ES2613202T3 - Configuración de forma plana para la estabilidad de una cometa motorizada y un sistema y un procedimiento de utilización de la misma - Google Patents

Configuración de forma plana para la estabilidad de una cometa motorizada y un sistema y un procedimiento de utilización de la misma Download PDF

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ES2613202T3 ES11760250.8T ES11760250T ES2613202T3 ES 2613202 T3 ES2613202 T3 ES 2613202T3 ES 11760250 T ES11760250 T ES 11760250T ES 2613202 T3 ES2613202 T3 ES 2613202T3
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Abstract

Cometa (350) que comprende: un ala principal (352); un ala de cola (353); y un larguero de cola (354), dicho larguero de cola (354) sujeto a dicha ala principal (354) en un primer extremo, dicho larguero de cola (354) acoplado a dicha ala de cola (353) en un segundo extremo, en la que dicha ala de cola (353) está montada detrás y por encima de dicha ala principal (353), caracterizada por que dicha ala de cola (353) está adaptada para girar a fin de controlar un cabeceo de dicha cometa (350) sobre la base de un ángulo entre (i) una línea a través de un centro de masa de dicha cometa (350) y un centro de sustentación de dicha ala de cola (353), y (ii) un eje vertical a través de dicho centro de masa de dicha cometa (350) cuando dicha ala principal (352) está en una posición vertical.

Description

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DESCRIPCION
Configuracion de forma plana para la estabilidad de una cometa motorizada y un sistema y un procedimiento de utilizacion de la misma
Antecedentes
El documento US 2010/0032948 A1 describe una cometa configurada para generar energfa eolica, y un empenaje para una estabilidad anadida.
Campo de la invencion
Esta invencion se refiere a sistemas de vuelo aereo portado y generacion de energfa y mas especfficamente a un vehfculo aereo portado configurado para mantener el control del cabeceo durante el despegue y el aterrizaje atado.
Breve descripcion de los dibujos
Diversas formas de realizacion de la invencion se divulgan en la siguiente descripcion detallada y en los dibujos adjuntos.
La figura 1 es un diagrama que ilustra una forma de realizacion de un sistema de cometa atada formas de realizacion de la presente invencion.
La figura 2 es un diagrama que ilustra un sistema de cometa motorizada en modo en suspension formas de realizacion de la presente invencion.
La figura 3A es un boceto de una cometa motorizada segun algunas formas de realizacion de la presente invencion.
La figura 3B es un boceto de una cometa motorizada segun algunas formas de realizacion de la presente invencion.
La figura 4 es un diagrama que ilustra una cometa motorizada en un vuelo con viento de costado y un sistema de coordenadas asociado y un vector del viento aparente, segun algunas formas de realizacion de la presente invencion.
La figura 5A es un diagrama de una cometa motorizada que muestra una primera orientacion del ala de cola segun algunas formas de realizacion de la presente invencion.
La figura 5B es un diagrama de una cometa motorizada que muestra una segunda orientacion del ala de cola segun algunas formas de realizacion de la presente invencion.
La figura 5C es un diagrama de una geometrfa del ala de cola y de la cometa segun algunas formas de realizacion de la presente invencion.
La figura 5D es un diagrama de diversas posiciones de la cometa y del ala de cola segun algunas formas de realizacion de la presente invencion.
La figura 5E es un diagrama de una cometa en modo en suspension con una orientacion de cabeceo segun algunas formas de realizacion de la presente invencion.
La figura 6 es un dibujo de una cometa segun algunas formas de realizacion de la presente invencion.
La figura 7 es un boceto de una cometa montada en una estructura de despegue segun algunas formas de realizacion de la presente invencion.
Descripcion detallada
La invencion puede ser implementada de diversos modos, incluyendo como un proceso, un aparato y un sistema. En esta memoria, estas implementaciones, o cualquier otra forma que pueda adoptar la invencion, pueden ser referidas como tecnicas. En general, el orden de las etapas de los procesos divulgados se puede alterar dentro del ambito de la invencion. A menos que se indique de otro modo, un componente tal como un procesador o una memoria, descritos que estan configurados para realizar una tarea pueden ser implementados como un componente general que este temporalmente configurado para realizar la tarea en un momento determinado o un componente especffico que esta fabricado para realizar la tarea. Como se utiliza en la presente memoria, el termino "procesador" se refiere a uno o mas dispositivos, circuitos y/o nucleos de procesamiento configurados para procesar datos, tales como instrucciones de programas de ordenador.
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Una descripcion detallada de una o mas formas de realizacion de la invencion se proporciona mas adelante junto con las figuras adjuntas que ilustran los principios de la invencion.
Se divulga una configuracion de las superficies y los accionamientos aerodinamicos utiles en el lanzamiento, modo en suspension, transicion y aterrizaje de una cometa motorizada. En algunas formas de realizacion, la cometa motorizada comprende un ala principal, un ala de cola y puede comprender una serie de otras alas. La cometa esta conectada a un amarre el cual esta conectado al suelo o a algun otro objeto. La cometa comprende un numero de rotores, los cuales son utilizados para generar un empuje con la entrada de energfa o generar energfa a expensas del arrastre. El ala de cola de la cometa motorizada esta colocada detras y por encima del centro de masa y la ubicacion de amarre del amarre en la cometa motorizada en el marco aerodinamico de los modos de vuelo de viento de costado o estatico. El ala de cola es parcial o completamente accionada de tal modo que el ala de cola se mantiene principalmente ligada al flujo aerodinamico y aumenta la estabilidad de la cometa cuando la cometa esta transitando hacia y desde el modo de vuelo en suspension y mientras el ala esta en el modo de vuelo en suspension. La colocacion y el accionamiento de la aleta de cola de la manera descrita mejora la estabilidad aerodinamica y aumenta la autoridad del control aerodinamico en algunos modos de vuelo sobre una gama de condiciones medioambientales que incluyen condiciones asociadas con una gama de magnitudes del viento, una gama de direcciones del viento y una gama de otras cualidades del viento.
Una cometa motorizada la cual esta volando a la manera de una aeronave atada y a la manera de un helicoptero atado pueden estar disenada para incorporar superficies aerodinamicas que mejoren la estabilidad aerodinamica del eje de cabeceo de la nave en ambos modos de vuelo mientras tiene unos efectos perjudiciales no significativos en la estabilidad en los otros ejes. Cuando vuela a la manera de una aeronave en un cordon, la cometa debe principalmente controlar o atenuar pasivamente la tension en el amarre a traves del eje de cabeceo de la cometa a fin de aumentar la longevidad a la fatiga o disminuir el tamano estructural y la masa del amarre y del ala. Cuando esta en modo en suspension a la manera de un helicoptero, la cometa debe tener una autoridad adecuada del control en el eje de cabeceo para evitar una excitacion incontrolable del amarre por las rafagas del viento. El control del eje de cabeceo en ambos modos de vuelo puede ser mejorado mediante una cola que se mueva en todas direcciones alta por encima y por detras del ala principal. Cuando vuela como un aeroplano atado, el ala de cola actua a la manera de una cola normal. Adicionalmente, en algunas formas de realizacion, la cola puede anadir un efecto estabilizante a traves de la adaptacion del coeficiente de frenado aerodinamico del ala de cola de tal modo que produce un arrastre mas elevado en angulos negativos de ataque y un arrastre inferior en angulos de ataque positivos, de una manera en la cual aumenta la estabilidad de la cometa motorizada. Cuando esta en modo en suspension, el viento aparente en la cometa es aproximadamente perpendicular al ala principal de la cometa. Cuando gira 90 grados con respecto al ala principal de tal modo que se encara al viento mientras esta en suspension, el ala de cola proporciona un momento restablecedor. Mientras es posible construir una cometa motorizada sin esta configuracion particular de las superficies aerodinamicas, una cometa de este tipo necesariamente requiere senales de control mas rapidas y mas precisas y por lo tanto es menos resistente contra el ruido de los sensores y el fallo de los componentes. Mientras una cola en una aeronave puede estar colocada en una ubicacion similar con relacion al ala principal para los propositos de mantener la cola horizontal fuera de la estela del ala principal, no sirve para el mismo proposito de cancelar el momento aerodinamico alrededor en cada uno o en ambos, el centro de masa y el punto de amarre del amarre, cuando el ala principal de la cometa esta tanto aproximadamente paralela como aproximadamente perpendicular al viento percibido. Adicionalmente no sirve para el proposito de reducir la excitacion del amarre a partir del viento mientras esta en modo en suspension.
En algunas formas de realizacion de la presente invencion, como se ve en la figura 1 una cometa motorizada 101 esta adaptada para volar mientras esta atada. En algunas formas de realizacion, la cometa 101 comprende uno o mas elementos aerodinamicos con generadores accionados por turbina montados en la misma. La cometa 101 esta sujeta mediante un amarre 102 a un objeto 103, el cual puede ser una unidad de suelo. En algunas formas de realizacion, la unidad de suelo puede incluir elementos de arrollamiento y/o de cabrestante adaptados para alargar o desenrollar el amarre. En algunas formas de realizacion, el amarre 102 comprende ambos aspectos estructurales y electricamente conductores. La unidad de suelo puede estar adaptada para recibir la energfa electrica encaminada desde la cometa 101 a traves del amarre 102. En algunas formas de realizacion, la cometa 101 puede funcionar en un modo de vuelo de viento de costado. La cometa 101 tambien puede volar en otros modos de vuelo, incluyendo el modo de vuelo estacionario y el modo de vuelo en suspension. La cometa 101 puede estar adaptada para transitar entre los modos de vuelo anteriormente mencionados.
En algunas formas de realizacion, la cometa 101 despega desde el suelo en el modo de vuelo en suspension y transita al modo de vuelo de viento de costado, con el proposito de la generacion de energfa electrica. En algunas formas de realizacion, la unidad de suelo puede incluir aspectos adaptados para sostener la cometa mientras esta en el suelo. En algunas formas de realizacion, la cometa esta colocada en una configuracion vertical de tal modo que "la parte delantera" de la cometa esta encarada hacia arriba mientras esta constrenida a la unidad de suelo. En algunas formas de realizacion, el sistema esta adaptado para empezar un modo de generacion de energfa con la cometa constrenida a la unidad de suelo de esta manera. Los generadores accionados por turbina pueden estar adaptados para funcionar tambien como propulsores accionados por motor. La cometa puede utilizar los propulsores accionados por motor para proporcionar un empuje verticalmente hacia abajo a fin de despegar del suelo y elevarse hasta una altitud deseada. A medida que la cometa aumenta su altitud, la unidad de suelo puede extender el amarre.
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En algunas formas de realizacion, la tension del amarre esta supervisada durante la parte de despegue del vuelo de la cometa. A una altitud deseada, la cometa puede empezar una transicion desde el modo de despegue sustancialmente vertical hasta el modo de vuelo regular, como se describe mas adelante. Al final de un vuelo, la cometa 101 puede transitar desde un modo de vuelo regular al modo de vuelo en suspension para aterrizar.
En algunas formas de realizacion, despues de la transicion desde el modo en suspension la cometa 101 puede volar en un modo de vuelo regular, estacionario en el extremo del amarre 102. En algunas formas de realizacion, la cometa 101 puede volar en modelos de vuelo de viento de costado. En algunas formas de realizacion, el modelo de vuelo de viento de costado puede ser sustancialmente circular. En algunas formas de realizacion, puede volar en otros modelos de vuelo. En el modo de vuelo de viento de costado, la cometa 101 vuela en una trayectoria de vuelo 104 a una velocidad inercial de un orden de magnitud igual o mayor a la velocidad del viento 105. En diversas formas de realizacion, la trayectoria del vuelo 104 comprende una trayectoria a traves de un espacio, una trayectoria a traves de un espacio con un parametro que incluye objetivos prescritos a traves de la trayectoria para la generacion de energfa, tension del amarre, o bien otra variable que se pueda medir, o cualquier otra trayectoria apropiada. En diversas formas de realizacion, los parametros comprenden uno o mas de los siguientes: tension en el amarre 102, carga en la cometa 101, velocidad de giro angular de la cometa 101, o cualquier otro parametro apropiado.
En el modo de vuelo estacionario, la cometa 101 vuela a una velocidad inercial pequena comparada con la velocidad del viento 105. En este modo de vuelo, la mayorfa de la sustentacion que mantiene la cometa 101 en alto proviene del flujo del viento 105 sobre las alas de la cometa 101.
Cuando transita entre los modos de vuelo, la cometa 101 cambia de un modo de vuelo a otro modo de vuelo. En diversas formas de realizacion, los modos de transicion de vuelo comprenden maniobras altamente dinamicas, maniobras lentas en un equilibrio aproximadamente estatico o cualquier otra maniobra apropiada.
La figura 2 es un diagrama que ilustra una forma de realizacion de una cometa motorizada en el modo de vuelo en suspension. En algunas formas de realizacion de la presente invencion, el modo de vuelo en suspension de la cometa 201 utiliza rotores o algun otro medio de energfa de a bordo para crear un empuje para oponerse a la fuerza de la gravedad y mantener la posicion o moverse hacia una posicion objetivo. En algunas formas de realizacion, los generadores accionados por turbina utilizados para generar energfa electrica mientras esta en modo de vuelo con viento de costado tambien pueden funcionar como propulsores accionados por motor mientras esta en el modo en suspension. Alguna fuerza para oponerse a la gravedad todavfa se puede derivar de las alas de la cometa 201. En este modo de vuelo, el viento aparente 214 es aproximadamente perpendicular a la orientacion de la cometa 201. El objeto 203 puede ser una estacion de suelo la cual suministra energfa a los rotores en la cometa 201 para generar un empuje de a bordo. En algunas formas de realizacion, la energfa a los rotores se proporciona mediante una fuente de energfa en la cometa 201.
En diversas formas de realizacion, el objeto 203 comprende una estacion base fijada al suelo, un barco, un carro, una carga no fijada al suelo o cualquier otro objeto apropiado al que el amarre 202 este sujeto. En algunas formas de realizacion, el objeto 203 suministra energfa a la cometa 201 cuando un empuje esta siendo producido por los rotores en la cometa 201 y recibe energfa a partir de la cometa 201 cuando los rotores estan generando energfa a expensas del arrastre. En algunas formas de realizacion, la cometa 201 utiliza energfa de a bordo tal como baterfas o un motor de gas para proporcionar energfa a los rotores cuando se necesite.
El amarre 202 comprende un material de alta resistencia para transportar la fuerza mecanica desde la cometa 201 hasta el objeto 203. El amarre 202 incluye un elemento electrico para transportar la energfa electrica a la cometa 201 desde el objeto 203 o desde el objeto 203 hasta la cometa 201. En algunas formas de realizacion, los elementos electricos y mecanicos del amarre 202 son los mismos elementos. En algunas formas de realizacion, el amarre 202 comprende elementos para transportar otras formas de energfa. En diversas formas de realizacion, el amarre 202 comprende un amarre de longitud fija, un amarre de longitud variable o tiene cualesquiera otras caracterfsticas o propiedades apropiadas para un amarre. En algunas formas de realizacion, el amarre 202 es capaz de ser enrollado en una bobina asociada con el objeto 203 o en una bobina asociada con la cometa 201.
En algunas formas de realizacion de la presente invencion, como se ve en la figura 3A una cometa esta adaptada para volar en los diversos modos de vuelo expuestos anteriormente. En algunas formas de realizacion, la cometa 301 de la figura 3A se utiliza para implementar una cometa 101 en el sistema de la figura 1 o para implementar una cometa 201 en el sistema de la figura 2. En el ejemplo representado, la cometa 301 comprende una pluralidad de turbinas/propulsores, en lo que sigue rotores 310. Los rotores 310 comprenden superficies aerodinamicas conectadas a medios de accionamiento los cuales son utilizados para generar energfa a la manera de una turbina eolica, a expensas del arrastre aumentado, o se utilizan para crear un empuje mediante la entrada de energfa electrica o mecanica. En algunas formas de realizacion, los rotores 310 comprenden un motor/generador electrico conectado a un propulsor de cabeceo fijo o variable. En diversas formas de realizacion, un motor asociado con un rotor de los rotores 310 comprende un motor de gas, la superficie aerodinamica comprende un ala de batimiento, o el rotor comprende cualquier otra superficie aerodinamica accionada capaz de convertir un flujo de aire en energfa mecanica o energfa mecanica en un flujo de aire. En algunas formas de realizacion, los rotores 310 son utilizados
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para extraer energfa o aplicar un empuje mientras la cometa 301 esta volando en el modo de vuelo con viento de costado a lo largo de una trayectoria de vuelo, o en el modo de vuelo estatico, o se utiliza para aplicar un empuje cuando la cometa 301 esta en suspension (por ejemplo, como se describe en la figura 5B). En algunas formas de realizacion, los rotores 310 son capaces unicamente de producir un empuje. En diversas formas de realizacion, los rotores 310 comprenden cuatro rotores individuales, un rotor individual o cualquier otro numero apropiado de rotores individuales o bien otros accionamientos aerodinamicos.
En el ejemplo representado, la cometa 301 comprende una pluralidad de alas, por ejemplo dos alas 311 y 312. El ala principal 311 comprende la superficie del ala principal de la cometa 301 y proporciona la mayor parte de la fuerza aerodinamica en algunos modos de vuelo. En algunas formas de realizacion, el ala principal 311 comprende multiples secciones del ala. El ala de cola 312 comprende la superficie del ala trasera de la cometa 301 y proporciona una fuerza aerodinamica mas pequena principalmente utilizada para conseguir la estabilidad y mantener un equilibrio de fuerzas y de momentos para la cometa 301. En algunas formas de realizacion, el ala de cola 312 comprende muchas secciones del ala. En diversas formas de realizacion, la cometa 301 comprende otras alas, tales como un ala 313, las cuales son utilizadas para la generacion de una sustentacion adicional, para un aumento adicional de la estabilidad de la cometa 301, para reducir el arrastre de algunos elementos estructurales de la cometa 301, o para algun otro proposito apropiado. En algunos aspectos, las alas 311, 312 y 313, y cualquier otro ala que comprenda la cometa 301, y los rotores 310 estan conectados por soportes estructurales (por ejemplo, largueros).
En diversas formas de realizacion, el ala principal 311, el ala de cola 312, las alas 313 y otras superficies de alas de la cometa 301 comprenden planos aerodinamicos de elementos individuales rfgidos, planos aerodinamicos de elementos individuales flexibles, planos aerodinamicos con superficies de control, multiples planos aerodinamicos de elementos o cualquier otra combinacion de tipos de planos aerodinamicos. En algunas formas de realizacion, las superficies de control en algunas alas en la cometa 301 son desviadas en el modo de vuelo en suspension a fin de modificar las propiedades aerodinamicas o cambiar las propiedades de estabilidad de la cometa 301. En diversas formas de realizacion, la desviacion del elemento de cola o del elemento delantero de un plano aerodinamico de multiples elementos en un ala se utiliza para inducir una perdida de sustentacion para la parte deseada de las transiciones entre los modos de vuelo, para cambiar el centro de la presion aerodinamica en aquella ala en el modo de vuelo en suspension, o para estabilizar el flujo aerodinamico alrededor del ala de una manera que reduzca la variabilidad de la carga en el ala en el modo de vuelo en suspension.
La figura 3B es un ejemplo ilustrativo de una cometa 350 segun algunas formas de realizacion de la presente invencion. En este ejemplo ilustrativo, un ala principal 352 proporciona la sustentacion primaria para la cometa 350. El ala principal 352 tiene una envergadura de 8 metros. El area del ala principal 352 es de 4 metros cuadrados y el ala principal 352 tiene una relacion de aspecto de 15. Cuatro generadores accionados por turbina 351 estan montados en el ala principal 352 utilizando mastiles 356. La separacion vertical entre las turbinas es de 0,9 m, separadas uniformemente por encima y por debajo del ala principal 352. Los generadores accionados por turbina estan adaptados para funcionar tambien como propulsores accionados por motor en un modo de vuelo motorizado, o en modo en suspension. El radio del propulsor es de 36 cm. Un larguero de cola 354 se utiliza para sujetar las superficies de control traseras al ala principal 352, y por extension, al amarre. La longitud del larguero de cola es de 2 metros. Un estabilizador vertical 355 esta sujeto a la parte trasera del larguero de cola 354. Encima del estabilizador vertical 355 esta el ala de cola 353. El ala de cola 353 esta a 1 metro por encima del centro de masa de la cometa 350. El area de la superficie del ala de cola es de 0,45 metros cuadrados. La cometa 350 puede estar volando en un amarre de 140 metros en algunas formas de realizacion.
Aunque en la presente memoria se ilustra con un plano aerodinamico de elemento individual, en algunas formas de realizacion el plano aerodinamico puede comprender una pluralidad de elementos. En algunas formas de realizacion, pueden existir planos aerodinamicos superpuestos, o bien otras configuraciones de planos aerodinamicos.
La figura 4 es un diagrama que ilustra una forma de realizacion de una cometa. En el ejemplo representado, la cometa 401 esta volando en cualquiera de los modos de vuelo con viento de costado o estatico. La cometa 401 vuela en un viento aparente 414 igual al vector suma de la velocidad inercial de la cometa y de la velocidad inicial del viento. Las ubicaciones de los diversos elementos que comprenden la cometa 401 se indican en el sistema de coordenadas 418. En el sistema de coordenadas 418, el eje 416 en la cometa, antiparalelo al viento aparente de 414, esta indicado como "x". El eje "Z" 415 apunta en la direccion opuesta de sustentacion cuando la cometa 401 esta volando en el modo de vuelo con viento de costado. El eje "Y" 417 es perpendicular a ambos el eje "x" 416 y el eje "z" 415 de una manera que proporciona un sistema de coordenadas del lado derecho cuando las coordenadas estan relacionadas en el orden ["x", "y", "z"].
En diversas formas de realizacion, el amarre 402 esta sujeto a la cometa 401 en una ubicacion, en dos ubicaciones (por ejemplo, a un lado del ala y al otro lado del ala o hacia la parte delantera de la cometa y hacia la parte trasera de la cometa), en una serie de puntos en la cometa (por ejemplo, cuatro) y en donde el amarre esta ligado a una serie de otras bridas que lo sujetan a una serie de puntos, o bien cualquier otro numero de ubicaciones apropiadas tanto directa como indirectamente utilizando bridas y/o cualquier otro conector apropiado. En diversas formas de
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realizacion, el amarre 402 esta ligado rfgidamente en un unico punto en la cometa 401, a traves de todos los modos de vuelo, esta sujeto de una manera que el centro de giro cambia dependiendo de la direccion de la fuerza desde el amarre o debido a alguna otra variable, o de cualquier otra manera de sujecion apropiada. En diversas formas de realizacion, el centro de giro del amarre 402 en la cometa 401 esta controlado por una articulacion, una configuracion de cuerdas o amarres o cualquier otro mecanismo apropiado. En algunas formas de realizacion, el amarre 402 esta fijado directamente a la cometa 401. En algunas formas de realizacion, el amarre 402 esta sujeto a la cometa 401 de una manera tal que el centro de giro del amarre 402 es diferente en diferentes ejes. En diversas formas de realizacion, el amarre 402 esta sujeto de modo que puede ser liberado de la cometa 401, esta permanentemente fijo, o esta sujeto de cualquier otra manera apropiada.
En algunas formas de realizacion, el aspecto elevado del ala de cola con relacion al ala principal, como se ve con la cometa en una configuracion horizontal, permite un procedimiento adicional de control del cabeceo de la cometa mientras la cometa esta en el modo en suspension. Con la cometa encarada verticalmente hacia arriba, el centro de sustentacion del ala de cola reside en la parte trasera de la cometa de una manera que permite cambios en la sustentacion del ala de cola para utilizar el brazo de palanca de la distancia hacia atras (la cantidad que el ala de cola estaba por encima del ala principal en una configuracion horizontal) para poner un momento alrededor del centro de gravedad de la cometa en suspension. Esta fuerza generada con el cambio de sustentacion, apalancada alrededor de la distancia por detras del centro de masa de la cometa, presenta un momento de torsion en el sistema de tal tipo que se pueden controlar los cambios en el cabeceo de la cometa. Puesto que la cometa puede oscilar en el cabeceo durante las maniobras y la suspension, una posicion adicionalmente hacia atras ("posicion elevada" en el modo de vuelo horizontal) del ala de la cola durante el modo en suspension permite algun cabeceo de la cometa mientras todavfa mantiene el aspecto hacia atras con relacion a la vertical desde el suelo. En algunas formas de realizacion, se puede esperar que la cometa cabecee hacia atras 10 grados debido a los cambios dinamicos en el viento, las rafagas de viento y por otras razones. En casos mas extremos, se puede contemplar 20 grados de variacion del cabeceo. Con un margen del diseno de 10 grados de mas, puede ser deseable un diseno de tal modo que el centro de sustentacion del ala de cola este en un punto mas alto que una lfnea de 30 grados que se eleva desde atras a traves del centro de gravedad de la cometa, como se ve en una configuracion horizontal. Aunque la cometa girara alrededor del centro de giro que incluye el amarre en su determinacion en la mayorfa de los aspectos del vuelo atado, en el modo en suspension la tension del amarre puede variar y por lo tanto el centro de giro en el cabeceo tambien varfa entre el centro de masa de la cometa y una ubicacion hacia el amarre.
Las figuras 5A y 5B son diagramas que ilustran formas de realizacion de una cometa. En los ejemplos representados, el ala de cola 512 esta representada en dos orientaciones con relacion a la cometa 501. El sistema de coordenadas 518 se supone que esta fijado a la cometa 501. El ala de cola 512 esta colocada en una ubicacion negativa significativa en el eje x 516 con relacion al punto de sujecion del amarre 502 a la cometa 501, o el centro de masa 520 de la cometa 501. El ala principal 511 esta colocada en una ubicacion negativa significativa en el eje z 515 con relacion al punto de sujecion del amarre 502 a la cometa 501 y al centro de masa 520 de la cometa 501. El eje 517 es perpendicular al eje x 516 y al eje z 515. El ala de cola 512 es adicionalmente capaz de ser girada parcial o completamente por medio del accionamiento mecanico o aerodinamico. La figura 5A ilustra el ala de cola 512 colocada aproximadamente paralela al ala principal 511 de tal modo que el ala de cola 512 se mantendra principalmente ligada al flujo aerodinamico en alguna o en todas las gamas de condiciones para las cuales el ala principal 511 se mantiene principalmente ligada al flujo aerodinamico. En esta orientacion el ala de cola 512 aumenta la estabilidad de la cometa 501 proporcionando una fuerza de restablecimiento aerodinamica ademas de una fuerza de amortiguacion aerodinamica. La orientacion como se ve en la figura 5A puede ser utilizada en el vuelo estacionario o con viento de costado en algunos aspectos.
La figura 5B ilustra el ala de cola 512 colocada aproximadamente perpendicular al ala principal 511 de tal modo que para el viento aparente antiparalelo al eje z 515, el ala de cola 512 se mantendra ligada al flujo aerodinamico y proporcionara una fuerza de restablecimiento aerodinamica y una fuerza de amortiguacion aerodinamica. La configuracion como se ve en la figura 5B puede ser ilustrativa del modo en suspension. El ala de cola 512 puede ser accionada para proporcionar fuerzas de control deseadas o se puede mantener fija en cada modo de vuelo. En diversas formas de realizacion, el ala de cola 512 es girada por medio de un accionamiento mecanico o por medio del movimiento de una superficie de control aerodinamica. En algunas formas de realizacion, el ala de cola 512 gira alrededor de un punto fijo ubicado en el interior del plano aerodinamico. En diversas formas de realizacion, el ala de cola 512 gira alrededor de algun otro punto o de un centro virtual o la estructura que sostiene el ala de cola 512, gira con el ala 512, o cualquier otro modo apropiado de giro. En algunas formas de realizacion, multiples alas giran para proporcionar la funcion del ala de cola 512. En algunas formas de realizacion, otras alas o superficies de control giran o se desvfan para modificar las caracterfsticas aerodinamicas de la cometa 501.
En algunas formas de realizacion, el sistema esta disenado de tal modo que mantiene el equilibrio aerodinamico estatico en todos los momentos de transicion entre los modos de vuelo con viento de costado o estatico y el modo de vuelo en suspension. Por ejemplo, una cometa que es capaz de transitar entre modos de vuelo a una velocidad arbitrariamente baja a vientos fuertes. La cometa incluye superficies que acoplan el viento con una autoridad de control suficiente (por ejemplo, un area suficiente en una superficie de control de la cola que tiene un brazo del momento para cambiar la inclinacion de la cometa) para compensar las fuerzas que varfan con el tiempo de sacudida del ala principal (por ejemplo, rafagas de viento en el ala).
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En algunas formas de realizacion, el sistema esta disenado de tal modo que la cometa puede sufrir maniobras dinamicas para la transicion entre los modos de vuelo. Por ejemplo, la cometa ejecuta una maniobra, en donde la maniobra una vez empezada se tiene que acabar. En otras palabras, no existe modo de controlar la cometa en la mitad de las maniobras para detener la maniobra (o volver a arrancar despues del paro). Por lo tanto, una cometa entra en el modo en suspension inclinandose de modo que avanza recto hacia arriba disminuyendo el ritmo y cuando esta cerca de detenerse en una posicion vertical, la cometa entra en su modo en suspension.
La figura 5C ilustra algunos de los parametros geometricos que se ven con la cometa 501 cuando el ala de cola 512 es accionada a una posicion como la que puede ser utilizada en el modo en suspension. En este ejemplo ilustrativo, la cometa puede estar encarada directamente hacia arriba y el viento puede estar incidiendo en la cometa directamente perpendicular a la parte inferior del ala principal. En esta situacion, la sustentacion del ala de cola se puede alterar para impartir un momento alrededor del centro de masa, o el centro de giro, de la cometa. La alteracion de la sustentacion del ala de cola resultara en un cambio en la inclinacion de la cometa, ya que el cambio en sustentacion se apalanca alrededor de la distancia 550 de modo que el centro de sustentacion del ala de cola esta hacia atras (en esta configuracion) del centro de masa de la cometa. El angulo 552 de una lfnea dibujada a traves del centro de masa de la cometa hasta el centro de sustentacion del ala de cola representa la gama funcional de modo que pueden ser utilizados cambios en la sustentacion para correlacionar los cambios en la sustentacion del ala de cola con una fuerza en la misma que corresponde a la direccion alrededor del centro de masa de la cometa. Una vez la cometa se ha inclinado hacia atras hasta el grado 552 de esta lfnea, un incremento en la sustentacion del ala de cola resultara en una inclinacion hacia arriba, mientras que hasta ese grado un incremento en la sustentacion del ala de cola resultara en una inclinacion hacia abajo. La distancia 550 que el centro de sustentacion del ala de cola reside hacia atras del centro de masa de la cometa en esta configuracion determina cuantos grados fuera de la vertical puede ser controlada la cometa (utilizando el mismo sentido de la fuerza) en el modo en suspension.
La figura 5D ilustra una variedad de condiciones de cabeceo de la cometa 553 durante el modo en suspension. Como se ve, el aspecto hacia atras del ala de cola en esta configuracion (que representa un aspecto elevado durante el vuelo horizontal) permite un control del cabeceo que utiliza cambios en la sustentacion del ala de cola durante una variedad de posiciones posibles. El aspecto hacia atras del ala de cola permite un control suficiente durante una variedad de condiciones posibles, tales como rafagas de viento o bien otras desviaciones a partir del vuelo vertical durante el modo en suspension.
La figura 5E ilustra la cometa 501 en un aspecto inclinado parcialmente hacia atras durante un modo de funcionamiento en suspension. A pesar del cabeceo hacia atras de la vertical, existe todavfa un angulo suficiente 551 para permitir un buen control y una estabilidad de cabeceo contra las rafagas de viento del sistema. En algunas formas de realizacion, los propulsores accionados por motor de la cometa se combinaran con el viento para distribuir un viento aparente al ala de cola de tal modo que incluso puede estar disponible mas control.
En algunas formas de realizacion de la presente invencion, como se ve en la figura 6, la cometa 350 se ve en el modo en suspension ligada a las bridas 362, los cuales la unen al amarre 360. El ala de cola 353 esta en una posicion horizontal aproximadamente perpendicular al ala principal en esta configuracion. La direccion del viento 361 se ve sustancialmente perpendicular al ala principal. Las bridas 362 crean un momento de torsion en la cometa 350 cuando el amarre 360 ejerce una fuerza la cual no es simetrica en el balanceo de la cometa. En formas de realizacion de este tipo, las bridas 362 restablecen el angulo de balanceo de la cometa despues de las perturbaciones, siempre y cuando este presente algo de tension en el amarre. Por este medio, se puede hacer que la cometa 350 este en suspension sin una entrada de control suficiente para mantener activamente el balanceo deseado, o sin un algoritmo de control o mecanismo de control del balanceo activo. En algunas formas de realizacion de la presente invencion, las bridas 362 no estan presentes, y el amarre 360 se sujeta directamente a la cometa 350. En algunas formas de realizacion de este tipo, el punto de amarre esta colocado para emular el efecto de las bridas 362. En otras formas de realizacion, la cometa 350 puede mantener algun otro medio de control del balanceo en la suspension.
En algunas formas de realizacion de la presente invencion, el viento aparente de por encima del ala de cola es un resultante del viento real y de la estela de helice sobre el ala de cola durante el vuelo en el modo en suspension. El ala de cola puede ser utilizada como un ala de sustentacion en el viento aparente y un efecto de control de cabeceo como ha sido descrito antes en este documento.
En algunas formas de realizacion de la presente invencion, como se ve en la figura 7, la cometa 501 se ve montada en una estructura de soporte 701 adaptada para recibir la cometa 501 durante un aterrizaje y para sostener la cometa 501 antes del despegue. En algunas formas de realizacion, un cabrestante 702 puede estar adaptado para enrollar el amarre 502 durante el aterrizaje de la cometa 501. La estructura de soporte 701 puede residir en el suelo 703 en algunos aspectos, o bien en otras ubicaciones.
Aunque las formas de realizacion anteriores han sido descritas con algo de detalle con el proposito de claridad de comprension, la invencion no esta limitada a los detalles proporcionados. Existen muchos modos alternativos de implementar la invencion. Las formas de realizacion divulgadas son ilustrativas y no limitativas.

Claims (17)

  1. 5
    10
    15
    20
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    30
    35
    40
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    65
    REIVINDICACIONES
    1. Cometa (350) que comprende: un ala principal (352);
    un ala de cola (353); y
    un larguero de cola (354), dicho larguero de cola (354) sujeto a dicha ala principal (354) en un primer extremo, dicho larguero de cola (354) acoplado a dicha ala de cola (353) en un segundo extremo, en la que dicha ala de cola (353) esta montada detras y por encima de dicha ala principal (353),
    caracterizada por que dicha ala de cola (353) esta adaptada para girar a fin de controlar un cabeceo de dicha cometa (350) sobre la base de un angulo entre (i) una linea a traves de un centro de masa de dicha cometa (350) y un centro de sustentacion de dicha ala de cola (353), y (ii) un eje vertical a traves de dicho centro de masa de dicha cometa (350) cuando dicha ala principal (352) esta en una posicion vertical.
  2. 2. Cometa (350) segun la reivindicacion 1, en la que dicha ala de cola (353) comprende un ala completamente giratoria adaptada para girar con relacion a dicha ala principal.
  3. 3. Cometa (350) segun la reivindicacion 2, en la que dicha ala de cola (353) esta adaptada para girar desde una primera posicion paralela a dicha ala principal (352) hasta una segunda posicion perpendicular a dicha ala principal (352).
  4. 4. Cometa (350) segun la reivindicacion 2, en la que dicha ala de cola (353) esta adaptada para girar desde una primera posicion paralela a dicha ala principal (352) hasta una segunda posicion 20 grados mas alla de la perpendicular a dicha ala principal (352).
  5. 5. Cometa (350) segun la reivindicacion 3, en la que dicha cometa (350) adicionalmente comprende una pluralidad de generadores accionados por turbina (351).
  6. 6. Cometa (350) segun la reivindicacion 5, en la que dicha pluralidad de generadores accionados por turbina (351) estan adaptados para funcionar como propulsores accionados por motor.
  7. 7. Cometa (350) segun la reivindicacion 2, en la que dicha ala de cola (353) esta adaptada para girar por encima de un punto en una linea que esta en un angulo de 20 grados con respecto a dicho eje vertical a traves de dicho centro de masa.
  8. 8. Cometa (350) segun la reivindicacion 2, en la que dicha ala de cola (353) esta adaptada para girar por encima de un punto en una linea que esta en un angulo de 30 grados con respecto a dicho eje vertical a traves de dicho centro de masa.
  9. 9. Procedimiento que comprende las etapas de:
    causar que una cometa (350) despegue del suelo en un modo de vuelo en suspension, comprendiendo dicha cometa (350) un ala principal (352) y un ala de cola (353) hacia atras y por encima de dicha ala principal (350), dicha cometa (350) orientada verticalmente en dicho modo de vuelo en suspension,
    caracterizado por el control de un cabeceo de dicha cometa (350) durante dicho modo de vuelo en suspension por lo menos en parte mediante el giro de dicha ala de cola (353), en el que dicha ala de cola (353) esta adaptada para girar por lo menos noventa grados desde la vertical y en el que dicha ala de cola (353) esta adaptada para controlar el cabeceo de dicha cometa (350) sobre la base de un angulo entre (i) una linea a traves de un centro de masa de dicha cometa (350) y un centro de sustentacion de dicha ala de cola (353) y (ii) un eje vertical a traves de dicho centro de masa de dicha cometa (350) cuando dicha ala principal (352) esta en una posicion vertical.
  10. 10. Procedimiento segun la reivindicacion 9, que comprende adicionalmente la etapa de desenrollar un amarre (202) despues de que dicha cometa (350) despegue de una percha del suelo (203), en el que dicho amarre (202) esta sujeto a dicha cometa (350) en un primer extremo y a una estacion de suelo (203) en un segundo extremo.
  11. 11. Procedimiento segun la reivindicacion 10, que comprende adicionalmente la etapa de la transicion desde dicho modo de vuelo en suspension hasta un modo de vuelo de avance, en el que dicha cometa (350) se orienta horizontalmente en dicho modo de vuelo de avance.
  12. 12. Procedimiento segun la reivindicacion 11, que comprende adicionalmente la etapa de la transicion desde dicho modo de vuelo de avance hasta dicho modo de vuelo en suspension.
    5
    10
    15
    20
    25
  13. 13. Procedimiento segun la reivindicacion 12, que comprende adicionalmente la etapa del aterrizaje de dicha cometa (350) en dicho modo de vuelo en suspension, en el que el aterrizaje comprende el control de dicho cabeceo de dicha cometa (350) por lo menos en parte mediante el giro de dicha ala de cola (353).
  14. 14. Procedimiento segun la reivindicacion 9, en el que dicha cometa (350) esta montada en una sujecion de recepcion de suelo (203), y en el que dicha etapa de causar que la cometa (350) despegue del suelo en un modo de vuelo en suspension comprende causar que dicha cometa (350) despegue desde dicha sujecion de recepcion de suelo (203).
  15. 15. Procedimiento segun la reivindicacion 13, en el que dicha etapa de aterrizaje de dicha cometa (350) comprende el aterrizaje de dicha cometa (350) en una sujecion de recepcion de suelo (203).
  16. 16. Procedimiento segun la reivindicacion 9, que comprende adicionalmente la etapa de controlar un balanceo de dicha cometa (350) durante dicho modo de vuelo en suspension con la utilizacion de por lo menos una brida (362) entre dicha cometa y un amarre (202), en el que dicha por lo menos una brida (362) esta adaptada para proporcionar por lo menos una fuerza que causa un cambio en dicho balanceo de dicha cometa (350).
  17. 17. Sistema que comprende: una estacion de suelo (203);
    un amarre (202), dicho amarre (202) sujeto a dicha estacion de suelo (203) en un primer extremo y a una cometa (350) en un segundo extremo; y
    una cometa (350) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
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