ES1304091U - Aeronave solar - Google Patents

Abstract

Aeronave solar caracterizada por comprender en su superficie exterior células para captar la energía solar, que cargan unas baterías que a su vez alimentan unos motores eléctricos que propulsan y sustentan la nave, por ellos o en colaboración con otros tipos de propulsores con energía procedente de fuentes renovables.

Description

DESCRIPCIÓN

Aeronave solar

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a sistemas de vuelo: máquina voladora movida por el sol y por combustible y electricidad procedentes de energías renovables.

Estado de la técnica

Existen dos formas de volar la del colibrí y la del cóndor. El colibrí bate sus alas a gran velocidad permitiéndole permanecer estático en el aire, el cóndor cuando vuela mantiene sus alas abiertas y planea. La forma de volar el colibrí requiere un gran gasto energético, el cóndor por el contrario requiere un gasto mínimo para mantenerse en vuelo. El modo en que la técnica aeronáutica imita estas formas extremas de vuelo son los drones y los helicópteros y algo menos los autogiros para el vuelo del colibrí y el planeador (de vuelo sin motor) para imitar al cóndor. Entre estos extremos actúan todos los aviones. Otros medios de permanecer en el aire son los cohetes o misiles basados en la 3a ley de Newton de acción y reacción y el globo-dirigible basado en el principio de Arquímedes.

Explicación de la invención

-El dirigible-solar que se trata de un globo aplanado (como un cojín) que en su parte superior lleva adosadas células fotoeléctricas (ver aplicaciones de modelos de utilidad n° 202200278 láminas de onzas) del que cuelga una barquilla que con diferentes cámaras, fotográficas, de infrarrojos, y otras puede estar en el aire por tiempo indefinido y autoalimentado por el sol para vigilar las costas, carreteras, fronteras, campos, bosques, prevenir incendios o detectarlos y proceder a su extinción, etc. Iluminar grandes áreas urbanas, campos de cultivo, gracias a baterías que las carga el sol durante el día e iluminan la noche, tecnología ya inventada, pero no a la escala que permite al dirigible ya que un globo aerostático auto alimentado por el sol puede mantenerse en el aire sin gastar energía por tiempo indefinido.

El plavion (planeador + avión) Figuras. 1 a 19 de dibujos, usa energía solar; los asientos, fuselaje, alas, etc. se aligeran para reducir el peso y gastar menos energía en volar. Para incrementar su autonomía se aumenta al máximo su área alar y ponen obleas solares en su parte superior y baterías ligeras. Su fuselaje fusiforme y ancho le facilita el planeo. Las alas se pliegan dentro del fuselaje o sobre si mismas para estabilizar el vuelo con viento fuerte, su inclinación permite alcanzar más velocidad de vuelo al variar su ángulo de ataque. Las alas no precisan flaps en varios diseños, los plegadores 8 permiten su movimiento y giro en vertical y horizontal, el empuje lo generan dobles hélices de motores dinalter, (acrónimo de dinamo-alternador, modelo de utilidad U202200249 de máquinas eólico-solares en la que se explican los motores y generadores eléctricos de rotores de giro inverso coaxiales con menos peso que un motor normal generaría más potencia) o normales. Será aerodinámico, con timones de altura y dirección y grandes alas que a la vez que captan la energía solar, sirven para planea.

Volar lo resuelve la inecuación: Energía generada por las placas solares > Energía consumida por el o los dinalter en vuelo de crucero. A ello además coadyuvan tres opciones 1f. añadir depósitos de H y O líquidos o hidrógeno solamente, obtenidos mediante las máquinas eólico-solares disociando el agua utilizando la electrólisis para usarlos en motores cohete. Los motores cohete lo elevan a gran altura (las palas del dinalter pueden plegarse en esa ocasión para reducir la resistencia al aire) se paran y se les sustituye con el planeo impelido por las hélices de motores dinalter; si pierde altura se reinicia el proceso de impeler la nave con los motores cohete, sin gastar queroseno, (si se prevé un accidente se vacían muy rápido los depósitos de H y O). _2f remolcar un "toldo volador” (Figs. 14-18-20). mejorar la relación peso/carga de las baterías.

Se estudia el área de las placas solares precisas para volar a velocidad de crucero y se utilizan los algoritmos necesarios para calcular que la superficie alar del plavion más su toldo mantengan el vuelo y se le añaden baterías, depósitos de H y motores cohete al plavion. Es preciso hacer pruebas en túneles de viento del prototipo, para gestionar las alas y minimizar las turbulencias o remolinos al variar las velocidades de traslación, interesa mucho hacerlo con modelos a escala de aeromodelismo que permiten detectar fallos con un menor gasto en I+D con la ventaja de que los aeromodelistas tendrían naves de última tecnología y usos para pequeño transporte y otros fines y para las empresas que los desarrollen, otra fuente de ingresos.

En tierra se reponen baterías cargadas, en vuelo las recarga el sol para darle autonomía. La elevación y despegue es en lo que más energía se consume, el plavión y su toldo llevan cablestrole 6 que funcionan como un trolebús, la energía la toman de un cable aislado de la pista durante el despegue, que le permite alzar el vuelo con las baterías llenas, el cable 6 (Fig 2), que es como un flexómetro, se enrolla al alcanzar el plavion la altura que los que lo desarrollen estudien; El despegue se puede hacer con un gancho que lo sujeta hasta que el dinalter está al máximo de velocidad, un cable-trole lo alimenta hasta acabarse, que se suelta por sí solo y cae a la pista, el plavion tiene otro cable-trole de largura variable que lo une al toldo que tiene otro enchufable al de pista que se puede enrollar, las longitudes de los 3 cables (de la pista, toldo y plavion) se suman para elevar al plavion lo más posible. Gracias a su gran área de sustentación y opción de variar de inclinación las hélices dinalter se requerirá menos longitud de pista y menor velocidad de despegue. El patín pt protege de roces contra el suelo a la doble hélice 1 si a causa del viento pudieran rozar sus palas la pista al aterrizar, en varios croquis no dibujo el cable-trole, baterías, motores cohete u otros y los depósitos del combustible, pero los tiene siempre.

El vuelo del plavion es en diente de sierra (Fig 12 F), se explica: si la energía solar debido a la eclíptica no permite alcanzar su máximo de eficacia a las células fotoeléctricas, puede suceder que no se genere la suficiente potencia eléctrica para que los motores dinalter y por tanto las hélices se muevan a la velocidad necesaria, en tal caso son los motores cohete los que impulsan y elevan la nave a una cota más alta para realizar el planeo, es similar a lo que hacen los buitres y cóndores en la naturaleza, buscar las corrientes térmicas ascendentes, lo que no se puede permitir un plavión que tiene que seguir un rumbo determinado. El "diente de sierra" se acortaría si todos los factores que intervienen en el vuelo maximizan su eficacia: rumbo del sol coincidente, viento de cola, capacidad de las baterías y placas fotoeléctricas, aerodinámica de la nave y la tara más la carga, entre otros. Interesa volar por encima de las nubes. Para el despegue vertical, ver Figs. 21-22 sus claves son: gran superficie de sustentación que se pliega en despegue y despliega en vuelo. Las grandes hélices del dinalter de eje vertical al girar en sentido inverso evitan la hélice de cola. La gran área alar facilita el planeo con poca energía y captar más sol. Los motores cohete se pueden sustituir o añadirles otros sistemas de impulsión.

El objetivo es dar claves para investigar y crear naves que ayuden a reducir el problema del cambio climático con soluciones que los técnicos aeronáuticos las mejoren aportando sus conocimientos. Frente a los actuales sistemas de vuelo sus ventajas son: Un plavion se construye muy ligero en toda su estructura, se diseñan asientos ultraligeros y flexibles, por tanto, su energía cinética es muy inferior en caso de impacto, pueden llevar retrocohetes que refrenen la nave lo que mejora aún más la seguridad del pasaje. Su área alar es muy superior a la de los aviones normales, y en el caso de fallar todos sus motores (que al ser eléctricos y con instalación duplicada es muy improbable) la lentitud le permite aterrizar a velocidad más reducida en planeo; vaciar depósitos de hidrógeno y soltar baterías con paracaídas, en un aterrizaje forzoso con ellos vacíos se evita el riesgo de su explosión e incendio; tiene además la ventaja de que cuando se suelten el H y O no polucionan como sucede con el queroseno. Se instala un sistema de airbag en la panza del plavión lo que sumado a su baja velocidad de descenso planeando mejora la seguridad al aterrizar o amerizar. La velocidad de vuelo que necesita cualquier avión tradicional impide todos estos sistemas de seguridad. El despegue y aterrizaje más corto permiten reducir el tamaño de las pistas y por tanto el costo de la construcción de aeropuertos.

Breve descripción de los dibujos

Son croquis detallados de plaviones, (no son planos) con claves esenciales, que necesitan estudios previos a la fabricación. Con vectores y líneas de puntos se indican algunos movimientos. El mismo o parecido elemento se designa siempre igual.

Fiq. 1 Vistas de plavion: A cenital con alas 9 plegadas al máximo y asientos. B cenital con alas desplegadas. C frontal. D lateral de interior. E lateral exterior. 6 cable-trole. 3 timón cola. 8 plegadores. 9 ala plegada en A y desplegada en B. F vista frontal de su interior. Es necesario diferenciar entre alas des/plegables, que sirven para volar de orientables, aunque ambas sirven para captar sol.

Fig. 2 Vista A cenital, toda cubierta de placa solar y B frontal de plavion. 3 timón y 1 en todos los croquis es el motor dinalter. 8 plegadores. 15' alas laterales. fu el fuselaje. 9 alas traseras cerradas.

10 flaps alas traseras. 9' alas abiertas. 6 cable-trole de remolque-unión para transmitir la alimentación eléctrica del toldo al plavion. C croquis de alas. pt patín protector del dinalter 1 de cola.

Fiq. 3 Dos plaviones. 11 placas solares orientables en las alas que varían de posición para aumentar el rendimiento. 2 el motor cohete. Vistas: A cenital con alas plegadas y B con alas abiertas. C vista lateral. 12 las baterías que nos sirven de contrapeso, de estabilizadores de vuelo y moverlas en el fuselaje para variar el centro de gravedad al ir vaciándose los depósitos del combustible (H y O líquidos). ej eje que varía de posición para des/plegar y orientar al sol las alas orientables (placas solares). D vista de sección frontal. En Fig. 4 Dos plaviones: A y B. Vistas: 1 cenital, alas 9' desplegadas y 2 con alas 9 plegadas. 3 frontal, las alas plegadas. 4 frontal, las alas desplegadas. 5 lateral. a una de las alas plegables en posiciones de plegado y desplegado.

Fig. 5 Hidroplavion con alas delta. Vistas A cenital. B lateral. C frontales con uno y con dos dinalter 1. 4 láminas solares. 5 flotadores. 2 motor cohete.

Fig. 6 Vistas: A lateral con ala delta ad y motor cohete 2. B frontal en suelo, 1 dinalter.13 tren de aterrizaje. C cenitales con tres diseños no limitativos de alas, D frontal en vuelo. Cuanto mayor es la superficie alar, más energía solar capta y permite aumentar al plavion el tiempo de planeo. Aunque el toldo no se dibuja en este croquis también lo remolcaría, el toldo siempre acompaña al plavion.

Fiq. 7 Vistas: A frontal en el suelo. B cenital en vuelo. C cenital con sus alas plegadas. D frontal de vuelo con alas en dos distintas orientaciones hacia el sol. Sustituyendo la carga por baterías serviría de toldo prescindiendo de los lo dinalter 1. y reduciendo el tamaño de su fuselaje.

Fig. 8 Vistas: A lateral alas plegadas y A' alas abiertas. B dos frontales con alas orientadas a dos posiciones del sol. B' frontal en suelo. C cenital en vuelo y C' cenital en suelo. 4 placas solares.

Fig. 9 Vistas: A lateral. B frontal del interior del fuselaje. C cenital.14 deposito cargador "tipo rifle" de baterías cilíndricas estándar en la zona de equipajes. 7 alas orientables. 9 alas desplegables.

Fig. 10 Vistas: A cenital. B frontal. C lateral. D croquis alas "abanico" y la cola plegada. 1 hélice dinalter plegada para mejorar el planeo. 1' desplegada cuando impele al plavion. 9/9' alas de cola des/plegadas. ru ruedas en rodaje. ru' rueda plegada. de depósitos de H o H y O separados. 2 motor cohete. E croquis de un asiento de plástico, goma-espuma y correas: cómodo, inclinable, gira, protege más, se desplaza, pesa y cuesta mucho menos que los asientos habituales de avión. 15 alas "abanico" y 9 de cola orientables al sol. F croquis del plavion con su gran superficie alar con células solares.

Fig. 11 Vistas: A cenital. a-b-c fases de despliegue de las alas deslizantes. B lateral. C frontal con los dinalter en posiciones extremas de rotación. ss sección del interior. Es esencial para mejorar la estabilidad en el despegue, vuelo y el aterrizaje que las alas móviles se replieguen todas o parte si el viento es fuerte.

Fig. 12 Vistas: A - B cenital alas des/plegadas. C frontal alas plegadas. C' desplegadas. D - D' laterales alas des/plegadas. E vistas de la diferente área alar de un avión convencional y un plavion de similar capacidad y el toldo to que remolca. F esquema del vuelo en "dientes de sierra" de un plavión cuando los dinalter 1 no están bien abastecidos de energía solar y se precisa su elevación con los motores cohete 2. Si los dinalter reciben energía suficiente el vuelo se hace lineal y los "dientes de sierra" desaparecen. es elementos utilizados para aumentar resistencia estructural alar ya que deben alcanzan gran dimensión para ser operativas, serán de varios tipos y se instalan en los plaviones que lo precisen. G son las vistas frontal, cenital y lateral de un toldo, ejemplo de diseño de peso muy ligero y sencillo.

Figs.13.14.15 Vistas de 3 plaviones: A cenital abierta. A' cenital plegada. B lateral. C vista lateral del plavion y su toldo. D vista frontal de plavion y su toldo. En Fig 14-F se compara el área de avión normal con plavion y su toldo en vuelo para contrastar la gran diferencia alar, es preciso plegar todas o parte de las alas si hace viento al aterrizar o despegar. cr cable de alimentación y remolque.

Figs. 16.17 Dos diseños con vistas compartidas: A vista cenital con las alas plegadas. A' cenital, alas desplegadas. B lateral. C frontal. 7' alas orientables.

Fig. 18 Vistas: A cenital desplegada. B cenital plegada. D frontal. 7' alas laterales. 3c ala timón caudal. AT vista cenital del toldo. BT lateral. CT frontales desplegada de toldo: c con el sol a la izquierda. d el sol a la derecha. e el sol cenital. p ala-placa solar orientable. p' ala principal estabilizadora. 3 y 3' alas timón horizontal y vertical. fu fuselaje. c, d, e, vista frontal del toldo y a, b del drovion con orientaciones distintas hacia el sol.

Fig. 19 Vistas: A cenital con las alas abiertas para el vuelo. B lateral con el cable-trole 6. el dinalter de sustentación se gira para poder acortar el recorrido de despegue. C vista inferior de alerones 7 abiertos para captar sol. D frontal. 7 alerones abiertos (en E todos plegados). cp carlinga del piloto y pasajeros. Las hélices 1' y 1 pueden cambiar el ángulo y se giran hasta 90° en despegue y vuelo estático y se puede elevar el eje horizontal del dinalter 1 de a a b (no dibujado en la figura). ct compuertas del tren de aterrizaje. 8 plegador (tiene 4).

Fig.20 Toldo, Vistas: A cenital con las placas plegadas. A' desplegadas. B lateral. C frontal en pista.

D frontales con dos posiciones de seguir al sol (giran 360° sobre sus ejes 15). E croquis de plavion remolcando el toldo. 7 y 7' placas solares des/plegadas y toldo. ru rueda-airbag para el aterrizaje. ev estabilizador de vuelo. ru' rueda trasera semiplegada. gr gancho de remolque, el cable-trole tendrá longitud suficiente para no interferir su vuelo que lo controla el piloto del plavion (o/y el automático). El toldo solar se pliega en cables ca. Las alas 3 evitan que se desestabilice cuando giran las placas del toldo para orientarse al sol. eg Ejes de giro motorizados. El toldo lleva baterías para la hélice de frenado y los motores de los estabilizadores que evitan el alcance al plavion y otros usos; no lleva cohetes, ni carga y pesará lo menos posible. Muchos diseños de plavion se adaptan como toldos minimizando su fuselaje y su peso.

Fig. 21 Vistas: A cenital en despegue, del dinalter sustentador se dibujan sus 2 hélices, el grupo impulsor gi se gira 90° con el eje circular ej para elevarlo y se giran en vuelo. B vista cenital en vuelo, C vista lateral en tierra, el cable-trole 6 se conecta a la batería de pista de despegue y se desconecta al alcanzar su altura. D lateral en vuelo y tren de aterrizaje en el fuselaje. Las hélices de impulsión 1 dinalter o sea las palas (son placa solar) pa de sustentación ocupan todo el circulo ci, en vuelo se mueven como las de un autogiro y pueden generan corriente, solo gastan energía para elevarlo y el despegue, en vuelo solamente las hélices impulsoras 1 gastan energía. ru ruedas.

Fig. 22 Vistas: A cenital en vuelo con las alas desplegadas para captar energía solar, pero si le sobra, puede plegar parte de las alas y coger mayor velocidad de crucero. B lateral en vuelo. C lateral en tierra. D cenital en la posición del despegue y elevación vertical para lo que se unen el cable-trole enrollable de tierra al cable-trole de la nave y elevarse a una altura considerable sin gastar sus baterías, cuando se alcanza la altura programada de forma automática se suelta el cabletrole del de tierra y se enrolla. E cenital y alas 7' plegadas. Las palas pa se suman para planear y cargar electricidad a las alas 7-7', se calcula su área para captar el máximo de luz para abastecer los dinalter y ahorrar energía de baterías o H de los depósitos.

Fig. 23 El hovercraft gastando menos energía que el helicóptero se mueve por agua, hielo, barro, etc, por el "efecto suelo" que da el faldón y además es muy veloz. vistas: A lateral. B cenital con alas plegadas. C cenital: desplegadas. 1 motor dinalter y timón vertical de cola. fa faldón, su base no está libre como en el tradicional, se cierra con una lámina que le permite al aire salir cuando la presión del aire exterior es menor pa pero que se cierra si es mayor pc es una "criba llena de válvulas plásticas" vp que solo se abre en un sentido y que le permite flotar y elevarse gastando menos energía. fu fuselaje para pasaje y carga. pa hélice superior del dinalter elevador. en la vista cenital no se dibuja la hélice inferior, ambas por su gran tamaño llevan fotocélulas que no llevan las de empuje. zb zona más baja donde van las baterías. 1' dinalter para doble función: cargar baterías con luz solar e inflar el colchón de aire.

Fig. 24 Vistas: A lateral con máquina eólico-solar. (Ver patente máquinas eólico-solares) B inferior con placas plegadas. C cenital con placas abiertas. fu fuselajes unidos por el pasillo ps. las máquinas eólico-solares es se dibujan de un tamaño muy inferior al que tendrían en la realidad para poderlas dibujar en el folio. bt brazo plegador telescópico de los paneles.

Fig. 25 En este diseño el fuselaje fu es toroidal. es1 máquinas eólico-solares de varios tipos. Vistas:C cenital de la máquina eólica que dirige el viento con el deflector df al faldón fa con eje que coincide con el centro del toroide. B vistas laterales. a b varias máquinas eólico-solares. 1 hélices dinalter que lo conducen y mueven, la presión del aire al faldón lo dan esas u otras eólico-solares. No se dibujan más diseños por no alargar más la explicación.

Fig.26 Dirigible solar, (se usa una numeración exclusiva, son muchos sus elementos propios) Vistas lateral A y frontal B: 1 globo con su lámina solar en la zona superior. 2 parábola que concentra la luz solar sobre el tubo calentador de aire 3 que recibe el aire desde la parte inferior del globo 1 a través de la tubería 4 que entra en el tubo calentador 3 impulsado por la turbina 5 , el aire calentado vuelve a la parte superior del globo 1 a través de la tubería 6, en la tubería 4 se pone una válvula dosificadora 7 para regular la cantidad de aire que entra en el tubo calentador 3 y una válvula 8 para dar entrada o salida de aire del exterior al globo 1, ambas en el lugar que más interese de su recorrido. Las tuberías 4 y 6 son flexibles para acompañar en su recorrido a la parábola 2, que gira hasta 90° en vertical dentro del aro 9 mediante unos rodamientos 10 movida por un micromotor 11; con el rodamiento 12, gira 360° en horizontal para seguir al sol.

El globo se puede dirigir con el rodamiento 14 del motor dinalter 13 carenado para mejorar el rendimiento y la seguridad de los pasajeros. Para dar energía al dinalter 13 en la barquilla de los pasajeros 16 lleva un aro 17 con 2 rodamientos 18 para orientar al sol la placa 15 con una escotadura 19 para acceder a la barquilla 16 donde no da el sol. 20 los brazos de enganche. 21-22 son croquis de globos dirigibles.

Fig. 27 Se adaptan como hidroaviones. A, B, C, D, E, F, G, H, I, J : son varios croquis de plaviones con las alas plegadas. Hay muchos diseños que pueden adaptarse como toldos, un dinalter gasta mucha energía y se precisa mucha superficie de captación solar con fotocélulas para abastecerlos.

Exposición de cómo realizar la invención

Esta invención es un conjunto de ideas y diseños que solo pueden desarrollarse por empresas con un personal técnico muy cualificado y con una capacidad financiera muy alta para que puedan plantearse la investigación, desarrollo y fabricación de prototipos previos a producir en serie y su comercialización.

Cómo se construye una cafetera por ejemplo, se puede hacer en el contexto de una patente de modelos de utilidad, pero cómo montar empresas con capacidad de poder construir aeronaves solares, aquí no es posible, son las empresas aeronáuticas, gobiernos de países, y grandes inversores que informados y viendo su gran potencial se interesen en realizar la invención, no se dibujan más croquis porque ya parecen suficientes para explicar las claves de la invención, serían los ingenieros aeronáuticos los que aportando también sus conocimientos desarrollen más prototipos, que como ya sucede con los actuales aviones no se acabarían nunca. Son multitud de detalles técnicos: Sistemas telescópicos y de plegamiento de hélices, electrónica, de robótica, cambio del centro de gravedad moviendo las baterías, diseños de los asientos ligeros, estudio de materiales estructurales ultraligeros, motorización para cierre y apertura de alas deslizantes (que son planeadoras) y alas y placas orientables solares, etc. que no se describen con detalle, su desarrollo y estudio, ya que esa sería la función de los técnicos de las empresas interesadas.

Los croquis del "modelo de utilidad" descritos de ejemplo no limitativo requieren mucho tiempo, estudios y dinero hacerlo realidad. Explicar con detalle todos y cada uno de los elementos de un prototipo de aeronave solar presentado en una sola página requiere muchas páginas de dibujos y descripciones que no puede ser labor solo del inventor.

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Aeronave solar caracterizada por comprender en su superficie exterior células para captar la energía solar, que cargan unas baterías que a su vez alimentan unos motores eléctricos que propulsan y sustentan la nave, por ellos o en colaboración con otros tipos de propulsores con energía procedente de fuentes renovables.

2. Aeronave solar según la reivindicación 1 caracterizada por comprender además de las alas sustentadoras superficies laterales y caudales que pueden moverse plegándose o desplegándose y orientarse hacia el sol y donde están instaladas las células solares.

3. Aeronave solar según la reivindicación 1 caracterizada por comprender un toldo remolcado por la aeronave con placas que proveen electricidad extra a la nave remolcadora, con hélices, alas y motores para despegue y aterrizaje en vertical.

4. Aeronave solar según la reivindicación 1 caracterizada por estar conformada como un globo aerostático en cuya parte superior lleva instaladas las células fotoeléctricas que alimentan las baterías, y porque las baterías suministran energía a los motores.

5. Aeronave solar según la reivindicación 1 caracterizada por tener unas grandes hélices con palas sustentadoras y vuelo estático y varios sistemas impulsores para vuelo horizontal y por estar conformada con sistemas de elevación sobre un colchón de aire y alimentado por máquinas eólicosolares y baterías.