ES2928647T3 - Interacción de punta de ala y estabilizador en una aeronave anfibia - Google Patents

Abstract

Un sistema para mejorar la estabilidad lateral de una aeronave anfibia incluye un sistema de flotabilidad lateralmente desplazado desde lados opuestos del fuselaje de la aeronave y un sistema de punta de ala que tiene una superficie de planeo hidrodinámica asociada con cada punta de ala. La superficie de planeo hidrodinámica en cada punta de ala evita la inmersión de una estructura de flotabilidad asociada. Al complementar la estabilidad lateral de las estructuras de flotabilidad utilizando superficies de planeo hidrodinámicas, el ancho lateral combinado del fuselaje y las estructuras de flotabilidad se puede reducir sin afectar negativamente el rendimiento operativo. Este ancho lateral reducido permite configurar la aeronave anfibia para almacenamiento y transporte en un remolque o contenedor de envío. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Interacción de punta de ala y estabilizador en una aeronave anfibia

Solicitud relacionada

La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de EE. UU. n.° 12/482.336, presentada el 10 de junio de 2009.

Campo de la invención

Realizaciones de la presente invención se refieren, en general, a aeronaves anfibias y, más particularmente, a la interacción entre un estabilizador y una punta de ala de una aeronave anfibia.

Antecedentes relevantes

Una aeronave anfibia es una aeronave que puede operar tanto en tierra como en agua. Mientras está en tierra, el tren de aterrizaje que se extiende desde el fuselaje de la aeronave o una estructura similar permite que la aeronave opere como una aeronave convencional con base en tierra. Cuando operan en el agua, las aeronaves anfibias generalmente se dividen en dos categorías: 1) hidroaviones y 2) aviones de tipo casco. En los hidroaviones, una aeronave convencional está montada sobre dos flotadores externos, también conocidos como pontones. Cuando se opera en el agua, solo los pontones o flotadores externos permanecen en el agua. En un avión de tipo casco, el fuselaje del avión real está diseñado para apoyarse en el agua sin necesidad de flotadores y actúa como un barco con respecto a la funcionalidad del agua.

Cada tipo de aeronave anfibia tiene desventajas. Una desventaja de los anfibios de tipo hidroavión es la gran cantidad de mayor resistencia aerodinámica e hidrodinámica. Otra es el peso sustancial causado por los flotadores y las estructuras de montaje. El aumento de la resistencia y el peso generalmente da como resultado una disminución del rendimiento. En los anfibios de tipo casco, una desventaja es la entrada y la salida de la aeronave. Como el casco se asienta en el agua, la entrada y la salida generalmente se producen desde el agua o desde un muelle especial construido para aceptar este tipo de hidroaviones. Esto puede ser una desventaja significativa ya que puede limitar severamente la utilidad de la aeronave. Además, los anfibios de tipo casco requieren dispositivos de flotabilidad para la estabilidad lateral en el agua, ya que el centro de flotabilidad de la aeronave reside directamente debajo del centro de gravedad; una condición inestable. Estos dispositivos de estabilidad lateral suplementarios generalmente se denominan estabilizadores y generalmente se montan debajo de cada ala. La presencia de los estabilizadores dificulta el atraque y el manejo de un anfibio de tipo casco durante las operaciones acuáticas y aumenta la resistencia durante el vuelo. Otra desventaja de un anfibio de tipo casco es que, a diferencia de un hidroavión donde el operador puede pararse fuera de la aeronave sobre los flotadores, un operador de un anfibio de tipo casco tiene poca área para pararse para ayudar a maniobrar la aeronave mientras la aeronave está en el agua. Por ejemplo, es común que un piloto de un hidroavión salga de la aeronave y se pare en uno de los flotadores durante las operaciones acuáticas y use una paleta para maniobrar la aeronave hasta un muelle.

Los estabilizadores de un hidroavión proporcionan flotabilidad adicional durante las operaciones acuáticas. Durante el rodaje, el aterrizaje y el despegue, los estabilizadores y el casco experimentan lo que se denomina arrastre hidrodinámico del casco. El borde de salida de los estabilizadores y el casco actúan como borde trasero de un casco de planeo formando un escalón hidrodinámico. Como bien saben los expertos en la técnica pertinente, el uso de un casco de planeo reduce la resistencia hidrodinámica del casco a velocidades más altas porque no hay ninguna porción del casco de arrastre que genere presión negativa. Se utiliza un casco de arrastre curvo para cascos de desplazamiento para reducir la presión negativa. Pero en un casco de planeo, la presión negativa puede eliminarse sustancialmente. Aunque la presión en un casco de planeo es principalmente hacia arriba, de modo que el casco se eleva más y más a medida que aumenta la velocidad, la mayor parte de la resistencia hidrodinámica todavía se produce en el borde trasero. La magnitud de este efecto depende de si la parte trasera o de popa del casco es esencialmente plana. Si el casco se curva hacia arriba, se crea una región de baja presión, lo que aumenta la resistencia. Si el casco se curva hacia abajo, se requiere trabajo adicional para hacer converger la corriente de agua y hay un exceso de agitación del agua que también genera resistencia.

Así, en el casco de un barco de planeo, un escalón hidrodinámico se forma a menudo por dos superficies que se encuentran en ángulos aproximadamente rectos. Estas superficies son a menudo el espejo de popa, que es casi vertical, y la parte inferior de la superficie de planeo del casco, que generalmente es horizontal en la parte trasera del barco. En una aeronave se evita una superficie trasera vertical formada con un ángulo de 90 grados debido a la mayor resistencia aerodinámica. La resistencia aerodinámica es insignificante en un barco, sin embargo, la resistencia causada por una superficie vertical en una aeronave que genera un flujo de aire separado puede ser considerable. En consecuencia, se debe llegar a un compromiso entre la minimización de la resistencia hidrodinámica durante las operaciones acuáticas y la minimización de la resistencia aerodinámica durante las operaciones de vuelo.

Los estabilizadores también proporcionan estabilidad lateral cuando la aeronave está en reposo. Sin embargo, cuando una aeronave gira, las fuerzas centrífugas hacen que la aeronave se aleje de la dirección de giro. El movimiento de balanceo, que inicialmente es inhibido por el estabilizador, puede hacer que el estabilizador se sumerja si la velocidad del giro y las fuerzas inducidas son significativas. Si el estabilizador se sumerge, la resistencia aumenta significativamente tirando de la aeronave en la dirección opuesta, lo que hace imposible el giro. Como resultado, la aeronave debe detenerse, permitiendo que el estabilizador vuelva a la superficie para que el giro pueda continuar o reiniciarse.

"Icon Aircraft Successfully Completes Water Test for AS" (28.05.2009) describe una serie de rigurosas pruebas hidrostáticas e hidrodinámicas en el avión deportivo anfibio ICON A5. La aeronave comprende Seawings (TM) a cada lado del fuselaje, que proporcionan estabilidad hidrostática e hidrodinámica, y puntas de ala de planeo que proporcionan estabilidad hidrostática adicional en condiciones extremas de viento cruzado, al mismo tiempo que actúan como superficies de planeo hidrodinámicas efectivas en caso de que una punta de ala entre en contacto con el agua en condiciones extremas o inadvertidas. También comprende alas plegables que permiten que la aeronave sea remolcada detrás de un SUV.

El documento US4962978A divulga un hidroavión que tiene un ala baja, una cabina sobre el ala, una hélice de empuje situada en el extremo de popa de la cabina y justo delante del borde trasero del ala y un empenaje soportado sobre un brazo de cola. La porción central del borde delantero del ala se extiende hacia adelante en forma de triángulo isósceles con su base contra lo que sería un borde delantero convencional y su vértice en un plano vertical a través de la línea central de la aeronave. El ala, incluyendo la extensión triangular, proporciona flotación. El lado inferior de la porción central incorpora escalones transversales, angularmente desplazados y longitudinales. La porción inferior del arco de la hélice está separada de la superficie del agua por el espesor del ala cerca de su borde trasero y el espacio libre entre el arco y la superficie superior próxima del ala, lo que permite que la línea de empuje y la línea de acción de la resistencia aerodinámica estén relativamente cerca, lo que resulta en un momento de cabeceo negativo relativamente bajo. Este momento se compensa principalmente por fuerzas aerodinámicas positivas en la extensión del ala de forma triangular que produce un momento de cabeceo positivo. La extensión desvía el rocío de agua de la hélice y crea vórtices que dirigen aire de alta energía hacia el arco de la hélice.

El documento GB265987A describe un hidroavión que tiene flotadores b con flotadores auxiliares d dispuestos dentro del plano de soporte y que consta de compartimentos estancos en los extremos libres o que se extienden a lo largo del ala. Cuando el espesor del flotador es mayor que el del ala, está provisto de una sección de plano de soporte o que evita el balanceo de las presiones de aire por encima y por debajo del ala por fugas a través de la punta. El ala puede fabricarse en tres partes, estando diseñados el morro articulado y el borde como cuerpos flotantes si se desea. La parte central está provista de incrustaciones de largueros que sirven como tapas para facilitar las operaciones de remachado durante la construcción. El flotador puede consistir en un bolsillo de caucho inflado. Se puede proporcionar un tapón de drenaje en cada cámara de flotación.

El documento US1336634A se refiere a hidroaviones y se caracteriza por un solo larguero o estabilizador, que se extiende hacia atrás desde el casco en o cerca de su sección en medio del barco, hasta el empenaje. Este larguero refuerza y fortalece la estructura de cola del casco, que es comparativamente ligero, absorbe la inercia del empenaje en el aterrizaje y lleva la mayor porción de la carga de sustentación de la unidad de cola o empenaje en ciertas condiciones de vuelo.

El documento US3987982 divulga un vehículo de vela basado en el agua que es capaz de acelerar desde el reposo bajo la energía del viento, elevarse por el aire y volar sobre el agua. A bajas velocidades, el vehículo se comporta como un velero de desplazamiento. A velocidades más altas, el peso del vehículo es soportado por una combinación de sustentación hidrodinámica desde el casco de planeo y sustentación aerodinámica de las alas, o solo por sustentación aerodinámica. Las alas están colocadas en un gran ángulo diedro, de modo que, con un flotador de punta de ala sumergido, el ala horizontal proporciona una fuerza de sustentación, mientras que el ala levantada proporciona una fuerza lateral horizontal para navegar, más algo de sustentación adicional. Las alas y la cola tienen superficies de control de tipo avión que dan un control completo tanto en el modo de navegación como en vuelo libre.

Existe un desafío en la técnica anterior para una configuración de un anfibio de tipo casco que posea estabilizadores que puedan realizar un giro coordinado durante las operaciones acuáticas sin impactar significativamente en el rendimiento aerodinámico de la aeronave mientras está en el aire. También existe un desafío para que aeronaves anfibias configuradas con estabilizadores giren a velocidades moderadas sin sumergir sus estabilizadores. Estos y otros desafíos de la técnica anterior se superan con la presente invención, que se describe a continuación a modo de ejemplo.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

A continuación, se divulga una aeronave que tiene un sistema para mejorar la estabilidad lateral, como se define en la reivindicación independiente 1. Incluye un sistema de flotabilidad desplazado lateralmente desde el fuselaje de la aeronave combinado con un sistema de punta de ala que tiene una superficie de planeo hidrodinámica asociada. Una superficie de planeo hidrodinámica en cada punta de ala evita la inmersión de una estructura de flotabilidad asociada con cada lado de la aeronave.

El sistema de flotabilidad de esta aeronave incluye una estructura de flotabilidad que se extiende lateralmente desde cada lado hasta el fuselaje para mejorar la estabilidad lateral de la aeronave. Para complementar esta estabilidad lateral, se incorpora un sistema o estructura de punta de ala flotante en cada punta de ala. Cada punta de ala incluye una estructura flotante estática, así como una superficie de planeo que, al golpear el agua cuando la aeronave está en movimiento, produce una fuerza de enderezamiento que evita un aumento adicional en el desplazamiento lateral de la aeronave y la inmersión resultante de la estructura de flotabilidad.

La combinación del sistema de punta de ala y el sistema de flotabilidad lateral permite configurar una aeronave anfibia para transportarse legalmente en una carretera utilizando un remolque. De acuerdo con una realización, la anchura máxima del remolque que aloja una aeronave anfibia que implementa el sistema de estabilidad lateral de 2,74 metros de la presente invención es inferior o igual a 2,74 metros (9 pies). Según otra realización de la presente invención, la anchura de la aeronave anfibia de 2,29 metros en su configuración de almacenamiento con el sistema de estabilidad lateral es inferior a 2,29 metros (7 pies, 6 pulgadas).

Las características y ventajas descritas en esta divulgación y en la siguiente descripción detallada no son exhaustivas. Muchas características y ventajas adicionales serán evidentes para un experto normal en la técnica pertinente a la vista de los dibujos, la memoria descriptiva y las reivindicaciones de este documento. Además, cabe señalar que el lenguaje utilizado en la memoria descriptiva se seleccionó principalmente con fines instructivos y de legibilidad, y es posible que no se haya seleccionado para delimitar o circunscribir el objeto de la invención; la referencia a las reivindicaciones es necesaria para determinar dicha materia inventiva.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Las características y objetos antes mencionados y otros de la presente invención y la manera de lograrlos se volverán más evidentes, y la invención misma se entenderá mejor, con referencia a la siguiente descripción de una o más realizaciones tomadas junto con los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra un dibujo en perspectiva frontal derecho de una aeronave anfibia que tiene un sistema de estabilidad lateral según una realización de la presente invención;

La figura 2 muestra una vista desde arriba de una aeronave anfibia y un giro en arco a la izquierda que emplea un sistema de estabilidad lateral según una realización de la presente invención;

La figura 3 muestra una vista frontal de la aeronave mostrada anteriormente en la figura 2 con dos líneas de flotación superpuestas que muestran la implementación del sistema de estabilidad de la presente invención;

La figura 4A muestra una aeronave anfibia en un viraje coordinado a la izquierda sobre el agua utilizando el sistema de estabilidad lateral según una realización de la presente invención;

La figura 4B es una vista ampliada de la interacción entre el agua y una de las puntas de ala del sistema de estabilidad lateral de la aeronave anfibia que se muestra en la figura 4A;

La figura 4C es una vista inferior de la superficie de planeo de la punta de ala del sistema de estabilidad lateral de la presente invención; y

La figura 5 muestra una vista frontal de una aeronave anfibia que utiliza una realización del sistema de estabilidad lateral de la presente invención en combinación con un remolque.

Las figuras representan realizaciones de la presente invención únicamente con fines ilustrativos. Un experto en la técnica reconocerá fácilmente a partir de la siguiente discusión que se pueden emplear realizaciones alternativas de las estructuras y métodos ilustrados en este documento sin apartarse de los principios de la invención descritos en este documento.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Realizaciones de la presente invención se describen a continuación en detalle con referencia a las figuras adjuntas. Aunque la invención se ha descrito e ilustrado con cierto grado de particularidad, se entiende que la presente divulgación se ha realizado únicamente a modo de ejemplo y que los expertos en la materia pueden recurrir a numerosos cambios en la combinación y disposición de las piezas sin apartarse del ámbito de las reivindicaciones.

A continuación, se describe a modo de ejemplo un sistema de estabilidad lateral que comprende un sistema de flotabilidad y un sistema de punta de ala asociado con una aeronave anfibia. Como es bien conocido en la técnica anterior, los hidroaviones o aeronaves en los que el fuselaje actúa como una embarcación flotante cuando están en el agua poseen poca estabilidad lateral. Para mejorar la estabilidad lateral de dichas aeronaves flotantes, estabilizadores o flotadores se desplazan lateralmente desde la línea central del fuselaje. Dichos estabilizadores proporcionan una estabilidad lateral adecuada cuando la aeronave está en reposo. Sin embargo, cuando la aeronave está en movimiento e interactúa con el entorno, la estabilidad lateral que ofrecen los estabilizadores puede verse disminuida. Para contrarrestar este efecto de disminución, se aumenta el desplazamiento lateral de los estabilizadores desde la línea central de la aeronave. De hecho, el efecto máximo para los estabilizadores ocurre cuando se desplazan cerca de la punta del ala, como es evidente en algunos de los primeros diseños de aeronaves acuáticas.

Según una realización de la presente invención, se combina un sistema de flotabilidad con el fuselaje de la aeronave anfibia para proporcionar una estabilidad lateral estática adecuada sin afectar negativamente al rendimiento aerodinámico. Para complementar la estabilidad lateral que ofrece el sistema de flotabilidad, se incorpora un sistema de punta de ala opuesta en el extremo de cada punta de ala. Cada sistema de punta de ala incluye una superficie de planeo hidrodinámica que, al entrar en contacto con la superficie del agua mientras la aeronave anfibia está en movimiento, produce una fuerza de enderezamiento para complementar la estabilidad lateral que ofrece el sistema de flotabilidad. La fuerza de enderezamiento es sustancialmente perpendicular a un plano definido por la superficie del agua.

La figura 1 muestra una vista en perspectiva frontal izquierda de una aeronave anfibia que incorpora el sistema de estabilidad lateral de la presente invención. La aeronave anfibia 100 incluye el sistema de flotabilidad 110 y dos sistemas de punta de ala 120 ubicados en cada punta de ala y como se puede ver en la figura 1. Un sistema de flotabilidad 110 incluye dos estructuras de flotabilidad, cada una de las cuales se extiende lateralmente desde cada lado del fuselaje. Cada estructura es de naturaleza flotante y posee características hidrodinámicas para mejorar la estabilidad lateral de la aeronave mientras está en movimiento sobre el agua. Además, cada estructura de flotabilidad está diseñada para minimizar los efectos aerodinámicos negativos una vez en el aire.

El sistema de punta de ala de la presente invención incluye una punta de ala con orientación diédrica negativa (anédrica) que posee una superficie de planeo orientada hacia una superficie del agua. Cuando una aeronave se balancea sobre su eje longitudinal debido a la inestabilidad lateral, la punta de ala en la dirección del balanceo hace contacto con el agua. En una situación estática, las propiedades de flotabilidad de la punta de ala por sí solas complementarán la estabilidad lateral del sistema de flotabilidad. Sin embargo, cuando la aeronave está en movimiento, el efecto de planeo de la superficie de planeo que se encuentra en la porción inferior de la punta de ala cuando hace contacto con el agua producirá una fuerza de enderezamiento sustancialmente perpendicular a la superficie del agua y opuesta a la inestabilidad lateral experimentada.

La superficie de planeo de cada punta de ala está orientada de manera que, al primer contacto con el agua, el borde delantero de la punta de ala está fuera del agua. Esto se debe a una incidencia positiva de la punta de ala. Por lo tanto, el primer contacto de la superficie de planeo de la punta de ala se realiza con el borde trasero. A medida que una mayor parte de la superficie de planeo entra en contacto con el agua, aumenta la fuerza de balanceo o enderezamiento. Además, la mayor inmersión de la superficie de planeo proporciona una mayor fuerza de enderezamiento a una velocidad creciente. El ángulo positivo de incidencia de la punta de ala también mantiene la capacidad de la punta de ala para proporcionar una fuerza de enderezamiento en condiciones de mar con olas pequeñas.

Además del ángulo de incidencia positivo, el borde trasero de la punta de ala visto desde la parte inferior de la superficie de planeo es agudo para promover una separación limpia del agua de la superficie de la punta de ala. Recuerde que las esquinas redondeadas promoverían una unión de flujo al radio, que crearía una condición de presión negativa que resultaría en una fuerza de elevación hacia abajo.

La figura 2 muestra una vista desde arriba de una aeronave anfibia en un giro a la izquierda que incorpora el sistema de estabilidad lateral de la presente invención. Mientras la aeronave 100 intenta realizar un giro coordinado a la izquierda 220, la aeronave 100 también experimenta un viento de frente a la izquierda 210. A medida que la aeronave 100 gira hacia la izquierda, la inercia de la aeronave y las fuerzas centrífugas inducidas por el giro intentan balancear la aeronave a la derecha. Recuerde que el giro produce una aceleración dirigida hacia el centro del giro. Esta aceleración produce una fuerza experimentada en dirección opuesta a través del centro de gravedad. Recuerde también que el centro de gravedad de la aeronave anfibia se apoya sobre la superficie del agua. A medida que la aeronave 100 gira, la inercia tira de la mitad superior de la aeronave hacia el exterior del giro, dando como resultado que la aeronave se balancee alrededor de su centro de gravedad, girando alrededor del eje longitudinal de la aeronave en una dirección opuesta a la dirección de giro. Esta tendencia al balanceo se potencia cuando una aeronave anfibia en un giro a la izquierda experimenta un viento cruzado 210 en cuadrante a la izquierda.

La aeronave anfibia está diseñada para tener una estructura de ala alta como es típico en la mayoría de las aeronaves anfibias. Una aeronave de ala alta es generalmente dinámicamente estable con respecto al eje lateral de la aeronave durante el vuelo. Esto se debe a que, durante el vuelo, las fuerzas aerodinámicas experimentadas por el ala interactúan con las del fuselaje y producen una región de alta presión debajo del ala en el interior del giro. En igualdad de condiciones, esta región de alta presión tendería a nivelar la aeronave si se liberaran las entradas de control. La combinación del ala alta y el fuselaje proporciona un efectivo efecto diedro. El mismo efecto se produce cuando una aeronave anfibia se desplaza por el agua y experimenta un viento de costado a la izquierda. De hecho, los operadores de aeronaves terrestres ligeras de ala alta deben ser conscientes de las condiciones de viento cruzado para evitar que el ala contra el viento se eleve y vuelque la aeronave durante las operaciones de rodaje. A medida que la aeronave anfibia intenta virar contra el viento, el viento de costado interactúa con el ala y el fuselaje debajo del lado de barlovento de la aeronave, lo que produce una tendencia a balancear la aeronave alejándose del viento de costado. Al mismo tiempo, el viento cruzado interactúa con el timón de la aeronave, que tiende a hacer girar la aeronave o apuntar la aeronave hacia el viento y puede exacerbar la situación y producir una fuerza tangencial que también balancea la aeronave alejándola del viento cruzado. El resultado, si no se controla, es un giro descoordinado hacia la izquierda en una configuración baja de ala derecha.

Las aeronaves con base en tierra que experimentan una situación similar dirigen sus controles de vuelo de manera que los alerones del ala contra el viento que experimenta el viento cruzado se desvían hacia arriba para forzar el ala hacia abajo. Esto ayuda a controlar el momento de elevación en el ala. Sin embargo, las aeronaves con base en tierra interactúan con el suelo a través del tren de aterrizaje, que proporciona una superficie de fricción estable sobre la que operar. La aeronave anfibia que experimenta el mismo escenario no tiene una superficie tan estable en la que confiar. Más bien, un anfibio debe mejorar su estabilidad lateral mediante el uso de estabilizadores o alguna otra forma de flotabilidad desplazada lateralmente.

En el escenario descrito anteriormente para una aeronave anfibia, un viento cruzado en cuadrante experimentado en un viraje puede dar como resultado que el ala contra el viento se eleve de tal manera que la estructura de flotabilidad opuesta o estabilizador quede sumergida. Si el estabilizador en el lado opuesto del viraje está sumergido, la resistencia hidrodinámica inducida por el estabilizador impedirá que la aeronave realice el viraje. De hecho, la resistencia puede ser tan significativa que la aeronave gire en la dirección opuesta. Por lo tanto, en tal situación, el viraje debe detenerse, de modo que se recupere la flotabilidad estática. Una vez que la aeronave está nivelada y se restablece la estabilidad lateral, el viraje puede comenzar de nuevo.

Si bien es frustrante durante las operaciones a baja velocidad, la incapacidad de limitar el desplazamiento lateral y realizar un giro coordinado con viento cruzado puede limitar severamente el entorno operativo de una aeronave anfibia y puede resultar en condiciones peligrosas de despegue y aterrizaje. De acuerdo con la presente invención, el efecto de planeo hidrodinámico de la punta de ala evita la inmersión del estabilizador lateral a sotavento o a favor del viento. Como resultado, nunca se exceden los límites de desplazamiento lateral y se puede mejorar la envolvente operativa con respecto a un componente de viento cruzado para la aeronave anfibia. A medida que aumenta la velocidad de la aeronave, los alerones se vuelven efectivos y se puede recuperar la estabilidad lateral a través de las fuerzas aerodinámicas de los alerones y sin el uso de la superficie de planeo hidrodinámica de la punta de ala.

La figura 3 representa una vista frontal de una aeronave anfibia que tiene el sistema de estabilidad lateral según la presente invención. Como puede verse, la aeronave anfibia 100 incluye una estructura de flotabilidad desplazada lateralmente 310, 315 en lados opuestos de la aeronave. Cuando la aeronave está en reposo, las estructuras de flotación 310, 315 proporcionan una estabilidad lateral adecuada para mantener la aeronave 100 en una posición vertical con respecto a la superficie del agua 320. A medida que la aeronave 100 experimenta un movimiento hacia adelante, como se describe con respecto a la figura 2, e intentos de virar, la inercia y el viento cruzado ejercerán una fuerza de balanceo 345 sobre el avión 100. En este caso, un viento cruzado delantero izquierdo produce una fuerza de balanceo derecha. A medida que el avión 100 gira hacia la derecha, la punta de ala más a la derecha 325 impacta contra el agua.

De acuerdo con la presente invención, la superficie de planeo hidrodinámica de la punta de ala más a la derecha 325 produce una fuerza de enderezamiento sustancialmente perpendicular a la superficie del agua 340. El diseño de la punta de ala es tal que la punta de ala no se sumerge y conserva su capacidad para producir una fuerza de enderezamiento a medida que aumenta la velocidad. La fuerza de enderezamiento 350 contrarresta el momento de balanceo 345 causado por el giro y el viento cruzado. Como resultado, la estructura de flotabilidad de sotavento 315 no se sumerge. A medida que aumenta la velocidad de la aeronave, el efecto de planeo de la punta de ala hidrodinámica 325 y la fuerza de enderezamiento 350 aumentan al igual que el efecto de planeo de la estructura de flotabilidad 315 a través de su interacción con el agua. Eventualmente, los alerones se hacen efectivos permitiendo que la punta de ala 325 se enderece sin el uso de la punta de ala de planeo hidrodinámico.

La figura 4A muestra una vista frontal de una aeronave anfibia con un sistema de estabilidad lateral de la presente invención interactuando con una superficie de agua. Como se muestra, la superficie de agua 440 interactúa con la punta de ala de planeo hidrodinámica izquierda 405 de la aeronave anfibia 100. También se muestran en la figura 4 los alerones 410, 420 de la aeronave anfibia. En la presente representación, la aeronave anfibia 100 está intentando realizar sustancialmente un giro coordinado a la izquierda desviando la punta de ala izquierda 405 hacia el agua usando los alerones 410, 420. Forzando la punta de ala izquierda 405 hacia la superficie del agua 440 y utilizando el efecto de planeo hidrodinámico de la presente invención, la aeronave 100 experimenta sustancialmente un giro coordinado mientras está en el agua. Debe tenerse en cuenta que, como se muestra, mientras la punta de ala 405 está interactuando con el agua 440, su estructura de flotabilidad asociada 460 no está sumergida.

El sistema de punta de ala de la presente invención incluye una punta de ala con orientación diédrica negativa (anédrica) que posee una superficie de planeo orientada hacia una superficie de agua. Cuando una aeronave se balancea sobre su eje longitudinal debido a la inestabilidad lateral, la punta de ala en la dirección del balanceo hace contacto con el agua. En una situación estática, las propiedades flotantes de la punta de ala por sí solas complementarán la estabilidad lateral del sistema de flotabilidad. Sin embargo, cuando la aeronave está en movimiento, el efecto de planeo de la superficie de planeo que se encuentra en la porción inferior de la punta de ala cuando hace contacto con el agua producirá una fuerza de enderezamiento sustancialmente perpendicular a la superficie de agua y opuesta a la inestabilidad lateral experimentada.

La figura 4B es una representación ampliada de la interacción de la punta de ala con la superficie de agua según una realización de la presente invención. La superficie de planeo 475 de cada punta de ala 405 está orientada de tal manera que, en el primer contacto con el agua, el borde delantero 460 de la punta de ala está fuera del agua. Esto se debe a una incidencia positiva de la punta de ala. Por lo tanto, el primer contacto de la superficie de planeo de la punta de ala 475 se hace con el borde trasero 450. A medida que más superficie de planeo hace contacto con el agua, la fuerza de balanceo o enderezamiento aumenta. Además, la inmersión aumentada de la superficie de planeo 475 proporciona una fuerza de enderezamiento aumentada a una velocidad creciente. El ángulo positivo de incidencia de la punta de ala también mantiene la capacidad de la punta de ala para proporcionar una fuerza de enderezamiento en condiciones de mar con olas pequeñas.

La figura 4C muestra la misma punta de ala de la figura 4B vista desde abajo. Además del ángulo de incidencia positivo, la punta de ala vista desde la parte inferior de la superficie de planeo tiene dos bordes traseros afilados, uno interior y otro exterior (colectivamente, el borde trasero 450) para promover una separación limpia del agua de su interacción con la superficie de la punta de ala. Recuerde que las esquinas redondeadas promoverían una unión de flujo de un radio que crearía una condición de presión negativa que resultaría en una fuerza de elevación hacia abajo. Debe tenerse en cuenta que la superficie de planeo de la punta de ala está inclinada hacia arriba en un ángulo con respecto al borde delantero del ala, de modo que cuando la aeronave se balancea lo suficiente como para que la punta de ala (superficie de planeo) entre en contacto con el agua, la superficie de planeo es sustancialmente paralela a la superficie del agua.

De acuerdo con la presente invención, una aeronave anfibia tiene una estabilidad lateral mejorada para operaciones en el agua mientras mantiene la capacidad de ser transportada en un remolque. La figura 5 muestra una vista frontal de una aeronave anfibia con un sistema de estabilidad lateral de la presente invención configurada para transporte sobre remolque. La aeronave anfibia 100 incluye el sistema de flotabilidad 110 y el sistema de punta de ala 120 como se explicó anteriormente. Las puntas de ala hidrodinámicas 120 (no mostradas) y el ala asociada se muestran en su posición almacenada. En la presente representación, la aeronave 100 se apoya sobre el remolque 510 que tiene una anchura lateral de la dimensión Y (510). La combinación de la superficie de planeo hidrodinámica 120 de cada punta de ala y el sistema de flotabilidad 110 del sistema de estabilidad lateral permite que la aeronave anfibia logre una configuración almacenada de anchura mínima. En una realización, el ancho del remolque 510 combinado con la aeronave 100 es menor que el límite legal para el transporte en carreteras públicas. Mientras que el ancho lateral máximo de un tráiler remolcado en vías públicas varía, la presente invención permite que un tráiler que transporta una aeronave anfibia de 2,74 metros con un sistema de estabilidad lateral tenga una anchura lateral máxima de 2,74 metros (9 pies) o menos. En otra realización, la anchura lateral máxima Y (510) de la aeronave en su configuración almacenada de 2,59 metros en combinación con su remolque es inferior o igual a 2,59 metros (8 pies, 6 pulgadas). En otra realización más de la presente invención, la anchura lateral máxima de la aeronave en su configuración almacenada es inferior o igual a 2,29 metros (7 pies, 6 pulgadas). Tal capacidad de minimizar la anchura lateral de la aeronave mientras mantiene su estabilidad lateral operativa le da a la aeronave anfibia no solo la capacidad de ser transportada en carreteras públicas a través de un remolque, sino también de ser enviada a través de un contenedor de envío estándar.

El sistema de estabilidad lateral de la presente invención incluye un sistema de flotabilidad que comprende estructuras de flotabilidad opuestas situadas a ambos lados del fuselaje de una aeronave anfibia. Complementando las estructuras de flotabilidad del sistema de flotabilidad están las superficies de planeo hidrodinámicas de las puntas de las alas. Usadas junto con las estructuras de flotabilidad, las superficies de planeo hidrodinámicas asociadas con cada punta de ala evitan que las estructuras de flotabilidad del sistema de flotabilidad se sumerjan, como puede ocurrir durante un giro o cuando se experimentan condiciones de viento cruzado. Al evitar la inmersión de la estructura de flotabilidad, la aeronave anfibia puede continuar acelerando hasta que los alerones puedan producir una fuerza de sustentación suficiente para controlar la estabilidad lateral.

Al complementar la estabilidad lateral de las estructuras de flotabilidad utilizando superficies de planeo hidrodinámicas asociadas con la punta de ala, la anchura lateral combinada del fuselaje y las estructuras de flotabilidad se puede reducir sin afectar negativamente el rendimiento operativo. Esta anchura lateral reducida permite configurar la aeronave anfibia para su almacenamiento y transporte en un remolque o en un contenedor. De acuerdo con una realización de la presente invención, la anchura combinada del remolque y la aeronave anfibia, cuando está en su configuración almacenada, es menor que la anchura máxima permitida en las vías públicas. Además, la aeronave anfibia puede configurarse para ser transportada a través de un contenedor de transporte sin afectar negativamente a su rendimiento operativo.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Una aeronave anfibia (100) que comprende un sistema de estabilidad lateral, teniendo la aeronave anfibia una estructura de ala alta con alas plegables que se pueden mover entre una configuración operativa y una configuración almacenada, y un fuselaje, proporcionando una combinación de ala alta y fuselaje un efecto de diedro efectivo durante el vuelo, comprendiendo el sistema de estabilidad lateral:

un sistema de flotabilidad (110) que comprende dos estructuras de flotabilidad (310, 315) cada una de ellas desplazada lateralmente y que se extiende desde un lado respectivo del fuselaje, estando configuradas las estructuras de flotabilidad (310, 315) de manera que, cuando la aeronave está en reposo en el agua (320), las estructuras de flotación (310, 315) proporcionan una estabilidad lateral adecuada para mantener la aeronave (100) en una posición vertical con respecto a la superficie del agua (320); y

un sistema de punta de ala asociado con cada ala de las alas plegables de la aeronave anfibia y que incluye para cada ala una punta de ala orientada anédrica (405) que tiene una superficie de planeo hidrodinámica (475) provista, en la configuración operativa, en una porción inferior de la punta de ala y orientada hacia una superficie del agua, teniendo cada punta de ala un borde delantero (460) y un borde trasero (450) y teniendo una incidencia positiva de tal manera que la superficie de planeo (475) de cada punta de ala (405) está orientada de tal manera que al primer contacto operativo con el agua (320), el borde delantero (460) de la punta de ala está fuera del agua (320) y se realiza un primer contacto de la superficie de planeo de la punta de ala (475) con el borde trasero (450), en la que:

en una situación estática, cuando la aeronave se balancea sobre su eje longitudinal debido a la inestabilidad lateral, la punta de ala (405) en la dirección del balanceo hace contacto con el agua (320), y las propiedades de flotabilidad de la punta de ala por sí solas complementarán la estabilidad lateral proporcionada por el sistema de flotabilidad (110); y

en una situación dinámica, cuando la aeronave está en movimiento, el contacto de la superficie de planeo (475) con la superficie de agua crea un efecto de planeo para producir una fuerza de enderezamiento sustancialmente perpendicular a la superficie del agua y opuesta a la inestabilidad lateral experimentada, estando configurada la superficie de planeo (475) de manera que, operativamente, a medida que una mayor parte de la superficie de planeo (475) hace contacto con el agua, la fuerza de enderezamiento aumenta, aumentando la inmersión de la superficie de planeo provocando una fuerza de enderezamiento creciente resultante a una velocidad creciente, impidiendo operativamente el efecto de planeo de la punta de ala una inmersión de la estructura de flotabilidad (310, 315) en el mismo lado de la aeronave que la punta de ala en contacto con el agua, siendo complementada la estabilidad lateral de la estructura de flotabilidad por las superficies de planeo hidrodinámicas asociadas con el punta de ala y

en la que, en la configuración almacenada, las alas plegadas están orientadas con respecto al fuselaje de manera que no sobresalgan lateralmente más allá de las estructuras de flotabilidad del sistema de flotabilidad (110), estando configurada la aeronave de tal manera que al complementar la estabilidad lateral de las estructuras de flotabilidad utilizando las superficies de planeo hidrodinámicas asociadas con la punta de ala, una anchura lateral combinada del fuselaje y las estructuras de flotación se puede reducir para permitir que la aeronave anfibia se configure para almacenamiento y transporte en un remolque o en un contenedor de envío sin afectar negativamente el rendimiento operativo.

2. La aeronave de la reivindicación 1, en la que el sistema de flotabilidad (110) se combina en un casco de la aeronave anfibia (100) y extiende el casco lateralmente desde el fuselaje.

3. La aeronave de la reivindicación 1, en la que, en respuesta a la superficie de planeo hidrodinámica de al menos una punta de ala que hace contacto con el agua mientras la aeronave anfibia está en movimiento, la superficie de planeo de la al menos una punta de ala produce una fuerza de enderezamiento sustancialmente perpendicular a la superficie de planeo de fuerza suficiente para evitar la inmersión de cualquier porción del sistema de flotabilidad.

4. La aeronave de la reivindicación 1, en la que la superficie de planeo hidrodinámica de la punta de ala evita la inmersión de al menos una porción del sistema de flotabilidad cuando la aeronave anfibia se balancea alrededor de un eje alineado con el fuselaje.

5. La aeronave de la reivindicación 1, que es configurable para ser transportada en un remolque de manera que la anchura combinada de la aeronave anfibia y el remolque sea menor o igual a 2,74 m (9 pies) sin modificar el sistema de flotabilidad.

6. La aeronave de la reivindicación 1, que es configurable de tal manera que la anchura total de la aeronave anfibia sin modificar el sistema de flotabilidad es inferior o igual a 2,29 m (7 pies, 6 pulgadas).