ES2205620T3 - Procedimiento para la reduccion de cargas por rafagas en un avion. - Google Patents

Abstract

PROCEDIMIENTO PARA REDUCIR LAS CARGAS POR RAFAGAS QUE SURGEN EN UN AVION, EMPLEANDO ELEMENTOS DE AJUSTE QUE CONTRARRESTEN LAS CARGAS POR RAFAGAS QUE SE PRODUZCAN POR MEDIO DE UN AJUSTE, EN PARTICULAR DE TIMON DE DIRECCION, ALERONES EN LA PARTE INTERIOR DE LAS ALAS O SIMILARES, DONDE LA CARGA POR RAFAGA TOTAL ES EL RESULTADO DE LA SUMA DE LA CARGA BASE 1G Y DE LA CARGA ADICIONAL DEBIDA A LA RAFAGA QUE SE PRODUZCA, REGULANDOSE LOS ELEMENTOS DE AJUSTE EN FUNCION DE LA ALTURA DE VUELO, DE LA VELOCIDAD DE VUELO Y DEL PESO EN VUELO. CON EL FIN DE EVITAR LAS ALTAS VELOCIDADES DE AJUSTE NECESARIAS HASTA AHORA EN LOS ELEMENTOS DE AJUSTE SE LLEVA A CABO LA REGULACION DE LOS ELEMENTOS DE AJUSTE EN VUELO ASCENDENTE HASTA ALCANZAR LA ALTURA DE NAVEGACION DE CRUCERO DEL AVION, O DURANTE EL VUELO DE DESCENSO HASTA EL ATERRIZAJE DEL AVION, DE TAL MANERA QUE SE PRODUZCA UNA MODIFICACION DE LA DISTRIBUCION DE LA FUERZA ASCENSIONAL DE LAS ALAS, Y SE REDUZCA LA CARGA POR RAFAGAS TOTAL RESULTANTE MEDIANTE LA REDUCCION DE LA CARGA BASICA 1G.

Description

Procedimiento para la reducción de cargas por ráfagas en un avión.

La invención se refiere a un procedimiento para la reducción de cargas por ráfagas en un avión, usando elementos de regulación que contrarrestan las cargas por ráfagas que se producen mediante un ajuste, en particular, de alerones, flaps en las alas interiores o similares, resultando la carga total por ráfagas de la suma de la carga base de 1 g y de la carga adicional por una ráfaga que se produce, y ajustándose los elementos de regulación en función de la altitud de vuelo, de la velocidad de vuelo y del peso en orden de vuelo.

En las cargas que se producen en un avión durante el vuelo se diferencia, entre otras cosas, entre cargas por maniobras y por ráfagas. Las cargas por ráfagas, comparadas con las cargas por maniobras, se distinguen por que pueden estar sujetas a repentinas modificaciones temporales. Ello se debe a que con velocidades de vuelo elevadas, la modificación del ángulo de avance de las alas del avión inducida por una ráfaga se produce con mucha rapidez. Las modificaciones en las cargas por maniobras, en cambio, son originadas, por ejemplo, por desviaciones de la superficie del timón, así como por cambios en la posición de vuelo (por ejemplo, caída de la carga por maniobras con una transición de 1 g a 2,5 g). Estas modificaciones de carga se producen de forma relativamente lenta.

En el Airbus A340 ya se está usando de modo satisfactorio un sistema para la disminución de las cargas por maniobras. Con este sistema se pudieron reducir las cargas por maniobras hasta el nivel máximo de las cargas por ráfagas, lo que ventajosamente dio lugar a una reducción de peso de las alas.

Por el contrario, los sistemas para la disminución de las cargas por ráfagas no se pudieron imponer, debido a unos requisitos de sistema muy elevados. Si un avión se topa con una ráfaga, se inducen cargas adicionales, resultando la carga total de la carga base de 1 g y de la carga adicional por la ráfaga.

Carga total por ráfagas = carga base de 1 g +

\invtri

carga por ráfaga

Las cargas por ráfagas dominantes para las alas de avión resultan por lo general de ráfagas verticales, produciéndose las mayores cargas por ráfagas verticales en altitudes de vuelo por debajo de la altitud de crucero.

En el Airbus A320 se usa un sistema de disminución de ráfagas conocido. Si un A320 vuela hacia una ráfaga y se produce una determinada aceleración vertical, los alerones se abren simétricamente hacia arriba (en una ráfaga desde abajo). De este modo se reduce la sustentación en el ala exterior incrementada por el ángulo de avance adicional inducido. Así pues, en este procedimiento, en el momento en que se produce una ráfaga, se reduce la carga adicional originada por aquélla. Ello da lugar a una reducción de los momentos de flexión máximos. No obstante, puesto que las cargas adicionales inducidas por las ráfagas presentan unos elevados gradientes temporales, para la realización del procedimiento se requieren unas velocidades de regulación de timón muy elevadas (por lo que, debido a la elevada complejidad del sistema, también se producen inconvenientemente incrementos de peso). Un procedimiento similar se conoce por el documento US-A-4796192.

Por ello, la invención tiene como objetivo proponer un procedimiento del tipo mencionado al principio, mediante el cual se eviten las elevadas velocidades de ajuste requeridas actualmente de los elementos de regulación.

Este objetivo se logra según la invención, porque un ajuste de los elementos de regulación se realiza en el vuelo ascensional hasta alcanzar la altitud de crucero del avión o en el vuelo descendente hasta el aterrizaje del avión de tal modo, que se produce una modificación de la distribución de la sustentación del ala en la dirección de la envergadura y se reduce la carga total por ráfagas resultante mediante la reducción de la carga base de 1 g.

Una ventaja de la invención consiste en que, al contrario que en el procedimiento descrito al principio, se produce una desviación de los elementos de regulación independientemente de que exista realmente una ráfaga y, por tanto, tope con el avión o no. Puesto que la desviación del timón requerida durante el vuelo ascensional o descendente esencialmente depende sólo de la altitud de vuelo, de la velocidad de vuelo y del peso en orden de vuelo, ventajosamente no son necesarias unas velocidades de ajuste de flaps más elevadas que en los sistemas de disminución de cargas por maniobras ya usados. Además, debido a las cargas por ráfagas máximas, que sólo se producen en altitudes de vuelo por debajo de la altitud de crucero, es una ventaja que se posibilite una disminución de la carga por ráfagas hasta el nivel de carga por ráfagas en la altitud de crucero. Al alcanzar la altitud de crucero, ya no se debería producir ninguna desviación de los elementos de regulación para mantener pequeña la resistencia aerodinámica.

Otras configuraciones de la invención consisten en que,

- mediante un control de las desviaciones de los elementos de regulación durante el vuelo ascensional o descendente, se optimiza la distribución de la sustentación de 1 g y se minimiza la resistencia adicional aerodinámica.

- para el ajuste de los elementos de regulación, se despliegan simétricamente alerones hacia arriba y/o flaps dispuestos en las alas interiores hacia abajo, y que,

- mediante una aplicación para alas adaptivas o para alas con una curvatura variable, es posible un control muy efectivo de la distribución de la sustentación.

Gracias a la reducción según la invención de las cargas por ráfagas se posibilita de forma ventajosa una reducción de peso del avión, por lo que se reducen los costes de fabricación y el consumo de combustible. Esta ventaja domina en particular en aviones de larga distancia frente al aumento de la resistencia aerodinámica durante el vuelo ascensional o descendente.

Además es una ventaja que, además de una reducción de las cargas por ráfagas máximas que se producen, también se disminuyen al mismo tiempo las cargas por fatiga durante el vuelo ascensional o descendente del avión. De este modo, el ahorro de peso de las alas resultante afecta ventajosamente tanto a los componentes dimensionados según las cargas extremas (por ejemplo, plano superior del ala) como a los dimensionados según las cargas por fatiga (por ejemplo, plano inferior del ala).

Ventajosamente, la invención también se puede usar en aviones ya existentes, en los que es posible una desviación simétrica de los alerones. Aquéllos son, generalmente, aviones con un pilotaje "fly-by-wire". Puesto que aquí ya existen todos los sistemas necesarios, tampoco se originan costes adicionales.

Otra ventaja de la invención hay que verla en que, en la puesta en práctica de la invención, no se deben esperar problemas de homologación, ya que el sistema es físicamente comparable con los sistemas de disminución de cargas por maniobras ya en uso. Incluso en caso de avería del sistema, no existe ningún riesgo para la seguridad, ya que entonces sólo es necesaria la reducción de la velocidad de vuelo para limitar las cargas por ráfagas. Ventajosamente, el uso de un sistema de este tipo no tiene, por tanto, efectos negativos sobre la seguridad y la capacidad de maniobra de un avión.

Otras configuraciones de la invención hay que verlas en que, como elementos de regulación, se pueden prever sistemas activos o pasivos para la modificación de la distribución de la sustentación de las alas. Estos sistemas son independientes de si el control se realiza de forma mecánica, hidráulica, eléctrica, neumática u otra.

La carga base de 1 g es aquella carga que se corresponde con el peso momentáneo. Esta carga se genera cuando el peso del avión es compensado por la sustentación en el plano sustentador. Si, tal como se prevé en la invención, se reduce la sustentación en el plano sustentador mediante una "reducción de la carga base de 1 g", entonces el avión se mantiene en la altitud debido a que el peso del avión es compensado por un incremento apropiado del ángulo de avance. Así, la denominación "reducción de la carga base de 1 g" significa que se debe modificar el curso del momento de flexión por la envergadura del plano sustentador. La característica de la invención referente a la "modificación de la distribución de la sustentación de las alas" contempla este estado de cosas.

Contrariamente a esto, en los objetos conocidos antes citados es necesario que las desviaciones de los flaps siempre se produzcan con precisión en aquellos momentos en los que aparecen adicionalmente ráfagas o cargas adicionales. El control necesario para ello requiere unos sensores que detecten una ráfaga o carga adicional mediante la técnica de medición. Para ello se prevén, por ejemplo, medidores de aceleración que, con determinadas aceleraciones verticales, activan las desviaciones de los flaps. Esto requiere, debido a las desviaciones muy rápidas de los flaps, un complejo coste del sistema (sistema de sensores/regulación complejo), ya que las ráfagas o cargas adicionales actúan ya antes de inducir los procesos de regulación. Estos inconvenientes, inherentes a los sistemas conocidos antes citados, no se dan en el procedimiento según la invención. No se requiere un sistema adicional de sensores, ni el sistema de flaps requiere ninguna modificación, ya que no se precisan desviaciones rápidas de los flaps. Las desviaciones de los flaps realizadas en el procedimiento según la invención se efectúan de modo preventivo y no en el momento justo en el que aparece una ráfaga o una carga adicional.

En el objeto de la solicitud se parte de la constatación de que las cargas por ráfagas, críticas para un avión y por tanto con frecuencia dimensionadoras para la estructura del avión se encuentran en altitudes de vuelo por debajo de la altitud de crucero, y que mediante la reducción de estas cargas críticas se puede limitar la carga total del ala. Unas desviaciones de flaps apropiadas en el vuelo ascensional o descendente por debajo de la altitud de crucero hacen que se modifique la distribución de la sustentación del ala (en la dirección de la envergadura). Esta modificación se produce de tal modo que se reduce el momento de flexión del ala. En el ala exterior se reduce la sustentación tendencialmente y en el ala interior se incrementa. La sustentación total permanece aquí sin variación, sigue correspondiéndose con el peso del avión.

Las desviaciones de flaps necesarias dependen únicamente de determinados parámetros de vuelo como, por ejemplo, la altitud de vuelo, la velocidad o el peso del avión. Es totalmente irrelevante si se produce realmente o no una ráfaga crítica. En caso de que se produzca, la carga del momento de flexión resultante del ala se ha reducido. La carga del momento de flexión resultante resulta aquí de la carga base de 1 g (que fue modificada por las desviaciones de flaps correspondientes) y de la carga adicional debida a la ráfaga.

Claims (7)

1. Procedimiento para la reducción de cargas por ráfagas en un avión, usando elementos de regulación que contrarrestan las cargas por ráfagas que se producen mediante un ajuste, en particular, de alerones, flaps en las alas interiores o similares, resultando la carga total por ráfagas de la suma de la carga base de 1 g y de la carga adicional por una ráfaga que se produce, y ajustándose los elementos de regulación en función de la altitud de vuelo, de la velocidad de vuelo y del peso en orden de vuelo, caracterizado porque un ajuste de los elementos de regulación se realiza en el vuelo ascensional hasta alcanzar la altitud de crucero del avión o en el vuelo descendente hasta el aterrizaje del avión de tal modo, que se produce una modificación de la distribución de la sustentación del ala en la dirección de la envergadura y se reduce la carga total por ráfagas resultante mediante la reducción de la carga base de 1 g.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque, mediante un control de las desviaciones de los elementos de regulación durante el vuelo ascensional o descendente, se optimiza la distribución de la sustentación de 1 g y se minimiza la resistencia adicional aerodinámica.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque, como elemento de regulación, se prevé un sistema activo para la modificación de la distribución de la sustentación del ala.

4. Procedimiento según la reivindicación 1,2 ó 3, caracterizado porque, para el ajuste de los elementos de regulación, se despliegan simétricamente alerones hacia arriba y/o flaps dispuestos en las alas interiores hacia abajo.

5. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque, como elemento de regulación, se prevé un sistema pasivo para la modificación de la distribución de la sustentación del ala.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, 2, 3, 4 ó 5, caracterizado por una aplicación para alas adaptivas.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, 2, 3, 4 ó 5, caracterizado por una aplicación para alas con una curvatura variable.