WO2021144485A1 - Disposición sustentadora, estabilizadora y propulsora para aeronaves de despegue y aterrizaje vertical - Google Patents

Disposición sustentadora, estabilizadora y propulsora para aeronaves de despegue y aterrizaje vertical Download PDF

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Definitions

  • the supporting, stabilizing and propelling arrangement for vertical take-off and landing aircraft of the invention consists in applying to the fuselages four rotating main wings, or portions of them that rotate, which carry at their trailing edge rows of turbines, fans and fixed turbofans, apply to the sides of the fuselage, inside the wings and tail tail, rows of fixed centrifugal or tangential turbines and apply to the sides of the fuselage and lower and upper zone of the rotating wings, rows of tangential turbines and some turbofans They adopt during takeoff and landing, by positioning the wings, vertical thrust or lift and stabilization.
  • the wings act as lifters and the turbines or fans are positioned in such a way that they produce horizontal propulsion with a slight nose-up inclination.
  • the fans, turbines or fans are powered by electric motors, powered by batteries, fuel cells or with electric generators powered by gas turbines, engines and fans or turbines.
  • it can produce the propulsion exclusively with the fans, turbines or fans, in this case using wings with a small surface, which are preferably used to support the fans and turbines.
  • Corner fans, turbine and turbofan can be used as stabilizers.
  • the stabilizing plane of the tail carries supporters, stabilizers and propellers.
  • the number of motors, fans, etc. depends on their size or diameter.
  • part of the lift can be generated by the wing or ventral surface of the fuselage.
  • the stability is obtained by means of the ailerons and depth and direction rudders located on the horizontal and vertical empennages, it can also be obtained through fans.
  • the horizontal stabilization is obtained by means of three or more electrical fans located in the tips of the wings, both horizontal empennages and optionally in the area of the nose.
  • a microprocessor receives or produces signals from GPS, accelerometers, gyroscopes, anemometer, altitude, variometers, radio altimeters, VORES, ADFs, heading, (heading, height, speed and rate of ascent or descent selected), which when processed give information or indication signals, and control signals for the fans, ailerons, elevator and direction rudders that are applied with electric or hydraulic servo systems.
  • the control can also be carried out manually, applying variable signals.
  • the fans used for stabilization and turbines are powered by electric motors, powered by batteries, fuel cells, turboshaft-driven generators, turboprops, reciprocating internal combustion engines, or gas turbines.
  • the fans used for stabilization electrically driven control fans or propellers are controlled by motors and circuits independent, to guarantee their performance in case of failure.
  • the same fans and electric motors used to produce lift can be used.
  • the lower part of the fuselage is flat, providing, together with the wings, lift during horizontal flight.
  • the rear wings are positioned at different heights to avoid Interference with the wake of the front wing and / or the engines.
  • the electric motors can be additionally powered with super capacitors, during short periods of time, emergencies, etc., which can be reserved exclusively for the initial climb of take-off and at the end of the descent or landing, in the latter cases the electrical cost is very small when using generators as complementary elements and for greater safety. Electric generators will boost the power applied by the batteries and charge them during horizontal flight.
  • one or more flaps at the outlet behind the fans can deflect the air flow with respect to the direction of the duct, allowing the aircraft to rise and fall horizontally.
  • the fuel can be towed into a special tank in the tail of the plane to avoid explosions on the plane.
  • the propulsion can be by means of electric fans, for drones and short-haul aircraft or by turbofans once it has risen vertically and even descends when using a large load or long-haul.
  • Figure 1 shows a schematic plan view and partially sectioned of an arrangement of the aircraft of the invention with the wings in vertical flight.
  • Figure 2 shows a schematic plan and partially sectioned side view of the aircraft with the wings in horizontal flight.
  • Figure 3 shows a schematic side view of the aircraft in horizontal displacement.
  • Figure 4 shows a plan and schematic plan view and partially sectioned of an aircraft variant.
  • Figure 5 shows a schematic and sectioned view of a wing with three tangential or centrifugal turbines of the invention, inside it.
  • Figure 6 shows a schematic and plan view of an aircraft variant with tangential or centrifugal turbines in all possible places. Powered by propellers or turboprops.
  • Figure 7 shows a schematic and sectioned view of a tangential or centrifugal turbine of the invention, in the intrados of a wing portion.
  • Figure 8 shows a schematic and sectioned view of a pair of tangential or centrifugal turbines, one on the soffit and the other on the extrados of a wing portion.
  • Figure 9 shows a schematic plan view and partially sectioned of an aircraft variant with wings and centrifugal or tangential turbines in vertical flight.
  • FIG 1 shows an embodiment of the invention with the aircraft
  • Figure 2 shows the aircraft (1), turbines, fans or prop propellers and propellers (3) at the exit edges of the rotating wings (2), these being rotated by the electrical, hydraulic or pneumatic system (11).
  • the wings and turbines are in a horizontal flight or displacement position.
  • Figure 3 shows the aircraft (1), with two rows of fans (3) on each side and in horizontal flight.
  • 1/2 T is the traction of the front or rear rows of fans or turbines
  • 1/2 TF the forward traction of the front or rear rows of fans or turbines
  • 1/2 L is half the lift of the aircraft
  • 1/2 W half its weight
  • 1/2 D half the drag of the aircraft.
  • the rear wings are placed higher to avoid interference with the wake of the front wing and / or engines.
  • It shows the aircraft with the lift arrangement of the invention in a horizontal displacement attitude.
  • the propellant turbofans (5) positioned.
  • Figure 4 shows the aircraft (1), turbines, fans or prop propellers and propellers (3) at the trailing edges of the main rotating wings (2) and the smaller rear ones (4) also rotating. It is propelled by the propeller or turboprop (7).
  • the wings and turbines are turned by the electrical, hydraulic or pneumatic system (11). The wings and turbines are in a vertical displacement position.
  • Figure 5 shows an embodiment with a wing (2) with three tangential or centrifugal turbine impellers (3r) that throw the air flow downwards.
  • Figure 6 shows the aircraft (1), with two main or larger wings (2) and the two rear or smaller wings (4). They show centrifugal or tangential turbines (3r). The vertical stabilizer (8) and the stabilizer fans (6). As a propeller it uses the propeller (driven by an engine) or turboprop (7).
  • Figure 7 shows the portion of a wing (2) and the impeller of the tangential or centrifugal turbine (3r) that drives the air flow tangentially.
  • Figure 8 shows the portion of a wing (2), with the pair of tangential or centrifugal turbines (3) that drives the air flow tangentially through the soffit and the extrados.
  • Figure 9 shows an embodiment with the aircraft (1), with four equal wings (2), the tangential or centrifugal turbine impellers (3r) on the wings and on the side of the fuselage.
  • the wings are rotated with the installation (11) by mechanical, pneumatic, hydraulic or electrical means.
  • the stabilizing phanes can be used as sustainers, even during horizontal flight, in place of the standard wings, ailerons and elevator and roll.

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Abstract

La disposición sustentadora, estabilizadora y propulsora para aeronaves de despegue y aterrizaje vertical, utiliza unas alas giratorias, una turbinas o fanes sustentadores, propulsores y estabilizadores en los bordes de salida de las alas y empenajes, unas turbinas centrifugas o tangenciales aplicadas en los laterales del fuselaje, en los bordes de entrada y de salida de las alas, o unas turbinas centrifugas o tangenciales en los laterales del fuselaje e interior de las alas, las que portan el fuselaje son fijas y producen solo sustentación y las que van en las alas giran con ellas y producen sustentación durante el vuelo vertical y propulsión durante el vuelo horizontal, añade unos fanes estabilizadores horizontales en las puntas de las alas o empenaje horizontal y otros de dirección en el empaje vertical.

Description

DISPOSICIÓN SUSTENTADORA, ESTABILIZADORA Y PROPULSORA PARA AERONAVES DE DESPEGUE Y ATERRIZAJE VERTICAL
CAMPO DE LA INVENCIÓN. En sistemas de sustentación, estabilización y propulsión para aeronaves tripuladas y no tripuladas o drones.
ESTADO DE LA TÉCNICA. Los autogiros no efectúan el despegue vertical, los helicópteros se desplazan a baja velocidad, su rotor es peligroso y los aviones VTOL actuales tienen poca seguridad y aprovechan muy mal la energía de las turbinas a baja altura y a baja velocidad La presente invención soluciona estos inconvenientes.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
Objetivo de la invención y ventajas.
Conseguir despegues verticales sin muchos automatismos, utilizando turbinas o fanes fijos.
Utilizar turbinas o fanes accionados con motores eléctricos.
Utilizar las turbinas o fanes eléctricos para generar la sustentación tanto en el despegue como en vuelo horizontal.
Usar alimentación eléctrica con células de combustible, generadores accionados mediante turboejes, turbohélices, motores de explosión alternativos o turbinas de gas.
Ventajas: Es práctico, muy sencillo, económico, efectúa un óptimo vuelo vertical, puede utilizarse para transporte, drenes o UAVs, contraincendios, salvamento, amerizaje y vuelos largos.
Problema a resolver.
Los inconvenientes de los aviones de despegue vertical actuales, que son complejos, estando obligados a tener que levantar mucho peso y como consecuencia disponer de poco alcance.
La disposición sustentadora, estabilizadora y propulsora para aeronaves de despegue y aterrizaje vertical de la invención consiste en aplicar a los fuselajes cuatro alas principales giratorias, o que giran porciones de las mismas, las cuales portan en su borde de salida hileras de turbinas, fanes y turbofanes fijos, aplicar a los laterales del fuselaje, en el interior de alas y empenaje de cola hileras de turbinas centrifugas o tangenciales fijas y aplicar a los laterales del fuselaje y zona inferior y superior de las alas giratorias, hileras de turbinas tangenciales y unos turbofanes que adoptan durante el despegue y aterrizaje, por la colocación de las alas, empuje vertical o de sustentación y estabilización. En vuelo horizontal las alas actúan como sustentadoras y las turbinas o fanes quedan colocados de forma que producen la propulsión horizontal con una ligera inclinación morro arriba. Los fanes, turbinas o ventiladores son accionados con motores eléctricos, alimentados con baterías, células de combustible o con generadores eléctricos alimentados con turbinas de gas, los motores y los fanes o turbinas.
En una variante puede producir la propulsión exclusivamente con los fanes, turbinas o ventiladores, utilizando en ese caso unas alas de pequeña superficie, que se utilizan preferentemente para soportar los fanes y turbinas.
Los fanes, turbina y turbofanes de las esquinas se pueden utilizar como estabilizadores.
Puede utilizarse solamente una pareja de alas en ese caso el plano estabilizador de cola porta fanes sustentadores, estabilizadores y propulsores.
La cantidad de motores, fanes, etc., depende del tamaño o diámetro de los mismos.
Para accionar los generadores eléctricos de los fanes, hélices, etc. puede utilizar una o más turbinas, mini turbinas, microturbinas y nanoturbinas propulsoras o auxiliares. Para evitar repetición en lo sucesivo al mencionar turbinas nos referiremos igualmente a las miniturbinas, microturbinas y nanoturbinas.
Usando la mitad de los fanes, hélices, etc. girando en un sentido y la otra mitad en el opuesto se consigue eliminar el par de giro que se crea
En vuelo horizontal parte de la sustentación se puede generar con la superficie alar o ventral del fuselaje.
En vuelo horizontal la estabilidad se obtiene mediante los alerones y timones de profundidad y dirección situados sobre los empenajes horizontales y vertical, también se puede obtener mediante fanes. En desplazamiento vertical la estabilización horizontal se obtiene mediante tres o más fanes eléctricos situados en la punta de las alas, ambos empenajes horizontales y opcionalmente en la zona del morro. En el sistema de vuelo automático en un microprocesador se reciben o producen señales de GPS, acelerómetros, giróscopos, anemómetro, altura, variómetros, radioaltimetros, VORES, ADFs, rumbo, (rumbo, altura, velocidad y régimen de ascenso o descenso seleccionados), las cuales procesadas dan señales de información o indicación, y de control para los fanes, alerones, timones de profundidad y dirección que se aplican con servosistemas eléctricos o hidráulicos El control también puede efectuarse manualmente, aplicando señales variables.
Los fanes usados para la estabilización y las turbinas son accionados con motores eléctricos, alimentados con baterías, células de combustible, generadores accionados mediante turboejes, turbohélices, motores de explosión alternativos o turbinas de gas.
Los fanes utilizados para la estabilización los fanes o hélices de control accionados eléctricamente son controlados mediante motores y circuitos independientes, para garantizar su actuación en caso de fallo. Pueden usarse los mismos fanes y motores eléctricos usados para producir la sustentación.
La zona Inferior del fuselaje es plana proporcionando junto con las alas la sustentación durante el vuelo horizontal. Las alas posteriores se colocan a distinta altura para evitar Interferencia con la estela del ala delantera y/o de los motores.
Los motores eléctricos pueden alimentarse adicionalmente con supe condensadores, durante pequeños periodos de tiempo, emergencias, etc., que pueden reservarse exclusivamente para la subida inicial del despegue y al final del descenso o aterrizaje, en estos últimos casos el gasto eléctrico es muy pequeño usándose los generadores como elementos complementarios y para una mayor seguridad. Los generadores eléctricos reforzarán la potencia aplicada por las baterías y las cargarán durante el vuelo horizontal.
En caso de emergencia también puede aterrizar como un avión convencional y puede amerizar añadiendo unos flotadores que pueden ser infiables.
Opcionalmente una o más aletas a la salida detrás de los fanes pueden deflectar el flujo de aire respecto a la dirección del conducto, permitiendo el ascenso y descenso horizontal de la aeronave.
Puede adaptarse a todo tipo de aeronaves, alas delta, biplanos, alas volantes y en general a todas las aeronaves de gran superficie alar u horizontal.
En el empenaje vertical los timones de dirección y los fanes controlan la dirección.
En los casos de utilizar hidrógeno para las células de combustible, el combustible puede remolcarse en un tanque especial en la cola del avión para evitar explosiones en el avión.
La propulsión puede ser mediante los fanes eléctricos, para drones y aviones de corto recorrido o mediante turbofanes una vez ha ascendido verticalmente y hasta el descenso cuando se utiliza gran carga o en largo recorrido.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La figura 1 muestra una vista esquematizada en planta y parcialmente seccionada de una disposición de la aeronave de la invención con las alas en vuelo vertical.
La figura 2 muestra una vista lateral esquematizada en planta y parcialmente seccionada de la aeronave con las alas en vuelo horizontal.
La figura 3 muestra una vista lateral esquematizada de la aeronave en desplazamiento horizontal.
La figura 4 muestra una vista en planta y esquematizada en planta y parcialmente seccionada de una variante de aeronave. La figura 5 muestra una vista esquematizada y seccionada de un ala con tres turbinas tangenciales o centrifugas de la invención, en su interior.
La figura 6 muestra una vista esquematizada y en planta de una variante de aeronave con las turbinas tangenciales o centrifugas en todos los sitios posibles. Propulsada con hélices o turbohélices.
. La figura 7 muestra una vista esquematizada y seccionada de una turbina tangencial o centrifuga de la invención, en el intradós de una porción de ala.
La figura 8 muestra una vista esquematizada y seccionada de una pareja de turbinas tangenciales o centrifugas, un en el intradós y otra en el extradós de una porción de ala.
La figura 9 muestra una vista esquematizada en planta y parcialmente seccionada de una variante de aeronave con las alas y turbinas centrifugas o tangenciales en vuelo vertical.
DESCRIPCION MAS DETALLADA DE UNA FORMA DE REALIZACIÓN.
La figura 1 muestra una forma de realización de la invención con la aeronave
(I), turbinas, fanes o hélices sustentadores y propulsores (3) en los bordes de salida de las alas giratorias (2), giradas estas por el sistema eléctrico, hidráulico o neumático
(I I). Las alas y turbinas se encuentran de posición de desplazamiento vertical.
La figura 2 muestra la aeronave (1), turbinas, fanes o hélices sustentadores y propulsores (3) en los bordes de salida de las alas giratorias (2), giradas estas por el sistema eléctrico, hidráulico o neumático (11). Las alas y turbinas se encuentran en posición de desplazamiento o vuelo horizontal.
La figura 3 muestra la aeronave (1), con dos hileras de fanes (3) a cada lado y en vuelo horizontal. Donde 1/2 T es la tracción de las hileras de fanes o turbinas delanteros o traseros, 1/2 TF la tracción hacia delante de las hileras de fanes o turbinas delanteros o traseros, 1/2 L la mitad de la sustentación de la aeronave, 1/2 W la mitad de su peso y 1/2 D la mitad de la resistencia al avance de la aeronave. Las alas posteriores se colocan a mayor altura para evitar interferencia con la estela del ala delantera y/o motores. Muestra la aeronave con la disposición sustentadora de la invención en actitud de desplazamiento horizontal. Los turbofanes propulsoras (5), colocados.
La figura 4 muestra la aeronave (1), turbinas, fanes o hélices sustentadores y propulsores (3) en los bordes de salida de las alas giratorias principales (2) y las posteriores de menor tamaño (4) también giratorias. Es propulsada por la hélice o turbohélice (7). Las alas y turbinas son giradas por el sistema eléctrico, hidráulico o neumático (11). Las alas y turbinas se encuentran de posición de desplazamiento vertical. La figura 5 muestra una forma de realización con un ala (2) con tres rodetes de turbinas tangenciales o centrifugas (3r) que lanzan el flujo de aire hacia abajo.
La figura 6 muestra la aeronave (1), con dos alas principales o mayores (2) y las dos posteriores o menores (4). Muestran las turbinas centrifugas o tangenciales (3r). El estabilizador vertical (8) y los fanes estabilizadores (6). Como propulsor utiliza la hélice (accionada por un motor) o turbohélice (7).
La figura 7 muestra la porción de un ala (2) y el rodete de la turbina tangencial o centrifuga (3r) que impulsa el flujo de aire tangencialmente.
La figura 8 muestra la porción de un ala (2), con la pareja de rodetes de las turbinas tangenciales o centrifugas (3) que impulsa el flujo de aire tangencialmente por el intradós y el extradós.
La figura 9 muestra una forma de realización con el avión (1), con cuatro alas ¡guales (2), los rodetes de las turbinas tangenciales o centrifugas (3r) en alas y lateral de fuselaje. Las alas se giran con la instalación (11) mediante medios mecánicos, neumáticos, hidráulicos o eléctricos.
En los casos de las alas posteriores más pequeñas pueden confundirse con los típicos estabilizadores horizontales.
Para tamaños muy pequeños, drenes, etc. los fanes estabilizadores pueden utilizarse como sustentadores, incluso durante el vuelo horizontal, en lugar de las alas, alerones y timones de profundidad y alabeo estándar.

Claims

REIVINDICACIONES
1 Disposición sustentadora, estabilizador y propulsora para aeronaves de despegue y aterrizaje vertical, que comprenden:
- Un fuselaje con cuatro alas principales giratorias o que giran porciones de las mismas,
- Unas hileras de turbinas o fanes y turbofanes fijos aplicados en los bordes de salida de las alas, o en porciones o tramos de las mismas.
- Unas hileras de turbinas centrifugas o tangenciales fijas aplicadas en los laterales del fuselaje, en el interior de alas o empenajes de cola,
-Unas hileras de turbinas centrifugas tangenciales y turbofanes fijos, aplicados a los laterales del fuselaje y zona inferior y superior de las alas,
- Unos sistemas de sustentación.
- Unos sistemas de estabilización y
- Unos sistemas de propulsión, que adoptan durante el despegue y aterrizaje, por la colocación de las alas, empuje vertical o de sustentación y estabilización, y en vuelo horizontal las alas actúan como sustentadoras y las turbinas o fanes quedan colocados de forma que producen la propulsión con una ligera inclinación morro arriba.
2. Disposición según reivindicación 1 , caracterizado porque los fanes, turbinas o ventiladores son accionados con motores eléctricos, alimentados con baterías, células de combustible o con generadores eléctricos alimentados con turbinas de gas, los motores y los fanes o turbinas.
3. Disposición según reivindicación 1, caracterizada porque la propulsión se produce exclusivamente con los fanes, turbinas o ventiladores, utilizando en ese caso unas alas de pequeña superficie, que se utilizan preferentemente para soportar los fanes y turbinas
4. Disposición según reivindicación 1, caracterizada porque en desplazamiento vertical la estabilización horizontal se obtiene mediante tres o más fanes eléctricos situados en la punta de las alas, ambos empenajes horizontales y opcionalmente en la zona del morro.
5. Disposición según reivindicación 1, caracterizada por utilizarse dos alas principales y dos posteriores de menor tamaño y más altas que las principales.
6. Disposición según reivindicación 1 , caracterizada porque para accionar los generadores eléctricos de las turbinas, fanes o hélices, se utilizan mlnl turbinas, microturblnas y nanoturbinas propulsoras.
7. Disposición según reivindicación 1 , caracterizada porque la mitad de las turbinas, fanes o hélices giran en un sentido y la otra mitad en el opuesto
8. Disposición según reivindicación 1 , caracterizada porque en vuelo horizontal la estabilidad se obtiene mediante los alerones y timones de profundidad y dirección situados sobre los empenajes horizontales y vertical.
9. Disposición según reivindicación 1 , caracterizada porque en vuelo horizontal la estabilidad se obtiene opcionalmente mediante los motores y los fanes.
10. Disposición según reivindicación 1 , caracterizada porque el control de la aeronave se efectúa manualmente, actuando sobre las aletas o fanes.
11. Disposición según reivindicación 1, caracterizada porque una pareja de fanes eléctricos en el empenaje vertical controlan el rumbo.
12. Disposición según reivindicación 1. caracterizada porque los fanes o hélices de control accionados eléctricamente son controlados mediante motores y circuitos independientes.
13. Disposición según reivindicación 1 , caracterizada porque en vuelo automático unos giróscopos detectan el cambio de actitud respecto a la horizontal y al rumbo, generándose unas señales que actúan sobre los motores eléctricos que accionan los fanes estabilizadores horizontales y verticales, de modo que corrige los desvíos o inclinaciones indeseadas, una pareja de fanes eléctricos en el empenaje vertical controlan el rumbo.
14. Disposición según reivindicación 1 , caracterizada porque la zona inferior del fuselaje es plana proporcionando, junto con las alas, la sustentación durante el vuelo horizontal.
15. Disposición según reivindicación 1, caracterizada porque los motores eléctricos se alimentan adicionalmente con, supercondensadores, durante pequeños periodos de tiempo y emergencias
16. Disposición según reivindicación 1 , caracterizada porque el sistema se adapta a todo tipo de aeronaves, alas delta, biplanos, alas volantes y en general a todas las aeronaves de gran superficie alar u horizontal.
17. Disposición según reivindicación 1, caracterizada porque la alimentación eléctrica para los fanes procede de baterías, células de combustible, generadores eléctricos accionados por turboejes o turbinas de gas.
18. Disposición según reivindicación 1 , caracterizada porque la propulsión se realiza con fanes eléctricos, para drenes y aviones de corto recorrido.
19. Disposición según reivindicación 1 , caracterizada porque la propulsión se efectúa con motores turbofanes, una vez ha ascendido verticalmente y hasta el descenso, cuando se utiliza gran carga o largo recorrido.
20 Disposición según reivindicación 1, caracterizada por utilizar una instalación hidráulica para la actuación de los motores hidráulicos que accionan los fanes y sopladores tangenciales y radiales.
21. Disposición según reivindicación 1 , caracterizada por utilizar una instalación neumática para la actuación de los motores neumáticos que accionan los fanes y sopladores tangenciales y radiales.
22. Disposición según reivindicación 1, caracterizada por utilizar una instalación eléctrica para la actuación de los motores neumáticos que accionan los fanes y sopladores tangenciales y radiales.
23. Disposición según reivindicación 1, caracterizada porque tanto en las alas como en la superficie lateral del fuselaje, se utilizan varias hileras de turbinas sustentadoras.
24. Disposición según reivindicación 1, caracterizada porque los fanes o turbinas están carenados en cavidades en los laterales de las alas, superficies horizontales y lateral del fuselaje.
25. Disposición según reivindicación 1, caracterizada por añadir unas aletas deflectoras detrás de las turbinas.
26. Disposición según reivindicación 1 , caracterizada porque utiliza unos flotadores infladles para el amerizaje
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