Conjunto de tres alas compuestas para vehícuios aéreos, acuáticos, terrestres o espaciales Campo de ia invención

La invención se refiere a un conjunto de tres alas compuestas para vehículos aéreos, acuáticos, terrestres o espaciales.

Antecedentes de la invención

Dentro del campo de la invención existe la patente argentina AR247163 "CONJUNTO DE ALAS COMPUESTAS PARA AERONAVES", dei mismo inventor que la presente, donde se muestran una las alas delanteras, que son las que se encuentran tomadas en la posición inferior y delantera del o los fuselajes, desplazándose hacia atrás y hacía arriba, uniéndose en la zona externa de las mismas con las otras dos alas; ias alas centrales, son ia que se encuentra en la zona superior y central del o los fuselajes, uniéndose en sy zona externa con las otras dos alas; ias alas traseras, son las que se encuentran con ia posición superior y trasera de el o los fuselajes-derivas, desplazándose hacia adelante y hacia abajo, uniéndose en la zona externa con las otras dos alas. En esta patente, por tanto, las 3 alas se ubican siempre en tres píanos distintos y en tres posiciones distintas. La unión de las alas en sus respectivas punteras de alas es a través de ias placas margínales.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un conjunto de tres alas unidas con o sin placas marginales para vehículos aéreos/acuáticos/terrestres o espaciales, con el objeto de disminuir la resistencia inducida y de interferencias, mayor maniobrabilidad, independencia en el diseño de el o los fuseiaie/s, instalaciones o no de sistemas de la/s planta/s prapuisora/s, disponer o no de un sistema de trenes de aterrizaje, aumento de ia velocidad máxima, disminución de velocidad mínima pudiendo llegar a nula o vuelo estacionario; realizar vuelos tanto hacia adelante, atrás, hacia ios lado o hacia arriba y bajo, o giros sobres su ejes.

La invención de conjunto de alas unidas con o sin placas marginales de puede aplicar a diferentes tipos de vehículos como por ejemplo vehículo aéreos, como una aeronave, aeronave no tripulada, maqueta, drones, aeromodeios, etc.-; helicópteros, etc.; vehículos acuáticos como por ejemplo aeronaves anfibios, helicópteros anfibios, etc.; vehículos terrestres como por ejemplo un auto avión, moto avión, etc. o vehícuios espaciales como por ejemplo naves, lanzaderas, etc., para tareas de transporte, como por ejemplo carga, personas, equipos, etc.; trabajos como fumigación, vigilancia; pudiendo ser tripulado, no tripulado o autónomo, etc.; consta de tres atas.

La invención, por tanto, describe un conjunto de tres alas compuestas para .vehículos aéreos, acuáticos, terrestres o espaciales que está formado por: unas alas compuestas delanteras, unas alas compuestas centrales y unas alas compuestas traseras, donde dichas alas compuestas delanteras están ubicadas en la posición inferior y delantera del o de ios fuselajes del vehículo, desplazándose hacia atrás y hacía arriba, donde dichas alas compuestas delanteras se unen en la zona externa de fas mismas con dichas alas compuestas centrales y dichas alas compuestas traseras, donde dichas alas compuestas delanteras tienen flecha y diedro positivo conformadas con plantas de poder (1) en las mismas, planos basculantes (2), elevadores-alerones e hipersustentadores (3), para unirse dichas alas compuestas centrales y traseras, donde dichas alas compuestas centrales están ubicadas en la zona superior del o de los fuselajes de dicho vehículo, donde dichas alas compuestas centrales se unen en su zona externa con dichas alas compuestas traseras y dichas alas compuestas delanteras, donde dichas alas compuestas centrales tienen flecha y diedro conformadas con plantas de poder en las mismas (11), pianos basculantes (12), elevadores-alerones e hipersustentadores (4), y punteras de alas (5), donde dichas alas traseras se ubican en la posición superior y trasera de el o los fuselajes- derivas de dicho vehículo, desplazándose hacia adelante y hacía abajo, donde dichas alas traseras se unen en su zona extema con dicha alas delanteras y dichas alas compuestas centrales, donde dichas alas compuestas traseras con flecha y diedro negativo están conformadas con un sistema de plantas de poder (6) en las mismas y en la unión con la deriva o derivas (7), planos basculantes (8), elevadores-alerones e hipersustentadores (9), para unirse con fas alas compuestas centrales y traseras.

Como se observa, a diferencia de fas soluciones existentes, con la presente invención, a través de distintas configuraciones determinadas se puede lograr en vehículos terrestres, aéreos, acuáticos o espaciales mejoras o ventajas como;

• Aumentando la rigidez estructural por la unión de las alas en sí sin placas, o con la forma elíptica/circular de las mismas, conllevando a la reducción del peso del vehículo y por ende más alcance o menos energía para un mismo alcance,

• Aumentando la limpieza aerodinámica por ia unión de las alas en sí sin placas, o con fa forma elíptica/circular de las mismas, es decir más alcance o menos energía para ei mismo alcance. Mejora del rendimiento aerodinámico con la variación de los ahusamiento y alargamiento. Poder lograr configuraciones de diseño para distintos tipos de. vuelos con la variación deí alargamiento y/o ahusamiento de las tres alas d

• Mejora de la estabilidad a bajas y altas velocidades con fa variación de la flecha deí ala central. Como así también el aumento y reducción de las velocidades altas y bajas con ia variación de flecha del ala central. Además, poder lograr mejorar en ia estabilidad con la variación del diedro del ala central,

• Aumentar las fuerzas sustentadoras de las alas centrales y traseras se puede obtener una variación significativa en el GG del vehículo.

• Al colocar un sistema de pianta de poder en la unión deríva/s~afas traseras se mejora fa limpieza aerodinámica, lo que lleva a tener más alcance o menos energía para el mismo alcance.

• Pudlendo instalar la planta de poder enl as alas además def fuselaje nos permite realizar maniobras corno; despegue y aterrizaje vertical; movimientos hacia delante y atrás con ángulo positivo/negativo del "fuselaje", con ladeo positivo/negativo, deriva izquierda/derecha; girar sobre su eje 360° Izquierda o derecha con ángulo positivo/negativo del "fuselaje", con ladeo positivo/negativo; movimiento lateral con ángulo positivo/negativo del "fuselaje ^* , con ladeo positivo/negativo, deriva izquierda/derecha, Estas maniobras y combinaciones de ellas. En otras palabras, maniobras que otros diseños no lo pueden reafizar,

• Al poder disponer del aumento de fa superficie alar, manteniendo la rigidez estructural, nos permite poder instalar sistema de carga solar para alimentar eí sistema eléctrico (baterías, motores, etc.-} ● Poder construir con distintos tipos de materiales optimizando ei peso dado la rigidez estructural del diseño. ● Considerando que las. alas en sí mismas es una estructura a uto - portante, se logra ia independencia de lo que se desea Instalar como sistema de transponerte aéreo, terrestre, acuático o espacial para llevar carga {persona, equipos, etc.). ● De acuerdo a la versatilidad en ios movimientos que me permite el diseño, puedo instalar distintos tipos de trenes de aterrizaje o similares. Estas y otras ventajas se ven evidentes a la luz de la descripción detallada de la invención.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 muestra una vista representativa de las configuraciones que se pueden lograr con la presente invención. peserlpción detallada de la Invención Los elementos definidos en esta descripción detallada se proporcionan para ayudar a una comprensión global de la invención. En consecuencia, los expertos en ia técnica reconocerán que variaciones y modificaciones de las realizaciones descritas en este documento pueden realizarse sin apartarse del alcance y espíritu de la invención. Además, la descripción detallada de las funciones y eíementos suficientemente conocidos se omiten por razones de claridad y concisión.

La invención se refiere a un sistema formado por tres alas unidas, con planta de poder en las mismas y en la/s deriva/s, planos basculantes, elementos de sustentación y sin placas marginales que se conforma de ia siguiente manera:

Las alas delanteras con flecha y diedro positivo conformadas con: plantas de poder (1 ) en las mismas, planos basculantes (2), elevadores-alerones e hípersustentadores (3), y sus punteras de alas curvándose para uñirse con las alas centrales. En las alas centrales con planos basculantes y flecha y diedro conformadas con; elevadores-alerones e hípersustentadores- (4), y punteras de alas (5), En las alas traseras con flecha y diedro negativo conformadas con: sistema de plantas de poder (6) en las mismas y en la unión con la/s deriva/s (7), pianos basculantes (8), elevadores-alerones e hípersustentadores (9), y sus punteras de alas curvándose para unirse con las alas centrales. Ei fuselaje-deriva se une a las mismas alas (10).

A continuación, se describen distintas realizaciones para ia invención.

En una de las realizaciones los tres grupos de alas compuestas (delanteras, centrales y traseras) se unen entre sí sin placas marginales, utilizando la curvatura o no de sus punteras de alas en ei caso de las alas compuestas delanteras y traseras para unirse con las alas compuestas centrales; y donde los tres grupos de alas compuestas (delanteras, centrales y traseras) pueden variar o no su ahusamiento y/o alargamiento,

La unión utilizando las mismas curvaturas de alas compuestas delanteras y traseras permite reducir la resistencia aerodinámica de interferencia sin placas, es decir reducción de consumo de energía de empuje. Además, ios flujos de esfuerzos estructurales son reducidos al disminuir punto de concentración de esfuerzos y distribuirlos sobre las mismas superficies de contactos, es decir reducción de peso y consecuente reducción de energía de empuje.

Por otro lado, al poder realizar un cambio de relación entre las cuerdas de raíz y de extremo de cada plano de alas se reduce la resistencia inducida, es decir reducción de consumo de energía de empuje. Asimismo, si se aumenta la envergadura de cada plano de alas se reduce ia resistencia inducida, es. decir reducción de consumo de energía de empuje.

En otra realización una de las posibles configuraciones sin placas marginales es la que las alas compuestas delanteras y traseras sean de formas elípticas y/o circulares en las uniones, vista de alzado.

Que las alas compuestas delanteras y traseras formen una elipse o círculo y en las alas compuestas centrales unidas a las mismas, permite por un lado la reducción de la resistencia inducida, es decir, reducción de consumo de energía de empuje; por otro lado, una reducción de los esfuerzos estructurales con lo que lleva a una reducción de peso y consecuentemente una reducción de ia energía de empuje.

En otra realización una de las posibles configuraciones con o sin placas margínales es la que en las alas compuestas centrales se le puede agregar en el borde de elementos hipersusteníadores, es decir que en el ala central Izquierda se encuentra el hipersustentador izquierdo, y en el ala central derecha se encuentra el hipersustentador derecho. AS instalar dichos elementos de hipersustentación en las alas compuestas centrales aumenta la sustentación, de dichas alas y con ello la reducción de la velocidad de despegue y aterrizaje, y consecuente reducción de la longitud de pista.

En otra realización una de asl posibles configuraciones con o sin placas marginales es la que en ias alas compuestas traseras se íe puede instalar en el borde de ataque elementos hipersustentadores, es decir que en el ala trasera izquierda se encuentra el hipersustentador izquierdo, y en el ala trasera derecha se encuentra el hipersustentador derecho,

Al Igual que ocurre con las alas compuestas centrales,, al instalar los elementos de hipersustentacíón en las alas traseras también aumenta la sustentación de dichas alas y con ello la reducción de la velocidad de despegue y aterrizaje, y consecuente reducción de la longitud de pista. En otra realización una de las posibles configuraciones con o sin placas marginales es aquella en l a que la envergadura del ala central es mayor que la envergadura de las otras dos alas., bien de forma fija, es decir en el diseño o bien de forma que se puedan desmontar y montar una ampliación previo a la operstividad del vehículo o de -forma dinámica.

En el caso de dicha ampliación de la envergadura fija o móvil, se puede llevar acabo de una de las siguientes formas; ● Que en ias punteras de las alas extendidas se pueda instalar o no punteras de alas (wínglets, placas, etc.).

• Que se le pueda instalar o no en las alas extendidas elementos hipersustentadores en sus bordes de ataque. · Que se le pueda instalar o no en ias alas extendidas elementos elevadores-alerones en sus bordes de fuga.

Disponer de mayor envergadura en las alas compuestas centrales, es decir que las alas centrales se "extienden" en su envergadura más allá de la unión con ias otras dos alas (delanteras y traseras) y considerando que las otras dos alas pasan a ser además de alas ser alas-montantes para las alas compuestas centrales, de esta forma se puede incrementar la envergadura de las alas centrales y permite disminuir la carga alar con la reducción de ia resistencia inducida. En el caso de que ias extensiones sean desmontables previos a la operaíividad del vehículo, permite disponer de dos tipos de vehículos en con uno solo; uno con gran carga alar (como ejemplo una aeronave acrobática) y el otro de baja carga alar (como ejemplo _: un velero). En el caso de que dicha extensión sea móvil, es decir, que la envergadura pueda extenderse y/o retraerse durante la operación del vehículo.

En este caso, supone una mejora el hecho de poder extender las alas compuestas centrales durante la operación ya que permitiría, si así se desea, despegar con las alas compuestas centrales retraídas y consecuentemente con baja resistencia parásita durante la operación;: de tal forma que tomar altura y extender las alas centrales va aumentando en pequeña proporción la resistencia parásita, pero reduciendo significativamente la inducida (predomínate en altura por baja densidad del aire). Como ejemplo, esta situación es útil para disponer de una aeronave acrobática al despegue y un velero en altura.

Se plantean las siguientes tres opciones de implementación para la extensión móvil;

• Que en las punteras de las alas extendidas pueda instalar o no punteras de alas (wingléts, placas* etc.).

• Que se le pueda instalar o no en las alas extendidas elementos hipersustentadores en sus bordes de ataque. • Que se Se pueda instalar o no en las alas extendidas elementos elevadores-alerones en sus bordes de fuga.

El hecho de poner punteras de alas a las extensiones de las alas compuestas centrales se logra una reducción de la resistencia inducida, y en el caso de Instalarse wingíets como punteras de alas además una colaboración en el empuje hacía adelante.

Mientras que al disponer de elevadores-alerones en sus bordes de fuga se puede obtener más sustentación y además aumentar la maniobrabííidad con una mínima deflexión de ios alerones y consecuente reducción de la resistencia. Asimismo, el hecho de extender las alas compuestas centrales más allá que ia unión con las otras dos alas y se poder instalar elementos de hipersustentación en tos bordes de ataque en tas alas extensiones centrales aumenta la sustentación del conjunto alar y con ello la reducción de la velocidad de despegue y aterrizaje, y consecuente reducción de a l longitud de pista, y además la disminución de la resistencia inducida.

En otra relación una de las posibles configuraciones con o sin placas marginales es la que en las alas compuestas centrales se le puede variar su flecha, es decir que sea de positiva y/o negativa, con las siguientes opciones de implementación: • Fija, es decir en el diseño o ajustabie previo a la operatividad del vehículo.

El poder realizar el cambio de flecha como puede ser la posición positiva permite poder adquirir más velocidad máxima alejando la onda de choque. En el caso de la flecha negativa permite reducir la pérdida permitiendo poder operar a bajas velocidades o, mejor dicha, mejorar la estabilidad a bajas velocidades. En este diseño esto es más factible dado que las puntas de alas están sujetas con la. unión de las alas delanteras y traseras, lo que anula el efecto divergente de las flechas negativas; asimismo, en el caso de que las alas centrales sean de mayor envergadura que fas alas delanteras y traseras permite que gran parte de las alas centrales con flecha negativa como está sujeta con la unión de ¡as alas delanteras y traseras no tenga efecto divergente y en la parte de extensión de las alas centrales se puede controlar dicho efecto divergente. También se puede dar el diseño que la parte interna de las alas centrales sea de flecha negativa y asl extensiones de flecha positiva lo que permite es máxima velocidad.

• Móvil, es decir, que su flecha pueda variar hacia adelante y/o hacia atrás, o viceversa, pasando por flecha "0" durante la operación del vehículo. Este movimiento lo realizará a partir de que las alas centrales (derecha e izquierda) se desplacen en su raíz (fuselaje) de ias alas y su eje de giro sea la unión de ias tres alas.

El poder tener flecha positiva y negativa se ha detallado en el punto anterior; por tanto aquí destaca el hecho.de que se puede mover hacia adelante y hada atrás la flecha de las alas centrales, considerando que se desplazan en.su raíz dentro del fuselaje y giran en su eje en la unión con ias alas centrales y trasera durante la operación del vehículo, lo que permitirá poder tener velocidades máximas, controlar baja velocidad y bajar las velocidades mínimas con reducción de la resistencia Inducida.

En otra realización una de las posibles configuraciones con o sin placas marginales es la que en las alas compuestas centrales se le puede variar que su diedro sea de positivo, cero y/o negativo, fijo concebido en el diseño.

Por tanto, el diedro positivo como negativo son mejoras que permiten un mejor control a bajas y alfas velocidades.

Otra realización es disponer de planta de poder o plantas de poder en la unión deriva/s ala trasera ó de las derivas-alas traseras (más de una deriva o más de un "fuselaje deriva", deriva normal, deriva tipo "V", etc.). 51 se desea disponer de un sistema de planta de poder/empuje, la ubicación en la unión de alas compuestas traseras con deriva o derivas permite tener empuje y un vehículo aerodinámicamente limpio. Además, al estar el sistema de planta de poder sujeto en tres zonas estructurales (deriva / derivas, ala trasera izquierda y- ala trasera derecha) y a su vez estas estructuras son parte del sistema estructural unido, permite reducir los esfuerzos y consecuentemente el peso y la energía de empuje.

En otra realización una de las posibles configuraciones: con o sin placas marginales es instalar sistema de planta de poder en una o varias de las alas compuestas con una de estas tres opciones o combinación _, de ellas:

• En las alas compuestas delanteras se puedan o no instalar plantas de poder, pero fas mismas plantas de poder puedan ser fijas, y/o basculantes. En el caso de que sean 'basculantes, estas, o bien basculan sobre el mismo plano del ala que lo contenga, o bien basculan con el mismo plano de ala o parte del piano de ala que lo contenga.

En las alas compuestas centrales se puedan o no instalar plantas de poder, pero las mismas plantas de poder puedan ser fijas, y/o basculantes. En ef caso de que sean basculantes, estas, o basculan sobre el mismo piano del ala que lo contenga, o basculan con ef mismo piano de ala o parte del plano que lo contenga. Así también en el caso de la variación de la flecha poder gira o no para orientarse de acuerdo a la dirección de vuelo. • El las alas compuestas traseras se puedan o no instalar planta de poder, pero las mismas plantas de poder puedan ser o bien fijas, y/o basculantes. En el caso de ser basculantes, o bien basculan sobre el mismo plano del ala que lo contenga, o bien basculan con el mismo plano de ala o parte del piano que lo contenga.

La instalación de dicho sistema de planta de poder puede ser en las alas compuestas delanteras, centrales, traseras o combinaciones de ellas, Colocando un sistema de planta de poder fijas en las alas compuestas delantera, centrales y traseras permite tener empuje hacia adelante, y controlar o compensar la rotación al CG del vehículo.

Colocando un sistema de planta de poder en las alas compuestas delanteras, centrales y traseras móvil basculado permite tener empuje hacia adelante, atrás, a ios lados, arriba y abajo:, rotar sobre sus ejes; es decir, en todas las direcciones y con ta actitud del fuselaje en forma Indistinta a ellas. Destacando además que al alinearse con la dirección de vuelo predominante se podrá lograr máxima velocidad. Es una unión de aeronave y helicóptero, pero con más maniobras que ei helicóptero y las mismas velocidades que una aeronave a la vez.

Con un sistema móvil basculando el plano que contiene mismo sistema de pianta de poder se logran las mismas mejoras que las enumeradas en ei párrafo anterior (móvil basculando el mismo sistema de planta de poder), pero aquí se permite un mejor rendimiento energético dado que los planos, al moverse con el sistema de -pianta de poder, permite reducir als interferencia y resistencias de Sos planos con el movimiento de avance del vehículo hacia donde se desee. Por otro lado, al expresar sistema de planta de poder, puede ser definido como un sistema de empuje, como, por ejemplo, de forma no limitante: turbo jet, turbohélices, hélices, toberas -de empuje orieníables o no, estatorreactOf/scramjet, hiperreacíor/ramjét, motor cohete, motor eléctrico, motor de combustible, etc.

En otra realización una de las posibles configuraciones con o sin placas marginales es instalar elementos que permita usar los rayos solares como energía como pueden ser placas/paneles solares u otros elementos, en forma indistintamente sobre las superficies alares.

El hecho de poder disponer de superficies alares grandes (delanteras, traseras y centrales con sus extensiones) manteniendo rigidez estructuraí unida y baja carga alar, permite disponer sistema de energía solar para ei vehículo, En otra realización una de las posibles configuraciones con o sin placas marginales es construirél diseño con materiales -aeronáuticos, acuáticos, terrestres o espaciales; como, por ejemplo, y de forma no limitativa: aluminios, aceros, maderas, compuestos, grafeno, etc.

El hecho de que la estructura de la unión de las tres alas compuestas y el fuselaje permite reducir sustaneialmenie los esfuerzos torsores, pero también los flectores, lo que lleva a poder utilizar casi: cualquier tipo de materias.

En otra realización una de las posibles, configuraciones en el fuselaje o estructura portante es poder instalar o no puerta de carga trasera, poder tener puertas y ventanas más grandes, como así también poder realizar remoción e instalación del fuselaje-contenedor o cabina de pasajeros en forma rápida, estructura como un vehículo terrestre (forma de auto, moto, etc.) unido a la estructura auto-portante de asl tres alas.

En otra realización una de las posibles configuraciones es poder instalar o no tanto en el grupo de aias y/o en el fuselaje o fuselajes de; trenes de aterrizaje (convencional triciclo, bicicío, cuatricicio, etc.), y/o patas, y/o patines-skis, y/o flotadores, y/o soportes etc.

El hecho de .que la estructura de la unión de las tres alas y el fuselaje permite reducir susíancíalmente los esfuerzos torsores, permite poder aumentar el tamaño de las puertas y ventanas dei fuselaje. Y al tener reducido los esfuerzos Sectores del cono de cola del fuselaje debido a que la absorben y derivan al resto de la estructura, a través de la deriva/s-alas trasera, permite poder disponer de puerta de carga con apertura si se desea en vuelo. Además, ai formar las alas un grupo unido e independíente permite poder realizar un sistema de fuselaje-contenedor o cabina de pasajeros para poder unirlo rápidamente al fuselaje o fuselajes en forma rápida sin alterar el vehículo de transporte de dicha carga.

Además, el hecho de que el vehículo pueda realizar maniobras de despegue vertical corno un helicóptero o como una aeronave, permite la flexibilidad para instalar indistintamente diferentes sistemas de trenes, patas, etc.

Como se puede deducir, estas realizaciones, se puede llevar a cabo de forma única o asilada cada una de ellas o bien combinando varias o todas de ellas.