ITTO20090632A1

ITTO20090632A1 - Convertiplano

Info

Publication number: ITTO20090632A1
Application number: IT000632A
Authority: IT
Inventors: Santino Pancotti
Original assignee: Santino Pancotti
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2011-02-12
Also published as: EP2464567A1; RU2012108853A; EP2508422B1; CN102596718A; KR20120081586A; US20120211608A1; JP2013501677A; EP2464567B8; US8960591B2; EP2508422A1; WO2011018697A1; EP2464567B1; CA2771012A1

Description

DESCRIZIONE

“CONVERTIPLANO”

La presente invenzione è relativa ad un convertiplano, ossia ad un velivolo ibrido a rotori orientabili in grado di assumere selettivamente una configurazione “aeroplano”, in cui i rotori sono disposti con i loro assi sostanzialmente paralleli ad un asse longitudinale del velivolo, ed una configurazione “elicottero”, in cui i rotori sono disposti con i loro assi sostanzialmente verticali e trasversali all’asse longitudinale del velivolo, in modo da combinare i vantaggi di un velivolo ad ala fissa a turboelica e di un elicottero.

In particolare, la possibilità di orientare i propri rotori nel modo sopra descritto conferisce ad un convertiplano la capacità di decollare ed atterrare come un elicottero, ossia senza necessitare di piste di decollo ed atterraggio e seguendo traiettorie estremamente inclinate, in modo da ridurre al minimo la propria impronta di rumore al suolo e poter usufruire, per esempio, di zone di decollo ed atterraggio disposte anche all’interno di aree urbane; e di volare come un aeroplano in grado di raggiungere e mantenere una velocità di crociera dell'ordine di grandezza di 500km/h e, in ogni caso, superiore a quella di un elicottero che è dell’ordine di 300 km/ora, ed una quota di volo tipica di 7500 metri, che consente di volare al di sopra di gran parte delle formazioni nuvolose e delle perturbazioni atmosferiche ed è circa doppia di quella di un elicottero.

In definitiva, i vantaggi offerti da un convertiplano rispetto ad un elicottero convenzionale sono costituiti da una velocità di crociera quasi doppia, un'autonomia chilometrica ed oraria sostanzialmente doppia a parità di carico pagante e di combustibile, con conseguente incremento della produttività del velivolo, ed una quota di crociera più che doppia, con conseguente insensibilità alle condizioni meteorologiche (nubi, turbolenze) per una parte preponderante della durata del volo. I vantaggi offerti da un convertiplano rispetto ad un aeroplano convenzionale sono invece costituiti dalla possibilità di utilizzare aree di decollo ed atterraggio di dimensioni limitate collocate anche all’interno di centri urbani, e dalla possibilità di effettuare il volo a punto fisso.

Allo stato attuale, sono note sostanzialmente due configurazioni di convertiplano, denominate rispettivamente "Tilt Rotor" (a rotore orientabile), in cui le ali rimangono sostanzialmente fisse e girano solo i gruppi motore-rotore con le loro navicelle, e "Tilt Wing" (ad ala orientabile), in cui l'assetto dei rotori viene variato ruotando l'intero assieme ala-sistema di propulsione.

Un convertiplano ad ala orientabile, ossia del tipo cui la presente invenzione si riferisce, è noto da EP-1057724, in cui viene descritto un velivolo o convertiplano provvisto di due gruppi motore-rotore, ciascuno dei quali è portato da una rispettiva porzione d’ala, che è montata per ruotare attorno ad un asse trasversale ad un asse longitudinale del velivolo e disporre selettivamente i gruppi motore-rotore in una configurazione elicottero ed in una configurazione aeroplano.

Il convertiplano noto sopra descritto, sicuramente valido sia dal punto di vista strutturale, sia dal punto di vista funzionale, presenta alcuni inconvenienti derivanti dalla sua complessità strutturale e dal conseguente costo di realizzazione relativamente elevato, i quali sono principalmente dovuti alla presenza di due porzioni alari girevoli controllate separatamente e da due gruppi motorerotore, che devono essere fra loro sincronizzati e, dovendo impartire ai rotori direzioni di rotazione opposte una all’altra, non possono essere perfettamente uguali fra loro.

Scopo della presente invenzione è di fornire un convertiplano ad ala orientabile, il quale sia di semplice e relativamente economica realizzazione, sia realizzabile con un numero di pezzi decisamente ridotto e consenta di eliminare gli inconvenienti sopra descritti.

Secondo la presente invenzione viene fornito un convertiplano ad ala orientabile secondo quanto licitato nella rivendicazione 1 e, preferibilmente, in una qualsiasi delle rivendicazioni successive dipendenti direttamente o indirettamente dalla rivendicazione 1.

L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 è una vista in elevazione laterale di una preferita forma di attuazione del convertiplano ad ala orientabile della presente invenzione;

- la figura 2 è una vista in elevazione frontale di del convertiplano della figura 1;

- la figura 3 è una vista parziale in pianta del convertiplano della figura 1;

- la figura 4 illustra in scala ingrandita un particolare della figura 1;

- la figura 5 è una sezione, in scala ingrandita, secondo la linea V-V della figura 3; e

- la figura 6 è una sezione secondo la linea VI-VI della figura 5.

Con riferimento alle figure da 1 a 4, con 1 è indicato nel suo complesso un convertiplano comprendente una fusoliera 2 presentante un asse longitudinale 3, ed un’ala 4 alta, la quale, secondo quanto meglio illustrato nella figura 3, comprende una porzione fissa 5 presentante una giacitura sostanzialmente orizzontale, disposta centralmente al disopra della fusoliera 2 e solidalmente collegata alla fusoliera 2 stessa, ed un’unica porzione mobile 6, la quale si estende in parte davanti alla porzione fissa 5 ed è montata per ruotare, rispetto alla porzione fissa 5, attorno ad un asse 7 sostanzialmente orizzontale e trasversale all’asse longitudinale 3 fra una posizione abbassata sostanzialmente complanare alla porzione fissa 5 ed illustrata con linea continua nella figura 1, ed una posizione sollevata, illustrata con linea tratteggiata nella figura 1, in cui la giacitura della porzione mobile 6 è sostanzialmente ortogonale a quella della porzione fissa 5.

La porzione mobile 6 comprende una coppia di semi-ali 8 estendentisi a sbalzo dalla fusoliera 2, disposte da bande opposte della porzione fissa 5 e rese fra loro solidali da un elemento allungato costituito da un cassone 9 centinato, il quale definisce il bordo di attacco di tutta l’ala 4 e comprende una porzione centrale 10 disposta anteriormente alla porzione fissa 5 e due porzioni laterali, ciascuna delle quali porta solidalmente collegata, lungo un proprio bordo di uscita, una rispettiva semi-ala 8.

Con riferimento alle figure 5 e 6, la porzione fissa 5 dell’ala 4 è provvista di una struttura portante definita da una scatola di trasmissione 11 tubolare di una trasmissione 12 di collegamento fra un motore 13 (figura 4) centrale alloggiato all’interno della fusoliera 2 e due rotori 14. Il motore 1 è supportato posteriormente dalla fusoliera 2 tramite un sistema (non illustrato) di bielle, e anteriormente dalla scatola di trasmissione 11 nel modo che sarà spiegato nel seguito.

Ciascun rotore 14 è montato alla estremità di una relativa navicella 15 portata dalla relativa semi-ala 8 ed è atto a ruotare, in senso opposto all’altro rotore 14, attorno ad un relativo asse 16 parallelo all’altro asse 16 e perpendicolare all’asse 7.

La scatola di trasmissione 11 è coassiale all’asse 7 e comprende un carter 17 tubolare centrale, dalle cui estremità opposte si estendono, coassialmente all’asse 7, due corpi tubolari 18, ciascuno dei quali presenta la forma di un tronco di cono, comunica con l’interno del carter 17 attraverso una rispettiva apertura di uscita del carter 17 stesso e presenta una propria estremità maggiore solidalmente collegata al carter 17 in corrispondenza di tale apertura di uscita.

La scatola di trasmissione 11 è supportata dalla fusoliera 2 tramite una pluralità di tiranti articolati o bielle. In particolare, secondo quanto illustrato dall’assieme delle figure 5 e 6, la fusoliera 2 presenta due rotaie 19 longitudinali esterne disposte simmetricamente rispetto al piano verticale longitudinale di simmetria della fusoliera 2 e due forcelle 20 circonferenziali disposte affiancate ed ancorate alla fusoliera 2 al disotto del carter 17. Ciascuna rotaia 19 è sostanzialmente parallela all’asse longitudinale 3 e si estende al disotto di una porzione intermedia del relativo corpo tubolare 18, il quale è provvisto inferiormente di una forcella 21 radiale perpendicolare all’asse longitudinale 3 e portante collegate l’estremità superiore di due bielle 22 e 23, di cui la biella 22 è sostanzialmente verticale ed è collegata alla relativa forcella 21 tramite un giunto sferico 24 ed alla relativa rotaia 19 tramite un giunto sferico 25, mentre la biella 23 si estende in un piano perpendicolare all’asse longitudinale 3 e passante per l’asse 7, è inclinata verso un piano longitudinale verticale di simmetria della fusoliera 2, ed è ancorata alla relativa forcella 21 tramite un perno 26 parallelo all’asse longitudinale 3, ed alla relativa forcella 20 tramite un perno 27 parallelo al relativo perno 26.

Ciascun corpo tubolare 18 è inoltre provvisto inferiormente (figura 6) di una forcella 28 radiale inclinata all’indietro e verso il basso e portante collegata, tramite un perno 29 parallelo all’asse 7, l’estremità superiore di una biella 30, la cui estremità inferiore è collegata ad una relativa forcella 31, portata dalla relativa rotaia 19, tramite un perno 32 parallelo al relativo perno 29.

Secondo quanto chiaramente illustrato nella figura 6, gli assi delle bielle 22 e 30 sono assi radiali rispetto all’asse 7 e le bielle 22 e 30 non sono, pertanto, in grado di assorbire eventuali momenti applicati alla scatola di trasmissione 11 attorno all’asse 7.

La porzione centrale 10 del cassone 9 è chiusa posteriormente da un longherone 33, dal quale sporgono all’indietro due staffe 34 anulari disposte simmetricamente rispetto al piano di simmetria longitudinale della fusoliera 2 e solidalmente collegate al longherone 33. Ciascuna staffa 34 è attraversata dal rispettivo corpo tubolare 18, al quale la staffa 34 è accoppiata tramite un rispettivo cuscinetto sferico 35 centrato sull’asse 7, supportato dalla staffa 34 e calzato sul corpo tubolare 18 in posizione coassiale all’asse 7. La funzione dei cuscinetti sferici 35 è quella di permettere alla porzione mobile 6, comunque deformata durante l’uso, di ruotare attorno all’asse 7 rispetto alla porzione fissa 5 sotto la spinta di un dispositivo attuatore 36 comprendente due martinetti 37, ciascuno dei quali giace nel piano della relativa staffa 34, presenta un asse 38 inclinato in avanti e verso l’alto ed è interposto fra una relativa forcella inferiore 39 ed una relativa forcella superiore 40 esterna portata dalla porzione centrale 10 del cassone 9. La forcella inferiore 39, sebbene illustrata, per motivi grafici, sollevata rispetto alla forcella 31, è preferibilmente ancorata alla fusoliera 2 in corrispondenza di un punto dela rispettiva rotaia 19 longitudinale.

Secondo una variante non illustrata, i due martinetti 37 possono essere sostituiti da un unico martinetto centrale.

La scatola di trasmissione 11 è attraversata da un albero 41 di trasmissione, il quale costituisce parte della trasmissione 12 ed è coassiale all’asse 7. L’albero 41 di trasmissione è supportato girevole dal carter 17, impegna in modo girevole i corpi tubolari 18, penetra all’interno di ciascuna delle navicelle 15 e, secondo quanto illustrato nella figura 2, è accoppiato, all’interno di ciascuna navicella 15, con un albero 42, coassiale al relativo asse 16 e di azionamento del relativo rotore 14, tramite una relativa coppia conica 43.

Secondo quanto illustrato nella figura 5, la scatola di trasmissione 11 presenta un ingresso definito da un corpo tubolare 44 radiale, all’interno del quale è montato girevole un albero di ingresso 45 accoppiato angolarmente all’uscita di un albero motore 46 del motore 13.

L’albero di ingresso 45 è coassiale al corpo tubolare 44, presenta un asse 47 perpendicolare all’asse 7 ed è accoppiato da una parte all’albero 41 tramite una coppia conica 48 alloggiata all’interno della scatola di trasmissione 11, e dall’altra alla estremità libera dell’albero motore 46 tramite un giunto elastico 49.

Secondo quanto illustrato nella figura 6, il corpo tubolare 44 è provvisto, dalla parte rivolta verso il motore 13, di una forcella 50, i bracci della quale giacciono in un piano perpendicolare all’asse 7 (la disposizione illustrata nella figura 5, in cui i bracci della forcella 50 sono disposti in un piano parallelo all’asse 7 è solo dovuta a semplificazioni grafiche di illustrazione) e sono accoppiati, tramite perni 51 fra loro coassiali, ai rispettivi bracci di una ulteriore forcella 52 estendentesi dall’estremità libera di un corpo tubolare 53 di torsione solidale alla estremità anteriore del motore 13 e coassiale all’albero motore 46.

I corpi tubolari 44 e 53 definiscono, nel loro assieme, in corpo tubolare 54 snodato, la cui funzione è non solo quella di permettere alla scatola di trasmissione 11 di supportare la parte anteriore del motore 13, ma anche quella di fungere da dispositivo anti-torsione per il motore 13 e di bloccare angolarmente la scatola di trasmissione 11 in modo da impedirle di ruotare attorno all’asse 7 con la porzione mobile 6 dell’ala 4 quando i martinetti 37 vengono azionati. Grazie alla presenza dello snodo definito dalle forcelle 50 e 52 e dai perni 51, i momenti flettenti generati da una parte dall’ala 4 e dall’altra dal motore non vengono trasmessi dal corpo tubolare snodato 54.

Il funzionamento del convertiplano 1 discende automaticamente dalla descrizione strutturale precedente e non richiede ulteriori precisazioni. Tuttavia, per quanto riguarda la struttura e la funzionalità del convertiplano 1 descritto, è importuno notare che:

- il fatto che le due semi-ali 8 siano rese fra loro solidali dal cassone 9 e siano in grado di ruotare assieme attorno all’asse 7 riduce al minimo il numero degli elementi componenti l’ala 4; assicura, in modo semplice ed economico e senza bisogno di alcun dispositivo di sincronia, che le inclinazioni degli assi 16 dei rotori 14 rispetto all’asse longitudinale 3 siano sempre sostanzialmente identiche fra loro; e rende particolarmente semplice l’adozione dell’unico motore 13 centrale e della trasmissione 12 con scatola di trasmissione 11 centrale ed unico albero 41 passante di trasmissione coassiale all’asse 7;

- l’utilizzazione dell’unico motore 13 centrale e della trasmissione 12 con scatola di trasmissione 11 centrale ed unico albero 41 passante di trasmissione coassiale all’asse 7 permette non solo di eliminare tutti i dispositivi di sincronia che si rendono necessari qualora i rotori 14 vengano azionati da rispettivi motori fra loro indipendenti, ma anche di rendere fra loro uguali i dispositivi di trasmissione del moto ai due rotori 14. A questo proposito è, infatti, ovvio che, se vengono utilizzati due motori equi-rotanti e fra loro uguali per l’azionamento dei due rotori 14, che devono risultare contro-rotanti, il collegamento di uno dei due rotori al relativo albero di trasmissione può essere effettuato tramite una semplice coppia conica, mentre il collegamento dell’altro rotore 14 al relativo albero di trasmissione deve contenere, oltre che una coppia conica, un dispositivo di inversione del moto. Al contrario, nel caso si utilizzi l’unico albero 41 passante di trasmissione, i due rotori 14, quando accoppiati all’albero 41 stesso tramite le rispettive coppie coniche 43, risultano automaticamente controrotanti e fra loro sincronizzati senza bisogno di alcun ulteriore artifizio meccanico e/o di controllo e con conseguente semplificazione massima dei comandi e/o controlli e riduzione e semplificazione drastiche dei pezzi impiegati;

- a queste riduzione e semplificazione dei pezzi impiegati contribuisce il corpo tubolare 54 snodato, il quale funge, come detto, sia da supporto della parte anteriore del motore 13, sia da dispositivo anti-torsione per il motore 13, sia da dispositivo anti-rotazione della scatola di trasmissione 11 attorno all’asse 7.

Claims

RIVENDICAZIONI 1.- Convertiplano (1) comprendente: una fusoliera (2) presentante un primo asse (3); due rotori (14) provvisti di relativi alberi (42); e mezzi di azionamento (12, 13) dei rotori (14) stessi; un'ala (4) avente una porzione fissa (5) collegata alla fusoliera (2) ed una porzione mobile (6) supportante i rotori (14) ed accoppiata alla porzione fissa (5) per ruotare attorno ad un secondo asse (7) trasversale all’asse longitudinale (3) ed agli alberi (42) dei rotori (14); e mezzi attuatori (37) per ruotare la porzione mobile (6) attorno al secondo asse (7) fra una posizione abbassata ed una posizione sollevata, in cui gli alberi (42) dei rotori (14) sono rispettivamente sostanzialmente paralleli e sostanzialmente trasversali all’asse longitudinale (3); il convertiplano essendo caratterizzato dal fatto che la porzione mobile (6) è realizzata in un unico pezzo comprendente due semi-ali (8) disposte da bande opposte della porzione fissa (5) e supportanti, ciascuna, un rispettivo detto rotore (14), ed un elemento allungato (9) esteso a tutta l’ala (4) e collegante fra loro le due semiali (8); ed i mezzi di azionamento (12, 13) comprendono mezzi motori (13) ed una trasmissione (12) comprendente un albero (41) di trasmissione collegante fra loro gli alberi (42) dei rotori (14) e coassiale al secondo asse (7). 2- Convertiplano secondo la rivendicazione 1, in cui l’elemento allungato (9) definisce un bordo di attacco di tutta l’ala (4) e comprende una porzione centrale (10) estendentesi davanti alla porzione fissa (5). 3- Convertiplano secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la porzione mobile (6) è accoppiata alla porzione fissa (5) tramite due cuscinetti sferici (35) centrati sul secondo asse (7) e disposti da bande opposte del primo asse (3). 4- Convertiplano secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui i mezzi motori (13) comprendono un unico motore (13) centrale supportato dalla fusoliera (2) e presentante un albero motore (46) disposto radialmente rispetto all’albero (41) di trasmissione. 5- Convertiplano secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui l’albero (41) di trasmissione è accoppiato direttamente agli alberi (42) dei rotori (14) tramite rispettive coppie coniche (43). 6- Convertiplano secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui la trasmissione (12) comprende una scatola di trasmissione (11) accoppiata in modo girevole allala porzione mobile (6) dell’ala (4) stessa. 7- Convertiplano secondo la rivendicazione 6, in cui la scatola di trasmissione (11) definisce un elemento portante della porzione mobile (6) dell’ala (4) ed è supportata direttamente dalla fusoliera (2). 8- Convertiplano secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui la scatola di trasmissione (11) è attraversata dall’albero (41) di trasmissione e si estende lungo il secondo asse (7); due cuscinetti sferici centrati sul secondo asse (7) essendo portati dalla porzione mobile (6) ed essendo calzati sulla scatola di trasmissione (11) per collegare la porzione mobile (6) alla scatola di trasmissione (11). 9- Convertiplano secondo una delle rivendicazioni da 6 a 8, e comprendente mezzi articolati di supporto (22, 23, 30) interposti fra la scatola di trasmissione (11) e la fusoliera (2) per il collegamento della porzione mobile (6) alla fusoliera (2) stessa. 10- Convertiplano secondo una delle rivendicazioni da 6 a 9 quando dipendenti dalla rivendicazione 4, in cui la scatola di trasmissione (11) comprende un albero di ingresso (45) girevole attorno ad un terzo asse (47) perpendicolare al secondo asse (7) ed accoppiato angolarmente all’albero motore (46). 11- Convertiplano secondo una delle rivendicazioni da 6 a 10 quando dipendenti dalla rivendicazione 4, in cui sono previsti mezzi anti-rotazione (54) per impedire alla scatola di trasmissione (11) di ruotare con la porzione mobile (6) dell’ala (4) attorno al secondo asse (7). 12- Convertiplano secondo le rivendicazioni 10 e 11, in cui i mezzi anti-rotazione (54) comprendono un corpo tubolare (53) di torsione dei mezzi motori (13); il corpo tubolare (53) di torsione essendo coassiale al terzo asse (47). 13- Convertiplano secondo la rivendicazione 12, in cui i mezzi anti-rotazione (54) comprendono, inoltre, un corpo tubolare (44) di ingresso della scatola di trasmissione (11); il corpo tubolare (44) di ingresso essendo coassiale al terzo asse (47) ed essendo incernierato al corpo tubolare (53) di torsione per formare, con il corpo tubolare (53) di torsione stesso, un corpo tubolare (54) articolato definente i mezzi anti-rotazione (54).