ES2293818A1 - Sistema sustentador y propulsor para aeronaves de despegue y aterrizaje vertical. - Google Patents
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Abstract
Sistema sustentador y propulsor para aeronaves de despegue y aterrizaje vertical que consiste en aplicar a las aeronaves unos grupos de motores propulsores y sustentadores giratorios alrededor de sus ejes transversales y próximos al centro de gravedad, presentado parejas de hélices, turbinas o fanes estabilizadores en contrarrotación accionadas por motores eléctricos en las puntas de las alas, morro y/o estabilizadores de cola de dichas aeronaves, los motores eléctricos son alimentados por baterías, supercondensadores, generadores eléctricos de gran potencia accionados por los motores y por unidades especiales de potencia auxiliar.
Description
Sistema sustentador y propulsor para aeronaves
de despegue y aterrizaje vertical.
En sistemas de sustentación y propulsión para
aeronaves.
Los autogiros no efectúan el despegue vertical,
los helicópteros se desplazan a baja velocidad su rotor es peligroso
y los aviones VTOL tienen poca seguridad. La presente invención
soluciona estos inconvenientes.
El sistema sustentador y propulsor para
aeronaves de despegue y aterrizaje vertical de la invención,
consiste en aplicar a las aeronaves unos grupos de motores
propulsores y sustentadores giratorios alrededor de sus ejes
transversales y próximos al centro de gravedad, presentando parejas
de hélices, turbinas o fanes estabilizadores en contrarrotación
accionados por motores eléctricos en las puntas de las alas, morro
y/o estabilizadores de cola de dichas aeronaves, los motores
eléctricos son alimentados por baterías, supercondensadores,
generadores eléctricos de gran potencia accionados por los motores
y por unidades especiales de potencia auxiliar.
Algunos generadores eléctricos pueden
desconectarse en el vuelo horizontal.
Las hélices, turbinas o fanes estabilizadores
accionados eléctricamente estabilizan la nave durante el
desplazamiento vertical, los conductos de las hélices, fanes etc.
tienen unas compuertas, persianas o válvulas excéntricas tipo
mariposa, las cuales se abren automáticamente durante el
desplazamiento vertical y se cierran en el movimiento horizontal
por la acción del aire ram y la acción de un muelle. Pueden dar
sustentación en vuelo horizontal y vertical, también puede añadir
otras hélices o fanes eléctricos adicionales distribuidos por el
resto de las superficies de las alas o fuselaje. Opcionalmente
puede añadir en el borde de salida del cowl de las turbinas unas
aletas giratorias alrededor de sus aristas accionadas mediante
actuadores, hidráulicos, neumáticos, etc. deflectando el aire y
estabilizando la aeronave.
Los conductos pueden ser verticales, inclinados,
acodados, toberas, venturi, etc.
Cada uno de los grupos de motores propulsores
puede utilizar una o mas turbinas, mini turbinas, microturbinas y
nanoturbinas de gas, en paralelo, que pueden ser turbofan,
turbohélices, etc. En vuelo de crucero pueden adoptar una
inclinación de morro arriba de tal modo que parte del empuje se
utiliza como sustentador y el resto como propulsor. En vuelo
vertical estos se utilizan para proporcionar la sustentación
mediante el flujo directo generado por el fan de la turbina,
hélice, etc. y para mover los generadores especiales que accionan
los motores eléctricos de las hélices o fanes estabilizadores.
Preferentemente se utilizarán turbinas,
miniturbinas, etc. de gas tipo turbofan. Usando la mitad de las
turbinas, miniturbinas, etc. o bien sus fanes, girando en un sentido
y la otra mitad en el opuesto se consigue eliminar el par de giro
que se crea en las turbinas actuales. Las turbinas y fanes pueden
ser fijos o giratorios alrededor de su eje transversal o del eje
transversal de la aeronave, mediante unos motores, actuadores o
martinetes eléctricos, neumáticos o hidráulicos y controlados
manualmente por el piloto.
En vuelo horizontal la estabilidad se obtiene
mediante los alerones y timones de profundidad y dirección situados
sobre el empenaje horizontal y vertical. En vuelo vertical la
estabilización horizontal se obtiene mediante los pares de hélices o
fanes actuados eléctricamente situados en las alas y en ambos
empenajes horizontales o en el morro del avión, unos giróscopos
detectan el cambio de actitud respecto a la horizontal y al rumbo,
generándose unas señales que actúan sobre los motores eléctricos que
accionan las hélices o fanes estabilizadores horizontales y
verticales, de modo que corrige los desvíos o inclinaciones
indeseadas. Estos que están en contrarrotación y la pareja de
hélices en el empenaje vertical controlan el rumbo, sus motores
giran en ambos sentidos y con dos circuitos independientes que
garantizan su actuación en caso de fallo.
La zona inferior del fuselaje es plana
proporcionando junto con las alas la sustentación durante el vuelo
horizontal.
Los motores eléctricos pueden alimentarse con
baterías, supercondensadores, células de combustible, etc. durante
pequeños periodos de tiempo, emergencias, etc., que pueden
reservarse exclusivamente para la subida inicial del despegue y al
final del descenso o aterrizaje, en estos últimos casos el gasto
eléctrico es muy pequeño usándose los generadores como elementos
complementarios y para una mayor seguridad, pero no serian
imprescindibles. Los generadores eléctricos refuerzan la potencia
aplicada por las baterías y las cargan en vuelo horizontal. En
subida puede añadir una alimentación eléctrica adicional mediante un
cable el cual se desconectará después de haber ascendido a cierta
altura, reservando la carga de la batería para una posible
emergencia.
La aeronave puede estar formada por dos alas en
flecha, unidas a la porción posterior de un fuselaje sin cola, las
turbinas se colocan en la zona posterior de dicho fuselaje, entre
las alas, en el centro de gravedad de la nave, las alas actúan de
estabilizadores horizontales y en sus extremos se colocan los
estabilizadores verticales y en estos las hélices o fanes
estabilizadores de dirección y timones. Una variante de la anterior
no usa estabilizadores verticales presentando las alas en flecha un
ángulo diedro positivo, de modo que las hélices o fanes y los
timones estabilizadores son comunes y actúan simultáneamente en
alabeo, profundidad y dirección.
En caso de emergencia puede aterrizar como un
avión convencional, también puede amerizar mediante el uso de unos
flotadores inflables.
Puede utilizar unas hélices o fanes centrifugos
especiales los cuales junto con un conducto divergente y/o
acampanado proporciona al flujo de aire un movimiento axial y
centrífugo descendente enderezado posteriormente mediante unas
aletas.
Puede adaptarse a todo tipo de aeronaves, alas
delta, alas volantes, etc.
De pararse una de las turbinas no se produce
gran desestabilización y esta se corrige o contrarresta
satisfactoriamente con los fanes y controles giroscó-
picos.
picos.
Ventajas: Es práctico, seguro, muy sencillo,
económico, efectúa un óptimo vuelovertical, puede utilizarse para
transporte, contraincendios, salvamento y para amerizar.
La figura 1 muestra una vista esquematizada y en
planta de una disposición de la aeronave de la invención.
La figura 2 muestra una vista esquematizada y en
planta de una variante de aeronave con otra disposición de las
turbinas propulsoras.
La figura 3 muestra una vista en perspectiva de
la aeronave de la figura 1.
Las figuras 4, 5, 5a y 6 son vistas
esquematizadas y en planta de variantes de aeronaves.
La figura 7 muestra una vista esquematizada y
lateral de una turbina.
La figura 1 consta de fuselaje (1), turbinas,
giratorias, propulsoras y sustentadoras (2), eje de interconexión
entre ambas (3), fanes estabilizadores en las puntas de las alas (4
y 5), en empenaje de cola (6 y 7) y en el morro (8), estos últimos
son retráctiles, sus motores eléctricos (23), alerones (9) y timones
de profundidad (10). Muestra una nave durante el vuelo vertical,
estabilizada mediante parejas de fanes que pueden ser hélices o
turbinas. Los fanes (6 y 7 o el 8) pueden ser opcionales.
La figura 2 consta de fuselaje (1), turbinas,
giratorias, propulsoras y sustentadoras (2), eje de interconexión
entre ambas (3), hélices estabilizadoras en las puntas de las alas
(4a y 5a), en empenaje de cola (6a y 7a) y en el morro (8a) que son
retráctiles, accionadas por motores eléctricos, alerones (9),
timones de profundidad (10) y alas (24). Muestra las turbinas
próximas al centro de gravedad y en vuelo horizontal.
La figura 3 muestra una nave con las turbinas,
giratorias, propulsoras y sustentadoras (2), eje de interconexión
entre ambas (3), fanes estabilizadores en las puntas de las alas (4
y 5), en empenaje de cola (6 y 7) y en el morro (8) que son
retráctiles, accionados por motores eléctricos, alerones (9) y
timones de profundidad (10). Muestra una nave con turbinas próximas
al centro de gravedad en vuelo vertical, con la nave estabilizada
mediante parejas de fanes. Los vectores (L_{L}) y (L_{R})
muestran la sustentación de las turbinas, los vectores restantes
muestran la sustentación de los fanes los cuales generan fuerzas en
ambos sentidos de acuerdo con la necesidad del momento.
La figura 4 consta de fuselaje (1), turbinas
propulsores (2), eje de interconexión entre ambas (3), fanes
estabilizadores en las puntas de las alas (4 y 5), en la cola (6 y
7) y en el morro (8) que son retráctiles accionados por motores
eléctricos, alerones (9), timones de profundidad (10), centro de
gravedad (21) y oquedad vertical pasante para alojamiento (22) de
las turbinas. Muestra una nave con las turbinas en el mismo centro
de gravedad en un alojamiento en el centro del fuselaje, con la nave
estabilizada durante el vuelo vertical mediante parejas de fanes.
Los fanes pueden ser hélices o turbinas.
La figura 5 consta de fuselaje (1), turbohélices
giratorios, sustentadores propulsores (20), eje de interconexión
entre ambos (3), fanes estabilizadores en las puntas de las alas (4
y 5), en empenaje de cola (6 y 7) y en el morro (8) ) que son
retráctiles, accionados por motores eléctricos, alerones (9) y
timones de profundidad (10). Muestra una nave con turbohélices
próximos al centro de gravedad en zona delantera de las alas durante
el vuelo vertical, estabilizada mediante parejas de fanes.
La figura 5a muestra un ala volante con turbinas
giratorias, sustentadores propulsoras (2), eje de interconexión
(3), fanes estabilizadores en puntas de alas (4 y 5), en morro (8) y
alerones, timones de profundidad (9) y estabilizadores verticales
(14).
La figura 6 consta de fuselaje (1), turbinas,
giratorias, propulsoras y sustentadoras (2), fanes estabilizadores
en las puntas de las alas (4 y 5) y en el morro (8), alas (11)
alerones, timones de profundidad (13) y estabilizadores verticales
(14), estos portan los timones de dirección y los fanes
estabilizadores de rumbo, pero no se ven en la figura. Muestra una
nave con las turbinas en el centro de gravedad durante el vuelo
vertical, con la nave estabilizada por parejas de fanes que pueden
ser hélices o turbinas.
La figura 7 muestra una turbina (2) que gira
alrededor del eje (16) y utiliza al final del cowl (17) unas aletas
enderezadoras (18) giratorias alrededor de su arista superior que
actúan mediante actuadores hidráulicos, neumático, etc., deflectando
el aire para enderezar la nave. El cono de cola (19) también puede
ser giratorio.
Por utilizar vistas en planta, no se muestran en
las mismas los timones de dirección ni las hélices o fanes
estabilizadores de dirección usados en los mismos.
Claims (19)
1. Sistema sustentador y propulsor para
aeronaves de despegue y aterrizaje vertical que consiste en aplicar
a las aeronaves unos grupos de motores propulsores y sustentadores
giratorios alrededor de sus ejes transversales y próximos al centro
de gravedad, presentando parejas de hélices, turbinas o fanes
estabilizadores en contrarrotación accionados por motores eléctricos
en las puntas de las alas, morro y/o estabilizadores de cola de
dichas aeronaves, los motores eléctricos son alimentados por
baterías, supercondensadores, generadores eléctricos de gran
potencia accionados por los motores y por unidades especiales de
potencia auxiliar.
2. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado porque los conductos de las hélices, fanes o
turbinas tienen unas compuertas, persianas o válvulas excéntricas
tipo mariposa, las cuales se abren automáticamente durante el
desplazamiento vertical y se cierran durante el movimiento
horizontal por la acción del aire ram y un muelle.
3. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado porque los motores propulsores utilizan una o
más turbinas, mini turbinas, microturbinas y nanoturbinas de gas,
las cuales en vuelo de crucero adoptan una inclinación de morro
arriba de tal modo que parte del empuje se utiliza como sustentador
y el resto como propulsor.
4. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado porque las turbinas, miniturbinas, etc. de gas
son tipo turbofan y utilizan un eje de giro común.
5. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado porque en vuelo horizontal la estabilidad se
obtiene mediante los alerones y timones de profundidad y dirección
situados sobre el empenaje horizontal y vertical y en desplazamiento
vertical la estabilización horizontal se obtiene mediante los pares
de hélices, turbinas o fanes accionados por motores eléctricos
situados en las alas y en ambos empenajes horizontales o en el morro
del avión, unos giróscopos detectan el cambio de actitud respecto a
la horizontal y al rumbo, generándose unas señales que actúan sobre
los motores eléctricos que accionan las hélices, turbinas o fanes
estabilizadores horizontales y verticales, de modo que corrige los
desvíos o inclinaciones indeseadas.
6. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado porque una pareja de hélices, turbinas o fanes
accionados por motores eléctricos en el empenaje vertical controlan
el rumbo.
7. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado porque las hélices, turbinas o fanes accionados
por motores eléctricos de control de estabilización son controlados
mediante circuitos independientes, para garantizar su actuación en
caso de fallo.
8. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado porque la zona inferior del fuselaje es plana
proporcionando junto con las alas la sustentación durante el vuelo
horizontal.
9. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado porque los motores eléctricos se alimentan con
células de combustible.
10. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado porque en la subida se añade una alimentación
eléctrica adicional mediante un cable el cual se desconectará
después de haber ascendido la nave a cierta altura.
11. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado por utilizar para amerizar unos flotadores
inflables.
12. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado por utilizar unas hélices, turbinas o fanes
centrífugos especiales los cuales junto con un conducto divergente y
acampanado proporcionan al flujo de aire un movimiento axial
descendente y centrífugo enderezado posteriormente mediante unas
aletas.
13. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado porque las turbinas se colocan en la zona
anterior a las alas y junto al fuselaje.
14. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado porque las turbinas se colocan en la zona
posterior a las alas y junto al fuselaje.
15. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado porque las turbinas se colocan en la zona
central en una oquedad vertical pasante del fuselaje.
16. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado porque la aeronave consta de dos alas en
flecha, unidas a la porción posterior de un fuselaje sin cola, las
turbinas se colocan en la zona posterior de dicho fuselaje, entre
las alas y en el centro de gravedad de la nave, las alas actúan de
estabilizadores horizontales y en sus extremos se colocan los
estabilizadores verticales y en estos las hélices, turbinas o fanes
estabilizadores de dirección y timones.
17. Sistema según reivindicación 16,
caracterizado porque las alas en flecha adoptan un ángulo
diedro positivo, de modo que las hélices, fanes o turbinas y los
timones estabilizadores son comunes y actúan simultáneamente en
alabeo, profundidad y dirección.
18. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado por utilizar turbohélices como motores
propulsores.
19. Sistema según reivindicación 1,
caracterizado por utilizar unos generadores especiales que se
desconectan en vuelo de crucero.
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