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Patent Searching and Data


Title:
BLADE WITH A VARIABLE PROFILE AND SHAPE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/089277
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a blade with a variable profile and shape, having a section (11) made of a flexible material, the inside of which has two parallel recesses (13) that run the entire length of the blade (1) and contain rods (2), 5 which, upon twisting, change the shape of the blade (1) and therefore, the aerodynamic characteristics thereof. Said blade can function as a variable pitch blade for propellers and can be put in a feathered position; as a full wing, half wing or aileron of variable profile and shape, causing a flexion in the area closest to the trailing and/or leading edge thereof toward the intrados or extrados of the blade; or by means of diagonal flexion at the intermediate part or farthest end thereof, toward the intrados and/or extrados; or by multiple and combined configurations of a plurality of rods, achieving different warp movements of the blades.

Inventors:
VELA VICO ANTONIO (ES)
GANDIA AGUEERA FERNANDO (ES)
RODRIGUEZ SEVILLANO ANGEL (ES)
BARCALA MONTEJANO MIGUEL A (ES)
Application Number:
PCT/ES2010/070027
Publication Date:
July 28, 2011
Filing Date:
January 20, 2010
Export Citation:
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Assignee:
SOLUCIONES ENERGETICAS S A (ES)
VELA VICO ANTONIO (ES)
GANDIA AGUEERA FERNANDO (ES)
RODRIGUEZ SEVILLANO ANGEL (ES)
BARCALA MONTEJANO MIGUEL A (ES)
International Classes:
B64C3/44; F03D1/06
Foreign References:
FR770113A1934-09-08
FR536494A1922-05-04
ES2153712T32001-03-01
ES2234749T32005-07-01
US3179357A1965-04-20
US3716209A1973-02-13
US3987984A1976-10-26
US4349169A1982-09-14
EP0860355A11998-08-26
Attorney, Agent or Firm:
URIZAR ANASAGASTI, Jesús Mª (ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1 . - Pala de perfil y forma variables, caracterizada porque presenta un perfil (1 1 ) realizado en un material flexible, provisto interiormente de una serie de tabiques estructurales que definen al menos dos huecos paralelos (13) que recorren toda la longitud de la pala (1 ), de sección acorde a unas barras o tubos (2), que se fijan en al menos una zona concreta, o a lo largo de toda la pala, mediante un medio de unión mecánico, para que al aplicar un movimiento de torsión sobre al menos una de dichas barras longitudinales (2) conseguir modificar la forma de la pala (1 ) y en consecuencia sus características aerodinámicas.

2. - Pala, según la reivindicación 1 , caracterizada porque el perfil (1 1 ) de la misma se fabrican en un material plástico, empleando un procedimiento de pulltrusión, para conseguir un compuesto flexible que satisfaga los requerimientos de flexibilidad y robustez requeridos.

3. - Pala, según la reivindicación 1 , caracterizada porque las barras (2) están unidas solidariamente a todo lo largo del alojamiento respectivo (13), para que al torsionar, a izquierdas o a derechas, la barra (2b) situada más cercana al borde de fuga (1 b), o la barra (2a) más próxima al borde de ataque (1 a) de la pala (1 ), cuando ésta trabaja como un ala, semiala o alerón, se comporte como un ala que incorpora los flaps y slats en la propia pala.

4. - Pala, según la reivindicación 1 , caracterizada porque las barras (2) están entubadas o pueden girar a lo largo del alojamiento respectivo (13), estando únicamente unidas a la pala en la zona del extremo de la misma, para que al torsionar, a izquierdas o a derechas, la barra (2b) situada más cercana al borde de fuga (1 b), o la barra (2a) más próxima al borde de ataque (1 a) de la pala (1 ), cuando ésta se comporta como un ala, semiala o alerón, provoque la flexión del extremo de la pala y el alabeo del conjunto de la misma.

5. - Pala, según la reivindicación 1 , caracterizada porque en cada alojamiento (13) se colocan varias barras (2), tanto en el alojamiento que discurre más cercano al borde de fuga (1 b), como en el que está más próximo al borde de ataque (1 a) de la pala (1 ), que están unidas solidariamente a dicho alojamiento en diferentes zonas de la pala, fijándose preferentemente una de ellas a lo largo de la pala y la otra del mismo conducto (13) en el extremo de la pala, para que al torsionar, a izquierdas o a derechas la barra correspondiente, cuando se comporta como un ala, semiala o alerón, provoque un alabeo con una variación de la geometría de la pala irregular a lo largo de la misma, pudiendo adoptar múltiples posiciones aerodinámicas.

6. - Pala, según la reivindicación 1 , caracterizada porque las dos barras (2) se fijan a sus respectivos alojamientos (13) de manera permanente y cada pala se coloca en la hélice de manera que el extremo de una de las dos barras permanezca acoplada en el interior de un rodamiento (3), casquillo o elemento similar anclado al plato de giro de la hélice, mediante la aplicación de una fuerza a la otra barra, se consigue variar el ángulo de paso de la pala cuando funciona como hélice.

7. - Pala, según la reivindicación 1 , caracterizada porque las dos barras (2) se fijan a sus respectivos alojamientos (13) de manera permanente y cada pala se coloca formando una hélice, de tal suerte que ambas barras (2) queden situadas en el plato de la hélice, de forma que aplicando una fuerza de torsión a una de las dos barras, se modifica su perfil para que la pala presente una incidencia variable frente al viento.

Description:
DESCRIPCION

Pala de perfil y forma variables. Objeto de la invención

La palas tradicionalmente empleadas en las hélices, alas, semialas o alerones son de sección fija y derivadas, en gran medida, de los perfiles diseñados por el NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) en su carrera hacia la confección de perfiles alares que permitieron, a las aeronaves, alcanzar la velocidad del sonido e incluso números de Mach superiores.

La pala que se presenta en esta invención tiene por objeto la solución eficaz y simple de problemas clásicos de la aerodinámica y propulsión aportando las siguientes novedades:

- Como ala, semiala o alerón de perfil y forma variable por modificación de la zona más cercana a su borde de fuga o de ataque, su comportamiento equivale a un ala convencional con la ventaja de tener integrados flaps y slats, lo que permite controlar la sustentación y minimizar la resistencia aerodinámica en cualquier condición de vuelo.

- En modo de variación de la forma de la extremidad de la pala, y/o de una zona intermedia, mediante flexión de esta zona, se obtiene un ala que gracias a esta flexión, permite movimientos de alabeo.

- Si se combinan estas dos últimas posibilidades se obtiene un ala cuyo perfil y forma pueden variar de forma compleja, permitiendo maniobras y acrobacias hasta ahora insospechadas y economizar combustible mediante configuración óptima en cada fase del vuelo.

- Instalada en modo pala de hélice con paso variable esta pala puede ser acoplada como componente de las hélices de los aerogeneradores, motores, rotores, u otros dispositivos, mediante un sencillo mecanismo que la convierte en una pala de paso variable que permite mantener la velocidad de giro constante en aerogeneradores independientemente de la mayor o menor presión ejercida por el viento reinante, hasta llegar a una posición en bandera, circunstancia, esta ultima que permite detener el aerogenerador, sin necesidad del empleo de mecanismos de frenado adicionales, en caso de vientos muy fuertes o huracanados o, si se emplea en motores, rotores u otros dispositivos propulsores, permite, manteniendo constantes las revoluciones de éstos, variar la fuerza de empuje, por variación del paso de la hélice.

Antecedentes de la invención

Se conocen elementos aerodinámicos con un revestimiento exterior deformable en sección transversal a lo largo de la dirección de la corriente, que han sido descritos en los documentos: US-3179357, US-3716209, US- 3987984 y US-4349169. En el documento EP-0860355 describe a su vez un elemento aerodinámico, como por ejemplo, un flap de aterrizaje, un ala, un timón de profundidad o un timón de dirección, con un revestimiento exterior deformable en sección transversal a lo largo de la dirección de la corriente que, en su construcción básica, se parece a un ala conocida con una forma exterior fija, pero que en este caso, los puntales de refuerzo no tienen como resultado un refuerzo completo de cada nervadura sino que permiten una deformación del cinturón exterior de las nervaduras, que conscientemente es flexible, conectándose en este caso las nervaduras de manera firme con el revestimiento exterior, para que el revestimiento exterior siga todos los cambios de la curva de las nervaduras en toda su extensión.

Descripción de la invención

En los documentos citados anteriormente, el cambio de sección en la pala se produce de forma uniforme en sentido longitudinal, ya que se trata de ampliar o estrechar su sección siguiendo un plano longitudinal definido por un refuerzo concreto, el cual se inclina o se alarga para cambiar así la anchura y la curvatura de la pala en toda la longitud del mismo, por lo que su única finalidad es incorporar los flaps y slats en la propia pala. No se pueden conseguir deformaciones puntuales, por ejemplo que afecten únicamente al extremo de la pala, ni tampoco deformaciones alabeadas o mixtas, es decir que teniendo integrados flaps y slats también se incline el extremo de la pala.

Esta invención consiste en una pala de nuevo perfil, fabricada con material plástico compuesto flexible por un procedimiento denominado pulltrusión, Puede ser empleado cualquier otro material y proceso de fabricación que satisfagan los requerimientos de flexibilidad y robustez requeridos.

El perfil de esta pala presenta al menos dos huecos paralelos, de sección igual a unas barras o tubos con los que se consigue modificar la forma de la pala. Estos huecos recorren toda la longitud de la pala y sirven de alojamiento dichas barras; pueden ir, o no, enfundados, a su vez, con un tubo hueco que sirva de refuerzo y guía para las barras o tubos generan, mediante torsión aplicada a ellos, las variaciones en la forma de la pala o superficie aerodinámica.

Las barras empleadas pueden ser macizas, o tubos de cualquier sección. Los respectivos huecos que recorren la longitud de la pala y sirven para el alojamiento de estas barras o tubos, deben estar en consonancia con las secciones a utilizar.

La sujeción de estas barras a sus respectivos alojamientos y/o tubos de recubrimiento del interior de la pala, se puede realizar mediante el empleo de adhesivos industriales, mediante estriados efectuados en las barras y sus respectivos alojamientos o por cualquier otro sistema de machihembrado o unión mecánica que pueda ser conveniente usar en esta invención. Aplicando pares de torsión, mediante cualquier mecanismo, a una, a las dos y/o a los tubos de recubrimiento, se consigue producir las variaciones en la geometría de la pala y su perfil necesarias para modificar sus características aerodinámicas. Las distintas variaciones en la forma de la pala y su perfil son las siguientes:

Modificación por flexión hacia el intradós o el extradós, de la zona más cercana al borde de fuga de la pala y a lo largo de toda su longitud, o una zona intermedia, provocado por la aplicación de una fuerza de torsión a la barra situada más cerca de dicho borde de fuga. Las dos, o más, barras se unirán solidariamente a sus alojamientos respectivos aunque solo a una de ellas, la correspondiente al borde de fuga, se aplicará la torsión. - Modificación por flexión hacia el intradós o el extradós, de la zona más cercana al borde de ataque de la pala y a lo largo de toda su longitud, o una zona intermedia, provocado por la aplicación de una fuerza de torsión a la barra situada más cerca de dicho borde de ataque. Las dos, o más, barras se unirán solidariamente a sus alojamientos respectivos aunque solo a una de ellas, la correspondiente al borde de ataque, se aplicará la torsión.

Modificación por flexión diagonal hacia el intradós o el extradós, de la parte más extrema de la pala correspondiente al borde de fuga de la pala provocado por la aplicación de una fuerza de torsión a la barra situada más cerca de dicho borde de fuga. Se puede usar tubo de recubrimiento, solidariamente fijado al alojamiento más cercano al borde de fuga en la pala o no. La barra introducida en este tubo, se unirá rígidamente a la pala solo en su extremo final para que la fuerza de torsión aplicada se transmita únicamente a dicho extremo. Si no se emplea tubo de cubrimiento, la barra se fijará igualmente solo en el su extremo final - Modificación por flexión diagonal hacia el intradós o el extradós, de la parte más extrema de la pala correspondiente al borde de ataque de la pala provocado por la aplicación de una fuerza de torsión a la barra situada más cerca de dicho borde de ataque. Se puede usar tubo de recubrimiento, solidariamente fijado al alojamiento más cercano al borde de ataque en la pala o no. La barra introducida en este tubo, se unirá rígidamente a la pala solo en su extremo final para que la fuerza de torsión aplicada se transmita únicamente a dicho extremo. Si no se emplea tubo de cubrimiento, la barra se fijará igualmente solo en el su extremo final

- Modificación combinada mediante flexiones hacia el intradós o el extradós, de las zonas más cercanas a los bordes de fuga y de ataque de la pala y a lo largo de toda su longitud, provocadas por la aplicación de sendas fuerzas de torsión a las dos barras, la situada más cerca al borde de ataque y la de mayor proximidad al de fuga.

- Modificación combinada mediante flexiones hacia el intradós o el extradós, de las zonas más cercanas a los bordes de fuga y de ataque de la pala y la a lo largo de toda su longitud, o una zona intermedia, provocadas por la aplicación de sendas fuerzas de torsión a las dos, o más, barras, la situada más cerca al borde de ataque y la de mayor proximidad al de fuga. - Variación de la geometría de la pala y su perfil mediante cualquier combinación de las anteriores flexiones, aplicando torsiones tanto a las barras como a los tubos de recubrimiento de sus respectivos alojamientos Aplicaciones de la invención

Las aplicaciones de esta pala pueden ser múltiples; a saber: Aerogeneradores: pueden sustituir a las palas clásicas existentes, mejorando el comportamiento de los mismos o intervenir como componentes en el diseño de nuevos modelos más avanzados.

Aeronáutica: Permite la confección de nuevos diseños de aeronaves capaces de maniobras y acrobacias hasta ahora imposibles de realizar, mediante el control de la sustentación y optimización de la resistencia aerodinámica producida, en cualquier condición de vuelo. Esta invención puede tener entre otros los siguientes usos:

a) Pala para la confección de hélices de paso fijo o variable en elementos propulsores.

b) Alas o semialas que, en una sola pieza, incorpora las funcionalidades de flaps y slats para uso en planeadores, monomotores, polimotores, tripulados y no tripulados (UAV ' s) o cualquier otra superficie aerodinámica de un vehículo aéreo, como Winglets, Wingtips, etc.

c) Superficies hipersustentadoras de borde ataque o de salida (flaps, slats...), o de frenado (spoilers / frenos aerodinámicos). d) Superficies de control (timones de dirección y de profundidad y alerones, etc.).

e) En sistemas de regulación de la refrigeración por aire de los motores (Cowl flaps).

f) En helicópteros, como integrantes del rotor principal y de cola (mando cíclico y colectivo).

Industria naval: Como elementos de control hidrodinámico en submarinos, conjuntos sustentadores en hidrofoils, sistemas de dirección en Hovercrafts, etc.

Automovilismo: Pueden montarse como alerones, compensadores de aerodinámica etc. • Bombeo mecánico eólico para extracción de agua en pozos. Como constituyentes del elemento motriz eólico.

• Ventiladores industriales con control de flujo incorporado en las misma palas

• Túneles de viento.

Descripción de las figuras

Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria un juego de dibujos en los que con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: - Figura 1 : Perspectiva de la pala con las barras de control situadas en sus respectivos alojamientos.

- Figura 2: Perfil de la pala en su estado normal sin estar sometida a esfuerzos.

- Figuras 3 y 4: Vistas de las modificaciones que sufre el área más cercana al borde de fuga de la pala, a lo largo de toda su longitud, cuando se comporta coma ala, semiala o alerón y la barra correspondiente es sometida a fuerzas de torsión a izquierdas o a derechas.

- Figuras 5 y 6: Vistas de las modificaciones que sufre el área más cercana al borde de ataque de la pala, a lo largo de toda su longitud, cuando se comporta coma ala, semiala o alerón y la barra correspondiente es sometida a fuerzas de torsión a izquierdas o a derechas.

- Figuras 7 y 8: Vistas de la flexión experimentada por el extremo de la pala correspondiente al borde de fuga, al ser sometida la barra correspondiente a fuerzas de torsión a derechas e izquierdas. - Figuras 9 y 10: Vistas de la flexión experimentada por el extremo de la pala correspondiente al borde de ataque, al ser sometida la barra correspondiente a fuerzas de torsión a derechas e izquierdas.

- Figura 1 1 : Perspectiva de la pala en la que puede apreciarse las barras de torsión y los entubamientos (que pueden existir o no) de los alojamientos.

- Figura 12: Perspectiva de la pala en la que se aprecian las barras de torsión concéntricas sobre un mismo alojamiento, que inciden en distintas zonas a lo largo de la pala.

- Figura 13: Animación estática que representa el movimiento de la pala cuando se instala como pala de hélice con paso variable.

- Figura 14: La pala en su configuración de hélice de paso variable, pudiendo moverse alrededor de un elemento de rotación situado la barra cercana al borde de ataque, al ser sometida a fuerzas.

- Figura 15: La pala en su configuración de hélice de paso variable puede moverse alrededor de un elemento de rotación situado en la barra contigua al borde de fuga, al ser sometida a fuerzas.

Realización preferente de la invención

La pala (1 ) de la invención se fabrica a partir de un material plástico flexible por el procedimiento denominado pulltrusión. Este material ha sido escogido para la fabricación de los prototipos, pero puede ser cualquier otro, que reúna las condiciones de dureza, flexibilidad y resistencia que requiere esta invención. Así mismo, el proceso de fabricación, pulltrusión, puede ser diferente según el material que se escoja para la construcción de la pala.

El cuerpo que conforma la pala (1 ) lo conforma un perfil (1 1 ) continuo, que le proporciona una forma aerodinámica próxima a la convencional, mientras ésta no se modifique en virtud de los mecanismos implementados en la presente invención. Interiormente este perfil (1 1 ) define un hueco (12) y una serie de tabiques estructurales que definen al menos dos conductos o alojamientos (13) paralelos que discurren todo a lo largo de la pala. Dos barras (2) de sección circular o cualquier otro tipo de sección adecuada (puede ser cuadrada, hexagonal, etc.) se sitúan en su interior a lo largo de toda la longitud de la pala y situadas en los dos alojamientos (13) dispuestos, a tal efecto, para ellas, durante el proceso de fabricación. Estos alojamientos pueden, a su vez estar enfundados con un tubo hueco (4) o no, para servir de guías a las barras y que pueden, a su vez ser sometidos a fuerzas de torsión.

La sujeción de estas barras (2) a sus respectivos alojamientos y/o tubos de recubrimiento del interior de la pala, se puede realizar mediante el empleo de adhesivos industriales, mediante estriados efectuados en las barras y sus respectivos alojamientos o por cualquier otro sistema de machihembrado o unión mecánica que pueda ser conveniente usar en esta invención.

Según la funcionalidad que, de la pala, se desee conseguir, la sujeción de las barras en el interior de sus respectivos alojamientos o tubos de recubrimiento, se realiza de la siguiente manera: 1 .- Pala para uso como ala, semiala o alerón.

1 .1 Ala o semiala con funciones de flaps y slats integradas en un solo cuerpo.

Para que la pala se comporte de esta manera, las dos barras (2) se colocan en el interior de sus alojamientos (13) situados a lo largo de toda la longitud de la pala (1 ) y unidas solidariamente con ellos mediante cualquiera de los sistemas indicados anteriormente. Si se aplica una fuerza de torsión a la barra (2b) situada en el lado más próximo al borde de fuga (1 b), se produce un giro de la zona de la pala más próxima a éste por lo que esta zona actúa a modo de flaps, que pueden ser calados en diferentes ángulos de una manera continua (ver Fig. 3 y 4). Si la fuerza de torsión es aplicada a la otra barra (2a), es decir a la situada más próxima al borde de ataque (1 a) se produce un giro de la zona de la pala más próxima a éste por lo que esta zona actúa a modo de slats, que pueden ser calados en diferentes ángulos de una manera continua (ver Fig. 5 y 6).

1 .2Ala o semiala con facultad de alabeo mediante la modificación de la geometría de su parte extrema.

Para producir este comportamiento la barra (2a) más cercana al borde de ataque (1 a) se coloca en su alojamiento (13) y se fija él rígidamente. La otra barra (2b), la correspondiente al borde de fuga (1 b) se introduce en su alojamiento, previamente enfundado con un tubo hueco y se une rígidamente al extremo de la pala. Mediante la aplicación de una fuerza de torsión a esta última barra se consigue que extremo de la pala flexe en un sentido u otro, produciendo un movimiento de alabeo (ver Fig. 7 y 8).

Si la barra (2b) correspondiente al borde de fuga se coloca en su alojamiento fijada en él rígidamente, y la barra (2a) situada en el alojamiento más próximo al borde de ataque (1 a) se enfunda con un tubo hueco o de tal forma que pueda girar en su alojamiento (13), salvo en el extremo del pala, donde se une rígidamente al mismo, se consigue que el extremo de la pala flexe en un sentido u otro, produciendo un alabeo del extremo del borde de ataque de la pala, tal y como se observa en las figuras 9 y 10.

Pala con modificaciones combinadas de su geometría.

Se pueden conseguir modificaciones múltiples de la geometría del perfil y de la forma de la pala, para cualquier otro uso de, combinando todas las flexiones anteriormente mencionadas. En la figura 1 1 se observa una pala en la que las barras (2a-2b) están entubadas en los elementos (4a- 4b) respectivamente, situados en los alojamientos (13), de forma que a las barras se pueden aplicar conjuntamente fuerzas de torsión a los tubos (4) con los que se recubren los alojamientos y a las barras (2) que recorren su interior y que se unen a la pala solo por uno de sus extremos.

En la figura 12 se observa una realización en la cual, además de estar entubadas, las barras (2) son varias concéntricas, que giran entre sí y por tanto cada una de forma independiente a las demás; además, están unidas en distintos puntos a lo largo de la pala (1 ), por ejemplo la barra (2c) está unida al extremo de la pala, la barra (2a) en una zona intermedia, próxima a su extremo, y el entubamiento (4a) a la zona anterior, de forma que según qué barra o barras se gire y según el sentido de giro de cada una, se puede conseguir formas aerodinámicas diversas, que permitan acrobacias hasta ahora insospechadas.

- Pala para la confección de hélices:

3.1 Hélices de paso fijo: las dos barras se fijan a sus respectivos alojamientos de manera permanente. Cada pala se sitúa en la hélice en número conveniente (tres, cuatro etc.) con un ángulo de paso fijo.

3.2 Hélices de paso variable: hay dos formas de conseguir esta funcionalidad: a) Fijando las dos barras a sus respectivos alojamientos de manera permanente y colocando cada pala en la hélice de manera que el extremo de una de las dos barras permanezca acoplada en el interior de un rodamiento (3), casquillo o similar anclado al plato de giro de la hélice, mediante la aplicación de una fuerza a la otra barra, se consigue el ángulo de paso deseado. b) Fijando las dos barras a sus respectivos alojamientos de manera permanente y colocando cada pala en la hélice de tal suerte que, ambas barras queden colocadas en el plato de la hélice. Aplicando una fuerza de torsión a una de las dos barras se modifica su perfil de manera que la pala presente una incidencia variable frente al viento, según las necesidades. En todos los casos se obtiene un control sobre las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre la pala, que permite reducir el nivel de esfuerzos estructurales, minimizando vibraciones y por tanto los clásicos problemas de fatiga estructural. También permite reducir el nivel de emisiones acústicas, de origen aerodinámico, resultando así un nuevo elemento de menor impacto medioambiental energético y acústico