ES2210102T3 - Mastil de suspension perfilado de ala de aeronave. - Google Patents

Mastil de suspension perfilado de ala de aeronave.

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ES2210102T3 ES01400624T ES01400624T ES2210102T3 ES 2210102 T3 ES2210102 T3 ES 2210102T3 ES 01400624 T ES01400624 T ES 01400624T ES 01400624 T ES01400624 T ES 01400624T ES 2210102 T3 ES2210102 T3 ES 2210102T3
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Abstract

Mástil de suspensión (3) de ala de aeronave, comportando dicha ala (1) un intradós (4) cuya parte trasera (4R) es cóncava y hacia atrás en relación con su parte delantera (4A) y dicho mástil (3): - es apto para estar suspendido de dicha ala (1) que sobresale en relación con dicho intradós (4) del ala (1) y está perfilado para comportar, entre su borde de ataque (5) y su borde de escape (6), una sección (7) de anchura máxima (M); y - está provisto de un carenado (8) de reducción de pérdida local de sustentación aerodinámica, que: - está dispuesto en contacto con el intradós (4) de dicha ala (1) y se extiende a lo alto en una parte de dicho mástil (3); y - se extiende hacia la parte trasera del ala (1) y se prolonga más allá del borde de escape (1F) de ésta, por una parte trasera sobresaliente (12) que tiene una superficie superior (13) en prolongación aerodinámica del extradós (14) de dicha ala (1).

Description

Mástil de suspensión perfilado de ala de aeronave.
La presente invención se refiere a un mástil de suspensión perfilado de ala de aeronave.
Es sabido que algunas aeronaves comportan unos mástiles perfilados, suspendidos de su ala y que sobresalen en relación con el intradós de esta última. Dichos mástiles están destinados a la suspensión, debajo del ala, de dispositivos tales como motores, armas, depósitos de carburante, etc...
Naturalmente, estos mástiles y los dispositivos que están suspendidos de éstos generan unas perturbaciones en la corriente aerodinámica en el ala, lo que se traduce, localmente, en una pérdida de fuerza de sustentación y un incremento de la resistencia aerodinámica. Estos efectos aerodinámicos desfavorables están por otra parte reforzados, de hecho porque, por razones estructurales en particular, dichos mástiles, por una parte, presentan una anchura relativamente importante y, por otra parte, tienen su borde de escape cerca del borde de escape del ala, aumentando dicha cercanía de los bordes de escape los riesgos de separación de corriente de aire.
Para remediar estos inconvenientes, desde 1986, se utiliza en el avión Airbus A320, un carenado de reducción de pérdida local de sustentación aerodinámica debida a dicho mástil de suspensión. Un carenado del mismo tipo - -que está descrito por ejemplo en la patente EP-A-0 432 972- - está dispuesto en contacto con el intradós de dicha ala y se extiende, por una parte, a lo alto, en una parte de dicho mástil y, por otra parte, hacia la parte trasera del ala, prolongándose más allá del borde de escape de esta última. Dicho carenado conocido presenta la forma aproximada de un paralelepípedo recto terminado en la parte trasera por una pirámide con punta redondeada. La superficie superior del carenado, que sobresale más allá del borde de escape del ala, prolonga el extradós de ésta y la anchura de dicho carenado corresponde a la anchura máxima de dicho mástil, de modo que las caras laterales de dicho carenado prolongan hacia atrás la sección de anchura máxima de dicho mástil.
Para un avión de tamaño medio, este carenado conocido presenta unas dimensiones aceptables. Por el contrario, para un avión de gran tamaño, es obligatoriamente largo y voluminoso, lo que genera unas fuertes cargas aerodinámicas que se ejercen en vuelo en dicho carenado. Esto implica rigidizarlo de modo que resulta un aumento de masa indeseable.
Por otra parte, cuando el ala comporta unos elementos móviles de borde de escape, tales como los alerones de curvatura, este carenado también debe ser móvil. En este caso, para algunas configuraciones de vuelo, el carenado puede encontrarse, al menos en parte, en el flujo de aire caliente de un motor - -cuya temperatura puede alcanzar los 700ºC- - de modo que debe realizarse en unos materiales resistentes al calor y estar dimensionado para resistir estas temperaturas elevadas y a la tensión acústica. Esto da como resultado unas tensiones de masa y unos costes suplementarios de realización.
El objeto de la presente invención es remediar estos inconvenientes.
Con este fin, según la invención, el mástil de suspensión del ala de la aeronave, comportando dicha ala un intradós cuya parte trasera es cóncava y más atrás en relación con su parte delantera y dicho mástil:
- está suspendido de dicha ala que sobresale en relación con dicho intradós del ala y está perfilado para comportar, entre su borde de ataque y su borde de escape, una sección de anchura máxima; y
- está provisto de un carenado de reducción de pérdida local de sustentación aerodinámica que:
\bullet es apto para estar dispuesto en contacto con el intradós de dicha ala y se extiende a lo alto en una parte de dicho mástil;
\bullet se extiende hacia la parte trasera del ala y se prolonga más allá del borde de escape de ésta, por una parte trasera sobresaliente que tiene una superficie superior en prolongación aerodinámica del extradós de dicha ala,
es notable:
- porque dicha sección de anchura máxima de dicho mástil está dispuesta en la parte delantera de dicha parte trasera, cóncava y más atrás, del intradós del ala; y
- porque dicho carenado de reducción de pérdida local de sustentación aerodinámica:
\bullet está alojado, al menos en la mayor parte de su altura, en la concavidad de dicha parte trasera del intradós del ala,
\bullet se extiende hacia la parte trasera del ala, ensanchándose lateralmente, a la manera de un abanico, desde dicho mástil de suspensión, donde presenta una anchura al menos aproximadamente igual a dicha anchura máxima de éste hasta el borde de escape del ala, donde presenta una anchura al menos igual a dos veces dicha anchura máxima, y
\bullet comporta una cara inferior que se acerca a dicha superficie superior en prolongación aerodinámica del extradós del ala para dar, a dicha parte trasera sobresaliente de dicho carenado, la forma de una lámina que se adelgaza hacia atrás y que termina en un borde de escape aerodinámico que sobresale en relación con el borde de escape del ala y que se extiende a lo largo de éste sobre un tramo que corresponde a dicha anchura de dicho carenado en el emplazamiento de dicho borde de escape del ala.
Así, gracias a la presente invención, se obtiene un carenado plano de dimensiones reducidas en altura, pero con una forma repartida sobre el borde de escape del ala, lo que permite resolver los problemas de carenado conocidos, más arriba mencionados. Dicha forma aplanada y repartida permite, no solamente eliminar los problemas de cercanía de los bordes de escape del ala y del mástil de suspensión, sino también modificar notablemente la circulación local de aire, favoreciendo el reparto de la velocidad en el borde de escape del ala. La ganancia de sustentación obtenida por el carenado según la presente invención es claramente superior al del carenado conocido. Además, esta ganancia de sustentación se extiende con mayor envergadura debido a la forma específica extendida del carenado de la invención.
Se observará que, con el fin de anular o por lo menos minimizar la pérdida de sustentación debida a la presencia del mástil de suspensión y a la instalación, por ejemplo motriz, que lleva, se podría estar tentado de dar a dicho carenado una anchura - -al nivel del borde de escape del ala- - cubriendo en envergadura la totalidad de la zona de pérdida de sustentación. Sin embargo, en este caso, esta anchura podría ser igual a varias veces la anchura máxima del mástil, lo que impondría, a dicho carenado, unas dimensiones y por lo tanto, una masa, importantes. Por esto, en la práctica, la anchura del carenado al nivel del borde de escape del ala resulta de un compromiso entre la ganancia de sustentación procurada por dicho carenado de la invención y la masa correspondiente de este último.
Se observará además que la forma afilada del borde de escape aerodinámico de dicho carenado permite reducir considerablemente el largo de la parte que sobresale del carenado conocido más allá del borde de escape del ala para una eficacia aerodinámica del mismo orden. La experiencia ha demostrado que la presente invención permite reducir aproximadamente un 80% la altura del carenado y aproximadamente un 50% la longitud de dicha parte sobresaliente de éste en relación con este carenado conocido, con una eficacia aerodinámica sensiblemente igual en lo que se refiere a los riesgos de separación de corriente de aire en el borde de escape del mástil y de los problemas de pérdida de sustentación. Dicha reducción de las dimensiones permite entonces evitar los inconvenientes de masa y de volumen más arriba mencionados y, en el caso de un carenado móvil cerca del flujo caliente de un motor, reducir las tensiones de dimensionado y de la naturaleza de los materiales a utilizar.
Ventajosamente, el borde de escape de dicha parte trasera que sobresale comporta una parte intermedia y dos partes laterales, encontrándose dicha parte intermedia en prolongación aerodinámica de dicha sección de anchura máxima de dicho mástil y sobresaliendo más en relación con el borde de escape del ala, que dichas partes laterales.
Así, es esta parte intermedia que se encuentra en prolongación del mástil de suspensión, la que sobresale más en relación con dicho borde de escape del ala para poder limitar al máximo los problemas de separación de corriente de aire y de pérdida de sustentación debidos a la presencia de dicho mástil de suspensión. En lo que se refiere a las partes laterales del borde de escape del carenado, permiten aumentar la ganancia de sustentación, por extensión local de la cuerda del ala, en una envergadura limitada.
En su extremidad opuesta a dicha parte intermedia, dichas partes laterales del borde de escape de la parte trasera que sobresale pueden alcanzar progresivamente el borde de escape del ala y dicha parte intermedia del borde de escape de la parte trasera que sobresale puede ser redondeada y convexa, mientras que dichas partes laterales del borde de escape de la parte trasera que sobresale pueden comportar una porción cóncava que enlaza con dicha parte intermedia.
Para aumentar la eficacia del carenado según la presente invención, se ha encontrado que es ventajoso que:
- dicha cara inferior de dicho carenado comporte un nervio intermedio y dos flancos laterales;
- dicho nervio intermedio se encuentre en prolongación aerodinámica de dicha sección de anchura máxima de dicho mástil, se termine detrás por dicha parte intermedia de borde de escape y sea más en relieve, en relación con dicha parte trasera del intradós del ala, que dichos flancos laterales; y
- dichos flancos laterales conecten progresivamente dicho nervio intermedio a dicha parte trasera de dicho intradós del ala formando lateralmente dicho abanico y se terminen detrás por dichas partes laterales del borde de escape de dicha parte trasera que sobresale.
El carenado según la invención puede ser simétrico o asimétrico en relación con el eje longitudinal del pie de dicho mástil de suspensión.
Sea cual sea el modo de realización del borde de escape del carenado, huelga decir que hay que cuidar que la forma de la parte trasera sobresaliente de este último no provoque la separación de corrientes de aire, lo que aumentaría la resistencia aerodinámica.
Por otra parte, con el fin de evitar que la parte trasera sobresaliente del carenado según la presente invención esté sumergida en los efectos viscosos de la capa límite cerca del borde de escape del ala - -lo que reduciría notablemente la eficacia aerodinámica de dicho carenado- -, es importante que, en dicho borde de escape del ala, el grosor de dicho carenado sea superior al grosor de la capa límite de la corriente aerodinámica en dicha ala.
Se deducirá de las figuras del dibujo adjunto como puede realizarse la invención. En estas figuras, referencias idénticas designan elementos semejantes.
Las figuras 1 y 2 muestran respectivamente, en vistas desde arriba y desde abajo, un ejemplo esquemático de mástil de suspensión según la presente invención, destinado a soportar un motor debajo del ala de un avión.
La figura 3 representa, en una vista lateral parcial ampliada, el ala de dicho avión y la parte superior del mástil de suspensión de las figuras 1 y 2.
Las figuras 4 a 9 son vistas en sección, que corresponden respectivamente a las líneas de sección IV-IV a IX-IX de las figuras 1 y 3.
La figura 10 es una vista trasera parcial, en perspectiva desde atrás y por debajo, del modo de realización del mástil de suspensión ilustrado en las figuras 1 a 9.
Las figuras 11 y 12 son diagramas que ilustran la acción aerodinámica del carenado según la presente invención.
En las figuras 1 y 2, se ha representado una porción del ala 1 de un avión, cerca de un motor 2 de este último. Este motor 2 está suspendido del ala 1 por medio de un mástil de suspensión 3, que sobresale en relación con el intradós 4 del ala 1 a la que está unido por el pie del mástil 3S, de eje longitudinal L-L. Como puede verse en la figura 3, el ala 1 comporta una parte delantera (en el lado del borde de ataque 1A) gruesa y una parte trasera (en el lado del borde de escape 1F) delgada porque el intradós 4 comporta una parte trasera 4R cóncava y hacia atrás en relación con su parte delantera 4A.
El mástil de suspensión 3, a su vez suspendido del ala 1 de manera conocida y no representada, está perfilado y comporta un borde de ataque 5 y un borde de escape 6 y entre éstos, una sección 7 de anchura máxima M. (La anchura del mástil 3 es la dimensión de este último que es al menos sensiblemente paralela a la envergadura Y del ala 1, es decir, ortogonal al plano de la figura 3). En el ejemplo representado en las figuras, la sección 7 no es vertical, sino marcadamente inclinada hacia delante, de arriba hacia abajo. Por otra parte, dicha sección de anchura máxima 7 del mástil 3 está dispuesta por delante de la parte trasera 4R, cóncava y hacia atrás, del intradós 4 del ala 1.
Además, el mástil de suspensión 3 está provisto de un carenado 8 (ver igualmente las figuras 4 a 10), destinado a reducir la pérdida local de sustentación y el incremento local de la resistencia aerodinámica generados por el mástil 3 y el motor 2. Este carenado 8 es plano y está dispuesto en contacto con el intradós 4 del ala 1, extendiéndose sólo en una pequeña parte de la altura de dicho mástil 3. Más concretamente, el carenado 8 está alojado, al menos en la mayor parte de su altura, en la concavidad de la parte trasera 4R del intradós 4 del ala 1.
El carenado plano 8 se extiende hacia la parte trasera del ala 1 y se prolonga más allá del borde de escape 1F de esta última, por una parte trasera sobresaliente 12, cuya superficie superior 13 está en prolongación del extradós 14 del ala 1. La cara inferior 15 del carenado 8, al menos en su parte trasera se acerca a la cara superior 13 para dar a dicha parte trasera sobresaliente 12 la forma de una lámina que se adelgaza hacia atrás y termina en un borde de escape 16, sobresaliente en relación con el borde de escape 1F del
\hbox{ala 1.}
Extendiéndose hacia la parte trasera del ala 1, el carenado plano 8 se ensancha lateralmente, a la manera de un abanico, desde el mástil de suspensión 3, donde su anchura es al menos aproximadamente igual a la anchura máxima M de la sección 7, hasta el borde de escape 1F del ala 1 donde presenta una anchura La varias veces superior a dicha anchura máxima M del mástil de suspensión 3. Lateralmente, dicho carenado plano 8 se une a la parte trasera 4R del intradós 4, a lo largo de líneas abocardadas 9 y 10, que parten de dicho mástil de suspensión 3 y desembocan en los extremos del borde de escape 16 de la parte trasera que sobresale 12. Así, el borde de escape 16 presenta una longitud que es igual a la anchura La del carenado plano 8, al nivel del borde de escape 1F del ala 1.
Como puede verse en las figuras 1, 2 y 10, el borde de escape 16 de la parte trasera sobresaliente 12 comporta una parte intermedia 16I y dos partes laterales 16L1 y 16L2. La parte intermedia 16I se encuentra en prolongación aerodinámica de la sección 7 de anchura máxima M del mástil de suspensión 3 y sobresale más, en relación con el borde de escape 1F del ala 1, que las partes laterales 16L1 y 16L2.
En el ejemplo de realización mostrado por las figuras, el borde de escape 16 de la parte trasera que sobresale 12 presenta la forma aproximada de un corchete con una parte intermedia 16I, redondeada y convexa, unida progresivamente al borde de escape 1F del ala 1 por dichas partes laterales 16L1 y 16L2, que presentan una porción cóncava 17 ó 18 unida a la parte intermedia 16I.
Como se observa mejor en las secciones de las figuras 5 a 9, la cara interior 15 del carenado 8 comporta un nervio intermedio 19 y dos flancos laterales 20 y 21, unidos a la parte trasera 4R del intradós 4 por dichas líneas abocardadas 9 y 10. Este nervio intermedio 19 se encuentra en prolongación aerodinámica de la sección 7 de anchura máxima M y se termina detrás por la parte intermedia 16I del borde de escape 16. En relación con la parte trasera 4R del intradós 4 del ala 1, el nervio intermedio 19 está más en relieve que dichos flancos laterales 20 y 21. Éstos unen progresivamente el nervio intermedio 19 a la parte trasera 4R del intradós 4 formando lateralmente dicho abanico, que está delimitado por las líneas de unión abocardadas 9 y 10. Las flancos laterales 20 y 21 se terminan en la parte trasera por las partes laterales 16L1 y 16L2 del borde de escape 16 de la parte trasera que
\hbox{sobresale 12.}
En el ejemplo de realización representado en las figuras, el carenado 8 y su borde de escape 16 son asimétricos en relación con el eje longitudinal L-L del pie 3S del mástil 3. En realidad, la forma del borde de escape 16 depende del caso en cuestión y podría ser igualmente simétrico en relación con dicho eje L-L.
Gracias a la presente invención, se obtiene por lo tanto un carenado 8 particularmente plano y poco voluminoso en altura pero extendido a lo ancho. En las figuras 1 y 3, se han representado en trazos mixtos los contornos del carenado conocido PA, que sería necesario prever para el ala 1, con eficacia aerodinámica equivalente, en lo referente a los riesgos de separación de la corriente de aire en el borde de escape del mástil y a los problemas de pérdida de sustentación.
En la figura 11, se ha representado, en función de la distancia x a lo largo de la cuerda C del perfil del ala 1, contada a partir del borde de ataque 1A en dirección del borde de escape 1F, la curva 25 de variación del coeficiente de presión Kp en el extradós 14 y la curva 26 de variación de dicho coeficiente Kp en el intradós 4, para el conjunto motor 2 -mástil de suspensión
3 - ala 1 provisto del carenado 8 descrito anteriormente. A título comparativo, en esta figura, se han trazado además las mismas curvas 27 y 28 para dicho conjunto motor 2 - mástil de suspensión 3 - ala 1, cuyo carenado 8 ha sido eliminado. Se observa fácilmente que, gracias al carenado 8 de la invención, la sustentación de dicho conjunto aumenta , en la parte trasera 4R del intradós, en una proporción que corresponde a la suma de las zonas sombreadas 29 y 30 representadas en la figura 11
Por otra parte, en la figura 12 se ha representado, en función de la envergadura Y del ala 1, la variación del coeficiente de sustentación local Czl en la parte derecha de la instalación motora sobre dicha ala, correspondiendo la posición del motor 2 y del mástil de suspensión 3 al valor Y0 de dicha envergadura Y. La curva 31 corresponde al conjunto motor 2 - mástil de suspensión 3 - ala 1 provisto del carenado 8 antes descrito, mientras que la curva 32 corresponde al mismo conjunto motor 2 - mástil de suspensión 3 - ala 1 del que se ha suprimido dicho carenado. Se puede así apreciar la importancia de la ganancia de sustentación aportada por el carenado 8 de la presente invención.

Claims (8)

1. Mástil de suspensión (3) de ala de aeronave, comportando dicha ala (1) un intradós (4) cuya parte trasera (4R) es cóncava y hacia atrás en relación con su parte delantera (4A) y dicho mástil (3):
- es apto para estar suspendido de dicha ala (1) que sobresale en relación con dicho intradós (4) del ala (1) y está perfilado para comportar, entre su borde de ataque (5) y su borde de escape (6), una sección (7) de anchura máxima (M); y
- está provisto de un carenado (8) de reducción de pérdida local de sustentación aerodinámica, que:
\bullet está dispuesto en contacto con el intradós (4) de dicha ala (1) y se extiende a lo alto en una parte de dicho mástil (3); y
\bullet se extiende hacia la parte trasera del ala (1) y se prolonga más allá del borde de escape (1F) de ésta, por una parte trasera sobresaliente (12) que tiene una superficie superior (13) en prolongación aerodinámica del extradós (14) de dicha ala (1),
caracterizado:
- porque dicha sección de anchura máxima (7) de dicho mástil (3) es apta para estar dispuesta en la parte delantera de dicha parte trasera (4R), cóncava y más atrás, del intradós (4) del ala (1); y
- porque dicho carenado de reducción de pérdida local de sustentación aerodinámico (8):
\bullet es apto para estar alojado, al menos en la mayor parte de su altura, en la concavidad de dicha parte trasera (4R) del intradós (4) del ala (1),
\bullet se extiende hacia la parte trasera del ala (1) ensanchándose lateralmente, a la manera de un abanico, desde dicho mástil de suspensión (3), donde presenta una anchura al menos aproximadamente igual a dicha anchura máxima (M) de éste hasta el borde de escape (1F) del ala (1), donde presenta una anchura (La) al menos igual a dos veces dicha anchura máxima (M), y
\bullet comporta una cara inferior (15) que se acerca a dicha superficie superior (13) en prolongación aerodinámica del extradós (14) del ala (1) para dar, a dicha parte trasera sobresaliente (12) de dicho carenado (8), la forma de una lámina que se adelgaza hacia atrás y que termina en un borde de escape aerodinámico (16) que sobresale en relación con el borde de escape (1F) del ala y que se extiende a lo largo de éste sobre un tramo que corresponde a dicha anchura (La) de dicha carenado (8) al nivel de dicho borde de escape (1F) del ala.
2. Mástil de suspensión según la reivindicación 1,
caracterizado porque el borde de escape (16) de la parte trasera que sobresale (12) comporta una parte intermedia (16I) y dos partes laterales (16L1, 16L2), encontrándose dicha parte intermedia en prolongación aerodinámica de dicha sección de anchura máxima (7) de dicho mástil (3) y sobresaliendo más , en relación con el borde de escape (1F) del ala, que dichas partes laterales (16L1, 16L2).
3. Mástil de suspensión según la reivindicación 2,
caracterizado porque, en su extremo opuesto a dicha parte intermedia (16I), dichas partes laterales (16L1, 16L2) del borde de escape (16) de la parte trasera que sobresale (12) alcanzan progresivamente el borde de escape (1F) del ala.
4. Mástil de suspensión según una de las reivindicaciones 2 ó 3,
caracterizado porque dicha parte intermedia (16I) del borde de escape (16) de la parte trasera que sobresale (12) es redondeada y convexa.
5. Mástil de suspensión según una de las reivindicaciones 2 a 4,
caracterizado porque dichas partes laterales del borde de escape (16) de la parte trasera que sobresale (12) comportan una porción cóncava (17, 18) unida a dicha parte intermedia (16I).
6. Mástil de suspensión según una de las reivindicaciones 2 a 5,
caracterizado porque:
- dicha cara inferior (15) de dicho carenado (8) comporta un nervio intermedio (19) y dos flancos laterales (20, 21);
- dicho nervio intermedio (19) se encuentra en prolongación aerodinámica de dicha sección de anchura máxima (7) de dicho mástil (3), se termina en la parte trasera por dicha parte intermedia de borde de escape (16I) y está más en relieve, en relación con dicha parte trasera (4R) del intradós (4) del ala, que dichos flancos laterales (20, 21); y
- dichos flancos laterales (20, 21) unen progresivamente dicho nervio intermedio (19) con dicha parte trasera (4R) de dicho intradós (4) del ala formando lateralmente dicho abanico y terminándose detrás por dichas partes laterales de borde de escape (16L1, 16L2) de dicha parte trasera que sobresale (12).
7. Mástil de suspensión según una de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque dicho carenado (8) es simétrico en relación con el eje longitudinal (L-L) del pie (3S) de dicho mástil (3).
8. Mástil de suspensión según una de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque dicho carenado (8) es asimétrico en relación con el eje longitudinal (L-L) del pie (3S) de dicho mástil (3).
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