ES2934135T3 - Aeronave VTOL con hélices elevadoras superpuestas - Google Patents

Abstract

Una aeronave de ala fija de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) que tiene hélices superpuestas (131, 133, 135, 137) dispuestas en una superficie superior de cada uno de los soportes laterales izquierdo y derecho (130) que conectan las alas principal y secundaria izquierda y derecha (122, 124) y estabilizadores verticales colgantes bajos (140) dispuestos en la parte trasera de la aeronave. Una aeronave de ala fija de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) que tiene una pluralidad de hélices (131, 133, 135, 137) dispuestas en una superficie superior de cada uno de los soportes laterales izquierdo y derecho (130) que conectan los soportes principales izquierdo y derecho y alas secundarias (122, 124), en las que las hélices (134, 138) dispuestas en el extremo trasero de la aeronave están desplazadas verticalmente con respecto a las otras hélices. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aeronave VTOL con hélices elevadoras superpuestas

REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS

Esta solicitud presenta la solicitud de patente estadounidense n.° 16/281.020, la solicitud de patente estadounidense n.° 15/950.123, y la solicitud de patente provisional estadounidense n.° 62/623.413.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una aeronave de despegue y aterrizaje vertical (VTOL), y más particularmente, a una configuración de cola de una aeronave de ala fija VTOL.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Se han propuesto drones aéreos, tripulados o no tripulados, grandes o pequeños, para realizar diversas misiones y funciones. Sin embargo, sus misiones y funciones a menudo están limitadas por el intervalo de desplazamiento y la resistencia del dron. Existe una necesidad continua de un dron que sea lo suficientemente eficiente para desplazarse distancias más largas.

Además, se conoce que algunos drones aéreos transportan personas y se conoce que algunos drones aéreos transportan carga. Cada uno de estos dos tipos de drones tiene sus desafíos únicos para funcionar de manera eficaz y eficiente.

El documento US 2018/ 305005 A1 se refiere a una aeronave de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) que tiene tres superficies de elevación y sistemas de elevación y crucero independientes. La aeronave VTOL puede incluir brazos de rotor primero y segundo y una pluralidad de rotores de elevación para producir una fuerza de empuje de elevación. La pluralidad de rotores de elevación incluye una primera pluralidad de rotores de elevación colocados en el primer brazo de rotor y una segunda pluralidad de rotores de elevación colocados en el segundo brazo de rotor. El documento US 2006/ 151 666 A1 se refiere a un sistema de propulsión VTOL con al menos un propulsor delantero, una fuente de energía utilizada tanto para el sistema de propulsión VTOL como para el propulsor delantero, alas frontales y traseras y una pluralidad de largueros unidos a y que abarcan el espacio entre las dos alas. El sistema de propulsión VTOL incluye una pluralidad de celdas VTOL (que incluyen un motor, un controlador de motor y una hélice) unidas en una relación espaciada a lo largo de cada larguero. El documento US 2019/ 061 968 A1 se relaciona con un dron de larga distancia que tiene un estilo de cuerpo canard. El documento US 2019/ 047342 A1 se relaciona con un sistema de transporte integrado con capacidades de despegue y aterrizaje vertical, que utiliza múltiples componentes comunes de tierra, cápsula y vuelo. El documento CN 107 571 994 A se refiere a una aeronave que tiene un rotor basculante instalado en un tren de aterrizaje.

Existe una necesidad continua de nuevas formas de transportar personas y/o carga de manera eficaz y eficiente. BREVE SUMARIO DE LA INVENCIÓN

En particular, como implementación general, se proporciona una aeronave VTOL (despegue y aterrizaje vertical) que tiene las características definidas en la reivindicación 1.

En una realización, desde una vista desde arriba directa, un intervalo de movimiento rotatorio de la hélice superior de cola izquierda se superpone parcial y visualmente con un intervalo de movimiento rotatorio de la hélice más trasera de las al menos dos hélices elevadoras dispuestas en el soporte lineal izquierdo.

En otra realización, las alas secundarias izquierda y derecha pueden ser alas frontales dispuestas delante de las alas principales izquierda y derecha, adaptando de este modo un estilo de cuerpo canard.

En otra realización, puede existir una cápsula unida de forma desmontable al cuerpo, en el que la cápsula puede ser una cápsula de pasajeros o una cápsula de carga.

En otra realización, pueden existir ruedas motorizadas dispuestas en la cápsula que permitan que la cápsula se mueva a través de una superficie.

En otra realización, cada uno de los soportes lineales izquierdo y derecho puede extenderse hacia atrás más allá de las alas principales izquierda y derecha, en el que las alas principales izquierda y derecha pueden ser un par de alas más traseras.

En otra realización, puede existir un estabilizador vertical izquierdo dispuesto en un extremo trasero del soporte lineal izquierdo, en el que la hélice superior de cola izquierda puede estar dispuesta en un extremo superior del estabilizador vertical izquierdo.

En todavía otra realización, el estabilizador vertical izquierdo puede tener una parte inferior que se extiende hacia abajo más allá del primer plano horizontal.

En otra realización, puede existir un tren de aterrizaje dispuesto en un extremo inferior de la parte inferior. El tren de aterrizaje puede ser cualquier tipo conocido de tren de aterrizaje, por ejemplo patines y ruedas.

En todavía otra realización, el estabilizador vertical izquierdo puede tener un borde de ataque frontal que se extiende en una dirección hacia adelante más allá de un eje de la hélice más trasera fuera de las al menos dos hélices elevadoras dispuestas en el soporte lineal izquierdo.

Además, se proporciona una aeronave VTOL que tiene las características definidas en la reivindicación 11.

En una realización particular, las hélices elevadoras están dispuestas únicamente en el lado superior de los soportes lineales, y ninguna está dispuesta en el lado inferior de los soportes lineales. En aún otras realizaciones, algunas hélices están dispuestas en el lado superior mientras que otras hélices están dispuestas en el lado inferior de los soportes lineales.

Además, se contempla que un radio de la hélice superior de cola izquierda sea el mismo que un radio de cada una de las al menos dos hélices elevadoras en el soporte lineal izquierdo. En algunas realizaciones, todas las hélices de la aeronave VTOL que tiene un plano de movimiento horizontal tienen el mismo radio.

Algunas realizaciones contemplan una cápsula desmontable acoplada al cuerpo, en la que la cápsula puede ser una cápsula de pasajeros o una cápsula de carga. La cápsula también puede realizar otras funciones además de transportar pasajeros o carga. Por ejemplo, puede contener dispositivos de grabación, dispositivos sensoriales u otros dispositivos electrónicos.

Algunas realizaciones de las cápsulas pueden incluir ruedas motorizadas acopladas a la cápsula que permiten que la cápsula se mueva a través de una superficie esté o no unida al cuerpo de la aeronave VTOL. La cápsula puede moverse bajo la dirección de un conductor/piloto a bordo, o bajo la dirección de alguien de forma remota. La cápsula también puede moverse de forma autónoma.

Se contempla que puede existir una hélice de empuje acoplada a la cápsula, al cuerpo de la aeronave, o a ambos. El extremo trasero contemplado de la aeronave VTOL puede tener un estabilizador vertical que tiene una parte superior que se extiende hacia arriba más allá de una posición horizontal del soporte lineal. Se puede disponer una hélice de cola superior en el extremo superior de la parte superior.

Se contempla que la aeronave VTOL tenga ciertas realizaciones que tengan un tren de aterrizaje frontal retráctil o plegable dispuesto en un extremo frontal inferior del cuerpo. En determinadas realizaciones, este tren de aterrizaje retráctil puede tener un cuerpo alargado con patín.

Se contempla que la aeronave VTOL tenga ciertas realizaciones que tengan un tren de aterrizaje trasero que pueda retraerse en la parte inferior de cada estabilizador vertical. En determinadas realizaciones, este tren de aterrizaje trasero puede ser un patín o una rueda.

Ciertas características que se describen en esta memoria descriptiva en el contexto de implementaciones separadas también se pueden implementar en combinación en una sola implementación.

Por el contrario, varias características que se describen en el contexto de una sola implementación también se pueden implementar en múltiples implementaciones por separado o en cualquier subcombinación adecuada. Los detalles de una o más implementaciones del contenido descrito en esta invención se exponen en los dibujos adjuntos y la descripción a continuación. Otras características, aspectos y ventajas del contenido serán evidentes a partir de la descripción, los dibujos y las reivindicaciones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Cabe señalar que las figuras del dibujo pueden estar en forma simplificada y pueden no estar a escala precisa. En referencia a la invención del presente documento, solo para fines de conveniencia y claridad, los términos direccionales como arriba, abajo, izquierdo, derecho, superior, inferior, sobre, por encima, por debajo, debajo, trasero, frontal, distal y proximal se usan con respecto a los dibujos adjuntos. Dichos términos direccionales no deben interpretarse como limitantes del alcance de la realización de ninguna manera.

La figura 1 es una vista en perspectiva del lado inferior de una realización de una aeronave de ala fija VTOL que tiene hélices superpuestas elevadas en su extremo trasero.

La figura 2 es una vista lateral de una realización de una aeronave de ala fija VTOL que tiene hélices superpuestas elevadas en su extremo trasero.

La figura 3 es una vista desde arriba de una realización de una aeronave de ala fija VTOL que tiene hélices superpuestas elevadas en su extremo trasero.

La figura 4 es una vista desde abajo de una realización de una aeronave de ala fija VTOL que tiene hélices superpuestas elevadas en su extremo trasero.

La figura 5 es una vista lateral detallada de una realización del extremo trasero de la aeronave de ala fija VTOL contemplada.

La figura 6 es una vista desde arriba detallada de una realización del extremo trasero de la aeronave de ala fija VTOL contemplada que muestra hélices superpuestas elevadas.

La figura 7 es una vista en perspectiva desde arriba de una realización de una aeronave de ala fija VTOL que tiene hélices superpuestas elevadas en su extremo trasero.

La figura 8 es una vista frontal de una realización de una aeronave de ala fija VTOL que tiene hélices superpuestas elevadas en su extremo trasero.

La figura 9 es una vista trasera de una realización de una aeronave de ala fija VTOL que tiene hélices superpuestas elevadas en su extremo trasero.

La figura 10 es una vista lateral de otra realización de la aeronave de ala fija VTOL que tiene una cápsula de pasajeros.

La figura 11 es una vista en perspectiva lateral desde arriba de la aeronave de ala fija VTOL de la figura 10. La figura 12 es una vista desde arriba de la aeronave de ala fija VTOL de la figura 10.

La figura 13 es una vista desde abajo de la aeronave de ala fija VTOL de la figura 10.

La figura 14 es una vista en perspectiva desde abajo de la aeronave de ala fija VTOL de la figura 10. La figura 15A es una vista frontal de la aeronave de ala fija VTOL de la figura 10.

La figura 15B es una vista trasera de la aeronave de ala fija VTOL de la figura 10.

La figura 16 es una vista lateral de otra realización de la aeronave de ala fija VTOL con hélices superpuestas elevadas que utiliza una cápsula de carga intercambiable.

La figura 17 es una vista lateral de la aeronave de ala fija VTOL de la figura 16 con la cápsula de carga retirada.

La figura 18 es una vista en perspectiva desde arriba de la aeronave de ala fija VTOL de la figura 16 con la cápsula de carga retirada.

La figura 19 es una vista desde arriba de la aeronave de ala fija VTOL de la figura 16 con una cápsula de carga acoplada.

La figura 20 es una vista frontal de la aeronave de ala fija VTOL de la figura 16 con una cápsula de carga acoplada.

La figura 21 es una vista trasera de la aeronave de ala fija VTOL de la figura 16 con una cápsula de carga acoplada.

La figura 22 es una vista en perspectiva desde arriba de la aeronave de ala fija VTOL de la figura 16 con una cápsula de carga acoplada.

La siguiente lista de elementos en el dibujo puede ser una guía útil al hacer referencia a los elementos de las figuras del dibujo:

100 Aeronave VTOL

110 Cuerpo

112 Cámara

122 Ala secundaria

124 Ala principal

130 Soporte lineal

131 Primera hélice elevadora

132 Segunda hélice elevadora

133 Tercera hélice elevadora

134 Cuarta hélice elevadora/hélice de cola superior

135 Quinta hélice elevadora

136 Sexta hélice elevadora

137 Séptima hélice elevadora

138 Octava hélice elevadora/hélice de cola superior

139 Hélice de empuje

140 Estabilizador vertical de cola

142 Parte superior

144 Parte inferior

145 Extremo de cola del soporte lineal

146 Borde de ataque frontal

147 Extremo terminal frontal

148 Desplazamiento vertical

149 Desplazamiento horizontal

150 Alojamiento de motor

162 T ren de aterrizaje frontal

164 T ren de aterrizaje trasero

200 Aeronave VTOL

210 Cuerpo

222 Ala secundaria

224 Ala principal

230 Soporte lineal

233 Tercera hélice elevadora

234 Cuarta hélice elevadora/hélice superior de cola

238 Octava hélice elevadora/hélice superior de cola

239 Hélice de empuje

240 Estabilizador vertical de cola

242 Parte superior

244 Parte inferior

245 Extremo de cola del soporte lineal

246 Borde de ataque frontal

247 Extremo terminal frontal

260 Cápsula de pasajeros

262 Tren de aterrizaje frontal

264 Tren de aterrizaje trasero

265 Rueda

268 Alojamiento de motor de la rueda

300 Aeronave VTOL

310 Cuerpo

322 Ala secundaria

324 Ala principal

330 Soporte lineal

339 Hélice de empuje

340 Estabilizador vertical de cola

342 Parte superior

344 Parte inferior

345 Extremo de cola del soporte lineal

346 Borde de ataque frontal

347 Extremo terminal frontal

360 Cápsula de carga

362 Tren de aterrizaje frontal

A1 Eje 1

A2 Eje 2

R1 Radio 1

R2 Radio 2

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES

Ahora se pueden comprender mejor los diferentes aspectos de las diversas realizaciones recurriendo a la siguiente descripción detallada de las realizaciones que se presentan como ejemplos ilustrados de las realizaciones definidas en las reivindicaciones. Se entiende expresamente que las realizaciones definidas por las reivindicaciones pueden ser más amplias que las realizaciones ilustradas que se describen a continuación.

Las palabras utilizadas en esta memoria descriptiva para describir las diversas realizaciones deben entenderse no solo en el sentido de sus significados comúnmente definidos, sino que incluyen por definición especial en esta estructura de memoria descriptiva, material o actos más allá del alcance de los significados comúnmente definidos. Por lo tanto, si un elemento puede entenderse en el contexto de esta memoria descriptiva como si incluyera más de un significado, entonces su uso en una reivindicación debe entenderse como genérico para todos los posibles significados respaldados por la memoria descriptiva y por la propia palabra.

El término “dron” se define como un sistema de transporte volador de cualquier tamaño que tiene al menos una hélice elevadora como fuente de propulsión. El término “dron” puede incluir sistemas de transporte voladores “tripulados” y “no tripulados”. Un dron tripulado puede significar un sistema de transporte volador que transporta a uno o más pasajeros humanos, todos los cuales no tienen control sobre el dron. Un dron tripulado también puede significar un sistema de transporte volador que transporta a uno o más pasajeros humanos, algunos o uno de los cuales tienen control total o parcial sobre el dron. Un dron no tripulado puede significar un sistema de transporte volador que no transporta a ningún pasajero humano y o bien vuela de forma autónoma o es controlado de forma remota por alguien a una distancia del dron.

El término “aeronave VTOL” se define como un sistema de transporte volador de cualquier tamaño que tiene al menos una hélice como fuente de propulsión. El término “aeronave VTOL” puede incluir sistemas de transporte voladores “tripulados” y “no tripulados”. Una aeronave VTOL tripulada puede significar un sistema de transporte volador que transporta uno o más pasajeros humanos, todos los cuales no tienen control sobre la aeronave VTOL. Una aeronave VTOL tripulada también puede significar un sistema de transporte volador que transporta uno o más pasajeros humanos, algunos o uno de los cuales tienen control total o parcial sobre la aeronave VTOL. Una aeronave VTOL no tripulada puede significar un sistema de transporte volador que no transporta a ningún pasajero humano y o bien vuela de forma autónoma o es controlado de forma remota por alguien a una distancia de la aeronave VTOL.

El término “de ala fija” se define como un ala no rotatoria en una aeronave que es capaz de generar elevación causada por la velocidad aerodinámica de avance de la aeronave y la forma de las alas fijas.

La figura 1 representa en general una realización de una aeronave 100 de ala fija VTOL que tiene una configuración canard. Cabe señalar especialmente que, aunque todas las figuras representan una aeronave estilo canard, también se contemplan específicamente otros tipos de aeronaves para implementar muchas de las características inventivas descritas en el presente documento. Por ejemplo, las alas principales se pueden ubicar frente a las alas secundarias.

La aeronave 100 de ala fija VTOL puede tener dos alas 124 principales y dos alas 122 secundarias. En este caso, en la figura 1, las alas 122 secundarias son alas canard. Las dos alas 124 principales y las dos alas 122 secundarias se pueden unir a un cuerpo 110, en el que el cuerpo 110 se puede ubicar solo en una línea longitudinal central de la aeronave 100 VTOL.

En las realizaciones mostradas en las figuras 1-9, cada una de las alas 122 secundarias tiene una longitud no superior a la mitad de la longitud de cada una de las alas 124 principales. De manera similar, en las realizaciones que se muestran en las figuras 10-22, cada una de las alas 222, 322 secundarias tiene una longitud no superior a la mitad de la longitud de cada una de las alas 224, 324 principales, respectivamente. También se contemplan específicamente alas 122 secundarias de mayor longitud. Por ejemplo, las alas 122 secundarias pueden tener una longitud igual o mayor que la longitud de las alas 124 principales.

También puede existir un soporte 130 lineal izquierdo dispuesto paralelo al cuerpo 110, y el soporte 130 lineal izquierdo puede conectar el ala 124 principal izquierda con el ala 122 secundaria izquierda. De manera similar, también puede existir un soporte 130 lineal derecho dispuesto en paralelo al cuerpo 110 y el soporte 130 lineal derecho puede conectar el ala 124 principal derecha al ala 122 secundaria derecha.

Los soportes 130 lineales izquierdo y derecho pueden mejorar la integridad estructural de la aeronave 100. En otras realizaciones, los soportes 130 lineales izquierdo y derecho pueden alojar motores impulsores (no mostrados), cada uno de los cuales acciona cada una de las hélices 131, 132, 133, 135, 136, 137 elevadoras.

En una realización, cada uno de los soportes 130 lineales izquierdo y derecho está unido a los extremos distales de las alas 122 secundarias izquierda y derecha respectivas. En todavía otra realización, cada uno de los soportes 130 lineales izquierdo y derecho se extiende más allá de las alas 122 secundarias (que se muestran en figura 4).

En una realización, los soportes 130 lineales izquierdo y derecho están unidos cerca de la sección media de las alas 124 principales izquierda y derecha, respectivamente. En todavía otra realización, los soportes 130 lineales izquierdo y derecho se extienden en dirección hacia atrás más allá de las alas 124 principales (que se muestran en la figura 4).

Se contempla que el soporte 130 lineal izquierdo tenga un diámetro relativamente estrecho y puede tener una pluralidad de hélices 131, 132, 133 elevadoras dispuestas en el lado superior, en el lado inferior o en ambos del soporte 130 lineal izquierdo.

En la realización particular representada en la figura 1, las hélices 131, 132, 133 elevadoras están dispuestas solo en el lado superior del soporte 130 lineal izquierdo. En algunas realizaciones, no habrá hélices elevadoras dispuestas en el lado inferior del soporte 130 lineal.

Como se mencionó anteriormente, estas hélices 131, 132, 133, 135, 136, 137 elevadoras pueden accionarse individualmente por un motor de perfil bajo designado dispuesto dentro de un interior hueco del soporte 130 lineal izquierdo. Asimismo, el soporte 130 lineal derecho se contempla ser similar en construcción y configuración.

Durante el vuelo a alta velocidad, las seis hélices 131, 132, 133, 135, 136, 137 elevadoras pueden bloquearse en su posición para que cada pala esté en una posición fija paralela al soporte 130 lineal (como se muestra en la figura 3). Dependiendo de la utilidad prevista de la aeronave 100 de ala fija VTOL, el cuerpo 110 puede tener un equipo de comunicación o un equipo sensorial como una cámara 112.

Con referencia ahora a la figura 2, la aeronave 100 VTOL puede tener al menos una hélice 139 de empuje para proporcionar empuje durante el vuelo en la dirección hacia adelante. En la realización que se muestra en la figura 2, la hélice 139 de empuje se proporciona en el extremo trasero del cuerpo 110. La hélice de empuje también puede estar dispuesta en otro lugar (no se muestra) en la aeronave 100, 200, 300 o ser parte de una cápsula 260, 360 desmontable (no se muestra). Cuando dicha cápsula 260, 360 (que tiene su propia hélice de empuje) se une al cuerpo 210 de la figura 10, la hélice 262 de empuje puede proporcionar empuje durante el vuelo.

Con referencia ahora a la figura 2, se contempla que la aeronave 100 de ala fija VTOL use cualquier tipo de tren 162 de aterrizaje frontal y tren 164 de aterrizaje trasero. En una realización, la aeronave 100 VTOL puede tener al menos un soporte para las piernas como tren 162 de aterrizaje frontal. Alternativa u opcionalmente, el tren de aterrizaje frontal puede tener un patín o una rueda. El patín puede ser un resorte de hoja de una sola lámina. El tren 162 de aterrizaje frontal puede disponerse en y extenderse desde el lado inferior frontal del cuerpo 110. En una realización, el tren 162 de aterrizaje frontal puede plegarse o retraerse parcial o totalmente dentro del cuerpo 110 durante el vuelo. En cuanto al tren 164 de aterrizaje trasero, las realizaciones de las figuras 1,2 y 5 tienen cada una una rueda en la parte 144 inferior de cada estabilizador 140 vertical de cola. Esta rueda puede ser retráctil o no retráctil.

También se contemplan otros tipos de trenes de aterrizaje para cualquiera de las realizaciones dadas a conocer, como los mostrados en las figuras 10-22. Con referencia ahora a las figuras 10-22, cada aeronave 200, 300 VTOL puede usar al menos una pata (262 y 362) frontal. Cada una de las patas 262, 362 frontales puede tener opcionalmente patines o ruedas. Cada uno de estos patines puede ser un resorte de hoja de una sola lámina. La pata 262, 362 frontal se puede disponer en el lado inferior frontal del cuerpo 210, 310. La pata 262, 362 frontal también se puede plegar o retraer (parcial o totalmente) en el cuerpo 210, 310 durante el vuelo. En cuanto al tren 264 de aterrizaje trasero en las realizaciones que se muestran en las figuras 10-15, se proporcionan dos patas, cada una de las cuales puede o no retraerse o recuperarse (parcial o totalmente) en el espacio interior de los estabilizadores 244 verticales izquierdo y derecho durante el vuelo. En cuanto al tren 364 de aterrizaje trasero en las realizaciones que se muestran en las figuras 16-22, la punta inferior de sus estabilizadores 340 verticales se puede usar como tren 364 de aterrizaje trasero. Opcionalmente, se pueden proporcionar ruedas como se muestra.

Los resortes de hoja de lámina única contemplados mencionados en el presente documento pueden estar hechos de cualquier material adecuado para proporcionar suficiente elasticidad e integridad. Dicho material puede incluir polímeros naturales y sintéticos, varios metales y aleaciones de metales, materiales naturales, fibras textiles y todas las combinaciones razonables de los mismos. En una realización, se usa fibra de carbono.

En los extremos traseros de cada soporte 130, 230, 330 lineal se puede proporcionar un estabilizador 140, 240, 340 vertical, respectivamente. Como se describirá a continuación, se contempla que estos estabilizadores 140, 240, 340 verticales tengan varios tamaños, formas y configuraciones.

La figura 5 representa en general la estructura básica de una realización del estabilizador 140 vertical según una de las realizaciones dadas a conocer. El estabilizador 140 vertical puede tener una parte 142 superior que se ubica verticalmente por encima de la posición horizontal del soporte 130 lineal (como se define por el eje longitudinal del soporte 130 lineal). En otras palabras, la parte 142 superior puede ser una parte del estabilizador 140 vertical de cola que se coloca más alto que el eje longitudinal del soporte 130 lineal. Una cuarta hélice 134 elevadora/hélice superior de cola (véase la figura 3) puede disponerse en la parte más alta de la parte 142 superior. Esta hélice 134 de cola superior puede ser accionada por un motor dispuesto en el alojamiento 150 de motor (véase la figura 2) que está ubicada en la punta superior de la parte 142 superior.

Se contempla que la hélice 134 superior de cola (véase la figura 3) esté desplazada verticalmente desde la posición vertical de la tercera hélice 133 elevadora (véase la figura 3). Con referencia ahora a la figura 5, en una realización, este desplazamiento 148 vertical tiene una distancia no mayor que el radio R2 de la hélice de cola superior. En otra realización, este desplazamiento 148 vertical tiene una distancia mayor que (no se muestra) el radio R2 de la hélice de cola superior. En todavía otra realización, este desplazamiento 148 vertical tiene una distancia sustancialmente igual (no mostrada) al radio R2 de la hélice de cola superior.

Se contempla que la tercera hélice 133 elevadora, o la hélice elevadora más trasera dispuesta sobre el soporte 130 lineal, esté dispuesta sobre el soporte 130 lineal de modo que sus palas estén sustancialmente cerca de la superficie superior del soporte 130 lineal. En otras palabras, el plano de rotación de sus palas puede estar sustancialmente cerca de la superficie superior del soporte 130 lineal. En la figura 5, las palas de la tercera hélice 133 elevadora rotan alrededor del eje A1 que está desplazado horizontalmente del eje A2 de la hélice 134 de cola superior. En una realización, este desplazamiento 149 horizontal tiene una distancia mayor que el radio R2 de la hélice 134 de cola superior. En todavía otra realización, el radio R2 de la hélice 134 de cola superior no es más que aproximadamente el 75% del desplazamiento 149 horizontal. En todavía otra realización, el radio R2 de la cuarta hélice 134 elevadora no es más de aproximadamente el 60% del desplazamiento 149 horizontal. En otra realización, el radio R2 de la cuarta hélice 134 elevadora no es más de aproximadamente el 50% del desplazamiento 149 horizontal. En todavía otra realización, el radio R2 de la cuarta hélice 134 elevadora es sustancialmente el mismo que el desplazamiento 149 horizontal.

El desplazamiento 149 horizontal y el desplazamiento 148 vertical crean una configuración de hélice elevada en el extremo de cola de la aeronave 100 VTOL en donde dos hélices 133, 134 elevadoras consecutivas están apiladas. Además, las dos hélices 133, 134 elevadoras apiladas tienen sus áreas de rotación de pala parcialmente superpuestas cuando se observan desde arriba hacia abajo (véase la figura 6). En otras palabras, las columnas de aire descendente creadas por cada una de las dos hélices 133, 134 elevadoras apiladas se superponen parcialmente entre sí.

Un experto habitual en la técnica normalmente descartaría un diseño que tenga columnas superpuestas de aire descendente debido a los problemas percibidos que pueden resultar de tal configuración. Estos problemas pueden incluir inestabilidad, turbulencia e ineficiencias. El inventor ha descubierto que dicha superposición puede mejorar la eficiencia energética y la estabilidad del vuelo. En una realización particularmente contemplada, pueden existir dos hileras de hélices elevadoras, no más de cuatro hélices elevadoras en cada hilera. En otra realización, no pueden existir menos de cuatro hélices elevadoras en cada hilera.

La realización a modo de ejemplo de la figura 5 proporciona una parte 144 inferior que se extiende por debajo del eje longitudinal del soporte 130 lineal. El punto más bajo de la parte 144 inferior puede ser tan bajo como el punto más bajo de un tren 162 de aterrizaje frontal. En este De esta forma, la parte 144 inferior puede funcionar como un tren 164 de aterrizaje. Alternativa u opcionalmente, la parte 144 inferior puede tener una rueda (como se muestra en las figuras 1,2, 5 y 7).

Las partes 244 inferiores, como se muestra en las figuras 10-15 proporcionan otras realizaciones a modo de ejemplo en las que el punto más bajo de la parte 244 inferior no es tan bajo como el extremo más bajo de los trenes 262 de aterrizaje frontales. En estas realizaciones, el tren 264 de aterrizaje trasero tiene una longitud que se extiende desde la parte 244 inferior. De esta forma, la longitud del tren 264 de aterrizaje trasero tiene un punto más bajo nivelado horizontalmente con el punto más bajo de los trenes 262 de aterrizaje frontales.

Volviendo ahora a la figura 5, la parte 142 superior y la parte 144 inferior en esta realización particular tienen una transición uniforme porque el extremo 145 de cola del soporte 130 lineal termina en un punto frente a la transición. O de otro modo, el extremo 145 de cola del soporte 130 lineal solo cubre una parte frontal de la transición. Esto crea esencialmente un único estabilizador 140 vertical de cola grande, que puede tener sustancialmente el mismo grosor longitudinalmente en una dirección vertical. Esto puede compararse con los estabilizadores verticales a modo de ejemplo de las figuras 10-22 en los que los extremos 245, 345 de cola de los respectivos soportes 230, 330 lineales terminan en el medio de la transición, o abarcan la transición. De esta manera, los extremos 245, 345 de cola dividen visualmente la parte 242, 342 superior de la parte 244, 344 inferior debido a la superficie abombada visible de los extremos 245, 345 de cola de los soportes 230, 330 lineales. En otra realización, los extremos 245, 345 de cola están colocados hacia atrás más allá del eje A2 de la hélice 234, 238, 334, 338 superior de cola, respectivamente.

La parte 144 inferior tiene un borde 146 de ataque frontal. El borde 146 de ataque frontal contemplado puede tener varios ángulos con respecto al eje longitudinal del soporte 130 lineal. En la realización a modo de ejemplo de la figura 5, el borde 146 de ataque frontal tiene un ángulo de entre 20 grados a 45 grados con respecto al eje longitudinal del soporte 130 lineal. En otras realizaciones, el borde de ataque puede tener un ángulo de más de 45 grados con respecto al eje longitudinal del soporte 130 lineal. En todavía otras realizaciones, el borde de ataque puede ser inferior a 20 grados con respecto al eje longitudinal del soporte 130 lineal. De manera similar para las figuras 10-22, los bordes 246, 246 de ataque pueden tener varios grados de ángulo con respecto al eje longitudinal del soporte 130 lineal.

El borde 146 de ataque frontal a modo de ejemplo en la figura 5 tiene un extremo 147 terminal frontal colocado delante del eje A1 de la tercera hélice 133 elevadora. Esta configuración proporciona un área de superficie mucho mayor a la parte 144 inferior en comparación con la superficie de la parte 142 superior. De manera similar, los bordes 246, 346 de ataque a modo de ejemplo en las figuras 10-22 tienen cada uno un extremo 247, 347 terminal frontal colocado alineado con el eje A1 de la tercera hélice 233, 333 elevadora. Esta configuración proporciona un área de superficie similarmente mayor a la parte 244, 344 inferior en comparación con la superficie de la parte 242, 342 superior. En una realización, la relación entre el área superficial de la parte 142, 242, 342 superior y el área superficial de su parte 144, 244, 344 inferior respectiva es 1:al menos 2. En otra realización, la relación es 1:al menos 3. En una realización adicional, la relación es 1:1-2. En todavía otras realizaciones, la relación es 1:como máximo 1.

Con referencia ahora a la figura 6, se muestra una realización a modo de ejemplo en la que los ejes A1, A2 de las dos hélices 133, 134 elevadoras apiladas están alineados a lo largo del eje longitudinal del soporte 130 lineal.

Debe entenderse que los ángulos y las relaciones de cobertura descritos anteriormente son a modo de ejemplo y cualquier otro ángulo/tasa de cobertura puede adoptarse en varias realizaciones de esta invención.

En las realizaciones mostradas en las figuras 1-22, la aeronave 100, 200, 300 de ala fija VTOL no tiene superficies de control. En otras palabras, sus estabilizadores 140, 240, 340 verticales de cola no tienen timón y sus alas 124, 224, 324 principales no tienen alerones ni aletas. Otras realizaciones pueden contemplar tener al menos uno de alerones, aletas y timón.

En las realizaciones mostradas en las figuras 10-22, puede existir una cápsula 260, 360 unida de manera desmontable debajo del cuerpo 210, 310 de la aeronave 200, 300 VTOL, respectivamente. En otra realización, estas cápsulas 260, 360 se pueden unir de forma fija al cuerpo 210, 310 y no se pueden desacoplar fácilmente del cuerpo 210, 310, respectivamente.

La cápsula puede ser una cápsula 260 de pasajeros o una cápsula 360 de carga. Con la cápsula 260, 360 desacoplada del cuerpo 210, 310, la aeronave VTOL puede denominarse plataforma voladora. La plataforma voladora puede volar sin portar una cápsula 260, 360 y puede portar indistintamente diferentes cápsulas 260, 360. En los ejemplos que se muestran, todas las cápsulas 260, 360 se portan respectivamente debajo del cuerpo 210, 310. Una cápsula 260, 360 se puede cargar primero con pasajeros y/o carga en tierra y antes o después de que el cuerpo 210, 310 se una a la cápsula 260, 360.

El enganche y desenganche respectivos entre el cuerpo 210, 310 y las cápsulas 260, 360 se pueden realizar de forma autónoma (sin la intervención simultánea del usuario) por un ordenador y/u otros sensores y dispositivos informáticos. Alternativa u opcionalmente, un usuario humano puede controlar y dirigir activamente el enganche y desenganche entre la aeronave 200, 300 VTOL y las cápsulas 260, 360 respectivas. Este usuario humano puede estar en una ubicación remota, en tierra o ubicado dentro de la cápsula 260 de pasajeros.

Como reconocerán los expertos en la técnica, se pueden usar varios tipos diferentes de mecanismos de enganche para fijar las cápsulas 260, 360 al cuerpo 210, 310 respectivo. Por ejemplo, el mecanismo de enganche puede ser cierres mecánicos, cierres magnéticos, pistas y ranuras, o una combinación de cualquier acoplador de enganche conocido.

La figura 10 ilustra una realización en la que la cápsula 260 puede tener ruedas 265 motorizadas unidas a la misma. Una sola unidad de rueda 265 motorizada puede ser impulsada individualmente por un motor designado encerrado en un alojamiento 268 de motor.

La rueda 265 motorizada contemplada puede mover la cápsula 260 por el suelo. Esto permite que una cápsula 260 se aleje o se acerque a una aeronave 200 VTOL.

En algunas realizaciones de las cápsulas 260, 360 dadas a conocer, se puede proporcionar al menos un dispositivo de flotación (no mostrado). El dispositivo de flotación contemplado puede ser del tipo que requiera actuación, es decir, inflado activo con gas u otro material cuando sea necesario. En otras palabras, en esta realización particular, el dispositivo de flotación puede permanecer en un estado desinflado y se infla solo cuando ciertas condiciones activan el inflado. Por ejemplo, el dispositivo de flotación se puede inflar automáticamente durante el aterrizaje en agua.

Pueden implementarse muchos tipos conocidos de mecanismo de inflado o mecanismo de bolsa de aire para lograr las necesidades del dispositivo de flotación dado a conocer. El dispositivo de flotación contemplado puede ser de un tipo que se puede reutilizar, volver a inflar, volver a desinflar, una y otra vez. El dispositivo de flotación contemplado también puede ser de un solo uso.

Ya sea una cápsula 260 de pasajeros, una cápsula 360 de carga o cualquier otro tipo de carga, se contempla especialmente que puede haber una unidad de almacenamiento de energía dispuesta dentro del cuerpo 110, 210, 310 de la aeronave 100, 200, 300 VTOL respectiva. La energía almacenada se puede utilizar para alimentar componentes de la aeronave 100, 200, 300 VTOL, como las hélices elevadoras y las hélices de empuje. La energía almacenada puede ser electricidad y la unidad de almacenamiento puede ser una batería. En otra realización, esta unidad de almacenamiento de energía se puede usar para alimentar accesorios dentro de la cápsula 260, 360. En otras realizaciones específicamente contempladas, la energía puede ser cualquier tipo conocido de fuente de energía y en cualquier estado, por ejemplo, líquido, gaseoso, o gel. Cabe señalar en particular que en algunas realizaciones, al menos un motor en la aeronave 100, 200, 300 VTOL puede ser un motor híbrido, un motor totalmente eléctrico o un motor no eléctrico.

La unidad de almacenamiento de energía contemplada también se puede disponer en otras partes de la aeronave 100, 200, 300 VTOL, como dentro de los soportes 130, 230, 330 lineales.

Alternativa u opcionalmente, puede existir una unidad de almacenamiento de energía dispuesta dentro de la cápsula 260, 260. En tales realizaciones, la energía almacenada en estas unidades de almacenamiento se puede usar para alimentar las hélices elevadoras y la hélice de empuje cuando la cápsula 260, 260 está unida al cuerpo 210, 310 respectivo. Al existir una unidad de almacenamiento de energía en la cápsula 260, 360, la aeronave 200, 300 VTOL respectiva recargaría de manera eficaz su fuente de energía cada vez que la aeronave 200, 300 VTOL se une a una nueva cápsula 260, 360. De esta forma, cuando la aeronave 200, 300 VTOL cambia una cápsula 260, 360 antigua por una nueva cápsula 260, 360, la aeronave 200, 300 VTOL se carga completamente. En una realización, la principal fuente de electricidad para la aeronave 200, 300 VTOL proviene de la unidad de almacenamiento de energía ubicada en la cápsula 260, 360 respectiva.

Por lo tanto, se han dado a conocer realizaciones y aplicaciones específicas de aeronaves de ala fija VTOL. Sin embargo, debería ser evidente para los expertos en la técnica que son posibles muchas más modificaciones además de las ya descritas. Las realizaciones dadas a conocer, por lo tanto, no deben limitarse excepto en el alcance de las reivindicaciones adjuntas. Además, al interpretar tanto la memoria descriptiva como las reivindicaciones, todos los términos deben interpretarse de la manera más amplia posible según el contexto. En particular, los términos “comprende” y “que comprende” deben interpretarse como una referencia a elementos, componentes o etapas de manera no exclusiva, lo que indica que los elementos, componentes o etapas a los que se hace referencia pueden estar presentes, o utilizarse o combinarse con otros elementos, componentes o etapas a los que no se hace referencia expresa.

Por lo tanto, también son posibles sustituciones obvias conocidas ahora o más tarde por un experto en la técnica.

Además, cuando la memoria descriptiva y las reivindicaciones se refieran a al menos uno de algo seleccionado del grupo que consiste en A, B, C... y N, el texto debe interpretarse como que requiere al menos un elemento del grupo que incluye N, no A más N, o B más N, etc.

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Una aeronave VTOL (despegue y aterrizaje vertical) que comprende:

un cuerpo (110);

un ala principal izquierda y un ala principal derecha acopladas al cuerpo (110);

un ala secundaria izquierda y una ala secundaria derecha acopladas al cuerpo (110);

un soporte lineal izquierdo que conecta el ala principal izquierda con el ala secundaria izquierda;

un soporte lineal derecho que conecta el ala principal derecha con el ala secundaria derecha,

en la que el soporte lineal izquierdo es paralelo al soporte lineal derecho;

al menos dos hélices (131, 133, 135, 137) elevadoras dispuestas en una superficie superior de cada uno de los soportes lineales izquierdo y derecho, en la que al menos dos hélices (131, 133, 135, 137) elevadoras en cada uno de los soportes lineales izquierdo y derecho están todas colocadas horizontalmente en un primer plano horizontal;

una hélice (134) elevadora de cola superior izquierda dispuesta en un extremo trasero de la aeronave (100) VTOL, colocada horizontalmente más alta que el primer plano horizontal;

una hélice (138) elevadora de cola superior derecha dispuesta en el extremo trasero de la aeronave (100) VTOL, colocada horizontalmente más alta que el primer plano horizontal; y

en la que un radio (R2) de las hélices (134, 138) elevadoras de cola superior izquierda y derecha es el mismo que un radio (R1) de cada una de las al menos dos hélices (131, 133, 135, 137) elevadoras.

2. La aeronave VTOL según la reivindicación 1, en la que desde una vista desde arriba directa, un intervalo de movimiento rotatorio de la hélice (134) elevadora de cola superior izquierda se superpone parcial y visualmente con un intervalo de movimiento rotatorio de una hélice (133) más trasera fuera de las al menos dos hélices elevadoras dispuestas en el soporte lineal izquierdo.

3. La aeronave VTOL según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las alas (122) secundarias izquierda y derecha son alas frontales dispuestas enfrente de las alas (124) principales izquierda y derecha, y la aeronave tiene un estilo de cuerpo canard.

4. La aeronave VTOL según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una cápsula unida de forma desmontable al cuerpo (110), en la que la cápsula es una cápsula (260) de pasajeros o una cápsula (360) de carga.

5. La aeronave VTOL según la reivindicación 4 que comprende además ruedas (265) motorizadas dispuestas en la cápsula (260; 360) que permiten que dicha cápsula se mueva a través de una superficie.

6. La aeronave VTOL según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que cada uno de los soportes (130) lineales izquierdo y derecho se extiende hacia atrás más allá de las alas (124) principales izquierda y derecha, en la que las alas principales izquierda y derecha son un par de alas más traseras.

7. La aeronave VTOL según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un estabilizador (140) vertical izquierdo dispuesto en un extremo trasero del soporte lineal izquierdo, en la que la hélice (134) elevadora de cola superior izquierda está dispuesta en un extremo superior del estabilizador (140) vertical izquierdo.

8. La aeronave VTOL según la reivindicación 7, en la que el estabilizador (140) vertical izquierdo tiene una parte (144) inferior que se extiende hacia abajo más allá del primer plano horizontal.

9. La aeronave VTOL según la reivindicación 8 que comprende además un tren (164) de aterrizaje dispuesto en un extremo inferior de la parte (144) inferior.

10. La aeronave VTOL según cualquiera de las reivindicaciones 7, 8 o 9, en la que el estabilizador (140) vertical izquierdo tiene un borde (146) de ataque frontal que se extiende en dirección hacia adelante más allá de un eje de la hélice (133) más trasera fuera de las al menos dos hélices elevadoras dispuestas en el soporte lineal izquierdo.

11. Una aeronave VTOL (despegue y aterrizaje vertical) que comprende:

un cuerpo (110);

un ala principal izquierda y un ala principal derecha acopladas al cuerpo (110);

un ala secundaria izquierda y una ala secundaria derecha acopladas al cuerpo (110);

un soporte lineal izquierdo que conecta el ala principal izquierda con el ala secundaria izquierda;

un soporte lineal derecho que conecta el ala principal derecha con el ala secundaria derecha, en la que el soporte lineal izquierdo es paralelo al soporte lineal derecho;

al menos dos hélices (131, 133, 135, 137) elevadoras dispuestas en cada uno de los soportes lineales izquierdo y derecho;

un estabilizador (140) vertical izquierdo dispuesto en un extremo trasero del soporte lineal izquierdo, en la que el estabilizador (140) vertical izquierdo tiene una parte (144) inferior que se extiende hacia abajo y es más baja que un punto más bajo del cuerpo (110); y

un tren (164) de aterrizaje dispuesto en un extremo inferior de la parte (144) inferior;

caracterizada porque la aeronave VTOL comprende además:

una hélice (134) elevadora de cola superior izquierda acoplada al soporte lineal izquierdo y que está colocada verticalmente más alta que las al menos dos hélices elevadoras; y

la hélice (133) elevadora más trasera de las al menos dos hélices (131, 133) elevadoras en el soporte lineal izquierdo tiene un primer intervalo de movimiento rotatorio y la hélice (134) elevadora de cola superior izquierda tiene un segundo intervalo de movimiento rotatorio, el primer intervalo de movimiento rotatorio está desplazado verticalmente del segundo intervalo de movimiento rotatorio, y desde una vista desde arriba, el primer intervalo de movimiento rotatorio se superpone parcialmente con el segundo intervalo de movimiento rotatorio.

12. La aeronave VTOL según la reivindicación 11, en la que un radio (R2) de la hélice (134) elevadora de cola superior izquierda es el mismo que un radio (R1) de cada una de las al menos dos hélices elevadoras.

13. La aeronave VTOL según cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12 que comprende además una cápsula desmontable acoplada al cuerpo (110), en la que la cápsula es una cápsula (260) de pasajeros o una cápsula (360) de carga.

14. La aeronave VTOL según la reivindicación 13, que comprende además ruedas (265) motorizadas acopladas a la cápsula (260; 360) que permiten que la cápsula se mueva a través de una superficie.

15. La aeronave VTOL según la reivindicación 13, que comprende además una hélice (139) de empuje acoplada a la cápsula (260; 360).

16. La aeronave VTOL según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, en la que el estabilizador (140) vertical izquierdo tiene una parte superior que se extiende hacia arriba más allá de una posición horizontal del soporte lineal izquierdo, y dicha hélice (134) elevadora de cola superior izquierda está dispuesta en un extremo superior de la parte superior.

17. La aeronave VTOL según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16 que comprende además un tren (162) de aterrizaje frontal retráctil dispuesto en un extremo frontal inferior del cuerpo (110), el tren (162) de aterrizaje retráctil tiene un cuerpo alargado y un patín.

18. La aeronave VTOL según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, en la que el tren (264) de aterrizaje tiene un cuerpo alargado y un patín, y dicho tren de aterrizaje puede recuperarse en la parte (244) inferior.