ES2828029T3

ES2828029T3 - Aviones para la producción de energía sin transmisión de energía eléctrica entre tierra y avión

Info

Publication number: ES2828029T3
Application number: ES16787731T
Authority: ES
Inventors: Olav Aleksander Bu
Original assignee: Kitemill AS
Current assignee: Kitemill AS
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2021-05-25
Anticipated expiration: 2036-08-12
Also published as: WO2017029231A1; DK3334928T3; EP3334928B1; EP3334928A1

Abstract

Un sistema de avión amarrado para producir energía eléctrica, que comprende: - un generador eléctrico posicionado en tierra (1), - un avión (3) que comprende - una o más hélices activables (6) cada una conectada a un motor-generador (7), - un almacenamiento de energía eléctrica de a bordo (8) conectado al o a los motores-generadores (7), - superficies de control móviles (4) conectadas a las alas del avión (3) para cambiar el coeficiente de sustentación y/o el coeficiente de resistencia del avión (3), ya sea local o globalmente para el avión, - una correa (2) amarrada en un extremo al avión (3) y distal al mismo conectada a dicho generador (1), de modo que un tirón en la correa da como resultado una rotación del rotor del generador, donde la correa está eléctricamente aislada del almacenamiento de energía eléctrica (8) y del circuito de potencia del motor-generador (7), en el que el sistema está adaptado para activar una o más, como todas, dichas hélices activables (6) al menos a tiempo parcial durante el enrollado para producir energía eléctrica.

Description

DESCRIPCIÓN

Aviones para la producción de energía sin transmisión de energía eléctrica entre tierra y avión

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un avión amarrado que incluye cometas rígidas utilizadas para la producción de energía o propulsión que tiene un generador en tierra sin transmisión eléctrica entre tierra y avión. La presente invención se refiere, inter alia, a un avión amarrado utilizado para la generación de energía en un generador con base en tierra sin transmisión eléctrica entre tierra y avión. El avión se utiliza normalmente en modo de despegue y aterrizaje vertical. El campo de la invención puede abreviarse como avión sin transmisión de energía eléctrica a tierra (y preferiblemente también sin transmisión de energía desde tierra a avión) y para despegue y aterrizaje verticales. Antecedentes de la invención

Se han sugerido aviones amarrados con hélices como maquinaria para producir energía eléctrica. En el avión amarrado sugerido que conocen los inventores, los generadores están dispuestos en el avión y la energía eléctrica producida se transmite a tierra durante el vuelo a través de una correa conductora eléctrica. Se da un ejemplo en el documento WO 2010/148373 A1.

Si bien esto ha demostrado ser una solución viable para producir energía eléctrica a partir del viento, los inventores se han dado cuenta de que, al ampliar tales aviones amarrados con un generador a bordo y la transmisión de energía eléctrica a tierra, la correa conductora eléctrica se vuelve bastante pesada y costosa. Se ha sugerido producir la correa conductora eléctrica a partir de materiales más ligeros que el cobre, como el aluminio. Sin embargo, todavía la masa de la correa se vuelve alta y un aumento adicional puede resultar en que la sustentación producida solo sea suficiente para transportar la masa de la correa y el avión. El resultado final parece ser que la eficiencia para producir energía eléctrica disminuye con el aumento del tamaño del avión amarrado y la longitud de la cuerda.

Esta reducción de la eficacia podría resolverse aumentando la producción de energía al incrementar el número de aviones en lugar de escalar dimensionalmente los aviones amarrados. Sin embargo, una característica de un avión amarrado con correa de conducción eléctrica es que los patrones de vuelo incluyen un movimiento circular a una longitud constante de la cuerda, el área barrida por dicho avión amarrado tiene forma de cono con la punta del cono en la posición donde la cuerda se fija a una posición en el suelo. Esto significa que el número de aviones de sujeción que se pueden instalar en una ubicación determinada es limitado para evitar colisiones en el aire entre los aviones. Por tanto, los inventores se han dado cuenta de que un avión amarrado mejorado sería ventajoso y, en particular, sería ventajoso un avión amarrado más eficiente y/o fiable.

Objeto de la invención

Un objeto de la presente invención consiste en proporcionar una alternativa a la técnica anterior.

En particular, puede verse como un objeto adicional de la presente invención proporcionar un avión amarrado que resuelva los problemas mencionados con anterioridad de la técnica anterior.

Sumario de la invención

Por lo tanto, el objeto descrito anteriormente y varios otros objetos están destinados a obtenerse en un primer aspecto de la invención al proporcionar un sistema de avión amarrado para producir energía eléctrica, que preferiblemente comprende:

- un generador eléctrico posicionado en tierra,

- un avión que comprende

- una o más hélices activables cada una conectada a un motor-generador,

- un almacenamiento de energía eléctrica de a bordo conectado al o a los motores-generadores,

- superficies de control móviles conectadas a las alas del avión para cambiar el coeficiente de sustentación y/o el coeficiente de resistencia del avión, ya sea local o globalmente para el avión,

- una correa amarrada en un extremo al avión y distal al mismo conectada a dicho generador, de modo que un tirón en la correa da como resultado una rotación del rotor del generador, donde la correa está eléctricamente aislada del almacenamiento de energía eléctrica y del circuito de potencia del motor-generador.

Preferiblemente, el sistema puede estar adaptado para activar una o más, como todas, dichas hélices activables al menos a tiempo parcial durante el enrollado para producir energía eléctrica. De ese modo, el almacenamiento de energía eléctrica puede cargarse durante el enrollado.

Preferiblemente, el sistema puede estar adaptado para activar una o más, como todas, dichas hélices activables al menos a tiempo parcial solo durante el enrollado para producir energía eléctrica.

Preferiblemente y como se presenta en el presente documento, la activación de las hélices activables para producir energía eléctrica es producir energía eléctrica para cargar las baterías a bordo y/o para alimentar los dispositivos electrónicos a bordo. La producción eléctrica principal del sistema es producida preferiblemente por el generador eléctrico con base en tierra.

En el presente contexto, los términos se utilizan de una manera ordinaria para el experto en la técnica. Sin embargo, algunos de los términos utilizados se detallan a continuación:

Eléctricamente aislado se usa preferiblemente para significar que se evita que fluya una corriente desde los elementos que están aislados entre sí. Tal aislamiento eléctrico es bien conocido por los expertos en la técnica y se realiza preferiblemente de tal manera que no se produzca ningún flujo de corriente cuando el potencial de voltaje sea inferior a 10 kilovoltios, tal como por debajo de 1 kilovoltio.

Sin transmisión de energía eléctrica se usa preferiblemente para significar que, si bien el avión puede estar conectado eléctricamente a una posición en tierra, dicha conexión eléctrica se usa con fines de control, como para transmitir señales eléctricas y el excedente de energía eléctrica producida a bordo del avión se almacena en depósitos de energía eléctrica a bordo, tales como baterías.

El desenrollado se usa preferiblemente para revelar la acción producida por el avión cuando se aleja de una posición de base en tierra mientras está conectado por una línea a la posición de base en tierra.

El enrollado se usa preferiblemente para revelar la acción producida por el avión cuando se mueve hacia una posición de base en tierra mientras aún está conectado por una línea a la posición de base en tierra.

Tierra se utiliza para significar una posición distal al final de la línea que conecta el avión.

Ángulo de ataque se utiliza para significar el ángulo entre la línea de cuerda del ala del avión y el vector que representa el movimiento relativo entre el avión y la atmósfera. Dado que un ala puede tener torsión, es posible que no se pueda definir una línea de cuerda de toda el ala, por lo que simplemente se define una línea de referencia alternativa. A menudo, la línea de cuerda de la raíz del ala se elige como línea de referencia. Otra opción es utilizar una línea horizontal en el fuselaje como línea de referencia (y también como eje longitudinal).

Hélice se usa para indicar un mecanismo que tiene un conjunto de (una o más) palas en forma aerodinámica que pueden usarse como hélice para proporcionar empuje o como turbina eólica para extraer energía del viento.

Almacenamiento de energía eléctrica se utiliza ampliamente para designar un dispositivo capaz de almacenar electricidad e incluye baterías y condensadores.

Avión amarrado se utiliza para referirse a un avión que está amarrado a una posición en el suelo mediante el uso de un amarre en forma de línea flexible, como una cuerda, soga o similar, típicamente hecha de polietileno, kevlar y/o carbono. Si bien la línea flexible puede estar hecha o puede incluir un material conductor eléctrico, tal como un alambre hecho de metal, la correa está eléctricamente aislada del motor-generador así como del almacenamiento de energía eléctrica del avión. En caso de uso de tales cuerdas conductoras eléctricas, la cuerda puede usarse para la transmisión de señales de baja corriente eléctrica, tales como señales de control y señales producidas por transductores en el avión. Se observa además que, durante el uso, la correa puede absorber sustancias conductoras tales como agua, sal, etc. Sin embargo, este no es un efecto conductor en el que se confía en relación con la presente invención y a menudo se pretende evitarlo, por ejemplo, para evitar la influencia de una atmósfera con alta carga estática. Preferiblemente, el avión está amarrado a una posición en el suelo mediante una sola correa. Como se presenta en el presente documento, la cuerda puede acercarse al perfil aerodinámico, como entre 1 y 10 metros del avión, bifurcarse o dividirse en varias líneas separadas, cada una en los extremos distales a la bifurcación o posición de división conectadas en diferentes posiciones del avión.

Motor-generador se usa para indicar una maquinaria eléctrica que funciona como un motor eléctrico cuando se alimenta con energía eléctrica, y que funciona como un generador eléctrico que produce energía eléctrica cuando se alimenta con energía mecánica. Dicho motor-generador tiene un rotor y un estator.

Circuito de potencia del motor-generador se usa preferiblemente para referirse a las partes y/o elementos del motor-generador que generan energía eléctrica mediante una rotación de par en el rotor del motor-generador o que consumen energía eléctrica para producir un par en el rotor del motor-generador.

La cometa rígida se utiliza preferentemente para referirse a un dispositivo aerodinámico que produce sustentación cuando se expone a los vientos y que, a diferencia de las cometas blandas, donde la forma de la cometa está definida por uno o más elementos inflables de aire y las conexiones entre la correa y la cometa, tiene una forma general definida por elementos estáticos tales como vigas que se extienden longitudinal y/o transversalmente a la cometa. Superficies de control móviles se usan preferiblemente para significar elementos tales como alerones, timones y similares, y para significar elementos que son conectados, por ejemplo, en forma articulada y forman parte, por ejemplo, de un ala del avión.

Preferiblemente, el rotor del generador eléctrico posicionado en el suelo puede estar adaptado para enrollar la correa durante el enrollado del avión.

En realizaciones preferidas, el sistema se puede adaptar preferiblemente para detectar el enrollado detectando, tal como observando, la dirección en la que se mueve la correa. De modo alternativo, o en combinación con él, el sistema se puede adaptar preferiblemente para detectar el enrollado determinando la dirección de rotación de un cabrestante en el que la correa está conectada a tierra. De modo alternativo o en combinación con lo anterior, el sistema puede adaptarse preferiblemente para detectar el enrollado midiendo, preferiblemente en el avión, la tensión en la correa. De modo alternativo o en combinación con lo anterior, el sistema se puede adaptar preferiblemente para detectar el enrollado mediante el sistema que comprende un medidor de altitud, preferiblemente dispuesto a bordo del avión, configurado para detectar o indicar el enrollado como una altitud decreciente. De modo alternativo o en combinación con lo anterior, el sistema se puede adaptar preferiblemente para detectar el enrollado analizando la energía eléctrica producida, si la hay, por el generador eléctrico posicionado en el suelo y detectando el enrollado por una producción de energía eléctrica negativa. De modo alternativo, o en combinación con lo anterior, el sistema se puede adaptar preferiblemente para detectar el enrollado midiendo la velocidad de la cuerda y detectando el enrollado cuando la velocidad de la cuerda es preferiblemente al menos 2 veces, tal como al menos 3 veces, preferiblemente al menos 4 veces e incluso 5 veces mayor que una velocidad de desenrollado típica, como 1/3 de la velocidad del viento.

Preferiblemente, una o más, como todas dichas hélices activables, pueden estar adaptadas para activarse durante el enrollado para producir energía eléctrica solo si la velocidad del viento, preferiblemente la velocidad relativa del viento, está por encima de cierto límite.

Preferiblemente, el avión puede comprender, además, un anemómetro o tubo de pitot dispuesto en el avión configurado para determinar la velocidad del viento a la altitud del avión.

Preferiblemente, el sistema se puede adaptar para activar una o más, como todas, las hélices activables para producir energía eléctrica solo durante el enrollado.

Preferiblemente, el sistema puede adaptarse para activar una o más, como todas, las hélices activables para producir energía eléctrica solo a tiempo parcial durante el enrollado, como las activadas para producir energía eléctrica durante el primer 50%, como durante el primer 40%, preferiblemente durante el primer 30% del tiempo durante el cual tiene lugar el enrollado.

Preferiblemente, una o más, como cada una de las hélices pueden activarse selectivamente para impulsar el motor-generador para producir energía eléctrica preferiblemente durante la fase de enrollado.

Preferiblemente, el sistema puede estar adaptado para almacenar energía eléctrica producida por el motor-generador en el almacenamiento de energía eléctrica si la velocidad del viento es suficiente para proporcionar desenrollado y/o enrollado sin necesidad de que las hélices agreguen sustentación, por las hélices que generan empuje, al avión. Preferiblemente, una o más, como cada una de las hélices pueden adaptarse para ser activadas para producir empuje al suministrar energía eléctrica al motor-generador del almacenamiento de energía eléctrica si la velocidad del viento es insuficiente para permitir que el avión se deslice por su propio movimiento hacia el generador con base en tierra durante el enrollado.

Preferiblemente, una o más, como cada una de las hélices pueden adaptarse para ser activadas para producir empuje al suministrar energía eléctrica al motor-generador del almacenamiento de energía eléctrica si la velocidad del viento es insuficiente para permitir que el avión se deslice por su propio movimiento lejos del generador con base en tierra durante el desenrollado.

Preferiblemente una o más, como cada una de las hélices, pueden estar adaptadas para ser activadas al estar conectadas al motor-generador mediante un embrague entre las hélices y el motor-generador, siendo dicho embrague controlable entre acoplamiento y desacoplamiento.

Preferiblemente, una o más, como cada una de las hélices pueden adaptarse para ser activadas conectando el motor-generador al almacenamiento de energía eléctrica mediante un interruptor que conecta y desconecta eléctricamente el motor-generador con el almacenamiento de energía eléctrica.

Preferiblemente, una o más, como cada una de las hélices pueden ser activadas por cada una de las palas de la hélice montada en su raíz controlable y giratoria a lo largo de la dirección transversal de cada pala, de modo que el ángulo de guiñada de cada pala pueda ser controlado.

Preferiblemente, una o más, como cada una de las hélices pueden ser activadas por cada una de las palas de las hélices montadas en la raíz controlable y rotatoria a lo largo de un eje paralelo a la cuerda de la pala en la raíz, de modo que el ángulo de cabeceo pueda ser controlado.

Preferiblemente, una o más, como cada una de las hélices (6) pueden ser activables al ser retráctiles desde un manguito en el que están ubicadas las palas.

Preferiblemente, el avión puede comprender una unidad de control, donde dicha unidad de control preferiblemente - está conectada y adaptada para controlar la superficie de control en respuesta a una señal de control transmitida por la unidad de control, y

- comprende preferiblemente un sistema de posicionamiento para determinar datos de posición tales como la altitud, el ángulo de guiñada, el ángulo de paso y el ángulo de cabeceo del avión.

Preferiblemente, la unidad de control puede tener un patrón de vuelo predeterminado almacenado, típicamente en términos de coordenadas de posición espacial, y controla las superficies de control para obtener el patrón de vuelo predeterminado.

Preferiblemente, el avión puede comprender un transceptor para la comunicación con un transceptor con base en tierra, donde el transceptor del avión preferiblemente está adaptado para transmitir datos de posición obtenidos por el sistema de posicionamiento al transceptor con base en tierra y recibir la señal de control desde el transceptor con base en tierra.

Preferiblemente, el transceptor de base terrestre y el transceptor del avión pueden ser inalámbricos.

En un segundo aspecto, la invención se refiere a un método para producir energía eléctrica, el método utiliza un sistema de avión amarrada, preferiblemente según el primer aspecto de la invención, y el método comprende, cuando el avión está en el aire:

- controlar el coeficiente de sustentación del avión mediante el movimiento de las superficies de control y/o activar una o más de las hélices activables de modo que se produzca un tirón en la correa suficiente para hacer girar el rotor del generador eléctrico posicionado en el suelo dando como resultado un desenrollado del avión,

- controlar el coeficiente de sustentación y/o el coeficiente de calado del avión, ya sea local o globalmente mediante el movimiento de las superficies de control y/o activar una o más de las hélices activables, de modo que el avión realice movimientos de planeo hacia el generador eléctrico posicionado en el suelo que resulte en un enrollado del avión.

El método puede comprender, además, preferiblemente activar una o más, como todas, dichas hélices activables al menos a tiempo parcial durante un enrollado para producir energía eléctrica. De ese modo, el almacenamiento de energía eléctrica puede cargarse durante el enrollado. Cabe señalar que, si bien el método puede incluir la activación de las hélices para producir energía eléctrica al menos a tiempo parcial durante cada enrollado, el método también incluye escenarios en los que la activación para producir energía eléctrica no se activa durante el enrollado. Esto se debe típicamente a que el desenrollado y el enrollado se repiten varias veces y si, por ejemplo, el almacenamiento de energía eléctrica está completamente cargado, la activación para producir energía eléctrica no es necesaria y, por lo tanto, preferiblemente no se lanza.

En algunas realizaciones preferidas del método, el método comprende activar una o más, como todas, dichas hélices activables al menos a tiempo parcial solo durante el enrollado para producir energía eléctrica.

El método puede comprender, además, preferiblemente, detectar el enrollado detectando, tal como observando, la dirección en la que se mueve la correa. De modo alternativo o en combinación con ellos, el método puede comprender, además, preferiblemente, detectar el enrollado determinando la dirección de rotación de un cabrestante en el que la correa está conectada a tierra. De modo alternativo o en combinación con lo anterior, el método puede comprender, además, preferiblemente detectar el enrollado midiendo, preferiblemente en el avión, la tensión en la correa. De modo alternativo o en combinación con lo anterior, el método puede comprender, además, preferiblemente, detectar el enrollado mediante el uso de un medidor de altitud, preferiblemente dispuesto a bordo del avión, configurado para detectar o indicar el enrollado como una altitud decreciente. De modo alternativo o en combinación con lo anterior, el método puede comprender, además, preferiblemente detectar el enrollado analizando la energía eléctrica producida, si la hay, por el generador eléctrico posicionado en el suelo y detectando el enrollado por una producción de energía eléctrica negativa. De modo alternativo o en combinación con lo anterior, el método puede comprender además, preferiblemente, detectar el enrollado midiendo la velocidad de la cuerda, y preferiblemente detectar el enrollado cuando la velocidad de la cuerda es preferiblemente al menos 2 veces, tal como al menos 3 veces, preferiblemente al por lo menos 4 veces e incluso 5 veces más alta que una velocidad de desenrollado típica, como 1/3 de la velocidad del viento.

Preferiblemente, todas dichas hélices activables se activan durante el enrollado para producir energía eléctrica solo si la velocidad del viento, preferiblemente la velocidad relativa del viento, está por encima de cierto límite.

Preferiblemente, el método puede comprender determinar la velocidad del viento a la altitud del avión, preferiblemente mediante el uso de un anemómetro o tubo de pitot dispuesto en el avión.

Preferiblemente, una o más, como todas, las hélices activables pueden activarse para producir energía eléctrica solo durante el desenrollado.

Preferiblemente, una o más, como todas, las hélices activables pueden activarse para producir energía eléctrica solo a tiempo parcial durante el enrollado, como activarse para producir energía eléctrica durante el primer 50%, como durante el primer 40%, preferiblemente durante el primer 30% del tiempo durante el cual tiene lugar el enrollado. Preferiblemente, el control del coeficiente de sustentación durante el desenrollado se puede llevar a cabo para posicionar el avión en un ángulo de ataque entre 0 y 25 grados.

Preferiblemente, la energía eléctrica producida por el motor-generador puede almacenarse en el almacenamiento de energía eléctrica, preferiblemente si la velocidad del viento es suficiente para proporcionar el desenrollado y/o el enrollado sin necesidad de que las hélices agreguen sustentación, por las hélices que generan empuje, al avión. Preferiblemente, una o más, como cada una, de las una o más hélices pueden activarse para producir empuje al suministrar al motor-generador energía eléctrica del almacenamiento de energía eléctrica, preferiblemente si la velocidad del viento es insuficiente para permitir el avión planee por su propio movimiento hacia el generador en tierra durante el enrollado.

Preferiblemente, una o más, como cada una de las una o más hélices pueden activarse para producir empuje al suministrar energía eléctrica al motor-generador del almacenamiento de energía eléctrica, preferiblemente si la velocidad del viento es insuficiente para permitir el avión planee por su propio movimiento alejándose del generador terrestre durante el desenrollado.

Preferiblemente, una o más, como cada una de las una o más hélices pueden activarse conectándose al motor-generador enganchando un embrague entre las hélices y el motor-generador, en donde dicho embrague es controlable entre el acoplamiento y desacoplamiento.

Preferiblemente, una o más, como cada una de las una o más hélices se pueden activar conectando el motor-generador al almacenamiento de energía eléctrica mediante un interruptor que conecta y desconecta eléctricamente el motor-generador con el almacenamiento de energía eléctrica.

Preferiblemente, una o más, como cada una de las una o más hélices pueden ser activadas por cada una de las palas de las hélices montadas en su raíz controlable y giratoria a lo largo de la dirección transversal de cada pala, y estableciendo el ángulo de guiñada de cada pala.

Preferiblemente, una o más, como cada una, de una o más hélices pueden ser activadas por cada una de las palas de las hélices montadas en la raíz controlable y giratoria a lo largo de un eje paralelo a la cuerda de la pala en la raíz y estableciendo la inclinación.

Preferiblemente, una o más, como cada una de las hélices pueden activarse al ser retráctiles desde un manguito en el que están ubicadas las palas.

El primer y segundo aspecto de la presente invención pueden combinarse cada uno con cualquiera de los otros aspectos. Estos y otros aspectos de la invención resultarán evidentes y se aclararán con referencia a las realizaciones descritas a continuación y en las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de las Figuras

La presente invención y las realizaciones preferidas de la misma se describirán ahora con más detalle con referencia a las figuras adjuntas. Las figuras muestran formas de implementar la presente invención y no deben interpretarse como limitantes de otras posibles realizaciones que caen dentro del alcance del pliego de reivindicaciones adjunto.

Fig. 1A y 1B describen esquemáticamente una primera realización de la invención,

Fig. 2 describe esquemáticamente un ciclo de producción de energía según la presente invención,

Fig. 3 muestra esquemáticamente un avión con elementos de deshielo según una realización preferida,

Fig. 4 muestra esquemáticamente un avión con hélices de eje vertical dispuestas en una abertura pasante de las alas, Fig. 5 muestra esquemáticamente un avión con hélices de eje vertical dispuestas en una abertura pasante, la abertura pasante se puede cerrar mediante una cubierta retráctil,

Fig. 6 muestra esquemáticamente otra realización de un avión que tiene dos fuselajes conectados a través del ala principal,

Fig. 7 describe esquemáticamente una realización adicional de la presente invención que tiene una hélice inclinable, Fig. 8 y 9 describen realizaciones adicionales de un avión según la presente invención; en la realización mostrada, el ángulo de inclinación de cada pala de la hélice puede regularse en forma independiente o colectiva; Fig. 9 es una vista en sección transversal a través de una hélice incorporada en el ala,

Fig. 10 describe esquemáticamente una realización de un avión con hélices dispuestas coaxialmente según la presente invención, y

Fig. 11 describe esquemáticamente una fase de recarga según una realización preferida de la invención.

Descripción detallada de realizaciones preferidas de la invención

Se hace referencia a la Fig. 1a y 1b que describen esquemáticamente una primera realización de un sistema de avión amarrado para producir energía eléctrica según la invención. Como se muestra en la Fig. 1a, un avión 3 está conectado a través de una correa 2 a un generador eléctrico 1 posicionado en tierra. Un cabrestante 9 (no mostrado) conecta el generador eléctrico 1 con base en tierra con la correa 2, y cuando el avión 3 está en su posición de tierra (cerca del cabrestante), la correa se enrolla en el cabrestante. Cuando el avión 3 se desenrolla, la tensión proporcionada en la correa 2 (desde la elevación producida por el avión 3) hará girar el cabrestante 9 y, por lo tanto, a través de su conexión al generador eléctrico 1, hará girar el eje del generador 1. El cabrestante 9 se puede desviar hacia la posición en la que la cuerda 2 está enrollada para proporcionar un enrollado ascendente de la cuerda 2 durante el enrollado. De modo alternativo, el enrollado puede ser proporcionado por un motor. Sin embargo, durante el movimiento de enrollado, el eje del generador 1, típicamente, no es girado por la correa.

La Fig. 1b muestra una realización de un avión 3 según la presente invención en tres vistas diferentes: - dibujo superior derecho - visto desde arriba; dibujo superior izquierdo - visto desde un lado; dibujo inferior derecho - visto desde el frente. Como se muestra en la Fig. 1b, el avión 3 comprende hélices 6. Estas hélices 6 están cada una conectadas a un motor-generador y son activables en el sentido de que pueden ponerse en acción como

- turbinas eólicas donde se utilizan para hacer girar el motor-generador para producir energía eléctrica,

- hélices donde la energía eléctrica almacenada a bordo del avión en una batería (no mostrada) se utiliza para impulsar el motor-generador, por el cual las hélices giran y generan empuje,

- ralentí cuando el motor-generador no produce energía o el motor-generador no está alimentado por energía eléctrica.

Dado que las hélices 6 son activables, esto se describe en la Fig. 1a, omitiendo las hélices en esa Figura.

Además, como se describe en la Fig. 1, la correa 2 está conectada a el avión a través de bridas 25 conectadas a la correa 2 en la posición 26 de la Fig. 1. La longitud, el número y la posición reales de conexión con el avión de las bridas 25 pueden variar significativamente en comparación con la Fig. 1 y se seleccionan basándose, por ejemplo, en la capacidad de control del avión 3 por las superficies de control 4, 5 como menos bridas 25 con mayor capacidad de control.

Como se muestra en la Fig. 1b, generalmente se prefiere configurar el avión 3 para que comprenda superficies de control 4 en las alas principales, es decir, las alas que generan la mayor parte de la sustentación del avión 3, y en las alas de cola; estas superficies de control 4 pueden comprender aletas, deflectores, elevadores y/o alerones. Además, se prefiere tener superficies de control en la cola; tales superficies de control pueden comprender un timón.

Fig. 2 ilustra esquemáticamente un ciclo de producción de energía según la presente invención. Se observa que el ciclo descrito típicamente se repite siempre que las condiciones del viento lo permitan y exista una necesidad de producción de electricidad. Sin embargo, tras la repetición, el avión no entrará en su posición en tierra, pero el enrollado normalmente se interrumpirá a cierta altura sobre el suelo, después de que comience el desenrollado.

Como se muestra en la Fig. 2, el avión 3 despega desde su posición en tierra en las proximidades del generador 1 y comienza a volar hacia arriba y corriente abajo del viento. En el escenario descrito en la Fig. 2, el viento es suficientemente fuerte para levantar el avión 3 hacia arriba y hacia abajo. Durante el vuelo hacia arriba y hacia abajo, el avión 3 se coloca en un ángulo de ataque que genera la mayor sustentación sin riesgo de parada. Al final de la fase de desenrollado, el avión se ajusta para proporcionar un vuelo hacia el generador 1. Esto generalmente se hace ajustando el ángulo de ataque a un ángulo de ataque que permite que el avión 3 planee de regreso hacia el generador, operando las superficies de control 4 para proporcionar al avión 3 la sustentación suficiente para planear.

Las superficies de control se establecen en la posición deseada mediante el uso de accionadores (no mostrados). Estos accionadores están conectados a una unidad de control a bordo del avión 3 que se comunica con una unidad de control posicionada en el suelo. La comunicación entre el avión 3 y la unidad de control con base en tierra se proporciona típicamente mediante comunicación por radio indicada en la Fig. 2 por la antena 25. De modo alternativo, la cuerda 2 puede aplicarse con cables de comunicación de datos.

La comunicación entre el avión 3 y la unidad de control con base en tierra es preferiblemente una comunicación bidireccional y la unidad de control a bordo está típicamente equipada con un sistema de navegación (como un sistema basado en GPS) para comunicarse, por ejemplo, posición que incluye altitud, velocidad y otros datos del avión 3 necesarios para controlar el vuelo del avión 3 a la unidad de control posicionada en tierra. Como se describirá con más detalles a continuación, las hélices 6 se pueden activar para producir empuje o energía eléctrica almacenada a bordo y el estado de carga del almacenamiento de energía eléctrica a bordo también se comunica preferiblemente a la unidad de control con base en tierra.

Sin embargo, todos los datos necesarios para controlar el avión 3 pueden generarse a bordo en respuesta a los sensores a bordo, por lo que el avión 3 es capaz de operar de manera autónoma.

Como se indica en la Fig. 2, el vuelo de retroceso puede ser asistido ventajosamente activando las hélices para evitar que el avión caiga demasiado rápido, lo que, de otro modo, podría significar que el avión 3 no volvería al generador sino que estaría en una posición en el suelo alejada del generador 1.

Por lo tanto, durante el desenrollado, el avión 3 se controla para producir la máxima sustentación controlando las superficies de control 4. Durante el desenrollado, el avión 3 se controla para tener una relación de planeo que le permita deslizarse hacia el generador 1 sin producir una tensión excesiva en la correa 2, es decir, la tensión en la correa 2 idealmente solo se produce por el peso de la correa 2 suspendida entre el avión 3 y el generador 1, por lo que el enrollado se puede realizar con un uso mínimo de energía.

Como se indica en la Fig. 2, las hélices 6 se activan durante el enrollado. Las hélices pueden activarse para producir empuje o para producir energía eléctrica almacenada a bordo del avión 3.

El enrollado se puede detectar de diferentes formas, por ejemplo, detectando, como observando, la dirección en la que se mueve la correa; si se mueve hacia el suelo, se puede determinar que el avión se encuentra en una situación de enrollado. Otra posibilidad es determinar la dirección de rotación de un cabrestante en el que la correa está conectada a tierra. Una vez que se determina que el avión se encuentra en una situación de enrollado, esto se puede comunicar a la unidad de control a bordo del avión para activar una o más, como todas, las hélices activables para producir energía eléctrica. La comunicación para activar las hélices se puede llevar a cabo transmitiendo por radio una señal de control desde un transmisor en tierra de la unidad de control en tierra a un receptor a bordo del avión.

Además de la detección de enrollado, puede ser preferible activar una o más, como todas las hélices activables para producir energía eléctrica solo si la velocidad del viento está por encima de cierto límite. El límite se selecciona preferiblemente de manera que el vuelo del avión no se altere hasta un punto en el que la sustentación producida sea menor que la requerida para permitir que el avión planee de regreso al generador. Como la velocidad del viento varía con la altura sobre el suelo, la velocidad del viento se determina preferiblemente a la altura del avión, por ejemplo, por anemómetros o tubos de pitot dispuestos en el avión configurados para determinar la velocidad del viento a la altitud del avión. Esto tiene además la ventaja de que, como la sustentación es producida por el viento relativo (inducido) resultante del vuelo del avión, el movimiento del avión puede resultar en que la energía eléctrica puede ser generada por hélices activables aunque el viento, si se mide desde tierra, indicaría que no deben activarse (por falta de sustentación producida).

También se puede detectar un enrollado a bordo del avión. Por ejemplo, se puede medir la tensión en la cuerda y como la tensión en la cuerda es mayor durante el desenrollado que durante el enrollado, la tensión se puede usar para detectar el enrollado.

Además, un medidor de altitud, por ejemplo, dispuesto a bordo del avión configurado para detectar el enrollado como una altitud decreciente también se puede usar para detectar el enrollado, ya que el enrollado se caracteriza típicamente por una altitud decreciente del avión. Sin embargo, se observa que una trayectoria de vuelo puede incluir, durante el enrollado, un movimiento en espiral y, si ese es el caso, una detección de enrollado basada en la altitud puede verse como un indicador de enrollado y la indicación podría ventajosamente combinarse, por ejemplo, con una detección del movimiento de la correa u otras detecciones, por ejemplo, como se describe en este documento para concluir que el movimiento de hecho se está enrollando.

Una realización preferida de detección de enrollado se basa en analizar la energía eléctrica producida (si la hay) por el generador eléctrico 1 posicionado en el suelo, ya que la energía eléctrica producida es mayor durante el desenrollado que durante el enrollado. Por tanto, la detección del enrollado puede lograrse detectando una producción de energía eléctrica negativa en comparación con una producción de energía eléctrica positiva observada durante el enrollado; por producción de energía eléctrica negativa se entiende que el generador recibe electricidad y funciona como un motor para enrollar la correa. Por lo tanto, durante el enrollado, el generador eléctrico 1 posicionado en el suelo normalmente consume algo de energía eléctrica y esta falta de energía eléctrica producida se puede utilizar para determinar que el avión se encuentra en una situación de enrollado.

Otro método para detectar el enrollado se basa en la medición de la velocidad de la correa. Durante el desenrollado, el generador con base en tierra suele enrollar la correa con una velocidad hasta 5 veces mayor que la velocidad de desenrollado típica (normalmente igual a un tercio de la velocidad del viento). Por lo tanto, el enrollado se puede determinar cuando la velocidad de sujeción es al menos 2 veces, tal como al menos 3 veces, preferiblemente al menos 4 veces e incluso 5 veces mayor que una velocidad de desenrollado típica. Ejemplo: Como el sistema del avión no producirá energía en condiciones superiores a 25 m/s, esto significa que la velocidad máxima de desenrollado es de 8 m/s. Por otro lado, el enrollado ocurrirá típicamente con 5 * 4 m/s o a 20 m/s independientemente de la velocidad del viento predominante.

Aún más, la cuerda como tal tiene una longitud, y el enrollado se puede determinar basándose en la observación cuando se ha desenrollado la longitud total de la cuerda.

En realizaciones preferidas, una o más hélices activables solo se activan para producir energía eléctrica durante el enrollado. En otras realizaciones más, las una o más hélices activables solo se activan para producir energía eléctrica a tiempo parcial durante el enrollado. En el último caso, las hélices pueden activarse para producir energía eléctrica durante el primer 50%, tal como durante el primer 40%, preferiblemente durante el primer 30% del tiempo durante el cual tiene lugar el enrollado.

Las hélices 6 se utilizan para producir empuje durante el enrollado en caso de que el viento sea de velocidad insuficiente para proporcionar una relación de planeo que permita que el avión planee hacia el generador 1 y, activando las hélices 6 para producir un empuje, el movimiento del avión puede ser asistido por el empuje.

Como se describió con anterioridad, durante el enrollado, las hélices 6 pueden activarse para producir energía eléctrica si la velocidad del viento es más fuerte que la necesaria para proporcionar un deslizamiento hacia atrás al generador. Activando las hélices 6 para producir energía, el movimiento de avance del avión 3 puede ralentizarse dando como resultado que la relación de planeo se cambie hacia un descenso más rápido.

De manera similar, las hélices 6 pueden activarse durante el desenrollado. Por ejemplo, si la velocidad del viento no es suficiente para permitir que el avión 3 despegue, las hélices 6 pueden activarse para producir un empuje que puede ayudar al avión 3 durante el despegue. Normalmente, cuando el avión 3 alcanza una altitud mayor, la velocidad del viento es suficiente para generar la sustentación requerida para producir un desenrollado con las hélices 6 inactivadas. De modo alternativo, si la velocidad del viento es mayor que la necesaria para proporcionar un desenrollado, las hélices 6 pueden activarse para producir energía eléctrica que se almacena a bordo para su uso posterior (es decir, cuando se necesita o se desea un empuje). La activación y desactivación de las hélices 6 son controladas por la unidad de control a bordo, típicamente en respuesta a las señales de control recibidas desde la unidad de control posicionada en tierra.

A continuación, se describirán en detalle varias realizaciones diferentes de un avión 3 según la presente invención. Generalmente se prefiere que los sistemas y aviones descritos en este documento tengan una o más hélices activables, cada una conectada a un motor-generador y medios de almacenamiento de energía eléctrica a bordo conectados a los motores-generadores. Cabe destacar que esto también puede incluir que una o más hélices estén conectadas a un motor solamente, motor que luego alimenta el almacenamiento de energía eléctrica a bordo.

Sobre trampa de osos y arrastre

Si bien se describió con anterioridad que se prefiere colocar el avión 3 en una posición que le permita planear de regreso al suelo, un aterrizaje, en particular, del avión se puede lograr ventajosamente arrastrando el avión 3 hacia abajo en la cuerda 2. Tal arrastre se facilitará ventajosamente aumentando la tensión en la cuerda 2 activando las hélices 6. Ventajosamente, una zona de aterrizaje puede tener la forma de una llamada «trampa para osos», es decir, un dispositivo que tiene un mecanismo de bloqueo que bloquea el avión al dispositivo y se activa por el impacto del avión en el dispositivo. Por lo tanto, la una o más hélices 6 del avión 3 amarrado como se describe en este documento se pueden usar ventajosamente para realizar un aterrizaje controlado, tal como un arrastre o trampa de osos.

Por lo tanto, esto puede considerarse típicamente como una tecnología de posicionamiento dinámico compensado por elevación. Mientras el avión 3 cuelga o se controla justo por encima de la parada, las hélices 6 ayudan al avión 3 con la sustentación, el viento empuja el avión 3 a favor del viento debido a que el viento crea fuerza en las alas y el avión 3 es arrastrado por un cabrestante 9 combinado con el generador 1.

Por lo tanto, las hélices 6 crean una fuerza contraria y se elevan hacia el arrastre/enrollado mediante el cabrestante 9, lo que aumenta la estabilidad durante el vuelo de manera significativa.

Sobre elementos calefactores: deshielo

La formación de hielo se refiere a la situación en la que la superficie de, en particular, las alas del avión 3 está cubierta parcial o totalmente por hielo. Esto puede tener dos impactos importantes en el avión i) el peso del avión se reduce significativamente ii) las propiedades aerodinámicas del avión se alteran significativamente. Por lo tanto, la formación de hielo puede provocar que un avión 3 no pueda volar.

De acuerdo con realizaciones preferidas de la invención, se ha conceptualizado la posibilidad de integrar elementos calefactores 10, hilos, infrarrojos u otros medios eléctricos para descongelar las alas y otras superficies del avión. Dicho deshielo ha sido posible con el uso de parte de la energía eléctrica producida por las hélices 6, preferiblemente durante la fase en la que el avión 3 vuelve a la posición en tierra (enrollado), pero también en los peores escenarios típicos durante la fase de producción (desenrollado) para descongelar y para evitar la formación de hielo, es decir, para evitar que se produzca la formación de hielo, aumentando así el rendimiento en comparación con un avión con hielo.

La Fig. 3 muestra un avión 3 visto desde arriba. Las líneas de puntos marcadas con 10 indican elementos calefactores, como cables eléctricos, que se calientan cuando la corriente eléctrica pasa a través de los cables. Tener en cuenta que dichos elementos calefactores también pueden estar incluidos en la(s) hélice(s) 6.

Otro problema importante que puede resolverse mediante los elementos calefactores 10 es el deshielo de las bridas. Durante el uso, las bridas pueden estar cubiertas por hielo y, si bien tal congelamiento puede no afectar las propiedades aerodinámicas del avión 3 como tal, el peso de las bridas puede incrementarse sustancialmente y en casos extremos hasta el punto en que las bridas pesen sobre el avión. Además, mientras que el enrollado puede tener el efecto de romper el hielo de la brida cuando la brida se enrolla en el cabrestante, el hielo puede depositarse en el cabrestante y, por lo tanto, atascar el enrollado hacia adentro/hacia arriba. Al integrar elementos calefactores en la brida, la brida se puede calentar evitando así la formación de hielo o eliminar el hielo ya formado en la brida.

Se hace referencia a la Fig. 4 que ilustra esquemáticamente una realización adicional según la presente invención. Como se muestra en la Fig. 4, las hélices 6 de eje vertical conectadas al motor-generador 7 (no mostrado) están dispuestas cada una en una abertura pasante 18 de las alas 11, 12. Vertical se refiere aquí como con anterioridad a la dirección longitudinal del avión 3.

Una ventaja preferida particular de disponer las hélices 6 en las aberturas pasantes 18 es que, cuando las hélices 6 no se van a aplicar, las aberturas pasantes 18 pueden cerrarse mediante cubiertas 14 que proporcionan a un ala la sección transversal deseada del perfil aerodinámico sin aberturas. Esto se describe en la Fig. 5. Como se muestra en la Fig. 5, las cubiertas 14 están situadas en manguitos 15 detrás de la hélice 6 y, respectivamente, en la superficie superior e inferior del ala 11, 12. Una cubierta 14 se mueve dentro de su manguito 15 cuando la hélice 6 se va a utilizar y se va a sacar de su manguito 15 a una posición para cubrir la abertura pasante en el lado superior o inferior y formar la piel del ala cuando se cubre la abertura, reduciendo así la resistencia y aumentando la sustentación. La configuración descrita en relación con las Fig. 4 y 5 también se pueden aplicar para hélices de eje horizontal para actuar como ventiladores/turbinas de conducto de eje horizontal.

Aunque la configuración se describió en la Fig. 4 con una hélice 6 dispuesta cerca de las puntas de las alas principales 11 y dispuesta centralmente en el ala de cola 12, se consideran otras configuraciones dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, en lugar de (o en combinación con) las dos hélices en las puntas de las alas principales 11, se puede instalar una hélice 6 dispuesta centralmente conectada a un motor-generador.

La Fig. 6 ilustra esquemáticamente una realización adicional de la invención. Como se muestra en la Fig. 6, el avión 3 tiene dos fuselajes 16 conectados a través del ala principal 11. En la realización descrita, el avión 3 tiene una hélice 6 única, dispuesta centralmente (tanto en sentido de cuerda como de envergadura) en el ala principal 11 y una hélice 6 dispuesta centralmente (tanto en sentido de cuerda como de envergadura) en cada una de las alas de cola 12. Las hélices 6 están conectadas a un motor-generador (no descrito). En lugar o en combinación con la hélice 6 dispuesta en el centro del ala principal 11, pueden disponerse dos hélices 6 como se describe en la Fig. 4. Tal disposición de hélices 6 puede proporcionar una excelente estabilidad y control como se describió con anterioridad.

Sobre hélices inclinables

Como se presentó con anterioridad, a menudo hay diferentes efectos o beneficios que pueden obtenerse de las hélices de eje horizontal y vertical. Con el fin de proporcionar la posibilidad de cambiar entre los efectos que se pueden obtener, los inventores han propuesto la solución presentada en la Fig. 7.

La Fig. 7 ilustra esquemáticamente una realización adicional de la invención. En la realización descrita, la hélice 6 está dispuesta sobre un soporte 17 que está montado en forma pivotante en el avión 3 con un eje de pivote paralelo a la dirección de las alas en sentido transversal. La hélice 6 está conectada a un motor-generador (no divulgado). El soporte 17 con la hélice 6 está dispuesto en el lado superior del avión 3. Como también se describe, el eje de rotación de la hélice 6 se eleva por encima del fuselaje 16 del avión 3. El soporte 17 está conectado a un accionador (no mostrado) que controla el movimiento del soporte 17. Tanto durante el modo de vuelo como durante el modo de puerto (aterrizaje) del avión 3, el soporte 17 puede pivotar alterando así el ángulo entre el eje de rotación de la hélice 6 y el viento entrante.

Normalmente, la posición I (ver Fig. 7), donde el soporte 7 es perpendicular a la dirección longitudinal del fuselaje 16, se utiliza en un movimiento de vuelo hacia adelante. En esta posición, la hélice 6 funciona de manera similar a una hélice generadora de propulsión ordinaria de un avión o como una hélice productora de energía dependiendo de si la hélice 6 se activa para producir empuje o se activa para generar energía eléctrica.

En la posición III, donde el soporte 7 es paralelo a la dirección longitudinal del fuselaje 16, la hélice 6 se utiliza para generar una propulsión de vuelo estacionario. Esta posición se usa típicamente durante el despegue y el aterrizaje, donde la hélice 6 proporciona una elevación asistida al avión 3.

La posición II, donde el soporte 7 está situado entre la posición I o III, se denomina posición de vuelo de transición y se usa típicamente para añadir sustentación a baja velocidad del viento y/o a baja velocidad de vuelo. Este puede ser a menudo el caso cuando la velocidad del viento en tierra es baja y la velocidad del viento en altitudes mayores es mayor, por lo que el avión 3 puede colocarse, mediante el uso de la hélice 6 en la posición II, a una altitud suficiente para llevar el avión más hacia arriba.

La posición II también se puede aplicar como una estrategia de viento bajo, por ejemplo, cuando las condiciones del viento son marginales y, por lo tanto, requieren elevación asistida por la hélice 6. Durante un desenrollado-enrollado (bucle), la hélice 6 puede funcionar a una velocidad constante basada en Vstall del avión (velocidad de parada). En el enrollado (carrera descendente) del ciclo de producción, el avión utiliza la gravitación masiva más la energía del viento para acelerar y la hélice puede funcionar en su modo de producción de energía. En el desenrollado (carrera ascendente), el avión recibe algo de energía del viento, pero necesita algo de ayuda de las hélices para ayudar en la carrera ascendente y la hélice puede funcionar en su modo de producción de sustentación. Esto es viable, siempre que la producción de energía neta de la cometa más las baterías se mantenga en niveles > 1. Si desciende por debajo de 1, lo que significa que se requiere algo de energía de las baterías (más de la que se genera en la carrera descendente del bucle), entonces el avión debería aterrizar, a menos que se espere que los pronósticos meteorológicos se recuperen pronto.

Para la estrategia de vientos fuertes, las hélices se pueden usar para agregar resistencia, para ralentizar el avión. Sobre hélices inclinables

Se hace referencia a la Fig. 8 que describe esquemáticamente un avión 3 según otra realización de la presente invención. En la realización de la Fig. 8, el avión 3 tiene una hélice 6 en la parte delantera del avión 3 con un eje de rotación paralelo a la extensión longitudinal del fuselaje 16. El avión 3 se muestra en una vista frontal.

La hélice 6 comprende dos palas (la hélice 6 puede tener más de dos palas). Cada una de las palas está montada en forma pivotante a lo largo de la extensión longitudinal de la pala en el eje de la hélice. De ese modo, se puede cambiar el ángulo de paso de las palas. Esto puede referirse a una pala de hélice inclinable. Si bien el ángulo de paso de la pala en muchas de las realizaciones preferidas aquí descritas es ajustable colectivamente de modo que todas las palas de la hélice estén situadas en todo momento en el mismo ángulo de paso, la realización de la Fig. 8 se caracteriza porque el ángulo de paso de cada pala es ajustable de modo individual, es decir, cada pala puede establecerse en un ángulo de paso individual que puede o no diferir de los ángulos de paso de las otras palas.

El ajuste del ángulo de inclinación se realiza de tal manera que el ángulo de inclinación puede cambiarse de un ángulo de inclinación máximo a un mínimo durante una sola rotación de la pala. Esto se materializa preferiblemente por cada pala está conectada en su raíz a un accionador lineal que al alargarse altera el ajuste de paso de la pala. Cuando se emplean tales cambios individuales en el ángulo de paso, el centro de esfuerzo de la hélice 6 se puede mover desde el centro de la hélice a uno de los cuatro cuadrantes etiquetados como Q1 a Q4 en la Fig. 8.

El ajuste de inclinación individual tiene, inter alia, la ventaja de que, por ejemplo, la dirección de vuelo vertical (relativa al suelo) o la dirección del avión 3 durante el vuelo se puede manipular moviendo el centro de esfuerzo a uno de los cuadrantes Q1 a Q4. Esto puede reducir la cantidad de hélices necesarias, cables, alerones, timones, etc. para controlar la dirección de vuelo del avión. Normalmente, una o dos hélices con palas de hélice de inclinación individual serían suficientes para controlar el cabeceo, la guiñada y el balanceo del avión 3.

El principio utilizado con las palas de la hélice inclinable es que un aumento en el ángulo de paso aumenta la sustentación producida por la pala. Por lo tanto, el siguiente esquema de control se puede utilizar para controlar el vuelo del avión 3 (ver la Fig. 8 para las leyendas utilizadas):

continuación

Cabe señalar que, en lugar de funcionar sobre la base de la sustentación, las palas inclinables pueden funcionar sobre la base de la resistencia.

Las palas de la hélice inclinables tienen la ventaja de que el motor-generador que hace girar la hélice se puede configurar para que funcione a una velocidad de rotación óptima (ya que la pérdida de sustentación debida a una velocidad de rotación más baja puede equilibrarse aumentando la sustentación, y viceversa). De esta manera, la energía almacenada en la batería se puede utilizar de la manera más eficiente y/o la propia batería puede durar más. En cuanto al control de las superficies de control 4, el paso de las hélices puede controlarse mediante la señal de control recibida desde una unidad de control terrestre, o el control puede basarse en un sensor a bordo para permitir el vuelo autónomo.

Se hace referencia a la Fig. 9, que muestra un ejemplo adicional de un avión según la presente invención que tiene hélices 6 inclinables; la realización mostrada en la Fig. 9 puede parecerse a una vista en sección transversal de la realización mostrada en la Fig. 8; sin embargo, en la realización mostrada en la Fig. 9, una hélice 6 está dispuesta en el ala principal 11 a ambos lados del fuselaje 16, mientras que en la Fig. 8 una sola hélice 6 está dispuesta en el fuselaje 16.

Como se describe, las hélices 6 están conectadas a través de un eje al motor-generador 7 de una manera que permite ajustar el ángulo de paso de las palas de la hélice. Esto se logra mediante el servomecanismo que comprende un accionador 21 que funciona, por ejemplo, dentro del eje 22 de la hélice 6. El accionador 21 está conectado a través de un engranaje con las palas de la hélice 6 para alterar el ajuste de paso de la pala de la hélice. El movimiento del accionador está controlado por una unidad de control 20 que comprende un motor hidráulico o eléctrico que proporciona el movimiento del accionador 21 y, por lo tanto, el ajuste del paso de la pala de la hélice.

Sobre la operación del motor-generador con velocidad de rotación constante (RPM)

Al poder establecer el ángulo de paso de la pala de la hélice en un paso dado, la hélice y, por lo tanto, el motor-generador pueden funcionar en condiciones de rotación óptimas, r Pm óptimas, es decir, producen suficiente empuje con el menor consumo de energía, por lo que la energía almacenada en la batería puede durar más. Normalmente, la velocidad de rotación se define como sustancialmente constante y el empuje producido se modifica cambiando el paso para producir el empuje necesario para ayudar al vuelo del avión.

Sobre hélices coaxiales

Se hace referencia a la Fig. 10 que describe esquemáticamente una realización de un avión 3 con hélices coaxiales. Como se describe, dos hélices 6 están dispuestas en un eje común alineado con la dirección longitudinal del avión y se extienden por delante del avión. De modo alternativo o en combinación con la configuración mostrada en la Fig. 10, las hélices 6 pueden estar dispuestas verticalmente, por ejemplo, en las ranuras (como en la Fig. 4) y el paso de la pala de la hélice puede ser fijo o inclinable (individual o colectivamente) como se describe en el presente documento. Además, la curvatura puede cambiarse. También se puede emplear la estrategia de control de la velocidad de rotación.

En la realización preferida particular mostrada en la Fig. 10, las dos hélices coaxiales se pueden usar para resolver el problema que puede ocurrir si solo se usa una sola hélice, es decir, que si el avión está parado, el par generado por una sola hélice dispuesta en un eje alineado con la dirección longitudinal del avión tendrá una tendencia a rotar el avión a lo largo de su dirección longitudinal. Utilizando la configuración de hélice dispuesta coaxialmente como se muestra en la Fig. 10, esto se puede evitar girando las dos hélices en diferentes direcciones. Cuando las hélices 6 pueden inclinarse individualmente, los ajustes de inclinación de las hélices se pueden utilizar para girar el avión alrededor de su propio eje.

Sobre la recarga de baterías

Durante la parte de enrollado, el avión 3 a menudo intentará volar hacia el cabrestante en el generador 1 en el suelo en la trayectoria de vuelo más corta y/o más rápida. En general, a menudo se busca minimizar la parte de enrollado ya que la minimización de la distancia de vuelo da como resultado un tiempo más corto (retorno más rápido) a menudo resulta en una menor pérdida de energía por ciclo. Si se permite volar en una trayectoria de vuelo de este tipo, los frenos de aire o similares deben aplicarse con mayor frecuencia para controlar el vuelo y evitar la parada, etc. Dicho uso de los frenos de aire representa una parada en comparación con lo que podría haberse extraído del viento y la presente invención aplicará a menudo las hélices 6 para controlar el vuelo (junto con los alerones y otras superficies de control). Las hélices 6 pueden aplicarse ventajosamente en su modo de generación de energía, es decir, el vuelo del avión 3 hace girar las hélices 6 lo que produce energía eléctrica por el motor-generador 7, energía eléctrica que se almacena en la batería 23. La rotación de las hélices 6 reducirán la velocidad del avión 3 como si se activara un freno de aire o similar; sin embargo, en comparación con el uso de un freno de aire, la rotación de las hélices 6 produce energía eléctrica almacenada en la batería 23. La energía eléctrica se puede utilizar, como se describe en el presente documento, cuando las hélices 6 se emplean para generar un empuje. Además, al incorporar las hélices como hélices que pueden retraerse, plegarse o guardarse cuando no están en uso, permite tener un avión con poca resistencia aerodinámica durante la producción y con control de carga y recarga de baterías durante el descenso (enrollado).

Si las baterías 23 están completamente cargadas, las hélices aún se pueden usar para controlar el vuelo. Esto puede ser llevado a cabo, por ejemplo, energizando el motor-generador 7 por lo que se proporciona un par -como cuando se genera electricidad- que debe ser superado por la rotación de las hélices 6, lo que ralentiza la velocidad del avión 3.

Sobre motor-generador conectado a hélices

Como se presentó con anterioridad, en muchas de las realizaciones se prefiere conectar cada una de las hélices 6 a un motor-generador 7. Sin embargo, dentro del alcance de la presente invención, se considera la situación en la que se utilizan algunas de las hélices 7. para controlar el vuelo del avión 3 únicamente. Por lo tanto, tales hélices están conectadas a un motor eléctrico. Y algunas de las hélices 7 están conectadas a un generador para producir energía eléctrica.

Aunque la presente invención se ha descrito en relación con las realizaciones especificadas, no debe interpretarse como limitada en modo alguno a los ejemplos presentados. El alcance de la presente invención se establece mediante el pliego de reivindicaciones adjunto. En el contexto de las reivindicaciones, las expresiones “que comprende” o “comprende” no excluyen otros posibles elementos o etapas. Además, la mención de referencias tales como “un” o “una”, etc., no debe interpretarse como excluyente de una pluralidad. El uso de signos de referencia en las reivindicaciones con respecto a los elementos indicados en las figuras tampoco se interpretará como una limitación del alcance de la invención. Además, las características individuales mencionadas en diferentes reivindicaciones pueden posiblemente combinarse de modo ventajoso, y la mención de estas características en diferentes reivindicaciones no excluye que una combinación de características no sea posible y ventajosa.

Listado de referencias utilizadas:

1 un generador eléctrico posicionado en tierra

2 cuerda

3 avión

4 superficie de control en alas de aviones; en ala(s) principal(es): típicamente aletas, deflectores y/o alerones; enN el ala o las alas de cola: típicamente elevadores

5 superficie de control en la cola del avión - timón

6 hélice

7 motor-generador

8 almacenamiento de energía eléctrica (batería)

9 cabrestante

10 elementos calefactores

11 alas principales

12 ala de la cola

13 timón

14 cubierta

15 manguito

16 fuselaje

17 soporte

18 abertura pasante

19 estructura de soporte

20 unidad de control para accionador

21 accionador

22 eje

23 batería

antena

brida

conexión de bridas con cuerda

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de avión amarrado para producir energía eléctrica, que comprende:

- un generador eléctrico posicionado en tierra (1),

- un avión (3) que comprende

- una o más hélices activables (6) cada una conectada a un motor-generador (7),

- un almacenamiento de energía eléctrica de a bordo (8) conectado al o a los motores-generadores (7), - superficies de control móviles (4) conectadas a las alas del avión (3) para cambiar el coeficiente de sustentación y/o el coeficiente de resistencia del avión (3), ya sea local o globalmente para el avión, - una correa (2) amarrada en un extremo al avión (3) y distal al mismo conectada a dicho generador (1), de modo que un tirón en la correa da como resultado una rotación del rotor del generador, donde la correa está eléctricamente aislada del almacenamiento de energía eléctrica (8) y del circuito de potencia del motor-generador (7),

en el que el sistema está adaptado para activar una o más, como todas, dichas hélices activables (6) al menos a tiempo parcial durante el enrollado para producir energía eléctrica.

2. Un sistema de avión amarrado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el rotor del generador eléctrico (1) posicionado en tierra está adaptado para enrollar la cuerda durante el enrollado del avión.

3. Un sistema de avión amarrado de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el sistema está adaptado para detectar el enrollado midiendo, preferiblemente en el avión, la tensión en la cuerda.

4. Un sistema de avión amarrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una o más, tales como todas las hélices activables (6) están adaptadas para activarse durante el enrollado para producir energía eléctrica solo si la velocidad del viento, preferiblemente la velocidad relativa del viento, está por encima de límite.

5. Un sistema de avión amarrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el avión comprende, además, un anemómetro o tubo de pitot dispuesto en el avión configurado para determinar la velocidad del viento a la altitud del avión.

6. Un sistema de avión amarrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema está adaptado para activar una o más, como todas, las hélices activables para producir energía eléctrica solo durante el enrollado.

7. Un sistema de avión amarrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una o más, como cada una de las hélices (6), se pueden activar selectivamente para alimentar el motor-generador (7) para producir energía eléctrica durante la fase de enrollado.

8. Un sistema de avión amarrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema está adaptado para almacenar energía eléctrica producida por el motor-generador (7) en el almacenamiento de energía eléctrica (8) si la velocidad del viento es suficiente para proporcionar desenrollado y/o enrollado sin la necesidad de que las hélices agreguen sustentación, por las hélices que generan empuje, al avión.

9. Un sistema de avión amarrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una o más, como cada una de las hélices (6) está adaptada para ser activada para producir empuje suministrando al motor-generador (7) energía eléctrica del almacenamiento de energía eléctrica (8) si la velocidad del viento es insuficiente para permitir que el avión (3) planee por su propio movimiento hacia el generador con base en tierra durante el enrollado.

10. Un sistema de avión amarrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una o más, como cada una de las hélices (6) está adaptada para ser activada para producir empuje suministrando al motor-generador (7) energía eléctrica desde el almacenamiento de energía eléctrica (8) si la velocidad del viento es insuficiente para permitir que el avión (3) planee por su propio movimiento alejándose del generador con base en tierra durante el desenrollado.

11. Un sistema de avión amarrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una o más, como cada una de las hélices (6) están adaptadas para ser activadas conectando el motor-generador (7) al almacenamiento de energía eléctrica (8). mediante un interruptor que conecta y desconecta eléctricamente el motor-generador (7) con el almacenamiento de energía eléctrica (8).

12. Un sistema de avión amarrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una o más, como cada una de las hélices (6) son activables por cada una de las palas de las hélices que están montadas en la raíz controlable y giratoria a lo largo de un eje paralelo a la cuerda de la hoja en la raíz, de modo que se pueda controlar el ángulo de paso.

13. Un sistema de avión amarrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una o más, como cada una de las hélices (6) son activables al ser retráctiles desde un manguito en el que están ubicadas las palas.

14. Un sistema de avión amarrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el avión (3) comprende una unidad de control, en donde dicha unidad de control

- está conectada y adaptada para controlar las superficies de control (4) en respuesta a una señal de control transmitida por la unidad de control, y

- comprende un sistema de posicionamiento para determinar datos de posición tales como la altitud, el ángulo de guiñada, el ángulo de paso y el ángulo de cabeceo del avión (3).

15. Un método para producir energía eléctrica, en el que el método utiliza un sistema de avión amarrado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende cuando el avión (3) está en el aire:

- controlar el coeficiente de sustentación del avión mediante el movimiento de las superficies de control (4) y/o activar una o más de las hélices activables de modo que se produzca un tirón en la correa (2) suficiente para hacer girar el rotor del generador eléctrico (1) posicionado en el suelo dando como resultado un desenrollado del avión (3), - controlar el coeficiente de sustentación y/o el coeficiente de calado del avión (3), ya sea local o globalmente mediante el movimiento de las superficies de control (4) y/o activar una o más de las hélices activables, de modo que el avión realice movimientos de planeo hacia el generador eléctrico posicionado en el suelo que resulte en un enrollado del avión (3), y

- activar una o más, como todas, dichas hélices activables (6) al menos a tiempo parcial durante el enrollado para producir energía eléctrica.