ES2386442B1 - Carena de timón de profundidad de aeronave. - Google Patents

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Abstract

Carena (9) que cierra el extremo interior del timón de profundidad (3) de una aeronave con respecto a la sección del fuselaje (1) sobre la que dicha carena (9) se mueve, estando el citado timón de profundidad (3) dispuesto sobre un estabilizador horizontal (2) de la aeronave, de tal modo que el estabilizador horizontal (2) se mueve con un ángulo de trimado ({al}) con respecto a la sección del fuselaje (1), girando a su vez el timón de profundidad (3) con un ángulo de elevador ({be}) con respecto al estabilizador horizontal (2), manteniendo la carena (9) una distancia (6) con respecto a la sección del fuselaje (1) durante su movimiento, en que la citada distancia (6) es una distancia minimizada para todos los rangos de movimiento del timón (3), tanto para el ángulo de trimado ({al}) del estabilizador horizontal (2) como para el ángulo de elevador ({be}) del timón de profundidad (3), minimizándose de este modo las pérdidas aerodinámicas por resistencia parásita no debida a la sustentación de la aeronave. La invención desarrolla además un procedimiento para la obtención del diseño de una carena (9) tal.

Description

CARENA DE TIMÓN DE PROFUNDIDAD DE AERONAVE
CAMPO DE LA INVENCION
5
La presente invención se refiere a un diseño de la carena que cierra el extremo interior del timón de profundidad de una aeronave, así como a un procedimienlo para la obtención de <Jicho diseño.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
10
15
El timón de profundidad <3S una superficie estabilizadora de las aeronaves, generalmente situada en la parte trasera de las mismas, que controla la orientación de la aeronave cambiando el cabeceo y el ángulo de ataque del ala o picado de la aeronave. Así, el timón de profundidad hace ascender o descender la aeronave. Los timones de profundidad pueden ser las únicas superficies de control del cabeceo de la aeronave, en cuyo caso se llaman planos de cola móviles o stabilators, o bien pueden ser móviles con respecto a una superficie fija o ajustable llamada estabilizador horizontal.
2 O 25 30
El estabilizador horizontal de aeronave en el cual se encuentra dispuesto el timón de profundidad , tiene el efecto contrario de un ala. Por lo general, crea una presión descendente que contrarresta el desequilibrio del momento debido a que el centro de gravedad del avión no está situado exactamente en el centro de presión resultante. El timón de profundidad disminuye o aumenta la fuerza descendente creada por la parte trasera del ala. Un mayor fuerza descendente, producida por un timón de profundidad hacia arriba, fuerza a la cola del avión a ir hacia abajo y a la nariz del avión a ir hacia arriba , con lo que la velocidad se reduce. Una disminución de fuerza descendente en la cola , producida por un timón de profundidad hacia abajo, permite que la cola se eleve y la nariz baje , con lo que la aeronave debe moverse más rápido para producir la elevación necesaria. Por lo tanto, el ajuste del timón de profundidad determina la velocidad de equilibrio de la aeronave.
El timón de profundidad tiene un movimiento relativo respecto al fuselaje
de la aeronave en uno de sus extremos, en concreto en su extremo interior con
respecto al estabilizador horizontal en el que se haya dispuesto, el más próximo
al fuselaje, estando dicho extremo cerrado mediante una carena . Entre ambos
5
elementos, fuselaje y timón de profundidad , en concreto entre el fuselaje y la
carena del timón de profundidad, no ha de existir contacto alguno, de tal modo
que ninguna superficie penetre en la contraria , durante el movimiento de una de
ellas (timón de profundidad). Así, ,jebe existir siempre entre el fuselaje y la
carena del timón de profundidad , para todos los movimientos posibles del timón
10
de profundidad , una separación minima que evite que puedan llegarse a tocar y
producirse daños en cualquiera de los dos elementos.
Así, sería deseable que el diseño de la carena del timón de profundidad
consiguiera que la distancia entre dicha carena y la parte o sección del fuselaje
de la aeronave sobre la cual se mueve dicho timón de profundidad sea lo menor
15
posible , para así reducir al máximo las pérdidas aerodinámicas por resistencia
parásita no debida a la sustentación en el mismo. Además, esto debe
mantenerse para todos los ángulos de actuación del timón de profundidad.
Los diseños actuales de las superficies de las carenas de timones de
profundidad de aeronave se realizan mediante dos planos que se cortan entre
2 O
sí, siendo ambos planos tangentes a la parte o sección del fuselaje de la
aeronave sobre la cual se mueve dicho timón de profundidad . Estos dos planos
se cortan entre sí, realizándose para el diseño de la citada carena , un radio de
unión entre ambos que suavice dicha superficie. Este diseño conocido asegura
que se mantenga una distancia en todo el rango de actuación o movimiento del
25
timón de profundidad con respecto al fuselaje de la aeronave, evitando el
contacto entre ambas partes. Sin embargo, este diseño no minimiza la citada
distancia que ha de mantenerse entre el timón de profundidad y el fuselaje, por
lo que se producen elevadas pérdidas aerodinámicas sobre el timón de
profundidad y, en consecuencia , sobre la aeronave.
3 o
La presente in vención ofrece una solución a los problemas anteriormente
mencionados.
SUMARIO DE LA INVENCION
5 10
Así, la invención desarrolla el diseño de la carena que cierra el extremo interior del timón de profundidad de una aeronave, de tal modo que consigue que la distancia a mantener entre la carena del timón y la parte o sección del fuselaje sobre la que se mueve dic~lo timón sea la míníma posible para toda la superficie de la citada carena , así como para todos los rangos de actuación (rango de giro) del timón de profundidad, minimizándose de este modo las pérdidas aerodinámicas por resistencia parásita no debida a la sustentación de la aeronave.
15 2 O
El timón de profundidad va dispuesto sobre el estabilizador horizontal de la aeronave de tal forma que, aparte del giro que realiza el citado timón con respecto a la superficie del estabilizador horizontal , que denominaremos ángulo de elevador, el estabilizador horizontal de la aeronave también gira a su vez con respecto al fuselaje, mediante un ángulo de trimado dado. Así, la invención tiene como objetivo proporcionar un diseño de carena del timón de profundidad de una aeronave tal que dicha carena mantenga, con respecto a la sección del fuselaje sobre la que se mueve, una distancia mínima , para todos los rangos de movimiento del timón de profundida(j , es decir, tanto para el ángulo de elevador propio del timón como para el ángulo de trimado del estabilizador.
El procedimiento seguido para la obtención de la carena de la invención es el siguiente:
25
a) en primer lugar, se realiza un desplazado espacial u offset de la superficie de la sección elel fuselaje sobre la que se va a mover la citada carena del timón de profundidad;
b)
se parte en primer lugar de una posición dada para el ángulo de trimado del estabilizador horizontal, que es aquella en la que el ángulo de trimado es mínimo;
"
c)
se corta un sólido que simula el volumen del limón de profundidad ;
d)
se empieza a variar, para el citado ángulo de trimado fijo de la etapa
b), el ángulo de elevador del timón de profundidad , comenzando por
el ángulo de elevador mínimo, cortándose para cada valor del ángulo
5
de elevador el sólido que :simula el volumen del timón de profundidad
de la etapa c);
e)
se continúan realizando it"raciones de la etapa d) hasta que el ángulo
de elevador es máximo;
f)
se comprueba entonces si, para dicho ángulo elevador máximo, el
1 0
ángulo de trimado es también máximo;
f.1) en caso de que el ángulo de trimado sea máximo, se pasa a la
etapa g);
f.2) en caso de que el án¡¡ulo de trimado no sea máximo, se realizan
iteraciones variando el citado ángulo de trimado y realizando cortes
15
sucesivos al sólido que simula el volumen del timón de profundidad
(etapas b) y c)) hasta que se consiga que el citado ángulo de trimado
sea máximo;
g)
se extraen los valores anteriores de ángulo de trimado y ángulo de
elevador para el offset dado de la superficie de la sección del
20
fuselaje;
h)
se extrae la superficie qu" queda en el sólido que simula el volumen
del timón de profundidad después de los cortes sucesivos realizados
a la misma en las etapas d) y f.2).
i)
finalmente, se suaviza la superficie obtenida en h), que da como
2 5
resultado el diseño de carena para timón de profundidad optimizado.
De esta manera se consigue, según la invención, una superficie para la
carena interior del timón de profundidad de una aeronave que minimiza la
distancia existente entre el timón de profundidad y el fuselaje, para todas las
posiciones del citado timón.
5
Otras características y v,entajas de la presente invención se
desprenderán de la descripción detallada que sigue de una realización
ilustrativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.
DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
1 0
La Figura 1 muestra en esquema los componentes de estabilización
convencionales de una aeronave.
La Figura 2a muestra en volumen y en esquema la unión del
estabilizador horizontal y su timón de profundidad con el fuselaje de una
15
aeronave, con un diseño del timón de profundidad según la técnica conocida.
La Figura 2b muestra en volumen y en esquema la unión del
estabilizador horizontal y su timón de profundidad con el fuselaje de una
aeronave, cuando el timón ha realizado el giro máximo en uno de los sentidos.
La Figura 2c muestra en volumen y en esquema la unión del
2O
estabilizador horizontal y su timón de profundidad con el fuselaje de una
aeronave, cuando el timón ha realizado el giro máximo en el sentido contrario al
de la Figura 2b.
La Figura 3 muestra en sección el esquema del diseño del timón de
profundidad de una aeronave con respecto al fuselaje de la misma , según la
25
técnica conocida.
Las Figuras 4a , 4b, 4c muestran el giro espacial del timón de profundidad
sobre la sección de fuselaje de una aeronave, según el diseño de la carena de
la invención.
Las Figuras 5a , 5b, 5c muestran en esquema la carena que cierra el
30
extremo interior del timón de profundidad de una aeronave, según el diseño y el
procedimiento de obtención de la pmsente invención. La Figura 6 muestra en esquema las etapas del procedimiento de obtención de la superficie de car,ena para el timón de profundidad de la
presente invención.
DESCRtPCtON DETALLADA DE LA INVENCION
1 0
Según se ha comentado, el timón de profundidad 3 de una aeronave es
una superficie sustentadora móvil sujeta al estabilizador horizontal 2 de la
aeronave. En una aeronave con vencional , existe también una superficie
sustentadora móvil , denominada timón de dirección 5 que está sujeta al
estabilizador vertical 4 (Figura 1).
15
Así, el díseño de la carena 9 que cubre el extremo interior del timón de
profundidad 3 según la técnica conocida se hace de tal forma que siempre se
mantenga al menos una distancia 6 de separación entre el fuselaje 1 (en
concreto, entre la parte de la sección de fuselaje 1 alrededor de la cual se
mueve el timón de profundidad 3) y la citada carena 9. Esta distancia 6 se ha de
2 O
mantener en todos los ángulos de actuación o giro del timón de profundidad 3,
marcándose en las Figuras 2b y 2c los giros máximos de dicho timón 3 en
ambos sentidos.
Así, en los diseños actuales , la superficie de la citada carena 9 está
realizada a través de dos planos, 20 y 21 que se cortan entre si, y a tra vés de
25
un radio entre ellos tal y como se muestra en la Figura 3. Esta opción de diseño
asegura al menos una distancia 6 Hn todo el rango de actuación del timón de
profundidad 3, entre ambas partes, carena 9 y fuselaje 1, que evita el contacto
entre las mismas. Sin embargo, esta distancia 6 no está minimizada, lo cual
produce elevadas pérdidas aerodinámicas sobre el conjunto del timón de
3 0
profundidad 3.
5
El diseño de la carena 9 que cierra el extremo interior del timón de profundidad 3 según la invención consigue que la distancia 6 a mantener entre la carena 9 del timón 3 y la parte o sección del fuselaje 1 sobre la que se mueve sea lo menor posible en toda la superficie de la citada carena 9, y para todos los rangos de actuación de movimiento (rango de giro) del timón de profundidad 3 (Figuras 4a y 4c), tanto para el ángulo de trimado a del estabilizador horizontal 2 como para el ángulo dE> elevador ~ del timón 3, minimizándose de este modo las pérdidas aerodinámicas por resistencia parásita no debida a la sustentación de la aeronave.
10 15
Así, la invención tiene como objetivo proporcionar un diseño de carena 9 del timón de profundidad 3 de una aeronave tal que dicha carena 9 mantenga , con respecto a la sección del fuselaje 1 sobre la que se mueve, una distancia 6 minimizada, para todos los rangos de movimiento del timón de profundidad 3, es decir, tanto para el ángulo de elevador ~ propio del timón 3 como para el ángulo de trimado a del estabilizador 2.
Según otro aspecto de la invención , se desarrolla un procedimiento (según se muestra en esquema en la Figura 6) para la obtención del diseño de la carena 9 de la invención , pr-ocedimiento que comprende las etapas siguientes:
2 O
a) en primer lugar, se realiza un desplazado espacial u offset de la superficie de la sección dIal fuselaje 1 sobre la que se va a mover la citada carena 9 del timón de profundidad 3, según aparece en las Figuras 4a , 4b y 4c;
25
b) se parte en primer lugar de una posición dada para el ángulo de trimado a del estabilizador horizontal 2, que es aquella en la que el ángulo de trimado a es mínimo, a, (iteración i de ángulo de trimado a es igual a cero);
c)
se corta un sólido que simula el volumen del timón de profundidad 3;
d)
se empieza a variar, para el citado ángulo de trimado a, fijo de la
etapa b), el ángulo de elevador ~ del timón de profundidad 3,
comenzando por el ángulo de elevador mínimo, ~, (iteración j del
ángulo de elevador ~), cortándose para cada valor del ángulo de
5
elevador ~ el sólido que simula el volumen del timón de profundidad 3
de la etapa c);
e)
se continúan realizando itE~raciones de la etapa d) hasta que el ángulo
de elevador ~ es máximo, ~m;
f)
se comprueba entonces si, para dicho ángulo elevador máximo, ~m, el
10
ángulo de trimado a es también máximo, ((m;
f.1) en caso de que el áng ulo de trimado a sea máximo am, se pasa a
la etapa g);
f.2) en caso de que el ángulo de trimado a no sea máximo am, se
realizan iteraciones variando el citado ángulo de trimado a y
15
realizando cortes sucesivos al sólido que simula el volumen del timón
de profundidad 3 (etapas b) y c)) hasta que se consiga que el citado
ángulo de trimado a sea máximo am;
g)
se extraen los valores anteriores de ángulo de trimado máximo am y
ángulo de elevador máximo, ~m para el offset dado de la superficie de
20
la sección del fuselaje 1 ;
h)
se extrae la superficie qUE! queda en el sólido que simula el volumen
del timón de profundidad 3 después de los cortes sucesivos
realizados a la misma en las etapas d) y 1.2).
i)
finalmente, se suaviza la superficie obtenida en h), que da como
25
resultado el diseño de carena 9 para timón de profundidad 3
optimizado (Figuras 5a, 5b, 5c).
De esta manera se consigue" según la invención, una superficie para la carena interior 9 del timón de profundidad 3 de una aeronave que minimiza la distancia 6 existente entre el timón eje profundidad 3 y el fuselaje 1, para todas las posiciones del citado timón 3.
En la realización preferente que acabamos de describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido
por las siguientes reivindicaciones.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la obtención del diseño de una carena (9) que cierra
    el extremo interior del timón de profundidad (3) de una aeronave con
    5 respecto a la sección del fuselaje (1) sobre la que dicha carena (9) se mueve, estando el citado timón de profundidad (3) dispuesto sobre un estabilizador horizontal (2) de la aeronave, de tal modo que el estabilizador horizontal (2) SE> mueve con un ángulo de trimado (a) con respecto a la sección del fuselaje (1) , girando a su vez el timón de
    10 profundidad (3) con un ángulo de elevador (~) con respecto al estabilizador horizontal (2), manteniendo la carena (9) una distancia (6) con respecto a la sección del fuselaje (1) durante su movimiento, tal que la citada distancia (6) es una distancia minimizada para todos los rangos de movimiento del timón (3) , tanto para el ángulo de trimado (a) del
    15 estabilizador horizontal (2) como para el ángulo de elevador (~) del timón de profundidad (3), minimizandose de este modo las pérdidas aerodinámicas por resistencia parásita no debida a la sustentación de la aeronavesegún la reivindicación 1, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:
    20 a) desplazado espacial u offset de la superficie de la sección del fuselaje
    (1) sobre la que se va a mover la citada carena (9) del timón de profundidad (3), partiendo de una posición dada para el ángulo de trimado (a) del estabilizador horizontal (2);
    b) corte de un sólido que simula el volumen del timón de profundidad 25 (3);
    e) variación, para el citado ángulo de trimado (a) fijo de la etapa a), del angulo de elevador (~) del timón de profundidad (3), cortándose para
    cada valor del ángulo de "levador (P) el sólido que simula el volumen
    del timón de profundidad (:3) de la etapa b) ;
    d) realización de iteraciones de la etapa e) hasta que el ángulo de elevador p es máximo (pm);
    5 e) comprobación de si , para dicho ángulo elevador máximo (Pm) el
    ángulo de trimado (a) es también máximo (um);
    f) extracción de los valores de ángulo de trimado máximo (a",) y de
    ángulo de elevador máximo (pm) para el offset dado de la superficie
    de la sección del fuselaje (1);
    10 g) extracción y suavizado ele la superficie obtenida, que da como resultado el diseño de carena (9) para timón de profundidad (3) optimizado.
  2. 2. Procedimiento para la obtención del diseño de una carena (9) según la reivindicación 1, caracterizado porque, en la etapa a), la posición de
    15 partida dada para el ángulo de trimado (a) del estabilizador horizontal (2) es aquella en la que el ángulo de trimado (a) es mínimo (a,).
  3. 3. Procedimiento para la obtención del diseño de una carena (9) según
    cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque , en la etapa
    e), la posición de partida dacia para el ángulo de elevador (P) del timón 20 de profundidad (3) es aquella en la que el ángulo de elevador (p) es minimo (P ,).
  4. 4. Procedimiento para la obtención del diseño de una carena (9) según
    cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque , en la etapa
    e) , en caso de que el ángulo de trimado (a) sea máximo (am), se pasa 25 directamente a la etapa g).
  5. 5. Procedimiento para la obtención del diseño de una carena (9) según
    cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque, en la etapa
    e) , en caso de que el ángulo de trimado (a) no sea máximo (am), se realizan iteraciones variando ,el citado ángulo de trimado (a) y realizando
    5 cortes sucesivos al sólido que simula el volumen del timón de profundidad (3) de las etapas b) y e), hasta que se consiga que el citado ángulo de trimado (a) sea máximo (am).
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