ES2371953A1

ES2371953A1 - Método y dispositivo para operaciones con mástil de reabastecimiento en vuelo.

Info

Publication number: ES2371953A1
Application number: ES200900884A
Authority: ES
Inventors: Miguel Gasco Núñez
Original assignee: EADS Construcciones Aeronauticas SA
Current assignee: Airbus Defence and Space SAS
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: ES2371953B1; US20100243812A1; EP2415671A1; US8328139B2; WO2010112661A1; EP2415671B1

Abstract

Método y dispositivo para operaciones con mástil de reabastecimiento en vuelo mediante el uso de un mástil articulado (11) y un cable (18), comprendiendo el citado mástil (11) unas superficies aerodinámicas móviles (16), tal que el método comprende las siguientes etapas:a) desde la posición completamente estibada y retraída del boom (11), se empieza a soltar el cable (18), con lo cual comienza a bajar el boom (11), manteniéndose el citado cable (18) en tensión durante toda la etapa a) mediante la fuerza proporcionada por las superficies aerodinámicas móviles (16) y/o la fuerza de la gravedad sobre el boom (11);b) una vez que se alcanza la posición máxima de desplegado del boom (11) o el extremo inferior de la envuelta de vuelo del boom (11), se detiene el soltado del cable (18);c) manteniendo fijada la longitud de cable (18) soltado, se lleva el boom (11) a una posición adecuada para comenzar las maniobras de reabastecimiento del avión receptor;d) se comienza la maniobra de conexión del boom (11) con el receptáculo del avión receptor, mediante el comando sobre las superficies aerodinámicas móviles (16);e) una vez realizada la conexión, se comienza el trasvase de combustible al avión receptor.

Description

Método y dispositivo para operaciones con mástil de reabastecimiento en vuelo.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método para realizar operaciones de reabastecimiento en vuelo de una aeronave mediante el uso de un mástil articulado, así como a un dispositivo para llevar a cabo dichas operaciones.

Antecedentes

Uno de los métodos que se utilizan en la actualidad para las operaciones de reabastecimiento de combustible en vuelo de una aeronave se basa en el uso de un dispositivo de brazo o mástil denominado "boom", dotado de una sección interna con capacidad de extensión telescópica a través de la cual se transfiere combustible desde el avión cisterna o tanquero hasta el avión receptor. El mástil está unido al avión cisterna mediante un sistema articulado.

Así, el boom consiste básicamente en una viga estructural articulada en la parte posterior del fuselaje del avión cisterna y con una parte telescópica interior extensible. Este boom va enganchado al avión tanquero en posición de estibado con su parte telescópica retraída. Cuando se va a empezar la operación de reabastecimiento en vuelo, desde el avión cisterna al avión receptor, el boom se despliega del avión cisterna y la parte telescópica se extiende una cierta cantidad hasta su posición nominal. El boom lleva unas superficies de control aerodinámico en su viga estructural que son comandadas por el operador para poder orientar dicho boom hacia el receptáculo del avión receptor. El sistema anterior comprende además un cable que está enganchado al boom y que se recoge en un tambor situado dentro del avión tanquero. Durante la operación de reabastecimiento, el boom es movido por las superficies aerodinámicas, mientras que el cable se suelta o se recoge de su tambor por medio de un motor y un sistema de control, para conseguir mantener el citado cable en tensión en todo momento y con la longitud justa, pero sin impedir el libre movimiento del boom en las maniobras de conexión y repostaje. Éste es el modo normal de funcionamiento de todos los sistemas de reabastecimiento mediante boom en operación.

Son conocidos en el estado de la técnica diversos sistemas que emplean el funcionamiento de un mástil o boom articulado para realizar operaciones de reabastecimiento en vuelo. Así, por ejemplo, el documento EP 1361156 describe un actuador mejorado de despliegue del boom que comprende un motor eléctrico y un sistema de control para, selectivamente, alimentar el motor eléctrico y variar así la longitud del cable conectado al boom, comprendiendo además este sistema componentes de circuito para limitar la velocidad del motor. Un sistema como el descrito en el documento EP 1361156 y en general de los sistemas presentes en los aviones cisterna conocidos plantea varios inconvenientes:

-: la dinámica del movimiento del boom debido a sus superficies de control aerodinámico es más elevada, en ocasiones, que la que se puede conseguir con el sistema automático de suelta y recogida de cable, lo cual lleva a producir tirones que perjudican las cualidades de vuelo del boom;

-: en caso de fallo súbito en el sistema automático del cable, se produce un enganche del cable que puede llegar a afectar a la seguridad del vuelo de la operación;

-: el sistema de recogida y suelta de cable se vuelve más complejo, con lo que se hace preciso tener en cuenta todos sus posibles modos de fallo.

-: como el modo de funcionamiento requiere que el dispositivo de levantamiento tenga un par de giro o fuerza de accionamiento muy alto y, al mismo tiempo, ser capaz de levantar y bajar el brazo a una velocidad muy grande, se le imponen al sistema unos requisitos del motor junto con elementos y circuitos asociados que lo hacen de tamaño, peso y costo elevados.

La presente invención viene a solucionar los inconvenientes anteriormente planteados.

Sumario de la invención

En un primer aspecto, la invención proporciona un método para la realización de operaciones de reabastecimiento de combustible en vuelo entre un avión cisterna y un avión receptor, mediante el uso de un mástil articulado o "boom" que comprende superficies aerodinámicas móviles, y mediante el uso de un cable, tal que dicho método comprende las siguientes etapas:

a): desde la posición completamente estibada y retraída del boom o mástil, se empieza a soltar el cable, con lo cual comienza a bajar el boom, tal que el cable se mantiene tensionado en todo momento mientras dura esta operación por efecto de la fuerza proporcionada por las superficies aerodinámicas móviles y/o por efecto de la fuerza de la gravedad sobre el citado boom;

b): una vez que se alcanza la posición máxima de desplegado del boom, o el extremo inferior de la envuelta de vuelo del boom, entendiendo por envuelta de vuelo en este caso el conjunto de posiciones que puede adoptar el boom en su vuelo controlado por superficies aerodinámicas, se detiene el soltado del cable;

c): manteniendo fijada la longitud de cable soltado, se lleva el boom a una posición adecuada para comenzar las maniobras de reabastecimiento del avión receptor, estando el cable sometido a muy baja tensión, tan sólo a la debida a las fuerzas aerodinámicas sobre el cable, y haciéndose volar el boom controlando las superficies aerodinámicas móviles, las cuales pueden preferiblemente hacer uso de las propias leyes aerodinámicas de control del boom;

d): se comienza la maniobra de conexión del boom con el receptáculo del avión receptor, mediante la actuación de las superficies aerodinámicas móviles del boom;

e): una vez realizada la conexión, se comienza el trasvase de combustible del avión cisterna al avión receptor.

En un segundo aspecto, la invención proporciona un dispositivo para operaciones con boom de reabastecimiento en vuelo, comprendiendo dicho boom unas superficies aerodinámicas móviles, tal que el citado dispositivo comprende un cable que conecta el boom con el avión cisterna, medios para extender y recoger dicho cable, y medios para detectar la tensión del cable en alguno de sus puntos. El cable tiene una rigidez a flexión y unas características elásticas que, en combinación con su sección transversal, permiten que, una vez desplegado, forme una curva, substancialmente plana, resultante de la acción aerodinámica del aire y de la tensión en ambos extremos del cable, variando su forma en función de la posición del mástil en cada momento de la operación.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue en relación con las figuras que se acompañan.

Descripción de las figuras

La Figura 1 muestra un esquema del dispositivo para operaciones con mástil de reabastecimiento en vuelo según la invención, durante la operación de reabastecimiento en vuelo.

La Figura 2 muestra un esquema del dispositivo para operaciones con mástil de reabastecimiento en vuelo según la invención, cuando el dispositivo está totalmente desplegado.

Descripción detallada de la invención

La invención desarrolla así un método para la realización de operaciones de reabastecimiento de combustible en vuelo entre un avión cisterna 13 y un avión receptor, mediante el uso de un mástil articulado o "boom" 11 que comprende superficies aerodinámicas móviles 16, típicamente aletas, y mediante el uso de un cable 18, tal que dicho método comprende las siguientes etapas:

a): Durante la operación de despliegue del boom 11, el cable 18 se va soltando desde el tambor en el que está recogido, de tal manera que el citado cable 18 se mantiene siempre en tensión por medio del movimiento adecuado de las superficies de control 16. Dichas superficies de control 16 pueden ser comandadas a través de un sistema de leyes de control aerodiná-micas.

b): Una vez alcanzada la posición máxima de desplegado del boom 11, o el extremo inferior de la envuelta de vuelo de dicho boom 11, se detiene la suelta de cable 18.

c): Desde la posición alcanzada en b), el boom 11 se lleva hasta la posición adecuada para comenzar las maniobras de reabastecimiento al avión receptor: esto puede opcionalmente hacerse de forma automática mediante un sistema de leyes de control del boom 11.

d): El sistema de recogida y suelta de cable 18 no se vuelve a operar hasta que se ha finalizado la operación de reabastecimiento del avión receptor y se inicia la operación de izado del boom 11. Durante la operación de reabastecimiento en vuelo (Figura 1), el cable 18 formará una curva resultante de la acción aerodinámica del aire sobre dicho cable, cuya forma variará en función de la posición del boom 11 en cada momento de la operación, siendo sustancialmente recta cuando dicho boom 11 esté en la posición más baja de la envuelta o totalmente desplegado (Figura 2), coincidiendo esta posición con la alcanzada en b), cuando se detiene la suelta del cable 18.

Las principales características que hacen que el dispositivo y método de la invención sean posibles se resumirán a continuación.

El cable 18 tiene una rigidez a flexión suficiente que permite la suelta y recogida del boom 11, al tiempo que impide que puedan formarse nudos en vuelo. Esto se consigue por una combinación adecuada del diámetro de su sección y del tipo de material empleado, que son capaces de proporcionarle unas características elásticas y de rigidez a flexión que permiten un mínimo radio de curvatura sin que sufra daño ni deformación permanente. Así, dicho radio de curvatura mínimo del cable sin que sufra daño ni deformación permanente puede estar comprendido entre 1 cm y 40 cm, y en un modo de realización preferido entre 5 cm y 40 cm. El cable 18 tiene preferiblemente una rigidez comprendida entre 1960 N/mm^{2} y 2160 N/mm^{2}. Entre los materiales más adecuados que conforman el cable están el acero, el kevlar, y el vectran. Los cables de acero están formados generalmente por un conjunto de alambres de acero o hilos de hierro que forman un cuerpo único. Estos alambres pueden estar enrollados de forma helicoidal en una o más capas, generalmente alrededor de un alambre central, formando los cables espirales. Estos cables, a su vez, pueden estar enrollados helicoidalmente alrededor de un núcleo o alma, formando los denominados cables de cordones múltiples. El núcleo o alma puede ser de acero, o bien de fibra. Para una misma construcción y sección transversal, los de alma de fibra son más ligeros que los de alma de acero, si bien los de alma de acero tienen un mayor módulo de elasticidad.

Para que el proceso descrito en el método de operación del boom 11 según la invención sea posible, es necesario un control muy preciso de la posición del boom 11: el cable 18 poco tensado no molestará en la operación anteriormente descrita de reabastecimiento en vuelo si el control de la posición del boom 11 es suficientemente bueno para llevar el boom 11 a la posición deseada para efectuar el reabastecimiento de manera precisa y sin oscilaciones. Por ello, es preferible disponer de un sistema de leyes de control del boom 11 con un modo de operación especial para despliegue e izado del boom 11 permitiendo automatizar la operación de forma segura, y además sin que el operador tenga que preocuparse de alcanzar la envuelta máxima de desplegado del boom
11.

El movimiento del boom 11 cuando el cable 18 tiene muy baja tensión, es decir durante las etapas c) y d) (Figura 1), es el resultado de un equilibrio de fuerzas entre, por un lado, la fuerza de resistencia que el aire ejerce sobre dicho cable 18 y sobre todas las superficies del boom 11 y que, como resultado total, tiende en general a levantar el boom 11, y, por otro lado, el peso del boom 11 y la acción de las superficies aerodinámicas móviles 16. En el método y dispositivo de la presente invención, se comprende que el cable siempre tiene tensión, que será tensión alta cuando el tambor actúa y cable se suelta o se recoge, con una deliberada tensión producida por el tambor, y tensión baja, debida a la fuerza aerodinámica del propio cable, cuando el boom está volando con longitud de cable desplegada fija y sobrante para que el boom pueda moverse libremente (etapas c y d). Dicha tensión alta es superior a 300 kg, pudiendo llegar a las 4 toneladas, y la mencionada tensión baja en vuelo libre del boom es inferior a 300 kg, y rara vez puede bajar de 50 kg.

Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro del alcance de, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, las reivindicaciones siguientes.

Claims

1. Método para operaciones de reabastecimiento de combustible en vuelo mediante el uso de un mástil articulado (11) y un cable (18), comprendiendo el citado mástil (11) unas superficies aerodinámicas móviles (16), tal que el método comprende las siguientes etapas:

a): desde la posición completamente estibada y retraída del boom (11), se empieza a soltar el cable (18), con lo cual comienza a bajar el boom (11), manteniéndose el citado cable (18) en tensión durante toda la etapa a) mediante la fuerza proporcionada por las superficies aerodinámicas móviles (16) y/o la fuerza de la gravedad sobre el boom (11);

b): una vez que se alcanza la posición máxima de desplegado del boom (11) o el extremo inferior de la envuelta de vuelo del boom (11), se detiene el soltado del cable (18);

c): manteniendo fijada la longitud de cable (18) soltado, se lleva el boom (11) a una posición adecuada para comenzar las maniobras de reabastecimiento del avión receptor;

d): se comienza la maniobra de conexión del boom (11) con el receptáculo del avión receptor, mediante el comando sobre las superficies aerodinámicas móviles (16);

e): una vez realizada la conexión, se comienza el trasvase de combustible al avión receptor.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa c) el boom (11) se lleva a una posición adecuada para comenzar las maniobras de reabastecimiento mediante el control proporcionado por las superficies aerodinámicas móviles (16).

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el sistema de recogida y despliegue del cable (18) no es operado desde el final de la etapa b) hasta que se comienza la maniobra de izado del boom (11).

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la posición a la que se lleva el boom (11) en la etapa c) es una posición substancialmente centrada con respecto a la envuelta de vuelo del boom (11), de forma que permita el movimiento del citado boom (11) en todas las direcciones.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque todos los movimientos del boom (11) son controlados mediante un sistema automático de control de las superficies aerodinámicas móviles (16) mediante leyes de control aerodinámicas.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque durante la operación de reabastecimiento en vuelo, el cable (18) forma una curva resultante de la acción aerodinámica del aire y todas las fuerzas actuantes sobre dicho cable (18) por un lado, y, por otro lado, del peso del boom (11) y la acción de las superficies aerodinámicas móviles (16), cuya forma variará en función de la posición del boom (11) en cada momento de la operación, siendo esta forma substancialmente recta cuando el boom (11) está en su posición más baja de la envuelta o totalmente desplegado.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque una vez terminado el trasvase de combustible al avión receptor, se pone de nuevo en marcha el sistema de recogida y despliegue del cable (18) para izar el boom (11) hasta su posición estibada de reposo inicial.

8. Dispositivo para operaciones con boom (11) de reabastecimiento en vuelo, comprendiendo dicho boom (11) unas superficies aerodinámicas móviles (16), tal que el citado dispositivo comprende un cable (18) que conecta el boom (11) con el avión cisterna, y medios para extender y recoger dicho cable (18), caracterizado porque el cable (18) tiene una rigidez a flexión y unas características elásticas que, en combinación con su sección transversal, permiten que, una vez desplegado, forme una curva, substancialmente plana, resultante de la acción aerodinámica del aire y la tensión en los dos extremos del cable (18), cuya forma variará en función de la posición del boom (11) en cada momento de la operación, y porque comprende medios para detectar la tensión del cable en al menos uno de sus puntos.

9. Dispositivo para operaciones con boom (11) de reabastecimiento en vuelo según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende medios de control que activan o desactivan el proceso de extender o recoger el cable (18) en función de la tensión del mismo.

10. Dispositivo para operaciones con boom (11) de reabastecimiento en vuelo según cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque dicho cable (18) tiene una sección transversal comprendida entre 0,2 cm y 7 cm.

11. Dispositivo para operaciones con boom (11) de reabastecimiento en vuelo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el citado cable (18) tiene un radio de curvatura mínimo tal que no sufra daño ni deformación permanente, estando este radio de curvatura comprendido entre 1 cm y 40 cm.

12. Dispositivo para operaciones con boom (11) de reabastecimiento en vuelo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque el cable (18) es de acero trenzado.

13. Dispositivo para operaciones con boom (11) de reabastecimiento en vuelo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque el cable (18) está compuesto por uno o varios de entre los siguientes materiales: acero, kevlar o vectran.

14. Dispositivo para operaciones con boom (11) de reabastecimiento en vuelo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque el cable (18) tiene una rigidez comprendida entre 1960 N/mm^{2} y 2160 N/mm^{2}.