ES2880527B2 - Aerodino tripulado lenticular - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

AERODINO TRIPULADO LENTICULAR

A tenor de lo expuesto y en base a los conceptos expresados en el resumen, debe considerarse que la invención a la que se refiere la presente memoria, constituyen una novedad industrial con características y ventajas que la hacen merecedora del privilegio de explotación, por lo que se solicita estar enmarcada en el sector de los “VTOL” (Vertical Take-Off and Landing).

La presente invención según se expresa en la memoria descriptiva, consiste en: “aerodino tripulado lenticular”.

En el estado de la técnica son conocidos aerodinos tripulados con forma lenticular, entre los que cabe citar los divulgados en los documentos de patente GB 807169 y US 3599902.

La aeronave descrita en el documento GB 807169 está destinada a proporcionar sustentación aerodinámica mediante la contra-rotación de dos conos opuestos por sus bases, que comprenden hileras concéntricas de palas extendidas fijas, con ángulo de ataque regulable para regular la sustentación del aerodino. Las palas fijas están dispuestas según dos filas muy próximas y en paralelo, con muchas palas y muy poca distancia de separación entre ellas, lo que presenta el inconveniente de que generan torbellinos que influyen negativamente en la física aerodinámica de la aeronave, restándole eficiencia aerodinámica.

Además, la aeronave del documento GB 807169 comprende seis motores que transmiten su potencia directamente a la periferia de unos discos a través de engranajes, lo que complica considerablemente la aeronave.

La aeronave del documento GB 807169 dispone de flaps y rudders, para aplicar el freno aerodinámico y mando de dirección, cuyo funcionamiento no es el óptimo.

También cabe citar el documento US 3599902,en el que se describe una aeronave que tiene un fuselaje de carácter generalmente similar a un platillo que comprende componentes de disco superior e inferior separados por un espacio transversal en el que comprende unas alas que se extienden, que presentan el inconveniente de que no proporcionan suficiente fuerza de sustentación para un correcto despegue y además no permiten moverse con dos grados de libertad y regular su ángulo de ataque según se extienden por la fuerza centrifuga.

Además, en este documento se emplean dos motores turbo-eje para hacer rotar unos discos y otro motor en la base para el empuje, lo que complica la aeronave, repercutiendo en un mayor coste.

La invención resuelve todos los problemas anteriores, para lo que incluye una serie de dispositivos destinados a proporcionar sustentación aerodinámica debido a dos armazones cónicos, uno superior y otro inferior, opuestos por las bases y contra­ rotatorios que están anclados coaxialmente a un mástil central de un bastidor en forma de cruceta, formando ambos unidos un cuerpo geométrico lenticular, los cuales están provistos a lo largo de su generatriz de filas concéntricas de álabes fijos y regulables en su ángulo de ataque en el armazón superior y álabes retractiles auto-regulables en el armazón inferior también regulables en su ángulo de ataque, estando energizados ambos armazones por dos motores en la zona central que mueven sus respectivos ejes separados y opuestos contrarrestando de ésta forma el momento angular creado por los dos giros.

La maniobrabilidad está conseguida por cuatro toberas de aire regulables en caudal y posición, alimentadas por la presión creada en un colector-compresor concéntrico circular mediante unos álabes previstos en la base rotativa de los armazones y con sus respectivos dispositivos de mando en cabina permitiendo así el manejo en todos los ángulos y direcciones que se deseen para el control del aparato; la estabilidad tanto vertical como lateral está controlada por un I.M.U. (Unidad de Medición Inercial) que acciona los mandos requeridos para ello.

Las dependencias y cabina se sitúan en el hueco conoidal de ambos armazones y que van fijas al mástil del bastidor y son accesibles bien por la parte central del aparato o bien por la cara base del armazón inferior.

Reivindicando por tanto el sistema de sustentación compuesto por hileras concéntricas de álabes dispuestas a lo largo de la generatriz del cono que no interfieren entre si ya que son de diferente diámetro y siendo éstos de pequeña longitud, resalta la ventaja constructiva y sencilla comparada con la complejidad y las longitudes de los rotores de los helicópteros y del documento GB 807169, careciendo en gran parte de los esfuerzos físicos y aerodinámicos a los que están sometidos los mismos, siendo en este caso el sistema rotatorio mucho más seguro al estar cubierto por un carenado exterior dispuesto sobre los armazones cónicos, protegiéndolo de cualquier impacto así como de accidentes con el personal; y puede cumplir con los requisitos de cualquier helicóptero siendo apropiado para las mismas funciones, teniendo las ventajas de su sencillez, su menor coste de fabricación y mantenimiento. Para ayudar a la mejor comprensión de ésta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompaña una serie de planos en cuyas figuras con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Vista en alzado de un modelo largo del aparato con transparencia y sin ella. Figura 2.- Vista en alzado de un modelo corto con transparencia y sin ella.

Figura 3A.- Planta motriz con motores enlazados, en la que se muestra la trasmisión con sus engranajes primarios y secundarios y ejes de giro independientes.

Figura 3B.- Planta motriz con motores independientes, en la que se muestra la trasmisión con sus engranajes primarios y secundarios y ejes de giro independientes. Figura 4.- Conjunto de elementos principales separados.

Figura 5.- Conjunto de elementos principales unidos en planta y alzado, donde la planta únicamente muestra la disposición del colector de presión, acumulador y planta motriz. Figura 6.- Conjunto de elementos principales de los armazones y sus bases.

Figura 7.- Álabes retractiles, su montaje en armazón, diferentes posiciones en alzado extendidos y recogidos, guía de sujeción y en el armazón desplegados.

Figura 8.- Diferentes formas de álabes recogidos y desplegados en armazón.

Figura 9.- Álabes fijos, regulador automático y centrífugo de ángulo de ataque de álabe así como el accionamiento de las masas centrifugas en posición extendidas.

Figura 10.- Mecanismo de toberas regulables para maniobra de ejes en todas direcciones con sus motores de accionamiento, el colector de presión y acumuladores, aletas estabilizadora de giro.

Figura 11.- Alzado y perfil del colector-compresor de aire con sus alabes incorporados a la base de los armazones y conexión con acumuladores.

Figura 12.- Mandos de manejo direccional y pedales, para maniobras de inclinación, aceleración, vuelo plano y giro de 360°.

Figura 13.- mecanismos electro-mecánicos y aerodinámicos de estabilización de eje vertical "Y” en inclinación y de rotación de bastidor, central I.M.U. y motores accionadores.

Figura 14.- Versión corta con tirantes de refuerzo de sujeción del mástil (RSM) si fuera necesario, y con tren de arco anclado a la base, vista en planta y alzado.

Figura 15.- Versión corta con tren de arco.

Figura 16.- Versión corta con tren convencional plegable.

Figura 17 y 18.- Versión corta con carenado de refuerzo de sujeción del mástil (RSM).Circuito de circulación de aire y adaptación del tipo de tren.

Haciendo referencia a la numeración indicada en las figuras anteriormente citadas puede verse como el "AERODINO TRIPULADO LENTICULAR” que la invención propone, está integrado por los siguientes componentes:

A) .Teniendo como primera impresión la figura (1) podemos comenzar por el despiece de la figura (4) en la que vemos un mástil central 2, que coaxialmente contiene dos ejes motrices 3, que giran en contra-rotación, según se describe más adelante. Este mástil se fusiona con dos bastidores 10 y 11, formando una cruceta central a la cual se adhieren interiormente unas campanas de habitáculo 13, y sobre éstas se disponen dos armazones cónicos giratorios 1, uno superior 1A y otro inferior 1B que quedan enfrentados por sus bases. Dicha cruceta alberga en su centro una planta motriz 5, figura (3), formada por dos motores en paralelo (figura 3A), un motor principal 8, tipo turbo-eje , y otro motor auxiliar 9, tipo eléctrico en estado de espera (stby) que gira en vacio y que puede auxiliar al principal en caso de fallo, moviendo los ejes 3 en contra­ rotación por medio de engranajes helicoidales 7 y 12; también se puede considerar el empleo de dos motores simultáneos 9A, de tipo eléctrico (figura 3B), para mover los ejes simultáneamente y controlar su velocidad independientemente, alimentados por un motor-generador 66, ó por baterías 65.

B) .Siguiendo con la figura (4) vemos como los armazones 1A y 1B se acoplan a los ejes motrices 3, en un extremo y en el otro extremo se acoplan en unos cojinetes, exteriores 4 al mástil. Además comprende unos cojinetes interiores 21, en el mástil que sujetan los ejes motrices 3 y permiten su giro en el interior del mástil 2.

Se ha previsto la incorporación de un refuerzo de sujeción del mástil (RSM), que se consigue con tres posibles realizaciones; a) con tres rodillos 18, figura (5); b) con tirantes de refuerzo 22, figura (14); y c) con carenado cónico exterior 23, figura (17).

El acceso desde el exterior se realiza por unas puertas 19, figura (4), que están previstas en un soporte de un tren de aterrizaje 24, y por el interior se comunican las dependencias a través de unas trampillas 20, figura (5); comunicación que solo se puede hacer en tierra y en reposo. De esta forma queda configurado el aspecto básico del aparato al añadir el tren 24, con sus patas dispuestas a 120° (figura 17).

En la figura (5) se pueden apreciar más detalles, un colector de presión 16, circular y concéntrico, de un compresor con un acumulador 25. En la figura (6), un soporte 26 de álabes 15 del compresor que van sobre el colector 16. Este soporte 26 con los álabes 15, está adosado en las bases circulares de los armazones 1 figura (11) , cuyo giro comprime el aire absorbido desde una entrada (S), que se mantiene en el acumulador 25, el cual permanece recargado suministrando presión instantánea a un sistema en alta demanda, para alimentar unas toberas 27, según se describe más adelante.

C).Los armazones cónicos 1, figura (6), tienen en su base unos radios 17, y comprenden tres ó más ranuras 28, donde van anclados unos álabes fijos 29 en el armazón superior 1A, figura (9), y unos álabes retractiles 30 en el armazón inferior 1B, figura (7), tanto unos como los otros se regulan automáticamente para variar su ángulo de ataque dependiendo de la velocidad de rotación de los armazones.

En la figura (7) se han representado los álabes retractiles 30, con posiciones (D) retraídos y (C) extendidos, que van variando el ángulo de ataque según se van extendiendo hasta un punto a partir del cual y con máxima velocidad de rotación terminan con su mínimo ángulo de ataque (posición (C)), regulado por un resorte 31, que cede ante la fuerza centrifuga FC, sobre un soporte fijo 32; y basculando sobre 2 grados de libertad girando sobre el eje (A) y sobre el eje (B); dichos álabes retractiles 30 están sostenidos por mediación de un vástago (67) que discurre por una guía 33, con rampa 34, que es la que produce la variación al extenderse; en la figura (8) se aprecian las diferentes formas tanto extendidos como retraídos.

Los álabes fijos 29,figura (9), están anclados al armazón , por dos puntos 35, entre los cuales un engranaje helicoidal 36, unido al eje 37 del alabe fijo 29, es accionado por una pletina 38, que a su vez es movida por un regulador de ángulo de álabes centrifugo 39, ó un regulador de ángulo de álabes eléctrico 40, el primero lo regula al moverse unas masas centrifugas 41, que tiran de un colector de pletinas 42, volviendo a su posición inicial por un muelle 43; puede bloquearse esta acción con un electroimán 44, para establecer el ángulo de ataque variado 45. El regulador eléctrico 40 hace lo mismo pero movido por el electroimán 44, que es controlado por el I.M.U. 46, figura (13).

D) .La inestabilidad del giro circular (DR) del bastidor que pueda existir debido a la diferencia de par contrario de los armazones 1A y 1B, figura (13), así como sus posibles oscilaciones laterales (DY) debido al par contrario de los motores 8, 9, 9A, se controlan electrónicamente con el I.M.U. 46 de la figura (13) , actuando sobre unas aletas reguladoras 47, (representadas en perfil y alzado en la figura 13) en el caso de inestabilidad (DR); y sobre unos difusores estabilizadores 48 del eje vertical, en el caso de oscilaciones laterales (DY). Tanto las aletas 47 como los difusores 48 son alimentados aerodinámicamente por la corriente de aire descendente V.D. producida por los álabes fijos 29; moviéndose las aletas 47 en sentido contrario al movimiento del bastidor, y los difusores por el chorro de aire controlado por una mariposa 49 (representada en la figura 13 en una posición abierta y otra entreabierta) . Las aletas son incompatibles con el uso de los pedales 50, y los difusores con el uso de un mando de inclinación 51, desconectándose por unos relés 6.

E) .El manejo direccional se consigue con las cuatro toberas regulables 27, figura (10), en dirección e intensidad, alimentadas por el aire del colector de presión 16; y que giran 360° en pasos de 90° (E,F,G,H), expulsando el aire a presión en el sentido necesario para la maniobra, están situadas cada 90° en la periferia del aparato creando los momentos necesarios para desplazarse en cualquier dirección según lo representado en la secuencia14 de la figura 10. El colector 16 está soportado por viguetas estructurales 52 figuras (10 y 11).

F) . Las toberas 27, figura (10), se accionan con un motor paso a paso 53, que acciona un engranaje conductor 54 moviendo un engranaje conducido 55, adosado a la tobera. La entrada de aire 56, por el interior de un cojinete de la tobera, se consigue abriendo una mariposa 57, que es energizada por el mando de inclinación 51 y por un mando de vuelo plano 58, que están ubicados en la cabina de mando, figura (12), ambas acciones de giro de las toberas y apertura de la mariposa se realizan simultáneamente.

G) . Los mandos 51 y 58 para el manejo en cabina, figura (12), están determinados por joysticks convencionales, donde el mando de inclinación 51 es del tipo que en la base tiene y mueve gases, siendo su objetivo acelerar al mismo tiempo que se inclina mientras que el mando 58 solo es para vuelo plano. La maniobra de inclinación se realiza para transformar la sustentación en tracción, al inclinar el eje vertical unos 6°; el modo vuelo/tierra 59, tiene las funciones de: (Vuelo).- todo operativo, (Tierra).-limita las r.p.m y anula la inclinación. El manejo de ambos mandos 51 y 58 no puede ser simultáneo. Los pedales 50, giran el bastidor 360°, LT a izquierda y LR derecha, manteniéndose los armazones girando, también actúan los frenos en la punta superior, como es conocido en el estado de la técnica.

En la figura 12, L representa el desplazamiento hacia la izquierda, R el desplazamiento hacia la derecha, F el desplazamiento hacia adelante, B el desplazamiento hacia atrás, RT giro a la derecha y LT giro a la Izquierda, que se dirigen mediante los mandos 51 y 58, que como fue señalado no pueden manejarse simultáneamente.

H). En la figura (14) se ve una versión con refuerzo de sujeción del mástil (RSM), establecida por los tirantes de refuerzo 22 , alternativa a los rodillos 18 de la figura (5) , ó al carenado 23, mostrado en las figuras (17) y (18) (entre otras), para evitar movimientos transversales del mástil 2. Al disponer de estos tirantes 22 se puede anclar 68, un tren de arco 62, al armazón inferior sujeto por dichos tirantes 22 . En la figura (15) se muestra una versión con álabes retractiles 30, y tren de arco retráctil 62A, que se recoge en la periferia, reduciendo así la resistencia al avance y mejorando la estética del aparato, en este tipo de versión la entrada se realiza por la parte inferior 63, ó por las puertas 19A. En la figura (16) otra versión con tren convencional plegable 24A, y álabes retractiles 30.

En las figuras (17 y 18) el refuerzo de sujeción del mástil (RSM), es de forma cónica y compone el carenado exterior 23 que cubre todo el aparato con un visor circular 64 de material transparente a la misma altura pero más ancho que el del armazón y que proporciona visión de los 360° cuando gira el bastidor accionado por los pedales, dándole finalmente aspecto de figura lenticular.

En la figura (17) se muestran dos posibles circulaciones del aire S (J) y (K), mostrando en la (K) y debido a su diseño, las dos posibles formas de acople de los trenes descritos, uno fijo 24, y otro de arco retráctil 62A.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. - AERODINO TRIPULADO LENTICULAR, que comprende:

a) una serie de dispositivos que en su conjunto están destinados a proporcionar sustentación aerodinámica por la contra-rotación de un armazón superior y un armazón inferior, cónicos y opuestos por sus bases, y con sus ejes motrices anclados coaxialmente a un mástil de un bastidor en forma de cruceta, comprendiendo dichos armazones unas hileras concéntricas de álabes dispuestas a lo largo de la generatriz, fijos y retráctiles, ambos regulables en su ángulo de ataque, formando así un cuerpo geométrico lenticular en cuyo centro se aloja una planta motriz con dos ejes de trasmisión independientes para cada armazón, comprendiendo unos habitáculos encastrados al mástil en los huecos de los armazones formando simétricamente dos cabinas,

b) donde todo el conjunto se desplaza por la sustentación aerodinámica creada por los álabes en rotación e inclinación del eje vertical (Y), ayudado por un sistema de aire a presión para propulsión y maniobra,

c) un sistema de estabilización por medios electro-aerodinámicos, y un tren de aterrizaje, caracterizado por que los álabes fijos del armazón superior son regulables en su ángulo de ataque por una pletina engranada a los ejes de dichos álabes y que es accionada por un regulador seleccionado entre un regulador centrifugo y un regulador eléctrico, previsto en la cúspide del armazón superior cónico; estando los álabes retráctiles del armazón inferior configurados para moverse con dos grados de libertad y regular su ángulo de ataque según se extienden por la fuerza centrifuga al desplazarse por una guía con rampa, y con un resorte recuperador de su posición inicial solidario a uno de los ejes de uno de los grados de libertad.

2. - AERODINO TRIPULADO LENTICULAR, según la reivindicación 1, donde la planta motriz consta de dos motores acoplados simultáneamente al mecanismo de trasmisión, un motor principal configurado para mover los dos ejes en contra-rotación y otro motor auxiliar (STBY),

3. - AERODINO TRIPULADO LENTICULAR, según la reivindicación 1, donde la planta motriz consta de dos motores, cada uno configurado para mover independientemente cada uno de los ejes en contra-rotación.

4. - AERODINO TRIPULADO LENTICULAR, según la reivindicación 1, donde la maniobrabilidad y propulsión en todas las direcciones, se regula actuando sobre la inclinación del eje vertical (Y) de los ejes motrices mediante cuatro toberas de aire a presión comprimido generado por un colector-compresor circular concéntrico a dicho eje vertical, con acumuladores, y cuyos álabes de compresión se alojan en la cara inferior de las bases de los armazones.

5. - AERODINO TRIPULADO LENTICULAR, según la reivindicación 4,donde las cuatro toberas para maniobras y empuje están situadas en la periferia, y son regulables en caudal y posición, mediante la actuación de unos mandos y pedales de cabina para moverse en vuelo plano ó en inclinación del eje (Y).

6. - AERODINO TRIPULADO LENTICULAR, según la reivindicación 1, que dispone de un sistema de estabilización electro-aerodinámico integrado por un I.M.U. configurado para regular unas aletas aerodinámicas compensadoras de rotación del bastidor, así como unos difusores para estabilizar momentos de inclinación del eje (Y) que propulsan aire para compensarlos; siendo ambos alimentados por la corriente descendente de la reacción de los álabes fijos del armazón superior.

7.- AERODINO TRIPULADO LENTICULAR, según reivindicación 1, caracterizado por que ambos armazones cónicos se estabilizan en su rotación (RSM), bien por rodillos acoplados en la periferia de sus bases; por tirantes de refuerzo a 120° anclados en los extremos de los ejes motrices y el bastidor ó por un carenado cónico sujeto en los mismos puntos.