ES3015576T3 - A boat including a hydrofoil system comprising gearbox system. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un sistema de caja de cambios para su montaje en un hidroplano (18) para una embarcación acuática (10). El sistema de caja de cambios comprende: una carcasa (60) con una superficie interior que define un espacio interior de dimensión definida; un sistema de engranajes que comprende una caja de cambios (44) ubicada en el interior de la carcasa; una sección de enganche (35) del eje de la hélice (33), ubicada en el interior de la carcasa; y un motor (42) ubicado en el interior de la carcasa y en comunicación mecánica con la caja de cambios; donde la carcasa es estanca y donde el sistema de engranajes y el motor están en contacto térmico con la superficie interior de la carcasa. Además, se proporciona un sistema de hidroplano que incluye dicho sistema de caja de cambios y una embarcación acuática que incluye dicho sistema de hidroplano. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Una embarcación que incluye un sistema de hidroala que comprende un sistema de caja de cambios

La presente invención se refiere a embarcaciones, tales como yates, veleros, barcos y similares, que incluyen sistemas de hidroala que comprenden sistemas de caja de cambios. En particular, la presente invención se refiere a una caja de cambios de este tipo con un sistema de refrigeración por transferencia de calor.

Antecedentes de la invención

Un hidroala de navegación es una estructura en forma de ala montada debajo del casco de una embarcación, tal como un yate, que proporciona una ventaja de velocidad sobre los diseños de embarcaciones más tradicionales. El hidroala de navegación funciona con su apéndice en forma de ala. Al igual que el ala de un avión proporciona sustentación, un hidroala en el agua logra lo mismo. La principal diferencia es que un hidroala no necesita ser tan grande como el ala de un avión, porque el agua es mucho más densa que el aire. A medida que la embarcación aumenta su velocidad, los hidroalas levantan la mayor parte del casco, o incluso todo el casco, hacia arriba y afuera del agua, reduciendo considerablemente el área mojada, lo que tiene como resultado una disminución de la resistencia al avance y un aumento de la velocidad a medida que la embarcación atraviesa el agua.

En la mayoría de los tipos de embarcaciones se pueden acomodar hidroalas, y los veleros no son diferentes. Un hidroala de navegación puede ser un solo casco, a menudo denominado monocasco, un catamarán (que tiene dos cascos) o un trimarán (que tiene tres cascos). En el caso de múltiples cascos, los cascos se mantienen unidos por una sola cubierta superior. Cuanto más ancho y largo sea el barco, más estable será el hidroala de navegación.

Los hidroalas convencionales se utilizan, bien de forma pasiva, es decir, no hay un control activo de su geometría, bien de forma activa, es decir, utilizando alerones para hacer que la embarcación ascienda o descienda y para controlar la embarcación en torno a sus ejes de cabezada, elevación y balanceo. Sin embargo, todo el control es manual, por ejemplo, utilizando un sistema de control con un brazo de palanca mecánico, y los alerones requieren la intervención humana, lo que inherentemente requiere una amplia experiencia por parte del usuario y expone el control de la embarcación a errores humanos. Al igual que en el caso de los aviones, existe un compromiso inherente entre el requisito de un control más rápido y preciso y la resistencia al avance general (una menor resistencia al avance redundará en detrimento de la estabilidad inherente).

Las embarcaciones de hidroala pueden impulsarse con energía eólica (por ejemplo, yates, veleros) o impulsarse con un motor y una caja de cambios montados en el casco y acoplados mecánicamente a un sistema de hélice montado de manera adyacente al ala en la parte inferior del casco. Hay inconvenientes obvios en esta disposición, incluidas las pérdidas de eficacia debidas a la distancia mecánica entre el motor/la caja de cambios y el sistema de hélice.

Sin embargo, no es práctico que el motor esté ubicado debajo del casco debido a la resistencia hidrodinámica adicional causada por la conexión mecánica entre el motor, la caja de cambios y la hélice (árbol de la hélice, cojinetes). También supone un desafío para la integridad del sistema, ya que las alas se deforman bajo una carga hidrodinámica.

Por lo tanto, existe la necesidad de una disposición mejorada del motor y la caja de cambios que aumente la eficacia y reduzca el retraso y la pérdida de energía a través de las conexiones mecánicas y dé como resultado una reducción del consumo total de combustible/energía, minimizando al mismo tiempo la empaquetadura, para reducir la resistencia hidrodinámica. El documento EP0453529B1 divulga una embarcación, parcialmente soportada por un par de conjuntos de hidroala asimétricos. Cada conjunto de hidroala tiene en general forma de L e incluye un motor y una hélice conectados a un extremo de un hidroala asociado y a un extremo de una pata de montaje que tiene su otro extremo conectado a la embarcación en una ubicación separada del otro conjunto de hidroala, definiendo así los hidroalas asimétricos. Una hélice accionada está ubicada de forma alineada con una junta angular entre una pata de apoyo y el hidroala asociado y se acciona en una dirección, interceptando las palas de una hélice que se mueven hacia arriba una estela de agua del vehículo que se mueve hacia abajo y también el torbellino de agua descendente que fluye más allá de los bordes posteriores de los hidroalas asimétricos asociados.

El documento US2018/072383 divulga un dispositivo para embarcaciones que comprende una borda, un regulador acoplado a una superficie superior de la borda, un hidroala acoplado a una superficie inferior de la borda y un sistema de hélice eléctrica acoplado al hidroala. El sistema de hélice eléctrica impulsa el dispositivo para embarcaciones utilizando la información generada por el regulador.

El documento US2020/189691 divulga un sistema de hidroala que tiene un fuselaje con una hélice montada en un extremo del fuselaje y un ala que se extiende lateralmente desde el fuselaje. El fuselaje está configurado para su unión desmontable a un mástil, de modo que el mástil, cuando está unido, se extiende desde el fuselaje en una dirección sustancialmente ortogonal al eje longitudinal y también sustancialmente ortogonal al ala. Un ala trasera está conectada al fuselaje por un puntal de cola, de modo que el ala trasera quede colocada más allá del extremo del fuselaje al que está unida la hélice. Un motor está alojado en el fuselaje y tiene un cable conectado al mismo, extendiéndose el cable fuera del fuselaje, inhibiendo un sistema de sellado desmontable la entrada de agua al motor en el lugar donde se conecta el cable cuando el sistema de sellado está instalado en el fuselaje.

El documento US4092946 divulga un motor eléctrico para pescar al curricán a bajas velocidades que comprende una unidad sumergida alargada y en general cilíndrica en la que está alojado un motor eléctrico que, a su vez, acciona un sistema de engranaje planetario que, a su vez, acciona la hélice. El sistema de engranaje planetario incluye un conjunto de ruedas dentadas compacto que puede ensamblarse con anticipación e insertarse rápidamente en la carcasa del engranaje. La corona dentada interna del sistema de engranaje planetario se asegura rápida y fácilmente únicamente dentro de y en la carcasa del engranaje y mediante pernos capuchinos que se extienden a través de la carcasa del engranaje y se acoplan con la corona dentada, estando la corona dentada premontada en la carcasa del engranaje. El motor también incluye un soporte de cojinete en el que hay conjuntos de cojinete antifricción preensamblados. Un cojinete de empuje de manguito trasero y un cojinete de empuje de manguito delantero están situados en lados opuestos del conjunto de engranaje y actúan para soportar de forma roscada el conjunto de engranaje y absorber el empuje axial.

Compendio de la invención

La presente invención busca abordar los problemas de la técnica anterior. Los aspectos de la presente invención se exponen en las reivindicaciones adjuntas. La invención está definida por las reivindicaciones independientes, a las que ahora hay que hacer referencia. En las reivindicaciones dependientes se exponen características preferidas.

Un primer aspecto de la presente invención proporciona una embarcación que incluye un sistema de hidroala como en la reivindicación 1.

Al ubicar el sistema de engranaje y el motor dentro de una carcasa proporcionada, al menos en parte, por el hidroala, el perfil del sistema de caja de cambios se reduce significativamente. Este diseño reduce significativamente el área mojada del tren de transmisión, reduciendo por lo tanto la resistencia hidrodinámica del sistema de hidroala eléctrico y mejorando la eficacia y la autonomía.

En una realización alternativa, el sistema de caja de cambios está montado en el hidroala. Esto permite que el sistema de caja de cambios esté completamente separado del ala, lo que permite reemplazar rápidamente el tren de transmisión en caso de mantenimiento y, por lo tanto, minimizar el tiempo de parada de los buques mercantes.

En una realización, el sistema de engranaje y el motor se ajustan perfectamente al espacio interior de la carcasa.

El ajuste perfecto permite que el motor y la caja de cambios estén en contacto térmico con la carcasa de la caja de cambios de manera que el calor generado por el motor y/o la caja de cambios durante el uso pueda transferirse por contacto a la carcasa de la caja de cambios, que posteriormente es enfriada por el agua circundante en la que está sumergida. No se requiere ningún flujo de agua mecánico o forzado para enfriar el motor y la caja de cambios.

Preferiblemente, el motor está ubicado de manera adyacente a la caja de cambios. La carcasa de la caja de cambios forma parte del ala y ubica el motor en la estructura del ala.

La carcasa de la caja de cambios es térmicamente conductora para enfriar el motor y la caja de cambios mediante transferencia de calor al agua ambiental circundante. Preferiblemente, la carcasa de la caja de cambios comprende metal y, preferiblemente, metal en bruto revestido o inoxidable/resistente a la corrosión. Sin embargo, debe apreciarse que cualquier producto adecuado conocido por el experto en la técnica y altamente resistente a la corrosión podría usarse como alternativa a, o además de, la utilización de metal para la carcasa de la caja de cambios.

En una realización adicional, la carcasa de la caja de cambios comprende además una parte de acoplamiento de tren de potencia. Durante el uso, la parte de acoplamiento de tren de potencia se acopla con un tren de potencia conectado al controlador en el casco de la embarcación. Esto proporciona una comunicación eléctrica entre el controlador y el motor y la caja de cambios.

Preferiblemente, la parte de acoplamiento de tren de potencia está ubicada de manera distal con respecto a la parte de acoplamiento de árbol de hélice. Esto evita que las partes móviles de la hélice choquen contra el tren de potencia.

Según la invención, el sistema de engranaje es una caja de cambios epicicloidal (también conocida como caja de cambios planetaria). Sin embargo, debe apreciarse que, además de una caja de cambios epicicloidal, podría usarse cualquier otro sistema de reducción adecuado conocido por el experto en la técnica y adecuado para el funcionamiento.

En una realización adicional, el motor comprende un motor eléctrico de densidad de potencia elevada, denominado Grupo Motogenerador (MGU, por sus siglas en inglés).

Por lo tanto, el motor puede comprender un MGU y la caja de cambios puede incluir equipo de reducción epicicloidal, estando ambos ubicados dentro de la carcasa hermética de la caja de cambios.

La carcasa de la caja de cambios puede comprender, pero no se limita a, uno o más de los siguientes materiales, que incluyen acero inoxidable (todos los grados), aleación de titanio, aluminio. Sin embargo, debe apreciarse que se puede usar cualquier otro material adecuado conocido por el experto en la técnica para fabricar la carcasa de la caja de cambios. Preferiblemente, se aplica un revestimiento para agua de mar apropiado a la carcasa de la caja de cambios para hacer que la caja de cambios sea más resistente a la erosión por agua de mar.

Debe apreciarse que, además de, o como una alternativa a, los materiales anteriormente mencionados, puede usarse cualquier otro material conocido por el experto en la técnica y adecuado para su función. Tales otros materiales pueden incluir, pero no se limitan a, uno o más de un material compuesto tal como un material de resina reforzada con fibra de carbono o fibra de aramida.

Según la invención, la embarcación incluye además un sistema de hidroala, comprendiendo el sistema de hidroala un controlador; un ala para el acoplamiento a la embarcación, comprendiendo el ala una pluralidad de elementos de ajuste utilizables para variar las características de sustentación de la embarcación; una hélice montada en el ala; y el sistema de caja de cambios descrito anteriormente, en donde la hélice está acoplada mecánicamente con la parte de acoplamiento de árbol de hélice y el sistema de caja de cambios está en comunicación mecánica con la hélice.

En una realización, el sistema de hidroala comprende además una pluralidad de sensores en comunicación eléctrica con el controlador, estando cada sensor configurado para vigilar parámetros de vuelo de la embarcación y generar datos de parámetros de vuelo medidos, en donde el controlador está en comunicación con los elementos de ajuste, el motor y los sensores y en donde el controlador está configurado para recibir datos de parámetros de vuelo medidos de los sensores y para controlar el funcionamiento del motor y la posición de los elementos de ajuste en función de los datos de parámetros de vuelo medidos recibidos.

En una realización, cada uno de los elementos de ajuste puede utilizarse para variar uno o más de los valores de cabezada, balanceo, elevación y guiñada de la embarcación.

En una realización, cada elemento de ajuste comprende un alerón y un actuador, pudiéndose mover el alerón con respecto al ala cuando el controlador activa el actuador. Preferiblemente, el elemento de ajuste comprende además un fuselado hidrodinámico dentro del cual está dispuesto el alerón.

Preferiblemente, los actuadores están integrados dentro del ala. Sin embargo, debe apreciarse que los actuadores pueden integrarse como alternativa dentro de la embarcación, dependiendo de los tamaños respectivos del ala y de la embarcación.

En una realización, cada uno de la pluralidad de alerones se puede ajustar de forma independiente. Esto proporciona un mayor control sobre la posición de la embarcación dentro del agua.

En una realización, adicional, la pluralidad de alerones comprende al menos un conjunto de dos alerones alineados. Sin embargo, si es necesario, se pueden prever alerones adicionales dentro de cada conjunto de alerones.

Preferiblemente, la hélice está ubicada de manera adyacente a la caja de cambios y distal con respecto al motor. Preferiblemente, la hélice está ubicada de manera adyacente a la caja de cambios y distal con respecto al motor, a través de un árbol de hélice corto, para minimizar la pérdida de eficacia.

Al igual que con las alas convencionales, cada ala de la presente invención se compone de dos superficies de sustentación: el elevador (parte horizontal) que proporciona una sustentación vertical; y una columna, cuyo objetivo principal es llevar el elevador y también proporcionar fuerza lateral en giros y maniobras.

Los datos de parámetros de vuelo medidos pueden comprender uno cualquiera o más seleccionados del grupo que comprende datos de aceleración, datos de posición de la embarcación (cabezada, elevación, guiñada, balanceo), datos de posición del actuador, factores ambientales externos (por ejemplo, viento, altura de las olas) y cualquier otro dato útil relacionado con el movimiento de la embarcación a través del agua y el entorno en el que se mueve la embarcación.

Preferiblemente, el controlador está ubicado dentro del casco de la embarcación y el ala está ubicada debajo de la línea de flotación en el exterior del casco de la embarcación.

En una realización adicional, el sistema de hidroala comprende además un sistema de batería en comunicación eléctrica con el motor y, opcionalmente, el actuador, pudiendo utilizarse el sistema de batería para proporcionar energía al motor y, opcionalmente, al actuador. Como alternativa, el elemento de ajuste puede accionarse usando energía hidráulica. Un sistema de batería de este tipo puede comprender una Unidad de Control de Electrónica de Potencia (PECU, por sus siglas en inglés). Debe apreciarse que la embarcación que incluye un sistema de hidroala puede preverse integralmente como parte de una embarcación nueva durante la fabricación, o puede preverse para actualizar una embarcación existente. En ambos casos, las embarcaciones tendrán entonces todas las ventajas que proporciona el sistema de hidroala. Tales ventajas incluyen:

• la reducción de la resistencia hidrodinámica proporciona una mayor autonomía (para una cantidad determinada de energía de la batería)

• control optimizado de la embarcación sin intervención humana durante el viaje, evitando así los errores humanos;

• posicionamiento controlado de la embarcación dentro del agua, por ejemplo, la altura libre sobre el agua, mediante el ajuste de los alerones en respuesta a datos de parámetros de vuelo medidos en tiempo real; • no se requiere ningún sistema mecánico de refrigeración del motor, ya que el calor del motor y de la caja de cambios se transmite a la carcasa de la caja de cambios y, posteriormente, al agua circundante;

• no se requiere el uso de combustibles fósiles durante el viaje de la embarcación y toda la energía la suministra el sistema de batería de manera cuidadosamente controlada, en función de las necesidades de la embarcación para optimizar el viaje;

• mayor comodidad de viaje para los pasajeros, ya que la posición de la embarcación dentro del agua se controla cuidadosamente y la altura libre sobre el agua optimizada reduce la cantidad de casco expuesto a las condiciones del agua; y

• el lavado de la embarcación se reduce significativamente.

Por lo tanto, la embarcación que incluye un sistema de hidroala de la presente invención proporciona un sistema de propulsión de alta eficacia y bajo consumo para viajes marítimos a alta velocidad, al tiempo que proporciona un control autónomo de una embarcación sustentada por ala controlada activamente y totalmente sumergida.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 muestra una realización de la embarcación que incluye un sistema de hidroala de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención integrado en una embarcación monocasco;

la Figura 2 es una vista frontal de una ala y una hélice de la embarcación que incluye un sistema de hidroala de la Figura 1;

la Figura 3 es una vista lateral del ala y la hélice de la Figura 2;

la Figura 4 es una vista en perspectiva del ala y la hélice de la Figura 2;

la Figura 5 es una vista desde arriba del ala y la hélice de la Figura 2;

la Figura 6 es una sección transversal en X-Y a través del ala y la hélice de la Figura 2 que muestra un primer ejemplo divulgado, pero no reivindicado, de una disposición de caja de cambios y motor con refrigeración por flujo de agua entre la disposición de caja de cambios y motor y la superficie interior del cuerpo de ala;

la Figura 7 es una sección transversal en Z-X a través del ala y la hélice de la Figura 2 que muestra la disposición de caja de cambios y motor de la Figura 6;

la Figura 8 es una sección transversal en X-Y a través del ala y la hélice de la Figura 2 que muestra un segundo ejemplo, según la invención reivindicada, de una disposición de caja de cambios y motor con refrigeración por transferencia de calor a través de la carcasa de la caja de cambios;

las Figuras 9A a 9D son vistas en sección transversal que muestran variantes de la disposición de caja de cambios y motor de la Figura 8, donde la carcasa está montada en el ala;

las Figuras 10A y 10B son vistas en sección transversal que muestran variantes adicionales de la disposición de caja de cambios y motor de la Figura 8, donde la carcasa la proporciona una parte del ala; y

la Figura 11 es una vista en sección transversal que muestra una variante adicional de la disposición de caja de cambios y motor en la que la carcasa está separada del ala.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La Figura 1 muestra una embarcación en forma de una embarcación monocasco 10 provista de una realización de un sistema de hidroala de acuerdo con una primera realización de la presente invención. El sistema de hidroala comprende un controlador 12 ubicado dentro del casco 14 de la embarcación 10.

Un sistema 16 de batería está ubicado de manera adyacente al controlador 10 y en comunicación eléctrica con el controlador 10. En la realización de la Figura 1, el sistema 16 de batería comprende una Unidad de Control de Electrónica de Potencia (PECU).

Un ala 18 está situada en la superficie exterior del casco con ala por debajo de la línea de flotación. El ala 18 comprende una pluralidad de elementos 19 de ajuste utilizables para variar las características de sustentación de la embarcación 10 durante el viaje. Cada elemento de ajuste comprende un alerón 20 y un actuador 22 asociado. Los actuadores 22 pueden ser, bien eléctricos, bien hidráulicos, y pueden estar integrados dentro del ala 18 (como se muestra en la Figura 1) o pueden estar situados dentro de la embarcación 10 misma, dependiendo del tamaño de la embarcación y del tamaño del ala asociada. Los actuadores 22 funcionan para controlar la posición de los alerones 20 asociados para controlar el barco en elevación, es decir, la altura libre 24 sobre el agua con respecto a la línea 26 de flotación, la cabezada, el balanceo y el empuje. La altura libre 24 sobre el agua se muestra en la Figura 1 y se basa en la distancia entre la superficie del agua (línea 26 de flotación) y la línea 28 de sustentación del ala en el agua. La línea de sustentación del ala en el agua se refiere al lugar donde se encuentra la superficie libre de agua, en relación con las alas o el casco, mientras está en el aire. Cuando el barco está flotando, la línea de flotación se define por cuánto debe hundirse el casco para obtener el volumen de desplazamiento (bajo la fuerza hidrostática de Arquímedes). Bajo sustentación del ala, la línea de sustentación del ala en el agua es la óptima entre una inmersión mínima del ala (la «columna» de la parte vertical) para reducir la resistencia al avance sin que el elevador 52 ventile debido a la proximidad de la superficie libre.

En la realización de la Figura 2, el elemento 13 de ajuste comprende además un fuselado hidrodinámico 21 dentro del cual está dispuesto el alerón 20.

En las Figuras 2 a 5, cada ala comprende cuatro alerones 20, cada alerón 20 puede accionarse independientemente mediante un actuador 22 asociado.

El ala 18 está conectada al casco 14 de la embarcación 10 por medio de una columna vertical 30.

Una hélice 32 está montada en el ala 18 para impulsar la embarcación 10 a través del agua durante el viaje. La hélice 32 y el ala 18 se muestran con más detalle en las Figuras 2 a 7.

En una primera realización divulgada, pero no reivindicada, mostrada en las Figuras 6 y 7, el ala 18 comprende un cuerpo 34 que define un canal alargado 36. El canal alargado 36 tiene un primer extremo abierto 38 y un segundo extremo 40 opuesto al primer extremo 38, estando los extremos primero y segundo 38, 40 en comunicación de fluidos entre sí. La hélice 32 está montada en el ala en el segundo extremo 40 del canal 36.

Un motor 42 y una caja 44 de cambios alineada están montados dentro del canal alargado 36 y acoplados mecánicamente al árbol 46 de transmisión de la hélice. En un primer extremo, un colector 50 de cables eléctricos está acoplado eléctricamente al motor 42. El motor 42 es un MGU.

En un segundo extremo opuesto, el motor 42 está acoplado eléctricamente al sistema 16 de batería y al controlador 10 mediante un colector 50 de cables eléctricos que se extiende a través de la columna vertical 30, de manera que, durante el uso, el colector 50 de cables eléctricos transfiere energía del sistema 16 de batería al motor 42, que acciona el árbol 46 de transmisión de la hélice a través de la caja 44 de cambios para hacer girar la hélice 32. El motor 42 actúa como un generador, desplegando energía del sistema 16 de batería para accionar la caja 44 de cambios.

El colector 50 de cables eléctricos es una conexión eléctrica flexible, en lugar de una conexión mecánica convencional. La presencia de un colector 50 de cables eléctricos flexible que se extiende verticalmente a través del ala 18, en lugar de una conexón mecánica, permite una contención más aerodinámica de la conexión dentro del ala, lo que permite un perfil de ala mejorado con una mayor eficacia hidrodinámica.

Unas entradas 42 de fluido están previstas radialmente alrededor del cuerpo 34 de manera que el canal 36 esté en comunicación de fluidos con el exterior del ala 18, es decir, el agua exterior puede fluir a través de las entradas 42 de fluido al canal 44. Por lo tanto, cuando la embarcación 10 se desplaza por el agua, el agua fluye a través de las entradas 42 de fluido al canal 36 y pasa por el motor 42 y la caja 44 de cambios en una dirección hacia el segundo extremo 40 del canal 36. Además, se aspirará agua a través del primer extremo abierto 38 del canal 36 y ésta pasará también por el motor 42 y la caja 44 de cambios hacia el segundo extremo 40. El flujo de agua exterior al canal 36 y alrededor del motor 42 y la caja 44 de cambios sirve para enfriar el motor y la caja de cambios durante el uso, evitando el sobrecalentamiento y permitiendo el funcionamiento del motor y la caja de cambios a velocidades más altas que las que serían posibles en ausencia de un sistema de refrigeración. En las figuras, las entradas 48 de fluido se muestran como ranuras o branquias. Sin embargo, debe apreciarse que cualquier forma adecuada de entrada de fluido conocida por el experto en la técnica y adecuada para la circulación de agua desde el exterior del ala 18 al canal 36 y alrededor del motor 42 y la caja 44 de cambios puede usarse además de, o como una alternativa a, las ranuras o branquias mostradas en las Figuras 6 y 7. Además, el número y la ubicación de las entradas 42 de fluido pueden variar con respecto a los mostrados en las figuras, siempre que sea posible un volumen suficiente de flujo de fluido que pase por el motor 42 y la caja 44 de cambios para proporcionar la refrigeración necesaria que se ha de lograr durante el desplazamiento de la embarcación 10.

Según la invención, tal como se muestra en la Figura 8, el ala 18 comprende una carcasa 60 que define un espacio de alojamiento en el que se alojan el motor 42 y la caja 44 de cambios. La carcasa 60 proporciona una carcasa hermética para el motor 44. El motor 42 y la caja 44 de cambios están situados uno junto a otro dentro de la carcasa 60 y están conectados a través de un árbol 66 que transmite el par y la rotación del motor 42 a la caja 44 de cambios. Las superficies exteriores tanto del motor 42 como de la caja 44 de cambios están ubicadas de manera adyacente a la superficie interior de la carcasa 60 de manera que el calor generado durante el uso es absorbido del motor 42 y la caja 44 de cambios por la carcasa 60 y, posteriormente, se disipa en el agua circundante, proporcionando así un sistema de refrigeración eficaz que evita la necesidad de un flujo mecánico o forzado de fluido que pase por el motor 42 y/o la caja 44 de cambios dentro de la carcasa 60.

La hélice 32 está conectada a la caja 44 de cambios de manera distal con respecto al motor 42 y acoplada con la caja 44 de cambios a través del árbol 33 de la hélice. La hélice 32 está conectada al árbol 33 de la hélice por medio de una disposición cónica con una cuña 35 de manera convencional. El árbol 33 de la hélice entra en la caja 44 de cambios a través de cojinetes y está conectado a las ruedas dentadas de la caja de cambios (no mostradas).

El árbol 33 de la hélice entra en la carcasa 60 a través de juntas herméticas que mantienen la integridad hermética de la carcasa 60.

En el lado opuesto de la carcasa 60, la carcasa 60 está conectada al ala 18 en la superficie 62 de contacto. La carcasa 60 está atornillada a una brida del ala (no mostrada). La superficie 62 de contacto está sellada y están previstos canales para que los colectores 63 de cables eléctricos del conjunto 64 de tren de potencia salgan de la carcasa 60 y se extiendan verticalmente a lo largo de la columna vertical 30 del ala 18, para proporcionar una conexión eléctrica entre el motor 42 y la caja 42 de cambios y el controlador ubicado en el casco 14 de la embarcación 10.

Están previstas unas juntas herméticas en el punto de salida de los colectores 64 de cables eléctricos de la carcasa 60 para mantener la integridad hermética de la carcasa 60.

Según la invención, tal como se muestra en la Figura 8, la caja 44 de cambios es una caja de cambios epicicloidal y el motor 42 es un grupo motogenerador (MGU). Sin embargo, debe apreciarse que esta es sólo una realización y un experto en la técnica puede usar un motor alternativo para lograr la misma disposición dentro de la carcasa 60 de la caja de cambios.

En la embarcación que incluye un sistema de hidroala de la presente invención, la embarcación 10 está provista además de una pluralidad de sensores (no mostrados) en comunicación eléctrica con el controlador 12, estando cada sensor configurado para vigilar uno o más parámetros de vuelo de la embarcación 10 y generar datos de parámetros de vuelo medidos en función del parámetro de vuelo vigilado. Estos datos de parámetros de vuelo medidos se proporcionan entonces al controlador 10, que usa los datos de parámetros de vuelo medidos para determinar qué ajustes son necesarios en el motor y en los elementos 13 de ajuste para optimizar el desplazamiento de la embarcación 10 por el agua. El elemento 13 de ajuste se muestra en las Figuras 2 y 3 con su fuselado hidrodinámico. El controlador 10 se comunica entonces con el motor 42 para controlar el funcionamiento de la hélice 32. El controlador 12 también se comunica con los actuadores 22 para controlar la posición de los elementos 13 de ajuste en función de los datos de parámetros de vuelo medidos. Esto tiene el efecto de influir en la velocidad de la embarcación a través del agua y/o en la posición de la embarcación 10 dentro del agua, es decir, la elevación, la cabezada, el balanceo y/o el empuje de la embarcación 10 dentro del agua.

Los sensores pueden proporcionar datos de parámetros de vuelo medidos al controlador de forma continua o a petición del controlador o de una manera programada predeterminada. Obviamente, los datos proporcionados de forma continua producirán una reacción continua desde el controlador 12 para influir en el funcionamiento del motor y la posición de la embarcación 10 dentro del agua, proporcionando un desplazamiento continuamente optimizado de la embarcación 10 a través del agua.

Los sensores pueden estar ubicados en múltiples posiciones integradas en el casco y las alas y medir diversos parámetros de vuelo de la embarcación 10, incluyendo, pero no limitados a, vigilar/medir la aceleración, la posición (cabezada, elevación, guiñada, balanceo), los datos de altura libre sobre el agua, los datos de posición del actuador y cualquier otro parámetro útil relacionado con el movimiento de la embarcación a través del agua.

La Figura 9A muestra la disposición en la que la carcasa 60 está montada en el ala 18, mientras que las Figuras 9B a 9D muestran variaciones sobre cómo se puede lograr esto.

La Figura 9B muestra una disposición en la que la carcasa 60 está prevista como parte de la caja 42 de cambios y, durante el montaje, el motor 44 se encaja en la carcasa 60 de la caja de cambios y la carcasa 60 posteriormente se hermetiza de una manera convencional.

En la Figura 9C, la carcasa 60 está prevista como parte del motor 44 y, durante el montaje, la caja 42 de cambios se encaja en la carcasa 60 del motor y la carcasa 60 posteriormente se hermetiza de una manera convencional.

La Figura 9D muestra una disposición en la que la carcasa 60 está separada tanto del motor 42 como de la caja 44 de cambios. El motor 42 y la caja 44 de cambios se encajan en la carcasa 60 uno hacia otro desde extremos opuestos de la carcasa 60. Como alternativa, el motor 42 y la caja 44 de cambios pueden encajarse secuencialmente en la carcasa 60 desde el mismo extremo. Posteriormente, la carcasa 60 se hermetiza de una manera convencional para contener tanto el motor 42 como la caja 44 de cambios en su interior. La Figura 10A muestra una disposición en la que la carcasa 60 la proporciona una parte del ala 18. El motor 42 se encaja en la carcasa 60, seguido de la caja 44 de cambios, antes de que la carcasa 60 se hermetice de una manera convencional para retener tanto el motor 42 como la caja 44 de cambios dentro del ala 18.

Como alternativa, la carcasa 60 puede estar prevista como un canal a través del ala 18. El motor 42 y la caja 44 de cambios se encajan en la carcasa 60 uno hacia otro desde extremos opuestos de la carcasa 60. Posteriormente, la carcasa 60 se hermetiza de una manera convencional para contener tanto el motor 42 como la caja 44 de cambios dentro del ala 18.

Finalmente, la Figura 11 muestra una disposición en la que la carcasa 60 está separada espacialmente del ala 18. Debe apreciarse que el conjunto de la disposición de carcasa puede ser como se describe para las Figuras 9B a 9D.

La Figura 1 muestra una embarcación 10 con dos alas 18, una de las cuales es un sistema de hidroala según la presente invención y la otra es un ala sin el sistema de propulsión de la presente invención. Debe apreciarse que una embarcación comprenderá un mínimo de dos alas (una hacia la parte delantera y otra hacia la parte trasera de la embarcación), pudiendo una de estas o ambas incluir las características de propulsión de la presente invención. Cuando están previstas múltiples alas 18, los actuadores 22 para cada alerón 20 de cada ala 18 se controlan de forma independiente mediante un único controlador 12.

Una embarcación podría estar equipada con un sistema de hidroala de acuerdo con la presente invención y una unidad de ala sin propulsión. Sin embargo, si el peso de la embarcación requiere más empuje para moverse, entonces la embarcación podría estar equipada con dos alas provistas de propulsión.

Por lo tanto, la embarcación que incluye un sistema de hidroala de la presente invención permite un control de vuelo sin intervención humana. Dado que cada ala 18 siempre está afinada y ajustada para un rendimiento óptimo, es decir, una baja resistencia al avance, se garantiza una resistencia significativamente reducida al avance a través del agua. Esto proporciona la ventaja técnica de, bien un mayor rango de autonomía, bien un aumento de la velocidad de crucero, para una capacidad de batería determinada.

La refrigeración del motor utilizada por la embarcación que incluye un sistema de hidroala de la presente invención, ya sea refrigeración por flujo de agua o refrigeración por transferencia de calor según la invención, anula la necesidad de un sistema de refrigeración mecánica independiente, reduciendo así la complejidad y el peso del sistema, lo que contribuye a la eficacia y al aumento de la duración de la batería.

Debe apreciarse que la embarcación que incluye un sistema de hidroala de la presente invención puede ser una parte integrante de una embarcación 10 de nueva construcción o puede equiparse ulteriormente en embarcaciones 10 existentes para lograr un rendimiento óptimo.

Finalmente, el uso de la embarcación que incluye un sistema de hidroala de la presente invención proporciona un rendimiento óptimo con una mayor comodidad de viaje para los pasajeros, ya que se expone a las condiciones del agua circundante una parte menor del casco 14 de la embarcación 10, garantizando así un viaje más suave.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Una embarcación (10) que incluye un sistema de hidroala, en donde el sistema de hidroala comprende

- un controlador (12);

- un hidroala (18) para el acoplamiento a la embarcación, comprendiendo el hidroala una pluralidad de elementos (19) de ajuste utilizables para variar las características de sustentación de la embarcación;

- una hélice (32) montada en el hidroala; y

caracterizada por

- un sistema de caja de cambios, comprendiendo el sistema de caja de cambios:

una carcasa (60) que tiene una superficie interior que define un espacio interior de dimensiones definidas; un sistema de engranaje ubicado dentro del espacio interior de la carcasa y que comprende una parte de acoplamiento de árbol de hélice y una caja (44) de cambios en comunicación mecánica con la parte de acoplamiento de árbol de hélice; y

un motor (42) ubicado dentro del espacio interior de la carcasa y en comunicación mecánica con la caja de cambios;

en donde la carcasa es hermética, en donde la caja de cambios y el motor están en contacto térmico con la superficie interior de la carcasa; y

en donde la caja (44) de cambios es una caja de cambios epicicloidal; y

en donde al menos una parte de la carcasa está realizada en una sola pieza con el hidroala, o la carcasa está montada en el hidroala; y

en donde la hélice está acoplada mecánicamente con la parte de acoplamiento de árbol de hélice y el sistema de caja de cambios está en comunicación mecánica con la hélice.

2. Una embarcación según cualquier reivindicación precedente, en donde la caja de cambios y el motor encajan perfectamente en el espacio interior de la carcasa.

3. Una embarcación según cualquier reivindicación precedente, en donde la carcasa comprende además una parte de acoplamiento de tren de potencia.

4. Una embarcación según la reivindicación 3, en donde la parte de acoplamiento de tren de potencia está ubicada de manera distal con respecto a la parte de acoplamiento de árbol de hélice.

5. Una embarcación según cualquier reivindicación precedente, en donde el motor es un MGU (Grupo Motogenerador).

6. Una embarcación según cualquier reivindicación precedente, en donde la carcasa comprende uno o más de los siguientes materiales: acero inoxidable, aleación de titanio, aluminio, o un material compuesto tal como resina reforzada con fibra de carbono o fibra de aramida.

7. Una embarcación según cualquier reivindicación precedente, en donde el sistema de hidroala comprende además:

- una pluralidad de sensores en comunicación eléctrica con el controlador, estando cada sensor configurado para vigilar parámetros de vuelo de la embarcación y generar datos de parámetros de vuelo medidos,

- en donde el controlador está en comunicación con los elementos de ajuste, el motor y los sensores y en donde el controlador está configurado para recibir datos de parámetros de vuelo medidos de los sensores y para controlar el funcionamiento del motor y la posición de los elementos de ajuste en función de los datos de parámetros de vuelo medidos recibidos.

8. Una embarcación según cualquier reivindicación precedente, en donde cada uno de los elementos de ajuste puede utilizarse para variar uno o más de los valores de cabezada, balanceo, elevación y guiñada de la embarcación.

9. Una embarcación según cualquier reivindicación precedente, en donde cada elemento de ajuste comprende un alerón (20) y un actuador (22), pudiéndose mover el alerón con respecto al hidroala cuando el controlador activa el actuador.

10. Una embarcación según cualquier reivindicación precedente, en donde la hélice está ubicada de manera adyacente a la caja de cambios, distal con respecto al motor.

11. Una embarcación según cualquier reivindicación precedente, en donde los datos de parámetros de vuelo medidos comprenden uno o más seleccionados del grupo que comprende datos de aceleración, datos de posición de la embarcación (cabezada, elevación, guiñada, balanceo), datos de posición del actuador, factores ambientales externos y el entorno en el que se mueve la embarcación.

12. Una embarcación según cualquier reivindicación precedente, en donde el controlador está ubicado dentro del casco (14) de la embarcación y el hidroala está ubicado debajo de la línea de flotación en el exterior del casco de la embarcación.

13. Una embarcación según cualquier reivindicación precedente, que comprende además un sistema (16) de batería en comunicación eléctrica con el motor y, opcionalmente, el actuador, pudiendo utilizarse el sistema de batería para proporcionar energía al motor y, opcionalmente, al actuador.