ES2394560B1 - Sistema controlado de elevación y aterrizaje verticales. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un sistema controlado de elevación y aterrizaje verticales para un dirigible o globo aerostático que comprende al menos un balonet. El sistema comprende un compresor que retira gas del balonet y lo comprime, un depósito en el que se almacena el gas comprimido, un circuito desde el balonet hasta el compresor con una válvula de cierre y apertura, una conexión entre el compresor y el depósito y un circuito desde el depósito hasta el balonet con otra válvula de cierre y apertura. Así, mediante la compresión y descompresión del gas hacia el depósito y hacia el balonet, respectivamente, se logra el aterrizaje y la elevación verticales, respectivamente, del dirigible o globo aerostático.

Description

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de los dirigibles y globos aerostáticos, tanto de baja como de alta altitud.

Concretamente,

se refiere a un sistema controlado para la

elevación

y el aterrizaje vertic ales de dichos dirigibles y

globos

aerostáticos.

Antecedentes de la invención

Actualmente los dirigibles emplean para su elevación una combinación de la potencia de motores de distintas clases y de la diferencia entre la menor densidad del gas que contienen los balonets o un único balonet y el aire que forma parte de la atmósfera. El gas de los balonets mantiene la flotación con respecto al peso o quot;taraquot; del dirigible mientras que los motores elevan la carga.

Este sistema limita enormemente la capacidad de elevación del dirigible con grandes cargas pues se necesitan motores de gran potencia para despegar verticalmente. Esta limitación se compensa mediante despegues que no son totalmente verticales sino que requieren de pistas largas para despegar, aunque más cortas que las de los aviones, aprovechando la sustentación que produce la velocidad junto con la superficie del dirigible. Aún así queda muy limitado dado que la estructura del dirigible no soporta las grandes potencias de los motores necesarios para elevar cargas superiores a las 50 Tm de forma vertical.

Por otro lado, el uso actual e indispensable de estos motores para elevar los dirigibles supone un coste considerable en cuanto al gasto de combustible, así como una contaminación importante del medio ambiente.

Por tanto, existe en la técnica la necesidad de un sistema que permita una elevación y un aterrizaje verticales de

dirigibles y globos aerostáticos, evitando la necesidad de largas pistas de despegue y el consumo de combustible.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un sistema controlado de elevación y aterrizaje verticales para un dirigible o globo aerostático que comprende al menos un balonet. El sistema comprende al menos un compresor que retira gas de al menos un balonet y lo comprime, al menos un depósito en el que se almacena el gas comprimido, un circuito desde al menos un balonet hasta al menos un compresor con una válvula de cierre y apertura, una conexión entre al menos un compresor y al menos un depósito y un circuito desde al menos un depósito hasta al menos un balonet con otra válvula de cierre y apertura. Así, mediante la compresión y descompresión del gas hacia el depósito y hacia

el

balonet, respectivamente, se logra el aterrizaje y la

elevación

verticales, respectivame nte, del dirigible o globo

aerostático.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se entenderá mejor con referencia al siguiente dibujo que ilustra una realización preferida de la invención, proporcionada a modo de ejemplo, y que no debe interpretarse como limitativa de la invención de ninguna manera.

La figura 1 muestra un esquema que representa el funcionamiento de un sistema controlado de elevación y

aterrizaje verticales según una realización preferida de la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

El sistema controlado de elevación y aterrizaje vertical según la presente invención se basa en dos principios fundamentales de la física, que son por un lado el teorema de Arquímedes (quot;Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido

desalojadoquot;)

y por otro lado el principio de los gases

perfectos,

cuya fórmula es la siguiente:

Px V

P'x V'

Txn

T'x n'

Donde

P

es la presión inicial,

V

es el volumen inicial,

T

es la temperatura inicial y

n

son los moles de gas iniciales

mientras

que P' , V' , T' y n' son los valores

correspondientes después de las modificaciones que llevan a la nueva situación del gas.

Estos dos principios fundamentales se conocen ampliamente en la técnica y por tanto no se explicarán con más detalle en el presente documento.

El sistema controlado de la presente invención se basa por tanto en la compresión de gas mediante la utilización de un compresor unido a un depósito que almacena el gas comprimido y que produce un cambio sustancial entre la situación del gas dentro del balonet y la situación del gas dentro del depósito de gas comprimido, dado que el gas comprimido ocupará menos volumen y pesará más, tal como se explicará más adelante en el presente documento.

La figura 1 muestra un sistema según una realización preferida de la presente invención que comprende un balonet 1 O, que se hincha o deshincha en función de las necesidades de fuerza de elevación mediante la inyección de gas o la sustracción del mismo, un compresor 12 que retira gas del balonet 10 y lo comprime, un circuito desde el balonet 10 hasta el compresor 12 y un depósito 14 en el que se almacena el gas comprimido. Las flechas en la figura 1 indican la dirección en la que se desplaza el gas dentro del sistema.

Según la realización preferida, el circuito desde el balonet 10 hasta el compresor 12 consta a su vez de una conexión al balonet 10 en forma de regadera, lo que proporciona una

absorción uniforme del gas al absorber al mismo tiempo en todo el balonet 10. También presenta una electroválvula 16 de cierre y apertura y un bypass con una llave 18 de cierre y apertura manual como medida de seguridad para el caso en el que falle la electroválvula. Por último, también hay unas llaves 20a, 20b manuales entre la electroválvula y el bypass, a ambos lados de la electroválvula, como medida de seguridad adicional.

El sistema también presenta una conexión del compresor 12 al depósito 14.

Finalmente, el sistema presenta un circuito desde el depósito 14 de gas comprimido hasta el balonet 10. Al igual que en el circuito desde el balonet 1 O hasta el compresor 12, este circuito consta, en la realización preferida de la presente invención, de una conexión al balonet 10 en forma de regadera, de modo que se consigue una distribución uniforme a la hora de inyectar el gas en el balonet 10. Al igual que en el caso

anterior,

comprende una electroválvula 22, un bypass y dos

llaves

de cierre manuales, una llave 24 en el bypass y otras

llaves

2 6a, 2 6b entre el bypass y la electroválvula, a ambos

lados

de la electroválvula, como medidas de seguridad.

Además, el sistema también comprende una serie de llaves manuales 28a, 28b, 28c y 28d como medidas de seguridad adicionales en caso de que fallen las electroválvula y en caso de que sea necesario cerrar el circuito para operaciones de mantenimiento.

Aunque pueden usarse diversos gases en el sistema controlado de elevación y aterrizaje verticales según la presente invención, un gas preferido es el helio, el cual se proporciona en cantidad suficiente para permitir elevar la carga más una reserva a determinar en cada caso.

Por tanto, con el sistema según la realización preferida de la presente invención que acaba de explicarse y aplicando los principios fundamentales de la física que se mencionaron anteriormente, se obtiene un sistema eficaz controlado de elevación y aterrizaje verticales. Por ejemplo, si se plantea

una situación inicial de 100 m3 de gas helio a una presión de 1 atm y a una temperatura de 15 oC ocupando un volumen de 100 mJ

desplazará por tanto 100 de aire. Dado que la densidad del helio es de 0,169 kg/m3 , los 100 mJ de helio tienen un peso específico de 0,169 kg/m3 X 100 = 16, 9 kg. Teniendo en cuenta que el aire tiene una densidad de 1,22 kg/m3 a nivel del mar, puede determinarse que 1 m3 de helio puede elevar un peso adicional al suyo propio en 1,051 kg/m3 a nivel del mar.

Por ello, en la situación planteada inicialmente en el balonet se obtiene una fuerza de elevación suficiente para elevar 100 kg de peso. Sin embargo, al retirar el gas del balonet y comprimir esa misma cantidad de helio en un depósito 14 de 10 m3 de capacidad, se obtiene una situación en la que el depósito 14 de gas desplaza 10 m3 de aire lo que equivale a un peso de 12, 2 kg, mientras que la densidad del helio en esos mismos 10m3 es de 16,9 kg. Por tanto, en esta nueva situación de gas helio comprimido se observa, aplicando el teorema de Arquímedes, que el mismo gas que antes provocaba una fuerza ascensional de 100 kg provoca ahora una fuerza negativa de -4,7 kg y realiza una fijación del dirigible o globo aerostático al suelo.

En cuanto a la presión existente en el depósito 14, aplicando la formula de los gases perfectos y dado que la cantidad de gas en moles es la misma en la situación inicial y

en

la final se obtiene la siguiente fórmula:

1atm x 100 m 3

P' x 1 O m3

15°C

15°C

Siendo

la temperatura igual en ambos casos, se obtiene un

valor

final de P' de 10 atm. Esta presión es muy fácil de

mantener

mediante depósitos 14, cuyo peso es liviano. No

obstante, esta relación de 1:10 tomada como ejemplo y de ninguna manera limitativa puede aumentarse en función de las necesidades reduciendo el volumen del depósito 14 o bien añadiendo una mayor

reserva de gas en el depósito 14 a la necesaria para conseguir

la fuerza de elevación diseñada para cada tipo de dirigible o globo aerostático. El sistema según la presente invención funciona según las siguientes fases:

En la primera fase o fase de reposo el dirigible o globo aerostático está en tierra y el balonet 10 se encuentra vacío, estando todo el gas almacenado en el depósito 14 de gas comprimido consiguiendo el efecto de ser todo el sistema un peso de lastre que fija el dirigible o globo aerostático al suelo pues al desaparecer la fuerza de elevación del helio todo el peso del gas y del sistema hace de lastre, tal como se explicó anteriormente en el presente documento. En caso de que el sistema se aplique a los balonets 10 que mantienen la fuerza de elevación de la tara del dirigible o globo aerostático, esta última también servirá de lastre fijando con mayor fuerza el dirigible o globo aerostático al suelo.

En la segunda fase o fase de elevación y vuelo, la válvula 22 del circuito que mantiene el gas confinado en el depósito 14 de gas comprimido, que se encuentra entre el balonet 10 y el depósito 14, se abre dejando fluir el gas hacia el balonet 10

llenando

éste último y provocando, mediante el efecto del

teorema

de Arquímedes explicado con anterioridad, una fuerza

ascensional

suficiente para elevar la carga en función a los

cálculos realizados con anterioridad. Una vez conseguida una fuerza ascensional suficiente se cierra la válvula 22. Esta fase se utilizará de forma automática en función de las necesidades del vuelo consiguiendo una mayor fuerza ascensional cada vez que sea necesario. Además, esta fase puede combinarse con la tercera fase cuantas veces sea necesario sin que por ello se produzca una pérdida de gas.

En la tercera fase o fase de aterrizaje se abre las válvula 16 que se encuentra entre el balonet 10 y el compresor 12 iniciando el flujo del gas desde el balonet 10 hacia el depósito 14 de gas comprimido, comprimiendo éste en el depósito 14 y reduciendo a voluntad la fuerza ascensional del dirigible. La

velocidad de bajada será directamente proporcional a la velocidad a la que el compresor 12 vacíe el balonet 10 e introduzca el gas en el depósito 14 de gas comprimido. Tal como se mencionó anteriormente, esta fase puede combinarse con la segunda fase cuantas veces sea necesario sin pérdida de gas en la realización de la misma.

Las ventajas proporcionadas por el sistema de la presente invención y que podrán apreciar fácilmente los expertos en la técnica son, por una parte, la elevación y el aterrizaje verticales y que no hace necesario costosas infraestructuras para la maniobra, además de poder aterrizar en cualquier zona aunque no esté preparada para ello, y, por otra parte, que en las maniobras de elevación y aterrizaje no se produce una pérdida de gas y por tanto no se hace necesaria su reposición lo que equivale a un ahorro considerable de los costes operativos del dirigible. Finalmente, al no depender de motores para las operaciones de elevación y aterrizaje, también se obtiene un ahorro en cuanto al consumo de combustible, así como un sistema más ecológico reduciendo las emisiones contaminantes al medio ambiente.

Aunque se ha descrito la presente invención con referencia a una realización preferida, la invención no se limita a la misma y numerosas variantes y modificaciones resultarán evidentes para los expertos en la técnica tras la lectura de la presente memoria descriptiva, las cuales se encuentran dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, en caso de que el sistema comprenda un compresor y varios depósitos distribuidos en diferentes puntos del dirigible o globo aerostático, lo que lógicamente ayudará a controlar la estabilidad del mismo, la conexión del compresor con los depósitos podrá controlarse mediante electroválvulas que accionarán la apertura y el cierre de cada una de las conexiones con el fin de llenar cada depósito con la cantidad de gas elegida para mantener la estabilidad del dirigible o globo aerostático.

Además, en una realización preferida de la presente invención, el sistema controlado de elevación y aterrizaje verticales comprende además un ordenador de control con el fin de realizar las maniobras de compresión y descompresión del gas

5 de forma automática.

En otra realización preferida de la presente invención, el sistema comprende además instrumentos para medir la presión del gas en el depósito y/o en el balonet.

Si se cree conveniente, el sistema de la presente invención

10 puede combinarse con los motores que poseerá el dirigible o globo aerostático para el avance y que podrán aminorar la velocidad de aterrizaje o aumentar la velocidad de despegue.

Claims (14)

1. Sistema controlado de elevación y aterrizaje verticales para un dirigible o globo aerostático que comprende al menos un balonet, comprendiendo el sistema: - al menos un compresor que retira gas del al menos un 5 balonet y lo comprime; - al menos un depósito en el que se almacena el gas comprimido; - un circuito desde el al menos un balonet hasta el al menos un compresor con una válvula de cierre y apertura; 10 - una conexión entre el al menos un compresor y el al menos un depósito; y - un circuito desde el al menos un depósito hasta el al menos un balonet con otra válvula de cierre y apertura; en el que mediante la compresión y descompresión del gas 15 hacia el depósito y hacia el balonet, respectivamente, se logra el aterrizaje y la elevación verticales, respectivamente, del dirigible o globo aerostático.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque la válvula del circuito desde el al menos un balonet hasta el 20 al menos un compresor es una electroválvula.

3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el circuito desde el al menos un balonet hasta el al menos un compresor comprende además un bypass con llave manual como medida de seguridad. 25

4. Sistema según la reivindicación 3, caracterizado porque el circuito desde el al menos un balonet hasta el al menos un compresor comprende además una llave manual entre la válvula y el bypass como medida adicional de seguridad.

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 30 anteriores, caracterizado porque la conexión del circuito desde el al menos un balonet hasta el al menos un compresor comprende una conexión al balonet en forma de regadera, proporcionando una absorción uniforme del gas.

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la válvula del circuito desde el al menos un depósito hasta el al menos un balonet es una electroválvula.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 5 anteriores, caracterizado porque el circuito desde el al menos un depósito hasta el al menos un balonet comprende además un bypass con llave manual como medida de seguridad.

8. Sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque el circuito desde el al menos un depósito hasta el al menos un 10 balonet comprende además una llave manual entre la válvula y el bypass como medida adicional de seguridad.

9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la conexión del circuito desde el al menos un depósito hasta el al menos un balonet 15 comprende una conexión al balonet en forma de regadera, proporcionando una distribución uniforme del gas.

10. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la conexión entre el al menos un compresor y el al menos un depósito se controla 20 mediante una electroválvula.

11. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el gas empleado es helio.

12. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además un 25 ordenador de control para realizar las maniobras de compresión y descompresión del gas de forma automática.

13. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además instrumentos para medir la presión del gas en el al menos 30 un depósito.

14. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además instrumentos para medir la presión del gas en el al menos un balonet. 35