ES2285510T3 - Ala rigida de sustentacion variable por despliegue de un ala flexible. - Google Patents
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Abstract
Ala de sustentación para aviones o aeronaves ultraligeras que consta de - una superficie sustentadora flexible (3) que puede ser desplegada de forma continua en la prolongación de un ala rígida (4) por medio de al menos un sistema articulado (5), constando dicho sistema de al menos un brazo (9), - dicha superficie sustentadora flexible (3) y dicho sistema articulado (5) están completamente incorporados en la parte trasera del ala rígida (4) en configuración de vuelo de crucero, caracterizado porque - dicha superficie sustentadora flexible (3) está plegada en acordeón en el ala rígida (4) de forma que las dos superficies de la superficie sustentadora flexible no están una enfrente de la otra.
Description
Ala rígida de sustentación variable por
despliegue de un ala flexible.
La presente invención comprende un ala de
sustentación variable utilizable en aviones pequeños o en aeronaves
ultraligeras.
Desde que el hombre ha intentado volar y ha
logrado concebir máquinas para ello, nunca se han dejado de mejorar
las técnicas para reforzar la seguridad de los aviones, aumentar la
manejabilidad y las prestaciones tanto en el ámbito de la alta
velocidad como en el de los aviones pequeños que pueden llevar una o
dos personas.
Desde el punto de vista de la técnica de
concepción de un avión, el problema de la sustentación y del cálculo
de la superficie sustentadora en las diferentes configuraciones de
vuelo constituye probablemente la más antigua preocupación del
diseñador de aeroplanos.
En efecto, los sistemas de sustentación de un
aparato volador deben cubrir los envolventes de vuelo que abarcan
desde el despegue y el aterrizaje hasta la velocidad máxima. Para
las fases de despegue y de aterrizaje la velocidad buscada, por
motivos de seguridad, debe ser la más reducida posible. Durante la
fase de vuelo estabilizado, denominada de crucero, con el fin de
salvar distancias importantes en el tiempo más corto, la velocidad
debe ser lo más alta posible. El dimensionamiento de un ala para
los dos envolventes de vuelo es por tanto contradictorio.
De forma más precisa, la fase de despegue y de
aterrizaje necesita una superficie de sustentación máxima,
alcanzada principalmente por la dimensión del ala. No obstante que
para alcanzar una velocidad satisfactoria durante un vuelo
estabilizado el ala debe disponer de un coeficiente de resistencia
aerodinámica débil y de una superficie reducida.
La optimización del rendimiento de un aeroplano
lleva entonces a fabricar alas de geometría variable, lo cual se
realiza ya desde hace varios años en los aviones de caza y en los
aviones de línea.
Los dispositivos conocidos para los aviones de
caza y de línea conocidos con la apelación de sistemas de
hipersustentación no son aplicables al ámbito de los aviones
pequeños debido al peso y a la complejidad de los sistemas.
En este ámbito de los aviones pequeños y de las
aeronaves ultraligeras, una técnica conocida comprende el
despliegue de una superficie flexible entre el borde de salida del
ala y la cola del aparato, como se describe en el documento
WO9845171. Este dispositivo consiste en desenrollar una vela
flexible enrollada en un eje paralelo al fuselaje del avión por
medio de cables tractores que permiten el despliegue hacia el
extremo de las alas. La vela de forma triangular es desenrollada
progresivamente para aumentar la sustentación del aparato. Tal
dispositivo es igualmente conocido en el ámbito náutico.
Las limitaciones de tales sistemas, de
enrollamiento alrededor de un eje, están igualmente bien
establecidas. El despliegue de la superficie sustentadora, bajo la
acción de constricciones exteriores importantes, un viento violento
por ejemplo, conlleva dificultades de la maniobra de enrollamiento y
desenrollamiento, incluso un bloqueo del dispositivo. Las
constricciones mecánicas en los cables tractores son muy importantes
y pueden comportar un desgaste prematuro y una ruptura de estos.
Hay que señalar también que las fuerzas de tracción son trasladadas
al extremo de las alas, lo cual es perjudicial mecánicamente.
Otros dispositivos para el despliegue de
superficies de sustentación adicionales han sido concebidos, y
US4460138, especialmente por pivotamiento de superficies rígidas
incorporadas al ala, tal como se menciona en los documentos
US1215295 o US2137047. Se ha considerado igualmente desplegar por
deslizamiento paneles imbricados unos sobre otros tal como se
describe en US4106727.
Ninguno de estos sistemas puede aplicarse al
ámbito de los aviones pequeños ni de las aeronaves ultraligeras por
lo cual podemos constatar que a día de hoy no existe una solución
industrializada fiable y específica.
La invención tiene entonces por objeto resolver
estas dificultades principales, es decir, propone un ala
desplegable que permite aumentar la sustentación del avión en las
configuraciones de despegue y de aterrizaje, además de permitir una
reducción de la superficie sustentadora en fase de vuelo
estabilizado.
La invención comprende un ala de sustentación
variable, ligera y específicamente adaptada para los pequeños
aviones y las aeronaves ultraligeras. Esta ala se caracteriza por el
hecho de que consta de una superficie sustentadora flexible
desplegable de manera continua en la prolongación del ala rígida por
medio de al menos un sistema articulado y por el hecho de que la
mencionada superficie sustentadora flexible y el mencionado sistema
articulado están completamente incorporados en la parte trasera del
ala rígida en configuración de vuelo de crucero.
Según la invención un único mecanismo es
utilizado para desplegar la superficie sustentadora flexible y
mantener la tensión, lo cual presenta ventajas seguras en relación
con las técnicas conocidas. Por otra parte, el ajuste de la
mencionada tensión puede ser efectuado de forma continua de manera
muy fina, permitiendo así posiciones intermedias para el despliegue
de la superficie sustentadora flexible y por tanto situaciones de
vuelo particulares.
El fuerte aumento de la sustentación, cuando la
superficie sustentadora flexible está completamente desplegada,
permite al aeroplano disminuir fuertemente su velocidad durante la
fase de aterrizaje o despegar más fácilmente.
La superficie sustentadora flexible está
particularmente adaptada para aviones ligeros. Tal dispositivo de
sustentación variable permite alcanzar garantías satisfactorias en
todas las configuraciones de vuelo.
Otras características y ventajas de la invención
se deducirán de la siguiente descripción en referencia a los
dibujos adjuntos, aportados únicamente a modo de ejemplos no
limitativos.
la fig. 1 es una vista superior y en perspectiva
de un avión en fase de vuelo de crucero, estando la superficie
sustentadora plegada;
la fig. 2 es una vista superior y en perspectiva
de un avión y de la superficie sustentadora desplegada en
configuración de despegue o de aterrizaje;
la fig. 3 es una vista en perspectiva del ala
mostrando la superficie sustentadora plegada;
la fig. 4 es una vista en perspectiva del ala
que muestra la superficie sustentadora desplegada;
la fig. 5 es una vista superior y transversal en
el plano del ala, que ilustra el mecanismo de despliegue de la
superficie sustentadora, estando esta en posición plegada;
la fig. 6 es una vista superior y transversal
del plano del ala, que ilustra el mecanismo de despliegue de la
superficie sustentadora, estando esta en posición desplegada.
la fig. 7 es una vista detallada y en
perspectiva del mecanismo articulado que permite el despliegue y el
plegado de la superficie sustentadora.
la fig. 8 ilustra la disposición de los
diferentes elemento que permiten la extensión de la superficie
sustentadora;
la fig. 9 es una vista transversal del borde de
salida del ala, según un plano perpendicular a su envergadura,
cuando la superficie sustentadora está plegada;
la fig. 10 es una vista transversal del borde de
salida del ala, según un plano perpendicular a su envergadura,
cuando la superficie sustentadora está desplegada;
la fig. 11 ilustra una variante de sistema
articulado según la invención.
Tal como lo muestran las figuras 1 y 2 el
dispositivo según la invención permite un aumento de la superficie
del ala muy importante.
La figura 1 ilustra un ala rígida 4 cuya
aerodinámica cuenta con muy buenas prestaciones, llevada por un
aeroplano 1 de tipo avión pequeño, con una superficie del ala
débil, típicamente menos de 6 m^{2}, y de envergadura inferior a
8 metros, muy alargada y muy fina.
La figura 2 muestra la superficie sustentadora
flexible 3 desplegada, esta superficie sustentadora aumenta
fuertemente la superficie del ala hasta alcanzar típicamente más de
10 m^{2} para las configuraciones de vuelo de baja velocidad.
La superficie sustentadora flexible 3 está
fabricada con un material ligero y resistente como por ejemplo el
empleado para fabricar las superficies sustentadoras de parapentes,
de alas delta o de las velas utilizadas en náutica.
La superficie sustentadora flexible 3 puede por
ejemplo estar constituida de un tejido y/o de un ensamblaje de
materiales flexibles de polímeros, pudiendo estar reforzada esta
superficie sustentadora por estructuras adicionales y/o por
tratamientos adaptados para mejorar su resistencia mecánica, su
resistencia al desgaste o a la intemperie, para impermeabilizar la
estructura, etc.
El dispositivo según la invención consta de una
prolongación desplegable hacia la parte trasera del ala constituida
por las siguientes partes esenciales:
- -
- Un alerón 2 que tiene la función de un flap. Este alerón está controlado por medio de la varilla 6, visible en la figura 4, unida al fuselaje y que puede desplazarse a lo largo de este para acompañar el movimiento de la superficie sustentadora flexible 3,
- -
- una superficie sustentadora flexible que puede plegarse en el interior de la estructura del ala 4 en acordeón, tal como está representado en la figura 3,
- -
- un sistema articulado 5 representado en las figuras 5, 6 y 7 que permite el despliegue y el plegado de la superficie sustentadora en el interior del ala.
De forma más precisa, tal como se ilustra en la
figura 4, el alerón 2 constituye el borde de salida del ala, su
orientación permite manejar el avión, de manera clásica. Este alerón
es rígido y está unido por una varilla 6 al fuselaje para su
movimiento. Esta varilla posee la particularidad de desplazarse
hacia la parte trasera cuando la superficie sustentadora flexible 3
se despliega y de moverse hacia la parte delantera cuando la
superficie sustentadora está plegada, de manera que se mantiene
siempre en la posición ideal para su accionamiento.
El mecanismo de despliegue de la superficie
sustentadora flexible 3 está ilustrado en las figuras 5 a 8. Las
figuras 5 y 6 ilustran el sistema articulado 5 en vista superior en
la posición plegada y en vista desplegada.
Tal como se representa en la figura 7, el
mecanismo articulado de despliegue es accionado desde el avión por
medio de una barra de control 7, que, por un movimiento de vaivén en
la dirección del ala, arrastra diferentes partes 8, 9 y 10
articuladas unas en relación con otras. Dichas partes están también
unidas entre ellas y en sus extremos con los ejes 15, 16, 17 y 18.
Las partes y los ejes constitutivos del sistema articulado están
ilustrados en las diferentes figuras, en este ejemplo particular de
realización, y forman un brazo articulado. Dicho brazo articulado
se pliega y se despliega en acordeón para hacer entrar o hacer salir
la superficie sustentadora flexible 3.
Dicho brazo articulado está fijado en el
interior del ala y sobre esta por medio del eje 16, y, en el otro
extremo, por medio del eje 18 sobre el soporte 19 del alerón.
La parte intermedia 9 es solidaria de un soporte
11 que forma eje y sirve de pivote para los diferentes elementos
articulados. Dicho soporte 11 es un eje soldado en el medio de la
parte 9 y ajustado para deslizarse por al menos uno de sus extremos
en al menos un hueco 20 dispuesto en al menos una placa 12. Esta
placa está fijada de forma solidaria a una varilla 13 que regula el
despliegue de la superficie sustentadora 3.
En el ejemplo ilustrado por las figuras 7 a 10,
el soporte 11 se desliza en dos huecos 20 fijados en las dos varas
13.
La superficie sustentadora 3 forma un circuito
alrededor de las varillas 13 y alrededor del extremo 14 de una guía
rígida 21 en forma de W. El circuito de la superficie sustentadora
flexible 3 en el interior del ala se asemeja a un recorrido en
zigzag o en acordeón.
Tal como lo muestran las figuras 9 y 10 la guía
rígida 21 está situada en el interior del ala y es solidaria con
esta. La distancia d/4 entre el extremo 14 y las cavidades
interiores 22 de la guía rígida 21 en forma de W determinan la
extensión máxima posible d para la superficie sustentadora 3.
En efecto, cuando la superficie sustentadora
flexible 3 está plegada en el ala 4, tal como se ilustra en las
figuras 5 y 9, las varillas 13 están cerca de las cavidades
interiores 22 de la guía rígida 21 en forma de W. La superficie
sustentadora flexible 3 tiene entonces un avance máximo a lo largo
de la W.
Cuando la superficie sustentadora está
desplegada, como se muestra en las figuras 6, 8 y 10, es decir,
cuando las varillas 13 se han desplazado hacia la parte trasera
bajo la acción de los movimientos de diferentes partes articuladas,
solamente una pequeña longitud de la superficie sustentadora se
mantiene en el ala alrededor de las varillas 13 y del extremo 14 de
la guía rígida 21. El avance de la superficie sustentadora flexible
a lo largo de la W es, por tanto, mínimo.
El movimiento de las varillas 13 acorta o alarga
la longitud de la superficie sustentadora en el ala según un
dispositivo que impide todo atascamiento de esta, incluso en caso de
una meteorología desfavorable y de fuerte viento.
Así, según la invención, el plegado o despliegue
de la superficie sustentadora flexible 3 se obtiene por la
modificación de la longitud del circuito de la superficie
sustentadora en el interior del ala rígida 4, siendo acortado dicho
circuito cuando el ala está desplegada y alargado cuando el ala está
plegada.
Durante el despliegue o plegado de la superficie
sustentadora 3 bajo la acción de la barra de control 7 las
diferentes partes articuladas pivotan alrededor de los diferentes
ejes provocando un desplazamiento del soporte 11 que describe un
arco de círculo. Durante su movimiento, el soporte 11 arrastra las
varillas 13 que se desplazan hacia la parte trasera o hacia la
parte delantera en el plano del ala 4 desplegando o plegando el ala
flexible 3 por la modificación de la longitud del recorrido de la
superficie sustentadora en el interior del ala rígida 4.
Según el dispositivo descrito, y en referencia a
la figura 10, la distancia d/4 entre las cavidades interiores 22 de
la guía rígida en forma de W y el extremo 14, determina la extensión
posible de de la superficie sustentadora, esto es, teniendo en
cuenta el avance ilustrado en las figuras, cuatro veces la longitud
libre disponible en el interior del ala.
Según el mismo principio es posible aumentar aún
más la extensión máxima de la superficie sustentadora flexible 3
añadiendo unas varillas 13 suplementarias, paralelas unas a otras, e
intercalando guías rígidas 21.
Generalizando, la extensión de la superficie
sustentadora flexible es 2n veces la distancia libre disponible en
el interior del ala rígida 4 entre las cavidades interiores 22 y los
extremos 14, siendo n el número de varillas 13 paralelas
incorporadas al ala rígida.
Diversas variantes son posibles especialmente en
lo referente a la ubicación relativa de la superficie sustentadora
en relación con las partes articuladas que realizan el despliegue,
pudiendo dicha superficie sustentadora situarse encima y/o debajo
de los brazos articulados sin salir del marco de la invención.
Asimismo, es concebible mejorar el dispositivo
de deslizamiento de la superficie sustentadora en el interior del
ala rígida colocando en lugar de las varillas 13 y en el extremo 14
de la guía rígida 21 unos tubos montados sobre rodamientos con el
fin de favorecer los diversos desplazamientos de la superficie
sustentadora y evitar fricciones.
Otra variante importante de la invención
ilustrada en la figura 11 consiste en realizar un sistema articulado
5 constituido por placas elementales 23 fijadas por puntos 24, al
nivel de los ejes de las articulaciones, a la superficie
sustentadora flexible 3. Estas placas elementales 23 de despliegan
arrastrando la superficie sustentadora flexible. El sistema
articulado 5, en extensión máxima es perpendicular a la envergadura
del ala. En su configuración plegada, en el interior del ala, las
placas constitutivas del brazo están plegadas en acordeón, al igual
que la superficie sustentadora 3 que está fijada punto por
punto.
Los ejes y partes constitutivas de los brazos
articulados que participan en el mecanismo de plegado y despliegue
de la superficie sustentadora estarán preferentemente fabricados con
materiales rígidos y resistentes a los choques. Pueden utilizarse
un gran número de materiales y una gran variedad de piezas para
alcanzar el funcionamiento deseado, sin salir del marco de la
invención.
Claims (9)
1. Ala de sustentación para aviones o aeronaves
ultraligeras que consta de
- -
- una superficie sustentadora flexible (3) que puede ser desplegada de forma continua en la prolongación de un ala rígida (4) por medio de al menos un sistema articulado (5), constando dicho sistema de al menos un brazo (9),
- -
- dicha superficie sustentadora flexible (3) y dicho sistema articulado (5) están completamente incorporados en la parte trasera del ala rígida (4) en configuración de vuelo de crucero,
caracterizado
porque
- -
- dicha superficie sustentadora flexible (3) está plegada en acordeón en el ala rígida (4) de forma que las dos superficies de la superficie sustentadora flexible no están una enfrente de la otra.
2. Ala de sustentación variable para aviones o
aeronaves ultraligeras según la reivindicación 1 en la cual el
plegado o el despliegue de la superficie sustentadora flexible (3)
se obtiene por la modificación de la longitud del circuito de la
superficie sustentadora flexible (3) en el interior del ala rígida
(4), siendo acortado dicho circuito cuando la superficie
sustentadora flexible (3) está desplegada y alargado cuando la
superficie sustentadora flexible (3) está plegada.
3. Ala de sustentación variable para aviones o
aeronaves ultraligeras según la reivindicación 2 en la cual la
superficie sustentadora flexible (3) está plegada en el ala rígida
(4) por medio de al menos una varilla (13) que puede desplazarse en
el plano del ala rígida (4), estando dicha varilla (13) unida al
sistema articulado (5).
4. Ala de sustentación variable para aviones o
aeronaves ultraligeras según la reivindicación 3 en la cual la
extensión máxima de la superficie sustentadora flexible (3) es 2n
veces la distancia libre disponible en el interior del ala rígida
(4), siendo n el número de varillas (13) paralelas incorporadas en
el ala rígida (4), preferentemente n=2.
5. Ala de sustentación variable para aviones o
aeronaves ultraligeras según la reivindicación 1 en la cual el
sistema articulado (5) incluye al menos un brazo (9), disponiendo
dicho brazo (9) de un eje soldado (11) que coopera con al menos un
hueco (20) situado en una placa (12) unida solidariamente a al menos
una varilla (13).
6. Ala de sustentación variable para aviones o
aeronaves ultraligeras según la reivindicación 1 en la cual un
mecanismo de acción de un alerón (2) se desplaza a lo largo del
fuselaje del avión o de la aeronave ultraligera simultáneamente al
despliegue o al plegado del ala (4) para permitir el pilotaje del
aeroplano sea cual sea la configuración de la superficie
sustentadora flexible (3).
7. Ala de sustentación variable para aviones o
aeronaves ultraligeras según la reivindicación 1 en la cual están
presentes al menos uno y preferentemente dos sistemas articulados
(5).
8. Ala de sustentación variable para aviones o
aeronaves ultraligeras según la reivindicación 1 en la cual la
superficie sustentadora flexible (3) está constituida por materiales
flexibles, pudiendo estar esta superficie sustentadora reforzada
por estructuras adicionales y/o por tratamientos adaptados para
mejorar su resistencia mecánica al desgaste.
9. Ala de sustentación variable para aviones o
aeronaves ultraligeras según la reivindicación 1 en la cual la
superficie sustentadora flexible (3) está situada encima y/o debajo
del sistema articulado (5).
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