ES2955358T3

ES2955358T3 - Vehículo VTOL híbrido

Info

Publication number: ES2955358T3
Application number: ES14817368T
Authority: ES
Inventors: James Egan; Joel Egan
Original assignee: Egan Airships Inc
Current assignee: Egan Airships Inc
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2023-11-30
Anticipated expiration: 2034-06-26
Also published as: EP3013680A1; CN105358428B; JP6426165B2; BR112015032313B1; JP2019048632A; CN109515674A; US20180079479A1; CN109515674B; US9856007B2; BR112015032313A2; WO2014210393A1; CN105358428A; EP3013680B1; JP2016526508A; EP3013680A4; AU2014302220B2; KR20160024363A; US20160137281A1; AU2014302220A1; US10894591B2

Abstract

Un vehículo híbrido VTOL que tiene una envoltura configurada para proporcionar flotabilidad hidrostática, un fuselaje unido a la envoltura y que tiene al menos un par de alas que se extienden desde lados opuestos de la misma para producir sustentación dinámica a través del movimiento, y un dispositivo de generación de empuje en cada ala y configurado para girar con cada ala alrededor de un eje que es lateral a un eje longitudinal de la envoltura para proporcionar capacidades de despegue o aterrizaje vertical. Idealmente, la envolvente proporciona sustentación hidrostática negativa para mejorar la estabilidad en el suelo y a baja velocidad. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Vehículo VT0L híbrido

ANTECEDENTES

Campo técnico

[0001] La presente divulgación se refiere a vehículos capaces de volar y, más particularmente, a vehículos tripulados y no tripulados con métodos combinados de sustentación, incluida la sustentación dinámica y la flotabilidad por desplazamiento.

Descripción de la técnica relacionada

[0002] Las aeronaves son vehículos capaces de volar e incluyen aeronaves más ligeras que el aire, que pueden elevarse y permanecer suspendidas utilizando gas contenido que pesa menos que el aire desplazado por el gas, así como aeronaves más pesadas que el aire, como los aviones de alas fijas y móviles, que utilizan la sustentación dinámica creada por el movimiento de un ala a través del aire y las naves de alas giratorias, como los helicópteros. Cada tipo de aeronave tiene sus propias ventajas e inconvenientes.

[0003] En un esfuerzo por aprovechar las ventajas de los distintos modos de sustentación, se han hecho propuestas para combinar alas con aeronaves más ligeras que el aire. Por ejemplo, la patente estadounidense n.° 6.311.925 describe una aeronave y un método para transportar carga que tiene una estructura de soporte en la envoltura de la aeronave que tiene unidas a ella las aletas o alas, que se extienden hacia fuera de la aeronave. Este diseño intenta evitar las limitaciones estructurales de tener alas cargadas que ejercen fuerza directamente sobre la envoltura de la aeronave. Aunque en las alas se utilizan motores turbohélice asistidos por chorro, este diseño hace un uso ineficiente de ambas formas de sustentación tomadas en conjunto y en combinación con el motor turbohélice. Además, este diseño no utiliza las capacidades de despegue o aterrizaje vertical (VT0L, por sus siglas en inglés) de las aeronaves de ala fija, en parte porque la envoltura está diseñada para proporcionar suficiente sustentación para superar el peso de la aeronave; es decir, tiene una flotabilidad hidrostática positiva.

[0004] Una desventaja de tener flotabilidad hidrostática positiva es la dificultad de controlar la aeronave más ligera que el aire en tierra o cerca del suelo en condiciones de viento. 0tra desventaja es que este tipo de vehículos deben tener grandes perfiles que induzcan la resistencia a fin de retener suficiente gas para proporcionar la sustentación estática necesaria. Además, la velocidad de avance de este diseño se limita generalmente a 50 nudos (92,6 km/h) o menos.

[0005] Por lo tanto, existe la necesidad de una aeronave que pueda combinar la flotabilidad hidrostática con la sustentación aerodinámica en la que se pueda lograr un aumento de la velocidad aerodinámica sin estresar indebidamente la envoltura y que proporcione un mayor control dinámico en condiciones de viento y maniobrabilidad cerca del suelo. Además, este tipo de embarcación debe ofrecer un rendimiento seguro en caso de apagado del motor para garantizar que la carga y los pasajeros resulten ilesos en caso de descenso con el motor apagado.

[0006] El documento US 2005/0116091 desvela un sistema para elevar un cohete a la atmósfera superior y establecer un vuelo de avance a varios cientos de kilómetros por hora, antes de que se enciendan los motores del cohete y este se libere del sistema de elevación. Los principales subensamblajes de este sistema de elevación comprenden: un conjunto de grandes dirigibles llenos de helio, de un tamaño que puede proporcionar cientos o miles de toneladas de fuerza de elevación; un conjunto de tanques de retención que se atarán a los dirigibles y que contendrán bombas y tanques de alta presión, para recapturar y almacenar el helio para su uso en lanzamientos posteriores; y una plataforma alada, con alas que pueden girar verticalmente durante el despegue y horizontalmente para establecer el vuelo de avance y después de haber alcanzado la altitud deseada, y con motores de aeronaves convencionales en cada ala.

[0007] El documento W097/15492 describe una aeronave híbrida con capacidades VT0L, R-VT0L y S-ST0L. La aeronave tiene un casco de cuerpo elevable y cuatro secciones de ala dispuestas en tándem que se mueven de forma pivotante en torno a su eje neutro. Cada sección de ala tiene montado en ella un conjunto de hélice-rotor pivotante para proporcionar empuje sustancialmente en un rango entre horizontal y vertical. Las alas y las hélices están integradas en el casco por un balancín diseñado para ser muy rígido y distribuir las fuerzas de las alas y las hélices al casco. El casco tiene una forma que proporciona sustentación aerodinámica en una corriente de aire y facilita la construcción al minimizar el número de paneles de diferente curvatura necesarios. El casco está formado por un armazón tensado a presión recubierto de paneles semirrígidos, un armazón de revestimiento inferior y conos de morro de revestimiento de proa y popa. Los paneles semirrígidos que cubren el armazón están formados por material laminado estanco al gas y resistente a la abrasión, y están unidos al armazón mediante un sistema de nervadura y enganche de interfaz. El armazón está formado por una pluralidad de segmentos alargados curvos dispuestos en serie ortogonalmente al eje longitudinal del casco y conectados mediante miembros de torsión. Se puede utilizar un sistema de propulsión turboeléctrico para impulsar la aeronave. También se describe una aeronave híbrida avanzada que tiene entre 8 y 12 ventiladores de alta velocidad en lugar de los rotores-hélice.

BREVE RESUMEN

[0008] La presente divulgación se dirige a una aeronave híbrida que utiliza tanto la flotabilidad hidrostática (en este caso flotabilidad aerostática) generada por un gas en combinación con la sustentación generada por alas aerodinámicas que se mueven a través del aire en respuesta a dispositivos de generación de empuje en cada ala, por ejemplo, hélices, ventiladores, chorros y similares.

[0009] La invención de la presente divulgación se define en las reivindicaciones independientes a las que debe hacerse referencia. Características preferidas de la invención se exponen en las reivindicaciones dependientes. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS DIVERSAS VISTAS DE L0S DIBUJ0S

[0010] Lo anterior y otras características y ventajas de la presente divulgación se apreciarán más fácilmente a medida que la misma se comprenda mejor a partir de la siguiente descripción cuando se tome junto con los dibujos anexos, en los que:

La Figura 1 es una vista isométrica de la primera y segunda variantes de realización de un vehículo VT0L híbrido formado de acuerdo con la presente divulgación;

las Figuras 2-4 son vistas laterales, superiores y frontales, respectivamente, del vehículo de la primera realización mostrada en las Figuras 2-7 con las góndolas orientadas hacia delante;

las Figuras 5-8 son vistas isométricas, laterales, superiores y frontales, respectivamente, de la primera realización con las góndolas giradas 90° hacia atrás o en orientación vertical;

la Figura 9 es una vista isométrica ampliada de la cabina del vehículo de la primera realización.

la Figura 10 es una vista isométrica ampliada de una hélice trasera montada para su movimiento orbital en la estructura de cola de la primera realización;

las Figuras 11-13 son gráficos de la envoltura de vuelo, velocidad de ascenso y velocidad de ascenso sin motor para la primera realización;

la Figura 14 es una vista lateral que ilustra las fases de funcionamiento del vehículo de la primera realización; las Figuras 15-17 son vistas en planta lateral, superior y frontal, respectivamente, de la segunda realización del vehículo;

la Figura 18 es una vista lateral ampliada de la cabina del vehículo y las góndolas de la segunda realización; y las Figuras 19 y 20 son gráficos de la envoltura de vuelo y la velocidad de ascenso para la segunda realización del vehículo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0011] En la siguiente descripción , se exponen ciertos detalles específicos para proporcionar una comprensión completa de las diversas realizaciones desveladas. Sin embargo, un experto en la materia reconocerá que las realizaciones pueden llevarse a la práctica con otros métodos, componentes, materiales, etc. En otros casos, no se han mostrado ni descrito estructuras o componentes bien conocidos, o ambos, asociados con aeronaves y sistemas de propulsión y control de aeronaves y control del tráfico aéreo, incluidos, entre otros, motores, hélices, superficies de control como alerones, timones, elevadores, góndolas y pilotos automáticos, vehículos pilotados a distancia y similares, para evitar oscurecer innecesariamente las descripciones de las realizaciones.

[0012] A menos que el contexto requiera lo contrario, en toda la memoria descriptiva y las reivindicaciones que siguen, la palabra "comprender" y sus variaciones, como "comprende" y "que comprende" deben interpretarse en un sentido inclusivo abierto, es decir, como "que incluye, pero no se limita a" Lo anterior se aplica igualmente a las palabras "incluir" y "tener"

[0013] A lo largo de la presente descripción la referencia a "una realización" o "alguna realización" significa que una cualidad, estructura o característica descrita en relación con la realización se incluye en al menos una realización. Así, la aparición de las frases "en una realización" o "en alguna realización" en diversos lugares a lo largo de la memoria descriptiva no se refiere necesariamente en todas a la misma realización.

[0014] Para la conversión en unidades del SI, se aplican los siguientes factores de conversión: 1 libra = 0,4536 kg; 1 libra/pie2 = 4,8824 kg/m2; 1 libra/pie3 = 16,0185 kg/m3; 1 milla náutica = 1,852 km; 1 pie = 0,3048 kg, 1 pulgada = 2,54 cm; 1 pie2 = 0,0923 m2; 1 nudo = 1.852 km/h; 1 pie/s = 0,3048 m/s.

[0015] Haciendo referencia inicialmente a la Figura 1, se muestran dos realizaciones relacionadas de la presente divulgación en forma de un primer vehículo híbrido A representado con el número de referencia 100 y un segundo vehículo híbrido B, que es una versión más grande del anterior, representado con el número de referencia 200. Dado que estos vehículos híbridos incorporan características tanto de un avión como de un dirigible, a lo largo de esta descripción se hará referencia a estos vehículos como "Dirigible". Debe entenderse que aunque en la presente invención se ilustran y describen dos versiones del Dirigible, pueden desarrollarse versiones adicionales para una variedad de aplicaciones utilizando las características desveladas o características adicionales conocidas por los expertos en la materia. Cuando proceda, las piezas y componentes comunes a ambas realizaciones se describirán con el mismo número de referencia.

[0016] Como se ve en general en la Figura 1, el Dirigible 100 tiene un primer dispositivo de sustentación en forma de una envoltura 102 y un segundo dispositivo de sustentación en forma de primera y segunda alas (izquierda y derecha) 104, 106 que se extienden lateralmente desde un fuselaje 108 unido a la envoltura 102. A popa del fuselaje 108 se proyecta un brazo de cola único 110 que tiene en un extremo de popa 112 un estabilizador horizontal 114. El estabilizador horizontal 114 tiene extremos libres 116 con unos estabilizadores verticales 118, 120 proyectándose hacia arriba desde el respectivo extremo libre 116.

[0017] La propulsión es proporcionada por un par de hélices 122 montadas en respectivos motores eléctricos 124 en góndolas 126 en cada una de las alas 104, 106. El control direccional es proporcionado en parte por un rotor de cola orbital 128 montado en el extremo de popa 112 del brazo de cola 110. Idealmente, cada ala 104, 106 puede rotar sobre su eje longitudinal para rotar las hélices desde una posición de empuje horizontal a una posición de empuje vertical, como se describe con más detalle a continuación, lo que puede proporcionar un control direccional adicional. Para sostener el Dirigible 100 en el suelo, se utilizan ruedas 130, que se extienden desde el fuselaje 108.

[0018] El diseño del Dirigible está configurado para proporcionar una división entre sustentación aerodinámica y aerostática. Equilibrar estos dos tipos de sustentación es importante porque demasiada sustentación aerostática hará que el vehículo sea ingobernable a velocidades aerodinámicas bajas o nulas, como cuando el vehículo está en tierra con vientos fuertes. En cambio, una sustentación aerostática demasiado escasa obliga a utilizar motores sobredimensionados para las operaciones de despegue o aterrizaje vertical (VT0L). 0tro factor en el diseño del Dirigible es el hecho de que las envolturas de la mayoría de los dirigibles no son lo suficientemente fuertes como para soportar las cargas de las alas sin refuerzos internos pesados o una caja de transporte. Con configuraciones de sección transversal de envoltura no circular, no es posible conectar alas a la envoltura sin proporcionar una estructura interna o proporcionar una envoltura segmentada, todo lo cual aumenta el peso. 0tras consideraciones a tener en cuenta son la utilización de un tren de aterrizaje similar al de un avión para permitir un despegue rodante y la capacidad de las hélices para girar hasta una posición horizontal en tierra. Además, los estabilizadores verticales deben ser lo suficientemente grandes para proporcionar estabilidad y, si se desea, control, que puede ser en forma de timón. La fijación de estas superficies de control al casco suele requerir refuerzos externos y complicar la construcción y el inflado del casco.

[0019] En el diseño del Dirigible también se tuvieron en cuenta los requisitos gubernamentales para el diseño de dirigibles, tanto de la Agencia Federal de Aviación estadounidense (FAA) como, por ejemplo, del LFLS alemán, que exigen:

1. La envoltura debe estar protegida contra el deterioro o la pérdida de resistencia en servicio debido a la intemperie, la corrosión y la abrasión.

2. La envoltura debe diseñarse para estar presurizada mientras soporta las cargas límite de diseño para todas las condiciones de vuelo y de tierra, y las presiones aerodinámicas locales, que deben incluirse en la determinación de las tensiones.

3. El tejido de la envoltura debe tener una resistencia límite no inferior a cuatro veces la carga límite determinada por la presión interna máxima de diseño combinada con la carga máxima.

4. Los sistemas de suspensión internos o externos, o tanto internos como externos, de los componentes de sustentación, como el fuselaje, deben estar diseñados para transmitir y distribuir las cargas resultantes a la envoltura de manera uniforme para todas las condiciones de vuelo.

[0020] Con respecto al diseño de la envoltura, las Figuras 2-4 muestran una vista a través del Dirigible 100 desde una vista lateral, superior y frontal en la que las góndolas del motor 126 están en una orientación horizontal hacia delante. Como puede verse en las Figuras 2 y 3, el brazo de cola 110 está soportado por puntales de soporte 132 fijados al soporte estructural 134 de la envoltura 102. Formados dentro de la envoltura 102 están los balones de proa y popa 136, 138, respectivamente. Estos balones 136, 138 son estructuras bien conocidas utilizadas en el diseño de dirigibles para proporcionar lastre. Idealmente, se trata de envolturas o bolsas llenas de aire situados dentro del casco principal de la envoltura 102. Dado que el aire tiene un peso o gravedad específica mayor que el helio, los balones se inflan con aire para hacer descender el dirigible y se desinflan con aire para hacer ascender el dirigible, o para ayudar en el ascenso en combinación con el movimiento hacia delante de las alas 104, 106 y cualquier vector ascendente de empuje proporcionado por el sistema de propulsión, en este caso los motores de hélice en las góndolas 126. También se apreciará que los balones 136, 138 se utilizan para controlar el trimado (nivelación horizontal) del Dirigible 100.

[0021] Como se ve más claramente en la vista superior de la Figura 3, las alas 104, 106 tienen forma en flecha hacia delante. El uso de las alas en flecha hacia delante 104, 106 hace que las hélices 122 estén elevadas sobre el suelo cuando están en posición de vuelo vertical. Esto se hace por seguridad y también para colocar las hélices más cerca de la línea central vertical del casco o envoltura 102 para reducir la interferencia aerodinámica a medida que el aire es arrastrado alrededor del casco y hacia las hélices. Además, la rotación diferencial de las alas 104, 106 permite al piloto girar fácilmente el vehículo inclinando un ala hacia abajo-adelante y la otra hacia abajo-atrás, lo que hará que el vehículo gire sobre un eje vertical.

[0022] Al considerar el entorno operativo del Dirigible, se supone que el helio tendrá una pureza del 97,5 % con una densidad de 0,01304 libras por pie3. En un día medio de verano con una temperatura ambiente de 77 grados Fahrenheit y una humedad del 70,2 %, la elevación resultante será de aproximadamente 57 libras por pie3 de helio. Si el objetivo de diseño es un 74% de llenado para 10.000 pies de operación, habría 49,6 libras por 1000 pies3 de elevación. Los balones 136, 138 deben ser el 26 % del volumen interno. Utilizando el tamaño clásico de cola de dirigible del 13 % del volumen (V) del casco principal, el tamaño de la cola sería del 13 % V0666. Se aplicaría una reducción del 15 % de la resistencia aerodinámica del casco por efectos de escala.

[0023] Los motores utilizados para la propulsión podrían adaptarse a partir de motores eléctricos existentes de 8 pulgadas de diámetro, 12 pulgadas de longitud, 25 kilogramos (55 libras) más el controlador para 30 libras, y una potencia de 140 kilovatios (187 BHP) durante cinco minutos produce 3,4 caballos de potencia por libra, donde el controlador añade el 55 % del peso.

[0024] Para el Dirigible 300, de mayor tamaño, se necesitarían dos motores de 600 caballos de potencia que pesaran unas 180 libras cada uno (con 100 libras para el controlador). Se supone que para el modelo más grande las baterías serían 3,2 veces más pesadas que las del Dirigible 100 y tendrían 1,5 veces más tamaño. Para una mayor eficiencia a baja velocidad en la versión del Dirigible 300, los estudios indican que sería preferible un tamaño de hélice de 9,1 pies.

[0025] Lo ideal sería que la energía suministrada a los motores procediera de baterías de iones de litio con una densidad energética de 0,2 kwh/kg. Las previsiones de desarrollo de baterías en los próximos cinco años indican un potencial de 1 kwh/kg como posible fuente de energía. El volumen de la batería es de aproximadamente 0,5 kwh/litro, lo que equivale a 500 kwh/m3. Para el Dirigible 100, esto daría como resultado un tamaño de hélice de aproximadamente 5,9 pies de diámetro.

[0026] Aunque se podrían utilizar ventiladores con conductos, como se hace en dirigibles y modelos de radiocontrol, rara vez se utilizan en aeronaves reales porque son menos eficientes durante el crucero debido a la resistencia del conducto, la reducción del beneficio de la restricción del flujo y el menor nivel de empuje deseado. Además, deben mantenerse alturas libres entre las puntas de las palas y el conducto. También hay que tener en cuenta el peso, la resistencia y el mantenimiento del propio conducto y sus accesorios, así como los requisitos de diseño, análisis y pruebas adicionales para poder utilizar estos ventiladores con conductos. Cuando se tienen en cuenta las consideraciones de resistencia y peso, la ventaja de un ventilador con conductos se disipa o desaparece alrededor de los 50 nudos cuando se consideran la resistencia y el peso hasta los 100 nudos de velocidad aérea.

[0027] El tamaño real de la batería para los Dirigibles 100, 300 dependerá de los supuestos de la misión y de los cálculos de resistencia. Idealmente, se supone que el material del casco y del balón es un material compuesto de aramida CT35HB que tiene una baja permeabilidad a los gases, un excelente rendimiento a baja temperatura y una excelente retención de la presión. Utilizando este material, el peso de la envoltura del casco sería de aproximadamente 0,0326 libras por pie2. Si se tienen en cuenta la catenaria y los pesos diversos, el peso de la envoltura aumentaría aproximadamente un 10 %. En la tabla A se indican las especificaciones de elevación y peso.

Tabla A

Continuación

[0028] La aviónica y el control de vuelo cumplirán todos los requisitos de la FAA en materia de equipos de comunicación y navegación. Lo ideal sería disponer de capacidades de vuelo y navegación autónomos. El peso del equipo necesario para la aviónica oscila entre 40 y 66 libras, es decir, aproximadamente tres veces el de un avión biplaza típico de la aviación general. El control de vuelo debe ser completamente operativo para permitir el vuelo no tripulado, y habrá aproximadamente 135 libras de sistema servo eléctrico que utiliza su propia energía de la batería para el vuelo no tripulado.

[0029] Los cálculos de autonomía suponen que se utilizará el empuje máximo para el despegue durante unos dos minutos y para el aterrizaje durante aproximadamente 1/2 minuto. Se asume el treinta y tres por ciento del empuje para mantenerse en espera. Mientras que los aviones requieren 20 minutos de espera, el Dirigible 100 tendrá unos 5 minutos de espera, ya que el aterrizaje se realiza verticalmente. A 85 nudos de crucero a 5000 pies, se necesitaría un 75 % de empuje. Cuatrocientas libras de baterías proporcionarán aproximadamente 13 minutos de tiempo de crucero, lo que equivale a una autonomía de unas 25 millas náuticas. Si el peso bruto del Dirigible es de 3050 libras, esto permite añadir 600 libras adicionales de baterías, lo que proporciona unos 23 minutos de crucero a 45 millas náuticas por hora.

[0030] Con la mejora de la densidad energética de las baterías en los próximos años, es posible que la autonomía aumente a 200 millas náuticas con 780 libras de baterías si la densidad energética de las baterías mejora cuatro veces la de la tecnología actual. La autonomía de 200 millas náuticas es posible con un ahorro adicional de peso o aumentando el tamaño de la hélice para permitir un peso bruto total de 3230 libras. La Tabla B muestra la densidad de energía, el volumen de la batería, la potencia y los datos de eficiencia para dos pesos y volúmenes de batería.

Tabla B

[0031] Las Figuras 5-8 ilustran el Dirigible 100 en la configuración VT0L en la que tanto las alas 104, 106 como las góndolas acopladas 126 con los motores 124 y las hélices 128 han sido rotadas 90 grados hacia arriba de forma que el empuje de las hélices 122 es vertical. Esta es la configuración ideal para el despegue y el aterrizaje en el modo VT0L. Sin embargo, las alas 104, 106 pueden girar a varias orientaciones, ya sea juntas o independientemente para vectorizar el empuje en las direcciones deseadas para el movimiento horizontal y vertical, así como la guiñada, es decir, el movimiento alrededor de un eje vertical. Idealmente, las alas giran en un rango de al menos 90 grados hasta e incluyendo 180 grados alrededor de un eje longitudinal del ala, que es lateral a un eje longitudinal de la envoltura. En algunas configuraciones, el ala puede girar más allá de 180 grados, hasta 270 grados inclusive, y más allá de 270 grados.

[0032] La Figura 9 ilustra el fuselaje 108 en una configuración biplaza en tándem para pasajeros, similar a una góndola utilizada en los dirigibles existentes. En este diseño, las alas 104, 106 están unidas al fuselaje en lugar de a la envoltura. Así, las tensiones las soporta el fuselaje en lugar de la envoltura. Como se ve en la Figura 9, una columna de control 142 está situada delante del par de asientos 140, y puede configurarse para que se deslice hacia la izquierda o hacia la derecha para proporcionar asientos al piloto a ambos lados del Dirigible 100.

[0033] En la Figura 10 se muestra una vista en primer plano del rotor orbital de cola 128 que está montado para girar alrededor de un eje horizontal, así como para pivotar alrededor de un eje transversal para ayudar a controlar el movimiento direccional del Dirigible 100. Mientras que las superficies de control convencionales de un avión, como alerones, timones y elevadores, pueden utilizarse durante el vuelo en el que las alas 104, 106 generan sustentación, en vuelo lento o estacionario, el rotor de cola 128 proporciona la capacidad de maniobrar el Dirigible 100 en los tres ejes de control (cabeceo, balanceo y guiñada). Debe entenderse que en ciertos diseños también puede utilizarse un diseño de ventilador en conducto para el rotor de cola.

[0034] Las Figuras 11-13 son gráficos de la envoltura de vuelo, velocidad de ascenso y velocidad de ascenso sin motor para el Dirigible 100 usando las especificaciones de diseño descritas en la presente invención. Si ambos motores están apagados a cualquier altitud, significa que el tamaño y la resistencia del vehículo caerán a un máximo de 26 pies por segundo. Comparativamente, esto no es muy rápido porque los aviones militares no sufren ningún daño a una velocidad de caída de 24 pies por segundo. Los pasajeros y la carga estarían seguros con este nivel de rendimiento sin motor. Independientemente de la altitud. Los pasajeros y la carga estarían seguros porque el vehículo no descendería a más de 26 fps, que es relativamente lento (=19 mph).

[0035] Haciendo referencia a la Figura 14, en ella se representa una trayectoria de vuelo prevista para el despegue solo para el Dirigible 100. Con las hélices giradas 90 grados hacia arriba para el despegue vertical, el Dirigible 100 se eleva hasta aproximadamente 50 pies, momento en el cual o durante el ascenso, el ángulo de cabeceo aumentaría a 30 grados utilizando el rotor de cola 128 para proporcionar un ángulo de ascenso aproximado de 30 grados. El movimiento hacia delante se inicia entonces girando las hélices hacia delante mientras el Dirigible 100 continúa ascendiendo desde 50 pies hasta 400 pies y avanzando desde el punto de despegue hasta 700 pies y más. Debe entenderse que el vehículo puede alcanzar un ángulo de ascenso de hasta 45 grados o más, dependiendo de la configuración.

[0036] Las Figuras 15-18 ilustran la segunda realización de la presente divulgación en la que el Dirigible 200 está diseñado para transportar hasta 12 pasajeros o 10-12 cajas de carga (3,3 pies cuadrados) para una carga útil total de 2400 libras. Como puede verse en las Figuras 15-18, el Dirigible 200 tiene una envoltura más grande 202, que incluye el balón de proa 204 y el balón de popa 206. El dirigible 200 tendrá una longitud en el rango de 100 pies a 200 pies, y más preferiblemente alrededor de 150 pies de largo. Un fuselaje 208 ampliado está unido a la envoltura 202 y tiene el brazo de cola 210 que se extiende desde la misma, así como las alas izquierda y derecha 212, 214, respectivamente. En el extremo de cada ala hay una hélice 216 accionada por un motor eléctrico 218 alojado en una góndola 220. Los puntales 222 soportan el brazo de cola 210 en la envoltura 202 y proporcionan soporte para el estabilizador horizontal 224, los estabilizadores verticales 226, y el rotor de cola 228. Las ruedas 230 más grandes se extienden desde el fuselaje 208 agrandado, como se muestra más claramente en la Figura 18. El fuselaje 208 se ha ampliado para transportar hasta 12 personas en una disposición en paralelo, es decir, en seis filas de dos asientos cada una. Bajo el fuselaje 208 puede almacenarse un paquete de baterías extraíble para suministrar energía a los sistemas de control, navegación y propulsión.

[0037] La Figura 18 también muestra con mayor detalle la orientación de las góndolas 220 desde una posición horizontal delantera girada 90 grados hacia arriba hasta una orientación vertical. Idealmente, las góndolas 220 con motores 218 y hélices 216 giran en combinación con las alas 212, 214 a las que están unidas. Las alas pueden girar juntas o independientemente para permitir una variedad de configuraciones de control para el Dirigible 200.

[0038] Las Figuras 19 y 20 muestran la envoltura de vuelo y la velocidad de ascenso, respectivamente, para el Dirigible 200.

[0039] Como se desprende fácilmente de lo anterior, los Dirigibles 100, 200 son híbridos entre un avión y un dirigible diseñados para la entrega de pequeñas cargas y el transporte local de pasajeros. Se proporciona un desplazamiento aéreo no rígido de sustentación dinámica accionado eléctricamente que obtiene una parte no trivial de su sustentación de la aerodinámica, así como de la sustentación aerostática de la envoltura. En la medida en que el vehículo está destinado a operar desde emplazamientos pequeños, debe proporcionarse capacidad VT0L con el peso máximo.

[0040] Se pueden proporcionar sistemas de control de vuelo automatizados e informatizados que incluyan el guiado terminal de aterrizaje, especialmente en condiciones de viento. Sin embargo, se espera que los vuelos no tripulados, especialmente para aplicaciones de carga, puedan utilizarse con el control proporcionado por las comunicaciones de radio desde ubicaciones en tierra, ya sea directamente o a través de retransmisiones por satélite. También pueden incorporarse al sistema de control sistemas de control a bordo que utilicen trayectorias de vuelo preprogramadas.

[0041] Idealmente, el Dirigible 100 tendrá capacidad de despegue o aterrizaje vertical, con control de velocidad cero, así como capacidad ST0L (despegue o aterrizaje corto) rodante utilizando las ruedas. La longitud preferida del Dirigible 100 es de 50 pies, aunque las limitaciones de diseño y las consideraciones funcionales pueden requerir que esté en el rango de 50 pies a 90 pies. Idealmente, el Dirigible 100 tendrá una carga útil no tripulada de aproximadamente 500 libras o una carga útil alternativa de dos personas más equipaje. Los motores de propulsión reciben energía eléctrica a través de una batería, una pila de combustible u otros medios conocidos por los expertos en la materia. Con una velocidad máxima prevista de 90 millas por hora y una autonomía de 200 millas, el vehículo puede realizar tanto entregas de carga y pasajeros como visitas turísticas y otras actividades comerciales.

[0042] Cuando están en el suelo, los Dirigibles 100, 200 están diseñados para ser amarrados a una estación de amarre, atados utilizando aparatos de amarre convencionales, o estacionados en una percha. Lo ideal sería que el amarre se realizara mediante un sistema de anclaje electromagnético, que permitiera desenganchar el dirigible con una ayuda mínima, si la hubiera, del personal de tierra. Por ejemplo, el piloto o el controlador de tierra podrían desconectar a distancia el dispositivo de anclaje a través de una conexión por radiofrecuencia o por cable al sistema de anclaje electromagnético. Los electroimanes motorizados se situarían en el fuselaje o en las alas, o en ambos, y estarían configurados para interactuar con la estación de amarre, ya sea en una única ubicación o en múltiples ubicaciones en el suelo alrededor del dirigible.

[0043] Como se apreciará fácilmente a partir de lo anterior, la presente divulgación proporciona una aeronave híbrida que utiliza tanto la flotabilidad aerostática generada por un gas en combinación con la sustentación generada por un perfil aerodinámico (por ejemplo, una o más alas fijas o alas giratorias) moviéndose a través del aire junto con dispositivos de generación de empuje en cada ala, por ejemplo, hélices, ventiladores, chorros y similares.

[0044] Idealmente se proporciona el vehículo que incluye un primer dispositivo de elevación capaz de proporcionar flotabilidad aerostática; un segundo dispositivo de elevación capaz de proporcionar una elevación dinámica mediante el movimiento en el aire; y un sistema estructurado para generar empuje acoplado al segundo dispositivo de elevación, el segundo dispositivo de elevación y el sistema de generación de empuje son capaces de girar juntos alrededor de un eje que es lateral a un eje longitudinal del vehículo en ángulos al menos en el rango de 90 grados hasta e incluyendo 180 grados. Un rotor de cola orbital proporciona control direccional y estabilidad.

[0045] Las diversas realizaciones descritas anteriormente pueden combinarse para proporcionar otras realizaciones. Por ejemplo, el tamaño del vehículo puede ampliarse o reducirse para cumplir las especificaciones operativas de aplicaciones concretas de la tecnología desvelada en la presente invención. Además, el vehículo puede adaptarse para su uso en agua, nieve y hielo, y en vehículos, como un remolque de plataforma, un barco y similares. Estos y otros cambios pueden realizarse en las realizaciones a la luz de la descripción detallada anteriormente.

Claims

REIVINDICACI0NES

1. Un vehículo (100, 200) que comprende:

un primer dispositivo de elevación capaz de proporcionar flotabilidad hidrostática, siendo el primer dispositivo de elevación una envoltura (102, 202) configurada para contener un gas capaz de proporcionar flotabilidad de desplazamiento al vehículo;

un segundo dispositivo de sustentación que comprende una primera (104, 212) y una segunda alas (106, 214) capaces de proporcionar sustentación dinámica mediante el movimiento del vehículo, teniendo cada una de la primera (104, 212) y la segunda alas (106, 214) un dispositivo respectivo de generación de empuje acoplado a ellas y estando cada una de la primera (104, 212) y la segunda alas (106, 214) configuradas para girar individualmente alrededor de un eje lateral de la envoltura independientemente de la otra de la primera (104, 212) y la segunda alas (106, 214) o para girar juntas alrededor del eje lateral de la envoltura;

un compartimento (108, 208) unido a la envoltura (102, 202), el compartimento (108, 208) que tiene la primera (104, 212) y la segunda alas (106, 214) unidas al compartimento (108, 208) por lados opuestos y no a la envoltura (102, 202); el vehículo (100, 200) caracterizado porque comprende además:

un brazo de cola (110, 210) que se extiende hacia popa desde el compartimento (108, 208);

un estabilizador horizontal (114, 224) en un extremo de popa (112) del brazo de cola (110, 210) y que tiene extremos libres (116,) con unos primeros (118, 226) y segundos estabilizadores verticales (120, 226) que se proyectan hacia arriba desde los respectivos extremos libres (116) del estabilizador horizontal (114, 224); y un par de puntales de soporte (132, 134, 222) que se extienden desde el brazo de cola (110, 210) y se fijan al primer dispositivo de elevación (210, 202).

2. El vehículo (100, 200) según la reivindicación 1, en el que el compartimento comprende un fuselaje (108, 208) y el segundo dispositivo de elevación comprende una primera (104, 212) y una segunda alas (106, 214) que se extienden desde el fuselaje (108, 208) en una dirección lateral a un eje longitudinal de la envoltura (102, 202).

3. El vehículo (100, 200) según la reivindicación 2, en el que la primera (104, 212) y la segunda alas (106, 214) están configuradas cada una para girar alrededor de un eje que es lateral al eje longitudinal de la envoltura (102, 202).

4. El vehículo (100, 200) según la reivindicación 2, en el que la primera (104, 212) y la segunda alas (106, 214) están configuradas para tener una forma de flecha hacia delante.

5. El vehículo (100, 200) según la reivindicación 3, en el que cada dispositivo de generación de empuje comprende una hélice (122) montada en un ala respectiva (104, 212, 106, 214) y configurada para moverse conjuntamente con el ala (104, 212, 106, 214) cuando el ala (104, 212, 106, 214) gira alrededor del eje lateral.

6. El vehículo (100, 200) según la reivindicación 5, que comprende además una tercera ala montada para extenderse desde el fuselaje (108, 208) en la misma dirección que la primera ala (104, 212) y una cuarta ala montada en el fuselaje (108, 208) para extenderse en una dirección que es la misma que la dirección de la segunda ala (106, 214).

7. El vehículo (100, 200) según la reivindicación 7, en el que la tercera y cuarta alas son coplanares con la primera (104, 212) y segunda alas (106, 214), y la tercera y cuarta alas incluyen cada una un dispositivo de generación de empuje respectivo acoplado a la misma.

8. El vehículo (100, 200) según la reivindicación 5, en el que el fuselaje (108, 208) es capaz de albergar pasajeros.

9. El vehículo (100, 200) según la reivindicación 5, en el que el fuselaje (108, 208) está configurado para contener carga.

10. El vehículo (100, 200) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende además una estructura de sistema para generar empuje acoplada al segundo dispositivo de elevación, el segundo dispositivo de elevación y el sistema de generación de empuje que son capaces de girar juntos alrededor de un eje que es lateral a un eje longitudinal del vehículo (100, 200).