ES3061514T3 - Hypersonic transport system - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un sistema de transporte hipersónico (1) que comprende: - una aeronave (2) con una relación de sustentación a resistencia hipersónica mayor o igual a 2,5, la aeronave (2) comprende un dispositivo de propulsión secundario (21) y sensores de posición, la aeronave (2) también comprende una superficie aerodinámica de forma variable (22); - un dispositivo de propulsión principal (3) que está fijado de forma extraíble a la aeronave (2); - una unidad de control (4) que está configurada para controlar la aeronave (2) y el dispositivo de propulsión principal (3) para realizar los siguientes pasos mientras se mantiene el factor de carga por debajo de 1,5G: *un paso de despegue y ascenso hasta una altitud mayor o igual a 30 km a una velocidad mayor o igual a 3000 m/s, separándose el dispositivo de propulsión principal (3) de la aeronave (2) al final del paso de despegue y ascenso; * una etapa de crucero rebotando en la atmósfera terrestre, durante la cual la unidad de control (4) controla el dispositivo de propulsión secundario (21) para mantener la velocidad de la aeronave (2) y mantenerla (2) en una trayectoria de vuelo predefinida; * una etapa de descenso y aterrizaje durante la cual la unidad de control (4) controla el cambio de forma de la superficie aerodinámica de forma variable (22) de la aeronave (2) para lograr un descenso disipativo, la unidad de control (4) luego controla el dispositivo de propulsión secundario (21) para desacelerar activamente la aeronave (2) después del descenso disipativo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Sistema de transporte hipersónico
[0003] Campo técnico
[0004] La invención se refiere a un sistema de transporte hipersónico, es decir, un sistema que permite alcanzar una velocidad superior a 1700 m/s. La invención se refiere, en particular, a un sistema de transporte con un sistema de propulsión de tipo motor de cohete.
[0005] Técnica anterior
[0006] Actualmente, los viajes largos se realizan generalmente en avión. Dado que los aviones comerciales suelen volar a velocidades comprendidas entre 800 km/h y 900 km/h, realizar un trayecto de 6000 km puede llevar más de 7 h. Además, algunos vuelos comerciales de muy larga distancia, como, por ejemplo, entre París y Tokio, pueden durar más de 12 h.
[0007] Además, algunos vuelos de muy larga distancia pueden requerir una escala con el fin de repostar con carburante el avión.
[0008] Así, actualmente, los viajes largos tienden a monopolizar por lo menos un día completo para los viajeros.
[0009] Se conoce por el documento US6745979, del artículo “Waverider Aerodynamic Study Program Amateur Research in Scotland”, XP009082463, por el artículo “Design and aerodynamic performance analysis of a variable-sweepwing morphing waveride”, XP086057310, y por el documento CN107985626, diversos sistemas de transporte hipersónico que ilustran el estado de la técnica.
[0010] Presentación de la invención
[0011] La presente invención tiene por lo tanto como objetivo principal proponer una solución de transporte que permita realizar largos viajes en poco tiempo.
[0012] Según un primer aspecto, la invención se refiere a un sistema de transporte hipersónico que comprende:
[0013] - una aeronave que comprende una fineza hipersónica mayor o igual a 2,5, comprendiendo la aeronave un dispositivo de propulsión secundario y unos sensores de posición, comprendiendo también la aeronave una superficie aerodinámica de forma variable;
[0014] - un dispositivo de propulsión principal que está fijado de forma extraíble a la aeronave;
[0015] - una unidad de control que está configurada para controlar la aeronave y el dispositivo de propulsión principal de manera que se realicen las siguientes etapas manteniendo un factor de carga por debajo de 1,5 G: * una etapa de despegue y ascenso hasta una altitud mayor o igual a 30 km con una velocidad mayor o igual a 3000 m/s, separándose el dispositivo de propulsión principal de la aeronave al final de la etapa de despegue y ascenso;
[0016] * una etapa de crucero por rebote en la atmósfera terrestre durante la cual la unidad de control controla el dispositivo de propulsión secundario para mantener la velocidad de la aeronave y mantener una trayectoria predefinida de la aeronave;
[0017] * una etapa de descenso y aterrizaje durante la cual la unidad de control controla la modificación de la forma de la superficie aerodinámica de la aeronave para lograr un descenso disipativo, controlando después la unidad de control el dispositivo de propulsión secundario para lograr una desaceleración activa de la aeronave después del descenso disipativo.
[0018] Tal sistema es especialmente ventajoso para realizar viajes de más de 6000 km.
[0019] Según una posible característica, la unidad de control está configurada para controlar la aeronave y el dispositivo de propulsión principal para asegurar un ascenso vertical durante la etapa de despegue y ascenso.
[0020] Según una característica posible, la unidad de control está configurada para controlar la aeronave y el dispositivo de propulsión principal para asegurar un descenso vertical durante la etapa de descenso y aterrizaje.
[0021] Según una característica posible, el dispositivo de propulsión principal es un motor de cohete de propulsantes líquidos.
[0022] Según una característica posible, el dispositivo de propulsión principal es un motor de cohete de propulsantes líquidos reutilizable.
[0023] Según una característica posible, el dispositivo de propulsión secundario comprende, por una parte, un conjunto propulsor delantero situado en un extremo delantero de la aeronave, y por otra parte, un conjunto propulsor trasero situado en un extremo trasero de la aeronave opuesto al extremo delantero, estando configurada la unidad de control para controlar el dispositivo de propulsión secundario para dar la vuelta a la aeronave en la etapa de descenso y aterrizaje.
[0024] Según una característica posible, el dispositivo de propulsión secundario es un dispositivo de propulsión reencendible (del francés, “ré-allumable”).
[0025] Según una característica posible, la aeronave comprende alas, comprendiendo cada una de las alas un extremo móvil que forma una superficie aerodinámica de forma variable.
[0026] Breve descripción de los dibujos
[0027] Otras características y ventajas de la presente invención se harán evidentes a partir de la descripción que se da a continuación, con referencia a los dibujos adjuntos que ilustran un ejemplo de realización sin ningún carácter limitativo.
[0028] [Fig.1] La figura 1 representa esquemáticamente un sistema de transporte hipersónico con una aeronave fijada a un propulsor de un dispositivo de propulsión principal.
[0029] [Fig.2] La figura 2 representa esquemáticamente una vista de frente de la aeronave de la figura 1.
[0030] [Fig.3] La figura 3 representa esquemáticamente el sistema de transporte hipersónico de la figura 1 que está posicionado en una estación de despegue.
[0031] [Fig.4] La figura 4 representa esquemáticamente el sistema de transporte hipersónico de la figura 1 que está posicionado en una estación de aterrizaje.
[0032] [Fig. 5] La figura 5 representa esquemáticamente las diferentes fases de un vuelo del sistema de transporte hipersónico.
[0033] Descripción de modos de realización
[0034] Como se ilustra en la figura 1, un sistema de transporte 1 hipersónico comprende una aeronave 2 así como un dispositivo de propulsión principal 3, sobre el que está montada la aeronave 2. La aeronave 2 tiene como función recibir a los pasajeros y transportarlos desde una estación de salida hasta una estación de llegada. El dispositivo de propulsión principal 3 tiene como función proporcionar la mayor parte del empuje necesario para llevar a cabo el trayecto entre la estación de salida y la estación de llegada.
[0035] El dispositivo de propulsión principal 3 puede ser, por ejemplo, un dispositivo con propulsión sólida, o un dispositivo con propulsión líquida. Por lo tanto, el dispositivo de propulsión principal 3 puede ser un motor de cohete de propergol sólido o un motor de cohete de propulsantes líquidos. De manera preferida, el dispositivo de propulsión principal 3 es reutilizable, es decir, que el dispositivo de propulsión principal 3 puede recuperarse y reacondicionarse con el fin de ser usado para múltiples misiones. Con el fin de garantizar la recuperación del dispositivo de propulsión principal 3, dicho dispositivo de propulsión principal 3 puede comprender unos flaps 31 desplegables y unos propulsores de volteo 32 ubicados en un extremo delantero del dispositivo de propulsión principal 3. Los flaps 31 y los propulsores de volteo 32 permiten garantizar el control del descenso y del aterrizaje del dispositivo de propulsión principal 3.
[0036] El dispositivo de propulsión principal 3 está fijado de forma amovible a la aeronave 2, lo que permite así separar el dispositivo de propulsión principal 3 de la aeronave 2 una vez completada la misión del dispositivo de propulsión principal 3. La fijación entre el dispositivo de propulsión principal 3 y la aeronave 2 puede lograrse, por ejemplo, mediante pernos explosivos.
[0037] La aeronave 2 comprende un dispositivo de propulsión secundario 21 que está configurado para impulsar el control de la trayectoria de la aeronave 2 y participar en él. El empuje proporcionado por el dispositivo de propulsión secundario 21 es menor que el empuje proporcionado por el dispositivo de propulsión principal 3. Preferentemente, el dispositivo de propulsión secundario 21 es un sistema de propulsión reencendible, lo que permite así iniciar de manera puntual el dispositivo de propulsión secundario 21 con el fin de proporcionar puntualmente empuje a la aeronave 2. El dispositivo de propulsión 21 puede ser, por ejemplo, un motor de cohete de propulsantes líquidos.
[0038] La aeronave 2 también comprende unos sensores de posición que permiten determinar la posición de la aeronave 2 durante las diferentes etapas del vuelo del sistema de transporte 1.
[0039] La aeronave 2 también comprende una superficie aerodinámica de forma variable 22 que permite controlar la forma de la aeronave 2 durante las diferentes etapas del vuelo del sistema de transporte 1, permitiendo así controlar la velocidad y la trayectoria de la aeronave 2. Como se puede ver en las figuras 1 y 2, la superficie aerodinámica de forma variable 22 puede estar formada por un extremo móvil 23a de las alas 23 de la aeronave 2, que puede bajarse o subirse con el fin de hacer variar la forma de las alas 23.
[0040] Para controlar los diferentes elementos del sistema de transporte 1, una unidad de control 4 está conectada a la aeronave 2 y al dispositivo de propulsión principal 3. La unidad de control 4 comprende por un lado una memoria en la que está grabado un procedimiento de control del sistema de transporte 1, y por otro lado, un procesador configurado para implementar el procedimiento.
[0041] Como se ilustra en la figura 5, la unidad de control 4 está configurada para controlar el sistema de transporte 1 con el fin de implementar las siguientes etapas:
[0042] - Una etapa de despegue y ascenso hasta una altitud mayor o igual a 30 km, con una velocidad mayor o igual a 3000 m/s. El empuje proporcionado durante esta etapa de despegue y ascenso lo proporciona el dispositivo de propulsión principal 3. Al final de la etapa de despegue y ascenso, el dispositivo de propulsión principal 3 se suelta de la aeronave 2, y puede después ser recuperado si el dispositivo de propulsión 3 es reutilizable. Esta etapa permite subir a una altitud suficiente y dar a la aeronave 2 una velocidad suficiente para implementar la siguiente etapa de crucero por rebotes sobre la atmósfera terrestre.
[0043] - Una etapa de crucero con rebotes sobre la atmósfera terrestre durante la cual la unidad de control 4 controla el dispositivo de propulsión secundario 21 para mantener la velocidad de la aeronave 2 y la trayectoria de la aeronave 2 predeterminada en función del destino de la aeronave 2. El dispositivo de propulsión secundario 21 se activa con el fin de garantizar que la aeronave 2 tenga una velocidad suficiente para rebotar en la atmósfera terrestre. El dispositivo de propulsión secundario 21 también se activa con el fin de controlar la magnitud de los rebotes, influyendo así en la trayectoria de la aeronave 2. La activación del dispositivo de propulsión secundario 21 puede ser puntual, por ejemplo, una activación antes de un rebote. Durante esta etapa de crucero, la aeronave 2 pierde altitud con respecto al punto de inyección. La velocidad de la aeronave 2 al final de esta etapa de crucero puede ser menor que la velocidad de inyección de la aeronave 2 al final de la etapa de despegue y ascenso.
[0044] - Una etapa de descenso y aterrizaje en el punto de destino, durante la cual la unidad de control 4 controla la modificación de la forma de la superficie aerodinámica de forma variable 22 de la aeronave 2 con el fin de lograr un descenso disipativo, controlando después la unidad de control 4 el dispositivo de propulsión secundario 21 para lograr la desaceleración activa de la aeronave tras la fase de descenso disipativo. Un descenso disipativo es una caída libre en la que la aeronave 2 desacelera por disipación con las fricciones de la atmósfera terrestre modificándose la forma de la aeronave 2 durante esta etapa de descenso disipativo con el fin de dar una forma que aumenta la disipación de energía cinética, no estando adaptada esta forma para las demás etapas y en particular para la etapa de crucero por rebotes en la atmósfera.
[0045] Como se ilustra en la figura 5, se puede realizar una maniobra de volteo de la aeronave 2 para llevar a cabo una desaceleración activa de la aeronave 2 por el dispositivo de propulsión secundario 21 con el fin de dirigir dicho dispositivo de propulsión secundario 21 en dirección del suelo y generar así un empuje que se opone al desplazamiento de la aeronave para desacelerarla. Para asegurar el vuelco de la aeronave 2 durante la etapa de descenso y aterrizaje, el dispositivo de propulsión secundaria 21 puede comprender por un lado un conjunto de propulsión delantero ubicado en un extremo delantero de la aeronave 2 y por otro lado un conjunto propulsor trasero ubicado en un extremo trasero de la aeronave 2, opuesto al extremo delantero, controlando la unidad de control 4 el conjunto propulsor delantero y el conjunto propulsor trasero con el fin de garantizar el volteo de la aeronave.
[0046] El hecho de realizar un descenso disipativo antes de realizar una desaceleración activa de la aeronave permite una desaceleración más suave de la aeronave 2, y permite también realizar maniobras de desaceleración activa mediante el dispositivo de propulsión secundaria 21 a una menor velocidad, y por lo tanto con un menor factor de carga para los pasajeros. Además, tal fase de descenso disipativo permite reducir la cantidad de combustible que necesita el dispositivo de propulsión secundario 2 para desacelerar activamente la aeronave.
[0047] Con el fin de permitir que la aeronave 2 realice rebotes sobre la atmósfera terrestre después de su inyección a una altitud mínima de 30 km y una velocidad mínima de 3000 m/s, la aeronave 2 tiene una fineza hipersónica mayor o igual a 2,5. Una fineza hipersónica de 2,5 corresponde a una forma que permite asegurar un avance de 2,5 metros por cada 1 metro de altitud de descenso, a una velocidad a partir de 1700 m/s (Mach 5).
[0048] El hecho de que la aeronave 2 se inyecte a una altitud mayor o igual a 30 km y a una velocidad mayor o igual a
3000 m/s, en combinación con su fineza de la aeronave 2, permite que la aeronave 2 rebote sobre la atmósfera terrestre. Además, a una altitud de por lo menos 30 km, el consumo de combustible se reduce ya que la densidad del aire es menor. Según una posible variante, la altitud a la que se inyecte la aeronave 2 al final de la etapa de despegue y ascenso está comprendida entre 30 km y 80 km. Según una posible variante, la velocidad a la que se inyecte la aeronave 2 al final de la etapa de despegue y ascenso está comprendida entre 3000 m/s y 6000 m/s. Además, con el fin de permitir acoger pasajeros de vuelos en avión comerciales actuales, es decir, pasajeros que no han seguido una entrenamiento especial, la unidad de control 4 controla el sistema de transporte 1 con el fin de mantener un factor de carga positivo e inferior a 1,5 G en las distintas etapas del transporte. Así, la unidad de control 4 controla la aceleración y la trayectoria del sistema de transporte 1 con el fin de mantener un factor de carga positivo e inferior a 1,5 G, y preferentemente con la menor oscilación posible comprendida entre 0,7 G y 1,5 G, o incluso, si es posible, con un factor de carga igual a 1 G ± 0,3 G.
[0049] Ventajosamente, como se ilustra en la figura 5, el ascenso del sistema de transporte 1 durante la etapa de despegue y ascenso es vertical. Por ascenso vertical se entiende aquí un ascenso con un ángulo menor o igual a 15° con respecto al eje vertical. El hecho de que el ascenso del sistema de transporte sea vertical permite que la onda de choque generada por el paso a Mach 1 se dirija horizontalmente y no hacia el suelo, reduciendo así significativamente la contaminación sonora en el suelo.
[0050] De manera similar, como se ilustra en la figura 5, el descenso de la aeronave 2 puede ser vertical en la etapa de descenso y aterrizaje. Por descenso vertical se entiende aquí un descenso con un ángulo menor o igual a 15° con respecto al eje vertical. El hecho de que el descenso del sistema de transporte 1 sea vertical permite también que la onda de choque provocada se dirija horizontalmente y no hacia el suelo, reduciendo así significativamente la contaminación sonora en el suelo.
[0051] La figura 3 representa esquemáticamente el sistema de transporte 1 que está instalado en una base de lanzamiento 5. La base de lanzamiento 5, mostrada en la figura 3, es una base adaptada para un despegue y ascenso vertical del sistema de transporte 1. La base de lanzamiento 5 comprende una rampa de conexión 51 que conecta la base de lanzamiento 5 a la aeronave con el fin de que los pasajeros puedan embarcar. En el caso en el que el dispositivo de propulsión principal 3 sea reutilizable y se recupere, el dispositivo de propulsión principal 3 puede regresar a la base de lanzamiento 5 tras soltarse de la aeronave 2 al final de la etapa de despegue y ascenso.
[0052] La figura 4 representa esquemáticamente la aeronave 2 que está instalada en una base de aterrizaje 6. La base de aterrizaje 6 ilustrada en la figura 4 es una base adaptada para un descenso y aterrizaje vertical de la aeronave 2. La base de aterrizaje 6 comprende una rampa de conexión 61 que conecta la base de aterrizaje 6 con la aeronave 2 para que los pasajeros puedan desembarcar.
Claims (8)
1. REIVINDICACIONES
1. Sistema de transporte (1) hipersónico para el transporte de pasajeros en un vuelo comercial, que comprende: - una aeronave (2) que comprende una fineza hipersónica mayor o igual a 2,5, comprendiendo la aeronave (2) un dispositivo de propulsión secundario (21) y unos sensores de posición, comprendiendo también la aeronave (2) una superficie aerodinámica de forma variable (22);
- un dispositivo de propulsión principal (3) que está fijado de forma amovible a la aeronave (2);
- una unidad de control (4) que está configurada para controlar la aeronave (2) y el dispositivo de propulsión principal (3) de manera que se realicen las siguientes etapas manteniendo un factor de carga positivo menor que 1,5 G y mayor que 0,7 G:
* una etapa de despegue y ascenso hasta alcanzar, al final de la etapa de despegue y ascenso, una altitud mayor o igual a 30 km y una velocidad mayor o igual a 3000 m/s, separándose el dispositivo de propulsión principal (3) de la aeronave (2) al final de la etapa de despegue y ascenso;
* una etapa de crucero por rebotes en la atmósfera terrestre durante la cual la unidad de control (4) controla el dispositivo de propulsión secundario (21) para mantener la velocidad de la aeronave (2) y mantener una trayectoria predefinida de la aeronave (2);
* una etapa de descenso y aterrizaje durante la cual la unidad de control (4) controla la modificación de la forma de la superficie aerodinámica de forma variable (22) de la aeronave (2) para realizar un descenso disipativo, controlando entonces la unidad de control (4) el dispositivo de propulsión secundario (21) para realizar un volteo y una desaceleración activa de la aeronave (2) después del descenso disipativo.
2. Sistema de transporte según la reivindicación 1, en el que la unidad de control (4) está configurada para controlar la aeronave (2) y el dispositivo de propulsión principal (3) para asegurar un ascenso vertical durante la etapa de despegue y ascenso.
3. Sistema de transporte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que la unidad de control (4) está configurada para controlar la aeronave (2) y el dispositivo de propulsión principal (3) para asegurar un descenso vertical durante la etapa de descenso y aterrizaje.
4. Sistema de transporte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el dispositivo de propulsión principal (3) es un motor de cohete de propulsantes líquidos.
5. Sistema de transporte según la reivindicación 4, en el que el dispositivo de propulsión principal (3) es un motor de cohete de propulsantes líquidos reutilizable.
6. Sistema de transporte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el dispositivo de propulsión secundario (21) comprende por una parte un conjunto propulsor delantero situado en un extremo delantero de la aeronave (2), y por otra parte un conjunto propulsor trasero situado en un extremo trasero de la aeronave (2) opuesto al extremo delantero, estando configurada la unidad de control (4) para controlar el dispositivo de propulsión secundario (21) para voltear la aeronave (2) cuando tiene lugar la etapa de descenso y aterrizaje.
7. Sistema de transporte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el dispositivo de propulsión secundario (21) es un dispositivo de propulsión reencendible.
8. Sistema de transporte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la aeronave (2) comprende unas alas, comprendiendo cada una de las alas un extremo móvil que forma una superficie aerodinámica de forma variable (22).
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