ES2972467T3 - Vehículo acuático - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un vehículo acuático autónomo para desplazarse sobre la superficie del agua, estando una parte del dispositivo bajo el agua y otra parte elevada sobre la superficie del agua. El vehículo acuático comprende un módulo de propulsión submarino, una plataforma superior (1) y un soporte vertical (3), una fuente de energía (7) y una unidad de control electrónico (6). El módulo de propulsión consta de una carcasa (2) en la que se montan preferentemente al menos dos grupos de hélices (4), incluyendo motores eléctricos y hélices de tornillo hidráulico de dos a cinco palas, de manera que los grupos de hélices están dispuestos simétricamente respecto al eje central. eje vertical de la carcasa y están diseñados para generar empuje vertical para levantar la plataforma superior más la carga útil máxima sobre la superficie del agua. Los ejes de rotación de los grupos de hélices están dispuestos verticales o en ángulo con respecto al eje vertical central de la carcasa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Vehículo acuático
Campo de la invención
La invención se refiere a un dispositivo autónomo para moverse por encima de la superficie del agua, estando parte del dispositivo por debajo del agua y extendiéndose otra parte por encima de la superficie del agua a una altura especificada.
Antecedentes de la invención
Los dispositivos para caminar sobre el agua tienen aplicaciones en el campo de los servicios de entretenimiento y los deportes. Normalmente, usan la fuerza física de la persona que usa los mismos para la propulsión, la fuerza mecánica de un elemento de locomoción o motor (alimentado por una de las formas conocidas, tal como usando combustión interna), que proporciona el movimiento o la denominada fuerza de sustentación.
Existen dispositivos conocidos para moverse en un fluido, que son accionados por un motor (quemando algún tipo de combustible o alimentado por electricidad), que mueve 2 hélices, que permiten la sustentación de una persona que está de pie sobre una plataforma (documento US2953321A). En el ejemplo específico, el fluido es aire, y el dispositivo permite el despegue y aterrizaje verticales, así como movimiento en una dirección horizontal. La dirección se determina (se establece) por la posición de la persona en la plataforma (a qué lado se aplica más presión o cómo el equilibrio de la plataforma (por la persona/piloto) ha cambiado, posición en la que el piloto se ha inclinado). La elevación o descenso se realiza con las dos hélices, que rotan en sentidos opuestos, alrededor de las cuales hay un armazón. La rotación de las dos hélices en sentidos opuestos logra un equilibrio de fuerzas y la aeronave no rota en ninguna dirección verticalmente (si las hélices rotan a la misma velocidad).
La desventaja es que al despegar se tiene que usar más energía (combustible) precisamente porque los depósitos están llenos de combustible y añaden peso adicional al del piloto y la propia estructura. Otra desventaja son las grandes dimensiones generales de todo el dispositivo, la ineficiencia del motor de combustión interna, así como el diseño complejo de la aeronave.
Otra realización conocida para mover a una persona en un fluido es el uso de un sistema de plataforma y dispositivos que proporcionan tracción vertical colocados en la periferia de la plataforma. El sistema genera empuje con la fuerza correspondiente en una dirección perpendicular con respecto al plano de la plataforma en la que se posiciona la persona (documento US2020023971A1). El sistema de generación de empuje puede comprender más de una hélice, donde las hélices funcionan en una secuencia específica (sincronía) para proporcionar el empuje total requerido para la elevación vertical (despegue) del dispositivo. Una desventaja de este tipo de sistema (y todos los revisados en invenciones anteriores del mismo tipo) es que no proporciona la capacidad de moverse en el fluido con una densidad más alta, por ejemplo, agua.
Su forma creará una gran resistencia hidrodinámica, y también las propias hélices deben tener un diseño diferente, consistente con el fluido en el que se usarán.
Una tercera implementación que se conoce para mover en un fluido son las superficies hidrodinámicas accionadas por un motor eléctrico alimentado por una tensión de batería constante (documentos WO2019050570 A1, US 10.358.194 B1, CN209366405U, WO2019104379A1 y US9359044B2). Estos dispositivos se usan para deportes y entretenimiento en el agua y comprenden principalmente una plataforma (sobre la cual el usuario/la persona se sitúa), que cuando se mueve se eleva por encima de la superficie del agua; parte de mástil de la misma está en el agua y por encima de la misma, en la que está montada la plataforma; sistema hidrodinámico o de ala (que proporciona el ángulo de ataque necesario para generar sustentación); un motor eléctrico alimentado por una energía constante proporcionada por una batería colocada en una parte seleccionada de todo el dispositivo, pero normalmente en la plataforma. Con este tipo de dispositivo, la sustentación se genera mediante la combinación de motor eléctrico y superficie hidrodinámica, como en aviones. La conveniencia es que cuando se mueve la plataforma se eleva por encima del agua, y esta elevación puede controlarse por el usuario de la superficie hidrodinámica. De esta manera, el movimiento está libre de “turbulencia” causada por las salpicaduras de las olas, en comparación con una tabla de surf ordinaria que se mueve sobre la superficie del agua, no por encima de la misma. La desventaja es que el movimiento es solo unidireccional hacia delante, puede girar, pero no se mueve en todas las direcciones, por ejemplo, en el sentido opuesto o lateralmente sin girar, como en el dispositivo aéreo US2020023971A1. La elevación por encima de la superficie del agua no se puede hacer verticalmente, pero se realiza progresivamente en una dirección.
Otras plataformas para mover usuarios sobre el agua se describen en los documentos CN 106 882 341 B y CN 111 846 183 A.
Sumario de la invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar un vehículo acuático que permite la sustentación vertical de una plataforma por encima de la superficie del agua para que pueda moverse en todas las direcciones en un fluido con una densidad más alta que el aire, por ejemplo, agua. El dispositivo es necesario que tenga una pequeña resistencia cuando se mueve en el fluido, lo que requiere que parte del mismo esté por encima de la superficie del agua (la plataforma sobre la que la persona se situará), y otra parte, proporcione flotabilidad en todas las direcciones (por debajo de la superficie del agua). Esta y otras tareas se resuelven creando un vehículo acuático como se reivindica que comprende un módulo de propulsión subacuático, una plataforma superior y un soporte de conexión vertical fijado en ambos extremos para el módulo de propulsión y para la plataforma superior, fuente de alimentación y unidad de control electrónica. Según la invención, el módulo de propulsión comprende un alojamiento en el que están montados al menos dos grupos de hélice, cada uno de los cuales comprende un motor eléctrico y hélices de tornillo de agua con de dos a cinco palas, estando los grupos de hélice dispuestos simétricamente con respecto al eje vertical central del alojamiento y están diseñados para generar empuje vertical de manera que la plataforma superior (1) más la carga útil máxima se sustentan por encima de la superficie del agua. Los ejes de rotación de los grupos de hélice están dispuestos verticalmente o en ángulo con respecto al eje vertical central del alojamiento.
Preferiblemente, los grupos de hélice son al menos cuatro.
En una realización preferida, el alojamiento de módulo de propulsión es un perfil aerodinámico convexo con simetría rotacional con respecto al eje vertical central del alojamiento, cada grupo de hélice está montado en un túnel en el alojamiento de módulo de propulsión. Preferiblemente, los túneles de los grupos de hélice son verticales.
Es ventajoso si los grupos de hélice comprenden motores eléctricos BLDC que se controlan mediante modulación por ancho de pulsos.
Preferiblemente, las hélices de tornillo de agua tienen un paso constante.
Es ventajoso si la fuente de alimentación y la unidad de control electrónica están montadas en el alojamiento del módulo de propulsión subacuático. Esta disposición proporciona una mayor estabilidad del dispositivo.
En una realización preferida, el vehículo acuático también comprende una unidad de sensor para orientación y posicionamiento que comprende uno o más de los siguientes dispositivos: un giroscopio, sensores de distancia ultrasónicos, un módulo GPS y/o un acelerómetro. La unidad de sensor proporciona datos a la unidad de control electrónica para la ubicación del vehículo acuático en el espacio.
Preferiblemente, el dispositivo también comprende un módulo de comunicación y un control remoto.
Es ventajoso si la plataforma superior tiene una flotabilidad positiva que es mayor que la flotabilidad negativa total de los otros elementos estructurales más la carga útil máxima. Esto permite que el dispositivo se mantenga por encima del agua junto con el usuario cuando los motores no están funcionando.
Un vehículo acuático según la invención puede moverse igualmente bien en todas las direcciones, a diferencia de los vehículos acuáticos existentes de este tipo. El vehículo es muy maniobrable, seguro y fácil de conducir y permite al usuario realizar movimientos ilimitados y movimiento “suave” y “uniforme” en el agua (fluido), superando las salpicaduras de las olas en aguas más turbulentas o en el caso de viento repentino que crea olas.
Breve descripción de las figuras
A continuación en el presente documento, el vehículo acuático objeto de la invención se explica mediante realizaciones preferidas, dadas como ejemplos no exhaustivos, con referencia a las figuras adjuntas, donde:
La figura 1 es una vista axial esquemática de una realización del dispositivo con un usuario representado.
La figura 2 es una vista lateral esquemática del dispositivo de la figura 1.
La figura 3 es una vista inferior esquemática del dispositivo de la figura 1.
La figura 4 es una vista axial esquemática de otra realización del dispositivo, en el que está montado un soporte vertical para el usuario en la plataforma superior.
La figura 5 es una vista axial inferior esquemática de la realización de la figura 4.
La figura 6 es una vista ampliada de la plataforma superior en la que se colocan las baterías y la unidad de control electrónica del dispositivo.
La figura 7 es una vista ampliada del módulo de propulsión subacuático, en cuyo alojamiento se colocan las baterías y la unidad de control electrónica del dispositivo.
La figura 8 es una vista axial inferior esquemática del dispositivo de la figura 1 con sensores de posicionamiento indicados y en imágenes ampliadas.
Ejemplos de realización y funcionamiento de la invención
El vehículo (dispositivo) acuático según la invención comprende:
- una plataforma superior 1, destinada a portar a la persona (usuario del dispositivo), que antes y durante el arranque del dispositivo flota sobre la superficie del agua, y después del arranque del dispositivo, como resultado de la fuerza de sustentación creada se eleva a una cierta distancia por encima del agua;
- un módulo de propulsión subacuático que comprende al menos cuatro motores eléctricos 4 diseñados para crear un empuje vertical para sustentar la plataforma superior por encima del agua y mover el vehículo en diferentes direcciones;
- un soporte vertical 3, que representa un mástil o pilar, que sirve como una conexión rígida entre la plataforma superior 1 y el módulo de propulsión, donde normalmente el extremo superior del soporte vertical 3 está montado estacionario en la superficie inferior de la plataforma superior 1, y su extremo inferior está montado, respectivamente, en la superficie superior del módulo de propulsión;
- unidad de control electrónica;
- unidad de suministro de energía.
La plataforma superior 1 puede fabricarse como una tabla de surf de materiales adecuados conocidos, tal como poliestireno expandido (poliestireno expandido - EPS), polipropileno expandido (polipropileno expandido - EPP), contrachapado impregnado y otros, y también puede fabricarse de cualquiera de los materiales enumerados en combinación con fibras de carbono aplicadas por un método conocido correspondiente. Además de la forma mencionada anteriormente, la plataforma superior también puede tener cualquier otra forma adecuada, por ejemplo, redonda o rectangular (como se muestra en las figuras). Preferiblemente, se proporcionan uno o más lugares para situarse sobre la superficie superior de la plataforma superior. En la realización mostrada en las figuras, toda la superficie superior de la plataforma superior es plana y adecuada para situarse. Se recomienda que esta superficie superior esté fabricada de un determinado material antideslizante. Para una mayor estabilidad del usuario, la plataforma superior puede tener varios soportes 5, asas, apoyos y otros dispositivos (figura 4). Es posible tener un asiento en la plataforma superior, de modo que el usuario del dispositivo pueda conducir mientras está sentado. Además, elementos adicionales del dispositivo, tales como la unidad de control electrónica 6, baterías 7, sensores y otros pueden montarse en la plataforma superior (figuras 6 y 8).
La plataforma superior 1 debe tener una flotabilidad positiva suficiente para garantizar que todo el dispositivo flote sobre el agua junto con la carga útil (en este caso una persona) cuando el dispositivo no está funcionando.
El módulo de propulsión subacuático comprende un alojamiento 2 con grupos de hélice 4 montados en el mismo, cada uno de los cuales comprende un motor eléctrico y hélices de tornillo de agua. Los grupos de hélice 4 en la realización preferida dada en las figuras son cuatro. El módulo de propulsión subacuático debe ser de flotabilidad neutra o negativa baja para que se hunda en el agua. Los ejes de rotación de los grupos de hélice 4 son verticales o están dispuestos en ángulo con respecto al eje vertical central del alojamiento 2.
El alojamiento 2 del módulo de propulsión puede ser un perfil aerodinámico convexo con una simetría rotacional con respecto al eje vertical central del alojamiento, para minimizar la resistencia cuando se mueve en un medio acuoso. Además, el perfil aerodinámico convexo del alojamiento ayuda a crear una sustentación adicional durante el movimiento subacuático, y la forma simétrica del alojamiento permite que se genere sustentación adicional cuando el dispositivo se mueve en cualquier dirección. Este uso de fuerzas hidrodinámicas permite que la instalación se descargue parcialmente durante el movimiento y se puede lograr un ahorro de energía. El perfil aerodinámico puede ser sólido o hueco e impermeable. En esta realización, se puede fabricar el alojamiento, por ejemplo, de poliestireno expandido (EPS), polipropileno expandido (EPP), contrachapado impregnado, fibra de carbono reforzada o polímero y otros. También es posible combinar lo anterior con fibras de carbono, aplicadas por un método conocido correspondiente.
Si el alojamiento es hueco, varios elementos del dispositivo pueden alojarse en el mismo, tal como la unidad de control electrónica 6, las baterías 7, la unidad de comunicación y otros. Dichos elementos también pueden estar dispuestos en un perfil sólido, proporcionando cavidades herméticas para alojar estos elementos. Es ventajoso alojar todos o parte de dichos elementos en el módulo de propulsión subacuático, logrando de ese modo un equilibrio con la plataforma superior y el usuario posicionado sobre la misma. El perfil aerodinámico visto desde arriba puede ser redondo, elíptico, ovalado o de otra forma simétrica. En sección transversal a través del eje vertical central, el alojamiento puede tener la forma de parte de un círculo u otra forma arqueada compleja, lo que garantiza la fluidez del perfil. Preferiblemente, los extremos opuestos del alojamiento son uniformemente redondeados, lo que permite que el módulo aerodinámico se mueva en todas las direcciones y genere sustentación. Preferiblemente, la superficie inferior del alojamiento es plana y sustancialmente horizontal. También es posible que la superficie inferior del alojamiento sea convexa. Los grupos de hélice 4 en un alojamiento de este tipo están montados en túneles abiertos u orificios pasantes en el alojamiento. Los túneles se pueden disponer verticalmente, pero también se pueden disponer en ángulo con respecto al eje vertical del alojamiento, dirigiendo el chorro de agua y ayudando a crear tracción.
También es posible un alojamiento que sea un armazón en el que los grupos de hélice están montados estacionarios o con la posibilidad de un posicionamiento diferente. El armazón puede estar hecho de fibras/fibras de carbono, polímero reforzado, aluminio y otros materiales ligeros, así como una combinación de los mismos con fibras/fibras de carbono. Por consiguiente, también en esta realización, los grupos de hélice pueden estar dispuestos en tubos (túneles), que pueden estar dispuestos verticalmente o inclinados. Es posible que los tubos con los grupos de hélice se monten de manera móvil en el armazón y con motores eléctricos adicionales, por ejemplo, para inclinarse o mantenerse en relación con el eje vertical del alojamiento, determinando y cambiando de ese modo la dirección de movimiento del dispositivo. Un recipiente hermético que contiene, por ejemplo, la unidad de control electrónica, la fuente de alimentación (batería) y la unidad de comunicación también pueden montarse en el armazón del alojamiento simétricamente en el eje vertical.
La disposición de los grupos de hélice 4 en relación con el eje vertical del alojamiento de módulo de propulsión debe ser simétrica. Es posible que los grupos de hélice 4 se distribuyan uniformemente a distancias angulares iguales entre sí. Es posible que se dispongan en grupos, por ejemplo, de dos en dos, cuando son un número par, con respecto a un plano vertical de simetría. El número óptimo de grupos de hélice es cuatro, pero puede ser dos, tres, cinco, seis o más. El mayor número permite un control más preciso del dispositivo, pero al mismo tiempo conduce a la complejidad y al agravamiento de la estructura.
Dado que el dispositivo está diseñado para moverse en un entorno acuoso, los grupos de hélice 4 comprenden hélices de tornillo de agua, que transforman la energía mecánica de los motores eléctricos en un empuje de propulsión. Las hélices están posicionadas estructuralmente de modo que el empuje creado por las mismas se dirige verticalmente. Las hélices pueden tener un número diferente de palas (de dos a cinco). Preferiblemente, las hélices son hélices de tornillo de agua estándar con un paso constante a lo largo de toda la longitud sin controlar las propias palas. En esta realización, el empuje se controla cambiando la velocidad de rotación de los motores eléctricos, es decir, con control de frecuencia. Esto simplifica el sistema de diseño y control del dispositivo.
En una realización preferida, los grupos de hélice 4 comprenden motores eléctricos BLDC que son controlados por modulación por ancho de pulsos por un controlador PWM (modulación por ancho de pulsos). El motor controlado por electricidad constante puede ser de otro tipo, por ejemplo, del tipo con escobillas.
El soporte vertical 3 que conecta los dos módulos, por debajo del agua y por encima del agua, tiene una sección transversal aerodinámica y puede ser un tubo hueco o sólido. El material del que se puede fabricar el soporte vertical 3 es, por ejemplo, policarbonato, aluminio, fibras de carbono o una combinación de los anteriores. El tubo hueco puede contener cables eléctricos o de comunicación, y elementos de conexión colocados en los dos módulos. Por ejemplo, si la unidad de control electrónica 6 está en la plataforma superior 1, los cables que la conectan a los grupos de hélice 4 se colocan en el tubo. La sección transversal del tubo de conexión es según las cargas en la estructura para garantizar la resistencia requerida. Preferiblemente, la forma del soporte vertical 3 es cilíndrica. Los sensores y otros elementos del dispositivo pueden montarse en el soporte vertical.
En una realización preferida, el soporte vertical es transparente, creando un efecto visual de vuelo por encima de la superficie del agua.
Como fuente de energía en la unidad de suministro de energía, se usan preferiblemente células de batería de iones de litio, conectadas en paralelo y/o en serie para formar un paquete de baterías, pero pueden ser cualquier otra fuente de batería. Por ejemplo, se pueden utilizar baterías para integrarse en la propia estructura de uno de los elementos del dispositivo, tal como una batería adaptable colocada en el soporte vertical.
El dispositivo tiene una unidad de control electrónica 6, que comprende un microprocesador con lógica de control que realiza operaciones lógicas y aritméticas basándose en las cuales el mismo controla los motores eléctricos. La unidad de control electrónica se puede colocar tanto en la plataforma superior como en el módulo de propulsión subacuático. Es posible que los diferentes módulos de la unidad de control electrónica se coloquen en diferentes partes del dispositivo y se conecten por cable o de forma inalámbrica entre sí. Por ejemplo, la parte principal de la unidad de control electrónica puede colocarse en la plataforma superior, y el módulo controlador de velocidad electrónico (ESC) puede colocarse en el módulo de propulsión subacuático. La unidad de control electrónica está conectada a varios sensores para recibir información sobre la posición y la velocidad del dispositivo, a los grupos de hélice para suministrar señales de control a los motores eléctricos, a la unidad de suministro de energía para monitorizar el nivel de carga de batería, y a otras unidades del dispositivo.
En una realización preferida, el dispositivo tiene una unidad de sensor para orientación y posicionamiento, que puede comprender giroscopios, sensores de distancia ultrasónicos, un módulo GPS, un acelerómetro y/u otros sensores. Los sensores de la unidad de sensor están conectados a la unidad de control electrónica y proporcionan a la misma datos sobre la posición del dispositivo en el espacio, datos que se usan en los algoritmos de la unidad de control electrónica para determinar los comandos a los grupos de hélice.
Para estabilizar el dispositivo por debajo y por encima de la superficie del agua, así como para mantener una cierta altura (establecida) por encima de la superficie del agua, se utilizan sensores (sensores electromecánicos) (giroscopios 9 y sensores de distancia ultrasónicos 8). El sensor giroscópico 9 determina si el dispositivo, respectivamente, la plataforma superior tiene una inclinación, y el sensor de distancia ultrasónica 8 determina si y cuánto se ha elevado el dispositivo por encima de la superficie del agua. De esta manera, el dispositivo se estabiliza mediante cálculos relevantes y se genera mediante pulsos eléctricos (señales) a las hélices, garantizando que no se eleve demasiado por encima de la superficie del agua o que no se vuelque.
El dispositivo puede tener un módulo de comunicación. Sirve para proporcionar un medio conectado por cable o, preferiblemente, de manera inalámbrica para la transmisión de datos (intercambio de comandos) entre las unidades del vehículo acuático (por ejemplo, entre la unidad de control electrónica y el control remoto o entre la unidad de control electrónica y otro dispositivo que soporta el mismo estándar para la comunicación inalámbrica, o entre diferentes módulos de la unidad de control electrónica y otra(s) unidad(es) que comprende el dispositivo). Un ejemplo de otro dispositivo puede ser un teléfono móvil del usuario del dispositivo acuático con una aplicación de usuario instalada de antemano, que puede leer datos del vehículo acuático o ajustes (con comandos que están enviándose) desde la aplicación de usuario al vehículo acuático. El módulo de comunicación puede ser cualquier módulo GSM/GPRS conectado por cable o de manera inalámbrica (preferiblemente conocido), módulo Wi-Fi, y módulo Bluetooth (Bluetooth de baja energía, BLE), una combinación de los anteriores u otro tipo.
Funcionamiento de dispositivo
El control del movimiento del dispositivo puede realizarse cambiando el centro de gravedad mediante la persona y/o mediante un control remoto y/o una palanca control. La inclinación resultante del módulo de propulsión subacuático establece la dirección de movimiento, y la magnitud de la inclinación determina la velocidad de avance.
El modelo dinámico del dispositivo es similar a la modelización del problema clásico de control de péndulo invertido. El objetivo es mantener el dispositivo siempre en posición vertical en una posición de equilibrio inestable. El proceso de equilibrio se proporciona por una o más unidades informáticas que ejecutan su propio software, que forman parte de la unidad de control electrónica, sensores de inclinación giroscópicos y acelerómetros para determinar la posición de la plataforma. Los motores controlados por frecuencia rotan las hélices a velocidades variables según sea necesario para el equilibrio o el movimiento. Para un funcionamiento adecuado, la unidad de control electrónica del dispositivo tiene los potentes microprocesadores necesarios para procesar la información procedente de los sensores de inclinación giroscópicos, acelerómetros y otros sensores. El dispositivo también comprende sistemas que determinan en tiempo real la ubicación del centro de gravedad y pueden procesar rápidamente la información entrante. Por lo tanto, el dispositivo equilibra automáticamente si una persona se está moviendo sobre la plataforma o simplemente está de pie. En el proceso de conducción, el conductor mantiene la velocidad deseada cambiando la inclinación y transfiriendo su peso hacia delante, hacia atrás y lateralmente. La dirección de inclinación también determina la dirección de movimiento. La velocidad de movimiento en una dirección dada depende de la magnitud de la inclinación del dispositivo causada por el desplazamiento del controlador con respecto a la plataforma de superficie. La velocidad con la que cambia la inclinación determina de manera práctica la aceleración del movimiento. A velocidad cero y posición completamente vertical, es posible que el dispositivo acuático gire en el sitio, a medida que un comando para hacerlo se da por una oscilación lateral con una mano extendida. Esto provoca la rotación con respecto al eje vertical causada por el momento de inercia del cuerpo humano sobre la plataforma.
El dispositivo se puede controlar cambiando la velocidad de los motores, respectivamente las hélices, lo que también cambia el empuje generado por el grupo de hélice.
Cambiar el empuje de cada motor crea un cambio en el punto de aplicación del vector resultante del empuje total generado por todos los motores. Esto crea inclinaciones de todo el sistema mecánico y las componentes del vector en la dirección horizontal, provocando el movimiento horizontal del dispositivo.
Movimiento vertical
El dispositivo utiliza hélices de tornillo de agua para el movimiento y el control. Las palas de rotación de la hélice están empujando el agua hacia abajo. Todas las fuerzas están en equilibrio, lo que significa que mientras la hélice empuja el agua, el agua a su vez empuja la hélice en el sentido opuesto. Cuanto más rápido es el giro de la hélice, mayor es la fuerza de sustentación y viceversa. Por lo tanto, el dispositivo puede hacer tres cosas en el plano vertical: mantener un nivel, ascender (elevarse) o descender. Para mantener la plataforma a un cierto nivel por encima del agua, el empuje neto de las cuatro o más hélices que sustentan el dispositivo hacia arriba debe ser igual a la fuerza gravitacional más la fuerza de flotabilidad de la parte subacuática. Si el vehículo acuático tiene que elevarse, el empuje de las hélices simplemente aumenta, lo que es equivalente a un aumento en su velocidad de rotación. Por lo tanto, el empuje se vuelve mayor, es decir, hay una fuerza ascendente distinta de cero que es mayor que el peso. Entonces, el empuje se puede reducir ligeramente hasta que se alcance un nuevo equilibrio. El descenso requiere que se realice lo contrario: el empuje (revoluciones) de la hélice se reduce de modo que la fuerza resultante es hacia abajo.
Rotación
Con el fin de poder rotar con respecto al eje vertical del dispositivo en cuestión, es necesario implementar un esquema de accionamiento en el que cada par de hélices opuestas rotan en un sentido, pero por separado los pares rotan en sentidos opuestos. Si, por ejemplo, se considera un esquema con cuatro motores (hélices), luego, en esta configuración, dos hélices opuestas rotan en el sentido contrario al de las agujas del reloj y las otras dos rotan en el sentido de las agujas del reloj. Con los dos pares de hélices rotando en sentidos opuestos, el momento angular total es cero. Si no se aplica par de fuerzas al sistema, entonces el par de fuerzas angular total debe permanecer constante (en este caso cero). Con el fin de aclarar el mecanismo de rotación, es necesario tener en cuenta el impacto de los momentos inerciales de las hélices y los momentos reactivos que actúan sobre sus palas. Se asume que el dispositivo debe rotar a la derecha. En este caso, las hélices, que rotan en el sentido de las agujas del reloj, deben reducir la velocidad de rotación. Esta acción, sin embargo, conduce a una perturbación del equilibrio de fuerzas en la vertical. Para evitar este problema, es suficiente aumentar la velocidad de rotación de las hélices en sentido contrario al de las agujas del reloj en el grado en el que compensa la pérdida de sustentación de la otra velocidad angular reducida del otro par de hélices. El par de fuerzas angular de las hélices ya no es cero, por lo que el cuerpo del dispositivo debe rotar. Pero la fuerza vertical total permanece igual a la fuerza gravitacional y el dispositivo permanece al mismo nivel vertical. Debido a que los pares de hélices son diagonalmente opuestos entre sí, el dispositivo todavía puede permanecer en equilibrio en las direcciones hacia delante y laterales.
Movimiento progresivo
En esencia, no hay diferencia entre avanzar o retroceder, así como en los lados, debido a que la disposición de los motores y las hélices es simétrica. Esto significa que la explicación de cómo mover el dispositivo hacia delante o hacia atrás es la misma que moverse en una de las direcciones laterales. El movimiento hacia delante requiere que una componente de empuje de las hélices también se dirija hacia delante. Esto se puede lograr aumentando la velocidad de rotación de las hélices en la posición trasera del dispositivo, en relación con la dirección de movimiento y reduciendo la velocidad de las hélices desde la parte delantera en relación con la dirección de movimiento. El empuje total permanecerá igual al peso, por lo que el dispositivo permanecerá en el mismo nivel vertical. Además, dado que una de las hélices traseras rota en el sentido contrario al de las agujas del reloj y la otra en el sentido de las agujas del reloj, el aumento de la rotación de estas hélices todavía retiene un par de fuerzas angular nulo. Lo mismo se aplica a las hélices delanteras y, por lo tanto, el dispositivo no rota con respecto al eje vertical. Sin embargo, la mayor fuerza en la parte trasera del dispositivo significa que se inclinará hacia delante. Un ligero aumento en el empuje para todas las hélices dará como resultado una fuerza de empuje neta que tiene una componente de equilibrio de peso junto con una componente de movimiento hacia delante.
Una opción de control adicional en la realización en la que el grupo de hélices puede rotar en relación con el armazón de alojamiento es cambiar la inclinación de los grupos de hélices en relación con el eje vertical del alojamiento. En esta realización, la construcción del dispositivo acuático considerado permite la rotación de las góndolas en las que los grupos de hélice están dispuestos en relación con el eje horizontal. Una variante de este tipo permite el control del vector de empuje de cada góndola por separado. En este caso, como en el esquema anterior, la inclinación de las hélices conducirá a una reducción en la fuerza de sustentación, y esto debe compensarse aumentando la velocidad para mantener el equilibrio a lo largo del eje vertical. De hecho, el movimiento vertical se controlará solo por un cambio de velocidad, respectivamente el empuje generado por las hélices. El movimiento hacia delante, hacia atrás y lateralmente, así como la rotación alrededor del eje vertical se proporcionará por la rotación de las góndolas de motor, lo que conduce a un cambio en el vector de empuje. Estos desplazamientos angulares deben realizarse según un algoritmo bien definido y pares opuestos para garantizar el direccionamiento adecuado del dispositivo.
Los números de referencia de las características técnicas se incluyen en las reivindicaciones solo con el fin de aumentar la comprensibilidad de las reivindicaciones y, por lo tanto, estos números de referencia no tienen un efecto limitante sobre la interpretación de los elementos indicados por estos números de referencia.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Vehículo acuático que comprende un módulo de propulsión subacuático, una plataforma superior (1) y un soporte vertical (3), en forma de un mástil o un pilar, que conecta y fijado en ambos extremos al módulo de propulsión y a la plataforma superior (1), una fuente de energía (7) y una unidad de control electrónica (6), caracterizado porque el módulo de propulsión consiste en un alojamiento (2) en el que están montados al menos dos grupos de hélice (4), comprendiendo cada uno de los mismos un motor eléctrico y una hélice de tornillo de agua con de dos a cinco palas, en el que los grupos de hélice (4) están dispuestos simétricamente con respecto al eje vertical central del alojamiento (2) y están diseñados en estado de funcionamiento para generar empuje vertical de manera que la plataforma superior (1) más la carga útil máxima se sustentan por encima de la superficie del agua, en el que los ejes de rotación de los grupos de hélice (4) están dispuestos verticalmente o en ángulo con respecto al eje vertical central del alojamiento (2).
  2. 2. Vehículo acuático según la reivindicación 1, caracterizado porque los grupos de hélice (4) son al menos cuatro.
  3. 3. Vehículo acuático según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el alojamiento (2) del módulo de propulsión es un perfil aerodinámico convexo con simetría rotacional con respecto al eje vertical central del alojamiento (2), estando montado cada grupo de hélice (4) en un túnel en el alojamiento (2) del módulo de propulsión.
  4. 4. Vehículo acuático según la reivindicación 3, caracterizado porque los túneles de los grupos de hélice (4) son verticales.
  5. 5. Vehículo acuático según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los grupos de hélice (4) comprenden motores eléctricos BLDC que se controlan mediante modulación por ancho de pulsos.
  6. 6. Vehículo acuático según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las hélices de tornillo de agua tienen un paso constante.
  7. 7. Vehículo acuático según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fuente de energía (7) y la unidad de control electrónica (6) están montadas en el alojamiento (2) del módulo de propulsión subacuático.
  8. 8. Vehículo acuático según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque también comprende una unidad de sensor para orientación y posicionamiento que comprende uno o más de los siguientes dispositivos: sensores de distancia ultrasónicos (8), giroscopio (9), módulo GPS y/o acelerómetro.
  9. 9. Vehículo acuático según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque también comprende un módulo de comunicación y un control remoto.
  10. 10. Vehículo acuático según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la plataforma superior (1) tiene una flotabilidad positiva que es mayor que la flotabilidad negativa total de los otros elementos estructurales más la carga útil máxima.
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