ES2881902T3 - Aeronave - Google Patents

Abstract

Aeronave con una estructura de soporte (12) y una cubierta (10) que se extiende por la estructura de soporte (12) y se puede llenar con un gas, en donde las partes de la cubierta se pueden conectar entre sí a través de al menos un cierre de cremallera y la estructura de soporte (12) tiene una pluralidad de secciones de varilla o tubo (24 - 30) que definen un plano del tramo principal circular, elíptico o poligonal para la cubierta (10), caracterizada porque la concha (10) comprende dos mitades de concha que están conectadas fijamente entre sí en una región de conexión corta y se pueden desplegar en forma de concha cuando la al menos una cremallera está abierta.

Description

DESCRIPCIÓN

Aeronave

La invención se refiere a una aeronave que comprende una estructura de soporte y una cubierta que se extiende por la estructura de soporte y se puede llenar con un gas.

Una aeronave de este tipo se conoce de la solicitud de patente anterior DE 102006028885 A1 del inventor de esta solicitud. También se conoce una aeronave del tipo en cuestión del documento US 2012/248241 A1.

La invención aborda el problema de proporcionar una estructura inflable de soporte de carga.

El problema con las estructuras inflables es que hasta ahora se ha requerido una estructura interior de soporte estática, que se ubica dentro de la estructura inflable donde ocupa espacio y divide el interior y por lo tanto es inconveniente, para los componentes "sólidos" que sobresalen de la estructura inflable.

La invención soluciona el problema antes mencionado porque el interior de la cubierta no tiene un larguero de ala que atraviese el interior para soportar las alas, y por lo tanto la totalidad del interior se puede utilizar para alojar una celda de gas. La aeronave tiene un volumen que se puede utilizar en su totalidad para la celda de gas y las alas que se proyectan horizontalmente desde la cubierta inflable y no deforman la cubierta inflable.

La estructura de soporte comprende un sistema de enchufe que consta de secciones de varilla o tubo y partes de conexión para alojar una o más piezas de extremo de las secciones de varilla o tubo, cuyo sistema está diseñado de manera que todos los componentes que actúan a través de las alas salientes en la estructura de soporte están involucrados en soportar el momento (“largueros transversales” doblados, estructura anular, estructura inflada). Además de la elasticidad de los tubos de CFRP que se utilizan preferentemente, la razón principal por la que los “largueros transversales” muy delgados (varillas o tubos de CFRP) no se rompen y pueden soportar las alas es la distribución del momento a todos los componentes.

La combinación de características especificadas en la reivindicación 1 se propone como una solución al problema mencionado anteriormente. En las reivindicaciones dependientes pueden encontrarse realizaciones y desarrollos ventajosos de la invención.

La aeronave según la invención con una estructura de soporte y una cubierta que se extiende por la estructura de soporte y se puede llenar con un gas, en donde las partes de la cubierta se pueden conectar entre sí a través de al menos un cierre de cremallera y la estructura de soporte tiene una pluralidad de secciones de varilla o tubo que definen un plano del tramo principal circular, elíptico o poligonal para la cubierta, se caracteriza porque la cubierta comprende dos mitades de cubierta que están conectadas fijamente entre sí en una región de conexión corta y se pueden desplegar de manera similar a una concha cuando la al menos una cremallera está abierta.

La cubierta está fabricada preferiblemente de un material plástico tejido impermeable al aire y resistente al desgarre, por ejemplo, un material de vela de espinaquer.

Además, se proporcionan preferiblemente dos cierres de cremallera que se pueden accionar en la misma dirección o en direcciones opuestas y entre las cuales, en el estado cerrado, se forma un túnel para recibir las secciones de varilla o tubo de la estructura de soporte que definen el plano del tramo principal de la cubierta.

También se incorpora preferiblemente o se deposita con vapor o se enrolla sobre el material de la cubierta una antena de comunicaciones.

Preferiblemente, también se dispone un hilo térmico en la cubierta y en una celda de gas más ligera que el aire dispuesta en la cubierta para permitir que se fundan a lo largo de un trayecto conveniente para la despresurización, si fuese necesario.

La cubierta también tiene preferiblemente elementos de sujeción, por ejemplo elementos de gancho y bucle, en el interior para la sujeción a elementos de sujeción complementarios en una celda de gas para un gas más ligero que el aire dispuesto dentro de la cubierta.

La estructura de soporte también tiene preferiblemente elementos de conexión de forma y/o longitud variables entre una región superior e inferior de la cubierta, con los que se puede producir un contorno exterior aerodinámico variable de la cubierta.

A continuación se describen algunas realizaciones y características ilustrativas que son solo parcialmente, o no forman parte del objeto de las reivindicaciones.

La estructura de soporte está compuesta principalmente por secciones de varilla o tubo que están interconectadas en forma de un sistema de enchufe de tal manera que se mantienen juntas durante el vuelo pero pueden separarse entre sí de manera no destructiva para que sea posible transportar la aeronave fácilmente en un estado desmantelado. El sistema de enchufe comprende elementos de manguito en los que se puede insertar una sección de tubo desde ambos lados. El sistema de enchufe comprende además manguitos de sujeción que se superponen parcialmente con las piezas de extremo de las secciones de varilla o tubo insertadas en los elementos de manguito y también se superponen con el exterior de las piezas de manguito a través de una sección adicional. La estructura de soporte tiene una forma sustancialmente circular en el plano del tramo principal. Esto significa que no es posible la inserción exactamente lineal de la sección de varilla o tubo en los elementos de manguito; en cambio, las secciones de varilla o tubo tienen un radio particular, aunque pequeño, en las piezas de manguito. El material de fibra de carbono es muy susceptible a las hendiduras. Por lo tanto, las piezas de manguito de los elementos de manguito están diseñadas de tal manera que las piezas de extremo de las secciones de varilla o tubo se pueden insertar cada una con cierto juego. Dentro de las piezas de manguito, las piezas de los extremos de las secciones de varilla o tubo tienen una curvatura (mínima).

La situación es diferente con el manguito de sujeción adicional. Dicho manguito adicional está adherido o conectado de otro modo a la sección de varilla o tubo a través de una primera sección, de modo que el manguito de sujeción no se puede mover con respecto a la sección de varilla o tubo. Una sección adicional del manguito de sujeción se superpone con la pieza de manguito de los elementos del manguito. Sin embargo, no debe haber juego; el ajuste debe ser exacto. También es posible que el manguito de sujeción sea ligeramente inferior y se ajuste a presión sobre la pieza de manguito. Un ajuste por fricción, y opcionalmente también un ajuste de enclavamiento debe producirse mediante elementos de bloqueo como, por ejemplo, ranuras y nervaduras complementarias. Como resultado, se produce una conexión altamente estable y flexible, que sin embargo se puede separar si fuese necesario.

Las piezas de manguito de los elementos de manguito pueden ser continuamente cilíndricas o comprender un puente interior que separa las dos secciones de varilla o tubo que son empujadas hacia adentro desde los respectivos extremos.

En una realización preferida de la invención, cinco secciones de varilla o tubo se conectan juntas de esta manera. También es concebible que se conecten entre sí un gran número de varillas correspondientemente más cortas. Cuantas más varillas se utilicen, menor será el radio de curvatura de cada varilla individual. Esto se acerca asintóticamente a un sistema de enchufe lineal. Una ventaja de la realización preferida es que proporciona una cierta precarga que es beneficiosa para la cohesión de las secciones de varilla o tubo en el sistema de enchufe.

La realización preferida ha demostrado ser eficaz con diámetros de sección de varilla o tubo de 8 mm. También se ha implementado una variante que utiliza un diámetro de sección de varilla o tubo de solo 6 mm. En este caso, el sistema de enchufe está diseñado de manera ligeramente diferente según la experiencia:

Las secciones de varilla o tubo con un diámetro de 6 mm se pueden insertar telescópicamente en secciones de tubo con un diámetro de 8 mm; por tanto, las secciones de tubo con un diámetro exterior de 8 mm tienen un diámetro interior de 6 mm. En esta segunda variante, los elementos de manguito son, por tanto, secciones fabricadas de material de tubo de 8 mm. Aquí se puede omitir el manguito de sujeción adicional, ya que los elementos de manguito no contienen ningún material metálico que pueda dañar la muesca del material de fibra de carbono; más bien, el material es uniforme. Se coloca un collar o manguito adicional, impreso en 3D, alrededor de la sección fabricada de 8 mm de material. Esto tiene un efecto reforzante y/o estabilizador. Las dos secciones de varilla que tienen un diámetro de 6 mm se unen entre sí borde con borde dentro del manguito por medio de un sistema de enchufe. Se proporciona una varilla de conexión que se inserta en la sección del tubo de 6 mm. Este elemento de conexión en sí mismo no es tubular, sino que está formado como un polígono, por ejemplo con una sección transversal triangular, cuadrática, pentagonal o hexagonal. Este sistema de enchufe también se puede volver a desmontar de forma no destructiva.

Las secciones de varilla o tubo que definen el plano del tramo principal están reforzadas convenientemente por dos secciones de varilla o tubo adicionales que se cruzan o porciones de composición múltiple. En una realización preferida, se prevén dos elementos estabilizadores de este tipo que forman una cruz curva de 90°.

En este caso se utilizan varios elementos de manguito. La primera variante está configurada sustancialmente como pieza en forma de T y recibe las piezas de extremo de las secciones de varilla o tubo del plano del tramo principal y, en ángulo recto con estas, las piezas de extremo del elemento estabilizador. La segunda variante de los elementos de manguito comprende también otra pieza de manguito que incorpora un eje de una de las alas. En cada elemento de manguito del lado del ala se dispone un alojamiento que tiene un servomotor para accionar una rueda dentada, cuya rueda dentada interactúa con una rueda dentada complementaria del ala para poder ajustar dicha ala. Una unidad de propulsión, tal como una hélice, dispuesta en el extremo del ala se puede ajustar junto con el ala o, alternativamente, independientemente del ala.

Un bastidor de soporte fabricado de material de fibra de carbono se dispone en la región de intersección inferior de los elementos estabilizadores. Este bastidor comprende aberturas pasantes en partes laterales, a través de las cuales se disponen los dos elementos estabilizadores de manera que se cruzan entre sí. En consecuencia, las aberturas pasantes se disponen a alturas ligeramente diferentes para poder guiar los elementos estabilizadores uno después del otro. El bastidor de soporte también se usa para recibir un soplador que aplica aire comprimido a la región interior de la cubierta. Se puede producir una presión interna de 100 pascales. Esta presión interna también aplica fuerza a toda la estructura de soporte y determina parcialmente la forma de la misma.

Además, las patas de apoyo están conectadas al bastidor de soporte, mediante las cuales todo el dispositivo aterriza en el suelo. Dichas patas son elásticas, como es habitual, para poder absorber los golpes. De lo contrario, estas son lo más delicadas y ligeras posible para ahorrar peso.

El ala comprende una varilla de fibra de carbono como elemento de soporte. La distribución de masa del ala, incluido el motor de propulsión, es lo más simétrica posible con respecto a esta varilla, con el fin de evitar en la medida de lo posible un contra momento o mantener dicho momento lo más pequeño posible. Como resultado, el servomotor para ajustar el ala está sometido a menos carga. En una realización preferida, la distribución de masa también puede ser tal que, si falla el servomotor, el ala se mueve automáticamente a una posición vertical debido a una mayor masa en la región inferior.

La estructura de soporte se fija preferiblemente a la cubierta de la siguiente manera: La cubierta es lenticular. Se proporciona un sistema de cierre de cremallera doble en la periferia. Se proporciona un cierre de cremallera interior y exterior, entre los cuales se forma un túnel. Se proporciona un punto final de ambos cierres de cremallera en un punto. Cuando se abren los dos cierres de cremallera, la cubierta se puede plegar en forma de concha y luego se interconecta sólo en la región de extremo de los dos cierres de cremallera. El sistema de soporte que tiene las varillas se inserta luego gradualmente en el túnel entre los cierres de cremallera, dichos cierres de cremallera se cierran luego gradualmente hasta que estén completamente cerrados. Las piezas de conexión en forma de funda se insertan, de acuerdo con las conexiones, a través de los elementos de manguito hacia las alas o hacia la estructura de soporte inferior en una pluralidad de puntos. Se proporciona una abertura más allá del cierre de cremallera a través de la cubierta (hacia adentro) para este propósito. En el lugar en el que se disponen los elementos de manguito, el cierre de cremallera no se cose a la cubierta en una distancia corta específica, de modo que queda un espacio a través del cual los elementos estabilizadores pueden conectarse a los elementos de manguito.

El bastidor de soporte mencionado anteriormente se dispone dentro de la cubierta y comprende varillas de conexión que se extienden hacia fuera a las que se conecta un cuerpo de soporte de carga útil. La carga útil puede ser de naturaleza diversa, por ejemplo, un transmisor y/o receptor de radio o una cámara o similar.

Una celda de gas helio se fija en la parte superior de la cubierta en la región interior por medio de una fila de elementos de gancho y bucle, de modo que dicha celda de gas se forma uniformemente y no se mueve mientras se llena.

Las propiedades básicas de vuelo de la aeronave se describen en el documento DE 10 2006 028885 A1, mencionado al principio. La aeronave comprende una cubierta lenticular preferentemente circular, por ejemplo, dos alas que tienen un perfil de ala simétrico se fijan al lado de la cubierta, siendo posible que al menos una de dichas alas se construya de tal manera que tanto la parte delantera como la trasera del ala se pueda plegar en un ángulo específico y, por lo tanto, las alas de la aeronave híbrida pueden tener una configuración simétrica de rotación y simétrica de espejo. El ángulo de incidencia de las alas con un perfil de ala simétrico, por ejemplo, se puede ajustar preferiblemente de manera controlada a la condición de vuelo actual por medio del mecanismo giratorio. Las unidades de propulsión, como las hélices, se disponen en los extremos de las alas. Las unidades de propulsión pueden llevarse a una configuración inversa en la que sus vectores de empuje hacen que la aeronave gire y proporcionan a dicha aeronave propiedades de vuelo similares a las de un helicóptero. Las unidades de propulsión también se pueden llevar a una configuración concordante en la que sus vectores de empuje apuntan en la misma dirección y la aeronave vuela orientada como una aeronave alada convencional. Debido a que la celda de gas tiene un relleno más ligero que el aire, la aeronave también tiene las propiedades de un globo.

La invención se explicará con más detalle a continuación con referencia a una realización que se muestra esquemáticamente en los dibujos, en la que

la Figura 1 es una vista de una aeronave que tiene una cubierta, alas y propulsores;

la Figura 2 muestra una estructura de soporte dispuesta en la cubierta de la aeronave según la Figura 1; la Figura 3 es una vista detallada de un elemento de manguito de la estructura de soporte según la Figura 2; la Figura 4 es una vista detallada de un elemento de manguito adicional de la estructura de soporte según la Figura 2;

la Figura 5 muestra un manguito de sujeción para la estructura de soporte según la Figura 2;

la Figura 6 muestra una parte del bastidor de la estructura de soporte según la Figura 2; y

la Figura 7 muestra un soporte de carga útil para la fijación a la parte del bastidor según la Figura 6.

La aeronave mostrada en la Figura 1 tiene una cubierta 10 en la que se dispone una estructura de soporte 12 según la Figura 2. En la estructura de soporte 12 se disponen dos alas 14, 16 opuestas entre sí, dichas alas soportan los propulsores de hélice 18, 20 en sus extremos, y dichos propulsores de hélice son giratorios alrededor del eje longitudinal del ala junto con o independientemente de las alas 14, 16. Una carga útil que se puede mover a lo largo de un carril 22 dispuesto debajo de la cubierta 10 se dispone en el carril 22.

La estructura de soporte 12 mostrada en la Figura 2 comprende una pluralidad de secciones de varilla o tubo 24-30 que definen un plano del tramo principal para la cubierta 10. Cada una de las secciones de varilla o tubo 24-30 se inserta, por sus dos regiones de extremo, en elementos de manguito 32 y 34, respectivamente, que se muestran en detalle en las Figuras 3 y 4. Los ejes de rotación de las alas 14, 16 y/o de los propulsores de hélice 18, 20 están indicados por las líneas discontinuas 36, 38 que se extienden a través de piezas de manguito de los elementos de manguito 34. El anillo formado por la sección de varilla o tubo 24-30 está sometido a fuerzas de flexión y torsión y, por lo tanto, se estabiliza mediante secciones adicionales de varilla o tubo 40, 42, cuyas piezas de extremo encajan en piezas de manguito adicionales de los elementos de manguito 32, 34. Una parte del bastidor 44 (Figura 6) se dispone en la región de intersección de las secciones de varilla o tubo, dicha parte del bastidor comprende aberturas pasantes en sus partes laterales para las secciones de varilla o tubo 40, 42, de modo que dichas secciones están fijas en posición. Además, un soplador (no mostrado con más detalle) se dispone en la parte del bastidor 44, por medio del cual se infla el interior de la cubierta 10.

El elemento de manguito 32 mostrado en varias vistas en la Figura 3 está diseñado como una pieza en forma de T y comprende una primera pieza de manguito 46 en la que se insertan regiones de extremo de las secciones de varilla o tubo 24, 26 y 28, 30, y una segunda pieza de manguito 48 en la que se inserta una pieza de extremo de la varilla estabilizadora o la sección de tubo 40. Para asegurar las piezas de extremo de las secciones de varilla o tubo 24, 26 y 28, 30 y/o 40 contra el deslizamiento de las piezas de manguito 46 o 48, se proporcionan manguitos de sujeción 50, 52 que se disponen en las secciones de varilla o tubo 24, 26 y 28, 30 y/o 40 y en el lado exterior de la pieza de manguito 46, 48 en forma de bloqueo forzado, mientras que las secciones de varilla o tubo 24, 26 y 28, 30 y/o 40 se disponen en las respectivas partes de manguito 46, 48 con cierto juego para reducir el riesgo de rotura bajo cargas cambiantes.

El elemento de manguito 34 mostrado en varias vistas en la Figura 4 comprende, al igual que el elemento de manguito 32, piezas de manguito 54 y 56 para recibir las piezas de extremo de las secciones de varilla o tubo 24-30 y 42, que también están provistas de manguitos de sujeción (no se muestra con más detalle aquí). El elemento de manguito 34 también comprende una pieza de manguito 58 a través de la cual se extienden los ejes de soporte de las alas 14, 16.

La Figura 5 es una vista y una sección a través del manguito de sujeción 50, 52. La Figura 6 muestra varias vistas de la parte del bastidor 44. Las aberturas pasantes 60, 62 para la sección de varilla o tubo 42 y las aberturas pasantes 64, 66 para la sección de varilla o tubo 40 se proporcionan en las paredes de la parte del bastidor 44. Una pluralidad de orificios 68 que atraviesan las paredes de la parte del bastidor 44 se utilizan para sujetar el soplador (no mostrado con más detalle) y cualquier componente adicional, tal como dispositivos de control electrónico o similares.

Además, un cuerpo de soporte de carga útil 70 mostrado en varias vistas en la Figura 7 se dispone en la parte del bastidor 44. El cuerpo de soporte 70 de la carga útil también comprende dos lengüetas 72, 74 que tienen orificios 76, 78 a través de los cuales pasa, por ejemplo, una de las secciones de varilla o tubo 40, 42. Las cargas útiles de varios tipos, tales como cámaras, radiotransmisores y/o receptores y similares, pueden sujetarse a una placa base 80 del cuerpo de soporte 70 de la carga útil.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Aeronave con una estructura de soporte (12) y una cubierta (10) que se extiende por la estructura de soporte (12) y se puede llenar con un gas, en donde las partes de la cubierta se pueden conectar entre sí a través de al menos un cierre de cremallera y la estructura de soporte (12) tiene una pluralidad de secciones de varilla o tubo (24 - 30) que definen un plano del tramo principal circular, elíptico o poligonal para la cubierta (10), caracterizada porque la concha (10) comprende dos mitades de concha que están conectadas fijamente entre sí en una región de conexión corta y se pueden desplegar en forma de concha cuando la al menos una cremallera está abierta.

2. Aeronave según la reivindicación 1, caracterizada porque la cubierta (10) está fabricada de un material impermeable al aire, por ejemplo, un material de vela de espinaquer.

3. Aeronave según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque se proporcionan dos cierres de cremallera que pueden accionarse en la misma dirección o en direcciones opuestas y entre los cuales, en el estado cerrado, se forma un túnel para recibir las secciones de varilla o tubo (24 - 30) de la estructura de soporte (12) que define el plano del tramo principal de la cubierta (10).

4. Aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque una antena de comunicaciones se incorpora en, o se deposita con vapor, o se enrolla sobre el material de la cubierta (10).

5. Aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque se dispone un hilo térmico en la cubierta (10) y en una celda de gas más ligera que el aire dispuesta en la cubierta (10) para permitir que se fundan a lo largo de un trayecto conveniente para la despresurización, si fuese necesario.

6. Aeronave según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la cubierta (10) tiene en el interior elementos de sujeción, por ejemplo, elementos de gancho y bucle, para la sujeción a elementos de sujeción complementarios en una celda de gas para un gas más ligero que el aire dispuesto en el interior de la cubierta (10).

7. Aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la estructura de soporte (12) tiene elementos de conexión variables en forma y/o longitud entre una región superior e inferior de la cubierta (10), con los que se puede producir un contorno exterior aerodinámico variable de la cubierta (10).