ES2267015T3 - Procedimiento que permite evitar las vibraciones de un timon de direccion de una aeronave. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento que permite evitar las vibraciones de un timón de dirección (4) de una aeronave (1) que vuela sin derrape, estando dicho timón de dirección (4) - unido a un empenaje vertical fijo (3) mediante unos medios de articulación (9, 10) que forman un eje de articulación (8), - pudiendo girar alrededor de dicho eje de articulación (8) bajo la acción de medios de accionamiento controlables (11), y - comportando dos superficies aerodinámicas laterales (6G y 6D) que se unen en el lado trasero de la aeronave (1) para formar un borde de salida (7), resultando dichas vibraciones de juegos mecánicos excesivos en dichos medios de articulación (9, 10) o en medios de transmisión (12) que unen dichos medios de accionamiento controlables (11) y dicho timón de dirección (4), donde - en una (6G) de dichas superficies aerodinámicas laterales (6G, 6D) del timón de dirección 4, se fija un elemento aerodinámico que sobresale (14) apto para generar un efecto aerodinámico que tiende a hacer girar dicho timón de dirección (4) alrededor de dicho eje de articulación (8); y - se accionan dichos medios de accionamiento (11) para que se opongan a la acción de dicho elemento aerodinámico que sobresale (14) y que impongan a dicho timón de dirección (4) una posición de equilibrio (4N) en prolongación aerodinámica de dicho empenaje vertical fijo (3).
Description
Procedimiento que permite evitar las vibraciones
de un timón de dirección de una aeronave.
La presente invención se refiere a un
procedimiento que permite evitar las vibraciones de un timón de
dirección de una aeronave que vuela sin derrape.
Es sabido que un timón de dirección de aeronave
comprende un empenaje vertical fijo y un timón de dirección móvil.
Este timón de dirección está unido al empenaje vertical fijo por
unos medios de articulación que forman un eje de articulación y
puede girar alrededor de este último bajo la acción de unos medios
de accionamiento, tales como unos gatos. Es sabido además que dicho
timón de dirección comporta dos superficies aerodinámicas laterales
que se unen en el lado trasero de la aeronave para formar el borde
de fuga del timón de dirección móvil, que es igualmente el del timón
de dirección.
A medida que funciona dicho timón de dirección,
los fenómenos de desgaste amplían los juegos mecánicos funcionales
normales previstos de construcción en dichos medios de articulación
y/o en los medios de transmisión entre dichos medios de
accionamiento y dicho timón de dirección.
En vuelo normal de aeronave, es decir con
derrape nulo, dicho timón de dirección se encuentra en la
prolongación aerodinámica del empenaje vertical fijo, en el eje de
este último, y no está sometido prácticamente a ningún efecto
aerodinámico. Sin embargo, a causa de mayores juegos por desgaste,
puede ocurrir que, a pesar de la casi inexistencia de los esfuerzos
aerodinámicos que le son aplicados, el timón de dirección se ponga a
vibrar bajo el efecto de las turbulencias o inestabilidades
normales de la corriente aerodinámica.
Los juegos mecánicos aumentan con el
envejecimiento de dichos medios de articulación y dichos medios de
transmisión, de la misma manera que con la amplitud de las
vibraciones de dicho timón de dirección. Dichas vibraciones,
incluso de amplitud importante, no son perjudiciales para la
seguridad de la aeronave, pero generan molestias a los pasajeros,
que soportan las vibraciones inducidas en la cabina, así como una
incomodidad de pilotaje para el o los pilotos.
Cuando estas vibraciones alcanzan una amplitud
inaceptable para la comodidad de los pasajeros y de los pilotos, es
necesario proceder a la sustitución de las piezas desgastadas de
dichos medios de articulación y/o de dichos medios de transmisión,
con el fin de recuperar juegos funcionales reducidos. Dicha
operación de sustitución es relativamente compleja y necesita en la
práctica una inmovilización de la aeronave, cuya duración no es en
general compatible con la de las escalas.
Naturalmente, es posible realizar operaciones de
mantenimiento preventivas, sustituyendo dichas piezas que se
desgastan antes de que la amplitud de las vibraciones resulte
molesta. Dichas operaciones preventivas pueden ser realizadas en el
curso de periodos de intervenciones programadas en la aeronave, pero
entonces se tienen que realizar intervenciones y sustituciones de
piezas, que no son obligatoriamente necesarias.
La presente invención tiene por objeto remediar
estos inconvenientes. Se refiere en particular a un procedimiento
simple y rápido de puesta en práctica, que permite suprimir las
vibraciones de un timón de dirección en funcionamiento normal y de
retrasar a una fecha posterior la necesidad de reemplazar las piezas
que se desgastan, por ejemplo hasta una operación de mantenimiento
futura y programada, de manera que no penalice la explotación
operacional de la aeronave.
Con este fin, según la invención, el
procedimiento que permite evitar las vibraciones de un timón de
dirección de una aeronave que vuela sin derrape, estando dicho
timón de dirección
- -
- unido a un empenaje vertical fijo por unos medios de articulación que forman un eje de articulación,
- -
- pudiendo girar alrededor de dicho eje de articulación bajo la acción de medios de accionamiento controlables, y
- -
- comportando dos superficies aerodinámicas laterales que se juntan en el lado trasero de la aeronave para formar un borde de salida,
resultando dichas vibraciones de juegos
mecánicos excesivos en dichos medios de articulación o en medios de
transmisión que unen dichos medios de accionamiento controlables y
dicho timón de dirección, es notable porque:
- -
- en una de dichas superficies aerodinámicas laterales del timón de dirección, se fija un elemento aerodinámico que sobresale apto para generar un efecto aerodinámico que tiende a hacer girar dicho timón de dirección alrededor de dicho eje de articulación; y
- -
- se accionan dichos medios de accionamiento para que se opongan a la acción de dicho elemento aerodinámico que sobresale y que impongan a dicho timón de dirección una posición de equilibrio en prolongación aerodinámica de dicho empenaje vertical fijo.
Así, dicho elemento aerodinámico que sobresale
crea una disimetría de los esfuerzos aerodinámicos aplicados a
dicho timón de dirección y genera una fuerza que tiende a hacer
girar este último del lado opuesto a dicho elemento aerodinámico,
alrededor de dicho eje de articulación. Los medios de accionamiento
(gatos) accionados por el piloto de la aeronave permiten girar
dicho timón de dirección en sentido opuesto para mantenerlo en
posición de equilibrio aerodinámico, de modo que la aeronave no sea
sometida a ningún derrape. Dicho giro antagonista del timón de
dirección genera, al nivel de dichos medios de articulación y de
dichos medios de transmisión, una fuerza lateral que impide que
dicho timón de dirección vibre en condiciones normales de vuelo.
Se observará que la patente US-1
457 507 prevé, sobre unas superficies sujetas a fuerzas
aerodinámicas, unas bandas con inclinación ajustable con el fin de
ajustar las características dinámicas de dichas superficies. En
ningún caso, dichas bandas inclinadas están previstas para evitar
vibraciones resultantes de juegos mecánicos.
Dicho elemento aerodinámico previsto por la
presente invención puede presentar formas y dimensiones diversas,
que conviene adaptar a las dimensiones del timón de dirección y a
los efectos aerodinámicos buscados. Dicho elemento aerodinámico que
sobresale puede presentar una forma alargada y puede estar dispuesto
de modo al menos aproximadamente paralelo al borde de salida de
dicho timón de dirección. Por ejemplo, dicho elemento aerodinámico
que sobresale es un tramo de angular fijado por una de sus alas a
dicha superficie aerodinámica lateral, sobresaliendo la otra ala de
dicho tramo de angular en relación con esta última superficie
aerodinámica lateral.
Es evidentemente ventajoso limitar, en la medida
de lo posible, el tamaño de dicho elemento aerodinámico con el fin
de evitar efectos negativos sobre la resistencia y el consumo de
carburante del avión, sin perjudicar el efecto deseado. A este
efecto, es preferible que dicho elemento aerodinámico que sobresale
sea fijado cerca de dicho borde de salida de dicho timón de
dirección. Así, la fuerza aerodinámica generada por dicho elemento
aerodinámico puede beneficiarse de un brazo de palanca importante
para tender a hacer girar dicho elemento alrededor del eje de
articulación.
Unos ensayos han mostrado que, en estas
condiciones, para un timón de dirección de 6 m de envergadura, un
tramo de angular de longitud comprendida entre 400 y 800 mm, con
alas de una altura de 12 mm, daba resultados satisfactorios, como
elemento aerodinámico susceptible de evitar las vibraciones de dicho
timón.
De preferencia, dicho elemento aerodinámico que
sobresale está fijado de modo amovible sobre dicho timón de
dirección. Así, se puede montar dicho elemento aerodinámico de modo
provisional en dicho timón de dirección cuando juegos mecánicos
importantes aparecen en los medios de articulación y/o los medios de
transmisión y desmontarlos cuando las piezas que presentan estos
juegos importantes hayan sido sustituidas. Con este fin, dicho
elemento aerodinámico que sobresale puede fijarse a dicha superficie
aerodinámica lateral por medio de elementos de fijación
complementarios de los cuales algunos están montados permanentemente
en dicho timón de dirección móvil. Estos elementos de fijación
complementarios comportan ventajosamente tornillos y tuercas,
estando dichas tuercas incorporadas a dicha superficie aerodinámica
lateral, que, de preferencia, están enrasadas.
Las figuras del dibujo adjunto harán comprender
como puede realizarse la invención. En estas figuras, referencias
idénticas designan elementos semejantes.
La figura 1 es una vista lateral de un avión
civil de gran tonelaje.
La figura 2 es una vista lateral, esquemática y
parcial, ampliada y con arrancamiento, del timón de dirección del
avión de la figura 1.
La figura 3 es una sección horizontal
esquemática de dicho timón de dirección según las líneas
III-III de las figuras 1 y 2.
La figura 4 ilustra esquemáticamente el modo de
acción del elemento aerodinámico según la presente invención.
La figura 5 ilustra esquemáticamente un ejemplo
de fijación de dicho elemento sobre el timón de dirección.
El avión civil de gran tonelaje 1, mostrado en
la figura 1, comporta, cerca de su cola, un timón de dirección 2
que comprende un empenaje vertical fijo 3 y un timón de dirección
móvil 4.
En el lado delantero, el empenaje vertical fijo
3 presenta un borde de ataque 5, que constituye el borde de ataque
de dicho timón de dirección 2.
Por otra parte, el timón de dirección móvil 4
comporta dos superficies aerodinámicas laterales 6G y 6D que se
unen en el lado posterior del avión 1 para formar el borde de salida
7 de dicho timón 4 y de dicho timón 2.
El timón de dirección 4 está montado de modo
giratorio en relación con el empenaje vertical fijo 3, alrededor de
un eje de articulación 8, definido por un árbol 9 solidario del
timón de dirección 4 y que puede girar alrededor de los cojinetes
10, solidarios con el empenaje vertical 3.
El árbol 9 -y por lo tanto el timón de dirección
4- puede ser accionado en rotación, en los dos sentidos, alrededor
del eje de articulación 8 por unos gatos 11 montados en el empenaje
vertical 3 y accionados por el piloto del avión 1 por medio de
líneas de mando 11 A. Para ello, los extremos libres de las varillas
de los gatos 11 están articuladas, por ejemplo mediante rótulas 12,
sobre pernos de manivela 13 solidarios con el árbol 9.
Cuando el avión 1 vuela sin derrapar, el timón
de dirección 4 se encuentra en una posición de equilibrio 4N en
prolongación aerodinámica del empenaje vertical 3, tal como se
ilustra en las figuras 3 y 4. Sin embargo, si juegos mecánicos
demasiado importantes, resultantes del desgaste, aparecen en las
rótulas 12 y/o los cojinetes 10, el timón de dirección 4 puede
iniciar unas vibraciones alrededor de esta posición de equilibrio
4N.
Cuando los efectos de estas vibraciones resulten
inaceptables para la comodidad de los pasajeros del avión 1 y/o
para el pilotaje del avión 1, según la invención, se fija en una de
las superficies aerodinámicas laterales del timón móvil 4, por
ejemplo la superficie aerodinámica lateral 6G, un elemento
aerodinámico 14 que sobresale en relación con esta última.
Por este hecho, se crea una disimetría de los
esfuerzos aerodinámicos aplicados al timón de dirección 4, que
tiende entonces a pivotar alrededor del eje de articulación 8 bajo
la acción de una fuerza transversal F, generada por el elemento
aerodinámico 14, tal como se ilustra en línea de puntos en la figura
4.
Para mantener el timón de dirección 4 en la
posición de equilibrio 4N, el piloto está obligado a accionar los
gatos 11 (por las líneas 11 A), en el sentido de un contragiro de
dicho timón de dirección 4. Resulta una fuerza lateral que, al
actuar sobre la articulación 9, 10 y sobre las rótulas 12, impide
que dicho timón de dirección 4 vibre.
Con el fin de que, con un elemento aerodinámico
14 de pequeño tamaño, el par de rotación ejercido por la fuerza F
sea suficientemente elevado para necesitar un giro antagonista del
timón de dirección 4 apto para eliminar las vibraciones, dicho
elemento aerodinámico está dispuesto cerca del borde de salida
7.
Este elemento aerodinámico 14 puede estar
constituido por un tramo del angular, del que una ala 15 es al menos
sensiblemente ortogonal a la superficie aerodinámica 6G, mientras
que la otra ala 16 de dicho tramo del angular sirve para la
fijación del mismo sobre dicha superficie aerodinámica 6G, por
ejemplo por medio de tornillos 17 que cooperan con las tuercas 18
incorporadas permanentemente sobre dicha superficie aerodinámica 6G
(ver la figura 5).
Se comprenderá fácilmente que con dicho sistema
de fijación, el elemento aerodinámico 14 pueda ser montado
fácilmente sobre el timón de dirección 4 y ser desmontado de este
último. Así, sujeto puede ser montado provisionalmente mientras los
juegos en la articulación 9, 10 y/o en las rótulas 12 sean
excesivos, pero ser desmontado en cuanto estos juegos excesivos
hayan sido eliminados y reemplazados por juegos funcionales
normales.
Claims (8)
1. Procedimiento que permite evitar las
vibraciones de un timón de dirección (4) de una aeronave (1) que
vuela sin derrape, estando dicho timón de dirección (4)
- -
- unido a un empenaje vertical fijo (3) mediante unos medios de articulación (9, 10) que forman un eje de articulación (8),
- -
- pudiendo girar alrededor de dicho eje de articulación (8) bajo la acción de medios de accionamiento controlables (11), y
- -
- comportando dos superficies aerodinámicas laterales (6G y 6D) que se unen en el lado trasero de la aeronave (1) para formar un borde de salida (7),
resultando dichas vibraciones de
juegos mecánicos excesivos en dichos medios de articulación (9, 10)
o en medios de transmisión (12) que unen dichos medios de
accionamiento controlables (11) y dicho timón de dirección
(4),
donde
- -
- en una (6G) de dichas superficies aerodinámicas laterales (6G, 6D) del timón de dirección 4, se fija un elemento aerodinámico que sobresale (14) apto para generar un efecto aerodinámico que tiende a hacer girar dicho timón de dirección (4) alrededor de dicho eje de articulación (8); y
- -
- se accionan dichos medios de accionamiento (11) para que se opongan a la acción de dicho elemento aerodinámico que sobresale (14) y que impongan a dicho timón de dirección (4) una posición de equilibrio (4N) en prolongación aerodinámica de dicho empenaje vertical fijo (3).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se fija dicho
elemento aerodinámico que sobresale (14) cerca de dicho borde de
salida (7) de dicho timón de dirección (4).
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2,
caracterizado porque se fija dicho
elemento aerodinámico que sobresale (14) de modo amovible sobre
dicho timón de dirección (4).
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque se monta dicho
elemento aerodinámico que sobresale (14) de modo provisional sobre
dicho timón de dirección 4, cuando dichos juegos mecánicos son
excesivos y porque se desmonta, cuando dichos juegos mecánicos
corresponden a juegos funcionales normales.
5. Procedimiento (1) según una de las
reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado porque se fija dicho
elemento aerodinámico que sobresale (14) sobre dicha superficie
aerodinámica lateral (6G) por medio de elementos de fijación
complementarios (17, 18) algunos de los cuales (18) están montados
permanentemente sobre dicho timón de dirección móvil (4).
6. Procedimiento (1) según la reivindicación
5,
caracterizado porque se utilizan
elementos de fijación complementarios que comportan tornillos (17) y
tuercas (18) y porque se incorporan dichas tuercas (18) a dicha
superficie aerodinámica lateral (6G).
7. Procedimiento (1) según una de las
reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque se utiliza un
elemento aerodinámico que sobresale (14) que presenta una forma
alargada y porque se dispone, sobre dicha superficie aerodinámica
lateral (6G), de modo al menos aproximadamente paralelo al borde de
salida (7) de dicho timón de dirección (4).
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque se utiliza un
elemento aerodinámico que sobresale (14) constituido por un tramo de
angular que se fija por una de sus alas (16) sobre dicha superficie
aerodinámica lateral (6G), sobresaliendo la otra ala (15) de dicho
tramo de angular con respecto a esta última superficie aerodinámica
lateral (6G).
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