WO2020071897A1 - Intercambiador de helices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones - Google Patents
Intercambiador de helices, propelas o motores para aeronaves y embarcacionesInfo
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- WO2020071897A1 WO2020071897A1 PCT/MX2019/050021 MX2019050021W WO2020071897A1 WO 2020071897 A1 WO2020071897 A1 WO 2020071897A1 MX 2019050021 W MX2019050021 W MX 2019050021W WO 2020071897 A1 WO2020071897 A1 WO 2020071897A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
- B64C11/02—Hub construction
- B64C11/04—Blade mountings
Definitions
- the present invention focuses on the aeronautical, maritime and drone industries, through the use of a system for exchanging and replacing propellers, propellers or engines based on a combination of part holding mechanisms, lifting and pushing mechanisms, mechanisms of closing and opening, mechanisms of relative movement and propellers or propellers of folding type, its direct application is in the design of aircraft and boats, both in transport, drone, toy, robot and research, specifically in propulsion systems, given that allows them to be equipped with a means for manual, semi-automatic or automatic replacement of propellers and propellers in the event of severe damage or rupture or even of engines in small or specialized aircraft.
- Mechanisms of subjection of pieces correspond, the nozzles and collects, the chucks, brokers, jaws or chucks totally mechanical like pneumatic and hydraulic and the system iris, its purpose is to secure a part to prevent it from leaving a rotating mechanism at high speeds.
- Lift and push mechanisms or feeders here are mentioned among the main ones the single ratchet or ratchet-spring mechanisms and both pneumatic, hydraulic or electric solenoid type pistons, their purpose is to move an object absolutely or gradually from a starting point or base to a desired or final one, such a path is called a race.
- Closing and opening mechanisms all kinds of zippers and ties come into this area, ranging from multiple mechanical parts such as zippers to clothes, to two-piece ones such as nylon ties or zip ties, or of adherence such as sailboat tapes, there are definitive closings such as most zip ties or opening-closing ones as is the case with the rest of the mentioned mechanisms or with reversible, reusable or releasable ties. , its function is to couple or uncouple one system with another.
- Mechanisms of relative movement they can be from a simple low-friction hub, for example made of bronze, to a whole range of bearings and bearings for balls, needles, cylinders, magnetic, vacuum or pneumatic and hydraulic, its function is to communicate and connect a static system with a mobile one, for example a propeller with the car casing or a drill bit with a drill.
- a simple low-friction hub for example made of bronze
- bearings and bearings for balls, needles, cylinders, magnetic, vacuum or pneumatic and hydraulic its function is to communicate and connect a static system with a mobile one, for example a propeller with the car casing or a drill bit with a drill.
- Propellers or folding propellers there are two types, flexible and those based on hinge mechanisms that open or close As a consequence of the centrifugal force of the motors, there are also radial or axial types, the former are wound around the drive shaft like a folding knife and the latter fall on it in the manner of rabbit ears.
- this invention is inspired by the loading systems of rifles and automatic pistols.
- Figure 1 illustrates multiple views (lateral, isometric, front and top and bottom) of the propeller, propeller or engine exchanger for aircraft and vessels, in this case the version consisting of the piston-mechanism of the iris and the locking strap, which is subject of the present invention.
- Figure 2 illustrates a detailed isometric view of the propeller, propeller or engine exchanger for aircraft and vessels, which is the subject of the present invention, in this case consisting of a piston-iris mechanism and a locking strap, where the mechanism is highlighted.
- this bracket can also be a small motor (4.1, 4.2, 4.4), the closing and opening mechanism, based on the zipper-lock strap (5.1, 5.2), and the main motor together with its adaptation to the iris mechanism (6.2, 6.1), note that if the propeller bracket acts as a motor, then these adjustments are omissionable.
- Figure 3 illustrates the propeller support for propellers, propellers or engines for propellers, propellers or engines, which is the subject of the present invention, this can be a static part as will be described later or an engine, in the case of small or specialized design aircraft.
- Figure 4 illustrates the three positions of interaction of the opening servomotor with the locking-rack strap.
- Figure 5 illustrates a section that deepens the relationship between semi-static and rotary mechanisms, as well as the propeller dispenser, in this case by piston (2.1), and the agglomeration of flexible propellers with their supports interconnected by mechanisms of relative movement by bearing or bearing type friction (4.1, 4.4), the relationship between the automation of the closing and opening mechanism (3.1) and the iris type clamping (1.1), which are subcomponents of propeller, propeller or motor exchanger, is also noted. for aircraft and boats, which is the subject of the present invention.
- Figure 6 illustrates an exploded view highlighting the static, rotating parts and the propellers joined from end to tail by means of a relative movement mechanism, in this case a bearing or bearing or a bushing made of brass or other useful material for that purpose.
- a relative movement mechanism in this case a bearing or bearing or a bushing made of brass or other useful material for that purpose.
- rotary mechanism for operation of propeller rotation and packaging of interconnected propellers from end to tail by bearing bearings or bushings packing of interconnected propellers from end to tail by means of bearings, bearings or bushings (note that the interconnection between rotary and non-rotary is by friction); semi-static mechanisms other than propeller rotation, only have the function of being used in the propeller replacement, but are completely deactivated for the propeller rotation; detail of the previous one focused on the propeller feeder hidden by the packing-protection in the preceding figure, in this case a piston, which are subcomponents of the propeller, propeller or engine exchanger for aircraft and vessels, which is the subject of
- Figure 7 illustrates a way to connect the propeller, propeller or motor exchanger for aircraft and boats, which is the subject of the present invention, with the main motor for propeller movement, as long as the propeller supports they are not motorized, since in this case the illustrated connector is not necessary.
- Figure 8 illustrates an approach to the unlocking cinch type opening and zipper closing systems (5.1, 5.2, 5.3) and the clamping mechanism of the iris mechanism type (1.1, 1.2, 1.3), which are subcomponents of the exchanger of propellers, propellers or engines for aircraft and vessels, which is the subject of the present invention.
- Figure 9 illustrates an approach to the automation mechanism (3.1, 3.2, 3.3) for the unlocking cinch type closing-opening system and rack (5.1, 5.2, 5.3), the which consists of a servo motor and a donut motor or in English hollowshaft, as well as the propeller feeder mechanism (2.1, 2.6), which are subcomponents of the propeller, propeller or motor exchanger for aircraft and boats, which is reason for the present invention.
- Figure 10 illustrates a variant with a lateral feeder and a broker type clamp.
- Figure 11 illustrates a variant with a claw fastener, note how the girth is replaced by hinges and springs, this claw fastener is commonly used in pens and pencil sharpeners
- the present invention refers to an exchanger of propellers, propellers or motors for aircraft and boats, its purpose is to allow the replacement of damaged propellers, motors and propellers manually, semi-automatically or automatically (that is, although the exchanger is automatic, its activation is given by the operator or it can be automated to detect the moment of loss or damage), the replacement of engines given current technology, can be carried out in small or specialized aircraft, it is a structure made up of at least 5 components and its variants or mergers:
- the holding mechanism whose purpose is to allow the propeller to be held in operation or released for replacement.
- This mechanism whether fully mechanical, pneumatic or hydraulic, includes all kinds of chucks, clamps, jaws, collets, brokers, claws, the iris mechanism, or any other not mentioned that has the same functionality.
- the lifting or pushing or feeder mechanism whose purpose is to eject the new replacement propellers or propellers, contemplates from a simple electric, pneumatic or hydraulic piston, a solenoid, a ratchet system, or any other not mentioned that has the same functionality.
- the closing-opening mechanism the use of which is to lock or release the holding mechanism, in this case are considered zippers, ties, vacuum mechanisms, sailboat-type tapes or any other not mentioned whose functionality is equivalent.
- the relative movement mechanism which allows the interconnection between the rotating parts and the static components, in this application a self-lubricated bushing, a bearing, a slipring or any other not mentioned whose functionality is equivalent.
- the folding propellers which in their folded mode allow to be previously contained in the closing-opening mechanism and when they are released, expand and allow flight, there are radial or axial fold or rabbit ear, there are also flexible, infiable or hinged type, any other type not mentioned whose functionality is equivalent is also considered.
- the described invention has the following drawbacks:
- the propeller, propeller or engine exchanger for aircraft and ships of the present invention is comprised of a propeller clamping mechanism, which is illustrated by an iris mechanism but can be any other Of those already described (1.1 G1.1 Mi .1), all of them usually have a static part or lower (1.1) and upper (1.3) shells as well as a variable radius part called mouthpiece or eye (1.2) that serves to hold or loosen a part, this part in this case is the propeller with fastener (4.1, 4.2, 4.3, 4.4), said propeller can be a flexible or solid type depending on the available propeller feeding mode (in this patent illustrated with a vertical exchange and another horizontal exchange, for the vertical feeder a flexible propeller is convenient), this propeller or propeller must be a set composed of: support body (4.1) on which the propeller (4.2) is fixed, which must be p Radial type legible to reduce storage and deployment space, also to allow the vehicle to fly correctly since the propeller must have a free overhang to be able to push air or
- the clamping mechanism has an automatic closing-opening mode, in this case based on a retractable zipper strap consisting of: zipper (5.2) attached to one of the static housings of the clamp (ll) or (1.3), a head of retractable cinch (5.1 / 1.4) by pin (5.3) attached to the variable radius part of the fastener (1.2) which allows you to open or close the buttonhole or nozzle by incorporating an automated system consisting of: donut-type motor (3.2 ) which allows locating the pin or ratchet (5.3) for later with a three position servo (3.1) to drag the head of the strap (5.1 / 1.4), the three positions are: 1 rear hook of the strap head to release the ratchet, drag it and open the parts holder; Front cinch head hitch for just dragging without opening the ratchet and closing the parts clamp and neutral which does not contact the cinch and allows the propeller to rotate while the clamp is closed (see Figure 4).
- a retractable zipper strap consisting of: zipper (5.2)
- the propeller, propeller or motor exchanger can only operate when the propellers are not moving or disengaged from the main motor, if the propeller bracket is the motor itself, it can work without problem, although it is recommended to wait for low speed or total high propeller once these conditions are met, the fastener is opened using the rack-and-pin and its automat, and with the help of the propeller feeding mechanism a new propeller, propeller or motor is placed in position, so once the fastening mechanism is closed, place the three-position servo in neutral mode and finally operate the main motor again, the propeller feeder is composed of: (2.4) guide platform that allows the propellers to move forward without deviation or fall, basically it is an advance rail for the supports of propellers and is part of the static structure of the entire mechanism, which passes through the main motor hole; (2.3) donor motor stator support and propeller feeder liner (2.2); the propeller feeder in this case by means of a piston or solenoid (2.1) connected with flange (2.5) to the rail (2.1); (2.6) thrust platform
- connection mode (6.2) with the main engine (6.1) is illustrated to illustrate the placement mode in a prefabricated outrunner-type aircraft, it only connects with the iris clamp system and the static axis is passed through from the outrunner hole, anchoring itself to the fixed part of the structure (see Figure 7).
- the change is basically in the feeding system, in the guiding system and in the propellers, propellers or motors, although it is still possible to use an iris mechanism (1.1) for clamping, this example is illustrated with a mandrel-type clamping mechanism ( Mi .1) or claw type (Gl.l) (note that the feeding of the new propeller or motor propellers is done through the upper way, whereas in the previous description they were fed from below the clamping mechanism).
- This method can be associated in its operation with a tool changer on CNC machines.
- the horizontal feeder applicable to all types of motors, it consists of: clamp or jaw clamping system (Ml.l, Gl.l), horizontal feeding system for propellers, propellers or motors which consists of: propellers, propellers or motors (M2.1, M2.2, M2.3, M2.4, G2.6), clamping mechanism opening mechanism (M3.1, M3.2, M 3.3, G3.3) and clamping mechanism (Ml.l), note that the propeller supports (M4) (which can be motors) do not require relative or guided movement, so (4.3) and (4.4 ) are skippable, also note that the propellers may or may not be foldable. Note that the claw type clamp can also be used with a vertical propeller feeder.
- the entire structure can be of any material as long as it satisfies the design requirements, for example those points susceptible to wear must be resistant to this physical phenomenon, in this case the rack and bearings or bearings for relative movement, giving another example, the
- the clamping mechanism must have a certain hardness in the parts that make up its nozzle to avoid breakage due to exchange or turning at high revolutions per minute, and to cite a last example, for small aircraft, in addition to satisfying the previous or other restrictions, the components must be light.
- the dimensions, materials, shapes and weights will depend on the final application, however it is feasible to think of their use from toys, tools and heavy or large equipment, which is why the following dimensions are proposed: small if it is smaller or equal to 2 cm per maximum side in a rectangular prismatic envelope that contains it, medium if it is greater than 2 cm and less than or equal to 20 cm per maximum side in a rectangular prismatic envelope that contains it and large if it is greater than 20 cm per maximum side in a rectangular prismatic envelope containing it; the following weights are proposed: low weight if the mechanism is less than or equal to 100 g, medium weight if it is greater than 100 g and less than or equal to 600g and heavy weight all those mechanisms described whose combined weight exceeds 600g.
- the use of the propeller and propeller exchanger implies an additional load on the aircraft, there are aerial vehicles whose number of propellers is reduced to one or a pair, also the coverage area of these propellers is small compared to the aircraft or does not require of complex thrust vectoring systems (for example the cyclic and collective drives of a helicopter), including a wide range of airplanes, in these cases, the loss of the propeller or pair of propellers becomes vitally important for proper operation of the vehicle as well as the preservation of life of its passengers and crew, in this case, the exchanger has high operability in conditions of continuous or accidental impacts (birds, hail, snow, lost drones, other aircraft, detachment of parts, various materials, etc. ) or a burst of shrapnel.
- the exchanger has high operability in conditions of continuous or accidental impacts (rocks, fish other vehicles, detachment of parts or fuselage, etc.) or a burst of shrapnel.
- the variant of this invention of the shared horizontal feeder type that is to say a single feeder, can be used. with replacement propellers used by all engines.
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- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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Abstract
La presente invención se enfoca a la industria aeronáutica, marítima y de drones, mediante el uso de un sistema para el intercambio y reposición de hélices, propelas o motores basado en una combinación de mecanismos de sujeción de piezas, mecanismos de elevación y empuje, mecanismos de cierre y apertura, mecanismos de movimiento relativo y hélices o propelas de tipo plegable, su aplicación directa es en el diseño de aeronaves y embarcaciones, tanto a nivel transporte, drone, juguete, robot e investigación, específicamente en los sistemas de propulsión, dado que permite dotarlos con un medio para el reemplazo manual, semiautomatico o automático de hélices y propelas en el caso de daño severo o ruptura o bien incluso de motores en aeronaves pequeñas o de diseños especializados. La presente invención, se refiere a un intercambiador de hélices y propelas para aeronaves y embarcaciones, con el cual se obtiene un sistema de reemplazo para hélices o propelas en el caso de ruptura total o parcial, para ello se utilizan: un mecanismo sujetador de hélices, un mecanismo de alimentación de nuevas hélices, un mecanismo de cierre para bloquear o liberar al sujetador de propelas, propelas o hélices de tipo plegable y un mecanismo de movimiento relativo para la interacción de las piezas móviles con las estáticas, también se muestran las posibles variantes de la invención. Aunque este sistema aumenta la carga de vuelo, también es útil en la prevención de escenarios donde la pérdida de una hélice, propela o motor conlleva también la pérdida total de una aeronave o embarcación.
Description
INTERCAMBIADOR DE HELICES, PROPELAS O MOTORES
PARA AERONAVES Y EMBARCACIONES
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se enfoca a la industria aeronáutica, marítima y de drones, mediante el uso de un sistema para el intercambio y reposición de hélices, propelas o motores basado en una combinación de mecanismos de sujeción de piezas, mecanismos de elevación y empuje, mecanismos de cierre y apertura, mecanismos de movimiento relativo y hélices o propelas de tipo plegable , su aplicación directa es en el diseño de aeronaves y embarcaciones, tanto a nivel transporte, drone, juguete, robot e investigación, específicamente en los sistemas de propulsión, dado que permite dotarlos con un medio para el reemplazo manual, semiautomatico o automático de hélices y propelas en el caso de daño severo o ruptura o bien incluso de motores en aeronaves pequeñas o de diseños especializados.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Dada la revisión del estado de la técnica, los antecedentes de esta invención, solo existen en sus componentes y en los mecanismos de armamento automático y se indican de la siguiente manera:
Mecanismos de sujeción de piezas: a este ramo corresponden, las boquillas y collects, los mandriles, broqueros, mordazas o chuks totalmente mecánicos como neumáticos e hidráulicos y el sistema
de iris, su finalidad es afianzar una pieza para evitar que se salga de un mecanismo giratorio a altas velocidades.
Mecanismos de elevación y empuje o alimentadores : aquí se mencionan entre los principales a los mecanismos de trinquete simple o trinquete-resorte y los pistones tanto neumáticos, hidráulicos o eléctricos de tipo solenoide, su finalidad es desplazar un objeto de manera absoluta o gradual desde un punto de arranque o base hasta uno deseado o final, tal trayecto es denominado carrera.
Mecanismos de cierre y apertura: en esta área entran, todo tipo de cremalleras y cinchos, los hay desde múltiples piezas mecánicas como los cierres de la ropa hasta los de dos piezas como es el caso de los cinchos de nylon o zip ties o bien los de adherencia como son las cintas de velero, los hay de cierre definitivo como lo son la mayoría de los zip ties o bien los de apertura-cierre como es el caso del resto de los mecanismos mencionados o bien de los cinchos reversibles, reutilizables o liberables, su función es acoplar o desacoplar un sistema con otro .
Mecanismos de movimiento relativo: pueden ser desde un simple buje de baja fricción por ejemplo de bronce, hasta toda una gama de rodamientos y baleros por bolas, por agujas, por cilindros, magnéticos, por vacio o neumáticos e hidráulicos, su función es comunicar y unir un sistema estático con uno móvil, por ejemplo una hélice con la carcasa de un vehículo o bien una broca con un taladro .
Hélices o propelas plegables: las hay de dos tipos, las flexibles y las basadas en mecanismos de bisagras que se abren o cierran
como una consecuencia de la fuerza centrifuga de los motores, también las hay de tipo radial o bien de tipo axial, las primeras se enrollan alrededor del eje motriz como en una navaja desplegable y las segundas caen sobre el a manera de orejas de conejo.
Por parte del armamento automático, esta invención se inspira en los sistemas de carga recarga de rifles y pistolas automáticas.
Asimismo existen métodos de emergencia de programación y control automático que ayudan a mantener las aeronaves en vuelo pese a la perdida de motores, hélices o propelas, sin reemplazarlos, es decir solo como un modo de prevención de catástrofes y lograr si no un vuelo continuo cuando menos un aterrizaje de emergencia (ver Mueller, Stability and control of a quadrocopter despite the complete loss of one, two, or three propellers).
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1, ilustra múltiples vistas (laterales, isométricas, frontales y superior e inferior) del Íntercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, en este caso la versión compuesta de pistón-mecanismo de iris y cincho bloqueante, el cual es motivo de la presente invención.
La figura 2, ilustra una vista isométrica detallada del intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, el cual es motivo de la presente invención, en este caso compuesto de pistón-mecanismo de iris y cincho bloqueante, donde se destacan el mecanismo de sujeción, en este ejemplo basado en el mecanismo de iris (1.1, 1.2), el embalaje de
hélice-flexible y soporte de hélice, este soporte también puede ser un motor pequeño (4.1, 4.2, 4.4), el mecanismo de cierre y apertura, basado en el cincho bloqueante-cremallera (5.1, 5.2), y el motor principal junto con su adecuación al mecanismo de iris (6.2, 6.1), nótese que si el soporte de hélice funge como motor, entonces estas adecuaciones son omisibles.
La figura 3, ilustra el soporte de hélices para las hélices del intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, el cual es motivo de la presente invención, este puede ser una pieza estática como se describirá mas adelante o bien un motor, para el caso de aeronaves pequeñas o de diseño especializado .
La figura 4, ilustra las tres posiciones de interacción del servomotor de apertura con el cincho bloqueante-cremallera.
La figura 5, ilustra un corte que profundiza la relación entre los mecanismos semiestaticos , los rotativos, asi como el dispensador de hélices en este caso por pistón (2.1), y el aglomerado de hélices flexibles con sus soportes interconectados mediante mecanismos de movimiento relativo por fricción tipo rodamiento o buje (4.1, 4.4), también se nota la relación entre el automatizador del mecanismo de cierre y apertura (3.1) y el de sujeción tipo iris (1.1), los cuales son subcomponentes de intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, el cual es motivo de la presente invención.
La figura 6, ilustra un despiece destacando las partes estáticas, rotativas y las hélices unidas de punta a cola mediante un mecanismo de movimiento relativo en este caso un balero o rodamiento o bien un buje de latón u otro material útil para ese
propósito, de derecha a izquierda y de arriba hacia abajo: mecanismo rotativos para operación de giro de las hélices y empacado de hélices interconectadas de punta a cola mediante baleros rodamientos o bujes; empacado de hélices interconectadas de punta a cola mediante baleros, rodamientos o bujes (notar que la interconexión entre rotativos y no rotativos es mediante fricción); mecanismo semiestaticos ajenos al giro de las hélices, solo tienen la función de usarse en el reemplazador de hélices, pero se desactivan totalmente para el giro de las mismas; detalle del anterior enfocado al alimentador de hélices oculto por el empaque-protección en la figura precedente, en este caso un pistón, los cuales son subcomponentes del Íntercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, el cual es motivo de la presente invención.
La figura 7, ilustra una manera de conectar, el intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, el cual es motivo de la presente invención, con el motor principal para movimiento de las hélices, siempre y cuando los soportes de las hélices no estén motorizados, pues en este caso no es necesario el conector ilustrado.
La figura 8, ilustra un acercamiento a los sistemas de cierre apertura de tipo cincho desbloqueante y cremallera (5.1, 5.2, 5.3) y el mecanismo de sujeción de tipo mecanismo de iris (1.1, 1.2, 1.3), los cuales son subcomponentes del intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, el cual es motivo de la presente invención.
La figura 9, ilustra un acercamiento al mecanismo de automatización (3.1, 3.2, 3.3) para el sistema de cierre-apertura de tipo cincho desbloqueante y cremallera (5.1, 5.2, 5.3), el
cual consta de un servomotor y un motor de dona o en inglés hollowshaft, asi como del mecanismo alimentador de hélices (2.1, 2.6), los cuales son subcomponentes del intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, el cual es motivo de la presente invención.
La figura 10, ilustra una variante con alimentador lateral y sujetor tipo broquero.
La figura 11, ilustra una variante con sujetador tipo garra, nótese como el cincho es sustituido por bisagras y resortes, este sujetador tipo garra es de uso común en lapiceros y en afiladores de lápices
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un Íntercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, su finalidad es permitir el reemplazo de manera manual, semiautomatica o automática de hélices, motores y propelas dañadas (esto es, aunque el intercambiador es automático, su activación la da el operador o bien puede automatizarse para detectarse el momento de la pérdida o daño), el reemplazo de motores dada la tecnología actual, puede efectuarse en aeronaves pequeñas o de diseño especializado, se trata de una estructura conformada por al menos 5 componentes y sus variantes o fusiones:
El mecanismo sujetor, cuya finalidad es permitir sujetar la propela en su operación o bien liberarla para su reemplazo. Este mecanismo ya sea totalmente mecánico, neumático o hidráulico contempla todo tipo de chucks, abrazaderas, mordazas, collets, broqueros , garras, el mecanismo de iris, o bien cualquier otro no mencionado que tenga la misma funcionalidad.
El mecanismo de elevación o empuje o alimentador, cuya finalidad es expulsar las nuevas hélices o propelas de reemplazo, contempla desde un simple pistón eléctrico, neumático o hidráulico, un solenoide, un sistema de trinquete, o bien cualquier otro no mencionado que posea la misma funcionalidad.
El mecanismo de cierre-apertura, cuyo uso es bloquear o liberar el mecanismo sujetor, en este caso se consideran cremalleras, cinchos, mecanismos de vacio, cintas tipo velero o cualquier otro no mencionado cuya funcionalidad sea equivalente.
El mecanismo de movimiento relativo, que permite la interconexión entre las partes rotativas y los componentes estáticos , en esta aplicación un buje autolubricado , un rodamiento, un slipring o cualquier otro no mencionado cuya funcionalidad sea equivalente.
Las hélices plegables, que en su modo plegado permiten ser contenidas previamente del mecanismo de cierre-apertura y al momento de ser liberadas, expandirse y permitir el vuelo, existen de pliegue radial o bien de tipo axial u oreja de conejo, las hay también del tipo flexible, infiable o bien mediante bisagras, también se considera a cualquier otro tipo no mencionado cuya funcionalidad sea equivalente. La invención descrita tiene los siguientes inconvenientes:
1. Al tratarse de dispositivos físicos, estos aumentan la carga muerta de la aeronave o embarcación, reduciendo la capacidad de transporte de otras cargas pero ayudando a salvaguardarla así como a sus tripulantes. Esto puede solucionarse con el uso de materiales ligeros.
2. El tiempo de respuesta en el intercambio de hélices, propelas o motores no es inmediato por lo que el sistema presentara operación inadecuada como autorrotacion o caída libre durante un tiempo suficiente para realizar el reemplazo, puede variar desde algunos segundos hasta algunos minutos dependiendo del tamaño de los motores, hélices o propelas, su peso y las condiciones del medio, altura y velocidad de vuelo, para ayudar a la integridad de los pasajeros o la aeronave en tanto se realiza este intercambio, se puede utilizar de manera parcialun método de control automático de emergencia en el caso de pérdida de hélices, motores o propelas como el presentado por Mueller que está descrito en los antecedentes de este documento.
Funcionamiento de la variante con alimentador vertical aplicable a motores de tipo outrunner (de dona o hollowshaft)
De acuerdo con lo ilustrado en las figuras, el intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, de la presente invención se comprende de un mecanismo de sujeción de hélices, el cual es ilustrado mediante un mecanismo de iris pero puede ser cualquier otro de los ya descritos (1.1 G1.1 Mi .1 ) , todos ellos suelen tener una parte estática o carcazas inferior (1.1) y superior (1.3) asi como una parte de radio variable denominada boquilla u ojo (1.2) que sirve para sujetar o aflojar una pieza, esta pieza en este caso es la hélice con sujetador (4.1, 4.2, 4.3, 4.4), dicha hélice puede ser de tipo flexible o solida dependiendo del modo de alimentación de hélices disponible (en esta patente ilustrados con un modo de intercambio vertical y otro horizontal, para el alimentador vertical es conveniente una hélice flexible), esta hélice o propela debe ser un conjunto compuesto de: cuerpo de soporte (4.1) en el cual se fija la helice (4.2), la cual debe ser plegable de tipo radial para reducir espacio de almacenamiento y despliegue, asimismo para permitir que el vehículo pueda volar correctamente pues la hélice debe tener un voladizo libre para poder empujar aire o agua, asimismo un rodamiento o buje en la parte inferior (4.3) que permite realizar el movimiento relativo de rotación de la hélice con el mecanismo de iris (1.1, 1.2, 1.3) y el motor principal de la aeronave (6.1) y (6.2) y sujetar las demás hélices en línea, para ello si el intercambiador es vertical, el cuerpo de soporte debe tener un hueco o adaptación (4.4) para permitir una guía entre las propelas, en caso de tratarse de un alimentador horizontal, tanto (4.3) como (4.4) no son necesarios, debe notarse que este soporte de hélice puede ser un motor pequeño si se trata de aeronaves pequeñas o de diseño especializado. El
mecanismo de sujeción cuenta con un modo automático de cierre apertura, en este caso basado en un cincho retráctil-cremallera que consta de: cremallera (5.2) unida a alguna de las carcasas estáticas del sujetor (l.l)o (1.3), una cabeza de cincho (5.1/1.4) retráctil por pasador (5.3) unido a la parte de radio variable del sujetador (1.2) el cual le permite abrir o cerrar el ojal o boquilla mediante la incorporación de un automatizador que consta de: motor tipo dona (3.2) el cual permite ubicar el pasador o trinquete (5.3) para después con un servo de tres posiciones (3.1) arrastrar la cabeza de cincho (5.1/1.4), las tres posiciones son: 1 enganche trasero de cabeza de cincho para, liberar el trinquete, arrastrarlo y abrir el sujetor de piezas; enganche delantero de cabeza de cincho para solo arrastrarlo sin abrir el trinquete y cerrar el sujetor de piezas y neutral que no hace contacto con el cincho y permite a la hélice girar mientras esta el sujetor cerrado (ver Figura 4).
El intercambiador de hélices, propelas o motores solo puede operar estando la hélices sin movimiento o bien desembragada del motor principal, si el soporte de hélice es el propio motor, puede trabajar sin problema aunque es recomendable esperar baja velocidad o alto total de la hélice, una vez cumplidas estas condiciones, se abre el sujetor utilizando el cincho-cremallera y su automatizador, y con ayuda del mecanismo alimentador de hélices se coloca en posición una nueva hélice, propela o bien motor, para una vez posicionada cerrarse el mecanismo sujetor, colocar el servo de tres posiciones en modo neutro y finalmente operar nuevamente el motor principal, el alimentador de hélices se compone de: (2.4) plataforma guia que permite a las hélices avanzar ordenadamente sin desviarse o caerse, básicamente es una riel de avance para los soportes de hélices y es parte de la estructura estática de todo el mecanismo, el cual pasa por el
agujero del motor principal; (2.3) soporte del estator del motor dona y del recubrimiento del alimentador de hélices (2.2); el alimentador de hélices en este caso mediante un pistón o solenoide (2.1) unido con brida (2.5) al riel (2.1); (2.6) plataforma de empuje para mover los cuerpos de soporte de nuevas hélices (4.1) o motores con hélices si fuera el caso.
Se ilustra el modo de conexión (6.2) con el motor principal (6.1) para ilustrar el modo de colocación en una aeronave prefabricada de motor tipo outrunner, solo se conecta con el sistema de sujetor tipo iris y el eje estático se hace pasar a través del agujero del outrunner, anclándose a la parte fija de la estructura (ver Figura 7).
Funcionamiento de la variante con alimentador horizontal, aplicable a todo tipo de motores
El cambio está básicamente en el sistema de alimentación, en el de guiado y en las hélices, propelas o motores, aunque puede seguirse utilizando un mecanismo de iris (1.1) para la sujeción, este ejemplo se ilustra con un mecanismo sujetor de tipo mandril ( Mi .1 ) o bien tipo garra (Gl.l) (nótese que la alimentación de las nuevas hélices propelas o motores se hace por via superior, mientras que en la descripción previa se alimentaban por abajo del mecanismo sujetador). Este método puede asociarse en su funcionamiento con un Íntercambiador de herramientas en las maquinas CNC. Para el alimentador horizontal aplicable a todo tipo de motores, esta consta de: sistema de sujeción por mordaza o garra (Ml.l, Gl.l), sistema de alimentación horizontal de hélices, propelas o motores el cual consta de: mecanismo distribuidor de hélices, propelas o motores (M2.1, M2.2 , M2.3 , M2.4 , G2.6 ) , mecanismo de apertura del mecanismo sujetador (M3.1,
M3.2, M 3.3, G3.3) y mecanismo sujetador (Ml.l), nótese que los soportes (M4) de hélices (que pueden ser motores) no requisitan movimiento relativo ni guiado por lo cual (4.3) y (4.4) son omisibles, también nótese que las hélices pueden o no ser plegables. Nótese que el sujetor tipo garra también puede utilizarse con un alimentador vertical de hélices.
Toda la estructura puede ser de cualquier material siempre y cuando satisfaga los requerimientos de diseño por ejemplo aquellos puntos susceptibles a desgaste deben ser resistentes a ese fenómeno físico, en este caso la cremallera y los baleros o rodamientos para movimiento relativo, dando otro ejemplo, el mecanismo de sujeción debe tener cierta dureza en las partes que componen su boquilla para evitar quiebre por intercambio o bien el giro a altas revoluciones por minuto y citando un último ejemplo, para aeronaves pequeñas además de satisfacerse las anteriores u otras restricciones, los componentes deben ser ligeros. En resumen las dimensiones, materiales, formas y pesos dependerán de la aplicación final, sin embargo es factible pensar en su uso desde juguetes, herramientas y equipo pesado o de grandes dimensiones, por lo cual se proponen las siguientes dimensiones: pequeño si es menor o igual a 2 cm por lado máximo en una envoltura prismática rectangular que la contenga, mediano si es mayor que 2 cm y menor o igual a 20 cm por lado máximo en una envoltura prismática rectangular que lo contenga y grande si es mayor a 20 cm por lado máximo en una envoltura prismática rectangular que lo contenga; se proponen los siguientes pesos: de bajo peso si el mecanismo es inferior o igual a 100 g, de mediano peso si es mayor 100 g y menor o igual a 600g y de gran peso todos aquellos mecanismos descritos cuyo peso conjunto exceda los 600g.
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
Uso del Intercamblador de hélices , propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, en un aeroplano.
Si bien el uso del intercambiador de hélices y propelas implica una carga adicional en la aeronave, existen vehículos aéreos cuyo número de hélices es reducida a una o un par, asimismo el área de cobertura de estas hélices es pequeña respecto del aeronave o bien no requiere de complejos sistemas de vectorizacion del empuje (por ejemplo los variadores cíclico y colectivo de un helicóptero), entre ellas una amplia gama de aeroplanos, en estos casos, la perdida de la hélice o par de hélices se vuelve de importancia vital para el correcto funcionamiento del vehículo así como la preservación de vida de sus pasajeros y tripulación, en este caso, el intercambiador tiene alta operabilidad en condiciones de impactos continuos o accidentales (aves, granizo, nieve, drones perdidos, otras aeronaves, desprendimiento de piezas, materiales diversos etc) o bien rafagueo de metralla.
Uso del intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, en un barco o submarino.
Al igual que en las aeronaves también existen vehículos acuáticos cuyo número de propelas es reducida a una o un par, entre ellas una amplia gama de embarcaciones y submarinos, e igualmente en estos casos, la perdida de la propela o par de propelas se vuelve de importancia vital para el correcto funcionamiento del vehículo así como la preservación de vida de sus pasajeros y tripulación, en este caso, el intercambiador tiene alta operabilidad en condiciones de impactos continuos o accidentales (rocas, peces
otros vehículos, desprendimiento de piezas o fuselaje, etc) o bien rafagueo de metralla.
Uso del intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, en un aerogenerador tipo molino.
Es factible que algún animal u objeto se estrelle contra las aspas del molino destruyéndolas, para lo cual un reemplazo podría tomar tiempo y logística, de esta forma la combinación del intercambiador con un sistema de protección de caída en tierra (una red) , podrían facilitar el proceso de sustitución.
Uso del intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, en multirrotores .
Aquí con el propósito de reducir la cantidad de carga en el vehículo y asumiendo un multirrotor con n motores (por ejemplo 4 en el caso de un cuadricoptero) , puede usarse la variante de esta invención de tipo alimentador horizontal compartido, es decir un solo alimentador con hélices de reemplazo utilizado por todos los motores .
La invención ha sido descrita suficiente y claramente de manera que una persona con conocimientos medios en la materia pueda reproducir y obtener los resultados que mencionamos en la presente invención. Sin embargo cualquier persona hábil en la técnica en la que se circunscribe la presente invención puede ser capaz de hacer modificaciones no descritas en la presente solicitud, dichas modificaciones deberán entenderse dentro de los alcances de la invención.
Claims
1. Un intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, que comprende:
a)Un mecanismo sujetador de hélices que se elije de entre un colect, una mordaza o chuck, un mandril o boquilla o un mecanismo de iris (1.1, Gl.l, Mi .1 ) ;
b)un mecanismo de alimentación de hélices, propelas o motores, que se elije de entre un set de pistón-plataforma eléctricos (2.1, G2.6 ) , neumáticos, hidráulicos, diversos solenoides, un sistema de trinquete;
c)un mecanismo de cierre para bloquear o liberar al sujetador que se elije de entre un cincho-cremallera (5.1), mecanismos de vacio o cintas tipo velero, este mecanismo tiene integrado un control automático que está basado en servomotores y palancas (3.1, 3.2, 3.3);
d)un mecanismo de movimiento relativo para la interacción de las piezas móviles con las estáticas (4.3); y
e)un soporte que contiene las propelas o hélices utilizadas que se elije de entre estático o un motor individual reemplazable (4.1, 4.2, 4.3, 4.4), el soporte tiene acoplado un mecanismo de movimiento relativo que se elije de entre un rodamiento, balero o un buje, que está adaptado para comunicar las partes rotantes con las semiestaticas a través de fricción o suspensión magnética, todos los mecanismos mencionados se elijen de entre variantes rígidas, flexibles, solidas, eléctricas, neumáticas o hidráulicas.
2. Un intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque sus dimensiones se elijen de entre: pequeño si es menor o igual a 2 cm por lado máximo en una envoltura prismática rectangular que la contenga, mediano si es mayor que 2 cm y menor o igual a 20 cm por lado máximo en una envoltura prismática rectangular que lo contenga y grande si es mayor a 20 cm por lado máximo en una envoltura prismática rectangular que lo contenga; el peso se elije de entre: de bajo peso si el mecanismo es inferior o igual a 100 g, de mediano peso si es mayor 100 g y menor o igual a 600g y de gran peso todos aquellos mecanismos descritos cuyo peso conjunto exceda los 600g.
3. Un intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque puede acoplarse a aeronaves prefabricadas, siempre y cuando tengan libre el rotor principal y que utilicen todo tipo de motores inrunner o outrunner con eje rotante o cuerpo rotante y agujero tipo dona o holowshaft.
4. Un intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene 2 variantes de reemplazo de hélices, motores o propelas, una vertical y la otra horizontal o bien todas sus posibles combinaciones, como es el caso del uso de sujetador basado en garras.
5. Un intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la variante del
sujetador vertical está basado en un mecanismo de iris y la variante del sujetador horizontal está basado en un mecanismo de mandril .
6. Un intercambiador de hélices, propelas o motores para aeronaves y embarcaciones, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la variante del sujetador vertical está basado en un mecanismo de iris y la variante del sujetador horizontal o vertical está basado en un mecanismo de garras .
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112615566A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-06 | 北京航空航天大学 | 驱动负载中间放置的上下对称磁悬浮电机及在四旋翼飞行器上的应用 |
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2019
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| CN112615566B (zh) * | 2020-12-23 | 2021-08-31 | 北京航空航天大学 | 驱动负载中间放置的上下对称磁悬浮电机及在四旋翼飞行器上的应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| WO2020071897A4 (es) | 2020-05-28 |
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