ES2542376A1

ES2542376A1 - Vehículo aéreo discoidal

Info

Publication number: ES2542376A1
Application number: ES201400995A
Authority: ES
Inventors: Borja CARBAJAL GARCÍA
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2015-08-04

Abstract

Vehículo aéreo discoidal, compuesto por un rotor principal (1) que le otorga la sustentación gradas a la rotación de la hélice (1.4) y un movimiento de translación al aparato a través las varillas de transmisión (1.3) de los servos del cíclico (1.2) (dos servos para paso fijo y tres servos para paso variable). Mientras que las alas (2) internas que van desde el chasis-aro (3) al núcleo (4), se inclinan gracias a un servo (5) o conjunto de servos que se encargan de dar una determinada graduación a las alas (2) para evitar el efecto par motor, manteniendo el chasis (3) estable, también se le puede dar una rotación (torque) a izquierdas y a derechas. La clave fundamental es la graduación de las alas (2) internas. Dicha invención, según dimensiones y factores diversos (tipos de material, instrumentación utilizada, etc), puede estar destinada para el sector civil o militar.

Description

VEHicULO AÉREO DISCOIDAL

SECTOR DE LA TÉCNICA

Dicha invención está pensada principalmente para el sector de los vehículos aéreos no tripulados en el ámbito civil y militar, pudiéndolo considerar como de vital importancia para el futuro de la aeronáutica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Las realizaciones conocidas del tipo helicóptero tienen una formación que condiciona y limita los factores de estabilidad y de maniobrabilidad, por lo que requiere de un pilotaje por parte de un experto, así como una carencia aerodinámica por lo que el aire expulsado no es tan limpio (en términos aerodinámicos).

En relación a los multirrotores, bien es conocida su gran deficiencia en relación a la autonomía que poseen, ya que al poseer múltiples rotores, el consumo energético es más elevado. Cabe recalcar que el mantenimiento y el cambio de las piezas es mayor y más delicado que el de, por ejemplo, un helicóptero de unas mismas dimensiones. Con esta nueva invención solo es necesario el uso de un motor y de un rotor .

Respecto a los aviones, las carencias conocidas hasta el día de hoy, están relacionadas con su escasa maniobrabilidad y el no poder mantenerse estático en el aire durante un tiempo determinado.

EXPLICACiÓN DE LA INVENCiÓN

¿ En qué consiste la invención?

La invención consiste en desarrollar un nuevo sistema aeronáutico que ofrezca una nueva forma de constrarrestar el efecto par motor de todo cuerpo sujeto a la tercera ley de Newton (acción-reacción), y que ofrezca una mejoría en prestaciones subsanando las deficiencias que existen actualmente en los sistemas aéreos no tripulados (UAS).

La estructura de dicho aparato esta compuesta por un único rotor principal de sustentación y un chasis con forma de plato o de disco, compuesta en su interior por un conjunto de alas o aletas con ángulo de incidencia variable conectadas a servos, las cuales según potencia, dimensiones, peso y factores externos, tales como el viento, se indinan en una determinada graduación, haciendo que el chasis se mantenga quieto y estable e innovando en la técnica de evitar el famoso efecto torque o par motor. Dependiendo de dichos factores, podrán tener un número de alas determinado, en el caso del vehículo de seis y el de cuatro alas, unas se pueden inclinar para evitar dicho efecto y otras para otorgar al vehículo aéreo no tripulado una mejor aerodinámica de vuelo.

El vehículo en cuestión, posee unas cualidades que le permiten:

-: Una nueva técnica para evitar el efecto par motor.

-: Despegar y aterrizar de forma vertical ( VTOL ).

-: La capacidad de mantenerse estático en el aire.

-: y una maniobrabilidad muy superior a la que poseen los helicópteros convencionales, sean tripulados o no, es decir, puede ir tanto para adelante como para atrás, tanto para el lado izquierdo como para el derecho, de forma instantánea e intuitiva, no tan lenta como los helicópteros. A diferencia de un helicóptero, dicho vehículo al poseer forma discoidal, tiene un margen de maniobra de 3600 (omnidireccional), por ejemplo, un helicóptero necesita de los sistemas que contrarrestan el efecto par motor, para dar direccionalidad y que el piloto tenga siempre el aparato por así decir de frente. La invención presente posee la capacidad, de ir de frente y de repente dar la vuelta sin necesidad de girar 1800. Hemos programado la cámara de tal forma que cada vez que se cambie la dirección, la cámara gire de forma automática, por lo que da la sensación de que vas siempre de frente. Dicha modalidad se puede poner o quitar, según los gustos del piloto. Podría decirse que la maniobrabilidad es parecida a la de un multirrotor, solo que a parte de utilizar, en vez de varios rotores solo uno (por lo que el consumo energético es inferior y la autonomía superior), tendrá en vez de movimientos bruscos, unos movimientos más suaves, intuitivos y sobre todo más estables.

¿Qué la distingue de las mencionadas en el estado de la técnica?

Respecto a los helicópteros;

-: Principalmente una nueva forma de contrarrestar el efecto par motor de los helicópteros y de todo cuerpo sujeto a la tercera ley de Newton (acción -reacción), ya que los conceptos de helicóptero actuales se basan en sistemas como, el rotor de cola

o fenestron, coaxial, transversal, NOTAR, sincrónicos yen tándem para contrarrestar el par motor.

-: Mayor maniobrabilidad y estabilidad.

-: Es más coherente con el medio ambiente, ya que el prototipo desarrollado en un

principio es eléctrico, a diferencia de los helicópteros que emiten C02.

-: Al ser un vehículo aéreo no tripulado los pilotos no corren riesgo de accidente o muerte.

-: Al poseer forma discoidal o de plato hay mejor aerodinámica de vuelo.

Respecto a los multirrotores;

-: No es necesario el uso de varias hélices o motores para poder desplazar un vehículo

de forma rápida y acrobática, de hecho, dicho sistema es más estable que los

denominados multirrotores.

-: Al ser el chasis de forma discoidal, puedes incorporar varias baterías más, por lo que

la autonomía es muy superior a los denominados multirrotores. También una única

batería se encarga de alimentar un solo motor en vez de tres, cuatro, Ó, el número de

rotores que que posea dicho multirrotor por lo que tambíen con una sola batería poseerá una mayor autonomía.

-: Movimientos menos bruscos.

Respecto a los aviones y alas volantes;

-: La principal ventaja es no necesitar, o una catapulta y red para aterrizar/despegar, o 5 una pista de aterrizaje y despegue.

-: La maniobrabilidad es infinitamente superior.

-: Se puede mantener estático en el aire (indispensable para mantenerse un tiempo determinado en un punto fijo).

¿Cuáles son sus partes esenciales?

10 Las partes esenciales del dispositivo son:

-: Rotor principal y único: el rotor central incorpora un plato cíclico, con servas y varillas de transmisión, para variar la sustentación producida por la hélice del rotor tanto en magnitud como en dirección, lo que permite controlar la direccionalidad del empuje del rotor central y, por tanto, el guiado del vehículo. Es el mismo que utiliza un helicóptero

15 pero sin hacer falta los sistemas mencionados; rotor de cola o fenestron, rotor transversal, coaxial, en tandem, NOTAR, sincrónicos para evitar el efecto torque o efecto par motor. Las hélices del rotor no deben de sobresalir del chasis para una mejor aerodinámica.

-: Chasis discoidal: Es la parte más relevante. Lo que rodea al rotor principal es un

20 chasis que posee en su interior un número determinado de alas o aletas (2,3.4,5,6,8, es decir, las que requiera el aparato) internas de ángulo de incidencia variable conectadas a un servo o conjunto de servas. Dichos servas pueden estar dentro del núcleo central

o dentro del chasis-aro del vehículo. Las servas son los que se encargan de dar la graduación correspondiente a las alas para contrarrestar el efecto par motor logrando

25 así que el chasis o carcasa se mantenga quieto y estable. Dependiendo de la potencia, del peso, de las dimensiones y de factores externos tales como el viento, dichas alas necesitaran un grado de incidencia determinado para contrarrestar el efecto par motor. También se pueden utilizar la inclinación de las alas para rotar (darle torque) el vehículo a derechas o a izquierdas. La clave está en el grado de incidencia de las alas.

30 -Cámara de giro de 3600, que podrá ser de todos los tipos, por ejemplo, cámara nocturna, cámara multiespectral, cámara de infrarrojOs, etc.

-: Incorpora patas de apoyo para proteger la cámara. Dichas patas pueden incorporarse en el núcleo o en el chasis.

-: Podrá incorporar el número de baterías que se requiera (en el interior de la aro35 chasis) para otorgarle la autonomía deseada.

-: El núcleo podrá ser cilíndrico, hexagonal, o de cualquier forma geométrica: Incorporará el motor, la batería principal, servas del rotor principal, el receptor, servas de las alas, es decir todo tipo de instrumental necesario para que sea un UAV de última generación (gps, magnetómetro, sonar, etc) o un drone destinado a la juguetería u

40 otros quehaceres.

BREVE DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS

La descripción se complementa, para una fácil comprensión de la descripción que se está realizando, con un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente :

Figura 1. -Muestra una perspectiva aérea de un prototipo con seis alas.

Figura 2. -Muestra una perspectiva lateral del prototipo de seis alas.

Figura 3. -Muestra plano con una perspectiva aérea de un prototipo con cuatro alas. Figura 4. -Muestra plano con una perspectiva lateral del prototipo de cuatro alas.

Figura 5. -Muestra plano del servo que hemos usado para otorgar graduación a cada ala.

Figura 6. -Muestra plano del rotor pincipal y único.

Figura 7. -Muestra plano del perfil alar que debe tener cada ala.

A continuación se proporciona una lista de los distintos elementos representados en las figuras que integran la invención:

1=Rotor principal y único.

1.1. Eje del rotor.

1.2. Plato cíclico.

1.3. Varillas de transmisión.

1.4. Hélice o palas. 2= Alas. 3= Chasis discoidal o aro. 4= Núcleo central. 5= Servos.

5.1. Rodamiento.

REALIZACiÓN PREFERENTE DE LA INVENCiÓN.

Hemos desarrollado un primer prototipo de seis alas para ver que el mecanismo funciona y así poder innovar en las técnicas de evitar el efecto torque o par motor. Así como poder corroborar que una de las mejores formas de volar de un aparato aeronáutico es la ovalada o de forma discoidal, ya que el coeficiente de arrastre o drag es reducido.

El chasis (3) y las alas (2) de prototipo están constituidas de material de poliestireno expandido. El diámetro del rotor (1) es de 73 cm, el diámetro interno del chasis (3) es de 75 cm y el externo entorno a unos 85 cm. Hemos utilizado una batería de 11,1 V Y 2.200 Mah para alimentar un motor eléctrico brushless 2216. Cabe recalcar que las dimensiones del aparato, así como los tipos de batería, motor, número de alas (2) y material, así como sus dimensiones ,las vamos a ir variando para saber cual es la forma más adecuada. Además, dicho aparato está pensado para poder desarrollarlo de diferentes dimensiones y piezas según sea el sector al que vaya dirigido. Se pueden construir drones discoidales de cuatro alas (2), de cinco, de seis, de ocho, etc. El factor de suma importancia es la relación diferencial potencia-peso. Cuanto mayor sea el número de alas (2), su inclinación y graduación ejercidas por los rodamientos (5.1) de los servos (5) para evitar el efecto torque o par motor será menor que aquel que este compuesto por un número de alas (2) inferior, partiendo de la base de que sea un vehículo de factores iguales.

El vehículo ejerce una sustentación gracias a la rotación de las palas (1.4) que están en el rotor principal (1) sujetado por un eje (1.1), dichas palas o hélice (1.4) no deben de sobresalir del chasis (3) para una mejor aerodinámica. Se consigue un movimiento de translación gracias al plato cíclico (1.2) y el movimiento de las varillas (1.3) que estan sujetas a los servos (5) del rotor (1) que otorgan la inclinación del plato cíclico (1.2) y hélice (1.4). Para evitar que el chasis (3) o carcasa rote en el sentido opuesto al de la rotación de las hélices o palas (1.4), los servos (5) otorgan una determinada graduación a las alas (2) internas del aro-chasis (3) para que se mantenga quieto y estable. Se puede también otorgar una rotación (torque) al aparato a derechas o a izquierdas, variando la graduación de los servos (5) que van unidos a las alas (2) internas del disco .

El núcleo central (4) está compuesto de todas las piezas e instrumentación pertienente para que sea un drone civil o un UAV (unmanned aerial vehicle) de última generación, tales como rotor principal (1), motor, batería principal, sensor, placas, gps, etc.

Los servos (5) de las alas (2) pueden ir incorporados dentros del núcleo (4) o dentro del chasis (3). En este caso, ya que son microservos muy potentes y sus dimensiones y pesos (9 gr) muy reducidos, los hemos colocado dentro del núcleo central (4).

Claims

REIVINDICACIONES

1. Vehículo aéreo discoidal, del tipo de los vehículos aéreos no tripulados, denominados drones, con un único rotor central (1) de sustentación y un chasis (3), caracterizado por que comprende, al menos, dos alas (2) situadas en el flujo saliente, aguas abajo, del rotor (1),

5 dichas alas (2) con ángulo de incidencia variable, de manera que permitan contrarrestar el efecto del par motor del rotor central (1), y conseguir rotar el vehículo de forma controlada respecto a un eje perpendicular al plano del rotor (1) Y que pasa por el centro de dicho rotor (1 ).
2. Vehículo según reivindicación 1, caracterizado por que el chasis (3) comprende una carcasa 10 discoidal periférica en tomo al rotor (1) Y en el plano de éste.
3. Vehículo según reivindicación 1, caracterizado por que el rotor central (1) incorpora un plato cíclico (1.2), con servos y varillas de transmisión (1.3), para variar la sustentación producida por la hélice (1.4) del rotor (1) tanto en magnitud como en dirección, lo que permite controlar la direccionalidad del empuje del rotor central (1) y, por tanto, el guiado del vehículo.

15 4. Vehículo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada ala

(2) va unida a un servo (5) incorporado en el chasis (3), que permite graduar el ángulo de incidencia del ala (2) y, por tanto, controlar el efecto antipar.
5. Vehículo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dispone, al menos, de cuatro alas (2), de las que, al menos, dos de ellas se dedican al control del efecto

20 antipar y las, al menos, otras dos se emplean para rotar el vehículo respecto a un eje perpendicular al plano del rotor (1).
6. Vehículo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que incorpora una cámara de giro en 360 grados.
7. Vehículo según reivindicación 6, caracterizado por que incorpora patas de apoyo para 25 protección de dicha cámara.