ES2228772T3 - Sistema de estabilizacion de un avion sin piloto y sistema de pilotaje de un avion sin piloto que utiliza un sistema de estabilizacion de este tipo. - Google Patents

Sistema de estabilizacion de un avion sin piloto y sistema de pilotaje de un avion sin piloto que utiliza un sistema de estabilizacion de este tipo.

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ES2228772T3 ES01401901T ES01401901T ES2228772T3 ES 2228772 T3 ES2228772 T3 ES 2228772T3 ES 01401901 T ES01401901 T ES 01401901T ES 01401901 T ES01401901 T ES 01401901T ES 2228772 T3 ES2228772 T3 ES 2228772T3
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Abstract

Sistema de estabilización de un avión sin piloto, que comprende un captador óptico (10), dotado de cuatro ventanas (11) transparentes y diametralmente opuestas dos a dos, fijado a una platina (12), que se caracteriza porque este captador (10) está montado en un sistema tipo cardan, con dos ejes de rotación perpendiculares (15, 16), siendo un bastidor (22) móvil alrededor de un primer eje (15) paralelo al eje longitudinal del fuselaje del avión sin piloto (39), estando el segundo eje (16), que es horizontal, fijado a este bastidor (22), siendo la platina (12) móvil alrededor de este segundo eje (16), y porque el citado sistema comprende dos servocomandos (20, 21) de comando de la posición del captador óptico, estando el primero fijado al fuselaje del avión sin piloto (39), y siendo el segundo solidario con este bastidor (22).

Description

Sistema de estabilización de un avión sin piloto y sistema de pilotaje de un avión sin piloto que utiliza un sistema de estabilización de este tipo.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un sistema de estabilización de un avión sin piloto, y a un sistema de pilotaje de un avión sin piloto que utiliza ese sistema de estabilización.
Estado de la técnica
Cuando un avión sin piloto debe evolucionar fuera de la vista del piloto que está en tierra, el problema más importante que se debe resolver consiste en su estabilización, puesto que el pilotaje a partir de las imágenes transmitidas por un captador tal como una cámara de televisión, resulta delicado. Para realizar automáticamente una estabilización de ese tipo, se conoce el hecho de utilizar una minicentral inercial. Pero una central de este tipo resulta voluminosa, consume energía eléctrica, y es relativamente cara.
Se conoce igualmente el hecho de utilizar un captador óptico que, mediante la medición de la iluminación recibida en las ventanas de las que se ha dotado, es capaz de determinar de forma precisa la posición del horizonte por cada lado de su eje (véase, a este efecto, el documento EP-A-0 812 435).
La invención tiene por objeto un sistema de estabilización de un avión sin piloto que utiliza un captador óptico de este tipo, así como un sistema de pilotaje de este avión sin piloto que permite un pilotaje fuera de la visualización de éste con la utilización de un sistema de estabilización de este tipo.
Exposición de la invención
La presente invención se refiere a un sistema de estabilización de un avión sin piloto que comprende un captador óptico dotado de cuatro ventanas transparentes, diametralmente opuestas dos a dos, fijado a una platina, que se caracteriza porque este captador se encuentra montado en un sistema de tipo cardan que está dotado de dos ejes de rotación perpendiculares, con un bastidor móvil alrededor del primer eje paralelo al eje longitudinal del fuselaje del avión sin piloto, estando el segundo eje, que es horizontal, fijado a este bastidor, siendo la platina móvil alrededor de este segundo eje, y porque el citado sistema comprende dos servocomandos para el comando de la posición respectiva del captador óptico, estando el primero fijado al fuselaje del avión sin piloto, y siendo el segundo solidario con la platina.
Ventajosamente, este sistema comprende:
-
una timonería de comando de cabeceo, que constituye la conexión entre la platina y un servocomando de cabeceo;
-
una timonería de comando de balanceo, que constituye la conexión entre el bastidor móvil y un servocomando de balanceo, y
-
patas de fijación, solidarias con el fuselaje del avión sin piloto.
Ventajosamente, las patas de fijación están fijadas al fondo del fuselaje del avión sin piloto, encontrándose el captador óptico bajo el fuselaje, en el que se ha perforado un orificio para permitir la oscilación vertical de este captador óptico.
Ventajosamente, el sistema comprende un sistema de comando que incluye un receptor de telecomando, conectado a una antena y a una batería, que suministra señales:
-
de comando de la posición en balanceo del captador óptico al servocomando de balanceo,
-
de comando de la posición en cabeceo del captador óptico al servocomando de balanceo,
-
de cabeceo y de balanceo a una caja electrónica que recibe en sí misma la señal de salida del captador óptico y envía señales de comando a servocomandos de gobierno de balanceo y de cabeceo.
Ventajosamente, cada servocomando está comandado con la ayuda de un cursor, dotado de topes mecánicos.
El sistema de la invención presenta numerosas ventajas:
-
permite realizar una estabilización segura, eficaz, y a buen precio,
-
no utiliza giroscopio: no hay, por tanto, deriva. La estabilización, que es siempre nominal cualquiera que sea la duración del vuelo, y cualesquiera que sean las evoluciones efectuadas por el avión sin piloto, es precisa,
-
no necesita regulación,
-
el consumo eléctrico es más bajo que en los sistemas de la técnica conocida,
-
los virajes realizados por el avión sin piloto son de inclinación constante para una posición del cursor en la caja de comando, realizándose la regulación correspondiente en fábrica,
-
durante los virajes, la compensación curva-cabeceo está asegurada automáticamente,
-
si el piloto pierde el control del avión sin piloto, no hay más que soltar los mangos y poner los cursores en neutro; el avión sin piloto se estabiliza entonces automáticamente, con las alas en plano y vuelo horizontal.
La presente invención se refiere igualmente a un sistema de pilotaje de un avión sin piloto que utiliza un sistema de estabilización de este tipo.
La utilización de un sistema de estabilización de este tipo para pilotar un avión sin piloto más allá de la zona de visión del piloto que está en tierra, permite emprender evoluciones a distancia con total seguridad. De este modo, los virajes se hacen con una cadencia limitada, fijada por las necesidades de la misión, estando la altitud del avión sin piloto, en cuanto a cabeceo, controlada de forma permanente por el sistema de estabilización. De igual modo, este sistema permite subidas y bajadas del avión sin piloto con inclinación constante, y limitada por construcción, especialmente en fase de aterrizaje.
La seguridad del avión sin piloto está asegurada en todas las fases de vuelo, puesto que evoluciona con balanceo nulo y a altitud constante cuando el piloto sitúa los cursores de comando desde la posición del captador óptico del sistema de estabilización, en posición neutra.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 ilustra un sistema de estabilización de un avión sin piloto según la invención.
Las Figuras 2 y 3 ilustran el sistema de la Figura 1 tras su implantación en un avión sin piloto, respectivamente en vista longitudinal y en vista en corte.
La Figura 4 ilustra un ejemplo de una caja de comando de un sistema de estabilización de este tipo.
La Figura 5 ilustra los circuitos de comando de un sistema de estabilización de este tipo.
Exposición detallada de modos de realización
El problema de estabilización de los aviones sin piloto en vuelo, fuera de la zona de visualización del piloto, se ha resuelto, en general, con captadores inerciales, los cuales consumen energía eléctrica, son de un coste elevado, y están sujetos a derivas con el paso del tiempo. Para resolver este problema, la invención propone un sistema de estabilización de avión sin piloto que hace uso de un sistema de la técnica conocida, utilizado como medio de recuperación de un avión telecomandado cuyo piloto habría perdido el control. En un sistema de este tipo, un captador óptico que comprende cuatro pequeñas ventanas transparentes, diametralmente opuestas dos a dos, ha sido fijado bajo el avión. Cuando el captador está en su lugar, dos ventanas están dirigidas hacia la derecha y hacia la izquierda del avión, estando las otras dos orientadas hacia la parte delantera y hacia la parte trasera. Con este montaje, el captador óptico y su electrónica permiten estabilizar el avión equipado en cuanto a balanceo por una parte, y en cuanto a cabeceo por otra parte. Cuando el piloto pierde el control del avión, suelta los mandos, los cuales vuelven a posición neutra bajo la acción de un resorte de recuperación, y el avión se estabiliza con balanceo nulo, y con vuelo plano. A la salida de la caja de comando, se envían órdenes a los servocomandos que controlan las vías de balanceo y de cabeceo del avión.
El sistema de estabilización de un avión sin piloto 39 según la invención, tal como el ilustrado en la Figura 1, comprende un captador óptico 10 de este tipo, dotado de cuatro pequeñas ventanas 11 transparentes, y diametralmente opuestas dos a dos, por ejemplo según dos direcciones a 90º una de otra, y se ha fijado a una platina 12.
Este captador 10 se ha montado en un sistema cardan con dos ejes de rotación perpendiculares, 15 y 16, siendo un bastidor 22 móvil alrededor del primer eje 15 (eje de balanceo), paralelo con el eje longitudinal del fuselaje del avión sin piloto, y estando el segundo eje 16 (eje de cabeceo), que es horizontal (en los ejes del fuselaje), fijado al bastidor 22, siendo la platina 12 móvil alrededor de este segundo eje 16.
Este sistema comprende dos servocomandos para el comando de la posición respectiva del captador óptico, estando el primero 20 (balanceo) fijado al fuselaje del avión sin piloto, y siendo el segundo 21 (cabeceo) solidario con el bastidor 22.
En la Figura 1, se ha ilustrado asimismo:
-
una timonería de comando de cabeceo 23, que efectúa la conexión entre la platina 12 y el servocomando de cabeceo 21,
-
una timonería de comando de balanceo 25, que efectúa la conexión entre el bastidor móvil 22 y el servocomando de balanceo 20 (no habiéndose representado este servocomando 20 en la Figura 1),
-
patas de fijación 24, solidarias con el fuselaje del avión sin piloto 39.
El conjunto del sistema ilustrado en la Figura 1, se fija al fondo del fuselaje del avión sin piloto 39 con la ayuda de patas de fijación 24, como se ha ilustrado en las Figuras 2 y 3. El captador óptico 10 se encuentra situado bajo el fuselaje, en el que se ha perforado un orificio para permitir la oscilación vertical del captador óptico 10.
La Figura 4 ilustra un ejemplo de caja de comando 45, estando cada servocomando 20, 21 comandado con la ayuda de un cursor, dotado de topes mecánicos. El cursor 36, para el comando en curva, tiene topes 15º a la izquierda y 15º a la derecha, 37 y 38, y el cursor 40, para el comando en cabeceo, tiene topes 10º en posición de picado y 10º en posición de encabritado, 41 y 42. Esta caja incluye igualmente dos mandos de comando 43 y 44.
Cada uno de los dos servocomandos puede ser así comandado con la ayuda de un cursor que el piloto sitúa en la posición deseada durante tanto tiempo como el que desee hacer una maniobra en curva o en cabeceo. Los topes mecánicos de los cursores correspondientes a los valores de viraje o a la inclinación de subida o bajada, son regulados en fábrica. Para éstos, el desplazamiento del captador óptico puede ser de 10º a una y otra parte de la posición neutra.
Según se ha ilustrado en la Figura 5, un sistema de comando de un circuito de estabilización de este tipo comprende un receptor de telecomando 30 conectado a una antena 31, y a una batería 32 (por ejemplo, de 6 Voltios: 1400 mAh), y el cual suministra las señales:
-
de comando de la posición en balanceo del captador óptico 10 al servocomando de balanceo 20,
-
de comando de la posición en cabeceo del captador óptico 10, al servocomando de cabeceo 21,
-
de cabeceo y de balanceo a una caja electrónica 33 que en sí misma recibe la señal de salida del captador óptico 10 y envía señales de comando a servocomandos de gobierno de balanceo y de cabeceo, 34 y 35.
El sistema de estabilización de la invención funciona de la manera que sigue, utilizando el captador óptico 10 a los efectos de pilotaje del avión sin piloto 39:
Pilotaje en cabeceo
Con el fin de hacer variar la inclinación del avión sin piloto 39, el piloto actúa directamente sobre la posición del captador óptico 10 con relación al fuselaje del avión sin piloto. Este captador, en efecto, es móvil alrededor de un eje horizontal (con relación al fuselaje), perpendicular al eje longitudinal del fuselaje. El captador 10, al ser mantenido en una posición estrictamente vertical (con referencia al suelo), genera con ello las órdenes de cabeceo necesarias y modifica así la inclinación del avión sin piloto. Si se inclina el captador óptico 10 en 10º hacia la parte delantera, por ejemplo (sin desplazamiento del avión sin piloto), el sistema de estabilización comanda una inclinación de descenso del avión sin piloto 39 de 10º, durante tanto tiempo como el piloto mantenga el captador 10 en esta posición.
Pilotaje en balanceo (o curva)
El piloto comanda el desplazamiento del captador óptico 10 en un plano vertical (según los ejes del fuselaje), perpendicular al eje longitudinal del fuselaje del avión sin piloto 39. En efecto, si el captador óptico 10 se inclina en este plano en relación con su posición nominal, el principio del sistema de estabilización tiene tendencia a devolverlo a la posición vertical (con relación al suelo), y por tanto a inclinar el avión sin piloto 39 por balanceo del lado en el que se ha montado el captador óptico (si el captador se sitúa a la derecha de su posición nominal, el sistema de estabilización genera una orden de balanceo tal que el avión sin piloto dispondrá su ala derecha inclinada hacia abajo).
Al contrario, en determinados aviones sin piloto de la técnica conocida, cuyos movimientos en curva están comandados por los alerones utilizados habitualmente para el control del balanceo, la captación de balanceo que genera también un movimiento en curva y un movimiento parásito en cabeceo, este sistema de estabilización permite resolver el problema de la compensación curva-cabeceo, necesaria para corregir las variaciones de inclinación generadas por el viraje y por la salida del viraje dado que el sistema sigue controlando de forma continuada la vía de cabeceo durante un viraje. La utilización del captador óptico como medio de pilotaje permite también comandar virajes con balanceo constante, y con ello una cadencia constante.
En un ejemplo de realización del sistema de la invención, el bastidor 22 es metálico o de material compuesto. El sistema de estabilización, tal como el ilustrado en la Figura 1, tiene una longitud de 13 a 15 centímetros, una anchura de 7 a 8 centímetros, una altura, por la parte exterior, de alrededor de 8 centímetros. El captador óptico 10 tiene una altura de alrededor de 4 centímetros y un diámetro de alrededor de 2 centímetros. El peso estimado, comprendidos los servocomandos, es de alrededor de 150 gramos.

Claims (6)

1. Sistema de estabilización de un avión sin piloto, que comprende un captador óptico (10), dotado de cuatro ventanas (11) transparentes y diametralmente opuestas dos a dos, fijado a una platina (12), que se caracteriza porque este captador (10) está montado en un sistema tipo cardan, con dos ejes de rotación perpendiculares (15, 16), siendo un bastidor (22) móvil alrededor de un primer eje (15) paralelo al eje longitudinal del fuselaje del avión sin piloto (39), estando el segundo eje (16), que es horizontal, fijado a este bastidor (22), siendo la platina (12) móvil alrededor de este segundo eje (16), y porque el citado sistema comprende dos servocomandos (20, 21) de comando de la posición del captador óptico, estando el primero fijado al fuselaje del avión sin piloto (39), y siendo el segundo solidario con este bastidor (22).
2. Sistema según la reivindicación 1, que comprende:
- una timonería de comando de cabeceo (23), que constituye la conexión entre la platina (12) y un servocomando de cabeceo (21),
- una timonería de comando de balanceo (25), que constituye la conexión entre el bastidor (22) móvil y un servocomando de balanceo (20),
- patas de fijación (24), solidarias con el fuselaje del avión sin piloto.
3. Sistema según la reivindicación 2, en el que las patas de fijación (24) están sujetas al fondo del fuselaje del avión sin piloto (39), encontrándose el captador óptico (10) bajo el fuselaje, en el que se ha perforado un orificio para permitir la oscilación vertical de este captador óptico (10).
4. Sistema según la reivindicación 1, que comprende un sistema de comando que incluye un receptor de telecomando (30), conectado a una antena (31) y a una batería (32), que suministra señales:
- de comando de la posición en balanceo del captador óptico (10), al servocomando de balanceo (20),
- de comando de la posición de cabeceo del captador óptico (10), al servocomando de cabeceo (21),
- de cabeceo y de balanceo, a una caja electrónica (33) que recibe también la señal de salida del captador óptico (10), y envía señales de comando a los servocomandos de gobierno de cabeceo y de balanceo (34 y 35).
5. Sistema según la reivindicación 1, en el que cada servocomando (20, 21) está comandado con la ayuda de un cursor (36, 40), dotado de topes mecánicos (37, 38; 41, 42).
6. Sistema de pilotaje de un avión sin piloto que utiliza un sistema de estabilización según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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