ES2264295A1 - Sistema dinamico para el gobierno de moviles. - Google Patents
Sistema dinamico para el gobierno de moviles.Info
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Abstract
Sistema dinámico para el gobierno de móviles. Se describe un sistema dinámico mediante el que resulta posible llevar a cabo el control de un móvil de cualquier tipo que se mueva en cualquier fluido, líquido o gaseoso, o en el espacio. El móvil se supone con perfil aerodinámico y con desplazamiento estable. El gobierno se realiza en virtud de la incorporación en el móvil de un dispositivo dinámico con momento angular según un eje principal de su elipsoide de inercia, para su aprovechamiento en la generación de una variación espacial de ese momento angular, para la deseada modificación y control de la trayectoria seguida por el móvil.
Description
Sistema dinámico para el gobierno de
móviles.
La presente invención se refiere a un sistema
dinámico para el gobierno de móviles, que aporta esenciales
características de novedad y notables ventajas con respecto a los
medios conocidos y utilizados para los mismos fines en el estado
actual de la técnica.
Más en particular, la invención propone el
desarrollo de un sistema dinámico que permite el gobierno de
móviles, modificando su trayectoria, tanto en la atmósfera terrestre
como en el espacio, y siendo igualmente susceptible de utilización
en otros medios fluidos, y especialmente en el agua.
El campo de aplicación de la invención se
encuentra comprendido dentro del sector de actividad destinado al
control de dispositivos móviles que siguen una determinada
trayectoria, para la modificación y/o mantenimiento de ésta.
La Teoría de la Dinámica permite concebir una
"palanca dinámica" con aplicaciones tecnológicas y efectos
prácticos. Esta palanca dinámica permitiría diseñar mecanismos en
los que el resultado de su acción se obtendría con un reducido
consumo de energía, y con la posibilidad de recuperar un alto
porcentaje de la energía aportada.
De acuerdo con la Teoría de Interacciones
Dinámica, en el supuesto de cuerpos dotados con momento angular
intrínseco, se producen interacciones dinámicas que pueden
modificar el efecto de cualquier nuevo momento que actúe sobre el
cuerpo. De esta forma, en el supuesto de un móvil con momento
angular, si incide sobre éste cualquier acción que genere un nuevo
momento angular, no coincidente en dirección con el existente, se
obtendrá como reacción una interacción dinámica que podrá ser
aprovechada por su efecto de palanca dinámica.
La magnitud de la acción incidente determinará
también la magnitud del par de interacción dinámico generado, y el
resultado será una interacción dinámica que permitirá, sin
disipación de energía, multiplicar el efecto de las fuerzas
aplicadas, al producirse acoplamiento dinámico entre el momento
lineal del móvil y el incremento del momento angular generado,
siempre en determinadas circunstancias.
La presente invención parte del supuesto de que
el móvil que se desea controlar se encuentra en el espacio o en un
campo gravitatorio, tal como el terrestre, cuyo potencial va a ser
utilizado para el gobierno de aquél. Además de la gravedad
terrestre, el sistema propuesto por la invención permite que se
puedan utilizar fuerzas resultantes de los potenciales de campos
físicos naturales, sin consumo de energía externa convencional, y
también otras, tales como, por ejemplo, fuerzas de accionamiento
mecánico, magnético, electromagnéticas, o de otra naturaleza, con
consumo de energías convencionales.
En la Figura 1 de los dibujos que se acompañan,
se ha representado un supuesto caso en el que una esfera 1 en el
espacio X,Y,Z, dotada de una velocidad \vec{V}_{0} de traslación
en su trayectoria 2, de un momento angular \vec{L}, y de una
rotación \omega sobre un eje principal de inercia Z', siendo
X',Y',Z' los ejes de referencia del móvil. Cualquier variación del
momento angular \Delta\vec{L}, que tenga una componente
perpendicular al existente \vec{L}, generará un par de
interacción dinámica que modificará la trayectoria del móvil.
El comportamiento resultante, en el campo de
gravedad de la Tierra, permitirá concebir un móvil en el espacio,
con rotación intrínseca, cuyo accionamiento y gobierno puede
realizarse con muy poca energía en base a las interacciones
dinámicas generadas, determinando trayectorias rectas o curvas,
simplemente por la modificación relativa de su momento de inercia
principal. Esta modificación de la orientación del momento de
inercia podría realizarse mediante la aplicación de acciones que
generen la rotación del eje principal, en relación con nuevos ejes,
pudiendo consistir estas acciones en fuerzas externas al sólido o
internas, pudiendo actuarse en virtud del principio de acción y
reacción, desde el propio sólido en rotación.
El solicitante de la presente invención no tiene
conocimiento de la existencia en el estado actual de la técnica de
algún sistema o dispositivo que integre las características
constructivas y funcionales que van a ser descritas a lo largo del
presente documento.
Estas y otras características y ventajas de la
invención, se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la
descripción detallada que sigue de una forma preferida de
realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no
limitativo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los
que:
La Figura 1, ya comentada, representa el caso
teórico de un cuerpo sólido, configurado a modo de esfera,
moviéndose por una trayectoria determinada, sobre el que se puede
actuar para modificar su trayectoria;
La Figura 2 es una ilustración esquemática de la
actuación de un dispositivo dinámico animado con movimiento de
rotación sobre su eje principal, aplicable por ejemplo al caso de
una aeronave;
La Figura 3A es una representación esquemática
de la posición del centro de gravedad del móvil en el espacio;
La Figura 3B ilustra, asimismo esquemáticamente,
la situación dinámica del móvil cuando se produce un
desplazamiento del centro de gravedad;
La Figura 4 muestra esquemáticamente un móvil
cilíndrico, con rotación propia y sometido a una variación de su
momento angular \vec{L};
La Figura 5 ilustra una representación
esquemática correspondiente a una composición de velocidades en el
móvil de la Figura 4;
La Figura 6 es una representación gráfica
esquematizada de la variación de posición del centro de gravedad en
función del acoplamiento entre la velocidad lineal y la velocidad
rotacional del móvil de las Figuras 4 y 5 anteriores;
La Figura 7 representa esquemáticamente una
forma de realización en la que el sistema de gobierno se
materializa mediante un Timón Dinámico de Gravedad;
La Figura 8 ilustra esquemáticamente la
aplicación del sistema al caso de una aeronave con rotor
interior;
Las Figuras 9A y 9B muestran representaciones
esquemáticas de una aplicación del sistema de la invención al caso
de una nave propulsada por turbinas situadas en la popa de la
misma;
Las Figuras 10A, 10B y 10C muestran
representaciones esquemáticas de un avión comercial al que se ha
aplicado el timón dinámico de la invención en sustitución del timón
de cola convencional;
Las Figuras 11A a 11E ilustran representaciones
esquemáticas de una aplicación particular del sistema de la
invención al caso de un torpedo provisto de Timón Dinámico;
La Figura 12 representa esquemáticamente la
aplicación del sistema de la invención a un helicóptero gobernado
por Timón Dinámico;
La Figura 13 ilustra una representación
esquemática de aplicación del sistema de la invención al caso de un
satélite artificial, como Timón Dinámico de Turbina;
La Figura 14 ilustra gráficamente el mismo Timón
Dinámico de Turbina de la Figura 13, dotado en este caso de rotor
interno, y
Por último, las Figuras 15A a 15C muestran
esquemáticamente el caso de aplicación de la invención a una
lanzadera, para su gobierno por Palanca Dinámica.
En la presente invención, el gobierno de una
aeronave, que se supone con perfil aerodinámico, con desplazamiento
estable y sustentación sobre el fluido por el que se desplaza, se
realizaría mediante un dispositivo dinámico con rotación según un
eje principal Z' de su elipsoide de inercia 3, tal y como muestra la
Figura 2. Por tanto, el móvil o la aeronave debe disponer de momento
cinético, constituido por un momento angular \vec{L}, que en un
primer supuesto puede obtenerse mediante una constante rotación
\hat{\omega} de la nave sobre su eje principal de revolución, que
debe coincidir con un eje principal de su elipsoide de inercia, y
de cantidad de movimiento m\vec{V}_{O}, según su trayectoria 2'.
En este supuesto, cuando actúen fuerzas de momento \vec{M} que
permitan generar una variación del momento angular
\Delta\vec{L}, que tengan una componente perpendicular al
existente \vec{L}, la trayectoria 2 del centro de gravedad del
móvil iniciará una curvatura de radio "r" determinado por la
expresión:
r =
\frac{\vec{V}_{O}
\vec{L}}{\vec{M}'}
Esta variación de la trayectoria 2 se mantendrá
mientras actúe la acción, y se suspenderá con la paralización de la
misma. Esta acción se dispondrá, por ejemplo, mientras el móvil se
mantenga en un campo gravitatorio, mediante un sistema de variación
relativa de su centro de gravedad, que permita generar nuevos
momentos cinéticos, perpendiculares al eje principal de rotación. En
la Figura 3A se representa esquemáticamente el centro de gravedad
del móvil en el espacio, indicado en la Figura mediante "O". En
la Figura 3B se representa también esquemáticamente la situación
dinámica del móvil cuando se produce un desplazamiento "d" del
centro de gravedad "O" hasta una posición "O'",
generándose así un incremento de momento angular \Delta\vec{L}
no coincidente en dirección con el existente \vec{L}, que
modificará la trayectoria del centro de gravedad por acoplamiento de
la velocidad \vec{V}_{O} sobre la trayectoria, con la velocidad
de precesión generada por la interacción dinámica \psi, estando
esta magnitud determinada por la ecuación:
\psi =
\frac{mgd}{I
\hat{\omega}}
donde:
I = Momento de inercia del móvil
\hat{\omega} = Velocidad angular de
rotación
\psi = Velocidad angular de precesión
m = Masa del móvil
d = Desplazamiento del centro de gravedad
\breve{g} = Aceleración de la gravedad.
El gobierno de la aeronave se realiza
modificando la situación relativa de su centro de gravedad en una
cantidad "d" mientras se mantiene la rigidez giroscópica, y la
nave en rotación sobre su eje principal de inercia. Por lo tanto,
la aeronave estaría en constante rotación y dispondría de un
sistema de propulsión convencional.
Para el gobierno de la aeronave se actuaría
únicamente mediante un dispositivo que permita la variación relativa
del centro de gravedad "O" de la nave, mientras que se
mantiene fijo su centro de sustentación "O'". Estando la
aeronave equilibrada, y coincidiendo el centro de empuje con el
centro de gravedad (véase la Figura 3A), el sistema de gobierno
dinámico permitirá un desplazamiento lineal por una trayectoria
recta 2', mientras que en caso de actuar el dispositivo de
gobierno, la aeronave realizará una virada con un radio "r"
proporcional al impulso recibido y sobre un eje exterior
perpendicular al del par generado por la variación del centro de
gravedad de la nave (véase la Figura 3B).
El gobierno de la aeronave se realiza únicamente
mediante este dispositivo, que será denominado en lo que sigue como
"Timón Dinámico de Gravedad", que se encontrará conectado al
puesto de mando de la nave, como en los sistemas de gobierno
convencionales.
Esta tipología de gobierno de una aeronave,
permitirá un menor consumo de energía en su control y
desplazamiento, y en especial, vencer campos gravitatorios con un
menor consumo de energía, al actuar una interacción dinámica que
permitirá a la aeronave hacer uso del efecto de Palanca
Dinámica.
Además, el aprovechamiento del efecto de palanca
dinámica debido al momento cinético de la nave, permitirá un ahorro
de energía adicional, ya que la inercia rotacional se aprovechará
para vencer sucesivas veces los campos gravitatorios o atractivos
que se deban vencer.
Es condición necesaria para el sistema de
gobierno, que la aeronave disponga de un fuselaje simétrico, y que
corresponda a una figura de revolución, con un eje principal de
inercia, que será el eje de rotación de la aeronave, o bien un rotor
interior que aporte momento angular al sistema.
La virada se efectúa al generar un nuevo momento
cinético \vec{L}' que, si tiene una componente perpendicular al
momento \vec{L} inicial, permitirá modificar la trayectoria de la
aeronave (véase la Figura 3B), por ejemplo modificando la posición
relativa del centro de gravedad "O" de la aeronave y
manteniéndose fijo el centro de sustentación "O'", o por
cualquier otro procedimiento posible, siendo:
\vec{L}' =
\vec{L} + \Delta
\vec{L}
El gobierno de la trayectoria de la aeronave se
realiza al conseguir una variación espacial del momento cinético
existente, siendo la variación de la posición relativa del centro
de gravedad de la aeronave una aplicación concreta. El orden de
magnitud de la desviación de la trayectoria 2 será proporcional al
momento de inercia de la aeronave, a su velocidad de rotación sobre
su eje principal, y a la aceleración resultante de la modificación
relativa de posición de su centro de gravedad "O".
Siendo el momento de inercia de la nave un valor
fijo y característico de la misma, el gobierno de la trayectoria 2
podrá realizarse al obtener una variación espacial de su momento
cinético, modificando simultáneamente la magnitud de ese momento
cinético, cambiando el sentido de la rotación sobre su eje
principal de inercia, o haciendo variar la magnitud de las fuerzas
incidentes.
La Figura 4 muestra un móvil u objeto cilíndrico
4, que representa esquemáticamente un ejemplo del sistema de
gobierno de aeronave objeto de esta descripción, estando dicho móvil
4 dotado de una rotación inicial sobre su eje principal
\hat{\omega}_{I}, el cual se somete a una acción exterior, como
puede ser, por ejemplo, un conjunto de fuerzas de momento
\vec{M}_{II}, perpendicular al eje de rotación propia.
En estas condiciones, el movimiento del cuerpo
no estará condicionado por ligaduras u otros condicionantes, y se
representa en las posiciones sucesivas 4 y 4'. En cualquier caso, la
trayectoria del cuerpo, representada por su centro de gravedad,
responderá a las ecuaciones de la dinámica. No obstante, en estas
condiciones el objeto precesionará alrededor de un eje que pasa por
el centro de gravedad "O", y que será perpendicular al momento
\vec{M}_{II}.
En el supuesto de que no exista velocidad lineal
inicial del cuerpo, se observará que éste mantiene simultáneamente
dos rotaciones sobre dos ejes diferentes, sin adición vectorial de
las mismas. La precesión inducida \psi se limita, en este
supuesto, a una nueva rotación sobre; el eje Z. Éste es el caso de
la Figura 4.
La adición de una velocidad \vec{V}_{G} a la
aeronave en estudio, sometida a una variación de su momento angular
\Delta\vec{L}, con componente perpendicular al eje de rotación
propia, permitirá la composición de esta velocidad inicial
\vec{V}_{G} con la de precesión \psi generada por el momento
\vec{M}_{II} actuante, modificándose la trayectoria de su centro
de gravedad "O".
Este acoplamiento de velocidades se produce por
efecto del par de interacción dinámica generado, de tal forma que
entre dos momentos sucesivos 4 y 4' (Figura 5), el móvil gira sobre
un eje vertical, perpendicular al segundo momento, un ángulo \psi
a la vez que se mueve con velocidad \vec{V}_{G}.
En este supuesto se produce un acoplamiento de
la velocidad inicial \vec{V}_{G} y la resultante de la
aceleración centrípeta de precesión \psi. El resultado final es
el movimiento de precesión, simultáneo con la rotación inicial
\hat{\omega}_{I} sobre el eje longitudinal.
La cinemática será la combinación de la
precesión 4, supuesta nula la nutación, tal y como se muestra en la
Figura anterior, más la debida a la velocidad que posee el cuerpo
inicialmente. La Figura 6 aclara estos conceptos.
En efecto, en dicha Figura 6 se presentan tres
instantes sucesivos 4, 4', 4'' de la trayectoria de la aeronave, de
tal forma que el acoplamiento entre la velocidad de precesión
\psi, generada por efecto de la interacción dinámica, y la
velocidad \vec{V}_{G}, aplicada sobre su centro de gravedad,
determinarán la trayectoria final indicada con 5 en la Figura 6.
Esta trayectoria 5 será de tipo curvilíneo. Para el caso general de
rotación: precesión, rotación propia y nutación, la trayectoria
será de tipo tridimensional (la nutación "bamboleará" el eje de
rotación propia. Si la nutación es despreciable, la trayectoria
está contenida en un plano que contiene al momento que actúa y a la
velocidad \vec{V}_{G}.
La trayectoria 5 de la aeronave dependerá tanto
del momento angular existente \vec{L}, como de la velocidad
\vec{V}_{G} que posea, y del momento de fuerzas que actúan
\vec{M}_{I}. En el caso de fuerzas externas que actúen
constantemente, y si no se producen variaciones en el fenómeno
rotatorio, incremento-decremento del momento
exterior, acción sobre la velocidad angular ni sobre el módulo de
la velocidad, la trayectoria 5 será de tipo circular. En otras
hipótesis, la trayectoria cambiará, pudiendo determinar cualquier
tipo de trayectoria en el gobierno de la aeronave.
Las acciones dinámicas aplicadas sobre el
cuerpo, son las que determinan la cinética observada. Éstas pueden
dividirse en dos partes, a saber, las debidas a la rotación, y las
debidas a la "traslación", entendida como acción sobre la
velocidad.
Para el análisis dinámico y en el supuesto de
estar en la atmósfera, se supondrá la existencia de una fuerza de
resistencia proporcional al avance del cuerpo. En la rotación, esta
fuerza se opondrá, por un lado a la precesión del cuerpo, y por
otro tenderá a disminuir la velocidad de rotación propia y la
nutación, caso de existir, oponiéndose asimismo a la traslación del
cuerpo, esto es, existirá una fuerza resistiva según la dirección
del vector velocidad. Por lo tanto, en el caso de la rotación del
cuerpo, las únicas acciones dinámicas aplicadas son, en el supuesto
de abandono del cuerpo con una rotación propia inicial, el momento
exterior y las acciones sobre precesión, nutación y rotación
propia, en cualesquiera de los casos estas acciones se reducen a
momentos que tenderán a variar la velocidad angular del sólido, y
la posición de éste respecto a su centro de gravedad.
La impulsión del sistema motriz de la aeronave,
de tipo convencional, la dirigirá en todo momento en la dirección
deseada, por tanto la fuerza resistente y por ende la fuerza
"propulsora", tendrán esta dirección. Dado que ambas fuerzas
pasan, dada la simetría del cuerpo, por su centro de gravedad, no
producirán momentos respecto a éste, y por tanto no variarán el
momento resultante del fenómeno rotatorio. En el supuesto de que
estas fuerzas no se equilibrasen, sería necesaria aplicar una cierta
aceleración angular a la aeronave.
\newpage
Todo lo expresado es aplicable en el supuesto de
que la impulsión que reciba la aeronave de su sistema convencional
motriz sea variable. La trayectoria del cuerpo depende tanto de la
rotación a la que esté sometido el cuerpo, como de la velocidad
lineal \vec{V} que éste posea, y del momento actuante. En caso de
mantenerse constantes estas variables, y para una velocidad angular
de precesión \psi, la trayectoria será una circunferencia de
radio:
r =
\frac{V}{\psi}
La trayectoria curvilínea 5 resultante del
cuerpo, se obtiene en el supuesto de encontrarse la aeronave en un
campo gravitatorio, sin la acción de fuerza exterior en la
dirección de la aceleración centrípeta de precesión. En este
supuesto, las únicas fuerzas aplicadas son el peso que actúa sobre
el centro de gravedad de la aeronave, el empuje de flotación que
actuará en el metacentro, y la fuerza de propulsión, y ésta actúa
en la dirección del vector velocidad, y su único efecto sería el de
cambiar el módulo de éste, pero no su dirección ni sentido.
La cinemática y dinámica final, será por tanto
la combinación tanto del fenómeno rotatorio como del
"traslacional" del cuerpo. Son por tanto ambos los que definen
la trayectoria final de su centro de gravedad, y por ende, la
trayectoria de la aeronave; actuando sobre el rotatorio, ya sea a
través de algunas de las componentes de la velocidad angular del
sólido a través del momento exterior aplicado, o haciéndolo sobre
la velocidad lineal del mismo.
La invención prevé que se puedan aplicar otros
sistemas de modificación del momento cinético de la nave, los
cuales pueden consistir, por ejemplo, en motores auxiliares,
turbinas, toberas, ..., etc. En lo que sigue se exponen algunas
alternativas de realización.
En la Figura 7 se ha representado
esquemáticamente una forma de realización en la que un Timón
Dinámico de Gravedad se encuentra conectado al puesto de mando de
la nave. Este sistema está constituido por un sistema de variación
relativa del centro de gravedad "O" en relación con el centro
de sustentación de la aeronave, la cual deberá estar dotada de
momento cinético, constituido por la cantidad de movimiento
resultante de la velocidad lineal de desplazamiento y de momento
angular, por ejemplo por una rotación en el tiempo sobre un eje
principal de su elipsoide de inercia o por disponer de un rotor
interno con suficiente momento de inercia. La propulsión y otras
características de la aeronave, serán de tipo convencional.
En particular, según muestra dicha Figura 7, el
sistema de variación relativa del centro de gravedad "O" en
relación con el dentro de sustentación "O'" de la nave, está
constituido por una red de depósitos y bombas de combustible 6, 7,
distribuidos de tal forma en el fuselaje que por bombeo se trasvasa
el combustible desde unos depósitos 6 hasta otros 7, generándose un
desplazamiento \delta. Este desplazamiento del centro de gravedad
modificará el momento cinético de la nave por la acción de las
fuerzas incidentes, como se apreciaba en la Figura 3B. La invención
ha previsto la inclusión de un sistema electrónico 8 de dirección,
que transforma las órdenes de gobierno de la trayectoria dadas desde
el puente de mando, en trasvase de combustible desde unos depósitos
hasta otros.
En una forma de realización alternativa, el
fuselaje no dispone de rotación sobre su eje principal, obteniendo
las interacciones dinámicas y el efecto de Palanca Dinámica al
disponer, dentro de la nave, de un rotor con momento angular
constante y coincidente con un eje principal del elipsoide de
inercia de la nave. Este rotor, perfectamente equilibrado
dinámicamente y con momento angular \vec{L} suficiente, se acciona
con mecanismos convencionales, preferentemente mediante una turbina
o un motor eléctrico. En este caso el momento exterior al rotor se
produce en virtud del nuevo giro generado en el fuselaje exterior,
debido a la no coincidencia del centro de gravedad y del centro de
sustentación de la nave (véase la Figura 8). El par de interacción
dinámico generado, transmitirá su efecto de palanca Dinámica a
través de los puntos A y B. El desplazamiento del centro de
gravedad "O" podrá obtenerse por medio de otros sistemas
establecidos en lo que antecede.
El rotor está sustentado mediante una suspensión
fija a la estructura de la nave, puntos A y B, que le permita
modificar el eje de rotación en relación a unos ejes de referencia,
pero de tal forma que transmita sus relaciones dinámicas al
fuselaje de la nave.
De acuerdo con la invención, se ha previsto
también que los efectos dinámicos del rotor interior, en constante
rotación, accionen toberas de gobierno situadas en el fuselaje
externo, las cuales, con su ignición, generan nuevos momentos
angulares, no coincidentes con el existente, para el gobierno de la
nave. Para ello, dispondrá de un sistema electrónico de detección
de reacciones dinámicas que dará órdenes de ignición temporal a
las toberas de gobierno.
En una forma de realización concreta, la
impulsión y el gobierno de la aeronave se realiza con turbinas de
hélice para el supuesto de su utilización en la atmósfera
terrestre, o en otras semejantes.
También, de acuerdo con la invención, la
aeronave puede disponer de un fuselaje cilíndrico, presentando en
proa un perfil aerodinámico, propulsado por turbinas situadas en
popa, con la configuración de un cohete. La aeronave mantendrá un
movimiento constante de rotación sobre su eje longitudinal,
mientras se desplaza, como se muestra en la Figura 9A.
\newpage
El gobierno de la aeronave se realiza por
desplazamiento de su centro de gravedad mediante la utilización de
un equipo de bombas y depósitos que contienen combustible, situados
a proa y popa, como se muestra en la Figura 9B de los dibujos.
La virada se efectúa al trasvasar combustible
desde un depósito 9 de proa hasta otro depósito 10 de popa, o
viceversa. Debe indicarse que, trasladando el centro de gravedad a
proa, la aeronave virará a estribor, y trasladando el centro de
gravedad a popa virará a babor. La misma maniobra podrá realizarse
para elevar o bajar la nave, mediante depósitos laterales.
El radio de giro de la virada será proporcional
al momento generado por el peso, situado en el centro de gravedad
y el metacentro, no siendo necesaria la aportación de energía
externa, salvo la de trasvase de combustible, ya que actuarán el
peso y el empuje de flotación, de acuerdo a la palanca dinámica
creada por interacción.
Durante una navegación sin virada, el centro de
gravedad coincidirá con el metacentro, por lo que no se generarán
momentos angulares de dirección distinta al existente, y la
estabilidad será indiferente (Figura 9A). En ella, la resultante
del empuje estará posicionado en el centro geométrico del objeto
"O", que en un principio coincide con su centro de gravedad. A
medida que se trasvasa líquido desde un depósito a otro, se genera
de manera inmediata una excentricidad entre el punto de aplicación
de la resultante del empuje \vec{E} (véase la Figura 9B), y el
peso del cuerpo m\vec{g}, aplicado en su centro de gravedad. Este
desequilibrio induce un momento adicional al momento angular
existente, que generará una variación \Delta\vec{L} en el
\vec{L} inicial. Fruto de este nuevo estado, el cuerpo sufre una
precesión que al acoplarse con la velocidad del móvil \vec{V} +
\Delta\vec{V} definen un cambio en la trayectoria lineal del
mismo (véase la Figura 9B), convirtiéndose ésta en una trayectoria
curvilínea cuya definición estará determinada tanto por el momento
de inercia y las velocidades previas del sólido, como por la
magnitud del momento actuante.
En el caso de aplicación del sistema de gobierno
de la invención a un avión convencional, el timón tradicional de
cola de un aeroplano se sustituye por un dispositivo 11, como
muestra la Figura 10, que será denominado Timón Dinámico de
Avión.
El gobierno del aeroplano, al que se supone una
velocidad \vec{V} mediante un sistema convencional de propulsión
(Figura 10A), se realiza mediante un cilindro 12, en conexión con el
fuselaje mediante una horquilla 13, y situado encima de ésta,
centrado con su eje paralelo al eje longitudinal de proa a popa
(Figura 10B). Este cilindro 12 está en constante revolución, a
velocidad \hat{\omega}, disponiendo de un momento angular
\vec{L}, y posee en su interior de dos depósitos 14, 15 huecos,
anterior y posterior, que se llenarán en un 50% con combustible,
aceite u otro líquido graso derivado. El cilindro 12 dispondrá de
una bomba que impulse el fluido desde un depósito al otro, como
puede apreciarse en las Figuras 10A y 10B, generando un
desequilibrio que creará una variación del momento angular
\Delta\vec{L}.
El cilindro 12 está unido al fuselaje de la
aeronave por medio de la horquilla 13, teniendo una conexión fija
situada en su centro, pero que permitirá oscilar al cilindro sobre
su eje horizontal perpendicular al eje longitudinal de la nave y
paralelo al plano de sustentación, así como girar sobre su eje
principal.
Para el gobierno del aeroplano, se trasvasará el
fluido depositado en el cilindro de un depósito 14 ó 15, hasta el
otro 15 ó 14. Si ambos están equilibrados, coincidiendo "O" con
el centro de gravedad (c.d.g.), el timón dinámico permitirá un
desplazamiento lineal, de modo que en caso de bombear mayor cantidad
al depósito delantero, la aeronave realizará una virada a estribor,
y a babor en caso contrario, al generarse una variación del momento
angular \Delta\vec{L} (véase la Figura 10C).
El gobierno horizontal de la aeronave se realiza
únicamente mediante este dispositivo que podrá estar conectado a
volantes del piloto y copiloto, como en los sistemas de gobierno
convencionales.
Esta tipología de gobierno de una nave, no
consumirá energía por desplazamiento lateral debido a la pala del
timón en la virada, y en general reducirá el consumo de energía
puesto que se reducen las pérdidas por rozamientos originadas por
el desplazamiento lateral de la pala en la virada.
Como alternativa de realización, el dispositivo
dinámico o Timón Dinámico de Avión, se sitúa en el interior del
fuselaje.
De acuerdo con el sistema de la invención, el
dispositivo dinámico o Timón Dinámico de Avión también puede
modificar su momento angular por la acción de fuerzas magnéticas,
electromagnéticas, mecánicas o de cualquier otro tipo que actúen
sobre el rotor.
Se debe apreciar que también por la modificación
del sentido de rotación del rotor, simultáneamente con la de su
centro de gravedad, se consigue el gobierno de la nave.
La invención resulta aplicable a otros tipos de
móviles, por ejemplo al caso de un submarino diseñado para la
investigación de fondos marinos y otras experimentaciones
subacuáticas, gobernado por un sistema de dirección mediante
interacciones dinámicas.
El submarino dispondrá de un cuerpo a proa, de
diseño dinámico, en el que irá alojada la cabina o habitáculo de
los tripulantes, disponiendo este cuerpo de aletas o planos de
estabilidad. El cuerpo de popa dispondrá del motor de tracción y
otros equipos, y será de tipo cilíndrico, con una hélice en la
popa.
El submarino se accionará preferentemente
mediante un motor eléctrico, que simultáneamente hará girar el
cuerpo de popa sobre su eje longitudinal, y accionará la hélice
responsable del movimiento longitudinal del ingenio. De esta forma,
el gobierno del submarino se realizará mediante el desplazamiento
del centro de gravedad en relación con el centro de flotación,
modificando el par resultante entre el centro de gravedad y el
metacentro.
El dispositivo de modificación de posición
relativa del centro de gravedad, podrá realizarse mediante el
trasvase de agua desde unos depósitos a otros; o bien mediante
cualquiera de los dispositivos descritos a lo largo de este
documento. para el gobierno en altura, el submarino puede disponer
de toberas laterales, situadas en la parte fija externa del
submarino.
Como alternativa de realización, el submarino
puede disponer de un rotor interior, de tal forma que el gobierno
se obtendrá por desplazamiento del centro de gravedad o modificando
el sentido de rotación del rotor, simultáneamente con su centro de
gravedad.
Otro ejemplo de realización de la invención
consiste en la aplicación del sistema al caso de un torpedo para
combate marítimo, el cual no dispone de timón para su gobierno,
sino que esta función se realiza mediante el control del centro de
gravedad del proyectil.
El torpedo 16 de la Figura 11, dispondrá de
motor eléctrico y hélice 17. Simultáneamente, la acción del motor
genera una velocidad de traslación \vec{V} y una rotación del
torpedo sobre su eje longitudinal, confiriendo un momento angular
\vec{L}. El gobierno del proyectil se realizará modificando la
posición "O" del centro de gravedad, c.d.g., en relación con el
centro de flotación "O'", mediante el trasvase de agua desde
un depósito 18 a otro 19, situados longitudinalmente, o con
cualquiera de los sistemas descritos en lo que antecede.
Este desplazamiento genera un momento
constituido por el peso m\vec{g} y por el empuje \vec{E}, con
un brazo \delta. Para un gobierno en altura, se dispondrá de
toberas laterales situadas en la parte fija externa del
torpedo.
De acuerdo con lo anterior, la modificación de
la posición del centro de gravedad en relación con el centro de
flotación se realiza mediante el trasvase de un gas o fluido de un
depósito a otro, alineados longitudinalmente (Figura 11B).
Como alternativa de realización, el
desplazamiento del centro de gravedad "O" del torpedo se
realiza mediante un émbolo 18 accionado por un servomotor 19, como
se muestra en la Figura 11C.
También como alternativa de realización de la
invención en su aplicación a un torpedo, el desplazamiento del
centro de gravedad del torpedo 16 puede realizarse mediante
cualquier sistema de desplazamiento de un peso 20 deslizante
(Figura 11D).
Finalmente, como alternativa adicional, el
gobierno del torpedo puede realizarse modificando su sentido de
rotación, simultáneamente con su centro de gravedad, por ejemplo
mediante una hélice propulsora en ambos sentidos de rotación, o
mediante una doble hélice 21 (véase la Figura 11E).
El sistema resulta también aplicable al caso de
un dirigible para el transporte de líquidos o gases.
El dirigible tendrá preferentemente una
estructura cilíndrica, con proa y popa de perfil hidrodinámico, y
propulsado por una hélice situada en su popa que simultáneamente
generará un movimiento de rotación de la aeronave sobre su eje
longitudinal. No dispondrá de timón, salvo uno auxiliar de
emergencia, y su gobierno horizontal se realiza por traslación del
centro de gravedad del dirigible, mediante la utilización de un
equipo de bombas y dos depósitos que contienen agua, situados a
proa y a popa. La virada se efectúa al trasvasar cualquier fluido
desde un depósito al otro.
Trasladando el centro de gravedad a proa, el
dirigible virará a estribor, y a babor en caso contrario. El radio
de giro de la virada será proporcional al momento del peso, situado
en el centro de gravedad y del metacentro, no siendo necesaria la
aportación de energía externa, ya que actúan el peso y el empuje de
flotación, conforme a la palanca dinámica creada por interacción,
consumiendo únicamente la energía necesaria para el trasvase de
agua.
Durante una navegación sin virada, el centro de
gravedad coincidirá con el metacentro, por lo que no existirá par
de adrizamiento, ni de escora, y la estabilidad será indiferente. En
el caso de virada, el momento de adrizamiento generado por trasvase
interno no perturbará la estabilidad del dirigible, ni modificará
su posición en altura.
El dirigible será hermético y está constituido
por un cilindro simétrico sobre un eje longitudinal. Dispondrá de
portillas ciegas en los lugares apropiados para las bocas de carga
y descarga, o para operaciones de mantenimiento. De esta forma, el
dirigible tendrá una contingencia reducida a vertidos o pérdidas,
además de una estructura reforzada que minimizará los riesgos de
pérdidas del producto transportado en accidentes o incidencias,
permitiendo una mayor idoneidad ecológica con respecto a otros
transportes convencionales.
El dirigible dispondrá de un cuerpo fijo situado
en popa, para la tripulación. Las dimensiones del dirigible se
adaptarán al registro o arqueo necesario para el líquido o producto
que se desee transportar, disponiendo en todos los casos de perfil
y estructura análogos.
La propulsión será convencional, mediante hélice
impulsada por un motor de combustible líquido, gas o eléctrico, en
función de la tipología del producto transportado. Su consumo será
menor que el convencional, sin consumo de energía por parte de la
pala del timón.
Este sistema de transporte podrá ser utilizado
también para el transporte de agua o vapor de agua a zonas que lo
requieran. Para el gobierno en altura se dispondrá de hélices
laterales tanto en proa como en popa.
Como variante de realización, el gobierno del
dirigible se realiza mediante el trasvase del propio líquido o
combustible que se transporte, sin necesidad de disponer de
depósitos o bombas adicionales para el gobierno del dirigible.
Como alternativa adicional, el dirigible puede
ser gobernado por control remoto, sin tripulación, no requiriendo en
este supuesto el montaje del referido cuerpo fijo. Incluso en este
caso podrá disponer de un programa director de la navegación
prevista, para su ejecución automática, supervisada por un centro de
control remoto. En una alternativa de aplicación a un cohete o
proyectil, la modificación de la altura se obtiene mediante dos
turbinas de chorro, situadas en la parte fija del fuselaje, situada
en la cola, y que serán actuadas por control remoto, de forma
intermitente, y en respuesta a las órdenes de gobierno
recibidas.
El rumbo horizontal podrá controlarse mediante
el desplazamiento relativo del centro de gravedad, respecto del
centro de sustentación, por cualquiera de los dispositivos que se
han definido en las aplicaciones anteriores, y en las
reivindicaciones 12, 13 y 14 anexas.
Adicionalmente, la modificación de la altura
puede obtenerse mediante una única turbina de chorro, situada en la
parte fija del fuselaje, situada en la cola, y que actuará por
control remoto, de forma intermitente, y en respuesta a la pérdida
de altura.
Opcionalmente, la modificación de la altura
puede obtenerse mediante una única turbina de chorro, situada en
la parte fija del fuselaje, y que actuará por efecto de un sensor
barimétrico o de altura.
En caso de aplicación del sistema de la
invención a cualquier tipo de bala o proyectil con mando
teledirigido, el rumbo se modifica con una variación especial de su
momento angular, por ejemplo mediante el desplazamiento relativo
del centro de gravedad, respecto del centro de sustentación, por
cualquiera de los dispositivos definidos en lo que antecede.
Opcionalmente, cuando se aplica el sistema a
cualquier tipo de bala o proyectil con el fin de corregir
previamente el grado de error de trayectoria, esto puede hacerse
mediante desplazamiento relativo del centro de gravedad, respecto
del centro de sustentación, en fábrica por cualquier dispositivo,
conforme a la explicación que antecede.
Otro ejemplo de utilización de la invención,
consiste en su aplicación a cualquier tipo de helicóptero,
utilizando el momento angular del rotor 22 de la hélice principal.
El helicóptero deberá disponer de un sistema dinámico para la
generación de momentos perpendiculares a su momento angular, que
permitan el gobierno del móvil.
La actuación de los pares de fuerza \vec{F} -
\vec{F} y \vec{F}' - \vec{F}' de la Figura 12, genera unos
momentos que al incidir con el momento angular del rotor \vec{L},
determinan un movimiento de precesión alrededor de un tercer eje
perpendicular a los anteriores.
Al actuar las fuerzas \vec{F} - \vec{F} se
obtendrá una variación de la trayectoria 21 a babor o estribor, y
al actuar las fuerzas \vec{F}' - \vec{F}' se obtendrá una
elevación o descenso de la nave en función del valor relativo de las
fuerzas. En todos los casos, la interacción resultante de los
momentos de las fuerzas actuantes, se acoplará con la velocidad
lineal del rotor, generándose un cambio en la trayectoria lineal
del sólido \vec{V}, permitiendo de este modo su dirección en el
espacio.
El sistema permite que el momento angular de la
hélice principal se incremente, aumentando la masa de rotación.
Adicionalmente, el sistema puede ser aplicado a
cualquier tipo de satélite artificial dotado de momento angular
intrínseco, de tal forma que su gobierno se realiza mediante el uso
intermitente de toberas o turbinas de propulsión a chorro (Figura
13). Cuando el sistema se aplica a un satélite artificial, dotado
de momento angular intrínseco y situado en una órbita próxima a la
eclíptica, se logra la sustentación del mismo sin consumo de
energía.
De acuerdo con la invención, cuando el gobierno
de la aeronave se realiza mediante un dispositivo dinámico, tal como
el denominado Timón Dinámico de Turbina, ello permite que el
gobierno de la aeronave pueda realizarse fuera del campo de gravedad
terrestre, y que esté conectado al puesto de mando de la nave. Este
sistema, mostrado en la Figura 13, está constituido por diversas
turbinas 23 situadas en el fuselaje fijo, y un rotor central 22
dotado de momento angular intrínseco \vec{L}, mediante una
rotación constante sobre su eje principal de inercia. La aeronave
dispondrá de una velocidad \vec{V} mediante cualquier sistema de
propulsión convencional.
Las turbinas 23 situadas en la parte fija del
fuselaje, con su ignición temporal generan momentos angulares
\Delta\vec{L}, no coincidentes especialmente con el principal
\vec{L}. En estas condiciones, el gobierno de la aeronave se
realiza según lo comentado anteriormente.
Como se comprenderá, la utilización de pares de
turbinas opuestas permite obtener un mayor efecto en la variación
del momento angular, y una mayor eficacia en el gobierno de la
aeronave.
El mismo efecto anterior puede ser obtenido en
el supuesto de todo el fuselaje fuese fijo, pero disponiendo de un
cilindro interior que actúa como rotor 24, en constante rotación,
con momento angular \vec{L}. Esta situación aparece representada
en la Figura 14 de los dibujos anexos.
En este supuesto, las turbinas T estarán en la
parte fija del fuselaje, obteniendo el gobierno de la nave mediante
la variación del momento angular \Delta\vec{L}, obtenida
mediante cualquiera de los sistemas propuestos a lo largo de esta
descripción.
Como se comprenderá, la impulsión y el gobierno
de la aeronave puede realizarse con turbinas de hélice para el
supuesto de su utilización en la atmósfera terrestre o en otras
semejantes.
Por otra parte, de acuerdo con la invención, el
rotor 24 está capacitado para generar nuevos momentos angulares
perpendiculares al principal, mediante dispositivos magnéticos,
electromagnéticos o de otra naturaleza que actúen a distancia.
De acuerdo con una forma de realización
preferente, el rotor 24 consiste en un metal líquido, tal como sodio
líquido, mercurio u otro cualquiera, que se encuentra confinado en
un espacio cerrado, pudiendo ser accionado a distancia, por medios
electromagnéticos, u otros, para que adquiera un momento angular
coincidente con un eje principal de inercia del elipsoide de
inercia de la nave, y que simultáneamente sea susceptible de
generar nuevos momentos angulares con componente ortogonal al
principal.
Alternativamente, la invención puede ser
aplicada también a una lanzadora de aeronaves, cohetes y
transbordadores espaciales, o de cualquier móvil que esté obligado
a vencer la gravedad terrestre, y en general cualquier campo
gravitatorio o atractivo, en el que la lanzadora tiene como misión
principal la de dar a la aeronave o cohete el impulso inicial para
vencer este campo atractivo, reduciendo la cantidad de combustible
a transportar. En estos supuestos es necesario vencer la fuerza
gravitatoria o de atracción, inversamente proporcional al cuadrado
de la distancia.
El mecanismo lanzador estará constituido por una
estructura fija y un tren tractor, soportados en tierra, como
muestra la Figura 15A. Mediante un sistema de electroimanes, la
aeronave levitará con su eje longitudinal paralelo al suelo. Ésta
se someterá inicialmente a pares de acción que generarán un
movimiento de rotación sobre su eje longitudinal, y que la dotarán
de un momento angular \vec{L}, que podrá ir incrementándose a lo
largo de la zona 26 de despegue: \vec{L} + \Delta\vec{L}.
Encontrándose el móvil en la catapulta o lanzadera, en rotación y,
por ejemplo, con levitación magnética, será sometido a un fuerte
impulso inicial, mediante el tren de tracción recuperable,
dotándole de una velocidad \vec{V}, que además puede crecer a lo
largo del tren debido a una aceleración del móvil, ya sea por medios
propios, o mediante sistemas mecánicos externos; o con fuerzas
magnéticas, eléctricas, etc..., alcanzado una velocidad \vec{V} +
\Delta\vec{V}. La aeronave, impulsada con la velocidad inicial
en la dirección de su eje longitudinal, se somete a una nueva
excitación electromagnética o mecánica, que generará el par
\vec{M}_{M} en este caso según un eje vertical, perpendicular al
momento angular inicial, como se puede apreciar en la Figura 15C
(vista en planta del tren de aceleración). Esta excitación
electromagnética podrá ser reforzada por otra mecánica mediante
turbinas
laterales.
laterales.
La acción del momento, electromagnético o
mecánico, \vec{M}_{M}, generará un incremento del momento
angular de componente ortogonal al existente, y se mantendrá el
tiempo necesario para que la nave inicie una trayectoria 27 curva,
describiendo un arco de circunferencia, como se muestra en la Figura
15B (vista lateral del tren de aceleración y zona de giro). En
función del tiempo en el que actúe \vec{M}_{M}, se puede regular
el ángulo de giro \theta y seleccionar el momento en el que se
desea catapultar el móvil. En este proceso de giro, el móvil 25
acopla su velocidad lineal al giro que le impone la combinación del
momento angular \vec{L} + \Delta\vec{L} con el momento
actuante \vec{M}_{M}, cambiando la trayectoria de lineal a
curvilínea.
Mediante este sistema, el móvil espacial habrá
alcanzado un impulso debido al efecto de Palanca Dinámica,
proporcional a su velocidad de rotación, a su momento de inercia, y
al par final recibido. Esta cantidad de movimiento inicial le
permitirá vencer la atracción gravitatoria, y elevarse, utilizando
sus motores propios únicamente para mantener la velocidad
inicial.
El sistema permitirá un importante ahorro de
energía, ya que no tendrá que transportar el combustible necesario
para vencer el campo gravitatorio, y si, además, la nave se
mantiene con su momento angular intrínseco, se obtendrá un ahorro
adicional de energía, ya que éste podrá ser utilizado
sucesivamente, aprovechando el efecto de Palanca Dinámica.
Adicionalmente a cuanto se ha expuesto y
descrito en lo que antecede, el sistema de la invención puede ser
aprovechado para la elevación de cohetes, naves cilíndricas u otros
cuerpos cualesquiera. Para ello, el móvil se hace rotar mediante un
plano inclinado, hasta que llega a alcanzar una velocidad de
rotación W prevista. A partir de se momento, mediante fricción o
con la utilización de cualquier dispositivo apropiado, se procede a
reducir la velocidad de rotación de un extremo del móvil, mientras
el otro extremo se mantiene libre. Con ello, el móvil inicia una
elevación del extremo cuya rotación no ha sido frenada, continuando
esta rotación hasta que el móvil adopta una posición vertical.
El sistema puede ser empleado también para la
elevación dinámica de sólidos. Para ello, el sistema ha previsto la
disposición de un eje en posición vertical, el cual está animado con
movimiento rotatorio, y al que se articula un número variable de
ejes perpendiculares al rotatorio citado, estando estos últimos
dotados también de rotación propia. Los segundos ejes soportan una
plataforma, de modo que deslizan a la vez por la parte inferior de
ésta.
Con esta disposición, la articulación de los
ejes secundarios permite que éstos se eleven por efecto de
interacción dinámica, consiguiendo así la elevación de la
plataforma que soportan.
No se considera necesario hacer más extenso el
contenido de esta descripción para que un experto en la materia
pueda comprender su alcance y las ventajas derivadas de la
invención, así como desarrollar y llevar a la práctica el objeto de
la misma.
No obstante, debe entenderse que la invención ha
sido descrita según una realización preferida de la misma y
mediante su aplicación a diferentes tipos de móvil, por lo que
puede ser susceptible de modificaciones sin que ello suponga
alteración alguna del fundamento de dicha invención, pudiendo
afectar tales modificaciones a la forma general de implementación
de la misma, así como a la forma, tamaño y/o los materiales de
fabricación de los diversos componentes que la integran.
Claims (39)
1. Sistema dinámico para el gobierno de móviles,
estando el móvil provisto de propulsión convencional y de velocidad
de desplazamiento, cuyo sistema hace posible la modificación de la
trayectoria del móvil tanto en la atmósfera terrestre como en el
espacio, o en cualquier fluido, con preferencia el agua, que se
caracteriza porque comprende un dispositivo dinámico,
constituido por un medio capacitado para aportar momento angular, y
un sistema de variación espacial del momento angular que permite
que el incremento de ese momento angular \Delta\vec{L} presente
una componente ortogonal al inicial \vec{L}.
2. Sistema de gobierno según la reivindicación
1, que se caracteriza porque incluye un dispositivo de Timón
Dinámico de Gravedad conectado al centro de mando de la nave o
móvil, mediante el que se provoca una variación relativa del centro
de gravedad (O) de la nave con respecto al centro de sustentación
(O') de la misma.
3. Sistema de gobierno según la reivindicación
2, que se caracteriza porque el mencionado sistema de
variación relativa del centro de gravedad consiste esencialmente en
un grupo de depósitos y bombas de combustible (6, 7), distribuidos
en el fuselaje de la nave de modo que, por bombeo, se trasvasa
combustible de unos depósitos (6) a otros (7), generándose con ello
un desplazamiento \delta del centro de gravedad que provoca la
modificación del momento cinético de la nave, estando esta acción
de trasvase de combustible entre depósitos gobernada por un circuito
electrónico (8) encargado de transformar las órdenes de gobierno
recibidas desde el puente de mando.
4. Sistema de gobierno según la reivindicación
2, que se caracteriza porque el fuselaje de la nave carece
de cualquier rotación, obteniéndose la interacción dinámica y el
efecto de palanca dinámica en el interior de la nave, por
incorporación de un dispositivo rotor, accionado con mecanismos
convencionales, en especial del tipo de una turbina o un motor
eléctrico, cuyo momento angular constante coincide con el eje
principal del elipsoide de inercia de la nave, y de modo que dicho
rotor se encuentra fijado a la estructura de la nave mediante una
suspensión fija que le permite modificar el eje de momento angular
con respecto a unos ejes de referencia, pero de modo que transmite
sus reacciones dinámicas al fuselaje de la nave.
5. Sistema de gobierno de acuerdo con la
reivindicación 4, que se caracteriza porque, en una forma de
realización preferente, los efectos dinámicos del rotor interior
accionan toberas de gobierno situadas en el fuselaje externo de la
nave, de modo que la ignición de éstas dan lugar a la generación de
momentos angulares, no coincidentes con el existente, utilizables
para el gobierno de la nave, para lo que se ha previsto la
inclusión de un circuito electrónico encargado de detectar
reacciones dinámicas y dar órdenes de ignición temporal a las
toberas de gobierno.
6. Sistema de gobierno según la reivindicación 4
ó 5, que se caracteriza porque, en caso de utilización del
sistema en la atmósfera terrestre o similar, la impulsión y
gobierno de la nave se realiza con turbinas de hélice.
7. Sistema de gobierno según la reivindicación
2, que se caracteriza porque la nave dispone de un fuselaje
cilíndrico configurado de modo que presenta en proa un perfil
aerodinámico, y que está propulsado por turbinas de popa, adoptando
la configuración de un cohete, cuyo gobierno se realiza por
desplazamiento del centro de gravedad ("O") mediante el
trasvase de combustible desde un depósito (9) de proa hasta un
depósito (10) de popa, o viceversa, de modo que con el traslado del
centro de gravedad a proa la nave vira a estribor y con el traslado
del centro de gravedad a popa la nave vira a babor, siendo además
susceptible de incorporar otros depósitos laterales para la acción
de elevación o bajada de la nave mediante una maniobra similar de
trasvase.
8. Sistema de gobierno según la reivindicación
1, que se caracteriza porque, en su aplicación al caso de un
avión convencional, el timón de cola convencional se sustituye por
un dispositivo (11) de Timón Dinámico de Avión, compuesto por un
cilindro (12) conectado al fuselaje por medio de una horquilla (13)
y situado por encima de ésta, respecto a la que puede bascular,
centrado y con su eje paralelo al eje longitudinal de proa a popa,
estando dicho cilindro (12) en constante revolución a un velocidad
determinada, y disponiendo en su interior de dos depósitos (14,
15), semi-llenos con un aceite u otro fluido, de
modo que al ser impulsado este último de un depósito al otro con la
utilización de una bomba, se crea un desequilibrio que da lugar a
una variación del momento angular que da como resultado un giro a
babor o estribor, según se desplace respectivamente mayor cantidad
de fluido hacia el depósito trasero o hacia el delantero.
9. Sistema de gobierno según la reivindicación
8, que se caracteriza porque, en una variante de
realización, el Timón Dinámico de Avión se sitúa en el interior del
fuselaje.
10. Sistema de gobierno según la reivindicación
8 ó 9, que se caracteriza porque la variación del momento
dinámico del Timón Dinámico de Avión se realiza en virtud de la
acción de fuerzas magnéticas, electromagnéticas, mecánicas o de
cualquier otro tipo, que actúan sobre el rotor.
11. Sistema de gobierno según las
reivindicaciones 8 a 10, que se caracteriza porque la
modificación del sentido de rotación del rotor, simultáneamente con
la de su centro de gravedad, facilita el gobierno de la nave.
12. Sistema de gobierno según la reivindicación
1, que se caracteriza porque, en una alternativa de
realización, permite su instalación a bordo de un submarino para su
gobierno con un sistema de dirección mediante interacciones
dinámicas, en el que se prevé que el submarino disponga de un
cuerpo a proa de diseño dinámico, portador de la cabina o
habitáculo de tripulantes, así como de aletas o planos de
estabilidad, y de un cuerpo cilíndrico de popa con la incorporación
del motor de empuje, de modo que el motor de accionamiento del
submarino, preferentemente un motor eléctrico, hace girar
simultáneamente al cuerpo de proa sobre su eje longitudinal,
llevándose a cabo el gobierno del submarino por desplazamiento del
centro de gravedad en relación con el centro de flotación, en
virtud de la modificación del par resultante entre el centro de
gravedad y el metacentro, motivada por la modificación de la
posición relativa del centro de gravedad ocasionada por el trasvase
de agua u otro líquido desde unos depósitos a otras, mientras que,
con vistas a la operación de gobierno en altura, el submarino
dispondrá con preferencia de toberas laterales situadas en la parte
fija del submarino.
13. Sistema de gobierno según la reivindicación
12, que se caracteriza por la disposición de un rotor en el
interior del submarino, de modo que el gobierno de éste se logra
por desplazamiento del centro de gravedad modificando
simultáneamente el sentido de rotación del rotor y la posición del
centro de gravedad.
14. Sistema de gobierno según la reivindicación
1, que se caracteriza porque en una variante de realización
del sistema para su aplicación al caso de un torpedo (16), de
combate marítimo, provisto de motor eléctrico y hélice (17), el
gobierno se realiza mediante el control del centro de gravedad del
proyectil, siendo dicho torpedo movido por un motor que le aporta
simultáneamente su velocidad de desplazamiento y una rotación
(\hat{\omega}) sobre su eje longitudinal, que le confiere un
momento angular (\vec{L}), y cuyo desplazamiento del centro de
gravedad se realiza por trasvase de agua u otro fluido líquido o
gaseoso desde un depósito (18) hasta otro depósito (19), estando
ambos depósitos situados en posiciones longitudinalmente separadas,
o mediante cualquier otro sistema de las reivindicaciones
anteriores.
15. Sistema de gobierno según la reivindicación
14, que se caracteriza porque prevé además la incorporación
de toberas laterales en la parte externa fija del torpedo,
mediante las que se realiza el gobierno de su rumbo o de su
altura.
16. Sistema de gobierno según la reivindicación
14, que se caracteriza porque el desplazamiento del centro
de gravedad (O) se realiza mediante un émbolo (18) accionado por
un servomotor (19).
17. Sistema de gobierno según la reivindicación
14, que se caracteriza porque el desplazamiento del centro
de gravedad (O) se realiza mediante cualquier sistema de
desplazamiento de un peso (20) deslizante.
18. Sistema de gobierno según la reivindicación
14, que se caracteriza porque el gobierno del torpedo (16)
se realiza modificando su sentido de rotación, simultáneamente con
su centro de gravedad, por ejemplo mediante una hélice propulsora
en ambos sentidos de rotación o mediante una doble hélice (21).
19. Sistema de gobierno según la reivindicación
1, que se caracteriza en el caso de aplicación a un dirigible
para el transporte de líquidos o gases, éste se configura con
estructura cilíndrica, propulsado por una hélice situada en su popa,
que genera simultáneamente un movimiento de rotación de la aeronave
respecto a su eje longitudinal, y cuyo gobierno se realiza por
traslación de su centro de gravedad para lo que incorpora un equipo
de bombas y depósitos de agua, a proa y popa, de modo que la
virada se realiza trasvasando fluido desde un depósito a otro.
20. Sistema de gobierno según la reivindicación
19, que se caracteriza porque el control del dirigible se
realiza mediante el trasvase del propio líquido o combustible que se
transporte, sin necesidad de depósitos o bombas adicionales.
21. Sistema de gobierno según la reivindicación
19 ó 20, que se caracteriza porque el dirigible puede ser
gobernado por control remoto, sin tripulación, en cuyo caso no
requiere cuerpo fijo alguno.
22. Sistema de gobierno según la reivindicación
1, que se caracteriza porque, en su aplicación a un cohete o
proyectil, la modificación de la altura se obtiene mediante dos
turbinas de chorro, situadas en la parte fija del fuselaje situada
en la cola, y que son accionadas por control remoto, de forma
intermitente, y en respuesta a las órdenes de gobierno recibidas,
mientras que el rumbo horizontal se controla mediante el
desplazamiento relativo del centro de gravedad, respecto del centro
de sustentación, por cualquiera de los dispositivos definidos en
las reivindicaciones 12, 13 y 14, o eventualmente también mediante
turbinas situadas en la parte fija del fuselaje.
23. Sistema de gobierno según la reivindicación
22, que se caracteriza porque la modificación de la altura
se obtiene mediante una única turbina de chorro, situada en la
parte fija del fuselaje, situada en la cola, y que es accionada por
control remoto, de forma intermitente, y en respuesta a la pérdida
de altura.
24. Sistema de gobierno según la reivindicación
22 ó 23, que se caracteriza porque la modificación de la
altura se obtiene mediante una única turbina de chorro, situada en
la parte fija del fuselaje, situada en la cola, y que actúa por
efecto de un sensor barimétrico o de altura.
25. Sistema de gobierno según la reivindicación
1, que se caracteriza porque está capacitado para ser
aplicado a cualquier tipo de bala o proyectil con mando
teledirigido, cuyo rumbo se modifica por desplazamiento del centro
de gravedad respecto al centro de sustentación, mediante cualquiera
de los dispositivos definidos en las reivindicaciones 12, 13,
14.
26. Sistema de gobierno según la reivindicación
25, que se caracteriza porque el sistema prevé igualmente la
posibilidad de corregir previamente el grado de error de la
trayectoria de la bala o proyectil mediante el desplazamiento
relativo del centro de gravedad respecto al de sustentación en
fábrica.
27. Sistema de gobierno según la reivindicación
1, que se caracteriza en una aplicación alternativa al caso
de un helicóptero de cualquier tipo, con la utilización del
momento angular del rotor de la hélice principal del helicóptero,
éste deberá disponer de un sistema dinámico de generación de pares
perpendiculares a su momento angular para la generación de momentos
que al incidir sobre el momento angular existente, determinan un
movimiento de precesión alrededor de un tercer eje perpendicular,
determinándose la variación de la trayectoria (21) a babor o
estribor en función del par de fuerzas que actúen en cada
ocasión.
28. Sistema de gobierno según reivindicación 27,
que se caracteriza porque el aumento del momento angular de
la hélice principal del helicóptero se consigue aumentando la masa
de rotación.
29. Sistema de gobierno según la reivindicación
1, que se caracteriza porque permite ser aplicado al control
de cualquier tipo de satélite artificial dotado de momento angular
intrínseco, de modo que el gobierno de éste se realiza con la
utilización de toberas o turbinas de propulsión a chorro.
30. Sistema de gobierno según la reivindicación
29, que se caracteriza porque en el caso de un satélite
artificial dotado de momento angular intrínseco y situado en una
órbita próxima a la eclíptica, la sustentación del mismo se lleva a
cabo sin consumo de energía.
31. Sistema de gobierno según la reivindicación
1, que se caracteriza porque la utilización del Timón
Dinámico de Turbina como dispositivo dinámico para el gobierno de
una aeronave, permite el gobierno de la nave fuera del campo de
gravedad terrestre, estando aquél conectado al puesto de mando de la
nave, y porque dicho dispositivo de timón dinámico comprende varias
turbinas (23) situadas en el fuselaje fijo de la nave, y un rotor
(22) central dotado de momento angular intrínseco por rotación
constante sobre su eje principal de inercia.
32. Sistema de gobierno según la reivindicación
31, que se caracteriza por la utilización de pares de
turbinas (23) opuestas para la obtención de un mayor efecto sobre
la variación del momento angular, y una mayor eficacia en el
gobierno de la nave.
33. Sistema de gobierno según la reivindicación
31 ó 32, que se caracteriza porque este efecto mejorado de
variación del momento angular que se traduce en una mayor eficacia
en el gobierno de la nave, se logra igualmente con la provisión de
un fuselaje fijo en cuyo interior se ha incorporado un rotor (24),
con un determinado momento angular, y en el que las turbinas (23)
se unen a la parte fija del fuselaje.
34. Sistema de gobierno según la reivindicación
31, que se caracteriza porque la impulsión y gobierno de la
nave ser realiza con turbinas de hélice en caso de utilización en la
atmósfera terrestre o en otra de características similares.
35. Sistema de gobierno según la reivindicación
31, que se caracteriza porque el rotor (24) está capacitado
para generar nuevos momentos angulares perpendiculares al
principal, mediante dispositivos magnéticos, electromagnéticos o de
otra naturaleza que actúen a distancia.
36. Sistema de gobierno según la reivindicación
31, que se caracteriza porque el rotor (24) consiste
preferentemente en un metal líquido, tal como sodio líquido,
mercurio o cualquier otro, confinado en un espacio cerrado,
susceptible de ser accionado a distancia con la utilización de
medios electromagnéticos o de otro tipo, con el fin de
proporcionarle un momento angular coincidente con un eje principal
de inercia del elipsoide de inercia de la nave, y que
simultáneamente sea susceptible de generar nuevos momentos
angulares con componente ortogonal al principal.
37. Sistema de gobierno según la reivindicación
1, que se caracteriza por su capacidad de aplicación al caso
de una lanzadora de aeronaves, cohetes y transbordadores
espaciales que deban vencer la gravedad terrestre o cualquier otro
campo gravitatorio o atractivo, cuya lanzadora tiene la misión de
proporcionar a la aeronave o cohete el impulso inicial con
reducción de la cantidad de combustible a transportar, cuyo
mecanismo lanzador incluye una estructura fija y un tren tractor,
soportados en tierra, y de modo que la aeronave se hace levitar con
su eje longitudinal paralelo al suelo, con la utilización de
dispositivos mecánicos o de electroimanes que generan pares de
acción que provocan el movimiento de rotación de la nave (25) y le
proporcionan un momento angular correspondiente, susceptible de ser
incrementado a lo largo de la zona (26) de despegue, en cuyas
condiciones se aplica a la nave un fuerte impulso inicial mediante
el tren de tracción recuperable, para dotarla de una velocidad que
se incrementa a lo largo del tren en virtud de una aceleración del
móvil, y de modo que la nave (25), impulsada con esta velocidad
inicial, se ve sometida a una nueva excitación electromagnética o
mecánica para la generación de un nuevo momento durante un tiempo
suficiente, perpendicular al momento angular inicial, y merced al
cual se inicia la trayectoria curva (27) por parte de la nave
(25).
38. Sistema de elevación de cohetes, naves
cilíndricas u otros cuerpos según la reivindicación 1, que se
caracteriza porque el móvil se hace rotar mediante un plano
inclinado, hasta adquirir una velocidad de rotación (W), siendo
reducida a continuación la velocidad de rotación de un extremo
mientras se mantiene libre el otro extremo, como consecuencia de lo
cual, el móvil inicia una elevación del extremo cuya rotación no ha
sido frenada, hasta alcanzar una posición vertical.
39. Sistema de elevación dinámica de sólidos
según la reivindicación 1, que se caracteriza por la
disposición de un eje vertical rotatorio, al que se articulan un
número variable de ejes perpendiculares al primero y animados
también con rotación propia, estando los segundos ejes dispuestos de
manera que soportan una plataforma a la vez que deslizan por la
parte inferior de ésta, y permitiendo la articulación de los ejes
secundarios que éstos se eleven por efecto de interacción dinámica,
elevando con ello la plataforma que soportan.
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