ES2290162T3 - Sistema de carga de fluidos. - Google Patents
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Abstract
Una aeronave (20) que incluye un tanque (22) a bordo de la aeronave para contener fluido y un sistema para cargar fluido en el interior del tanque que comprende un elemento (24) tubular substancialmente rígido, conectado a la aeronave en comunicación con el tanque, en el que el elemento tubular es desplazable en una orientación hacia abajo para acceder a una fuente de fluido por debajo de la aeronave, cuando la aeronave vuela sobre la fuente de fluido, caracterizada porque la aeronave también comprende un elemento (106) tubular flexible conectado al tanque para cargar agua fresca mientras la aeronave se mantiene en el aire sobre una fuente.
Description
Sistema de carga de fluidos.
La invención se refiere a dispositivos de bombeo
para cargar fluidos en un tanque. En particular, la invención
implica dispositivos de conducción que pueden cargar fluidos en una
aeronave, de alas fijas o tipo rotor, desde una fuente de fluido
tal como un lago, río, pantano, u océano mientras permanece en el
aire.
Durante muchos años, se han diseñado y utilizado
aeronaves especiales para llevar y suministrar agua a un incendio.
Los helicópteros o "helitanques" pueden estar equipados con
sistemas contra incendios que son capaces de cargar agua desde una
fuente tal como un lago o un océano, en un tanque de a bordo, y a
continuación transportar y suministrar el agua sobre un incendio.
Recientemente, ha aumentado la demanda mundial de servicios de
extinción de incendios de helitanques. Ahora, a menudo se requieren
operaciones contra incendios con helitanques en zonas donde las
fuentes de agua dulce son escasas y las fuentes de agua salada son
abundantes. Por lo tanto, los helitanques han de ser capaces de
utilizar agua de mar como retardante sin dañar los componentes del
avión o comprometer su seguridad.
La FAA convencional aprobó que los dispositivos
de manguera o "esnórquel" no son satisfactorios para su
utilización con agua salada, porque estos esnórqueles requieren que
el helicóptero se sostenga en el aire a un nivel que provoca una
rápida pérdida de potencia debido a la acumulación de sal en los
motores. Por ejemplo, la patente US 3.897.829 describe un
helicóptero equipado con un conducto de succión que está diseñado
para colgar verticalmente por debajo de un helicóptero que se
sostiene en el aire para cargar agua desde una fuente al interior de
un tanque de a bordo. Un problema significativo con este tipo de
dispositivo de succión de agua es que la estela hacia abajo
generada por el rotor hace que el agua desde la fuente salpique
sobre el lado inferior del helicóptero. Esto puede ser un problema
serio cuando la fuente contiene agua salada, porque la sal puede
hacer que partes del helicóptero se oxiden y se corroan. La
pulverización de sal introducida en los motores puede provocar
daños internos y provocar una pérdida de potencia y, eventualmente,
puede provocar un fallo total de uno o los dos motores. Otro
problema con la utilización de mangueras colgantes en agua de mar es
que la manguera puede flotar entrando y saliendo del agua si el
océano está rizado o tiene turbulencias.
Los documentos
GB-A-2 163 710 y
FR-A-1 481 100 describen aeroplanos
con elementos tubulares substancialmente rígidos desplazables a una
orientación hacia abajo para acceder a una fuente de fluido por
debajo del avión. El documento
FR-A-2 512 775 describe un aeroplano
similar que utiliza un elemento tubular similar. De una manera
similar al documento US-A-3 827 829,
el documento US-A-6 209 593 también
describe un helicóptero con un tubo flexible.
En consecuencia, un objeto de la invención es
proporcionar un sistema para cargar fluido en una aeronave desde
una fuente de agua salada sin introducir fluido en los motores del
avión.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
dispositivo de conducción para cargar fluido en un tanque de a
bordo de una aeronave, en el que el dispositivo de conducción puede
permanecer sumergido de manera parcialmente estable en la fuente de
fluido mientras la aeronave vuela sobre la fuente a una velocidad en
superficie para permanecer por encima de la pulverización generada
por la estela del rotor.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
sistema de carga de fluidos que se pueda utilizar de manera
versátil para cargar fluido desde diferentes tipos de fuentes, por
ejemplo, océanos, lagos, ríos, y pantanos, de diferentes formas,
profundidades, y grados de salinidad.
La invención proporciona una aeronave según la
reivindicación 1, un procedimiento según las reivindicaciones 11 y
15, y la utilización de una aeronave según la reivindicación 16.
Otras realizaciones se definen en las reivindicaciones
dependientes.
La figura 1 es una vista lateral de un
helicóptero equipado con un tanque y un dispositivo de conducción de
fluido asociado para cargar agua en el tanque.
La figura 2 es una vista lateral de un
helicóptero equipado con un tanque y un dispositivo de conducción de
fluido que consiste en la porción superior del elemento tubular
mostrado en el sistema de la figura 1.
La figura 3 es una vista lateral de un
helicóptero equipado con un tanque y un dispositivo de conducción de
fluido retraído contra el lado inferior del helicóptero en su
posición de no utilización.
La figura 4 es una vista lateral parcial de la
unión entre el elemento tubular y el tanque del sistema mostrado en
la figura 1.
La figura 5 es una vista en sección parcial y
una porción central del elemento tubular mostrado en el sistema de
la figura 1.
La figura 6 es una vista lateral parcial de la
porción distal del elemento tubular en el sistema de la figura
1.
La figura 7 es una vista frontal parcial de una
aeronave según la invención.
La figura 8 es una vista en perspectiva del
dispositivo de inmersión que está montado en el extremo distal del
dispositivo de conducción mostrado en la figura 7.
La figura 9 es una vista lateral parcial de una
realización alternativa de la invención, que muestra un diseño de
entrada modificado.
La figura 10 es una vista en sección transversal
a través del dispositivo de conducción de la figura 9.
La figura 11 es una vista frontal parcial del
extremo distal del dispositivo de conducción mostrado en la figura
9.
La invención proporciona un sistema para cargar
fluido en un tanque de una aeronave mientras la aeronave se
traslada sobre la superficie de la fuente de fluido. Las pruebas han
demostrado que un helicóptero puede volar a un nivel de carga, por
ejemplo, aproximadamente a 3,3 m de superficie del agua, a una
velocidad de aproximadamente 25 nudos o más, y de esta manera
evitar substancialmente la introducción de agua en el interior de
los motores. El sistema de carga en vuelo se puede hacer funcionar
de manera estable y segura en una fuente de agua salada turbulenta
con olas, tal como un océano, sin salpicar cantidades significativas
de agua salada sobre el lado inferior del avión. En una aplicación
preferida de la invención, un dispositivo de inmersión, tal como una
estructura de hidroplano se utiliza para estabilizar un extremo
distal sumergido de un conducto mientras se realiza la carga.
Las figuras 1 a 6 ilustran detalles de una
primera realización de la invención. La figura 1 muestra un
helicóptero 20 que es un helicóptero convencional en muchos
aspectos, excepto en que ha sido equipado con un sistema de carga y
contención de fluido según la invención. Un tanque 22 está conectado
a una porción central del helicóptero de manera substancialmente
directa por debajo del rotor principal 23. Una vista frontal de un
tanque similar se muestra en la figura 7. Un elemento tubular
substancialmente rígido 24, también llamado estructura de conducción
o esnórquel, está conectado al extremo frontal del tanque 22. Un
extremo distal del elemento tubular 24 está sumergido en la fuente
de fluido 30. El elemento tubular 24 está conectado al tanque 22
mediante una unión giratoria horizontal 32 y una articulación
giratoria vertical 34, de las cuales se muestran otros detalles en
la figura 4 y se describen a continuación. Las porciones superior e
inferior del elemento tubular 24 están conectadas en una porción
central 36. El extremo distal del elemento tubular 24 tiene un
dispositivo de inmersión en forma de una estructura de hidroplano
invertido u otro dispositivo de inmersión 40, que ayuda a mantener
el elemento tubular 24 en la fuente de fluido. Un puntal
aerodinámico 42 está formado en la cara frontal del elemento
tubular 24 para disminuir el arrastre cuando el helicóptero 20 se
mueve hacia delante, y también para estabilizar por lo menos
parcialmente el movimiento lateral del elemento tubular 24. El
helicóptero 20 está equipado con un dispositivo de altímetro 46
para monitorizar la altura relativa del helicóptero 20 sobre la
superficie de la fuente de fluido 30. La información desde el
dispositivo de monitorización es indicada al piloto/copiloto en un
instrumento apropiado.
Tal como se muestra en la figura 1, el elemento
tubular 24 está dirigido hacia abajo con un ángulo preferido
\theta de aproximadamente 40º. El dispositivo de inmersión 40 está
configurado para estabilizar el extremo distal del elemento tubular
24 en el fluido con un ángulo \theta mientras el helicóptero 20 se
mueve hacia delante a aproximadamente 40 nudos. El sistema mostrado
en la figura 1 evita substancialmente las salpicaduras de agua
sobre el lado inferior del helicóptero cuando se mueve hacia delante
a una velocidad suficiente, preferiblemente de 25 nudos
aproximadamente o más, de manera que el agua que es salpicada
mediante la estela hacia abajo del rotor se produce principalmente
por detrás del helicóptero en movimiento.
La figura 2 muestra una aplicación diferente de
la invención. El helicóptero 20 y el tanque 22 son los mismos que
lo representados y descritos en relación a la figura 1. El elemento
tubular 24 se ha acortado separando la porción inferior de manera
que la porción superior 48 del elemento tubular 24 conecta el tanque
22 directamente a la fuente de fluido 50. La fuente de fluido 50
puede ser un lago o depósito que tiene una superficie
substancialmente en calma o plana. La aplicación mostrada en la
figura 2 puede ser apropiada cuando la fuente de fluido 50 es agua
relativamente no salada (contenido de sal despreciable), de manera
que la carga de fluido se puede realizar mientras el helicóptero 20
está sostenido en el aire.
La figura 3 muestra el mismo sistema de la
figura 1 en su posición retraída. El elemento tubular 24 está
levantado y fijado contra el lado inferior del tanque 22 mediante
un cabrestante (no representado) a bordo del helicóptero 20.
El elemento tubular flexible no se muestra en
las figuras 1 a 3.
Una vista ampliada del mecanismo de unión entre
el elemento tubular 24 y el tanque 22 se muestra en la figura 4. La
unión giratoria horizontal 32 permite que el elemento tubular 24
gire alrededor de un eje que es substancialmente perpendicular a la
superficie de la fuente de fluido, y perpendicular a la dirección de
desplazamiento. La articulación giratoria vertical 34 permite que
el elemento tubular 24 gire alrededor de un eje AA, que es
perpendicular a la figura. La articulación giratoria vertical 34
permite el movimiento del elemento tubular 24 entre la posición de
uso, tal como se muestra en la figura 1, y la posición de no uso,
tal como se muestra en la figura 3. Un recubrimiento externo 60 de
la articulación giratoria vertical 34 es flexible para permitir el
movimiento de la articulación.
En la figura 5, el dibujo está seccionado en la
porción central 36 del elemento tubular 24 para mostrar un
dispositivo de bombeo opcional 64 que está contenido en el interior
del elemento tubular 24. Cuando el helicóptero se mueve hacia
delante con el elemento tubular 24 sumergido en una fuente de agua,
incluso sin ninguna ayuda desde el dispositivo de bombeo 64, se
observa un efecto de empuje que presiona de manera natural el agua
desde la fuente de fluido hacia arriba a través del elemento
tubular 24 al interior del tanque 22. El dispositivo de bombeo 64
se puede utilizar para aumentar la velocidad de carga del
fluido.
La figura 6 muestra el extremo distal del
elemento tubular 24. El dispositivo de inmersión 40 está configurado
para retener y estabilizar la orientación deseada del elemento
tubular 24 en la fuente de fluido mientras el helicóptero se mueve
hacia delante. Está prevista una entrada de agua 66 en la cara
frontal del elemento tubular 24 para recibir y canalizar el agua en
el interior del elemento tubular 24. Unas volutas internas 68 se
muestran en líneas discontinuas, y está previsto redirigir
suavemente el fluido que fluye de entrada hacia arriba en el
interior del elemento tubular 24 hacia el tanque 22.
En la figura 7, el helicóptero 100 tiene un
tanque 102 para llevar agua desde una fuente, tal como un océano, a
un incendio. Dos dispositivos de conducción diferentes están
conectados al extremo frontal del tanque 102. Un conductor rígido
104 está conectado al tanque 102 en un lado del extremo frontal del
tanque 102. El conducto 104 está diseñado principalmente para el
acceso del fluido desde una fuente de agua salada o agua dulce
mientras se mueve hacia delante. Un conducto de manguera flexible
106 está conectado al otro lado del extremo frontal del tanque 102,
y se utiliza principalmente para el acceso del fluido desde una
fuente de agua dulce mientras el helicóptero 100 se sostiene en el
aire. El conducto rígido 104 es substancialmente el mismo que el
descrito en relación a la figura 1, excepto que el conducto 104 no
tiene ningún dispositivo de bombeo interno situado en la porción
media 110. Cuando el extremo distal del conducto 104 está sumergido
y se mueve hacia delante en el agua a una velocidad de, por
ejemplo, 25 nudos, un efecto de empuje substancial presiona el agua
hacia arriba a través del conducto 104 al interior del tanque 102
sin ningún mecanismo de bombeo adicional. Los experimentos han
mostrado que el conducto 104 puede cargar agua al interior del
tanque 102 con una velocidad de aproximadamente 7.600 l en 28
segundos mientras se mueve hacia delante a una velocidad de
aproximadamente 35 nudos sin ningún mecanismo de bombeo
adicional.
La vista frontal del conducto 104 en la figura 7
también muestra el perfil frontal estrecho de la porción inferior
112 del conducto 104. El perfil frontal estrecho hace aerodinámica
la porción del conducto 104 que está sumergida en el agua y
minimiza el arrastre o la resistencia del agua durante la carga. La
entrada 114 canaliza el fluido al interior de dos tubos internos
que se extienden hacia arriba a través del conducto 104. Un
dispositivo de inmersión 116 está conectado a la punta distal del
conducto 104 en una orientación que mantiene la inmersión del
conducto 104 con un ángulo y una profundidad deseada mientras se
carga el agua al interior del tanque 102.
Están previstos dos tipos de conductos o
esnórqueles para la máxima versatilidad. El conducto rígido es más
deseable cuando se carga fluido desde una fuente de agua salada,
cuando es particularmente importante evitar la introducción de agua
salada en los motores del helicóptero. Otras veces, puede ser
deseable utilizar el conducto flexible, por ejemplo, cuando se
carga desde la fuente de agua dulce o una fuente que no es lo
suficientemente grande para volar sobre la misma mientras se
carga.
La figura 8 muestra una vista perspectiva del
dispositivo de inmersión 116. El dispositivo de inmersión 116 tiene
un par de elementos laterales substancialmente planos 120 que se
estrechan al extenderse hacia abajo y generalmente hacia el
exterior sobre lados opuestos del conducto 104. Los elementos
laterales 120 se conectan a continuación a elementos de aleta
laterales 122. Se pueden prever tres rebordes de fijación 124 sobre
el lado superior del dispositivo de inmersión 116 para conectar el
dispositivo de inmersión 116 al conducto 104.
Las figuras 9 a 11 muestran otra realización de
la invención, en la cual la forma externa de la porción de entrada
del conducto se ha modificado. La porción de conducto inferior 140
tiene una porción de entrada distal 142. Un dispositivo de
inmersión 144 está conectado al conducto 140 substancialmente tal
como se ha descrito previamente. Unos tubos internos 146a y
146b presentan unas aberturas para recibir fluido que se
aproxima cuando la porción de conducto inferior 140 se sumerge y se
mueve hacia delante. La figura 10 muestra una sección transversal a
través de la porción de conducto inferior 140 y los tubos internos
146a y 146b. La figura 11 muestra una vista frontal
de la porción de entrada 142, donde pueden apreciarse las aberturas
de los tubos 146a y 146b, además del perfil frontal del dispositivo
de inmersión 144.
Aunque la invención se ha descrito en sus formas
preferidas, sus realizaciones específicas tal como se han descrito
no se han de considerar en un sentido limitativo, porque son
posibles numerosas variaciones dentro del alcance de las
reivindicaciones.
Claims (16)
1. Una aeronave (20) que incluye un tanque (22)
a bordo de la aeronave para contener fluido y un sistema para
cargar fluido en el interior del tanque que comprende un elemento
(24) tubular substancialmente rígido, conectado a la aeronave en
comunicación con el tanque, en el que el elemento tubular es
desplazable en una orientación hacia abajo para acceder a una
fuente de fluido por debajo de la aeronave, cuando la aeronave vuela
sobre la fuente de fluido, caracterizada porque la aeronave
también comprende un elemento (106) tubular flexible conectado al
tanque para cargar agua fresca mientras la aeronave se mantiene en
el aire sobre una fuente.
2. Aeronave según la reivindicación 1, que es
una aeronave de lucha contra incendios, por ejemplo un helicóptero
(20).
3. Aeronave según la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en la que el elemento (24) tubular rígido está
dirigido hacia atrás respecto a la aeronave cuando el elemento
tubular rígido está orientado hacia abajo.
4. Aeronave según la reivindicación 3, en la que
el elemento (24) tubular rígido forma un ángulo de aproximadamente
40º con el lado inferior de la aeronave cuando el elemento tubular
rígido está orientado hacia abajo.
5. Aeronave según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en la que el elemento (24) tubular rígido
tiene un extremo distal y un dispositivo de inmersión (40) cerca
del extremo distal para mantener el extremo distal del elemento
tubular rígido en la fuente de fluido mientras la aeronave se mueve
sobre la fuente.
6. Aeronave según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en la que el elemento (24) tubular rígido
tiene una cara frontal y una estructura de puntal formada sobre la
cara frontal del elemento tubular rígido para reducir el arrastre
cuando la aeronave se mueve sobre la fuente.
7. Aeronave según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en la que el elemento (24) tubular rígido
tiene una cara frontal y comprende una entrada de fluido (66)
formada en la cara frontal.
8. Aeronave según la reivindicación 7, en la que
la parte del sistema que pertenece al elemento (24) tubular rígido
no incluye una bomba.
9. Aeronave según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, que también comprende un dispositivo de
bombeo (64) contenido substancialmente en el elemento tubular
rígido para aumentar la capacidad de carga de dicho sistema.
10. Aeronave según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, que también comprende un dispositivo de
altímetro para monitorizar la altura de la aeronave sobre la fuente
de agua.
11. Procedimiento de carga de agua en una
aeronave según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que
comprende provocar que un fluido desde una fuente sea bombeado a
través del elemento (24) tubular substancialmente rígido a un
tanque en una aeronave mientras la aeronave se mueve sobre la
fuente.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
que también comprende la etapa de dirigir el elemento tubular
substancialmente rígido hacia atrás respecto a la dirección del
movimiento de la aeronave.
13. Procedimiento según la reivindicación 11 o
la reivindicación 12, que también comprende la etapa de mantener
una porción distal del elemento (24) tubular rígido por debajo de la
superficie de una fuente de fluido proporcionando un dispositivo de
inmersión cerca de la porción distal.
14. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 13, que también comprende la etapa de
proporcionar un dispositivo de bombeo en una porción media del
elemento (24) tubular rígido para aumentar la velocidad de bombeo a
través del elemento tubular rígido.
15. Procedimiento de carga de agua en una
aeronave según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que
comprende provocar el fluido desde una fuente sea bombeado a través
del elemento (24) tubular flexible a un tanque en una aeronave,
mientras la aeronave se sostiene que en el aire sobre la fuente.
16. Uso de una aeronave según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10 para recoger agua de una fuente.
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