ES2203839T3

ES2203839T3 - Elemento aerodinamico con curbatura variable, como flap de aterrizaje, ala, timon de profundidad o timon de direccion.

Info

Publication number: ES2203839T3
Application number: ES98103090T
Authority: ES
Inventors: Lucio Flavio Dr.-Ing. Campanile; Holger Hanselka
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1998-02-21
Publication date: 2004-04-16
Anticipated expiration: 2018-02-21
Also published as: EP0860355A1; EP0860355B1; DE59809308D1; DE19707392A1; US6010098A

Abstract

ELEMENTO CONSTRUCTIVO (9) AERODINAMICO, COMO POR EJEMPLO, UN ALERON, QUE MUESTRA UN FORO EXTERIOR (10) QUE PUEDE DEFORMARSE EN SECCION A LO LARGO DE LA DIRECCION DEL FLUJO (12), EN DONDE EL FORRO EXTERIOR (10) INCLUYE NERVIOS (1) DEFORMABLES DISPUESTOS EN SECCION A LO LARGO DE LA DIRECCION DE FLUJO (12) CON UN ARQUEAMIENTO VARIABLE. LOS NERVIOS (1) INCLUYEN UN CINTURON EXTERIOR (2) FLEXIBLE Y CERRADO, CUYA FORMA EXTERNA CORRESPONDE AL TRANSCURSO DEL FORRO EXTERIOR (10), QUE MUESTRA DIVERSOS TIRANTES DE REFUERZO (3) DE LONGITUD CONSTANTE QUE SE AGARRAN A AMBOS EXTREMOS DEL CINTURON EXTERIOR (2).

Description

Elemento aerodinámico con curvatura variable, como flap de aterrizaje, ala, timón de profundidad o timón de dirección.

La presente invención se refiere a un elemento aerodinámico para una aeronave con un revestimiento exterior deformable en sección transversal a lo largo de la dirección de la corriente, y con nervaduras de forma variable que refuerzan el revestimiento exterior en sección transversal a lo largo de la dirección de la corriente con una curvatura modificable. El elemento aerodinámico puede ser un flap de aterrizaje para un ala de avión, un ala en sí misma, pero, por ejemplo también un timón de profundidad o de dirección y similares.

Los elementos aerodinámicos pueden presentar una forma externa modificable para modificar, por ejemplo, la sustentación de un ala o para accionar un timón de profundidad o un timón de dirección. Estas funciones se realizan en elementos aerodinámicos usuales, no variables en su forma, basculando los correspondientes flaps.

Los elementos aerodinámicos con un revestimiento exterior deformable en sección transversal a lo largo de la dirección de la corriente se conocen por el documento US-A-3179357, el documento US-A-3716209, el documento US-A-3987984 y el documento US-A-4349169. Elementos aerodinámicos con nervaduras modificables en forma que refuerzan el revestimiento exterior en sección transversal a lo largo de la dirección de la corriente con una curvatura modificable se muestran en los documentos US5531407, USA4865275, USA2022806 y FRA2445267.

Los elementos aerodinámicos de aeronaves están sujetos al dictado estricto de la construcción ligera. Es decir, tienen que ser optimizados en relación con su peso y sus propiedades de carga. Una construcción de un ala usual, suficiente para estas condiciones marco presenta un revestimiento exterior que se refuerza cada vez por las nervaduras dispuestas a lo largo de la dirección de la corriente. Las nervaduras se disponen distanciadas una al lado de otra en dirección de la extensión principal del revestimiento exterior. Las nervaduras individuales se pueden componer de placas, cuyas zonas de borde forman marcos de contorno. El revestimiento exterior se sujeta sobre los marcos de las nervaduras y se une firmemente a éstas. A causa de esto, se consigue una estabilidad de forma suficiente, es decir, se consiguen propiedades de carga suficientes de toda el ala con un peso bajo.

La invención se basa en el objetivo de presentar un elemento aerodinámico con una curvatura modificable que satisfaga las condiciones de borde de la construcción ligera.

Eso se consigue conforme a la invención mediante un elemento aerodinámico, como por ejemplo, un flap de aterrizaje, un ala, un timón de profundidad o un timón de dirección, con un revestimiento exterior deformable en sección transversal a lo largo de la dirección de la corriente, y con nervaduras modificables en forma que refuerzan el revestimiento exterior en sección transversal a lo largo de la dirección de la corriente con una curvatura modificable, según la reivindicación 1.

El nuevo elemento aerodinámico, en su construcción básica, se parece a un ala conocida con una forma exterior no variable. Los puntales de refuerzo, sin embargo, no tienen como resultado un refuerzo completo de cada nervadura sino que permiten una deformación del cinturón exterior de las nervaduras, estando formado conscientemente de modo flexible. En esta deformación, que se realiza con ayuda del revestimiento exterior deformable y tendido sobre el cinturón exterior, se modifican los ángulos de inclinación entre el cinturón exterior y los puntales de refuerzo que actúan sobre el cinturón exterior. Y viceversa, esto significa que mediante una acción de fuerza que modifica estos ángulos de inclinación, se puede ajustar la curvatura del elemento aerodinámico. El cinturón exterior de las nervaduras se queda cerrado y se solicita a flexión en su zona de deformación como, esencialmente, una viga solicitada a flexión. Fuera de la zona de deformación la solicitación se realiza, esencialmente, con presión y/o tracción. En la comparación del peso de un elemento aerodinámico con nervaduras rígidas se suprime en el elemento aerodinámico nuevo con curvatura modificable el refuerzo completo de las nervaduras. El elemento aerodinámico nuevo presenta, globalmente, un peso bajo con una funcionalidad claramente mejorada.

Para la modificación de la forma de las nervaduras se pueden prever actuadores mecánicos que actúan directa o indirectamente sobre el cinturón exterior y/o sobre los puntales de refuerzo, de modo que al excitar los actuadores se modifican los ángulos de inclinación entre el cinturón exterior y los puntales de refuerzo actuantes.

También es posible, sin embargo, usar una instalación ya existente para mover el elemento aerodinámico con el fin de reunir las fuerzas necesarias para la modificación de la forma de las nervaduras. También, se puede recurrir a fuerzas aerodinámicas para la modificación de la forma de las nervaduras. En ambos casos se tiene que prever un dispositivo de enclavamiento para que se pueda fijar, opcionalmente, la forma modificada de las nervaduras.

También se puede sacar provecho de las fuerzas aerodinámicas para reducir solamente el despliegue de fuerza para actuadores mecánicos al transmitir las nervaduras en su forma modificada. Mientras se requieren para la modificación completa de forma, normalmente, actuadores aerodinámicos especiales, como por ejemplo, flaps activables, para la reducción del despliegue de fuerza para la modificación de la forma es suficiente una disposición adecuada de los puntales de refuerzo de modo que las fuerzas elásticas y, dado el caso, aerodinámicas, para deformar zonas determinados del cinturón exterior se compensan, parcialmente, por fuerzas aerodinámicas sobre otros zonas del cinturón exterior.

En el nuevo elemento aerodinámico las nervaduras se conectan de manera firme con el revestimiento exterior para que el revestimiento exterior siga todos los cambios de la curva de las nervaduras en toda su extensión. Además, en una unión fija del revestimiento exterior con las nervaduras se saca provecho de la rigidez del revestimiento exterior para la rigidez de perfil del elemento aerodinámico.

Esto es, en particular, importante si los puntales de refuerzo actúan a través de articulaciones de los lados finales sobre el cinturón exterior. En esta construcción la conexión entre los puntales de refuerzo y el cinturón exterior no presenta ninguna rigidez de flexión en sección transversal a lo largo de la dirección de la corriente. La rigidez total de perfil del elemento aerodinámico se basa, entonces, en la rigidez de flexión del cinturón exterior de las nervaduras y del revestimiento exterior, así como en la de los actuadores. Por una articulación de los lados finales de un puntal de refuerzo no se entiende, en general, una disposición en varias partes, sino una zona localizada entre el puntal de refuerzo y el cinturón exterior con una rigidez baja de flexión. En esta zona se pueden girar de manera opuesta el puntal de refuerzo y el cinturón exterior.

Bajo el aspecto de la rigidez de perfil puede ser recomendable formar las zonas de acción de los puntales de refuerzo relativamente rígidos a la flexión en el cinturón exterior. La rigidez de perfil del elemento aerodinámico no debe ser demasiada baja para evitar cambios de forma no deseados debido a la acción de fuerzas externas. La rigidez de flexión de los puntales de refuerzo se tiene que seleccionar claramente más grande que la rigidez de flexión del cinturón exterior de las nervaduras para que se evite una compresión del elemento aerodinámico, por ejemplo, por fuerzas externas.

En un ejemplo de realización concreta del nuevo elemento aerodinámico cada uno de los actuadores actúa por un lado sobre el cinturón exterior y por el otro lado sobre un puntal de refuerzo para influir directamente sobre el ángulo de inclinación de cada puntal de refuerzo frente al cinturón exterior. Pero, también es posible hacer actuar a los actuadores entre los puntales de refuerzo, entre sus zonas de acción en el cinturón exterior y/o entre las zonas del cinturón exterior. Los actuadores se pueden apoyar también de manera unilateral en una estructura maestra, por ejemplo en un larguero, del elemento aerodinámico y ahí solicitar el cinturón exterior y/o los puntales de refuerzo. Además, es posible el uso de actuadores en estratos. Éstos se pueden disponer, por ejemplo en forma de un estrato piezocerámico, directamente sobre el cinturón exterior o, también, se integra en un cinturón exterior que se compone por un material compuesto de fibras. Como alternativa las piezas del cinturón exterior se pueden formar, por ejemplo, de una aleación en forma de memoria. Al accionar los actuadores en estratos se modifica directamente la curvatura del cinturón exterior. Pero también en este caso los puntales de refuerzo influyen sobre la modificación de la curvatura y modifican su ángulo de inclinación frente al cinturón exterior de las nervaduras.

En ambos extremos de cada puntal de refuerzo se puede prever cada vez un actuador que actúa por un lado sobre un cinturón exterior y por el otro lado sobre un puntal de refuerzo. Cada uno de los actuadores, en esto, se debe disponer en la zona del ángulo de inclinación más pequeño entre el puntal de refuerzo y el cinturón exterior porque para la flexión deseada del cinturón exterior se dan las relaciones de palanca más apropiadas.

En un elemento aerodinámico con una cara de sobre presión curvada de modo cóncavo y con una cara de depresión curvada de modo convexo, .o sea, por ejemplo en un flap de aterrizaje para el ala de un avión, los puntales de refuerzo se disponen, preferentemente, de tal modo que la distancia de dos puntales de refuerzo adyacentes en la cara de sobre presión curvada de modo cóncavo es más pequeña que en la cara de depresión curvada de modo convexo. Con una modificación del ángulo de inclinación de los puntales de refuerzo al cinturón exterior de las nervaduras se aumenta tanto la curvatura cóncava del revestimiento exterior en la cara de sobre presión como también la curvatura convexa del revestimiento exterior en la cara de depresión y, con esto, se aumenta la sustentación del perfil. La disposición de los puntales de refuerzo concretamente descrita para el caso de un flap de aterrizaje es expresión de la teoría más general de disponer los puntales de refuerzo si es posible de tal modo que efectúan solamente una transmisión de fuerza en sentido de la deformación por flexión deseada del cinturón exterior de las nervaduras y que se evita una carga del cinturón exterior a presión o tracción, así como cargas transversales del cinturón exterior que conducen a abolladuras del cinturón exterior.

Mediante un accionamiento diferente de varias nervaduras dispuestas en los lados de modo adyacente se puede conseguir también una torsión del revestimiento exterior por su eje lateral perpendicularmente a la dirección de la corriente. Este efecto no es solamente utilizable para la realización de una torsión deseada. Más bien, se puede dirigir al fin de contrarrestar a una torsión del revestimiento exterior por la acción de fuerzas externas.

En un revestimiento exterior suficientemente rígido a la flexión el cinturón exterior de las nervaduras no se tiene que prever como elemento separado de estructura en el elemento aerodinámico nuevo. Incluso es posible integrar el cinturón exterior de las nervaduras en el revestimiento exterior.

La invención se presenta y describe a continuación mediante los ejemplos de realización:

Figura 1 muestra una sección transversal a través de una nervadura de un elemento aerodinámico conforme a la invención en dos posiciones con curvaturas diferentes.

Figura 2 muestra una sección transversal a través del elemento aerodinámico conforme a la invención según la figura 1.

Figura 3 muestra una sección transversal a través de una forma de realización alternativa de la nervadura del elemento aerodinámico conforme a la invención.

Figura 4 muestra una vista del elemento aerodinámico conforme a la invención.

Figura 5 muestra un dibujo esquemático de una torsión del elemento aerodinámico conforme a la invención.

Figura 6 muestra una forma de realización especial del elemento aerodinámico conforme a la invención en un dibujo en perspectiva.

Figura 7 muestra una vista lateral de otra forma de realización alternativa de una nervadura del elemento aerodinámico conforme a la invención.

Figura 8 muestra una vista desarrollada del elemento aerodinámico con una forma de realización práctica de la nervadura según la figura 7.

Figura 9 muestra una modificación de la forma de la nervadura según la figura 7.

Figura 10 muestra la posibilidad de acción de diferentes actuadores en la nervadura según la figura 7.

Figura 11 muestra el resultado de dos simulaciones FEM que se refiere a una curvatura cerrada y a una curvatura abierta de la nervadura según la figura 7.

Figura 12 muestra una simulación FEM que se refiere a la estabilidad de perfil de la nervadura según la figura 7 en el esfuerzo durante el servicio.

Figura 13 muestra el resultado de otra simulación FEM que se refiere a la extensión de cada zona de estructura de la nervadura según la figura 7

Figura 14 muestra un diagrama para la balanza de energía en la deformación de la nervadura 7 según la figura 9.

Figura 15 muestra el uso de actuadores aerodinámicos para la modificación de las formas de la nervadura según la figura 7 y

Figura 16 muestra un procedimiento para deformar la nervadura según la figura 7 usando una instalación presente para girar el elemento aerodinámico.

En las figuras 1 a 16, que muestran elementos aerodinámicos conforme a la invención, se trata de flaps de sustentación alta de un ala de un avión no mostrado aquí, que también se denominan como flaps de aterrizaje. La invención, sin embargo, no se limita a flaps de sustentación alta para alas. Su aplicación, por ejemplo, es también posible en las alas mismas, así como en timones de profundidad y de dirección. La descripción de la invención mediante flaps de aterrizaje debe solamente explicar su realización básica.

En la figura 1a y 1b la misma nervadura 1 se presenta en dos diferentes posiciones, en la que la curvatura de la nervadura 1 en la posición según la figura 1b es más grande que en la posición según la figura la. La nervadura 1 se compone esencialmente por un flexible cinturón exterior 2 cerrado y una variedad de puntales de refuerzo 3 constante en longitud. Cada uno de los puntales de refuerzo 3 actúan en sus dos extremos sobre el cinturón exterior 2. Al mismo tiempo, se forman entre el cinturón exterior 2 y los puntales de refuerzo 3 cada vez articulaciones 4. Las articulaciones 4, como mostrado en la figura 1, se pueden formar de varias piezas o, también, por una zona particularmente flexible de una sola pieza. Los zonas de acción de los puntales de refuerzo 3 en el cinturón exterior 2 presentan por las articulaciones 4, globalmente, ninguna rigidez a la flexión mencionable. Los puntales de refuerzo 3, en cambio, comparados con el cinturón exterior 2 son extremamente rígidos y evitan una compresión del cinturón exterior 2 con la acción de fuerzas externas. Al mismo tiempo, sin embargo, los puntales de refuerzo 3 se disponen de tal modo que permiten una deformación dirigida de la nervadura 1. En este caso se trata de un aumento de la curvatura entre la figura la y la figura 1 b. Los puntales de refuerzo 3 no se cruzan en concreto y la distancia de las zonas de acción de los puntales de refuerzo 3 en el cinturón exterior 2 son en la cara de sobre presión 5 de la nervadura más pequeña que en la cara de depresión 6 de la nervadura 1. Con la modificación de la curvatura de la nervadura 1 se modifican los ángulos de inclinación 7 y 8 entre el cinturón exterior 2 y los puntales de refuerzo 3. Los ángulos de inclinación 7 y 8 dadas en la figura 1 se disminuyen con la curvatura creciente de la nervadura 1.

Esta relación entre la curvatura de la nervadura 1 y los ángulos 7 y 8 se utiliza en el elemento aerodinámico 9 según la figura 2 para la modificación voluntaria de la curvatura. Para esto, se disponen entre el cinturón exterior 2 y los puntales de refuerzo 3 actuadores mecánicos 10 que accionen en la zona de los ángulos de inclinación 7 y 8 no dibujados según la figura 1. En los actuadores 10 se puede tratar de actuadores mecánicos sobre la base de, por ejemplo, un cristal piezoeléctrico o materiales magnetostrictivos. La nervadura 1 se sujeta con un revestimiento exterior 11 y conectado firmemente. El revestimiento exterior 11 forma la superficie exterior del elemento aerodinámico 9. La rigidez total a flexión del elemento aerodinámico 9 en el plano de caracteres según la figura 2, en la que se trata de una sección transversal a lo largo de la dirección de la corriente, se compone por porciones de la rigidez a flexión del cinturón exterior 2 y del revestimiento exterior 11 así como de la rigidez de los actuadores 10. Los puntales de refuerzo 3 se pueden considerar, al mismo tiempo, como rígidos. Los actuadores 10 se disponen, cada uno, en la zona de los ángulos de inclinación más pequeños al cinturón exterior 2 de la nervadura 1, porque aquí se presenta condiciones de instalación mejores y también porque las relaciones de palanca para la flexión del cinturón 2 son más apropiados.

En la forma de realización alternativa, mostrada en la figura 3, de una nervadura 1 las zonas de paso 13 se forman rígidos a la flexión entre los puntales de refuerzo 3 y el cinturón exterior 2. Es decir, no se prevén ningunas articulaciones 4 como en la forma de realización según las figuras 1 y 2. Más bien, se presentan incluso refuerzos de material para evitar el doblar de los puntales de refuerzo 3 en estos zonas de acción. La forma de realización de la nervadura 1 según la figura 3 tiene la ventaja que la rigidez a la flexión es claramente más grande que en la forma de realización según las figuras 1 y 2. Esto significa, naturalmente, también que una deformación para cambiar la curvatura de la nervadura 1 se puede introducir sólo con fuerzas mayores que en la forma de realización según las figuras 1 y 2.

La figura 4 es el dibujo en perspectiva de una sección del elemento aerodinámico 9, es decir, del flap de aterrizaje tomado de ejemplo. En esto, los componentes visibles de la nervadura 1 frontal se describen de modo sencillo. En la dirección de extensión principal del elemento aerodinámico 9 se disponen de manera adyacente en los lados varias nervaduras 1 que cada una se conecta de modo fijo con el revestimiento exterior 11.

Si, por ejemplo, la nervadura 1 mediana de las 3 dispuestas de manera adyacente no, y las dos nervaduras 1 exteriores actúan en sentido contrario sobre una modificación de la forma, resulta una torsión del elemento aerodinámico 9 que se dibuja en figura 5. La figura 5 describe con líneas punteadas un dibujo en perspectiva de manera esquemática del elemento aerodinámico 9 que corresponde a la figura 4. El elemento aerodinámico 9 torsionado se muestra con líneas continuas también de manera esquemático y en perspectiva.

En la forma de realización del elemento aerodinámico 9 según la figura 6 se forma el cinturón exterior 2 de la nervadura visible 2 en una pieza con el revestimiento exterior 11 o se integra en éste. Es decir, al lado del revestimiento exterior 11 no se presenta ningún cinturón exterior 2. Los puntales de refuerzo 3 actúan directamente en zonas de acción 13 sobre el revestimiento exterior 11 que, al mismo tiempo, forma el cinturón exterior. A causa de esto, se consigue una construcción aún más sencilla del elemento aerodinámico 9 que en la forma de realización según las figuras 1 a 5.

La nervadura 1 mostrada en la figura 7 presenta dos tipos de puntales de refuerzo 3 constante de longitud. Dos puntales de refuerzo 3 forman los puntales principales 14, mientras los otros puntales de refuerzo 3 forman puntales secundarios 15. Los puntales principales 14 se forman particularmente estable y se prevé para el alojamiento de la nervadura 1 en una estructura maestra 16 que se muestra en forma de superficies plumeadas. El alojamiento de la nervadura 1 en una estructura maestra 16 es necesaria para la denudación de las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre la nervadura 1 a través del revestimiento exterior no mostrado aquí. Los puntales secundarios 15 entre los puntales principales 14 se disponen de manera paralela uno al otro y paralela a los puntales principales 14. Los puntales secundarios 15 detrás del puntal principal 14 trasero se disponen con una inclinación creciente. En esto, se trata de una disposición optimizada que realiza una concentración de la flexibilidad de la curvatura de la nervadura 1 en su zona trasero. Las conexiones entre los puntales de refuerzo 3 y el cinturón exterior 2 se realizan como conexiones flexibles. En los puntales secundarios 15 las conexiones se forman como puntos de flexión controlados 17, que es suficiente debido a la carga baja en este punto. Por la figura 8 se realiza una posible conexión de la nervadura 1 con la estructura maestra 16. Como componente de la estructura maestra se prevén dos largueros 16. Los largueros se presentan en la mayoría de las estructuras de alas usuales. Los largueros 16 se conectan en la zona de las articulaciones 4 inferiores con los rayos principales 14 y de esta manera con la nervadura 1 entera. En esto, el cinturón exterior 2 se apoya en la cara inferior de los largueros 16. En la figura 8 se muestra también el revestimiento exterior 11 del elemento aerodinámico 9, en la que se divide en una cara inferior y una cara superior.

La figura 9 muestra la nervadura 1 según la figura 7 en estado deformada, en la que en el fondo se describe la nervadura 1 no deformada. La modificación de la curvatura de la nervadura 1 en su zona de la curvatura trasero se puede identificar claramente. Por la disposición especial de los puntales de refuerzo 3 frente al cinturón exterior 2 resulta una deformación mostrada en la figura 9 relativamente independiente, en la que se realicen las fuerzas para la deformación. Por lo tanto, existen varias posibilidades de acción para actuadores, y la nervadura 1 no prescinde de ningún modo determinada o modo de acción de los actuadores.

La figura 10 muestra posibilidades de acción diferentes para actuadores en la nervadura 1 según la figura 7 para conseguir la modificación de la forma según la figura 9. Una flecha 19 indica como se puede conseguir una deformación en la zona de borde de la nervadura a través de una fuerza orientada hacia arriba. Por ejemplo, con un actuador aerodinámico en forma de un flap activable. De manera correspondiente, una flecha 20 indica como, también, se puede conseguir una deformación en la zona del borde trasero de la nervadura 1 a través de una fuerza orientada hacia abajo. Una flecha 21 figura un actuador entre el larguero 18 de la estructura maestra 16 y el puntal principal delantero 14. Las flechas 22 figuran la acción de un actuador entre la articulación superior 4 del puntal principal delantero 14 y la articulación inferior 4 del puntal principal trasero 14. Una flecha giratoria 23 figura una articulación activa entre el cinturón 2 y el puntal principal delantero 14 en su zona inferior o un actuador accionado en la articulación inferior 4 del puntal principal delantero 14. Otra flecha giratoria 24 figura una actuación integrada en la estructura en la zona trasero de la curvatura.

Los resultados de las simulaciones FEM mostrados en las figuras siguientes se basan en un modelo de la nervadura de cinturón 1 según la figura 7 con los siguientes datos:

profundidad de perfil	1500 mm
sección transversal del cinturón	ancho 50 mm, espesor 10 mm
material	aluminio
accionamiento	fuerza horizontal en el puntal principal delantero

El modelo se refiere a un flap de alta sustentación de un avión comercial grande.

La figura 11 muestra la deformación debido a una fuerza horizontal de 2.600 N sobre el rayo principal delantero aproximadamente en sentido de la flecha según la figura 8. En esto, la fuerza según la figura 11a) se orienta hacia la derecha y conduce a una curvatura cerrada de la nervadura 1, mientras la fuerza según la figura lb se orientada hacia la izquierda y conduce a curvatura abierta de la nervadura 1. La desviación vertical 25 de la nervadura 1 en su borde trasero tiene en ambos casos aproximadamente 47 mm, sin embargo, en sentido diferentes. Por esta causa, las propiedades aerodinámicas de un elemento aerodinámico se pueden cambiar con la nervadura 1 a gran escala.

El resultado mostrado en la figura 12 de otra simulación FEM se refiere a la estabilidad de forma de la nervadura 1 según la figura 7 con los datos de arriba frente a las fuerzas exteriores. Se basa en el esfuerzo típico de servicio con las dimensiones de 3.000Nm. La resultante desviación máxima del perfil de la nervadura 1 se muestra amplificado considerablemente en la figura 12 y tiene en sentido vertical de la nervadura más de 3 mm. Es decir, la deformación pasiva de la nervadura 1 por esfuerzos de servicio es más de una dimensión más pequeña que la deformación deseada de la nervadura 1 según la figura 11.

La figura 13 describe el resultado de otro cálculo FEM. El cálculo se basa en el esfuerzo máximo, con el que se tiene que contar en el servicio (esfuerzo de maniobra), previsto con factor de seguridad de 1,5. Esto resulta en un esfuerzo nominal de aprox. 8.000 Nm. La extensión máxima tiene en la zona del cinturón 2 y en los puntales de refuerzo 3 menos de 0,34% y está, por lo tanto, en una zona no crítica.

La nervadura 1 según la figura 7 presenta un balance de energía, en particular, apropiado en una acción de actuador para el objetivo de su deformación. Por disposición de los puntales de refuerzo 3 bajo criterios aerodinámicos se efectúa que el sentido de la desviación en la mayor parte del perfil es opuesto al sentido en la zona de la curvatura. Esto conduce a que una parte del trabajo mecánico, que, por ejemplo, es necesario para bajar la zona de la curvatura, a través de otras zonas del perfil se obtenga por las fuerzas aerodinámicas debido al soplado de cada elemento aerodinámico. En la figura 14 se marcan las zonas, en las que al cambio de forma se presentan fuerzas aerodinámicas opuestas, con un signo de substracción, mientras las zonas, en las que al cambio de forma se presentan fuerzas aerodinámicas que apoyan, con un signo de adición. La porción relativamente más grande de las zonas señaladas con un signo de adición muestra que cabe la posibilidad de ganar energía que es necesaria para la deformación de la nervadura 1. De esto se puede ganar hasta 50% de la energía total necesaria.

La figura 15 describe como se generan fuerzas aerodinámicas adicionales a través de actuadores aerodinámicos 26 en la zona del borde frontal y/o trasero para provocar, exclusivamente, la modificación de la forma deseada de la nervadura 1. En cuanto a los actuadores aerodinámicos 26 se puede tratar de, por ejemplo, flaps activables que se pueden posicionar en diferentes ángulos al cinturón exterior 2 de la nervadura 1. Con esto, fuerzas aerodinámicas se pueden provocar en sentido de las flechas 19 y 20 según la figura 10 u opuestas a estas flechas. Los actuadores aerodinámicos, sin embargo, no son apropiado para conservar una modificación de la forma de la nervadura 1. Para esto se prevé un dispositivo de enclavamiento 27 que actúa entre el larguero delantero 18 de la estructura maestra 16 y el puntal principal 14. Los actuadores aerodinámicos 26 se necesitan y se activan solamente hasta que se ha llevado a cabo la modificación de la forma deseada. Entonces, la modificación de la forma se fija con el dispositivo de enclavamiento 27. A continuación, los actuadores aerodinámicos 26 pueden volver a su posición neutra para no provocar, por ejemplo, una fricción de corriente no deseada. En lugar de los actuadores aerodinámicos en forma de flaps según la figura 15, también, son posibles, por ejemplo, elementos de superficie deformables del elemento aerodinámico como actuadores integrados de cuerpos sólidos.

Para el caso especifico de un flap de sustentación alta de un avión comercial grande se desarrolló un concepto particular de accionamiento para la modificación de la forma deseada de la nervadura 1 según la figura 7. Este concepto de accionamiento saca provecho del accionamiento de flap para la deformación del elemento aerodinámico y no necesita ninguna actuación adicional. El funcionamiento del concepto de accionamiento se describe a continuación con ayuda de la figura 16. La nervadura 1 dispone de dos mecanismos de acoplamiento 28 y 29 que conectan de manera fija una zona del cinturón exterior 2, opcionalmente, con la estructura maestra 16 o con una estructura sobrepuesta 30, por ejemplo, con la caja de ala de la ala, en la que se monta el flap de sustentación alta. Los mecanismos de acoplamiento 28 y 29 se pueden formar, por ejemplo, como un freno o un embrague. Si el flap de sustentación alta entra por el accionamiento de flap presente, mientras el mecanismo de acoplamiento es activo entre el cinturón exterior y la estructura sobrepuesta 30, el cinturón exterior se deforma de tal modo que la zona de la curvatura trasera se cierra (figura 16b). Si, ahora, el mecanismo de acoplamiento 28 se activa con la estructura maestra 16 y se desactiva el mecanismo de acoplamiento 29, el flap de sustentación alta puede retroceder, en estado deformado, hacia la posición inicial (figura 16c). Con un concepto similar también otros elementos aerodinámicos, como por ejemplo timones transversales, de profundidad y de dirección, se pueden accionar respecto a su deformación.

Lista de denominación

1	-	nervadura
2	-	cinturón exterior
3	-	puntal de refuerzo
4	-	articulación
5	-	cara de sobre presión
6	-	cara de depresión
7	-	ángulo de inclinación
8	-	ángulo de inclinación
9	-	elemento aerodinámico
10	-	actuador mecánico
11	-	revestimiento exterior
12	-	dirección de la corriente
13	-	zona de acción
14	-	puntal principal
15	-	puntal secundario
16	-	estructura maestra
17	-	puntos de flexión controlada
18	-	larguero
19	-	flecha
20	-	flecha
21	-	flecha
22	-	flecha
23	-	flecha giratoria
24	-	flecha giratoria
25	-	desviación
26	-	actuador aerodinámico
27	-	dispositivo de enclavamiento
28	-	mecanismo de acoplamiento
29	-	mecanismo de acoplamiento
30	-	estructura sobrepuesta

Claims

1. Elemento aerodinámico (9) para una aeronave, como un flap de aterrizaje, un ala, un timón de profundidad o un timón de dirección, con un revestimiento exterior (11) deformable en sección transversal a lo largo de la dirección de la corriente (12), y con nervaduras (1) modificables en forma que refuerzan el revestimiento exterior (11) en sección transversal a lo largo de la dirección de la corriente (12) con una curvatura modificable; en el que las nervaduras (1) presentan un cinturón exterior (2) cerrado y flexible unido de manera fija con el revestimiento exterior (10), cuya forma exterior se corresponde con el recorrido del revestimiento exterior (11), y varios puntales de refuerzo (3) de longitud constante que actúan sobre ambos extremos en el cinturón exterior (2); en el que se prevé, al menos, un actuador (10; 26) mecánico o aerodinámico para deformar las nervaduras (1) que actúa directa o indirectamente sobre el cinturón exterior (2) y/o sobre los puntales de refuerzo (3), con el que se realiza una modificación de la forma deseada de las nervaduras (1), que no se puede alcanzar mediante la carga máxima del elemento (9) en funcionamiento.

2. Elemento aerodinámico según la reivindicación 1, caracterizado porque se prevé, al menos, un actuador mecánico (10) para deformar las nervaduras (1) que actúa directa o indirectamente sobre el cinturón exterior (2) y/o sobre los puntales de refuerzo (3) de modo que al accionar el actuador (10) los ángulos de inclinación (7, 8) varían entre el cinturón exterior (2) y los puntales de refuerzo (3) actuadores.

3. Elemento aerodinámico según la reivindicación 2, caracterizado porque se prevé un dispositivo para mover el elemento aerodinámico (9) para deformar las nervaduras (1).

4. Elemento aerodinámico según la reivindicación 1, caracterizado porque se prevé, al menos, un actuador aerodinámico (26) para deformar las nervaduras (1) que actúa directa o indirectamente sobre el cinturón exterior (2).

5. Elemento aerodinámico según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los puntales de refuerzo (3) actúan de tal modo sobre el cinturón exterior (2) que se soporta una modificación deseada en la forma de las nervaduras (1) mediante fuerzas aerodinámicas.

6. Elemento aerodinámico según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los puntales de refuerzo (3) actúan a través de articulaciones (4) terminales sobre el cinturón exterior (2).

7. Elemento aerodinámico según una de las reivindicaciones 1 a 6, con una cara de sobre presión curvada de modo cóncavo y con una cara de depresión curvada de modo convexo, caracterizado porque la distancia de dos puntales de refuerzo (3) adyacentes en el cinturón exterior (2) es menor en la cara de sobre presión curvada de modo cóncavo (5) que en la cara de depresión curvada de modo convexo (6).

8. Elemento aerodinámico según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque varias nervaduras (1) dispuestas adyacentes lateralmente se controlan de modo tan diferente que se consigue una torsión del revestimiento exterior (11) alrededor de un eje transversal.

9. Elemento aerodinámico según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el cinturón exterior (2) de las nervaduras (1) se integra en el revestimiento exterior (11).