ES2660910A1 - CARGO AIRCRAFT DISTRIBUTED ALARM AND HIGH STABILITY (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
AERONAVE DE CARGA ALAR DISTRIBUIDA Y ALTA ESTABILIDAD DISTRIBUTED ALAR LOAD AIRCRAFT AND HIGH STABILITY
5 Sector de la técnica 5 Technical sector
La presente invención está relacionada con el sector aeronáutico, proponiendo una aeronave con un diseño mejorado que permite homogeneizar y distribuir la aerodinámica soportada a lo largo de sus superficies sustentadoras, permitiendo una simplificación y una The present invention is related to the aeronautical sector, proposing an aircraft with an improved design that allows homogenizing and distributing the supported aerodynamics along its supporting surfaces, allowing a simplification and a
10 reducción de peso de la estructura de la aeronave junto con una mejora en la estabilidad. 10 weight reduction of the aircraft structure together with an improvement in stability.
Estado de la técnica State of the art
El sector de las aeronaves de transporte está dominado por un concepto de aeronave The transport aircraft sector is dominated by an aircraft concept
15 tradicional que comprende un fuselaje orientado al transporte de personas o mercancías y dos superficies sustentadoras laterales esbeltas que proyectan horizontalmente de los costados laterales del fuselaje y que soportan el peso de la aeronave. 15 that comprises a fuselage oriented to the transport of people or merchandise and two slender lateral supporting surfaces that project horizontally from the lateral sides of the fuselage and that support the weight of the aircraft.
Dicho concepto de aeronave implica que la superficie sustentadora efectiva es limitada con Said aircraft concept implies that the effective bearing surface is limited with
20 respecto a la planta total de la aeronave, lo que lleva a una relación entre peso de la aeronave y las superficies sustentadoras, también conocida como carga alar, muy elevada. 20 with respect to the total plant of the aircraft, which leads to a relationship between the weight of the aircraft and the supporting surfaces, also known as very high wing load.
Por otra parte, las cargas generadas sobre esas superficies sustentadoras tradicionales no son homogéneas en la longitud o cuerda de dichas superficies sustentadoras, sino que On the other hand, the loads generated on these traditional support surfaces are not homogeneous in the length or chord of said support surfaces, but rather
25 generan unas zonas de mayor carga aerodinámica en las zonas próximas al borde de ataque de la superficie sustentadora y menores en el borde de salida de la misma. 25 generate areas of greater aerodynamic load in the areas near the leading edge of the bearing surface and smaller at the trailing edge of it.
La aeronáutica tradicional ha favorecido este tipo de configuración de dos superficies sustentadoras esbeltas proyectadas horizontalmente desde los costados del fuselaje, Traditional aeronautics has favored this type of configuration of two slender support surfaces projected horizontally from the sides of the fuselage,
30 llevando a un sistema con un punto de aplicación de cargas aerodinámicas que tiende a estar próximo al centro de gravedad de la aeronave. Para equilibrar el sistema de dos fuerzas generadas (fuerza de la gravedad y fuerza aerodinámica sustentadora) y el momento asociado a ellas, las aeronaves tradicionales tienen un estabilizador, situado en la parte trasera del fuselaje del avión, comúnmente denominado empenaje trasero. 30 leading to a system with an application point of aerodynamic loads that tends to be close to the center of gravity of the aircraft. To balance the system of two generated forces (gravity force and supporting aerodynamic force) and the moment associated with them, traditional aircraft have a stabilizer, located at the rear of the fuselage of the plane, commonly called rear instep.
Dicho estabilizador trasero incorpora unas superficies estabilizadoras verticales y horizontales que generan una carga aerodinámica capaz de compensar el momento generado por la fuerza de la gravedad y la fuerza aerodinámica sustentadora. La carga aerodinámica generada por el estabilizador trasero tiene un aporte significativo a la estabilidad, pero no a la sustentación. Además, la unión de los estabilizadores vertical y horizontal traseros con el fuselaje conlleva un diseño estructural muy complejo y pesado para poder transmitir las cargas y torsiones generadas en vuelo. Todo esto supone un peso y un coste adicional muy relevante para una funcionalidad muy limitada. Said rear stabilizer incorporates vertical and horizontal stabilizing surfaces that generate an aerodynamic load capable of compensating the moment generated by the force of gravity and the aerodynamic bearing force. The aerodynamic load generated by the rear stabilizer has a significant contribution to stability, but not to lift. In addition, the union of the rear vertical and horizontal stabilizers with the fuselage involves a very complex and heavy structural design to be able to transmit the loads and torsions generated in flight. All this implies a very important weight and additional cost for a very limited functionality.
Existen configuraciones de aeronave que no tienden a emplear este tipo de estabilizador trasero, como es el caso de las conocidas como alas volantes, en donde la práctica totalidad de la aeronave es superficie sustentadora. En general estos sistemas han demostrado cierta inestabilidad inherente a su configuración, lo cual finalmente debe resolverse empleando estabilizadores. There are aircraft configurations that do not tend to use this type of rear stabilizer, such as those known as flying wings, where almost all of the aircraft is a supporting surface. In general, these systems have shown some instability inherent in their configuration, which must finally be resolved using stabilizers.
Existen otras configuraciones de aeronaves que buscan equilibrar el sistema de fuerzas generadas empleando más de dos superficies sustentadoras que proyectan horizontalmente desde los costados del fuselaje, como por ejemplo se observa en los documentos DE4140139, US6626398, WO97/07020 o FR2313263, sin embargo todas estas soluciones se basan en complejos sistemas que aumentan considerablemente el peso estructural de la aeronave. There are other configurations of aircraft that seek to balance the system of forces generated using more than two supporting surfaces that project horizontally from the sides of the fuselage, as for example observed in documents DE4140139, US6626398, WO97 / 07020 or FR2313263, however all these Solutions are based on complex systems that significantly increase the structural weight of the aircraft.
El documento DE4140139 presenta una configuración de avión con alas laterales monoplano que poseen la capacidad de modificar su geometría y transformarse en un sistema biplano, desplazándose la parte superior del perfil en altura con respecto al perfil inferior, pudiendo plantear diferentes configuraciones entre decalajes y ángulos relativos, si bien el posicionamiento final es de un perfil sobre otro. Document DE4140139 presents an airplane configuration with monoplane lateral wings that have the ability to modify its geometry and transform into a biplane system, moving the upper part of the profile in height with respect to the lower profile, being able to propose different configurations between offset and relative angles , although the final positioning is from one profile to another.
El documento US6626398 presenta un sistema de vuelo no tripulado con alas en una configuración tradicional, si bien empleando alas biplano, unidas por una placa lateral en sus extremos, a cada uno de los lados del fuselaje principal, disponiendo de una notable separación en altura entre perfiles. Document US6626398 presents an unmanned flight system with wings in a traditional configuration, although using biplane wings, joined by a side plate at its ends, to each side of the main fuselage, having a notable height separation between profiles
El documento WO97/07020 presenta también un concepto de avión comercial con configuración de ala biplano, si bien las alas biplano se encajan en una configuración también tradicional y los perfiles mantienen también una notable separación en altura. WO97 / 07020 also presents a concept of a commercial airplane with a biplane wing configuration, although the biplane wings fit into a traditional configuration and the profiles also maintain a notable height separation.
El documento FR2313263 presenta un concepto de avión con superficies de sustentación múltiples con el objetivo de alcanzar velocidades de vuelo reducidas a través de una gran Document FR2313263 presents an airplane concept with multiple lift surfaces with the aim of achieving reduced flight speeds through a large
5 superficie alar, con planos a diferentes posiciones y alturas con respecto a la aeronave, si bien mantiene el concepto de alas tradicionales incorporadas a los costados de un fuselaje central. 5 alar surface, with planes at different positions and heights with respect to the aircraft, although it maintains the concept of traditional wings incorporated to the sides of a central fuselage.
Objeto de la invención Object of the invention
10 De acuerdo con la invención se propone una aeronave con una configuración mejorada respecto del concepto tradicional de aeronave mediante la cual se optimiza la distribución de las cargas de sustentación generadas, de manera que se obtiene una aeronave que tiene unos menores requisitos estructurales y una mayor capacidad de estabilización a partir de la In accordance with the invention, an aircraft with an improved configuration with respect to the traditional concept of aircraft is proposed by means of which the distribution of the generated lift loads is optimized, so that an aircraft is obtained that has lower structural requirements and greater stabilization capacity from the
15 configuración mejorada de sus superficies sustentadoras, sin necesidad de recurrir a complejos estabilizadores traseros ajenos a dichas superficies sustentadoras. 15 improved configuration of its supporting surfaces, without resorting to complex rear stabilizers outside those supporting surfaces.
La aeronave de carga alar distribuida y alta estabilidad de la invención comprende: The distributed alar and high stability cargo aircraft of the invention comprises:
20 • un cuerpo principal, 20 • a main body,
- • •
- unos medios de propulsión de la aeronave, means of propulsion of the aircraft,
- • •
- unos medios de estabilización y control de la aeronave, means of stabilization and control of the aircraft,
- • •
- una superficie sustentadora delantera con una configuración en forma de ala, a front support surface with a wing-shaped configuration,
- • •
- una superficie sustentadora trasera con una configuración en forma de ala, y a rear support surface with a wing-shaped configuration, and
25 • unos largueros longitudinales laterales que se extienden en una dirección paralela al eje longitudinal del cuerpo principal y que unen las superficies sustentadoras entre sí, en donde la superficie sustentadora delantera está dispuesta en un extremo de los largueros longitudinales laterales y la superficie sustentadora trasera está dispuesta en el extremo opuesto de los largueros longitudinales laterales, tal que las superficies 25 • lateral longitudinal stringers extending in a direction parallel to the longitudinal axis of the main body and joining the supporting surfaces to each other, where the front bearing surface is disposed at one end of the lateral longitudinal stringers and the rear bearing surface is arranged at the opposite end of the lateral longitudinal stringers, such that the surfaces
30 sustentadoras quedan separadas una distancia horizontal entre sí. 30 supporters are separated a horizontal distance from each other.
De esta manera, el empleo de dos superficies sustentadoras unidas longitudinalmente entre sí mediante los largueros longitudinales laterales permite obtener una superficie de sustentación que se comporta como una estructura rígida única, la cual es capaz de In this way, the use of two supporting surfaces longitudinally joined together by the lateral longitudinal stringers allows to obtain a bearing surface that behaves as a single rigid structure, which is capable of
35 distribuir las dos cargas de sustentación generadas de una forma controlada y 35 distribute the two lift loads generated in a controlled manner and
sustancialmente homogénea, lo cual permite disminuir los requisitos estructurales de las propias superficies sustentadoras respecto de las aeronaves tradicionales de dos superficies sustentadoras laterales esbeltas que proyectan horizontalmente de los costados laterales del fuselaje. Además, la configuración de las dos superficies sustentadoras longitudinalmente unidas entre sí evita la necesidad de emplear complejos estabilizadores traseros dispuestos en la parte trasera del fuselaje de la aeronave. substantially homogeneous, which makes it possible to reduce the structural requirements of the support surfaces themselves with respect to the traditional aircraft with two slender lateral support surfaces that project horizontally from the lateral sides of the fuselage. In addition, the configuration of the two longitudinally bonded support surfaces avoids the need to use rear stabilizer complexes arranged at the rear of the aircraft fuselage.
Según otro ejemplo de realización de la invención, la aeronave adicionalmente comprende al menos una superficie sustentadora intermedia con una configuración en forma de ala que está unida a los dos largueros longitudinales laterales y dispuesta entre la superficie sustentadora delantera y la superficie sustentadora trasera. According to another embodiment of the invention, the aircraft additionally comprises at least one intermediate support surface with a wing-shaped configuration that is attached to the two lateral longitudinal stringers and disposed between the front support surface and the rear support surface.
Para conseguir una reducción del efecto de la estela generada por una superficie sustentadora sobre la otra, pero manteniendo las ventajas estructurales que ofrece la invención, se ha previsto que la distancia horizontal en la que están separadas las superficies sustentadoras sea inferior a la cuerda media de la superficie sustentadora que tiene una menor cuerda media, entendiéndose por cuerda media la distancia media desde el borde de ataque al borde de salida de una superficie sustentadora. In order to achieve a reduction of the wake effect generated by one supporting surface over the other, but maintaining the structural advantages offered by the invention, it is provided that the horizontal distance in which the supporting surfaces are separated is less than the average rope of the supporting surface that has a lower average rope, the average distance being understood as the average distance from the leading edge to the leading edge of a supporting surface.
Las superficies sustentadoras se disponen aproximadamente en un mismo plano horizontal con un desfase vertical máximo que es inferior al 20% de la cuerda media global de las superficies sustentadoras, definida entre el borde de ataque de la superficie sustentadora delantera y el borde de salida de la superficie sustentadora trasera. The supporting surfaces are arranged in approximately the same horizontal plane with a maximum vertical offset that is less than 20% of the overall average rope of the supporting surfaces, defined between the leading edge of the front supporting surface and the trailing edge of the rear support surface.
Las superficies sustentadoras comprenden unos perfiles aerodinámicos que tienen preferentemente un espesor relativo inferior al 6%, en donde dichos perfiles aerodinámicos están formados por una cubierta superior, o extradós, y una cubierta inferior, intradós, unidas entre sí por el borde de ataque y el borde de salida de la superficie sustentadora. El reducido espesor de los perfiles aerodinámicos permite minimizar la resistencia aerodinámica de la aeronave. La invención permite poder emplear perfiles aerodinámicos de reducido espesor gracias a que la rigidez de las superficies sustentadoras se consigue mediante la unión longitudinal entre ellas con los largueros longitudinales laterales. The supporting surfaces comprise aerodynamic profiles that preferably have a relative thickness of less than 6%, wherein said aerodynamic profiles are formed by an upper cover, or extrados, and a lower cover, intrados, joined together by the leading edge and the leading edge of the supporting surface. The reduced thickness of the aerodynamic profiles allows to minimize the aerodynamic drag of the aircraft. The invention allows to be able to use aerodynamic profiles of reduced thickness thanks to the stiffness of the supporting surfaces is achieved by means of the longitudinal union between them with the lateral longitudinal stringers.
Las superficies sustentadoras pueden estar ligeramente inclinadas, tal que la línea imaginaria que une el borde de ataque con el borde de salida de una superficie sustentadora está inclinada un ángulo de hasta 15º en relación con el eje longitudinal del cuerpo principal de la aeronave. The supporting surfaces may be slightly inclined, such that the imaginary line that joins the leading edge with the leading edge of a supporting surface is inclined at an angle of up to 15 ° in relation to the longitudinal axis of the main body of the aircraft.
Preferentemente, los medios de propulsión de la aeronave se disponen entre el borde de Preferably, the propulsion means of the aircraft are disposed between the edge of
5 salida de la superficie sustentadora delantera y el borde de ataque de la superficie sustentadora trasera, de manera que se consigue un mejor equilibrio del peso de la aeronave al disponerse los medios de propulsión en una zona intermedia de la aeronave, además de que el flujo de aire generado por los medios de propulsión es dirigido a la superficie sustentadora trasera mejorando su comportamiento aerodinámico. No obstante, 5 front bearing surface outlet and the leading edge of the surface rear support, so that a better balance of the weight of the aircraft when the propulsion means are arranged in an intermediate zone of the aircraft, besides that the air flow generated by the propulsion means is directed to the rear support surface improving its aerodynamic behavior. However,
10 los medios de propulsión podrían disponerse en otras ubicaciones de la aeronave. 10 the propulsion means could be arranged in other locations of the aircraft.
Se ha previsto que los medios de propulsión tengan un sistema de motorización por turbohélices, en donde cada turbohélice tiene preferentemente dos rotores con sentidos de giro opuestos. It is envisioned that the propulsion means have a turboprop engine system, where each turboprop preferably has two rotors with opposite directions of rotation.
15 Para mejorar el direccionamiento del aire a la salida de una superficie sustentadora se ha previsto que al menos la superficie sustentadora delantera tenga unos medios de canalización del aire que comprenden unos salientes que proyectan verticalmente del extradós de la superficie sustentadora delantera y que se extienden de forma paralela al eje 15 In order to improve the direction of the air at the exit of a supporting surface, it is provided that at least the front support surface has air channeling means that comprise projections that project vertically from the extrades of the front support surface and that extend from parallel to the axis
20 longitudinal del cuerpo principal de la aeronave. Según otra realización los salientes tienen una cubierta superior para crear una canalización del aire cerrada. 20 longitudinal of the main body of the aircraft. According to another embodiment, the projections have an upper cover to create a closed air duct.
Para mejorar la maniobrabilidad y estabilidad en vuelo se ha previsto que la aeronave adicionalmente pueda comprender unas superficies de estabilización horizontales delanteras In order to improve maneuverability and stability in flight, it is envisaged that the aircraft may additionally comprise front horizontal stabilization surfaces
25 que están unidas en el extremo de los largueros longitudinales laterales en donde se dispone la superficie sustentadora delantera, a modo de estabilizador tipo canard. 25 which are joined at the end of the lateral longitudinal stringers where the front support surface is arranged, as a canard type stabilizer.
Los medios de estabilización y control comprenden unas superficies de estabilización horizontales traseras y unas superficies de estabilización verticales traseras que proyectan The stabilization and control means comprise rear horizontal stabilization surfaces and rear vertical stabilization surfaces that project
30 verticalmente hacia abajo desde el extremo de los largueros longitudinales laterales en donde se dispone la superficie sustentadora trasera. Las superficies de estabilización horizontales traseras pueden estar dispuestas en el borde de salida de la superficie sustentadora trasera, o en la parte trasera del cuerpo principal de la aeronave en una posición inferior a la superficie sustentadora trasera. 30 vertically down from the end of the lateral longitudinal beams where the rear bearing surface is arranged. The rear horizontal stabilization surfaces may be arranged at the trailing edge of the rear bearing surface, or at the rear of the main body of the aircraft in a position inferior to the rear bearing surface.
Con todo ello así, se obtiene una aeronave con unos menores requisitos estructurales y una mayor capacidad de estabilización a partir de la configuración mejorada de sus superficies sustentadoras. With all of this, an aircraft with lower structural requirements and greater stabilization capacity is obtained from the improved configuration of its supporting surfaces.
5 Descripción de las figuras 5 Description of the figures
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de realización preferente de la aeronave de la invención. Figure 1 shows a perspective view of a preferred embodiment of the aircraft of the invention.
10 La figura 2 muestra una vista en perspectiva de la estructura interior de las superficies sustentadoras y del cuerpo principal de la aeronave de la figura anterior. 10 Figure 2 shows a perspective view of the interior structure of the supporting surfaces and the main body of the aircraft of the previous figure.
La figura 2A muestra la estructura interior de la figura anterior con el suelo del cuerpo principal de la aeronave dispuesto en las cuadernas. 15 La figura 3 muestra una vista esquemática lateral de la aeronave de la figura 1. Figure 2A shows the interior structure of the previous figure with the floor of the main body of the aircraft arranged in the frames. 15 Figure 3 shows a schematic side view of the aircraft of Figure 1.
La figura 4 muestra una vista frontal de la aeronave de la figura 1. Figure 4 shows a front view of the aircraft of Figure 1.
20 La figura 5 muestra una vista trasera de la aeronave de la figura 1. 20 Figure 5 shows a rear view of the aircraft of Figure 1.
La figura 6 muestra una vista en perspectiva de otro ejemplo de realización de la aeronave de la invención con tres superficies sustentadoras. Figure 6 shows a perspective view of another embodiment of the aircraft of the invention with three supporting surfaces.
25 La figura 7 muestra una vista en perspectiva de otro ejemplo de realización de la aeronave de la invención con unas superficies de estabilización horizontales traseras dispuestas en el borde de salida de la superficie sustentadora trasera. Figure 7 shows a perspective view of another embodiment of the aircraft of the invention with rear horizontal stabilization surfaces arranged at the trailing edge of the rear bearing surface.
Las figuras 8 y 9 muestran unas vistas en perspectiva de la aeronave de la figura 1 con unos 30 medios de canalización del aire dispuestos en la superficie sustentadora delantera. Figures 8 and 9 show perspective views of the aircraft of Figure 1 with about 30 air ducting means arranged on the front bearing surface.
Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention
En la figura 1 se muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de realización de la 35 aeronave de carga alar distribuida y alta estabilidad de la invención, la cual comprende un A perspective view of an exemplary embodiment of the distributed wing and high stability aircraft of the invention is shown in Figure 1, which comprises a
cuerpo principal (1) destinado a transportar a la tripulación, pasajeros y carga, unos medios de propulsión (2) de la aeronave, una superficie sustentadora delantera (3), una superficie sustentadora trasera (4) y unos medios de estabilización y control de la aeronave (5). main body (1) intended to transport to the crew, passengers and cargo, propulsion means (2) of the aircraft, a front support surface (3), a rear support surface (4) and stabilization and control means of the aircraft (5).
Las superficies sustentadoras (3, 4) están unidas entre sí por medio de unos largueros longitudinales laterales (6) que se extienden en una dirección paralela al eje longitudinal (a) del cuerpo principal (1) de la aeronave. La superficie sustentadora delantera (3) está dispuesta en uno de los extremos de los largueros longitudinales laterales (6) mientras que la superficie sustentadora trasera (4) está dispuesta en el extremo opuesto de los largueros longitudinales laterales (6), de manera que según la dirección longitudinal de la aeronave la superficie sustentadora delantera (3) queda por delante de la superficie sustentadora trasera The supporting surfaces (3, 4) are joined together by means of lateral longitudinal stringers (6) extending in a direction parallel to the longitudinal axis (a) of the main body (1) of the aircraft. The front support surface (3) is arranged at one of the ends of the lateral longitudinal beams (6) while the rear support surface (4) is arranged at the opposite end of the lateral longitudinal beams (6), so that according to the longitudinal direction of the aircraft the front bearing surface (3) is ahead of the rear bearing surface
(4) con una distancia de separación horizontal entre ambas. (4) with a horizontal separation distance between them.
Las superficies sustentadoras (3, 4) tienen una configuración en forma de ala comprendiendo unos perfiles aerodinámicos que se componen de una cubierta superior y una cubierta inferior unidas entre sí por el borde de ataque y el borde salida de las superficies sustentadoras (3, 4). The supporting surfaces (3, 4) have a wing-shaped configuration comprising aerodynamic profiles that are composed of an upper cover and a lower cover joined together by the leading edge and the trailing edge of the supporting surfaces (3, 4 ).
En la figura 2 se muestra la estructura interior de las superficies sustentadoras (3, 4) y del cuerpo principal (1) de la aeronave, por motivos de claridad en la figura 2 no se representan las cubiertas superior e inferior de las superficies sustentadoras (3, 4). El cuerpo principal (1) de la aeronave tiene en su interior unas cuadernas (7) que están dispuestas transversalmente al eje longitudinal (a) del cuerpo principal (1) para aportar rigidez. Las superficies sustentadoras (3, 4) tienen en su interior unos largueros transversales (8) sobre los que se disponen las cubiertas superior e inferior que forman las superficies sustentadoras (3, 4). Los largueros transversales (8) se extienden en una dirección perpendicular al cuerpo principal (1) de la aeronave y están configurados para a unir los extremos de las superficies sustentadoras (3, 4) a los largueros longitudinales laterales (6). Las superficies sustentadoras (3, 4) se unen al cuerpo principal (1) de la aeronave por medio de un larguero conector (9) que se extiende a lo largo cuerpo principal (1) de la aeronave en una dirección paralela a su eje longitudinal (a). Los largueros transversales (8) de las superficies sustentadoras (3, 4) están unidos a las cuadernas (7) del cuerpo principal (1) de la aeronave por medio de unos nervios (10) que se disponen en el larguero conector (9). Figure 2 shows the interior structure of the bearing surfaces (3, 4) and the main body (1) of the aircraft, for reasons of clarity in Figure 2 the upper and lower covers of the bearing surfaces are not shown ( 3. 4). The main body (1) of the aircraft has in its interior some frames (7) that are arranged transversely to the longitudinal axis (a) of the main body (1) to provide rigidity. The supporting surfaces (3, 4) have transverse stringers (8) inside which the upper and lower covers that form the supporting surfaces (3, 4) are arranged. The crossbars (8) extend in a direction perpendicular to the main body (1) of the aircraft and are configured to join the ends of the supporting surfaces (3, 4) to the lateral longitudinal stringers (6). The supporting surfaces (3, 4) are attached to the main body (1) of the aircraft by means of a connecting beam (9) that extends along the main body (1) of the aircraft in a direction parallel to its longitudinal axis (to). The transverse stringers (8) of the supporting surfaces (3, 4) are connected to the frames (7) of the main body (1) of the aircraft by means of ribs (10) that are arranged in the connecting stringer (9) .
De esta manera, la unión de las superficies sustentadoras (3, 4) entre sí por sus extremos In this way, the union of the supporting surfaces (3, 4) with each other at their ends
permite conseguir que las superficies sustentadoras (3, 4) se comporten como una estructura rígida única y simplificada, evitando la necesidad de emplear refuerzos estructurales adicionales que incrementan el peso y coste de la aeronave. Por otro lado, la unión de las superficies sustentadoras (3, 4) al cuerpo principal (1) mediante el larguero conector (9) y sus nervios (10) permite obtener una aeronave con una estructura rígida y de bajo peso, pudiendo llegar a evitar la introducción de larguerillos en el interior del cuerpo principal (1) de la aeronave para obtener dicha rigidez. it allows to achieve that the supporting surfaces (3, 4) behave like a unique and simplified rigid structure, avoiding the need to use additional structural reinforcements that increase the weight and cost of the aircraft. On the other hand, the joining of the supporting surfaces (3, 4) to the main body (1) by means of the connecting beam (9) and its ribs (10) allows obtaining an aircraft with a rigid structure and of low weight, being able to reach avoid the introduction of stringers inside the main body (1) of the aircraft to obtain said stiffness.
Como se observa en la figura 2A, las cuadernas (7) establecen una base de apoyo para disponer un suelo (15) de la aeronave, de manera que el propio suelo (15) resulta un elemento rigidizante adicional del cuerpo principal (1) de la aeronave, ayudando igualmente a evitar tener que emplear larguerillos para aportar rigidez, lo cual disminuye el peso de la aeronave. As seen in Figure 2A, the frames (7) establish a support base for arranging a floor (15) of the aircraft, so that the ground itself (15) is an additional stiffening element of the main body (1) of the aircraft, also helping to avoid having to use stringers to provide rigidity, which decreases the weight of the aircraft.
Como se observa en la figura 3, el peso del conjunto de la aeronave genera una fuerza gravitacional (Fg) aproximadamente en el centro de masas de la aeronave, mientras que cada superficie sustentadora (3, 4) genera una respectiva fuerza aerodinámica sustentadora (Fs) que equilibra el sistema de fuerzas generado en vuelo y el momento asociado a ellas, de manera que las necesidades de estabilidad de la aeronave están prácticamente cubiertas únicamente con las dos superficies sustentadoras (3,4) rígidamente unidas entre sí mediante los largueros longitudinales laterales (6). As can be seen in figure 3, the weight of the whole of the aircraft generates a gravitational force (Fg) approximately in the center of mass of the aircraft, while each supporting surface (3, 4) generates a respective supporting aerodynamic force (Fs ) that balances the system of forces generated in flight and the moment associated with them, so that the stability needs of the aircraft are practically covered only with the two supporting surfaces (3,4) rigidly joined together by the lateral longitudinal stringers (6).
La superficie sustentadora trasera (4) está separada de la superficie sustentadora delantera The rear support surface (4) is separated from the front support surface
(3) una distancia suficiente como para que la superficie sustentadora trasera (4) no se vea afectada en exceso por la superficie sustentadora delantera (3), y que el aire llegue adecuadamente a su borde de ataque con las menores turbulencias posibles. Se ha previsto que la distancia horizontal en la que están separadas las superficies sustentadoras (3, 4), concretamente la distancia en la que está separada el borde de salida de la superficie sustentadora delantera (3) y el borde de ataque de la superficie sustentadora trasera (4), sea inferior a la cuerda media de la superficie sustentadora (3, 4) que tiene una menor cuerda media, entendiéndose por cuerda media la distancia media entre el borde de ataque y el borde de salida de una superficie sustentadora, para que la rigidez y la simplicidad estructural no se resienta. (3) a sufficient distance so that the rear support surface (4) is not excessively affected by the front support surface (3), and that the air adequately reaches its leading edge with the least possible turbulence. It is envisaged that the horizontal distance in which the bearing surfaces (3, 4) are separated, specifically the distance in which the leading edge of the leading bearing surface (3) and the leading edge of the bearing surface are separated rear (4), be lower than the middle rope of the supporting surface (3, 4) that has a smaller middle rope, with average rope being understood as the average distance between the leading edge and the leading edge of a supporting surface, to that rigidity and structural simplicity do not suffer.
Las superficies sustentadoras (3, 4) están dispuestas una por delante de la otra The supporting surfaces (3, 4) are arranged one in front of the other
aproximadamente en un mismo plano horizontal, no obstante pueden estar ligeramente desfasadas entre sí en verticalidad, es decir desfasadas en una dirección perpendicular al eje longitudinal (a) del cuerpo principal (1) de la aeronave, en donde el desfase vertical máximo al que se pueden disponer es inferior al 20% de la cuerda media global de las superficies sustentadoras (3, 4), esto es el 20% de la distancia media entre el borde de ataque de la superficie sustentadora delantera (3) y el borde de salida de la superficie sustentadora trasera (4). El desfase vertical viene determinado por las condiciones de vuelo, y principalmente por la velocidad de crucero a la que vaya a navegar la aeronave. approximately in the same horizontal plane, however they may be slightly offset from each other vertically, that is to say offset in a direction perpendicular to the longitudinal axis (a) of the main body (1) of the aircraft, where the maximum vertical offset to which they may have less than 20% of the overall average rope of the bearing surfaces (3, 4), this is 20% of the average distance between the leading edge of the front bearing surface (3) and the trailing edge of the rear support surface (4). The vertical offset is determined by the flight conditions, and mainly by the cruising speed at which the aircraft will navigate.
Se ha previsto que las superficies sustentadoras (3, 4) tengan una geometría sustancialmente idéntica, de manera que generan unas fuerzas aerodinámicas sustentadoras (Fs) similares, al tiempo que permite simplificar el proceso de fabricación. No obstante, podrían disponer de geometrías ligeramente diferentes tanto a nivel de cuerda como a nivel de espesores relativos y curvaturas de los perfiles aerodinámicos que las conforman. Dichas geometrías diferenciadas permitirán que la generación de cargas aerodinámicas en las diferentes superficies sustentadoras sea acorde a las necesidades del diseño de la aeronave; así, las fuerzas aerodinámicas sustentadoras (Fs) generadas por las diferentes superficies sustentadoras (3, 4) podrán ser regulables y ajustables de acuerdo al reparto de masas de la propia aeronave y su carga. It is intended that the bearing surfaces (3, 4) have a substantially identical geometry, so that they generate similar aerodynamic bearing forces (Fs), while simplifying the manufacturing process. However, they could have slightly different geometries both at the rope level and at the level of relative thicknesses and curvatures of the aerodynamic profiles that make them up. Said differentiated geometries will allow the generation of aerodynamic loads on the different supporting surfaces to be according to the needs of the aircraft design; thus, the aerodynamic support forces (Fs) generated by the different support surfaces (3, 4) may be adjustable and adjustable according to the mass distribution of the aircraft itself and its load.
Las superficies sustentadoras pueden disponerse sustancialmente paralelas al eje longitudinal (a) del cuerpo principal (1) de la aeronave y por tanto a los largueros longitudinales laterales (6), o pueden disponerse con una ligera inclinación para lograr una distribución de fuerzas aerodinámicas sustentadoras (Fs) acorde a las necesidades de diseño de la aeronave, de manera que la línea imaginaria que une el borde de ataque con el borde de salida de una superficie sustentadora (3,4) pueden estar inclinada un ángulo de hasta 15º en relación con el eje longitudinal (a) del cuerpo principal (1) de la aeronave. The bearing surfaces can be arranged substantially parallel to the longitudinal axis (a) of the main body (1) of the aircraft and therefore to the lateral longitudinal stringers (6), or they can be arranged with a slight inclination to achieve a distribution of bearing aerodynamic forces ( Fs) according to the design needs of the aircraft, so that the imaginary line that joins the leading edge with the leading edge of a supporting surface (3,4) can be inclined at an angle of up to 15º in relation to the longitudinal axis (a) of the main body (1) of the aircraft.
Como se observa en la figura 6, la aeronave adicionalmente puede comprender al menos una superficie sustentadora intermedia (11) con una configuración en forma de ala con las mismas características que las superficies sustentadoras delantera (3) y trasera (4). La superficie sustentadora intermedia (11) se dispone entre la superficie sustentadora delantera As seen in Figure 6, the aircraft can additionally comprise at least one intermediate support surface (11) with a wing-shaped configuration with the same characteristics as the front (3) and rear (4) support surfaces. The intermediate support surface (11) is disposed between the front support surface
(3) y la superficie sustentadora trasera (4) y está unida por sus extremos a los largueros longitudinales laterales (6) y al cuerpo principal (1) de la aeronave de la misma manera que las superficies sustentadoras delantera (3) y trasera (4). La superficie sustentadora (3) and the rear bearing surface (4) and is joined at its ends to the lateral longitudinal stringers (6) and to the main body (1) of the aircraft in the same way as the front (3) and rear ( 4). The supporting surface
intermedia (11) está separada de las superficies sustentadoras delantera (3) y trasera (4) una distancia horizontal inferior a la cuerda media de la superficie sustentadora (3, 4, 11) que tiene una menor cuerda media. Intermediate (11) is separated from the front (3) and rear (4) support surfaces a horizontal distance less than the middle rope of the support surface (3, 4, 11) that has a smaller average rope.
Los perfiles aerodinámicos que conforman las superficies sustentadoras (3, 4, 11) tienen un espesor relativo preferentemente inferior al 6%, es decir que la relación entre el espesor de un perfil aerodinámico y su cuerda media es menor que 0.06, de manera que se minimiza la resistencia aerodinámica de las superficies sustentadoras (3, 4, 11), ya que cuanto menor espesor tengan los perfiles aerodinámicos mejor será el efecto cortante que realizan sobre el aire incidente. The aerodynamic profiles that make up the supporting surfaces (3, 4, 11) have a relative thickness preferably less than 6%, that is to say that the ratio between the thickness of an aerodynamic profile and its average chord is less than 0.06, so that minimizes the aerodynamic resistance of the bearing surfaces (3, 4, 11), since the lower the thickness of the aerodynamic profiles, the better the cutting effect they perform on the incident air.
Preferentemente los medios de propulsión (2) de la aeronave se disponen entre el borde de salida de la superficie sustentadora delantera (3) y el borde de ataque de la superficie sustentadora trasera (4). De esta manera los medios de propulsión (2) quedan ubicados en una zona intermedia entre las fuerzas aerodinámicas sustentadoras (Fs) generadas por las superficies sustentadoras (3, 4) y aproximadamente en el centro de gravedad de la aeronave, lo cual favorece la distribución de cargas y la estabilidad de la aeronave. Por otro lado, la disposición de los medios de propulsión en esta zona intermedia permite reducir el efecto de la estela de la superficie sustentadora delantera (3) reimpulsando el flujo de aire sobre la superficie sustentadora trasera (4), pudiendo modificar de forma favorable la distribución del flujo para conseguir un reparto más homogéneo de las fuerzas aerodinámicas sustentadoras (Fs) generadas. Preferably, the propulsion means (2) of the aircraft are disposed between the leading edge of the front bearing surface (3) and the leading edge of the rear bearing surface (4). In this way the propulsion means (2) are located in an intermediate zone between the aerodynamic lifting forces (Fs) generated by the supporting surfaces (3, 4) and approximately in the center of gravity of the aircraft, which favors the distribution of cargo and the stability of the aircraft. On the other hand, the arrangement of the propulsion means in this intermediate zone makes it possible to reduce the effect of the wake of the front support surface (3) by re-boosting the air flow on the rear support surface (4), being able to favorably modify the flow distribution to achieve a more homogeneous distribution of the aerodynamic supporting forces (Fs) generated.
Preferentemente los medios de propulsión (2) comprenden un sistema de motorización por turbohélices, en donde cada turbohélice tiene dos rotores girando cada uno de ellos en la dirección opuesta al otro, dentro de la misma turbohélice, lo cual elimina la componente rotacional del flujo impulsado por la turbohélice, de manera que la superficie sustentadora (11,4) que se encuentra por detrás de un medio de propulsión (2) recibe un flujo de aire más direccionado en la dirección del perfil aerodinámico de la superficie sustentadora (4, 11), mejorando por tanto su comportamiento y eficiencia. Preferably the propulsion means (2) comprise a turboprop engine system, where each turboprop has two rotors rotating each of them in the opposite direction to the other, within the same turboprop, which eliminates the rotational component of the driven flow by the turboprop, so that the support surface (11.4) behind a propulsion means (2) receives a more directed air flow in the direction of the aerodynamic profile of the support surface (4, 11) , thus improving its behavior and efficiency.
Adicionalmente, la disposición intermedia de los motores de propulsión (2) permite un mejor control del desprendimiento de las capas límites tanto de la superficie sustentadora delantera (3) que se encuentra por delante de los medios de propulsión (2), ya que la succión del rotor va a absorber el flujo de aire que pueda intentar desprenderse en la Additionally, the intermediate arrangement of the propulsion engines (2) allows a better control of the shedding of the boundary layers of both the front bearing surface (3) that lies ahead of the propulsion means (2), since the suction of the rotor will absorb the flow of air that can try to detach in the
cubierta superior de la superficie sustentadora delantera (3), volviendo a pegarlo a la cubierta superior, mientras que también en la superficie sustentadora trasera (4), ya que el direccionamiento del flujo de aire puede reducir el ángulo de ataque equivalente observado por la superficie sustentadora trasera (4). upper cover of the front support surface (3), reattaching it to the upper cover, while also on the rear support surface (4), since the direction of air flow can reduce the equivalent angle of attack observed by the surface rear support (4).
En cualquier caso, y sin que ello altere el concepto de la invención, los medios de propulsión In any case, and without this altering the concept of the invention, the means of propulsion
(2) pueden disponerse en otras ubicaciones de la aeronave y en función de diferentes parámetros tal como la velocidad de crucero, así pueden disponerse en la zona del borde de ataque de la superficie sustentadora delantera (3), o en la zona del borde de salida de la superficie sustentadora trasera (4). (2) can be arranged in other locations of the aircraft and depending on different parameters such as cruising speed, so they can be arranged in the area of the leading edge of the front bearing surface (3), or in the area of the edge of rear support surface outlet (4).
Como se observa en la figura 6, cuando la aeronave comprende una superficie sustentadora delantera (3), una superficie sustentadora intermedia (11) y una superficie sustentadora trasera (4), preferentemente se disponen unos medios de propulsión (2) en la zona del borde de ataque de la superficie sustentadora delantera (3) y otros medios de propulsión (2) entre el borde de salida de la superficie sustentadora intermedia (11) y el borde de ataque de la superficie sustentadora trasera (4). As can be seen in Figure 6, when the aircraft comprises a front support surface (3), an intermediate support surface (11) and a rear support surface (4), propulsion means (2) are preferably arranged in the area of the leading edge of the front support surface (3) and other means of propulsion (2) between the trailing edge of the intermediate support surface (11) and the leading edge of the rear support surface (4).
La disposición de los medios de propulsión (2) con respecto a las superficies sustentadoras (3, 4, 11) puede variar en ángulo, incorporando a la estructura del soporte de los medios de propulsión unos medios mecánicos, hidráulicos o neumáticos que permitan su giro, de manera que se puede distribuir de forma homogénea la impulsión de aire generada por los medios de propulsión (2) sobre las superficies sustentadoras (3, 4, 11) según diferentes configuraciones de vuelo. The arrangement of the propulsion means (2) with respect to the supporting surfaces (3, 4, 11) can vary in angle, incorporating mechanical, hydraulic or pneumatic means into the support structure of the propulsion means that allow its rotation , so that the air flow generated by the propulsion means (2) can be distributed homogeneously on the supporting surfaces (3, 4, 11) according to different flight configurations.
La aeronave puede comprender un apoyo adicional para la estabilidad transversal o de alabeo en forma de unas superficies de estabilización horizontales delanteras (12) que están unidas en el extremo de los largueros longitudinales laterales (6) en donde se dispone la superficie sustentadora delantera (3), a modo de prolongación lateral de la superficie sustentadora delantera (3). Las superficies de estabilización horizontales delanteras (12) son un estabilizador tipo canard, preferentemente con capacidad de giro con respecto a los largueros longitudinales laterales (6) sobre las que se disponen. Las superficies de estabilización horizontales delanteras (12) pueden estar fijas a los largueros longitudinales laterales (6) y disponer de mandos en su borde de salida. Estas superficies (12) permiten facilitar el control de la aeronave en condiciones de mayor complejidad e incluso favorecer The aircraft may comprise additional support for transverse or warping stability in the form of front horizontal stabilization surfaces (12) that are joined at the end of the lateral longitudinal beams (6) where the front bearing surface (3) is arranged. ), by way of lateral extension of the front support surface (3). The front horizontal stabilization surfaces (12) are a canard-type stabilizer, preferably with a turning capacity with respect to the lateral longitudinal stringers (6) on which they are arranged. The front horizontal stabilization surfaces (12) can be fixed to the lateral longitudinal stringers (6) and have controls at their trailing edge. These surfaces (12) allow to facilitate the control of the aircraft in conditions of greater complexity and even favor
maniobras en vuelo, además el posicionamiento relativo de los mismos podrá suplir posibles carencias de sustentación en procesos como el despegue de la aeronave, reduciendo las distancias de despegue a valores por debajo de los 100m. maneuvers in flight, in addition the relative positioning of the same ones will be able to replace possible lack of support in processes like the takeoff of the aircraft, reducing the take-off distances to values below 100m.
Los medios de estabilización y control (5) comprenden unas superficies de estabilización verticales traseras (51) y unas superficies de estabilización horizontales traseras (52) que son capaces de modificar su ángulo relativo entre ellas, ofreciendo así las capacidades necesarias de controlabilidad de la aeronave. Estas superficies (51, 52) permiten distribuir y reducir más si cabe la carga alar observada por cada una de las superficies sustentadoras (3,4,11) y por tanto las cargas en la aeronave. The stabilization and control means (5) comprise rear vertical stabilization surfaces (51) and rear horizontal stabilization surfaces (52) that are capable of modifying their relative angle between them, thus offering the necessary controllability capabilities of the aircraft . These surfaces (51, 52) make it possible to distribute and reduce even more if the alar load observed by each of the supporting surfaces (3,4,11) and therefore the loads on the aircraft.
La superficies de estabilización verticales traseras (51) no están directamente unidas al cuerpo principal (1) de la aeronave como los estabilizadores traseros de las aeronaves tradicionales del estado de la técnica, sino que proyectan verticalmente hacia abajo desde el extremo de los largueros longitudinales laterales (6) en donde se dispone la superficie sustentadora trasera (4), de manera que dichas superficies (51) permiten mejorar la transmisión de cargas entre estas superficies de estabilización verticales (51) al estar directamente conectadas a los largueros longitudinales laterales (6). The rear vertical stabilization surfaces (51) are not directly attached to the main body (1) of the aircraft like the rear stabilizers of traditional state-of-the-art aircraft, but project vertically downward from the end of the lateral longitudinal stringers (6) where the rear support surface (4) is arranged, so that said surfaces (51) allow to improve the transmission of loads between these vertical stabilization surfaces (51) by being directly connected to the lateral longitudinal beams (6) .
Como se observa en la figura 7, las superficies de estabilización horizontales traseras (52) pueden estar en el borde de salida de la superficie sustentadora trasera (4), a modo de “flaps”, lo cual permite modificar la sustentación generada, bien aumentándola o bien reduciéndola, consiguiendo de esta forma un sistema más homogéneo y con mayor capacidad de estabilización que en el caso de un avión tradicional. As can be seen in Figure 7, the rear horizontal stabilization surfaces (52) can be at the trailing edge of the rear support surface (4), as a "flaps", which allows the generated lift to be modified, either by increasing it or reducing it, thus achieving a more homogeneous system with greater stabilization capacity than in the case of a traditional aircraft.
No obstante, como se observa en las otras figuras, preferentemente las superficies de estabilización horizontales traseras (52) están dispuestas en la parte trasera del cuerpo principal (1) de la aeronave en una posición inferior a la superficie sustentadora trasera (4), de manera que no es necesario realizar complejos diseños mecánicos para poder integrarlos en la superficie sustentadora trasera (4). Cada superficie de estabilización horizontal trasera (52) está fijada entre la parte trasera del cuerpo principal (1) de la aeronave y una superficie de estabilización vertical trasera (51), de manera que se consigue una estructura mucho más rígida que permite simplificar y aligerar los componentes estructurales empleados en la zona trasera de la aeronave. However, as seen in the other figures, preferably the rear horizontal stabilization surfaces (52) are arranged at the rear of the main body (1) of the aircraft in a position lower than the rear bearing surface (4), of so it is not necessary to make complex mechanical designs to be able to integrate them into the rear support surface (4). Each rear horizontal stabilization surface (52) is fixed between the rear part of the main body (1) of the aircraft and a rear vertical stabilization surface (51), so that a much more rigid structure is achieved that simplifies and lightens the structural components used in the rear area of the aircraft.
Como se observa en la figura 8, en una de las configuraciones preferidas de la invención la superficie sustentadora delantera (3) tiene unos medios de canalización del aire que comprenden unos salientes (13) que proyectan verticalmente de la cubierta superior, o extradós, de la superficie sustentadora delantera (3) y que se extienden de forma paralela al 5 eje longitudinal (a) del cuerpo principal (1) de la aeronave. Los medios de canalización del aire permiten reducir las turbulencias de aire generadas sobre la superficie sustentadora delantera (3), de manera que se obtiene un flujo de salida de aire más suave y favorable que recibirá la superficie sustentadora inmediatamente posterior (4,11), consiguiendo un mejor comportamiento aerodinámico de la misma. Como se observa en la figura 9, los salientes As can be seen in Figure 8, in one of the preferred configurations of the invention the front support surface (3) has air ducting means comprising projections (13) projecting vertically from the upper cover, or extrados, of the front bearing surface (3) and extending parallel to the longitudinal axis (a) of the main body (1) of the aircraft. The air channeling means allow to reduce the turbulence of air generated on the front support surface (3), so that a smoother and more favorable air flow is obtained that will receive the immediately posterior support surface (4.11), getting a better aerodynamic behavior of it. As seen in Figure 9, the protrusions
10 (13) pueden tener una cubierta (14) que los cierra superiormente, de manera que se genera una canalización de aire cerrada que mejora el direccionamiento del flujo de aire. Cuando la aeronave dispone de alguna superficie sustentadora intermedia (11), los medios de canalización del aire se pueden disponer tanto en la superficie sustentadora delantera (3) como en la superficie sustentadora intermedia (11). 10 (13) can have a cover (14) that closes them superiorly, so that a closed air duct is generated that improves the direction of the air flow. When the aircraft has an intermediate support surface (11), the air ducting means can be arranged both on the front support surface (3) and on the intermediate support surface (11).
Claims (10)
- • •
- un cuerpo principal (1), 5 • unos medios de propulsión (2) de la aeronave, a main body (1), 5 • propulsion means (2) of the aircraft,
- • •
- unos medios de estabilización y control (5) de la aeronave, stabilization and control means (5) of the aircraft,
- • •
- una superficie sustentadora delantera (3) con una configuración en forma de ala, y a front support surface (3) with a wing-shaped configuration, and
- • •
- una superficie sustentadora trasera (4) con una configuración en forma de ala, caracterizada por que la aeronave adicionalmente comprende unos largueros 10 longitudinales laterales (6) que se extienden en una dirección paralela al eje longitudinal (a) del cuerpo principal (1) y que unen las superficies sustentadoras entre sí, en donde la superficie sustentadora delantera (3) está dispuesta en un extremo de los largueros longitudinales laterales (6) y la superficie sustentadora trasera (4) está dispuesta en el extremo opuesto de los largueros longitudinales laterales (6), tal que a rear support surface (4) with a wing-shaped configuration, characterized in that the aircraft additionally comprises lateral longitudinal beams 10 (6) extending in a direction parallel to the longitudinal axis (a) of the main body (1) and which join the supporting surfaces to each other, where the front support surface (3) is arranged at one end of the lateral longitudinal beams (6) and the rear support surface (4) is disposed at the opposite end of the lateral longitudinal beams ( 6), such that
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- 2016-09-26 ES ES201631249A patent/ES2660910B1/en not_active Withdrawn - After Issue
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