o un segmento principal de esta, puede construirse como una unidad RAR, permitiendo de este modo que los aviones la utilicen para que los lleve a parada, con un uso menor o mínimo de sus frenos, minimizando de ese modo el desgaste del sistema de frenos, del neumático y de la pista.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar el medio para reducir la longitud necesaria de pistas
para el aterrizaje de aviones, reduciendo a la vez la tensión sobre
la estructura del avión durante frenadas fuertes, reduciendo el
desgaste de los neumáticos, reduciendo el desgaste de los frenos, y
haciendo el avión más controlable durante su desaceleración. La
desaceleración mediante frenado es el resultado del trabajo de la
fuerza de fricción entre el neumático y la superficie de la
carretera. Esta fuerza de fricción tiende a volcar el vehículo,
puesto que actúa en un punto separado (inferior) al centro de masas
del vehículo. A este respecto, una ventaja de las pistas RAR es que
estas pueden desacelerar vehículos sin una tendencia a que estos
vuelquen.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar el medio de reducir la longitud necesaria de las pistas
para el despliegue de aviones, reduciendo a la vez la tensión sobre
la estructura del avión, y ahorrando combustible.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar segmentos RAR que puedan utilizar aviones parcialmente
inhabilitados, para aterrizar con probabilidades muy incrementadas
de llegar a detenerse de forma segura, respecto de por ejemplo
deslizarse sobre grandes distancias de forma incontrolada hasta un
tope, lo que podía suponer salirse de la pista y golpear obstáculos,
o caer en un foso o en el agua. Además, puesto que la superficie de
la pista es inmediatamente accesible desde debajo de los paneles de
superficie RAR, puede preverse la introducción en la superficie de
la pista de sustancias muy pegajosas y/o sustancias ignífugas o que
detectan el fuego, tales como fluido o espuma, o rociar la pista a
cierta distancia sobre la superficie por encima del vehículo
entrante, para reducir significativamente la probabilidad de fuego,
y/o introducir gases inhibidores de fuego, de forma que el
combustible derramado no pueda inflamarse y/o para impedir que el
fuego se extienda.
En lo que resta de esta descripción, se
describen los principios básicos de funcionamiento y diversas
realizaciones de la presente invención, en términos de aviones y
pistas. Sin embargo se entiende que, siempre que sean aplicables,
los términos aplican también al suelo y a otros vehículos
similares.
Un principio básico del funcionamiento de las
pistas reutilizables y adaptativas (RAR) de la presente invención,
es la realización de que el vehículo (las neumáticos o algún otro
elemento estructural de un avión dañado) trate continuamente de
ascender una superficie inclinada, la cual bajo el peso del vehículo
padece un desplazamiento, deformando de ese modo ciertos elementos
elásticos. El proceso es similar al vehículo desplazándose en subida
y, a medida que el vehículo se desplaza a lo largo de la pista, su
energía cinética se almacena en los elementos elásticos deformados.
Sin embargo, preferentemente ninguna cantidad significativa de la
energía potencial almacenada en los elementos elásticos, se
transfiere de vuelta al vehículo a medida que este pasa sobre la
superficie desplazada de la RAR. A este respecto, preferentemente se
proporciona medios apropiados para "bloquear" los elementos
elásticos en su posición deformada, es decir para "bloquear" la
estructura de pista y sus diversos elementos, sustancialmente en su
configuración deformada.
Por consiguiente se proporciona una calzada
sobre la que se desplaza un vehículo, acorde con la reivindicación
1.
La calzada sobre la que viaja un vehículo con
ruedas, puede ayudar a acelerar el vehículo. Así, la calzada
comprende además medios de transferencia de energía potencial
conectados operativamente a la superficie movible para, tras el
movimiento de la superficie movible, transformar en energía cinética
una energía potencial almacenada asociada con la superficie movible,
impulsando así el vehículo.
Se proporciona asimismo un método para
ralentizar un vehículo sobre una calzada, de acuerdo con la
reivindicación 7.
En la RAR, una parte de la energía cinética
transferida al mecanismo de superficie movible, puede ser además
absorbida mediante amortiguamiento viscoso y/o fuerzas de fricción
en seco, y/o mediante controlar motores eléctricos y/o generadores
de potencia eléctrica.
Un método puede además servir para acelerar un
vehículo sobre la calzada mediante mover la superficie movible, al
objeto de que transfiera al vehículo una energía potencial
almacenada en la superficie movible, para impulsar así el
vehículo.
Estas y otras características, aspectos y
ventajas, del aparato y los métodos de la presente invención, se
comprenderán mejor en relación con la siguiente descripción, las
reivindicaciones anexas y los dibujos adjuntos, donde:
la figura 1 ilustra una vista en sección
esquemática, de una implantación preferida de una pista reutilizable
y adaptativa, de la presente invención;
la figura 2 ilustra un esquema de un solo panel
de la pista, y del soporte y los elementos de control
correspondientes al panel;
la figura 3 ilustra un esquema del panel de la
pista de la figura 2, bajo el peso de un neumático de un
vehículo;
la figura 4 ilustra una sección transversal
esquemática, de otra implementación preferida de la pista
reutilizable y adaptativa de la presente invención;
la figura 5 ilustra una sección transversal
esquemática, de otra implementación preferida de la pista
reutilizable y adaptativa de la presente invención;
la figura 6 ilustra una sección transversal
esquemática, de otra implementación preferida de la pista
reutilizable y adaptativa de la presente invención;
la figura 7 ilustra una sección transversal
esquemática, de otra implementación de la pista reutilizable y
adaptativa de la presente invención;
la figura 8 ilustra una sección transversal
esquemática, de otra implementación preferida de la pista
reutilizable y adaptativa de la presente invención;
la figura 9 ilustra un gráfico, que muestra una
relación preferida entre el desplazamiento del resorte y la fuerza
de los elementos elásticos, de la pista reutilizable adaptativa de
la presente invención;
la figura 10 ilustra una sección transversal
esquemática, de otra implementación preferida de la pista
reutilizable y adaptativa de la presente invención;
la figura 11 ilustra una sección transversal
esquemática, de otra implementación preferida de la pista
reutilizable y adaptativa de la presente invención; y
la figura 12 ilustra una sección transversal
esquemática, de otra implementación preferida de la pista
reutilizable y adaptativa de la presente invención.
Si bien esta invención es aplicable a muchos y
diversos tipos de calzadas y superficies, se ha revelado
particularmente útil en el entorno de pistas para aviones. Por lo
tanto, sin limitar la aplicabilidad a la invención las pistas para
aviones, la invención se describirá en tal entorno. Las personas
cualificadas en el arte apreciarán que la RAR de la presente
invención puede ser utilizada sobre calzadas para automóviles y
camiones, y para otros vehículos a ruedas. La RAR de la presente
invención puede además adaptarse para ser utilizada con trenes,
donde los paneles descritos abajo están próximos a los bailes sobre
los que se desplaza el tren.
En la figura 1 se muestra un esquema de la vista
lateral de una RAR preferida, ilustrando sus principios básicos de
funcionamiento. En esta ilustración, el segmento 100 de RAR se
muestra posicionado en el extremo de una pista típica (fija) 101.
Al término de la pista fija 101, ha de instalarse uno o más paneles
de pista de transición 102 en un segmento de transición 103 de la
pista 100. La función del segmento de transición 103 de la RAR 100
es proporcionar una transición suave para un vehículo, durante su
movimiento desde el segmento fijo de la pista 101 al segmento RAR
100. En general, se prefiere más de un panel de transición 102 de la
pista, para hacer que el movimiento del vehículo sea suave cuando
este entra en el segmento RAR 100 de la pista, es decir para impedir
que los neumáticos golpeen bruscamente el segmento RAR 101, lo que
formaría una configuración de tipo escalón inmediatamente a
continuación del segmento de pista fija 100.
Los paneles de transición 102 de la pista están
construidos con un panel superficial 102 que forma un ángulo
\alpha (104 en la figura 1) con la superficie de la pista fija
101, incrementando la altura H (105 en la figura 1). Bajo el panel
o paneles de transición 102 de la pista, hay elementos elásticos,
mecanismos de contención del movimiento, mecanismos de frenado y
todos los demás componentes mostrados colectivamente en la figura 1
como el elemento 106, que en adelante es aludido como el "conjunto
de soporte y control" del panel de la pista. Los detalles del
conjunto de soporte y control 106 se proporcionan en la figura 2. El
conjunto de soporte y control 106 está montado sobre un cimiento de
la pista 107. Tras los paneles de transición 102 de la pista, están
posicionados los paneles normales 108 de la pista. Los paneles de la
pista 108 se mantienen en su posición sobre los cimientos 107,
mediante elementos de control y soporte 109 que son de función y
construcción muy similares a los elementos de soporte y control
106. En la figura 1 y para simplificar la ilustración, no se
muestra los mecanismos utilizados para unir los paneles de
transición 102 a la pista fija 101 y a la otra transición 102, ni a
los paneles normales 108 de la pista. Los detalles se proporcionan
en las subsiguientes ilustraciones. Además, se entiende en que el
lado más externo de los paneles de la pista 108 preferentemente no
está expuesto. En la práctica, los lados de los paneles de la pista
108 están preferentemente protegidos de los elementos sin el
añadido de ningún elemento limitador del movimiento, tal como
mediante simples fuelles. Además, se entiende que en la figura 1 se
muestra solo un panel de la pista 108 a lo largo de la anchura de
cada segmento de RAR 100. No obstante, se entiende que puede
posicionarse más de un panel de la pista 108, en yuxtaposición a lo
largo de la anchura de cada segmento de panel de la pista 108.
La estructura del tipo más sencillo de elementos
de soporte y control 106 y 109, se muestra en los esquemas de las
figuras 2 y 3. Tal elemento de soporte y control consiste en uno o
más elementos de resorte 110 y uno o más elementos de freno 111,
que conectan los paneles de la pista 102 y 108 a los cimientos de la
pista 107. Cuando el neumático del vehículo 112 abandona la
posición fija de la pista 101, primero rueda sobre los paneles 102
dentro del segmento de transición 103 de la RAR 100, y después rueda
sobre los paneles RAR 108 normales, como se muestra en la figura 3.
El relativamente pequeño ángulo \alpha 104, asegura que sea
relativamente suave la transición entre los elementos de panel de
transición 102 y de panel normal 108 de la RAR 100. Dependiendo del
peso W 114 soportado sobre el neumático 112, y de la constante
elástica proporcionada por los elementos de resorte 110, el panel
102 (108) es desplazado hacia abajo una distancia D (113), como se
muestra en la figura 3. La constante elástica se selecciona
preferentemente, es decir se ajusta mediante un mecanismo de ajuste
de la constante elástica (no mostrado), de tal forma que la cantidad
de desplazamiento hacia abajo D 113 se aproxima mucho a la altura H
105 de los paneles normales 108. Se muestra fácilmente que la
cantidad de energía potencial PE almacenada en los elementos de
resorte 110, vale
(1)PE = 1/2 k
D^{2}
donde k es la constante elástica
eficaz de los elementos de resorte 110, asumiendo que los elementos
de resorte 110 no están pre-cargados. Si los
elementos de resorte 110 están pre-cargados a una
distancia Do, entonces se muestra fácilmente que la energía
potencial almacenada en los elementos de resorte 110,
vale
(2)PE = 1/2 k
(D + D_{0})^{2} - 1/2 k
D_{0}^{2}
En general, se desea que los elementos de
resorte 110 estén pre-cargados, al objeto de reducir
la cantidad de desplazamiento D para un nivel deseado de energía
potencial PE.
La fuente de energía potencial PE que está
almacenada en los elementos de resorte 110 es la energía cinética
del vehículo. Por lo tanto, la energía cinética del vehículo se
reduce en la cantidad de energía potencial PE que se almacena en el
panel RAR 102 (108). Obviamente, el panel 102 (108) y por tanto los
elementos de resorte 110, tienen que ser bloqueados en su posición
desplazada mostrada en la figura 3. Si no, a medida que el
neumático 112 pasa sobre el panel 102 (108), el panel 102 (108)
podría transferir de vuelta al neumático, la mayor parte de la
energía potencial almacenada, provocando de ese modo que el sistema
RAR tenga un efecto mínimo en la absorción de energía cinética del
vehículo, es decir en la ralentización del vehículo. Aquí, se
entiende que la acción de bloqueo está provista por el freno 111,
que es activado mediante la fuerza de frenado 115.
Posteriormente se describirá la longitud
preferida de cada uno de los paneles RAR 102 (108) en relación con
el tamaño del neumático 112, y los métodos preferidos para conectar
los paneles 102 (108) entre sí, y a los cimientos de la pista.
Los componentes mostrados en el soporte y los
elementos de control 106 y 109, son el mínimo de tipos de elementos
que permiten el funcionamiento apropiado de la RAR 100. Sin embargo,
puede añadirse elementos adicionales como los mencionados
previamente, para proporcionar características que pueden ser
deseables dependiendo de los requisitos operativos de cada pista,
del nivel de automatización que se desea incorporar al diseño global
para permitir el ajuste de uno o más parámetros del sistema, de su
altura eficaz de H 105, de la configuración del sistema, etcétera.
En lo que resta de esta descripción, se proporciona diversas
configuraciones de diseño preferidas, y los tipos de parámetros y
sus rangos, en función de diversas condiciones operativas
deseadas.
El funcionamiento de tales pistas reutilizables
y adaptativas (RAR) 100, es equivalente al vehículo desplazándose a
lo largo de una superficie inclinada, transformando de ese modo su
energía cinética en energía potencial, proporcional a la altura
vertical que alcanza su centro de masas. En la presente invención,
la energía cinética del vehículo se transforma en energía potencial
almacenada en los elementos elásticos que se deforman, es decir los
resortes 110. En ciertas situaciones, puede desearse proporcionar
fricción (acción de frenado) y/o elementos de amortiguamiento
viscoso que están posicionados en paralelo, o en ciertos casos en
serie, con los elementos de resorte, disipando de ese modo cierta
parte de la energía cinética del vehículo. En otras situaciones
concretas puede desearse utilizar elementos de almacenamiento de
energía cinética, tales como volantes de inercia, en serie o en
paralelo con los elementos de resorte. En un diseño similar puede
utilizarse imanes opuestos, o imanes y bobinas (es decir, motores
lineales o rotatorios), en paralelo o en serie con uno o más de los
elementos mencionados. En otras situaciones diferentes puede
posicionarse generadores de energía eléctrica, en serie o en
paralelo con los elementos de resorte, o en serie o en paralelo con
los elementos de almacenamiento de energía cinética, o en lugar de
los elementos de almacenamiento de energía cinética. Los
generadores de energía eléctrica o dispositivos de almacenamiento
eléctrico (o de hecho, cualesquiera otros medios de accionamientos)
pueden utilizarse como medios para absorber parte de la energía
cinética o su totalidad, que es transferida a los paneles RAR, o
pueden utilizarse en parte o por completo, como medios de control
de la proporción de tales transformaciones de energía. El último
medio de control está usualmente dirigido a conseguir un movimiento
suave del vehículo. En general las constantes elásticas, las
constantes de amortiguamiento viscoso y las características de
cualquiera de los elementos mencionados, pueden ser constantes o
ajustables. Tales medidas de ajuste de las características y
parámetros de los elementos mencionados, pueden utilizarse para
ajustar las características de la RAR 100 a sus condiciones casi
óptimas para cada vehículo entrante, su velocidad y su condición
operativa. Los elementos mencionados pueden además tener
características lineales o no lineales. Las ventajas y las
desventajas de una serie de las mencionadas combinaciones, y las
características generales que estas pueden proporcionar al sistema
RAR, se describen más abajo en esta revelación.
En resumen, una serie de combinaciones y
configuraciones de uno o más elementos de resorte, con uno o más
elementos de almacenamiento de energía cinética, uno o más elementos
de amortiguamiento viscoso, uno o más elementos de frenado, uno o
más motores eléctricos o hidráulicos o neumáticos o sus
combinaciones, y una o más generadores de energía eléctrica, pueden
posicionarse en serie o en paralelo para proporcionar el efecto
deseado de "absorción" de la energía cinética del vehículo.
Los paneles RAR 112 y 108 están preferentemente
construidos con materiales relativamente rígidos pero ligeros, así
como con estructuras relativamente rígidas pero ligeras. Las
superficies de los paneles están preferentemente recubiertas con
material formulado apropiadamente para mejorar la resistencia,
incrementar la fricción y reducir del desgaste.
Los paneles superficiales RAR 102 (108) pueden
construirse con paneles o elementos de tipo panel, que son
relativamente libres para moverse entre sí, en particular en la
dirección vertical, y en rotación en torno a un eje dirigido
transversalmente (perpendicular a los ejes vertical y longitudinal
de la pista, o carretera). En tal configuración, el movimiento
horizontal de los paneles 108, unos en relación con los otros y en
relación con los cimientos de la pista 107, está preferentemente
controlado por elementos elásticos relativamente duros 125 (figura
4), preferentemente con una cantidad considerable de amortiguamiento
(preferentemente de tipo viscoso) (tal como el tipo de materiales
de caucho sintético), para controlar los paneles impidiendo que se
deslicen en la dirección longitudinal bajo el neumático en rotación.
También puede proporcionarse topes mecánicos para ayudar a
controlar el movimiento horizontal de los paneles RAR 108. Semejante
configuración de panel RAR es adecuada cuando el tamaño de los
paneles 108, en particular su longitud (medida a lo largo de la
longitud de la pista) es relativamente pequeña en comparación con
el tamaño del neumático del vehículo, de forma que en cualquier
momento el neumático esté en contacto con más de un panel 108,
preferentemente con al menos tres paneles 108. Esta última
condición es necesaria para asegurar un movimiento suave del
vehículo, a medida que el neumático se mueve desde un panel 108 a
otro, provocando que los paneles conformen en general el perfil del
neumático, como se muestra en la figura 4, en lugar de provocar que
el neumático ascienda en una trayectoria tipo escalón.
En otra realización de esta invención, los
paneles de superficie 102 (108) están abisagrados entre sí como se
muestra en la figura 5, a lo largo de la longitud de la pista, para
permitir su rotación relativa en torno a sus ejes transversales, al
objeto de acomodarse al perfil del neumático en desplazamiento 112.
Los paneles 108 (102) están conectados con bisagras 120 para
permitir su rotación relativa. Tal rotación es necesaria para el
funcionamiento suave de la RAR, de forma que a medida que el
neumático se mueve sobre el primer panel 108 (figura 5) y se hunde
en cierta cantidad, el siguiente panel 108 se rota en sentido
antihorario en la cantidad necesaria para permitir al
desplazamiento vertical del primer panel 108, sin tener como
resultado la formación de un escalón entre los dos paneles 108. La
bisagra 120, o esta en sus conexiones a los paneles 108, o los
propios paneles 108, pueden construirse con cierto grado de
flexibilidad para permitir que sea compensado el cambio en la
proyección horizontal, de la longitud de los paneles la dirección
longitudinal debido a la rotación relativa de los paneles 108.
En otra realización de la presente invención,
los paneles están unidos la estructura subyacente (cimientos 107)
de la pista, por medio de elementos mecánicos, es decir
articulaciones u otros tipos de mecanismos, de forma que su
movimiento en relación con los cimientos es en cierto modo
constante, para permitir el desplazamiento suave del neumático
sobre los paneles. Un ejemplo de uno de los numerosos tipos posibles
de tales mecanismos limitadores del movimiento, se muestra en la
figura 6. Este mecanismo está construido con mecanismos de tipo
articulación. En la figura 6 se muestra solo la vista lateral de
solo un panel de la pista 108 (102). En este diseño, un lado del
panel 108 (102) está unido con dos conexiones 136 y 137 que están
abisagradas mutuamente en la bisagra 134. La conexión 136 está
unida al panel de la pista 108 (102) mediante la bisagra 130. La
conexión 137 está unida a los cimientos de la pista 107 mediante la
bisagra 132. El extremo opuesto del panel 108 (102) está unido a
los cimientos 107 mediante conexiones 138 y 139, que están
abisagradas entre sí con la bisagra 135. A su vez, la conexión 138
está unida al panel 108 (102) mediante la bisagra 131, y la conexión
139 está unida a los cimientos 107 mediante la bisagra 133. El par
de conexiones 136 y 137, y el par de conexiones 132 y 139, reducen
el grado total de libertad del panel para el movimiento en el plano
vertical, desde tres grados de libertad (dos desplazamientos y la
rotación) a dos grados de libertad, es decir el movimiento del
panel en el plano vertical está limitado a dos grados de libertad
por el mecanismo de articulación mostrado en la figura 6. Como
resultado, otros elementos del mecanismo 106 (109) (no mostrado en
la figura 6 por claridad), principalmente los elementos de resorte
110, proporcionan fuerzas de limitación menores, que sirven para el
mencionado movimiento deseado de los paneles cuando el neumático se
desplaza sobre el panel. Las personas cualificadas en el arte
apreciarán que los elementos de resorte están conectados
operativamente con los paneles (o correas) para convertir la
energía cinética del vehículo en energía potencial. Así, los
elementos de resorte pueden conectarse directamente a los paneles (o
a la correa), o conectarse a las conexiones de modo que deformen el
elemento o elementos de resorte, tras el movimiento de las
conexiones.
Debe notarse que en general, los paneles 108
(102) están diseñados para poseer dos grados de libertad de
movimiento en el plano vertical. Es este es el caso puesto que, a
medida que el neumático se desplaza sobre los paneles 108 (excepto
un panel 102 localizado inmediatamente a continuación del segmento
fijo de la pista), se desea que los paneles 108 experimenten un
movimiento que es esencialmente una rotación antihoraria, que
desciende su borde más próxima al neumático, seguido por una
rotación horaria que desciende el borde opuesto del panel, hasta
que el panel está esencialmente horizontal. Se observa fácilmente
que si los paneles 108 son cortos en relación con el tamaño del
neumático 112, como se muestra en la figura 4, entonces durante las
anteriores rotaciones antihoraria y horaria los paneles 108 también
experimentarían un desplazamiento vertical, de forma que los
paneles son, en todo momento, esencialmente tangentes a la periferia
del neumático 112. Sin embargo, los paneles 108 que son largos en
relación con el tamaño del neumático 112, de forma que el neumático
112 puede estar localizado en ocasiones completamente sobre la
superficie de solo un panel 108, padecerían una rotación
antihoraria más o menos pura, cuando el borde delantero del panel
108 más próximo al neumático 112 es empujado hacia abajo
esencialmente hasta la máxima profundidad de configuración 105, y
cuando el neumático 112 se mueve sobre el panel 108, el panel 108
comenzaría entonces a rotar en sentido horario en torno al mismo
borde delantero, hasta que el panel 108 esté esencialmente
horizontal. La configuración de los paneles 102 (108) se muestra
solo a modo de ejemplo, y no para limitar el alcance ni el espíritu
de la presente invención. Por ejemplo, como se muestra en la figura
12, todos los paneles o una parte significativa de estos, pueden
disponerse a un ángulo \alpha como el panel de transición 102, o
alternativamente todos los paneles podrían disponerse planos (por
ejemplo, \alpha = 0), tal como los paneles 108. En la
configuración alternativa de la figura 12, los paneles 112 no están
unidos entre sí, si no que están todos abisagrados a la calzada para
el movimiento pivotante respecto de esta.
Otra clase de mecanismo que puede utilizarse
para limitar el movimiento de los mencionados paneles de pista 108
(102) más largos, en relación con los cimientos de la pista 107, son
las mencionadas rotaciones secuenciales antihoraria y horaria en
torno al borde delantero 140 más próximo al neumático entrante 112,
como se muestra en la figura 7. En esta clase de mecanismos
limitadores, el movimiento del borde delantero 140 del panel 108
está limitado a un movimiento vertical, mientras que el panel 108
(102) es libre para rotar en torno al borde delantero 140. En el
mecanismo mostrado en la figura 7, el movimiento del borde 140 está
limitado a la dirección vertical mediante la junta deslizante 141,
que consiste en el elemento deslizante 143 y la guía 144. El
elemento deslizante 143 está abisagrado al borde 140 del panel 108
(102) mediante una junta giratoria 142, permitiendo de este modo
que el panel rote en el sentido antihorario cuando el borde 140 es
empujado hacia abajo al panel previo, y una vez que el neumático
112 comienza a moverse sobre el panel 108 (102) mostrado en la
figura 7, para permitir al panel 108 rotar el sentido horario hasta
que está esencialmente horizontal y hundido a una distancia H 105.
Puede construirse una pluralidad de tales mecanismos de limitación
del movimiento. De hecho, el mecanismo mostrado en la figura 7 se
ha seleccionado solo con el propósito de demostrar el modo de
funcionamiento de tales mecanismos limitadores del movimiento, y no
constituye la realización preferida salvo que la junta deslizante
está construida como una junta activa. Esto es así puesto que las
juntas deslizantes construidas deslizando y guiando elementos,
incluso junto con bolas o rodillos u otras construcciones
anti-fricción, son mucho más susceptibles a
encasillarse, generalmente generando más fuerzas de fricción, y es
más difícil mantenerlas libres de suciedad y contaminantes, y son
generalmente mayores y más pesadas, por lo que general es deseable
evitarlas. Los mecanismos preferidos están construidos con juntas
giratorias, sea en la forma de uno entre los muchos mecanismos de
articulación bien conocidos y que generan movimientos prácticamente
en línea recta.
Los mecanismos limitadores del movimiento pueden
además ser utilizados preferentemente para limitar el movimiento de
los paneles 108 (102), a rotaciones en torno a ejes perpendiculares
a las direcciones longitudinal y vertical, es decir a rotaciones en
sentido horario y antihorario como se ilustra en las figuras 4, 5, 6
y 7. En el esquema de la figura 8 se ilustra el borde 150 de un
panel de pista 108 (102) a lo largo del ancho de la pista 107, es
decir visto en una dirección paralela a la dirección longitudinal de
la pista. Para limitar el movimiento del panel de la pista a las
rotaciones anteriores, el mecanismo limitador del movimiento limita
el borde 150 a movimientos en la dirección vertical, manteniendo a
la vez el borde 150 paralelo al plano horizontal (aquí, por
simplicidad y sin pretender introducir ninguna limitación sobre el
diseño de los cimientos de la pista, se considera que la superficie
de los cimientos es lisa y paralela al plano horizontal). El
mecanismo de articulación más sencillo que podría proporcionar el
anterior movimiento de limitación, es un mecanismo de doble
paralelogramo 160 como el mostrado en la figura 8. El mecanismo
consiste en conexiones 153 de iguales longitudes, que están unidas
al panel de la pista 108 (102) mediante juntas esféricas 151; hay
conexiones 155 de igual longitud, conectadas a los cimientos 107 con
juntas esféricas 156; y una conexión común 154 a la que están
abisagrados con juntas rotatorias 152 los extremos de las conexiones
153 y 155. Puede utilizarse uno o más mecanismos de doble
paralelogramo 160, para limitar el movimiento de cada panel de pista
108 (102).
En otra realización de la presente invención,
que se muestra en la figura 10, los paneles son reemplazados por
estructuras 170 de tipo cadena o de tipo correa, apropiadamente
dimensionadas y con superficies relativamente planas, que cubren una
estructura subyacente de soporte de uso común, que a su vez está
unida a los elementos de soporte y control 106 (109) con, o sin, uno
o más de los mencionados mecanismos limitadores del movimiento. El
uso de tales estructuras superficiales de tipo cadena o correa,
permite un desplazamiento más suave del neumático, similar al caso
de paneles cortos mostrado en la figura 4. Por ejemplo un segmento
de correa continua, de hecho actuaría de forma similar a paneles con
longitudes muy pequeñas.
En lo que sigue, los anteriores tipos de
elementos superficiales de la pista son aludidos como paneles de
pista, sin pretender limitar estos a ninguno de los diseños
anteriores. Para las personas cualificadas en el arte, son posibles
muchas otras configuraciones de diseño del "panel de pista",
que permiten el desplazamiento vertical relativamente suave de la
superficie subyacente, a medida que el neumático del vehículo se
desplaza sobre tal "panel de la pista" y por lo tanto afecta a
la deformación de elementos elásticos de almacenamiento de energía
potencial, posicionados apropiadamente, de forma similar a los
elementos de resorte 110, y por tanto se entiende están cubiertas
por la presente revelación.
Los paneles de pista están soportados
elásticamente mediante elementos de resorte que están posicionados
entre los paneles y los cimientos de la pista. Los elementos
elásticos (resortes) pueden adoptar cualquier forma, por ejemplo
pueden estar construidos de forma helicoidal o similar, mediante
cables elásticos de varias secciones transversales, o pueden estar
formados como resortes de torsión o de flexión, barras de torsión, o
cualesquiera de sus combinaciones. Para controlar óptimamente el
movimiento vertical de los paneles de pista las constantes
elásticas, es decir la relación entre la fuerza vertical aplicada y
el desplazamiento vertical resultante del panel de pista, pueden
ser lineales o no lineales. Los elementos de resorte pueden estar
posicionados directamente entre los paneles de pista y los
cimientos de la pista, o actuar sobre los elementos mecánicos que
proporcionan limitación del movimiento a los paneles. En general,
puede utilizarse diversos tipos de resorte y configuraciones para
proporcionar diversas respuestas elásticas tras la aplicación de
carga (sobre todo vertical) en ciertos puntos del panel, es decir
para proporcionar las constantes elásticas eficaces deseadas, en
respuesta al desplazamiento vertical y en la rotación en torno a un
eje dirigido en la dirección transversal.
Elementos adicionales de almacenamiento de
energía potencial, pueden ser también los elementos estructurales
revelados en la Patente de EE.UU. Número 6 054 197. En general, como
se muestra en la figura 11, el peso 115 del neumático 112 deforma
el elemento estructural 200 que está dispuesto entre cada panel 102
(108) y la base de la pista 107, para almacenar un potencial de
energía en este. El propio elemento estructural puede también
servir como elemento de frenado, donde el fluido desplazado 202
desde el interior del elemento estructural (provocado por la
deformación) es capturado en un depósito 204 y se impide que vuelva
a la cavidad 202, por ejemplo mediante cerrar una válvula 206
mientras el elemento estructural está deformado. El elemento
estructural 200 es liberado o reajustado (extendido) mediante
retirar la limitación, por ejemplo mediante abrir la válvula 206
para permitir que el fluido retorne a la cavidad 202.
Preferentemente, los elementos estructurales 200 están controlados
remotamente mediante un procesador 208 conectado operativamente a un
solenoide, que maneja la apertura y cierre de las válvulas 206. La
cantidad de deformación que padecen los elementos estructurales,
puede también controlarse y variarse mediante el procesador, por
medio de controlar la medida en que se abren las válvulas 206 (es
decir, se varía el tamaño del orificio). Un elemento estructural 200
correspondiente a una válvula 206 que está abierta parcialmente,
será más rígido y por lo tanto experimentará menos deformación que
un elemento estructural que tenga una correspondiente válvula 206
que esté completamente abierta.
Cada conjunto de panel de pista, es decir el
panel de pista, sus mecanismos limitadores del movimiento y los
elementos de resorte, y elementos de amortiguación basados en
fricción viscosa y seca, están también equipados con bloqueos
unidireccionales que, a medida que los elementos de resorte se
deforman bajo carga, se mantienen en su posición de deformación
máxima, y se sustancialmente impide que recuperen su configuración
original cuando la carga es elevada. Tales mecanismos de bloqueo
unidireccional pueden situarse en cualquier posición apropiada
entre los paneles de pista y los cimientos, o entre los paneles de
pista y los elementos mecánicos de limitación del movimiento. Los
mecanismos de bloqueo unidireccional pueden también posicionarse en
paralelo con uno o más de los elementos de resorte, o pueden
construirse como una parte integral de uno o más de los elementos
elásticos o de amortiguación. Independientemente de su diseño y del
método de integrarlos en el conjunto del panel de pista, los
bloqueos unidireccionales sirven a una función básica. Esta función
básica es "bloquear" en su posición los paneles de pista
hundidos, e impedir que "salten" de vuelta a su posición
original. En otras palabras, cuando los neumáticos del aeroplano u
otro vehículo desplazan un panel de pista, el trabajo realizado por
la fuerza ejercida sobre los paneles superficiales de desplazamiento
(sobre todo verticalmente, y algo en rotación) se almacena en los
elementos de resorte 110 (200) como energía potencial. La función
de los mencionados mecanismos de bloqueo unidireccional es
"encerrar" esta energía potencial, mediante impedir que los
elementos de resorte 110 (200) se muevan de vuelta a su posición
original. La energía potencial almacenada en los elementos de
resorte 110 (200), si despreciamos cualesquiera otras pérdidas de
energía comúnmente presentes debidas a fricción, etc., es igual a
la energía cinética que se transfiere a los elementos de resorte
110 (200) desde el avión u otro vehículo. En general, puede
utilizarse uno o más elementos de resorte de varios tipos sobre
cada panel de pista, e inicialmente puede
pre-cargarse uno o más elementos de resorte. El
propósito principal de pre-cargar los elementos
elásticos es reducir la cantidad de desplazamiento vertical y/o
rotacional de los paneles de pista, para una carga aplicada dada.
Otra función de pre-cargar selectivamente uno o más
de los elementos elásticos, es crear las características de
desplazamiento de carga (rotación) que son óptimas, o casi óptimas,
para el funcionamiento de la pista.
En la realización preferida de esta invención,
las constantes elásticas eficaces de cada conjunto de panel de pista
y la carga previa del resorte, son ajustables de forma remota. Las
constantes elásticas y las cargas previas pueden obviamente ser
ajustables de forma manual, en particular para pistas que se
utilizan solo con unos pocos tipos similares de aviones.
En general, los conjuntos de panel de pista
están diseñados de forma que no requieren elementos de amortiguación
del movimiento tales como amortiguadores viscosos, para su
funcionamiento apropiado así como para impedir la acción de rebotes
tras el contacto inicial del neumático. Tales amortiguadores se
utilizan para controlar la respuesta de los conjuntos de panel de
pista, a la velocidad de aplicación de la carga del neumático. En
cualquier caso, se desea utilizar el amortiguamiento mínimo para
hacer la RAR más sensible a vehículos de alta velocidad. Además, si
se pretende utilizar o recoger la energía potencial almacenada en
los elementos elásticos, es deseable utilizar amortiguamiento
mínimo puesto que tales amortiguadores convertirían una parte de la
energía cinética del avión en calor, es decir en un tipo de energía
que es difícil aprovechar en comparación con la energía potencial
almacenada en elementos elásticos.
Por otra parte, puede desearse que ciertos
conjuntos de panel de pista, en particular aquellos que están
localizados en, o cerca de, la parte de la pista sobre la que el
avión se desplaza a altas velocidades, estén equipados con elementos
de amortiguación del movimiento, tales como amortiguadores viscosos
que están posicionados de forma apropiada para proporcionar
resistencia al desplazamiento y/o a la rotación de los paneles de
pista, para un funcionamiento suave. Se desea también que las
constantes eficaces de amortiguamiento de estos elementos, sean
ajustables de forma remota, manual, y si es posible mediante un
bucle de control en lazo cerrado.
Cuando la pista está concebida para ralentizar
aviones tras el aterrizaje, el avión puede aterrizar primero sobre
un segmento de pista normal (fijo), y a continuación entrar en el
segmento RAR para ser ralentizado o llevado a detención completa.
En tales casos, es importante que la transición entre dos segmentos
de pista sea tan suave como sea posible. Tales transiciones suaves
se obtienen fácilmente, por ejemplo mediante proporcionar
constantes elásticas mayores para los paneles iniciales de la
autopista, y/o mediante abisagrarlos al borde del segmento normal
de pista, y después disminuir gradualmente las constantes elásticas
del panel, para conseguir la máxima deflexión, es decir el máximo
desplazamiento vertical de los paneles de pista bajo la carga del
neumático. Como resultado, el vehículo empieza a ralentizarse
suavemente a medida que entra en el segmento RAR. A continuación, a
medida que el avión sigue desplazándose a lo largo del segmento RAR,
los paneles de pista comienzan a ser desplazados verticalmente
hasta su máxima cantidad de ajuste, y la energía cinética del avión
sigue transfiriéndose a los elementos de resorte, mientras que
cierta parte (usualmente mucho menor) de la energía cinética es
disipada en los elementos de fricción de tipo amortiguamiento
viscoso y/o freno. El avión no perderá control puesto que el
proceso de ralentización no implica ningún derrape, ni reducción o
pérdida de fricción de contacto entre los neumáticos y la superficie
de la pista. Esto contrasta completamente con las carreteras
rellenas de arena y las pistas de hormigón colapsable, que formarían
ciertos "caminos" a lo largo de los cuales se fuerza el
desplazamiento de los neumáticos. Por supuesto, la RAR puede también
constituir toda la pista, que puede ser de longitud mucho menor que
una pista convencional para un avión del mismo tamaño.
Una vez que el avión ha sido ralentizado a la
velocidad deseada, o se ha llevado a parada, los mecanismos de
frenado de los paneles de la pista pueden liberarse para traer
lentamente los paneles a su posición original. Para hacer suave el
movimiento e impedir vibraciones, durante este movimiento de retorno
puede acoplarse elementos de amortiguamiento viscoso o de ficción.
Alternativamente, puede utilizarse medios de transformación de
energía tales como generadores eléctricos, para transformar la
energía almacenada en los elementos elásticos, en energía eléctrica
utilizable.
Por otra parte, la energía potencial almacenada
en el elemento elástico de los paneles de pista, puede utilizarse
para acelerar un avión durante su despegue. El proceso es el inverso
al proceso de ralentización. Aquí, a medida que el neumático se
mueve sobre un panel de pista hundido, los frenos del panel se
liberan de forma controlada, desde la parte trasera de cada panel
hacia la parte delantera, a medida que el neumático se mueve sobre
el panel, empujando así el avión hacia delante y transfiriendo al
avión la energía potencial almacenada en los elementos elásticos,
en forma de energía cinética. Mediante liberar apropiadamente los
elementos de frenado, es posible transferir al avión la mayor parte
de la energía potencial almacenada. Este proceso tiene el efecto de
permitir que el avión se desplace a lo largo de una pista con una
inclinación descendente, transfiriendo de ese modo al avión, en
forma de energía cinética, la energía potencial del avión debida a
la caída total en la elevación del avión.
Puede verse que los procesos tanto de aterrizaje
como de despegue utilizando RAR, son de gran eficiencia energética.
Durante el aterrizaje se necesita un frenado mínimo, o ninguno.
Durante el despegue, una gran parte de la energía cinética puede ser
adsorbida desde la RAR. Mediante la selección apropiada de los
parámetros RAR, los aviones son capaces de aterrizar y desplegar en
pistas relativamente cortas. Por lo tanto, tales pistas pueden ser
también muy útiles para la construcción de bandas de aterrizaje y
despegue de emergencia, y para portaaviones.
En general, puede utilizarse amortiguadores
mecánicos y parachoques de tipo elastomérico o hidráulico, para
limitar a la profundidad deseada H (105) el movimiento de los
paneles de pista 108 (102) en la dirección vertical, o para impedir
el excesivo movimiento lateral de los paneles o los mecanismos
limitadores del movimiento, etcétera. En todas las situaciones,
tales elementos se proporcionan para llevar suavemente estos
componentes a parada, y sin una sacudida súbita. Para el caso de
los topes limitadores de la profundidad 105, preferentemente la
profundidad permisible H 105 es ajustable mediante un sistema de
control que ajusta los parámetros del sistema para cada vehículo
concreto, y la velocidad inicial y las condiciones operativas. Tal
controlador se ha descrito arriba en relación con la figura 11, y no
obstante puede utilizarse métodos de control similares en las otras
realizaciones aquí discutidas, para controlar cualquiera de los
parámetros del sistema o su totalidad.
En general, los elementos de resorte 110 están
preferentemente pre-cargados para reducir la
profundidad requerida H 105. En general, también es preferible
tener resortes con características de desplazamiento de fuerza no
lineal, de la forma general mostrada en la figura 9, de modo que a
medida que se incrementa la deformación se incrementa también la
constante elástica eficaz. Semejante característica de la constante
elástica permite que los resortes actúen también como topes
eficaces, cuando se aproximan a la máxima profundidad deseada H
105. En la figura 9 se muestra la forma general de la curva del
desplazamiento deseado del resorte frente a la fuerza del resorte
163. La cantidad de fuerza pre-cargada se indica
mediante 165. La constante elástica, es decir la pendiente de la
curva 163, se incrementa con el desplazamiento del resorte. Para un
desplazamiento dado 161 del resorte, la correspondiente constante
elástica k 162 está dada por la pendiente de la tangente 164 en tal
punto de la curva 163. Como puede observarse, mediante la selección
apropiada del resorte 110, a medida que el desplazamiento se
incrementa (en este caso, a medida que alcanza la cantidad deseada H
105), la constante elástica se hace muy grande (en algún punto a la
derecha del punto 161), con lo que el resorte se convierte en un
tope eficaz.
En general, se desea más de un panel de pista
108 (102) para cubrir la anchura de la pista. Mediante el uso de
paneles más estrechos se reduce la masa eficaz que es desplazada a
medida que el neumático se mueve sobre un panel, permitiendo de ese
modo que los paneles RAR respondan rápidamente. Como resultado,
puede recibirse vehículos que se mueven con mayor rapidez. En tal
caso, se desea que los paneles estén abisagrados entre sí como se
ha descrito para los lados longitudinales de los paneles, junto con
elementos elásticos similares para permitir las variaciones de
longitud debidas a la rotación de los paneles. En una realización de
la presente invención, se permite la mencionada rotación relativa
de los paneles a lo largo de sus bordes laterales abisagrados. Tal
opción proporcionaría un cierto grado de barrera, que los neumáticos
tienen que ascender para moverse en la dirección de la anchura de
la pista. Tal barrera se desea en concreto si el vehículo está
dañado, o si el piloto está teniendo problemas para controlar el
vehículo. En una situación de emergencia, mediante permitir que se
incremente la profundidad H (105) puede proporcionarse una mayor
barrera estabilizadora, al objeto de mantener el vehículo sobre la
pista. Para tales situaciones de emergencia, puede también activarse
barreras auxiliares posicionadas sobre los lados de la pista, para
incrementar la altura de las barreras laterales. Por otra parte, en
situaciones normales la mencionada rotación relativa de los paneles
está preferentemente limitada, o bien impedida totalmente, mediante
las bisagras provistas y los mecanismos limitadores del
movimiento.
Aunque se ha descrito arriba la RAR con
parámetros estáticos, tales parámetros pueden ser variables
ajustándose manualmente o bien automáticamente, en respuesta a
características detectadas. Por ejemplo, la RAR puede estar
equipada con sensores para la detección de la posición, el tamaño
y/o la velocidad del vehículo antes de entrar en la RAR. La
información detectada por uno o más sensores, se introduce después
en un procesador que ajusta los parámetros de la RAR antes de que
el vehículo entre en la RAR. Los sensores pueden además seguir
monitorizando el vehículo a medida que este se desplaza sobre la
RAR, y ajustar correspondientemente los parámetros de este. Por
ejemplo, un parámetro que puede ajustarse en función de las
características detectadas, es el de las constantes elásticas de
los elementos de resorte 110. Se conoce bien en el arte, medios de
ajuste de las constantes elásticas de los elementos de resorte,
tales como resortes helicoidales u otro resortes pasivos, en
combinación con resortes de gas presurizado. Otro ejemplo de un
parámetro que puede ajustarse, son las constantes de amortiguación
viscosa del amortiguador, que también pueden ajustarse en función de
las características detectadas. Son bien conocidos en el arte
algunos medios para ajustar constantes de amortiguamiento, tales
como proporcionar un cambio activado eléctricamente sobre el
orificio, o mediante el uso de fluidos magnetostrictivos en fluidos
de orificio fijo. Otro ejemplo más, de un parámetro que podría
ajustarse en respuesta a las características detectadas, es
proporcionar topes móviles que varían la cantidad de movimiento de
los paneles 102, 108. Los topes pueden moverse por cualquier medio
conocido en el arte, por ejemplo mediante utilizar tornillos
reguladores accionados eléctrica o hidráulicamente. Estas
características pueden variarse en conjunto (aplicadas a la
totalidad de los paneles 102, 108), o aplicarse a paneles selectivos
102 (108), y realizarse manualmente o bajo el control de un
procesador central o de una unidad de control.
Si bien se han mostrado y descrito lo que se
considera como las realizaciones preferidas de la invención, por
supuesto se comprenderá que puede realizarse fácilmente diversas
modificaciones y cambios en la forma y el detalle, sin apartarse del
alcance de la invención definida en las reivindicaciones anexas. Por
lo tanto, se entiende que la invención no se limita a las formas
exactas descritas e ilustradas, sino que debe construirse cubriendo
todas las modificaciones que puedan caer dentro del alcance de las
reivindicaciones anexas.
\vskip1.000000\baselineskip
La lista de referencias citadas por el
solicitante es solo para comodidad del lector. No forma parte del
documento de Patente Europea. Aunque se ha tomado especial cuidado
en recopilar las referencias, no puede descartarse errores u
omisiones y la EPO rechaza toda responsabilidad a este
respecto.
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\bullet AU 935 366 A [0009]
\bullet US 6 054 197 A [0044]
Claims (7)
1. Una calzada (100) sobre la que se desplaza un
vehículo, la calzada (100) comprendiendo:
- una superficie movible (102, 108; 170) que se extiende en una dirección del desplazamiento del vehículo; y
- medios de almacenamiento de energía potencial (106, 109; 200) conectados operativamente a la superficie movible (102, 108; 170), para convertir una energía cinética del vehículo en energía potencial tras el movimiento de la superficie movible (102, 108; 170), ralentizando de ese modo el vehículo,
donde el medio de almacenamiento de energía
potencial (106, 109; 200) comprende:
- uno o más elementos de resorte (110) conectados operativamente a la superficie movible (102, 108; 170), de forma que el movimiento de la superficie movible (102, 108; 170) deforma el o los elementos de resorte (110) para almacenar energía potencial en este o estos,
caracterizada porque el medio de
almacenamiento de energía potencial (106, 109; 200) comprende además
uno o más elementos de frenado (111; 206), para mantener el o los
elementos de resorte (110) en su estado deformado, de modo que la
energía potencial almacenada en el o los elementos de resorte (110)
sustancialmente no se transfiere de vuelta al vehículo.
2. La calzada de la reivindicación 1, en la que
la superficie movible comprende una pluralidad de paneles movibles
(102, 108).
3. La calzada (100) de la reivindicación 1, en
la que el o los elementos de resorte son resortes de comprensión
(110).
4. La calzada (100) de la reivindicación 1, que
además comprende medios (208) para controlar remotamente una
característica del elemento o de los elementos de resorte (110).
5. La calzada (100) de la reivindicación 1, en
la que el o los elementos de frenado son frenos mecánicos (111)
activados mediante una fuerza de frenado (115).
6. La calzada (100) de la reivindicación 1, que
comprende además medidas (208) para controlar remotamente el o los
elementos de frenado (111; 206), al objeto selectivamente de
mantener, y liberar, el o los elementos de resorte (110) en, y
desde, su estado deformado.
7. Un método para ralentizar un vehículo sobre
una calzada (100), el método comprendiendo:
- proporcionar una superficie movible (102, 108; 170) sobre la que se desplaza el vehículo;
- convertir una energía cinética del vehículo en energía potencial, tras el movimiento del vehículo sobre la superficie movible (102, 108; 170); y
- almacenar la energía potencial en la superficie movible (102, 108; 170), para ralentizar así el vehículo,
donde la conversión comprende deformar uno o más
elementos de resorte (110) conectados operativamente a la superficie
movible (102, 108; 170),
caracterizado porque el almacenamiento
comprende mantener el o los elementos de resorte (110), en un estado
deformado tal que la energía potencial almacenada en el o los
elementos de resorte (110), sustancialmente no se transfiere de
vuelta al vehículo.
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