ES1079679U - Vehículo híbrido anfibio y volador - Google Patents

Abstract

1. Vehículo híbrido anfibio y volador, caracterizado por estar constituido por motor-propulsor (3), que pone en rotación las hélices multipala de proa (5) que realiza la impulsión vertical constante de aire a presión bajo fuselaje (1), tal aire se mantiene a suficiente presión mediante un faldón (2), que permite la levitación. Alas (8) cuadradas, "partidas" alrededor de la mitad de su longitud, y están constituidas por una superficie aerodinámica con curvatura de la parte superior del ala (extradós) y por debajo del ala (8) plana o con una curvatura menor (intradós). Hélice de popa (4), también en rotación mediante motor-propulsor (3), con cambio de sección en la tolva o campana (15). El vehículo se gobierna por alerón(es) de dirección (6) y profundidad (7) que pivotan sobre ejes colocados en la parte posterior del vehículo, detrás de la tolva o campana (15). 2. Vehículo híbrido anfibio y volador, según reivindicación 1, donde sus alas (8-14) se despliegan y repliegan de una forma automática al alcanzar la velocidad de vuelo. 3. Vehículo híbrido anfibio y volador, según reivindicación 1, donde sus alas (8) son fijas, de una sola pieza y desplegadas permanentemente.

Description

Vehículo híbrido anfibio y volador.

Vehículo híbrido anfibio y volador, con motor de combustión de cíclico Otto, convencional de gasolina.

El híbrido utiliza principios aerodinámicos denominados "Cojín de aire o colchón de aire", "Efecto suelo", y el efecto Venturi; el primero le permite la caracterización de anfibio, el segundo la caracterización de volador, y el tercero es propulsado por hélice de aviación y gobernado por alerón(es) de dirección y profundidad.

Sector de la técnica

El nuevo ingenio será un vehículo que por su actividad inventiva, características técnicas y funcionales pertenece a los sectores de la técnica de Ingeniería Industrial Mecánica y eléctrica de automoción terrestre, de Ingeniería aeronáutica y de la Ingeniería Naval.

Antecedentes de la invención

Se conocen arquetipos y modelos de vehículos parecidos a embarcaciones que utilizan el principio "Cojín de aire o colchón de aire" como es el caso aerodeslizador.

También se conocen arquetipos y modelos de vehículos parecidos a aviones que utilizan el principio "Efecto suelo" como es el caso del Ekranoplano, de invención rusa.

Los Hidrodeslizadores o aerobotes son embarcaciones pequeñas con el fondo plano propulsadas por una hélice de aviación.

Y finalmente el convertiplano es una aeronave dotada de alas fijas convencionales y propulsada por hélices cuyo eje de rotación es orientable, lo que la convierte en un híbrido entre el avión y el helicóptero.

Descripción de la invención

El fuselaje (1) es el cuerpo al que se encuentran unidos las alas y los estabilizadores tanto horizontales como verticales. Su interior es hueco, para poder albergar dentro a la cabina del piloto, la de mandos y grupo motorpropulsor (3). Su tamaño, obviamente, vendrá determinado por el diseño de la aeronave, y está fabricado con resina poliéster reforzada con fibra de vidrio, también hay otras posibilidades como fibra de carbono o Kevlar y aluminio aleado, que será en función del terreno que se utilice.

El vehículo objeto está dotado de un único grupo motor-propulsor (3), cuya función es la de generar la tracción necesaria para contrarrestar la resistencia aerodinámica que se genera precisamente por la sustentación, montado en la parte trasera del fuselaje o casco (1).

El motor-propulsor (3) de combustión interna, es cualquier tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. Se utilizan motores de combustión interna de cuatro tipos: el motor cíclico Otto, aunque también se contempla la posibilidad con motores de 2 tiempos.

El motor cíclico Otto (3), cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo inventó, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en automoción y aeronáutica.

El motor-propulsor (3) trasmite la energía mecánica producida mediante polea multiplicadora (13) a las hélices de proa (5), que es la hélice responsable de elevar el vehículo al impeler aire por debajo del (1), y una polea desmultiplicadora a las hélices de popa (4), que son las responsables de dar movimiento al vehículo en la dirección deseada. A diferencia de los aerodeslizadores que dispones de 2 o más motores, se dispone de un único motor responsables tanto del desplazamiento vertical como el horizontal.

El motor-propulsor (3) desarrolla una potencia de 140 CV, con una velocidad punta de 130 km/h, la aceración del motor se produce mediante pedal (11) en la parte inferior derecha del operador y mediante palanca (10) en la parte superior derecha para la fijación de esta, a través de cables envainados o varillas rígidas (de manera similar a los frenos de una bicicleta) hasta el carburador.

Las hélices multipala de proa (5), cuyos álabes (16) pueden ser metálicas de acero, o fibra de vidrio, lanzan un chorro de aire contra una superficie que se encuentra debajo del fuselaje (1), esto genera un colchón de aire o Cojín

de aire o colchón de aire, que permite su desplazamiento sobre superficie horizontal lo suficientemente regular como es el caso de llanuras, arena, agua y nieve.

Cojín de aire o colchón de aire es el nombre dado a una técnica de sustentación utilizada en vehículos y en la levitación de cargas, con el objetivo es que no tengan contacto con el suelo o con ninguna otra superficie, para esto se utiliza la impulsión vertical constante de aire a presión bajo el objeto en cuestión, tal aire se mantiene a suficiente presión mediante un faldón (2) que puede ser rígido o flexible, en este caso flexible de lona de PVC.

La idea de los cojines de aire fue propuesta en un principio para automóviles "futuristas" sin ruedas, aunque su aplicación se concretó en los aerotrenes y, especialmente, su aplicación resulta muy exitosa en los aerodeslizadores.

Las hélices multipala de popa (4) cuyos álabes (16) que pueden ser metálicas de acero, o fibra de vidrio, entubadas en tolva o campana (15) producen una fuerte columna de aire hacia atrás que impulsa el vehículo hacia delante, el cambio de sección en la tolva o campana (15) aumenta la velocidad de propulsión por el efecto Venturi.

El efecto Venturi (también conocido tubo de Venturi) consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido que va a pasar al segundo conducto. Este efecto, demostrado en 1797, recibe su nombre del físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822).

El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta sección. Por el teorema de la conservación de la energía mecánica, si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.

El manejo se logra al pasar el aire forzado producido por la hélice de popa (4), hélice motor propulsor (17) a través de dos timones de dirección (6), que se encuentran en posición vertical, de sección variable, en la parte trasera del fuselaje (1). Su número y forma deben ser determinadas por cálculos aeronáuticos según los requerimientos aerodinámicos y de diseño, que aporta la estabilidad direccional al vehículo. En éste se encuentra una superficie de control muy importante, el timón de dirección (6), con el cual se tiene controlado el curso del vuelo mediante el movimiento hacia un lado u otro de esta superficie, girando hacia el lado determinado sobre su propio eje debido a efectos aerodinámicos. Este efecto se denomina movimiento de «guiñada».

El propulsor de popa (17) produce una columna del aire que pasa a través de los timones de dirección (6), éstos se mueven a babor o estribor mediante el movimiento de una palanca, manillar o volante vertical (9) situada en el centro del operador. La palanca (9) se une a los timones de dirección (6) a través de cable envainado o varillas rígidas de manera similar a los frenos de una bicicleta.

Una vez realizada la sustentación del vehículo por reacción directa (el mencionado colchón de aire), ya que la acción directa de la fuerza creada por el chorro de aire eyectado contra una superficie, genera una reacción hacia arriba, la cual es lo suficientemente fuerte como para separar al vehículo de la superficie en cuestión y el propulsor de popa

(17) inicia el movimiento del mismo, se despliegan las alas (8) desde la posición de plagadas (14).

Las alas (8), constituidas por una superficie aerodinámica que le brinda sustentación al avión debido al efecto aerodinámico, provocado por la curvatura de la parte superior del ala (extradós) que hace que el aire que fluye por encima de esta se acelere y por lo tanto baje su presión (creando un efecto de succión), mientras que el aire que circula por debajo del ala (que en la mayoría de los casos es plana o con una curvatura menor y a la cual llamaremos intradós) mantiene la misma velocidad y presión del aire relativo, pero al mismo tiempo aumenta la sustentación ya que cuando este incide sobre la parte inferior del ala la contribuye a la sustentación, fuerza que contrarresta la acción de la gravedad.

Las partes más importantes de un ala son:

a) Borde de ataque. Es la parte del ala que encara al viento cuando el vehículo se encuentra en vuelo, normalmente tiene una forma redondeada.

b) Borde de salida. Es la parte trasera del ala y es la última sección que pasa a través del aire, su forma normalmente es delgada y aplanada.

c) Comba. Es la curvatura de un ala, va desde el borde de ataque hasta el borde de salida.

La alas (8) del vehículo son prácticamente cuadradas y están partidas en la mitad de su longitud, una vez desplegadas (mediante sistema de pistón hidráulico) y de forma automática. El hecho de tener unas alas que se despliegan y repliegan de una forma automática al alcanzar la velocidad de vuelo "lo hace único". La idea, no en vano, surgió al ver volar a las gaviotas y el efecto de 'planeo' que se produce como consecuencia del 'choque' del viento con las alas. También se contempla la posibilidad ser fijas en una sola pieza y desplegadas permanentemente. Ambas posibilidades del tipo de alas (8) permite volar al vehículo utilizando el efecto suelo y disminuyendo el consumo de carburante.

Se denomina efecto suelo al fenómeno aerodinámico que sucede cuando un cuerpo, con una diferencia de presiones entre la zona que hay por encima de él y la que hay por debajo, está muy cerca de la superficie terrestre, lo que provoca unas alteraciones en el flujo de aire que pueden aprovecharse en diversos campos.

Ciertos tipos de aeronaves vuelan gracias, entre otras cosas, a la creación de una zona de baja presión por encima de ellas y otra de alta presión por debajo. Cuando están lo suficientemente cerca del suelo, el aire que hay por debajo de ellas es presurizado contra el suelo, provocando que en esa zona de alta presión, la presión aumente todavía más, lo que a su vez conlleva un incremento de la sustentación.

Esto permite que los helicópteros y los convertiplanos despeguen con más carga y necesiten menos potencia para mantenerse en vuelo estacionario cerca del suelo. Además, es uno de los fundamentos más importantes para el vuelo de los ekranoplanos

Pues bien, cuando el vehículo vuela cerca de una superficie plana (sólida o líquida), hasta una altura aproximadamente igual a su envergadura, los torbellinos de punta de ala y el downwash (el efecto de la presencia de torbellinos es la creación de una corriente de aire hacia abajo, tras el ala) se ven desviados por dicha superficie, y la resistencia inducida se reduce drásticamente, haciendo el vuelo mucho más fácil y eficiente. El ángulo de ataque efectivo del ala, al disminuir la velocidad inducida, se hace más grande, aumentando la sustentación (recordad que la sustentación crece proporcionalmente al ángulo de ataque). Además, el aire atrapado entre el ala y el suelo se comprime, con lo que la diferencia de presiones entre extradós e intradós es mayor y el efecto global es otro aumento de sustentación. En resumen: hay más sustentación y menos resistencia aerodinámica.

Pero cerca del suelo, al producirse mayor sustentación y menor resistencia inducida, el ala necesaria es más pequeña, lo que a su vez redunda en reducir los pesos de la estructura, los motores y el combustible, y permite que el vehículo objeto sea mucho más eficiente. Por otro lado, el mayor problema de un avión de efecto suelo es que la alta densidad del aire al nivel del mar dificulta alcanzar grandes velocidades.

Sin embargo, el piloto humano no sienten mucho aprecio en general por este fenómeno, ya que hace que el vehículo sea más difícil de controlar (el piloto debe compensar la repentina disminución de resistencia sobre la marcha, y el avión tiende a quedarse en el aire, lo que es un problema si uno quiere aterrizar). Algo, que, por supuesto, los pájaros dominan a la perfección.

El timón superior de cola o timón de profundidad (7), es el responsable del «cabeceo», (situada en posición horizontal en la parte trasera del fuselaje (1)), garantizan la estabilidad en el sentido longitudinal, es decir, garantizan un ángulo de ataque constante si el piloto no actúa sobre los mandos. Dos pulsadores eléctricos (de subida y bajada), situados en la dirección del timón (9), proporcionan corriente a un motor de corriente continua cambiando las polaridades y a su vez el sentido de giro y permite el desplazamiento de este timón de profundidad (7), que controla la posición longitudinal del aparato, base de la regulación de la velocidad. Mediante el movimiento hacia arriba o hacia abajo de estas superficies, se inclina el avión hacia abajo o hacia arriba, lo que se llama control del ángulo de ataque, es decir su posición respecto a la línea de vuelo. Este es el movimiento de «cabeceo».

Para detenerse el piloto depende de la fricción del vehículo con el medio.

Respecto a la seguridad, al Igual que el hidrodeslizador, las hélices tanto de proa (5) como de popa (4) se encuentran protegidas por una malla metálica que evita que objetos entren en contacto con la misma.

Como se ha descrito, se pretende patentar un vehículo híbrido anfibio y volador con los principios físicos de efecto suelo, Cojín de aire o colchón de aire y efecto Venturi, que se aplican en la técnica a hidrodeslizadores, Aerodeslizadores, ekranoplanos, convertiplanos, y aviones convencionales.

Breve descripción de los dibujos

Fig. 1: Vista en perspectiva del vehículo híbrido anfibio y volador, con todos los mecanismos esenciales.

Fig. 2: Planta del vehículo con las alas desplegadas (8), con todos los mecanismos esenciales.

Fig. 3: Perfil longitudinal con las alas desplegadas (8), con todos los mecanismos esenciales. Fig. 4: Alzado Posterior con las alas desplegadas (8), con todos los mecanismos esenciales.

5 Fig. 5: Sección. Vista del mecanismo de trasmisión (13) de la hélice de popa (4) Fig. 6: Detalle de la hélice de popa (4). Fig. 7: Planta del vehículo con las alas plegadas (14), con todos los mecanismos esenciales.

Fig. 8: Alzado Posterior con las alas plegadas (14), con todos los mecanismos esenciales. Usos del vehículo

15 En principio, el uso del que podría ser el vehículo seria lúdico, pero no descarta que pueda tener otros usos, en labores de salvamento o otras aplicaciones. Como un vehículo con un fin lúdico, como en su día lo fueron los ultraligeros o las motos de agua, transporte para

técnicos o biólogos (acceso a lugares de difícil acceso).

Aunque también pudiera ser útil para otras labores como rescate en inundaciones, rescate en hielo, rescate en incendios (evacuación de lugares de difícil acceso).

Claims (2)

1. REIVINDICACIONES

   1. Vehículo híbrido anfibio y volador, caracterizado por estar constituido por motor-propulsor (3), que pone en rotación las hélices multipala de proa (5) que realiza la impulsión vertical constante de aire a presión bajo fuselaje 5 (1), tal aire se mantiene a suficiente presión mediante un faldón (2), que permite la levitación. Alas (8) cuadradas, "partidas" alrededor de la mitad de su longitud, y están constituidas por una superficie aerodinámica con curvatura de la parte superior del ala (extradós) y por debajo del ala (8) plana o con una curvatura menor (intradós). Hélice de popa (4), también en rotación mediante motor-propulsor (3), con cambio de sección en la tolva o campana (15). El vehículo se gobierna por alerón(es) de dirección (6) y profundidad (7) que pivotan sobre ejes colocados en la parte

   10 posterior del vehículo, detrás de la tolva o campana (15).
2. 2. Vehículo híbrido anfibio y volador, según reivindicación 1, donde sus alas (8-14) se despliegan y repliegan de una forma automática al alcanzar la velocidad de vuelo.

   15 3. Vehículo híbrido anfibio y volador; según reivindicación 1, donde sus alas (8) son fijas, de una sola pieza y desplegadas permanentemente.