ES2694040T3

ES2694040T3 - Aparato volador de despegue vertical

Info

Publication number: ES2694040T3
Application number: ES16000077.4T
Authority: ES
Inventors: Hans Niedzballa
Original assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2018-12-17
Anticipated expiration: 2036-01-14
Also published as: EP3056425B1; RU2704771C2; CN105882959B; CN105882959A; US20160236774A1; DE102015001704A1; US10029785B2; DE102015001704B4; RU2016102944A; RU2016102944A3; EP3056425A1

Abstract

Aparato volador (1) que comprende: una estructura de soporte (2), presentando la estructura de soporte (2) al menos un fuselaje central (3) y dos pilones (4) dispuestos respectivamente a distancia al lado del fuselaje (3); una estructura de alas (5); al menos cuatro rotores de sustentación (6); al menos un accionamiento lineal (7); fijándose cada uno de los rotores de sustentación (6) en la estructura de soporte (2), presentando los mismos una hélice (61) con dos palas de hélice (62) y diseñándose los rotores de sustentación para generar, mediante la rotación de la hélice (61), una fuerza ascensional (FV) que actúa en dirección vertical para el aparato volador (1); diseñándose el accionamiento lineal (7) para generar una fuerza de empuje (FH) que actúa en dirección horizontal sobre la estructura de soporte (2); presentando los pilones (4) respectivamente al menos dos rotores de sustentación (6); diseñándose los rotores de sustentación (6) para retener las respectivas palas de hélice (62) de un rotor de sustentación (6) en una posición en relación con los pilones (4); y no sobresaliendo las palas de hélice (62) de un rotor de sustentación (6) en la posición retenida de las dimensiones exteriores de los pilones (4); disponiéndose las hélices (61) de los rotores de sustentación (6) en los pilones (4) de manera que queden cubiertas por al menos dos lados opuestos del pilón (4).

Description

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DESCRIPCION

Aparato volador de despegue vertical

La presente invencion se refiere a un aparato volador de despegue vertical, por ejemplo, similar a un cuadricoptero

Para muchas aplicaciones es deseable poder disponer de un aparato volador que pueda despegar de una superficie minima y que, por lo tanto, no requiera un aeropuerto especial de grandes dimensiones. Para determinados usos se necesita ademas un aparato volador que se pueda maniobrar de forma agil y precisa y que preferiblemente pueda planear en un mismo sitio y presentar buenas caracteristicas de vuelo de planeo.

Se emplean, por ejemplo, aparatos voladores para la vigilancia y el reconocimiento del espacio aereo con el fin de que planeen sobre un objetivo de interes y capten, por ejemplo, imagenes aereas. En una aplicacion alternativa se puede utilizar un aparato volador, a veces denominado VTOL (Vertical Take-Off and Landing), para llegar a regiones de dificil acceso para personas o maquinas, por ejemplo, en el marco de misiones de proteccion civil en caso de catastrofe, para poder transportar, por ejemplo, mercancias como herramientas, alimentos o medicamentos a estas regiones.

Para estas misiones se han desarrollado, por ejemplo, aparatos voladores en los que cuatro o mas rotores provistos de una helice y de un motor, que la impulsa, se encargan de un empuje dirigido fundamentalmente de forma vertical hacia arriba, a fin de poder elevar y hacer planear el aparato volador en direccion vertical. Un aparato volador dotado de cuatro rotores de este tipo recibe tambien el nombre de cuadcopter, cuadrocopter, cuadricoptero, cuadrirrotor o plataforma suspendida. Generalmente estos aparatos voladores con mas de tres rotores encargados de la sustentacion se definen como multicopteros, siendo tambien comunes variantes de tres rotores (tricopteros), seis rotores (hexaccopteros) u ocho rotores (octocopteros), ademas de los cuadricopteros. Estos aparatos voladores funcionan en la mayoria de los casos de manera no tripulada, por lo tanto, pueden ser pequenos. A veces estos aparatos voladores se definen tambien como drones.

Por medio de una ligera inclinacion de todo el aparato volador o de uno o varios rotores desde la horizontal, se puede conseguir en estos aparatos voladores incluso cierta propulsion, inclinando un empuje producido por los rotores desde la vertical. No obstante, las velocidades de crucero alcanzables de este modo se limitan, debido a las condiciones limite fisicas que se producen en este tipo de aparatos voladores, a velocidades relativamente bajas normalmente inferiores a los 200 km/h, con frecuencia incluso inferiores a los 100 km/h. Esta limitacion de la velocidad se debe, por ejemplo, a la condicion limite fisica de que las helices empleadas para la sustentacion se accionan a velocidades de rotacion elevadas, por lo que una pala de helice, que se mueve hacia delante en direccion de vuelo del aparato volador, ya se tiene que mover a velocidades de vuelo relativamente bajas, al menos en las puntas de sus palas de helice, casi a la velocidad del sonido, lo que genera grandes resistencias al aire y fuertes ruidos.

Por esta razon, los multicopteros tradicionales ciertamente presentan, a igual que los helicopteros, en los que solo se encarga un unico rotor de la sustentacion necesaria y se puede emplear una mecanica de rotor complicada junto con un rotor trasero para maniobrar el helicoptero, buenas caracteristicas de vuelo estacionario, pero normalmente solo alcanzan velocidades de crucero relativamente reducidas.

El documento US3260476 describe un aparato volador con helices que se pueden retener en direccion longitudinal.

En el documento KR 10 2012 006 05 90 A se describe un cuadrocoptero que puede despegar y aterrizar en vertical y en el que se puede variar una direccion de empuje de las helices para poder conseguir de esta manera no solo una sustentacion, sino tambien una propulsion para el cuadocoptero.

Partiendo de esta idea, la invencion se plantea el objetivo de proporcionar un aparato volador que permita tanto buenas propiedades de vuelo estacionario como elevadas velocidades de crucero.

Esta tarea se resuelve con un aparato volador con las caracteristicas de la reivindicacion 1. Unas formas de realizacion se representan a modo de ejemplo en las reivindicaciones dependientes y en la siguiente descripcion.

Segun la invencion se propone un aparato volador que presenta una estructura de soporte, estando la estructura de soporte provista de al menos un fuselaje central y de dos pilones dispuestos respectivamente a distancia al lado del fuselaje. El aparato volador presenta ademas una estructura de alas, al menos cuatro rotores de sustentacion y al menos un accionamiento lineal. Cada uno de los rotores de sustentacion presenta una helice con dos palas de helice y se disena para generar mediante la rotacion de la helice una fuerza ascensional, que actua en direccion vertical, para el aparato volador. El accionamiento lineal se disena para generar una fuerza de empuje que actua en direccion horizontal sobre la estructura de soporte. Los pilones presentan respectivamente dos rotores de sustentacion, disenandose los rotores de sustentacion para fijar las respectivas palas de helice de un rotor de sustentacion en una posicion respecto a los pilones. En la posicion fija, las palas de helice de un rotor de sustentacion no sobresalen de las dimensiones exteriores de los pilones.

La invencion se basa en la idea de prever un aparato volador que presente rotores de sustentacion, que generan un empuje vertical, con cuya ayuda el aparato volador puede despegar y aterrizar, asi como planear, y de prever, por otra parte, adicionalmente un accionamiento lineal capaz de generar un empuje en direccion horizontal de manera

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que el aparato volador se pueda acelerar, independientemente de los rotores de sustentacion, a una velocidad de crucero elevada, una vez parados los rotores. Para conseguir una forma aerodinamicamente optima, las palas de helice de los rotores de sustentacion se alojan con los rotores de sustentacion parados en la estructura del aparato volador, por ejemplo, en pilones, de manera que presenten una resistencia al aire lo mas reducida posible durante el vuelo de crucero.

La helice del rotor de sustentacion del aparato volador posee exactamente dos palas de helice. Una helice de este tipo presenta, por una parte, un elevado grado de rendimiento y, por otra parte, desequilibrios reducidos. Una helice con dos palas de helices resulta ademas especialmente ventajosa para el aparato volador propuesto, puesto que durante una posicion de vuelo de crucero se puede fijar en una posicion de rotacion de manera que la helice se extienda paralela a la direccion de vuelo. En una posicion de rotacion como esta, la helice retenida genera resistencias al aire minimas.

Los rotores de sustentacion del aparato volador se disenan para parar las respectivas palas de helice de un rotor de sustentacion en una determinada posicion de rotacion. Esta retencion de las palas de helice puede ser especialmente ventajosa cuando el aparato volador se mueve horizontalmente a una elevada velocidad de crucero, impulsado por el accionamiento lineal, y cuando las alas de la estructura de alas generan una fuerza ascensional dinamica suficiente, de modo que los rotores de sustentacion no tengan que generar ninguna fuerza ascensional adicional. En una situacion de vuelo de estas caracteristicas es conveniente parar las palas de helice de los rotores de sustentacion en una posicion de rotacion de forma que en el vuelo de crucero generen, por una parte, una resistencia al aire lo mas reducida posible y que, por otra parte, se produzcan fuerzas lo mas reducidas posible que actuen en direccion horizontal y/o vertical sobre las palas de helice a causa del flujo de aire que pasa a su lado.

Para reducir todavia mas la resistencia al aire de las palas de rotor durante el vuelo de crucero, los rotores de sustentacion se disponen en la estructura de soporte del aparato volador, en este caso en los pilones, de manera que las palas de rotor de los rotores de sustentacion no sobresalgan de las dimensiones de los pilones en la posicion de retencion. En la posicion de retencion los pilones crean, por lo tanto, junto con las palas de helice, una forma aerodinamicamente optima.

Las helices se disponen en los pilones de modo que queden cubiertas por al menos dos lados opuestos de los pilones. Los pilones se configuran preferiblemente de manera que las palas de helice puedan alojarse, en cuanto a su anchura, en los pilones. Con preferencia, las palas de helice no sobresalen de los pilones en la posicion de retencion, es decir, las palas de helice se orientan en direccion longitudinal de los pilones.

Los pilones presentan, preferiblemente en direccion transversal respecto a la direccion de extension de los pilones, orificios abiertos por ambos lados, en los que se integran las helices de los rotores de sustentacion. Los orificios forman con preferencia, transversalmente respecto a la direccion de extension de los pilones, un orificio continuo a traves del pilon. Expresado con otras palabras, los pilones presentan en la zona de los rotores de sustentacion, transversalmente respecto a la direccion longitudinal de los pilones, orificios que abarcan toda la anchura de los pilones. Estos orificios tambien se pueden definir como ranuras. Basta con que los orificios o las ranuras se dimensionen de manera que las palas de rotor puedan girar libremente. El eje de rotacion de las helices se dispone lo mas cerca posible a lo largo del eje longitudinal de los pilones. En la posicion no retenida, los rotores de sustentacion pueden generar asi el necesario empuje vertical. Para el vuelo de crucero, las helices de los rotores de sustentacion se pueden parar y, como consecuencia de la disposicion de los rotores de sustentacion en los pilones del aparato volador, en posicion de retencion quedan dispuestos de forma aerodinamicamente optima en direccion longitudinal de los pilones. Por lo tanto, las helices de los rotores de sustentacion generan durante el vuelo de crucero una resistencia al aire lo mas reducida posible.

Con preferencia se preve para cada una de las helices de los rotores de sustentacion un orificio en los pilones. Para conseguir una superficie aerodinamicamente lo mas optima posible de los pilones, los pilones presentan preferiblemente solo en la zona de los rotores de sustentacion los orificios o las ranuras para las helices. Alternativamente el orificio puede ser mas grande en direccion longitudinal de los pilones, pudiendose disponer uno o varios rotores de sustentacion en linea o unos encima de otros dentro del orificio. Por razones estaticas, el orificio puede presentar por secciones almas o zonas de estabilizacion entre los distintos rotores de sustentacion.

Los pilones presentan preferiblemente un dispositivo de cierre que cierra los orificios lateralmente cuando las palas de helice estan retenidas. Para reducir la resistencia al aire de las helices en los pilones todavia mas, los orificios de los pilones se pueden cerrar, de modo que los pilones presenten una zona practicamente lisa y aerodinamicamente optima. Para cerrar los orificios en la zona de los rotores de sustentacion, cuando las palas de helice se encuentran en la posicion de retencion, los pilones estan provistos de un dispositivo de cierre que puede cerrar los orificios.

Con preferencia, el dispositivo de cierre se compone de un segmento o de varios segmentos. El dispositivo de cierre para el cierre de los orificios de los pilones puede estar formado, para cada uno de los orificios, de uno o varios segmentos. El dispositivo de cierre puede tener practicamente cualquier forma apropiada para cerrar los orificios de los pilones de una manera aerodinamicamente lo mas optima posible. El dispositivo de cierre se adapta en su forma preferiblemente al contorno de los pilones en la zona de los orificios para las helices de los rotores de sustentacion. El dispositivo de cierre puede cerrar los orificios desde el lado, desde abajo, desde arriba, desde el lado exterior o desde el lado interior de los pilones. En caso de un dispositivo de cierre de varias piezas, el dispositivo de cierre se

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puede realizar simetrico o asimetrico. El dispositivo de cierre se puede configurar en forma de tapa de uno o varios segmentos, en forma de persiana o cierre enrollable de uno o varios segmentos o en cualquier otra forma idonea.

La estructura de alas se fija preferiblemente en la estructura de soporte, disenandose la estructura de alas para generar en un movimiento horizontal del aparato volador una fuerza ascensional para el aparato volador. La estructura de alas presenta a estos efectos al menos un ala dotada de un perfil que genera una fuerza ascensional dinamica.

El ala o las alas de la estructura de alas se dimensionan preferiblemente de manera que a velocidades de crucero a alcanzar por el aparato volador puedan procurar, por si solas, una fuerza ascensional suficiente para el aparato volador, con lo que se puede prescindir a la velocidad de crucero de una fuerza ascensional generada por los rotores de sustentacion.

Un aparato volador segun la invencion, provisto de una combinacion de la menos cuatro rotores de sustentacion y al menos un accionamiento lineal, asi como de una estructura de alas debidamente conformada, puede presentar las buenas caracteristicas de flotacion deseadas y alcanzar tambien elevadas velocidades de crucero. Los rotores de sustentacion pueden proporcionar, por ejemplo, durante el despegue o el aterrizaje o durante el vuelo estacionario, es decir, en caso de falta de velocidad horizontal o de poca velocidad horizontal del aparato volador, una fuerza ascensional suficiente. Independientemente de los rotores de sustentacion, el accionamiento lineal puede acelerar el aparato volador en direccion horizontal, siendo posible que a velocidades horizontales lo suficientemente altas una fuerza ascensional dinamica generada por al menos un ala de la estructura de alas sea suficiente para sustentar el aparato volador.

Los distintos componentes del aparato volador propuesto se pueden configurar y controlar de forma relativamente sencilla.

Los pilones se acoplan preferiblemente a traves de al menos una estructura de alas al fuselaje central. En una forma de realizacion ventajosa, la estructura de soporte se configura, junto con la estructura de alas, a modo de una asi llamada estructura de soporte similar a un trimaran con fuselaje central. En una estructura de soporte similar a un trimaran se preve al menos un fuselaje central alargado, a cuyo lado se dispone respectivamente un fuselaje lateral, un asi llamado pilon, es decir, al menos un fuselaje central esta flanqueado por ambos lados por al menos un pilon. Los pilones se unen al menos a traves de la estructura de alas y/o al menos una parte de la estructura de soporte al fuselaje central. De forma complementaria o alternativa los pilones se pueden unir a traves de otros elementos de la estructura de soporte al fuselaje central. Estos elementos pueden encargarse adicionalmente del empuje ascensional. El fuselaje central tambien puede estar formado por varios fuselajes unidos entre si y dispuestos de forma centralizada, que se montan unos al lado de los otros.

Los pilones se distancian del fuselaje central preferiblemente de manera que las helices de los rotores de sustentacion tengan espacio suficiente. La distancia entre los pilones y el fuselaje corresponde, por lo tanto, al menos a la longitud de una pala de helice.

Los pilones pueden presentar, por ejemplo, respectivamente dos de los rotores de sustentacion. En los pilones se puede alojar, por ejemplo, respectivamente un motor para el rotor. El pilon se puede configurar de forma aerodinamicamente ventajosa en relacion con un flujo de aire generado por el rotor y/o en relacion con un flujo de aire durante el vuelo de crucero. Segun otra forma de realizacion se pueden emplear tambien respectivamente dos helices superpuestas por rotor de sustentacion. En este caso las helices presentan preferiblemente una direccion de rotacion en sentido contrario. Las distintas helices se pueden disponer conjuntamente en una ranura comun o por separado en respectivamente una ranura propia. Con preferencia el eje de rotacion de las dos helices se dispone en el mismo eje de simetria, es decir, las helices se disponen directamente la una por encima de la otra y se solapan. Por razones estaticas las helices solo pueden presentar un determinado diametro maximo. Para poder incrementar la potencia de los rotores de sustentacion, se emplean las helices dobles que se acaban de describir. Debido a la disposicion en sentido contrario de las helices, los remolinos de aire generados por la primera helice influyen positivamente en el empuje vertical de la segunda helice y provocan asi un incremento de la potencia de la doble helice frente a una unica helice. La distancia vertical entre las dos helices corresponde, como maximo, al 15 % del diametro de la helice. El incremento de potencia supone, por ejemplo, en caso de una unica helice con un grado de rendimiento del 80 %, un aumento a un grado de rendimiento del 85 %, aproximadamente, para la doble helice.

En el ala se puede disponer especialmente un estabilizador o timon. Con ayuda de estos estabilizadores o timones es posible influir de manera adecuada en el empuje ascensional generado por la estructura de soporte similar a un trimaran, por ejemplo, durante la aceleracion a la velocidad de crucero y, por consiguiente, durante la sucesiva estrangulacion de los rotores de sustentacion.

El aparato volador propuesto debe presentar una estructura de soporte y una estructura de alas. La estructura de soporte proporcionara una solidez estructural del aparato volador, de modo que tanto la estructura de alas como los rotores de sustentacion se puedan montar de manera estable en el aparato volador. La estructura de alas debe proporcionar una fuerza ascensional dinamica cuando el aparato volador adquiere una velocidad de crucero suficientemente elevada.

Se hace constar que el hecho, de que se empleen dos terminos separados para la estructura de soporte y para la estructura de alas, no significa que las funciones a asumir por la estructura de soporte y la estructura de alas tengan

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que ser cumplidas forzosamente por dos estructuras reales separadas. Las funciones de la estructura de soporte y las funciones de la estructura de alas las pueden asumir, por ejemplo, componentes estructurales diferentes del aparato volador propuesto y tambien componentes estructurales iguales del aparato volador. Un ala de un aparato volador puede actuar, por ejemplo, al mismo tiempo como superficie portante que genera una fuerza ascensional dinamica y, por consiguiente, como parte de una estructura de alas y unir mecanicamente otros componentes del aparato volador entre si, con lo que actua como parte de una estructura de soporte. El ala puede presentar, por ejemplo, un recubrimiento exterior que establece un perfil de una superficie portante asi creada, formando parte de la estructura de alas. A la vez, el ala puede presentar componentes situados en el interior, por ejemplo, puntales, que proporcionen una resistencia mecanica y en los que se fija, por ejemplo, el recubrimiento de las alas, de modo que puedan servir de estructura de soporte.

Con preferencia los rotores de sustentacion se disenan de manera que un plano de rotacion, en el que giran las palas de helice de un rotor de sustentacion, se mantenga fija en relacion con un eje de rotor accionado por motor del rotor de sustentacion. Con otras palabras, los rotores de sustentacion del aparato volador se pueden construir de manera sencilla y una helice se puede acoplar, por ejemplo, directamente a un eje accionado por un motor. En especial no es necesario unir las palas de rotor del rotor de sustentacion con ayuda de un mecanismo complicado, por ejemplo, un disco oscilante, como en el caso de un helicoptero con un eje de rotor accionado por motor. En especial tampoco es necesario cambiar un angulo de ajuste o un angulo de inclinacion de algunas de las palas de rotor durante una vuelta del rotor, a fin de procurar tambien de este modo una propulsion del aparato volador, una rodadura, un cabeceo o una guinada del aparato volador. En su lugar se puede conseguir en el aparato volador propuesto una propulsion con ayuda de un accionamiento lineal adicional. Una rodadura, o una guinada del aparato volador se puede provocar mediante una variacion de las fuerzas ascensionales generadas respectivamente por los, en general, al menos cuatro rotores de sustentacion.

Con preferencia las palas de helice del rotor de sustentacion se acoplan de forma rigida al eje del rotor. Una helice provista asi de palas rigidas no presenta piezas moviles. Por lo tanto, es robusta y no requiere, por ejemplo, mecanismos ni sistemas de control para poder controlar una disposicion variable de palas de helice. La helice puede ser especialmente de una pieza. La fuerza ascensional generada por un rotor de sustentacion tan sencillo depende principalmente de la velocidad de rotacion o del numero de revoluciones al que funciona la helice, y se puede controlar asi facilmente mediante una activacion idonea del motor.

Las palas de helice del accionamiento lineal se unen preferiblemente de forma pivotante al eje del rotor de manera que se pueda cambiar un paso de las palas de helice. Con otras palabras, se puede variar un angulo formado por las palas de helice y el plano de rotacion, en el que giran las palas de helice. Esta variacion del paso de las palas de helice se puede producir preferiblemente en todas las palas de helice. La variacion del paso de las palas de helice se puede llevar a cabo especialmente con independencia de una posicion actual de las palas de helice que estan girando, es decir, el paso de las palas de helice no se cambia, como con un disco oscilante de un helicoptero, durante una vuelta, sino que el paso de las palas de helice se mantiene en gran medida constante durante una vuelta. Esta variacion relativamente lenta del paso de las palas de helice se puede provocar de forma sencilla y con un mecanismo robusto.

Mediante la variacion del paso de las palas de helice se puede influir en el empuje del accionamiento lineal y, por lo tanto, en la fuerza de propulsion generada por el mismo, sin necesidad de cambiar obligatoriamente una velocidad de rotacion, es decir, un numero de revoluciones de la helice. Una helice de empuje provista de palas de helice que giran conjuntamente, como esta, recibe tambien el nombre de helice de paso variable.

El accionamiento lineal se disena, por ejemplo, como accionamiento por traccion o accionamiento por presion. Mas concretamente, la helice del accionamiento lineal se configura como helice de traccion o como helice de presion. En el caso de una helice de traccion, la helice tira del aparato volador, es decir, la helice se dispone en direccion de vuelo por la parte anterior del fuselaje, del pilon, de las alas o por la parte anterior del estabilizador de elevacion. Una helice de presion se dispone en direccion de vuelo por la parte posterior del aparato volador, es decir, por ejemplo, por la parte posterior del fuselaje, el pilon, de las alas o similar.

Los rotores de sustentacion y el accionamiento lineal se accionan preferiblemente por medio de motores que se puedan activar de forma independiente. Para que el aparato volador gire alrededor de su eje vertical, es decir, para que guine, resulta ventajoso dotar el aparato volador propuesto, de al menos cuatro rotores de sustentacion, de forma similar a la de un cuadricoptero. Los cuatro rotores de sustentacion se pueden activar preferiblemente de manera independiente los unos de los otros. Dado que la posicion o inclinacion del aparato volador ya se puede predeterminar por medio del empuje generado por solo tres rotores de sustentacion, se abre con la prevision de un cuarto rotor de sustentacion adicional la posibilidad de que el aparato volador tambien guine. Por lo tanto, el aparato volador se puede llevar mediante una activacion adecuada de los cuatro rotores de sustentacion a cualquier posicion y direccion de vuelo. Un aparato volador con cuatro o mas rotores de sustentacion se puede maniobrar ademas de forma precisa y agil para que muestre buenas propiedades de flotacion.

Gracias a estos motores activables por separado se pueden controlar de forma independiente un empuje ascensional generado por los rotores de sustentacion, por una parte, y una propulsion generada por el accionamiento lineal, por otra parte. En especial se puede controlar una rodadura o un guinado del aparato volador a provocar por los rotores de sustentacion con independencia de la propulsion lineal a provocar por el accionamiento lineal. Los rotores de sustentacion tambien se pueden activar a una creciente velocidad de crucero debidamente

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para una generacion de fuerza ascensional menor, a fin de poder tener en cuenta la fuerza dinamica generada por el ala de la estructura de alas.

Con preferencia, cada uno de los rotores de sustentacion es accionado por un motor electrico. Los motores electricos se pueden controlar, en lo que se refiere a su numero de revoluciones, de manera precisa y rapida, de modo que la fuerza ascensional generada por un rotor de sustentacion se pueda cambiar con rapidez y exactitud para iniciar o controlar determinados movimientos de vuelo del aparato volador. Especialmente en un aparato volador similar a un multicoptero el control preciso y rapido de las fuerzas de empuje vertical generadas por los distintos rotores de sustentacion puede ser importante para caracteristicas de vuelo seguras, estables y, en su caso, facilmente maniobrables.

El accionamiento lineal se impulsa preferiblemente por medio de un motor de combustion, o el motor de combustion se acopla a un generador para el suministro de energia electrica a los motores electricos de los rotores de sustentacion.

En un aparato volador provisto de una especie de accionamiento hibrido como este, la fuerza de empuje que actua en direccion horizontal puede ser generada por el motor de combustion del accionamiento lineal. El motor de combustion se puede realizar en forma de motor de piston o de motor de reaccion o similar. El aparato volador puede llevar una cantidad suficiente de combustible para un motor de combustion de este tipo, por lo que el accionamiento lineal se puede mantener durante espacios de tiempo prolongados y el aparato volador puede volar durante largo tiempo a una velocidad de crucero, por ejemplo, para alcanzar un destino alejado. Sin embargo, al contrario del accionamiento lineal, los rotores de sustentacion se impulsan preferiblemente con ayuda de motores electricos, para poder aprovechar su maniobrabilidad mas sencilla y precisa en comparacion con un motor de combustion durante un vuelo estacionario o durante el despegue y el aterrizaje. La energia electrica para estos motores electricos la puede proporcionar un generador acoplado al motor de combustion, siendo posible que el generador suministre la energia electrica directamente a los motores electricos o que la misma se almacene en primer lugar en un acumulador de energia electrica, por ejemplo, en una bateria, y que los motores electricos la demanden en caso de necesidad. El accionamiento lineal puede ser activado directa o indirectamente, de forma mecanica, por el generador.

Alternativamente, el accionamiento lineal es activado por un motor electrico, y la energia electrica para el funcionamiento de los motores electricos es proporcionada por una bateria o un generador. La bateria o un acumulador se pueden cargar, por ejemplo, por medio de celulas solares dispuestas en las alas y/o en el fuselaje. El generador puede ser accionado, por ejemplo, por medio de un motor de combustion y proporcionar energia electrica para el accionamiento de los motores electricos. Alternativamente tambien se puede emplear cualquier otro tipo de generador capaz de proporcionar energia electrica para el funcionamiento de los motores electricos.

En los dibujos las referencias en general iguales se refieren en todas las figuras a las mismas piezas. Los dibujos no se han realizado necesariamente a escala; sin embargo, se da generalmente gran importancia a la ilustracion de los principios de la invencion. En la siguiente descripcion se describen diferentes formas de realizacion de la invencion con referencia a los siguientes dibujos, que muestran en la:

Figura 1 una forma de realizacion del aparato volador;

Figura 2 otra forma de realizacion del aparato volador;

Figura 3 una vista lateral del aparato volador de la forma de realizacion de la figura 2;

Figura 4 una vista frontal del aparato volador de la forma de realizacion de la figura 2;

Figura 5 una representacion en seccion del pilon con helice en una posicion no retenida, y Figura 6 una representacion en seccion del pilon con helice en una posicion retenida.

La siguiente descripcion detallada se refiere a los dibujos adjuntos que muestran, con fines explicativos, detalles especificos y formas de realizacion en las que la invencion se puede poner en practica.

El termino de “a modo de ejemplo” se emplea aqui con el significado de “sirviendo de ejemplo, caso o ilustracion”. Cada forma de realizacion o configuracion descrita aqui “a modo de ejemplo” no ha de entenderse necesariamente como preferida o ventajosa frente a otras formas de realizacion o configuraciones.

En la siguiente descripcion detallada se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte de la misma y en los que se muestran, con fines ilustrativos, formas de realizacion especificas en las que se pueden llevar a cabo la invencion. En este sentido se emplea terminologia direccional como, por ejemplo, “arriba”, “abajo”, “delante”, “detras”, etc. con referencia a la orientacion de la(s) figura(s) descrita(s). Dado que los componentes de las formas de realizacion se pueden posicionar en un numero de orientaciones diferentes, la terminologia direccional sirve para la ilustracion y no tiene, en ningun caso, caracter restrictivo. Se entiende que se pueden utilizar otras formas de realizacion o introducir cambios estructurales o logicos, sin desviarse del alcance de la proteccion de la presente invencion. Se entiende que las caracteristicas de las distintas formas de realizacion descritas aqui a modo de ejemplo se pueden combinar entre si, a no ser que se indique especificamente lo contrario. La siguiente descripcion detallada no debe entenderse, por lo tanto, en el sentido restrictivo, definiendo las reivindicaciones adjuntadas el alcance de la proteccion de la presente invencion.

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En el marco de esta descripcion se emplean los terminos de “unido”, “conectado” asi como “acoplado” para la descripcion de una union tanto directa como indirecta, una conexion directa o indirecta, asi como de un acoplamiento directo o indirecto. En las figuras los elementos identicos o similares estan provistos de referencias identicas, siempre que resulte conveniente.

La figura 1 muestra una forma de realizacion segun la invencion del aparato volador 1. El aparato volador 1 presenta una estructura de soporte 2. La estructura de soporte 2 comprende un fuselaje central 3 y dos pilones 4 dispuestos respectivamente a distancia al lado del fuselaje 3. El aparato volador 1 presenta ademas una estructura de alas 5 compuesta en la forma de realizacion representada del aparato volador 1 de un ala principal 51 y de un estabilizador de elevacion 52. El aparato volador 1 presenta en la forma de realizacion representada rotores de sustentacion 6 y un accionamiento lineal 7. Cada uno de los rotores de sustentacion 6 se fija en la estructura de soporte 2 del aparato volador 1. Los rotores de sustentacion 6 presentan respectivamente una helice 61 con dos palas de helice 62. Los rotores de sustentacion 6 se disenan para generar mediante la rotacion de la helice 61 una fuerza ascensional que actua en direccion vertical para el aparato volador 1. El accionamiento lineal 7 del aparato volador 1 se disena para generar una fuerza de empuje que actua en direccion horizontal sobre la estructura de soporte 2. Los pilones 4 del aparato volador 1 presentan respectivamente dos rotores de sustentacion 6, disenandose los rotores de sustentacion 6 para parar las respectivas palas de helice 62 del rotor de sustentacion 6 en una posicion en relacion con los pilones 4. Las palas de helice 62 de los rotores de sustentacion 6 no sobresalen de las dimensiones exteriores de los pilones 4 en la posicion de retencion. La representacion de las helices 61 en las posiciones de retencion y sin retencion se ilustra en detalle en las figuras 5 y 6.

En la forma de realizacion representada en la figura 1 las palas de rotor 62 se representan en la posicion retenida en la posicion correspondiente a la posicion retenida. El circulo descrito por las palas de rotor 62 se indica en la figura 1 como circulo. Se puede ver que la distancia de los pilones 4 respecto al fuselaje central 3 del aparato volador 1 corresponde al menos al radio del circulo, es decir, a la longitud de la pala de rotor 62.

La figura 2 muestra otra forma de realizacion del aparato volador 1. El aparato volador 1 representado en la figura 2 se diferencia del aparato volador 1 representado en la figura 1, entre otros aspectos, por el hecho de que el aparato volador 1 de la figura 2 presenta dos accionamientos lineales 7 dispuestos por el lado frontal de los pilones 4. La estructura del aparato volador 1 de la figura 2 corresponde ademas en gran medida a la del aparato volador 1 de la figura 1. El aparato volador 1 presenta una estructura de soporte 2 que presenta un fuselaje central 3 y dos pilones 4 dispuestos respectivamente a distancia al lado del fuselaje 3. El aparato volador 1 presenta ademas una estructura de alas 5 que en la forma de realizacion representada del aparato volador 1 se compone de un ala principal 51 y de un estabilizador de elevacion 52. El aparato volador 1 presenta en la forma de realizacion representada cuatro rotores de sustentacion 6 y dos accionamientos lineales 7. Cada uno de los rotores de sustentacion 6 se fija en la estructura de soporte 2 del aparato volador 1. Los rotores de sustentacion 6 presentan respectivamente una helice 61 con dos palas de helice 62. Los pilones 4 del aparato volador 1 presentan respectivamente dos rotores de sustentacion 6.

La figura 3 muestra una vista lateral del aparato volador de la forma de realizacion de la figura 2. En el aparato volador 1 representado en la figura 3 los rotores de sustentacion 6 se muestran en la posicion retenida. El orificio 41 del pilon 4 del rotor de sustentacion 6, que en direccion de vuelo es el anterior, se cierra por medio de un dispositivo de cierre 42, por ejemplo, una tapa de cierre. El orificio 41 del rotor de sustentacion 6, que en direccion de vuelo es el posterior, esta abierto. Las palas de helice 62 de los rotores de sustentacion 6 se disponen en la posicion retenida dentro de los pilones 4 y no sobresalen de las dimensiones de los pilones 4. Mediante una disposicion de las palas de helice 62, en la posicion retenida, dentro de los pilones 4, se reduce la resistencia al aire de las palas de helice 62. Por medio del dispositivo de cierre 42 la resistencia al aire se puede reducir todavia mas, para lo que el dispositivo de cierre 42 cierra el pilon 4 de forma aerodinamicamente optima hacia fuera. Como consecuencia del dispositivo de cierre 42 los pilones 4 presentan, con los rotores de sustentacion 6 parados, una forma aerodinamicamente optima. El dispositivo de cierre 42 puede ser de una o varias piezas. Con el orificio 41 abierto, el dispositivo de cierre 42 se puede disponer total o parcialmente dentro de los pilones 4 o total o parcialmente fuera de los pilones 4. Una forma de realizacion del dispositivo de cierre 42 se muestra en detalle en las figuras 5 y 6.

La figura 4 muestra una vista frontal de la forma de realizacion del aparato volador 1 de la figura 2. En la forma de realizacion ilustrada en la figura 4 las helices del accionamiento lineal 7 se representan como helices de seis palas. Sin embargo, en caso de necesidad el accionamiento lineal 7 tambien puede tener otra forma.

La figura 5 muestra una representacion en seccion del pilon 4 con helice en una posicion no retenida. Las palas de helice 62 de la helice se encuentran en la forma de realizacion ilustrada en la figura 5 en la posicion no retenida, es decir, durante el funcionamiento de sustentacion normal. El pilon 4 presenta en la forma mostrada un orificio 41 a ambos lados del pilon 4. La helice puede girar libremente en el orificio 41 del pilon 4. El dispositivo de cierre 42 para el cierre de los orificios 41 se adapta, en la forma de realizacion representada, al contorno exterior del pilon 4 y presenta en su perfil la forma de concha curvada. El dispositivo de cierre 42 se compone en la forma de realizacion representada de segmentos de concha de una sola pieza. El dispositivo de cierre 42 puede tener practicamente cualquier forma y estructurarse por cada lado de orificio en una o varias piezas. En la forma de realizacion ilustrada el dispositivo de cierre 42 se dispone en estado abierto por la cara exterior del pilon 4. Sin embargo, en una forma de realizacion alternativa no representada, el dispositivo de cierre 42 tambien se puede disponer en estado abierto total o parcialmente dentro del pilon 4.

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La figura 6 muestra una representacion en seccion del pilon 4 con helice en posicion retenida. Las palas de helice 62 de la helice se disponen en la forma de realizacion mostrada en la figura 6 en la posicion retenida. Las palas de helice 62 se disponen en la posicion retenida en direccion longitudinal del pilon 4. En la posicion retenida, las palas de helice 62 de la helice no sobresalen de las dimensiones exteriores del pilon 4. Los orificios 41, en los que la helice puede girar en estado de funcionamiento, se pueden cerrar en posicion retenida de las palas de helice 62, por medio del dispositivo de cierre 42. Las conchas segmentadas del dispositivo de cierre 42 se disponen en la forma de realizacion representada en la figura 6, por encima de los orificios 41. El dispositivo de cierre 42 cierra los orificios 41 frente al exterior y crea en lo posible, junto con la forma exterior del pilon 4, una forma exterior aerodinamicamente optima. En la forma de realizacion ilustrada el dispositivo de cierre 42 sobresale de los orificios 41 por el borde superior y por el borde inferior del orificio. Alternativamente el dispositivo de cierre 42 tambien puede cerrar el orificio 41 a ras, con lo que no presenta un solapamiento, o solo un solapamiento minimo, con los cantos del orificio 41 por la cara interior y/o la cara exterior del pilon 4. En la forma de realizacion representada en las figuras 5 y 6 el pilon 4 presenta en seccion una forma practicamente circular. No obstante, el pilon 4 puede tener practicamente cualquier forma aerodinamicamente apropiada y capaz de recibir las palas de helice de los rotores de sustentacion en la posicion retenida, preferiblemente por completo.

A pesar de haber mostrado y descrito la invencion sobre todo con referencia a determinadas formas de realizacion, conviene que las personas familiarizadas con este sector especial entiendan que se pueden introducir numerosos cambios en relacion con la configuracion y los detalles, sin abandonar la esencia y el campo de la invencion definidos por las reivindicaciones que se acompanas. Por consiguiente, las reivindicaciones adjuntas determinan el alcance de la invencion, por lo que se pretende que esten comprendidos todos los cambios correspondientes al sentido literal o al ambito equivalente de las reivindicaciones.

Lista de referencias

1 Aparato volador

2 Estructura de soporte

3 Fuselaje

4 Pilon

41 Orificio

42 Dispositivo de cierre

5 Estructura de alas

51 Ala principal

52 Estabilizador de elevacion

6 Rotor de sustentacion

61 Helice

62 Palas de helice

7 Accionamiento lineal

FV Fuerza ascensional

FH Fuerza de empuje

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Aparato volador (1) que comprende:

una estructura de soporte (2), presentando la estructura de soporte (2) al menos un fuselaje central (3) y dos pilones (4) dispuestos respectivamente a distancia al lado del fuselaje (3);

una estructura de alas (5);

al menos cuatro rotores de sustentacion (6);

al menos un accionamiento lineal (7);

fijandose cada uno de los rotores de sustentacion (6) en la estructura de soporte (2), presentando los mismos una helice (61) con dos palas de helice (62) y disenandose los rotores de sustentacion para generar, mediante la rotacion de la helice (61), una fuerza ascensional (FV) que actua en direccion vertical para el aparato volador (1);

disenandose el accionamiento lineal (7) para generar una fuerza de empuje (FH) que actua en direccion horizontal sobre la estructura de soporte (2);

presentando los pilones (4) respectivamente al menos dos rotores de sustentacion (6);

disenandose los rotores de sustentacion (6) para retener las respectivas palas de helice (62) de un rotor de sustentacion (6) en una posicion en relacion con los pilones (4); y no sobresaliendo las palas de helice (62) de un rotor de sustentacion (6) en la posicion retenida de las dimensiones exteriores de los pilones (4);

disponiendose las helices (61) de los rotores de sustentacion (6) en los pilones (4) de manera que queden cubiertas por al menos dos lados opuestos del pilon (4).
2. Aparato volador segun una de las reivindicaciones anteriores, presentando los pilones (4), en direccion transversal respecto a la direccion de extension de los pilones (4), orificios abiertos por ambos lados (41) en los que se integran las helices (61) de los rotores de sustentacion (6).
3. Aparato volador segun la reivindicacion 2, formando los orificios (41), en direccion transversal respecto a la direccion de extension de los pilones (4), un orificio continuo (41) a traves del pilon (4).
4. Aparato volador segun una de las reivindicaciones 2 o 3, existiendo para cada una de las helices (61) de los rotores de sustentacion (6) un orificio (41) en los pilones (4).
5. Aparato volador segun una de las reivindicaciones 3 a 4, presentando los pilones (4) al menos un dispositivo de cierre (42) que cierra los orificios (41) lateralmente en la posicion retenida de las palas de helice (62).
6. Aparato volador segun la reivindicacion 5, consistiendo el dispositivo de cierre (42) en uno o varios segmentos.
7. Aparato volador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, fijandose la estructura de alas (5) en la estructura de soporte (2) y disenandose la estructura de alas (5) para generar en un movimiento horizontal del aparato volador (1) una fuerza ascensional para el aparato volador (1), para lo que presenta al menos un ala (51) dotada de un perfil que genera un empuje vertical dinamico.
8. Aparato volador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, uniendose los pilones (4) a traves de al menos una estructura de alas (5) al fuselaje central (3).
9. Aparato volador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, configurandose los rotores de sustentacion (6) de manera que un plano de rotacion, en el que giran las palas de helice (62) de un rotor de sustentacion (6), sea fijo en relacion con un eje de rotor accionado por un motor del rotor de sustentacion (6).
10. Aparato volador segun la reivindicacion 9, uniendose las palas de helice (62) del rotor de sustentacion (6) de forma rigida al eje de rotor.
11. Aparato volador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, uniendose las palas de helice del accionamiento lineal (7) de forma giratoria a su eje de rotor de manera que se pueda variar el paso de las palas de helice.
12. Aparato volador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, accionandose los rotores de sustentacion (6) y el accionamiento lineal (7) por medio de motores que se activan con independencia los unos de los otros.
13. Aparato volador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, accionandose cada uno de los rotores de sustentacion (6) por medio de un motor electrico.
14. Aparato volador segun la reivindicacion 13, accionandose el accionamiento lineal (7) por medio de un motor de combustion y acoplandose el motor de combustion a un generador para el suministro de energfa electrica a los motores electricos de los rotores de sustentacion (6), o accionandose el accionamiento lineal (7) por medio de un 5 motor electrico y proporcionandose la energfa electrica para el funcionamiento de los motores electricos a traves de una baterfa o de un generador.