MEMORIA DESCRIPTIVA

CAMPO DE LA INVENCIÓN

El presente invento se desarrolla en el ámbito de los vehículos y estructuras aéreas más livianas que el aire, específicamente se refiere a una estructura levitante que puede ser utilizada para el transporte de carga y/o personas, y como estructura levitante estable para infraestructuras aéreas, edificios o instalaciones que requieran permanecer en el espacio aéreo de modo permanente, donde dicha estructura levitante genera su flotabilidad por vacío, siendo capaz de resistir la presión externa y soportar el colapso por un vacío en su interior, teniendo la capacidad de levantar cargas al comprender una red interna ultraligera de módulos estructurales unidos entre sí que definen una membrana parte de una estructura de tipo tensegrity, definiendo un volumen en el cual se genera el vacío que permite la levitación en planetas que posean atmosfera.

DESCRIPCIÓN DELARTE PREVIO

Diversas estructuras y dispositivos más livianos que el aire han sido formulados y desarrollados durante todo el siglo XX hasta el presente.

Un primer tipo de estructura corresponde a aquellas diseñadas para contener dentro de un volumen un gas de densidad relativamente baja, siendo más ligeros que el aire, como por ejemplo helio, hidrógeno o aire calentado, que permita desplazar el i aire circundante a la estructura cuando el volumen es llenado con dicho gas permitiéndole flotar en el aire, son un ejemplo de este tipo de estructura los globos, dirigibles y aeróstatos.

Un segundo tipo de estructura corresponde a aquellas que a diferencia del primer tipo no utiliza un gas de baja densidad para generar flotabilidad, sino que usan un contenedor o volumen evacuado o parcialmente evacuado, generando una estructura de vacío, de forma que sean más livianas que el aire y puedan flotar. Al respecto, una dificultad de diseño de estas estructuras es que deben tener una resistencia suficiente para soportar las presiones atmosféricas que comprimen la estructura, a la vez que la misma es más liviana que el aire que desplaza.

Para diseñar una estructura adecuada se debe resolver la ecuación entre el peso de la estructura y la capacidad estructural de ésta de ser comprimida por el aire exterior de la atmosfera, situación que considera una carga de 10 toneladas por m ² de superficie expuesta al aire exterior, a nivel del mar, de manera que en muchos desarrollos previos se ha requerido utilizar una gran cantidad de materiales obteniendo una estructura con una densidad promedio mucho más grande que la del aire, siendo demasiado pesada para ser levantada por el aire exterior en relación al volumen de vacío que genera.

Otro problema de este segundo tipo de estructura o estructura por vacío es que para ser eficientes desde el punto de vista de la homogeneidad de la presión superficial del aire sobre la cámara de vacío, se generan geometrías del tipo esférica o de sección circular, similar a una geometría que se generaría por una “burbuja de vacío” en el aire, lo que genera una presión equivalente en toda su superficie exterior. Esto, tiene como consecuencia que geometrías distintas a la esfera o de sección circular tengan problemas importantes de estructuración puesto que la presión no sería equivalente en la superficie exterior de una estructura de este tipo, limitando los usos funcionales de las estructuras, reduciendo su adaptabilidad en usos diversos como el transporte de carga o poder obtener una morfología aerodinámica.

Las estructuras y objetos voladores tienen como dificultad principal el costo energético que significa superponerse a la fuerza de gravedad de los planetas, y el peso de transporte de esta fuente de energía en la misma estructura. Las soluciones existentes utilizan sistemas para generar fuerzas contrarias a la gravedad o utilizan el fenómeno de desplazamiento de la masa de aire como fluido para impulsarse, como es el caso de hélices o morfología de alas o alerones, las que implican un gran costo energético.

En el estado de la técnica se ha buscado proporcionar estructuras más livianas que el aire que generan flotabilidad por vacío con distintas aplicaciones. Por ejemplo, se puede citar el documento CN 206297721 , que divulga una estructura levitante por vacío que comprende una estructura rígida y liviana utilizando un material poliméhco como revestimiento y comprende elementos infladles como soporte para resistir la presión de la atmosfera. La estructura posee una piel ultraligera que controla la compresión del aire exterior a través de una subestructura que utiliza un gas más liviano que el aire para absorber la compresión a través de la tracción de una estructura textil, de forma tradicional en las estructuras neumáticas, donde en conjunto con un armazón encierra el volumen de la cámara de vacío. La piel posee una geometría de doble cámara longitudinal tendiente a generar cilindros longitudinales que comprimidos unos a otros en una geometría desplazada excéntricamente generan una estructura rígida que se traba a sí misma por tracción. El aporte de esta invención consiste en la generación de una piel u Itral igera neumática que es capaz de absorber la compresión del aire exterior, sin embargo, está restringida a una geometría esférica lo que limita la funcionalidad del invento.

Otro documento que se debe considerar es el DE100 64 873 B4, que divulga un cuerpo levitante por vacío, para su uso en aeronaves, que comprende una carcasa de múltiples capas compuesta por elementos poligonales que rodean una cavidad, en la que se genera vacío, dichos elementos poligonales están formados por una serie de polígonos pequeños en su interior donde tanto los elementos poligonales como los polígonos pequeños están dispuestos en forma de panal estando pegados entre sí con adhesivo, donde dichos polígonos están rodeados por una capa exterior que consiste en una cubierta hermética que permite aplicar el vacío al cuerpo. El cuerpo levitante está preferentemente diseñado con una estructura redondeada con forma esférica, cilindrica o forma de huevo, lo que, tal como se describió, genera el problema de limitar los usos funcionales del cuerpo.

Otro documento que se puede citar es el Rll 2661177C1 , que divulga una aeronave de vacío cuyo cuerpo es una estructura en forma de disco de material compuesto de fibra de carbono, que comprende una carcasa que contiene en su interior dos estructuras levitantes huecas combinadas hechas de fibra de carbono, siendo una primera estructura que define una cámara de vacío esférica y una segunda estructura que define una cámara de vacío con forma de toroide dispuesta alrededor de la primera estructura. Dichas estructuras se combinan con una estructura exterior del mismo material que las unifica en una morfología de sección elipsoidal. Además, las estructuras están conectadas a bombas de vacío para extraer el aire de su interior y generar vacío para producir flotabilidad. El aporte de este invento consiste en encontrar otra morfología de la estructura al vacío, combinando 2 estructuras de sección circular, que, por tanto, tiene la capacidad de absorber cada una por separado presiones homogéneas del fluido aire en sus superficies, sin embargo, la carcasa exterior del cuerpo sigue siendo de una forma redondeada, limitando su funcionalidad.

Otro documento del estado de la técnica que se debe considerar es US 2017/0021907 divulga un contenedor que permite generar flotabilidad en la atmósfera al ser total o parcialmente evacuado, que comprende una membrana hermética flexible soportada por una estructura interna de tipo tensegrity que incluye elementos de compresión no pandeables mediante elementos de tracción exterior a dichos elementos, donde dichos elementos están formados por un pilar que contiene tres pilares verticales sólidos y/o huecos, separados por 120° y unidos radialmente a éste. Dichos elementos de compresión están dispuestos en una configuración fija de manera que los elementos de compresión confluyen a un punto central que también es el centro del contenedor. A pesar de que se divulga una estructura de tipo tensegrity, se muestra que la estructura interna puede tener distintas disposiciones, sin embargo, dichas disposiciones solo permiten formar contenedores que tengan forma de sólidos de Arquímedes, limitando su funcionalidad. El objetivo de la invención divulgada es proporcionar una versión de aeróstato que flote mediante vacío que pueda ascender o descender sin perder capacidad de elevación. El documento no divulga un contenedor de vacío para el transporte de carga y/o personas. Además, se puede citar el documento EP3480106A1 , que describe una cúpula geodésica esférica construida con piezas modulares de sección trapezoidal que generan una estructura estanca que trabaja absorbiendo la compresión que genera el aire exterior sobre el vacío interior, y el documento US 2006/0038062A1 , del 2005, crea un sistema de estructura combinada de morfología semejante a un Zepelin, a partir de esferas estancas comprimidas al vacío de diferente tamaño, que según la posición en la que están en el espacio, a partir de su cobertura con una estructura auxiliar generan una forma conjunta aerodinámica.

Ninguna de las soluciones del arte previo proporciona una estructura levitante compuesta de una membrana - cáscara de tipo tensegñty formada por módulos unidos e interconectados entre sí que genera una red interna que permite obtener múltiples geometrías que favorece el desarrollo de nuevas funcionalidades y la inclusión de mecanismos secundarios para su funcionamiento.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una estructura de membrana tipo tensegñty, cuyo objetivo consiste en proporcionar una estructura levitante por cámara de vacío que pueda ser usada para el transporte de carga y/o personas. La invención funciona bajo el principio de una estructura predominantemente comprimida que soporta su posible colapso hacia un vacío interior, por lo que su capacidad de levantar tipos de carga mediante la flotación por vacío funciona dentro de las atmósferas de los planetas que posean atmósfera. Otro objetivo de la invención es proveer una estructura levitante por vacío que permita hacer flotar infraestructuras aéreas, edificaciones o instalaciones que requieran permanecer en el espacio aéreo de modo permanente.

Otro objetivo de la invención es proveer una estructura levitante por vacío que reduzca el gasto de energía para producir levitación.

Otro objetivo de la invención es proveer una estructura levitante que sea capaz de resistir la presión atmosférica externa y a la vez sea ultraligera.

La presente invención consiste en una estructura de membrana tipo tensegrity levitante por vacío, construida en material compuesto que funciona predominantemente comprimida. La estructura está compuesta por una red interna modular comprimida multi-articulada de tipo tenséghty, sobre la cual está dispuesta una membrana textil impermeable, que define un volumen interior. La red interna soporta la compresión generada por el aire exterior sobre dicha membrana cuando el aire del volumen interior es evacuado para generar una cámara de vacío que permite que la estructura levite en el aire de la atmósfera.

La red interna está compuesta por pilares unidos entre sí de manera articulada permitiendo definir el volumen interior en el cual se genera vacío cuando es rodeada por la membrana textil.

En una realización preferente, cada uno de los pilares que conforman la red interna comprende un cuerpo central, de forma alargada, con dos extremos definidos como un extremo exterior y un extremo interior, donde dichos pilares incluyen, además, brazos laterales dispuestos de manera radial y sobre la superficie exterior del cuerpo central, configurando una estructura comprimida de tipo tridimensional estrellada. El cuerpo central y los brazos laterales de los pilares presentan una morfología parabólica. Los pilares de la red interna están dispuestos de manera que el extremo exterior de cada cuerpo central queda en contacto con la membrana textil impermeable, mientras que el extremo opuesto o interior está dispuesto hacia el interior del volumen o cámara de vacío. Por su parte, los brazos laterales de los pilares están conectados a la membrana textil impermeable para anular la posible flexión que genera en sus brazos la compresión exterior. En una modalidad, tanto el cuerpo central como los brazos laterales comprenden un cuerpo de tipo cáscara parabólica hueca calada, configurando una nervadura exterior diagonalizada, que anulan el Efecto Poisson generado por la compresión. La membrana textil impermeable se posiciona sobre los pilares y constituye los elementos tensores exteriores, trabajando de este modo la membrana a tracción en forma de catenaria, y estando los brazos laterales de los pilares y el extremo exterior del cuerpo central conectados a la membrana textil impermeable. En una realización preferente, los dos extremos del cuerpo central son opuestos de manera que son colineales

En una realización preferente, los brazos laterales están dispuestos de manera radial y perpendicularmente al eje central del cuerpo central. Alternativamente, los brazos laterales están dispuestos de manera oblicua respecto del eje central del cuerpo central de manera que forman un ángulo de hasta 15° con la normal de la superficie exterior de dicho cuerpo central en la posición en la que el brazo lateral está colocado. El ángulo mencionado no puede ser mayor a 15° dado que la cara interior del brazo lateral ya no trabajaría a compresión, sino que a flexión, colapsando.

La red interna está constituida por una serie de pilares unidos entre sí de manera articulada a través de medios de unión pivotante incluidos en sus brazos laterales, que genera el enlace entre pilares adyacentes, configurando una red modular comprimida multi articulada. Los pilares que conforman dicha red interna están conectados unos a otros lo que permite traspasar la carga de compresión externa de unos a otros configurando una cáscara. La red interna se rigidiza a través de cables de tracción internos de alta resistencia a la tracción posicionados bajo los pilares, estando dichos cables de tracción internos conectados en los extremos interiores de los cuerpos centrales de los pilares, permitiendo anular la flexión que se generará en los pilares por la compresión del aire exterior. Los cables de tracción internos se conectan entre los extremos interiores de los cuerpos centrales de cada par de pilares adyacentes en la red interna. Dicha disposición permite obtener una estructura planar tipo tensegrity donde la flexión de la estructura generada por la compresión del aire exterior es absorbida por la compresión entre los pilares y la tracción inferior de los cables de tracción internos.

Los pilares, al estar unidos entre sí de manera articulada mediante los brazos laterales, permiten obtener morfologías diversas tales como geometrías de tipo esférica, geometrías alargadas de sección circular, o de superficies orientadles cerradas con distinto número de genus. De esta forma se pueden obtener morfologías diversas adaptadas a situaciones funcionales optimizadas, tales como una morfología aerodinámica, una morfología funcional a los usos humanos o una morfología que permita la integración de mecanismos secundarios que permita el funcionamiento de la estructura como un vehículo aéreo para el transporte de carga y/o personas.

Las distintas morfologías se obtienen vahando la posición de los pilares de la red interna y fijando dicha posición a través de los elementos tensores y/o cables de tracción internos para generar una tracción interna específica, que junto a una disposición particular de los pilares en la red interna y una diferenciación de los tamaños de brazos laterales específicos entres dichos pilares, permiten generar una morfología comprimida en particular. La morfología obtenida se desarrolla bajo diseño paramétrico, siendo fabricados los pilares para cada morfología particular. Adicionalmente, las morfologías que se puedan obtener con una configuración específica de la red interna estarán determinadas por la longitud de los pilares, específicamente, la posibilidad de generar morfologías cóncavas comprimidas por carga del aire exterior depende de dicha longitud de los pilares en relación al largo de la luz de la zona de concavidad.

Por su parte, la membrana que rodea la red interna incluye una válvula de vacío que permite la extracción del aire del volumen interno, generando compresión desde el aire exterior a medida que se extrae el aire, tensando los cables de tracción internos que conectan los extremos interiores de los cuerpos centrales en cada uno de los pilares.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Los dibujos que acompañan se incluyen para proporcionar una mayor comprensión de la invención y constituyen parte de esta descripción y además ¡lustran una modalidad preferida de la invención, donde se ve que:

La figura 1 muestra un ejemplo de pilar de la red interna de la estructura levitante por vacío.

La figura 2 muestra un ejemplo de estructura levitante con una morfología de tipo esférica vista desde el exterior.

La figura 3 muestra un ejemplo de estructura levitante con una morfología de tipo esférica vista desde el exterior sin la membrana textil. La figura 4 muestra una sección transversal de la estructura levitante comprimida con una morfología de tipo esférica.

La figura 5 muestra un ejemplo de unión entre los brazos laterales de los pilares de la red interna.

La figura 6 muestra un ejemplo de conectar ínter-brazo entre los brazos laterales de los pilares.

La figura 7 muestra una porción de estructura levitante con una morfología tipo toroide no esférica.

La figura 8 muestra una sección transversal de la estructura levitante con una morfología tipo toroide no esférica.

La figura 9 muestra un ejemplo de estructura levitante con una morfología tipo toroide no esférica vista desde el exterior sin la membrana textil.

La figura 10 muestra una aplicación alternativa de la estructura levitante con una geometría compuesta por vahas caras de tipo toroide conectadas.

La figura 11 muestra una mega-estructura espacial levitante compuesta por genus modulares interconectados.

La figura 12 muestra una estructura levitante con morfología de genus piramidal.

La figura 13 muestra una estructura levitante con morfología en espiral.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención consiste en una estructura (1 ) de membrana tipo tensegrity levitante por vacío, construida en material compuesto que funciona predominantemente comprimida. El material compuesto del que se construye la estructura (1 ) es principalmente fibra de carbono y polímeros de alta resistencia a compresión. La estructura (1 ) tiene la capacidad de levitar en el aire de la atmosfera, pudiendo también, levantar y transportar carga.

La estructura (1 ) es una estructura o dispositivo del tipo más ligero que el aire, en particular, una estructura levitante por vacío, donde dicha estructura (1 ) es capaz de resistir la presión externa y ser ultraligera, y que puede conformar múltiples geometrías.

La estructura (1 ) está compuesta por una red interna (2) sobre la cual está dispuesta una membrana textil (3) impermeable que define un cámara de vacío (10) en su volumen interior. La red interna (2) soporta el posible colapso de la estructura (1 ) hacia el volumen interior debido a la compresión generada por el aire exterior sobre la membrana textil (3) cuando el aire del volumen interior de la estructura (1 ) es evacuado para generar una cámara de vacío (10) que permite que levite en el aire de la atmósfera. La red interna (2) está compuesta por una serie de pilares (4) unidos entre sí de manera articular que definen la estructura (1 ) y el volumen interior en el cual se genera vacío cuando está cubierta por la membrana textil (3). La membrana textil (3) evita el paso del aire hacia el interior de la estructura (1 ) mediante el uso de resina de doble componente que la impermeabiliza.

Los pilares (4) de la red interna (2), comprenden un cuerpo central (5) alargado que incluye un cuerpo y dos extremos definidos como un extremo exterior (6) y un extremo interior (7), siendo dichos extremos simétricos. El pilar (4) comprende, además, brazos laterales (8) con extremos opuestos, donde uno de los extremos de cada brazo lateral (8) está unido o adherido al cuerpo central (5) del pilar, en su zona media, estando dichos brazos laterales (8) dispuestos de manera radial y sobre a la superficie exterior del cuerpo central (5) y estando separados entre sí. La separación de los brazos laterales (8) puede ser regular, esto es, que los brazos laterales (8) están separados por un mismo ángulo constante o pueden estar separados de forma no regular por ángulos variables. En una modalidad preferente, los brazos laterales (8) están dispuestos de manera radial en cualquier zona del cuerpo central (5) del pilar

(4).

En una modalidad preferente, los extremos del cuerpo central (5) son extremos opuestos, siendo colineales. Alternativamente, los dos extremos del cuerpo central (5) pueden ser no simétricos en su extensión.

En una modalidad preferente, los brazos laterales (8) están dispuestos de manera radial y en una dirección perpendicular a la superficie exterior del cuerpo central (5). Alternativamente, los brazos laterales (8) están dispuestos de manera oblicua respecto a la normal de la superficie exterior del cuerpo central (5), de donde están colocados, de manera que dichos brazos laterales (8) forman un ángulo de hasta 15° con la normal de la superficie exterior de dicho cuerpo central (5) en la posición en la que el brazo lateral (8) está colocado. El ángulo mencionado no puede ser mayor a 15° dado que la cara interior del brazo lateral (8) ya no trabajaría a compresión, sino que, a flexión, colapsando.

En una modalidad preferente, el pilar (4) comprende entre 3 a 12 brazos laterales (8) unidos al cuerpo central (5) dependiendo de la configuración geométrica que se requiera generar en la superficie comprimida, estando dispuestos todos los brazos laterales (8) de manera radial y sobre la superficie exterior del cuerpo central

(5) y separados entre sí, configurando una estructura comprimida de tipo tridimensional estrellada. Los pilares (4) están situados en puntos estratégicos conformando una red comprimida a través de sus brazos laterales (8), en lugares donde se puede generar flexión de estos por la presión sobre la membrana textil (3) impermeable debido a la compresión del aire exterior. La membrana textil (3) impermeable se posiciona sobre los pilares (4), trabajando la membrana (3) a tracción en forma de catenaria, estando los brazos laterales (8) de los pilares (4) conectados a la membrana textil (3) impermeable. Opcionalmente, los extremos exteriores (6) de cada pilar (4) se conectan también a la membrana textil (3) impermeable para asegurar su conexión con la red interna (2). Los extremos exteriores (6) se pueden conectar a la membrana textil (3) impermeable mediante el uso de resinas. En una modalidad preferente, los brazos laterales (8) están dispuestos en una dirección perpendicular a la superficie exterior del cuerpo central (5).

El rango en el número de brazos laterales (8), dispuestos respecto a la superficie exterior del cuerpo central (5), y el ángulo variable en la separación de estos y respecto del eje del cuerpo central (5) permite una adaptabilidad morfológica de la superficie comprimida de la estructura (1 ) para acoger diversos usos humanos y mecánicos.

En una modalidad preferente, el cuerpo central (5) y los brazos laterales (8) se constituyen como un cuerpo de tipo cáscara parabólica hueca calada configurando una nervadura exterior diagonalizada que anulan el Efecto Poisson generado por la compresión. El cuerpo central (5) y los brazos laterales (8) tiene un espesor de pared de al menos 0,1 mm, teniendo una forma doble parabólica o elipsoidal doble cónica. De manera preferente, el largo de los brazos laterales (8) y el largo del cuerpo central (5) están en una razón de 1 :2.

El cuerpo central del pilar (5) y los brazos laterales (8) pueden ser fabricados en polímero de alta resistencia a la compresión tipo PEI NFC utilizando impresión 3D o puede ser fabricado fresado en aerogel de grafeno, sin excluir otras formas de fabricación que permitan optimizar la capacidad de compresión de dichos elementos.

Los pilares (4) se unen entre sí de manera articulada a través de medios de unión pivotante en los brazos laterales (8), en particular, dos pilares (4) se unen a través de los extremos de dos brazos laterales (8) de cada pilar (4), de manera que un pilar (4) puede tener unido una cantidad de pilares (4) igual a la cantidad de brazos laterales (8). La unión de una pluralidad de pilares (4) constituyen la red interna (2) estructural (1 ) de membrana tipo tensegrity levitante por vacío, proporcionando una red comprimida multi articulada.

La unión articulada entre los pilares (4) permite variar la posición de estos para obtener la red interna (2) que define la cámara de vacío (10) de la estructura (1 ). La unión articulada de los pilares (4) permite vahar la posición de un par de pilares (4), unidos por un brazo lateral (8), de manera que pueden disponerse entre una posición inicial en donde los brazos laterales (8) que se encuentran unidos son colineales y una posición en que dichos brazos laterales tienen una relación axial de 45° entre sí. Del mismo modo, la unión articulada permite que el ángulo formado por los brazos laterales (8) que se encuentran unidos pueda vahar entre 135° a 225°, en donde 180° corresponde a la posición inicial en que los brazos laterales (8) son paralelos y colineales.

Los pilares (4) que conforman la red interna (2) están conectados unos a otros lo que permite traspasar la carga de compresión de uno a otro, conformando una cáscara comprimida. La red interna (2) conforma el borde de la cámara de vacío (10) de la estructura (1 ) levitante sobre la cual está dispuesta la membrana textil (3) impermeable, donde los pilares (4) que componen dicha red interna (2) están dispuestos de manera que el extremo exterior (6) de los cuerpos centrales (5) y al menos una porción de los brazos laterales (8) de cada pilar (4) queda en contacto con la membrana textil (3) impermeable, estando los brazos laterales (8) conectados a dicha membrana (3). Los brazos laterales (8) están conectados a la membrana textil (3) impermeable para anular la posible flexión que se genera en éstos por la presión exterior.

Preferentemente, la membrana textil (3) impermeable está compuesta de resina y fibra de carbono, seda de araña u otro material de alta resistencia a tracción, que impide que el aire ingrese a la cámara de vacío (10) de la estructura (1 ), absorbiendo la carga del aire de la atmosfera, trabajando la membrana textil (3) impermeable a tracción en forma de catenaria, comprimiendo los pilares (4) contra el centro y entre ellos.

En una realización preferente, la membrana textil (3) está formada por una pluralidad de módulos de membrana que se colocan sobre los pilares (4) de la red interna (2). La pluralidad de módulos de membrana están unidos y sellados herméticamente entre sí, mediante resinas.

La red interna (2) se rigidiza a través de cables de tracción internos (11 ) de alta resistencia a la tracción posicionados bajo los cuerpos centrales (5) de cada pilar (4), donde dichos cables de tracción internos (11 ) se conectan en el extremo interior (7) del cuerpo central (5) de cada pilar (4). Los cables de tracción internos (11 ) permiten rigidizar los extremos interiores (7) de los cuerpos centrales (5) entre ellos y anular pandeo que se generará en los cuerpos centrales (5) debido a la compresión del aire exterior. En particular, los cables de tracción internos (11 ) se conectan entre los extremos interiores (7) de los pilares (5) de cada par de pilares (4) adyacentes en la red interna (2). Los cables de tracción internos (11 ) están adheridos a los extremos interiores (7) de los pilares (4) mediante resinas. Preferentemente, los cables de tracción internos (11 ) son hilos o cables de fibra de carbono u otro material de alta resistencia a tracción que impide que la red interna (2) cambie su morfología cuando dichos cables de tracción internos (11 ) son colocados en los pilares (4). Dicha disposición de la red interna (2) permite obtener una estructura planar tipo tensegrity donde la flexión de la estructura generada por la compresión del aire exterior es absorbida por la compresión entre los pilares (4) y la tracción de los cables de tracción internos (11 ).

Adicionalmente, los cables de tracción internos (11 ) funcionan como tensores internos dentro de la cámara de vacío (10) que permiten deformar con tracciones específicas la morfología de la estructura (1 ), que tiende a la sección circular, generada por la carga homogénea del aire exterior, permitiendo obtener una morfología de sección transversal no circular (13). Las distintas morfologías de la estructura se obtienen variando la configuración de los pilares (4) de la red interna (2) a través de las uniones articuladas de los brazos laterales (8) de dichos pilares (4) y fijando dicha posición a través de los cables de tracción internos (11 ) para generar una tracción interna específica, que junto a la disposición particular de los pilares (4) permiten generar una morfología comprimida determinada para una necesidad específica de la estructura (1 ) levitante. De esta forma se pueden obtener morfologías diversas adaptadas a situaciones funcionales optimizadas, tales como una morfología aerodinámica, una morfología funcional a los usos humanos o una morfología que permita la integración de mecanismos secundarios que permita el funcionamiento de la estructura (1 ) como un vehículo aéreo. La posibilidad de generar morfologías cóncavas en las estructuras (1 ), que son comprimidas por la carga del aire exterior, dependen en parte del largo de los pilares (4) en relación al largo de la luz de la zona de concavidad, debiendo considerar una proporción de 1 :10 entre el largo de los cuerpos centrales (5) de los pilares (4) con la luz de la zona cóncava, donde el largo también depende del momento fleeter que se genere por la morfología cóncava, de modo de generar un suficiente segundo momento de inercia de la estructura (1 ) tipo tenseghty en la zona cóncava. Por otro lado, para generar una superficie plana en la estructura (1 ), se debe considerar una proporción de 1 :20 de la luz, en el largo de los pilares (4), según cálculos estructurales para una zona plana de la superficie. La combinación de zonas convexas, planas y cóncavas permite generar una amplia diversidad de morfologías adaptadas a usos específicos para las estructuras levitantes.

La membrana textil (3) impermeable comprende una válvula de vacío (14) que permite extraer el aire desde de la cámara de vacío, generando la compresión de la estructura (1 ) desde el exterior, a medida que se extrae el aire, tensando los cables de tracción internos (11 ) que aseguran la morfología exterior de la estructura (1 ) levitante. El aire se extrae desde el volumen interior con una bomba apropiada, en particular, con una bomba de vacío.

La figura 1 muestra un ejemplo de pilar (4) regular de la red interna (2), que comprende un cuerpo central (5) alargado que incluye un cuerpo y dos extremos opuestos definidos como un extremo exterior (6) y un extremo interior (7). El pilar (4) comprende además, brazos laterales (8) con extremos opuestos, donde uno de los extremos de cada brazo lateral (8) está unido o adherido al cuerpo central (5) del pilar, en su zona media, estando dichos brazos laterales (8) dispuestos en una dirección perpendicular a la superficie exterior del cuerpo central (5) y estando separados regularmente entre sí por un ángulo constante. En una modalidad preferente, el pilar (4) comprende entre 3 a 12 brazos laterales, preferentemente 6 brazos laterales (8), unidos al cuerpo central (5) y separados entre sí de forma equiangular, configurando una estructura comprimida. Esta modalidad de pilar (4) es utilizada para formar estructuras (1 ) levitantes de forma esférica y de toroides regulares.

La figura 2 muestra un ejemplo de estructura (1 ) levitante con una morfología de tipo esférica vista desde el exterior generada por la membrana textil (3) impermeable. En la estructura (1 ) se aprecia la posición de los pilares (4) de la red interna (2) comprimidos bajo la membrana textil (3) impermeable fraccionada en forma de catenaria por la compresión exterior del aire. Además la membrana textil (3) impermeable incluye la válvula de vacío (14) que permite extraer el aire de la cámara de vacío (10), generando un vacío en su interior. La válvula de vacío (14) se une a la membrana textil (3) impermeable mediante resina.

En la figura 3 se aprecia una modalidad de morfología interna de la estructura (1 ) que está definida por una forma esférica de la red interna (2) en donde los pilares (4) están en una configuración interna comprimida bajo la membrana textil (3) impermeable fraccionada en forma de catenaria por la compresión debido al aire exterior. En esta morfología de tipo esférica, la estructura (1 ) tiene una sección transversal aproximadamente circular (15), tal como muestra la figura 4.

La figura 4 muestra una sección de la estructura (1 ) comprimida con morfología de tipo esférica, donde se aprecia la estructura interna cuando está rodeada de la membrana textil (3) impermeable que trabaja con una morfología de catenaria. Se aprecia, también, que los pilares (4) trabajan comprimidos entre la membrana textil (3) impermeable y los cables de tracción internos (11 ), estando estos conectados a los pilares (4) en el extremo interior (7) de los cuerpos centrales (5). Los cables de tracción internos (11 ) impiden el movimiento articulado de los pilares (4), hgidizando la red interna (2), conservando su morfología y permitiendo absorber la compresión del aire exterior. En la sección de la estructura (1 ) se aprecia que la membrana textil (3) impermeable incluye la válvula de vacío (14) que permite extraer el aire de la cámara de vacío (10), generando un vacío en su interior. La válvula de vacío (14) se une a la membrana textil (3) impermeable mediante resina. Además, se aprecia que los brazos laterales (8) están conectados a la membrana textil (3) impermeable para anular la posible flexión que se genera en éstos por la compresión exterior.

La figura 5 muestra un ejemplo de unión de los pilares (4) de la red interna (2) de manera articulada que están entre la membrana textil (3) impermeable y los cables de tracción internos (11 ). La unión articulada entre los pilares (4) se realiza a través de medios de unión pivotante ubicados en los extremos de los brazos laterales (8) que conectan entre sí los brazos laterales (8) de los pilares (4) adyacentes. En esta modalidad, los medios de unión pivotante corresponden a un conectar ínter-brazos (12), que asegura el traspaso lineal de la carga entre los brazos laterales (8), donde dicho conectar ínter-brazos (12) conecta, además, los brazos laterales (8) con la membrana textil (3) impermeable. La figura 6 muestra un ejemplo de conectar interbrazos (12) comprende un cuerpo (12a) con forma de carrete que incluye proyecciones (12b) cilindricas en cada lado del carrete, las cuales se insertan en los extremos de dos brazos laterales (8) para formar una unión articulada entre pilares (4), donde la parte central del cuerpo (12a) permite fijar un hilo o cable (12c) para conectar con la membrana textil (3) impermeable. Preferentemente el hilo o cable (12c) es de fibra de carbono u otro material de alta resistencia a la tracción, en donde dicho hilo o cable (12c) está adherido a la membrana textil (3) impermeable mediante un adhesivo o resina. Alternativamente, los hilos o cables (12c) están cocidos a la membrana textil (3) para atrapar el conectar ínter-brazos (12) entre los brazos laterales (8), en donde la zona en donde están cocidos los hilos o cables (12c) incluye resina para sellar los micro-agujeros formados al cocer, fortaleciendo estas áreas. En la realización en que la membrana textil (3), está formada por una pluralidad de módulos de membrana, cada uno de dichos módulos de membrana incluye al menos un hilo o cable (12c) adherido o cocido, de manera que cuando se forme la red interna (2) con la morfología requerida, se colocaran la pluralidad de módulos de membrana entre los pilares (4) de la red interna (2), siendo fijados mediante el al menos un hilo o cable (12c) a los conectares ínter-brazos (12) correspondientes.

La figura 7 muestra una modalidad preferente de la invención en que se aprecia una porción cortada de la estructura (1 ) y a un usuario (20) parado sobre la estructura (1 ) como referencia. En esta modalidad la sección transversal de la cámara de vacío (10) tiene una morfología de sección no circular (13) generada por una disposición específica de los pilares (4) y por las deformaciones con tracciones específicas generadas por cables interiores (9a, 9b) (8) y los cables de tracción internos (11 ) que permiten fijar la posición de los pilares (4) de la red interna (2).

En la modalidad mostrada en la figura 7, la porción de estructura (1 ) levitante de membrana comprimida corresponde a una morfología tipo toroide (17), de sección no circular (13), utilizada de modo tridimensional. En esta modalidad, la red interna (2) se rigid iza, para evitar el colapso de la estructura (1 ), a través de cables interiores (9a) de alta resistencia a la tracción posicionados bajo los cuerpos centrales (5) de cada pilar (4) de la red interna (2), donde el extremo interior (7) del cuerpo central (5) de cada pilar (4) tiene conectado un extremo de un cable interior (9a), tal como muestra la figura 8, donde dichos cables interiores (9a) están conectados entre sí en zonas de unión en el interior de la cámara de vacío (10) en su otro extremo.

En una modalidad, las zonas de unión corresponden a una pluralidad de puntos de unión (16) distribuidos en el interior de la cámara de vacío de manera que una sección transversal de la estructura (1 ), formada por un grupo de pilares (4) unidos entre sí, tiene al menos un punto de unión (16). Dependiendo del tamaño de la estructura (1 ), la cámara de vacío (10) puede comprender más de un punto de unión (16), en una misma sección transversal, para conectar entre sí a los cables interiores (9a). En caso de que la cámara de vacío (1 ) comprenda más de un punto de unión (16), en una misma sección transversal, estos deberán estar conectadas por cables interiores de unión (9b) para fijar y conectar los puntos de unión (16) en la cámara de vacío (10).

En particular, la figura 8 muestra la sección no circular (13) de una estructura (1 ) levitante con una morfología tipo toroide (17) en donde dicha sección no circular (13), formada por un grupo de pilares (4) unidos entre sí, comprende dos puntos de unión (16) para los cables interiores (9a), los cuales se encuentran conectados entre sí mediante un cable interior de unión (9b). Preferentemente, en esta modalidad, los dos puntos de unión (16) están ubicados en la parte media de la sección no circular (13) de manera que dividen en tres partes ¡guales a un segmento horizontal que une los bordes de la figura geométrica formada por los cables de tracción internos (11 ) en la sección no circular (13). Los cables interiores (9a) están adheridos, en sus extremos correspondientes, a los extremos interiores (7) de los pilares (4), entre sí y a los cables interiores de unión (9b) mediante adhesivos o resinas. Preferentemente, los cables interiores (9a) y cables interiores de unión (9b) son hilos o cables de fibra de carbono u otro material de alta capacidad a tracción que impida que las zonas de unión (16) cambien su posición en la cámara de vacío (10) de la estructura (1 ).

Por tracción interna, a través de los cables interiores (9a) de largo específico, se asegura la morfología exterior de estructuras (1 ) levitantes de membrana comprimida de sección no circular (13), evitando que colapsen.

Cuando el toroide (17) tiene un tamaño adecuado, este permite la instalación de elementos secundarios sobre éste, de manera que la estructura (1 ), puede comprender una cabina o receptáculo ubicada en el genus del toroide (17), estando unida a la membrana textil (3) impermeable mediante elementos de fibra de carbono aglomerado con resina u otros medios de fijación adecuados, donde dicha cabina o receptáculo proporciona espacio para una tripulación, en particular para un piloto y pasajeros, o para almacenamiento de carga. Adicionalmente, la cabina o receptáculo puede incluir medios de propulsión para el funcionamiento de la estructura (1 ) como un vehículo aéreo. Preferentemente, la cabina o receptáculo tiene forma de semi esfera o de otra morfología aerodinámica.

La cabina o receptáculo, comprende además, una base que se proyecta en la parte inferior del toroide (17) y, en donde están instalados los medios de propulsión. Dichos medios de propulsión comprenden al menos un motor que proporciona una fuerza de propulsión en la dirección de vuelo y al menos un timón de dirección para proporcionar maniobrabilidad a la estructura (1 ), donde dichos medios de propulsión se instalan, preferentemente, en la parte posterior de la base o, en la parte inferior de la base o estructura (1 ) levitante. En una modalidad de la invención, el motor puede ser un motor de turbina o de hélice.

Los medios de propulsión están conectados y en comunicación con una unidad de control dispuesta en el interior de la cabina o receptáculo permitiendo a un piloto conducir la estructura (1 ) levitante.

En una modalidad preferente, la unidad de control incluye receptores que permiten que la estructura (1 ) sea controlada de forma inalámbrica mediante un control a distancia que puede ser utilizado por un usuario de forma remota.

En otra modalidad preferente, la morfología de la estructura (1 ) levitante corresponde a una superficie orientable cerrada con al menos un genus, donde al menos un genus comprende una cabina o receptáculo.

Alternativamente, la estructura (1 ) levitante puede utilizarse como un dispositivo de asistencia para el transporte de carga en medios de transporte de carga terrestre tradicionales como camiones o trenes de carga, donde la estructura (1 ) incluye medios de conexión para ser instalada en dichos vehículos facilitando e incrementado la capacidad de carga de estos.

Adicionalmente, los pilares (4) de la red interna (2) tienen la capacidad de posicionarse de manera de obtener vahas configuraciones topológicas, tales como las superficies orientables cerradas con varios genus, estructuras con forma de espiral, superficies no orientables, co mo por ejemplo, la botella de Klein o estructuras espaciales alveolares. La figura 10 muestra una aplicación de estructura levitante de cámara de vacío con una membrana textil (3) impermeable comprimida por el aire exterior, que comprende una geometría compuesta por vahas caras de tipo toroide conectadas, generando un genus 4 (18), de sección no regular. De este modo la cámara de vacío comprimida se utiliza con una morfología tridimensional, generando estructuras espaciales modulares de tipo marco rígido, de tamaño diverso, que pueden ser usadas como infraestructuras espaciales levitantes. Dicha estructura levitante puede ser utilizada como infraestructura levitante para diferentes tipos de usos humanos y mecánicos al incorporar sub-estructura en base a vigas estándar (21 ) fabricadas en materiales ligeros.

La figura 11 muestra una mega-estructura espacial levitante, compuesta por una pluralidad de genus 4 (18) modulares interconectables entre sí, que permiten generar espacios interiores utilizadles como infraestructura levitante. Al igual que en la modalidad mostrada en la figura 10, la mega-estructura puede diseñarse para diferentes tipos de usos humanos y mecánicos a través de la incorporación de subestructuras en base a vigas estándar (21 ) fabricadas en materiales ligeros.

La presente invención puede aplicarse a distintas configuraciones topológicas, como el genus 4 piramidal (19) mostrado en la figura 12 o una estructura espiral (22) mostrada en la figura 13. Estas configuraciones pueden diseñarse para diversos usos, tales como estructuras espaciales con varios genus o estructuras espaciales alveolares que pueden ser utilizados como infraestructura levitante o como estructura decorativa.