ES2890374T3 - Cono de cola de aeronave que incorpora una APU con admisión de aire anular - Google Patents

Cono de cola de aeronave que incorpora una APU con admisión de aire anular Download PDF

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Abstract

Un cono de cola de aeronave (1) que comprende: un fuselaje de cono de cola (2), un compartimento de turbomáquina (3) dentro del fuselaje del cono de cola (2), una turbomáquina (4) alojada en el compartimento de la turbomáquina (3), una admisión de aire RAM (6) en el fuselaje del cono de cola (2) para una entrada de aire RAM hacia el interior del compartimento de la turbomáquina (3), al menos un flap de entrada (7) operable alternativamente desde una posición abierta en la que se permite la entrada de aire RAM, y una posición cerrada en la que se evita la entrada de aire RAM, en el que el flap de entrada (7) está configurado de tal manera que, en su posición abierta, el flap de entrada (7) está ubicado al menos parcialmente dentro del fuselaje de cono de cola (2), y en su posición cerrada una superficie del flap de entrada (7) está sustancialmente al ras con una superficie de fuselaje de cono de cola (2), caracterizado porque la admisión de aire RAM (6) se extiende de forma anular a lo largo de todo el perímetro del fuselaje del cono de cola (2).

Description

DESCRIPCIÓN
Cono de cola de aeronave que incorpora una APU con admisión de aire anular
Objeto de la invención
La presente invención se refiere en general a aeronaves que incorporan turbomáquina, por ejemplo, una Unidad de Potencia Auxiliar (APU), instalada en el cono de cola de la aeronave (extremo trasero).
Un objeto de la invención es mejorar la aerodinámica de la entrada de la capa límite del fuselaje del cono de cola, así como la aerodinámica de la APU o la admisión de aire de la turbomáquina, con el fin de reducir el arrastre creado por su instalación en el fuselaje trasero y mejorar la recuperación de presión en la APU o entrada de la turbomáquina.
Antecedentes de la invención
Las aeronaves comerciales modernos incorporan una Unidad de Potencia Auxiliar (APU), que es principalmente una turbomáquina, instalada en el cono de cola de la aeronave (Figura 1) y alojada dentro de un compartimento de APU. Esta turbomáquina comprende una turbina, un compresor neumático y/o una bomba hidráulica, una caja de engranajes y uno o varios generadores eléctricos, con el fin de proporcionar potencia eléctrica, neumática o hidráulica, o una combinación de la misma a la aeronave.
Para la operación de turbomáquina, convencionalmente se proporciona una admisión de aire en la parte inferior o superior de su compartimento diseñado. Las actuales instalaciones de admisión de aire de turbomáquinas consisten en una abertura individual que se extiende sobre un área reducida del fuselaje del cono de cola, y un flap de entrada que abre y cierra esa abertura.
La figura 2 (figura 1 de la publicación de patente europea EP-3025965 A1) muestra un cono de cola de aeronave convencional (1) que incorpora una turbomáquina (en este caso de ejemplo, una APU) admisión de aire (6) y un flap de entrada (7) que sobresale fuera del fuselaje del cono de cola (2), creando así un arrastre significativo. De manera convencional, Las admisiones de aire de la APU están diseñadas con el único fin de proporcionar una admisión de aire RAM para la operación de la APU, pero nunca se han diseñado para mejorar la aerodinámica de las aeronaves, es decir, la aerodinámica de la entrada de aire RAM de la capa límite en la parte trasera de la aeronave, nunca ha sido investigada.
Por último, otro ejemplo del estado de la técnica es US 2007/193277.
Sumario de la invención
La presente invención resuelve los inconvenientes descritos anteriormente de la instalación convencional de la admisión de aire para turbomáquinas ubicada en el extremo trasero de la aeronave, proporcionando un cono de cola de aeronave que incorpora una admisión de aire que se extiende anularmente en un perímetro del fuselaje del cono de cola. La admisión de aire se extiende por todo el perímetro del fuselaje del cono de cola, por lo tanto, podría considerarse como una admisión de aire anular o, alternativamente, podría definirse como una admisión de aire circunferencial. La admisión de aire se extiende por todo el perímetro del fuselaje del cono de cola con el fin de maximizar el área de entrada de aire y para una mejor distribución del aire introducido en el compartimento de la turbomáquina.
Un aspecto de la invención se refiere a un cono de cola de aeronave que comprende un fuselaje de cono de cola, un compartimento de turbomáquina dentro del fuselaje del cono de cola, una turbomáquina alojada dentro de su compartimento, y una admisión de aire RAM en el fuselaje del cono de cola para la entrada de aire RAM hacia el interior del compartimento de la turbomáquina. Preferentemente, la turbomáquina es una Unidad de Potencia Auxiliar (APU).
De acuerdo con la invención, la admisión de aire RAM se extiende de forma anular a lo largo de todo el perímetro del fuselaje del cono de cola. El cono de cola de la aeronave comprende, además, al menos un flap de entrada que puede accionarse alternativamente desde una posición abierta en la que se permite la entrada de aire RAM a través de la admisión de aire, y una posición cerrada en la que se evita la entrada de aire RAM.
El flap de entrada está configurado de tal modo que en su posición abierta el flap de entrada se encuentra al menos parcialmente dentro del fuselaje del cono de cola, y en su posición cerrada, una superficie del flap de entrada está sustancialmente nivelada (es decir, al mismo nivel o continuo) con la superficie del fuselaje del cono de cola, de modo que el flap de entrada nunca sobresalga del fuselaje del cono de cola y no se genere ningún arrastre debido a la admisión de aire.
Por lo tanto, la presente invención involucra dos aspectos:
- Una ruta de entrada alternativa para la capa límite con el fin de mejorar aerodinámicamente el cono de cola y reducir el arrastre de la aeronave, y
- Una admisión de aire de turbomáquina con un arrastre reducido en comparación con los diseños tradicionales.
Breve descripción de los dibujos
Las realizaciones preferentes de la invención, se describen en adelante con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
Figura 1.- muestra una vista en alzado lateral de una aeronave comercial de la técnica anterior, en la que se identifica la ubicación del cono de cola.
Figura 2.- muestra una representación esquemática en una vista en alzado lateral de un compartimento de APU de acuerdo con la técnica anterior.
Figura 3.- muestra una representación esquemática en una vista en alzado lateral de un cono de cola de aeronave de acuerdo con la invención. Las flechas ilustran la entrada de aire RAM hacia el compartimento de la turbomáquina.
Figura 4.- muestra una representación esquemática de un flap de entrada de acuerdo con la invención.
Figura 5.- muestra una representación esquemática en perspectiva, de una admisión de entrada de aire anular de acuerdo con la invención. La posición abierta y cerrada de un flap de entrada se representa en la figura, en la que la posición cerrada se muestra en líneas discontinuas y la posición abierta del flap de entrada se representa en línea continua.
Figura 6.- muestra una vista en alzado del actuador del flap de entrada de acuerdo con una realización preferente de la invención.
Figura 7.- muestra una representación esquemática de un anillo de actuadores de flap de acuerdo con una realización preferente de la invención.
Realización preferente de la invención
La figura 3 muestra un cono de cola de aeronave (1) que comprende un fuselaje de cono de cola (2) y un compartimento de turbomáquina (3) dentro del fuselaje de cono de cola (1). Una turbomáquina (4) está alojada dentro del compartimiento de la turbomáquina (3) de tal manera que los gases de combustión se descargan al exterior a través de un escape (5).
El cono de cola (1) incorpora una admisión de aire anular (6) que se extiende anularmente a lo largo de todo un perímetro del fuselaje del cono de cola (2) como se muestra en las figuras 3 y 5. El perímetro se entenderá colocado en un plano transversal al eje longitudinal (X) del cono de cola (1).
Asimismo, el cono de cola de la aeronave (1) comprende una pluralidad de flaps de entrada (7) adyacentes entre sí y operables recíprocamente desde una posición abierta en la que se permite la entrada de aire RAM hacia el interior del compartimiento de la turbomáquina (ver flechas en la figura 3), y una posición cerrada (representada con líneas de puntos en la figura 3) en la que se evita la entrada de aire RAM. Preferentemente, toda la admisión de aire anular (6) está cubierta por flaps de entrada (7) que se mueven simultáneamente, de tal manera que, en la posición abierta, El aire RAM entra alrededor de la admisión de aire anular (6).
Como se representa en la parte superior de la figura 3, los flaps de entrada (7) están configurados tal como en su posición abierta, se reciben en el interior del fuselaje del cono de cola (2). En su posición cerrada, una superficie exterior de los flaps de entrada (7) está sustancialmente nivelada con el fuselaje del cono de cola (2) (ver figura 5), tal como la superficie del fuselaje del cono de cola (2) es continua en el área de admisión de aire, y no se genera ningún arrastre porque ningún elemento sobresale fuera del fuselaje.
Tal y como se muestra en la figura 4, cada flap de entrada (7) es un cuerpo curvo que tiene un borde de ataque (9) y un borde de salida (10) que es más delgado que el borde de ataque (9). La curvatura de cada flap de entrada (7) coincide con la curvatura y forma de una sección particular de la admisión de aire anular (6). Hay un punto de pivote (8) cerca del borde de ataque (9) y un punto de actuación (11) cerca del borde de salida (10). Cada flap de entrada (7) se fija al cono de cola en el punto de pivote (8), y actuando en el punto de actuación (11), el flap de entrada (7) pivota alrededor del punto de pivote (8) para moverse alternativamente desde la posición abierta a la posición cerrada como se representa en la figura 5.
Hay muchas formas posibles de operar los flaps de entrada (7). Las figuras 6 y 7 muestran una realización de ejemplo de un mecanismo de actuación, que comprende una palanca en forma de L (12) que tiene un primer y un segundo brazos en ángulo (12a, 12b) con respecto a un punto de pivote (13). El primer brazo (12a) tiene un punto de pivote (14) y el segundo brazo (12b) tiene una ranura (15), de tal manera que un brazo recto (16) tiene un primer extremo (17) articulado en la ranura (15) y un segundo extremo articulado con el punto de actuación (11) del flap de entrada (7).
Incluso si solo un flap de entrada (7) y solo un mecanismo de actuación están representados en las figuras 5 a 7 por el bien de la claridad de las figuras, debe entenderse que, en una realización práctica, una pluralidad de flaps de entrada (7) acoplados con los respectivos mecanismos de actuación, se instalan alrededor de la admisión de aire anular (6).
Un anillo de actuación (18) se coloca verticalmente en el cono de cola y se adapta para moverse horizontalmente como se ilustra en la figura 7. El anillo de actuación (18) se inserta en el punto de pivote (14) de todas las palancas (12) de manera que al mover el anillo de actuación (18) hacia adelante (hacia la izquierda en la figura 7), todas las palancas (12) se moverían en el sentido de las agujas del reloj y los brazos (16) tirarían del flap de entrada (7) hacia abajo hasta la posición abierta. Para mover los flaps de entrada (7) a la posición cerrada, el anillo de actuación (18) se mueve hacia atrás (hacia la derecha en la figura 7) de modo que todas las palancas (12) se muevan en sentido antihorario, y los brazos (16) empujen todas los flaps de entrada (7) hacia arriba hasta la posición cerrada.
Un actuador (19), por ejemplo, un cilindro hidráulico o neumático, acoplado con el anillo de actuación (18) se encarga de mover el anillo de actuación (18).
El mecanismo descrito anteriormente para operar (abrir y cerrar) las admisiones de aire anulares, proporciona redundancia para que el sistema pueda operar incluso si uno o más de los actuadores individuales falla, mejorando de este modo la fiabilidad del sistema.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Un cono de cola de aeronave (1) que comprende:
un fuselaje de cono de cola (2),
un compartimento de turbomáquina (3) dentro del fuselaje del cono de cola (2),
una turbomáquina (4) alojada en el compartimento de la turbomáquina (3),
una admisión de aire RAM (6) en el fuselaje del cono de cola (2) para una entrada de aire RAM hacia el interior del compartimento de la turbomáquina (3),
al menos un flap de entrada (7) operable alternativamente desde una posición abierta en la que se permite la entrada de aire RAM, y una posición cerrada en la que se evita la entrada de aire RAM,
en el que el flap de entrada (7) está configurado de tal manera que, en su posición abierta, el flap de entrada (7) está ubicado al menos parcialmente dentro del fuselaje de cono de cola (2), y en su posición cerrada una superficie del flap de entrada (7) está sustancialmente al ras con una superficie de fuselaje de cono de cola (2), caracterizado porque la admisión de aire RAM (6) se extiende de forma anular a lo largo de todo el perímetro del fuselaje del cono de cola (2).
2. Un cono de cola de aeronave (1) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende una pluralidad de flaps de entrada (7) adyacentes entre sí y que cubren la admisión de aire RAM (6) en su posición cerrada.
3. Un cono de cola de aeronave (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además al menos un mecanismo de actuación (12, 16) configurado para mover el al menos un flap de entrada (7) desde la posición abierta a la cerrada.
4. Un cono de cola de aeronave (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada flap de entrada (7) es un cuerpo curvo que tiene un borde de ataque (9) y un borde de salida (10) que es más delgado que el borde de ataque (9), y un punto de pivote (8) cerca del borde de ataque (9) de modo que el flap de entrada (7) puede pivotar alrededor del punto de pivote (8) para moverse alternativamente desde la posición abierta a la posición cerrada.
5. Un cono de cola de aeronave (1) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que cada mecanismo de actuación comprende una palanca en forma de L (12) que tiene un primer y un segundo brazos en ángulo (12a, 12b) con respecto a un punto de pivote (13), en el que el primer brazo (13a) tiene un punto de pivote (14), y el segundo brazo (13b) tiene una ranura (15), y en el que un brazo recto (16) tiene un primer extremo (17) montado en la ranura (15), y un segundo extremo acoplado a un punto de actuación (11) del al menos un flap de entrada (7).
6. Un cono de cola de aeronave (1) de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende además un anillo de actuación (18) colocado verticalmente en el cono de cola de la aeronave (1) y adaptado para moverse horizontalmente, y en el que el anillo de actuación (18) se inserta a través del punto de pivote (14) de todas las palancas (12) para mover todas las palancas (12) simultáneamente.
7. Un cono de cola de aeronave (1) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el mecanismo de actuación está configurado de modo que, al mover el anillo de actuación (18) hacia adelante, todas las palancas (12) se mueven en el sentido de las agujas del reloj y los brazos (16) tirarían del flap de entrada (7) hacia abajo hasta la posición abierta, y al mover el anillo de actuación (18) hacia atrás todas las palancas (12) se moverían en sentido antihorario y los brazos (16) empujarían todos los flaps de entrada (7) hacia arriba hasta la posición cerrada.
8. Un cono de cola de aeronave (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la turbomáquina es una Unidad de Potencia Auxiliar.
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