BR112015032313B1

BR112015032313B1 - Veículo vtol híbrido para viagem aérea e veículo

Info

Publication number: BR112015032313B1
Application number: BR112015032313-8A
Authority: BR
Inventors: James C. Egan; Joel D. Egan
Original assignee: Egan Airships, Inc.
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2022-03-22
Also published as: CN105358428B; US9856007B2; CN109515674A; US20180079479A1; JP6426165B2; JP2016526508A; EP3013680A4; EP3013680A1; ES2955358T3; WO2014210393A1; EP3013680B1; US10894591B2; BR112015032313A2; CN109515674B; KR20160024363A; AU2014302220B2; CN105358428A; JP2019048632A; US20160137281A1; AU2014302220A1

Abstract

?VEÍCULO VTOL HÍBRIDO? Um veículo VTOL híbrido tendo um envoltório configurado para fornecer flu-tuação hidrostática, uma fuselagem fixada ao envoltório e tendo pelo menos um par de asas se estendendo a partir de lados opostos da mesma para produzir suspen-são dinâmica através do movimento, e um dispositivo de geração de empuxo em cada asa e configurado para girar com cada asa ao redor de um eixo geométrico que é lateral a um eixo geométrico longitudinal do envoltório para fornecer capacidades de decolagem e aterrissagem vertical. De modo ideal, o envoltório fornece suspen-são hidrostática negativa para aprimorar a estabilidade à baixa velocidade e no solo. Um veículo compreendendo um primeiro dispositivo de suspensão que tem capaci-dade de fornecer suspensão hidrostática; um segundo dispositivo de suspensão que tem capacidade de fornecer suspensão dinâmica através do movimento; e um sistema estruturado para gerar empuxo acoplado ao segundo dispositivo de sus-pensão, o segundo dispositivo de suspensão e o sistema de geração de empuxo tendo capacidade de girarem juntos ao redor de um eixo geométrico que é lateral a um eixo geométrico longitudinal do veículo em ângulos pelo menos na faixa de 90 graus até e incluindo 180 graus.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

[001]Esse pedido reivindica o benefício sob o artigo 35 U.S.C. § 119(e) dos Estados Unidos do Pedido Provisório US 61/840.145 depositado em 27 de junho de 2013, cujo pedido é incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência.

ANTECEDENTES Campo da Técnica

[002]A presente revelação está ligada a veículos que têm capacidade de voo e, mais particularmente, a veículos tripulados e não tripulados tendo métodos com-binados de sustentação, incluindo sustentação dinâmica e flutuação de deslocamen-to.

Descrição da Técnica Relacionada

[003]Aeronaves são veículos que têm capacidade de voo e incluem aeronaves mais leves que o ar, que podem subir e permanecer suspensas usando gás contido pesando menos que o ar deslocado pelo gás, e também aeronaves mais pesadas que o ar, tais como aeroplanos de asa fixa e móvel, que usam sustentação dinâmica criada pelo movimento de uma asa através do ar e naves de asa giratória tais como helicópteros. Cada tipo de aeronave tem suas próprias vantagens e desvantagens.

[004]Numa tentativa de utilizar as vantagens de diferentes modos de susten-tação, foram feitas propostas de se combinar asas com aeronaves mais leves que o ar. Por exemplo, a Patente US 6.311.925 descreve um dirigível e um método para transportar carga em que há uma estrutura de suporte no envoltório do dirigível que tem fixada em si os aerofólios ou asas, que se estendem para fora a partir do dirigível. Esse projeto tenta evitar as limitações estruturais de se ter asas carregadas exercendo força diretamente no envoltório do dirigível. Embora motores turbopropul-sores ajudados por jato sejam usados nas asas, esse projeto faz um uso ineficiente de ambas as formas de sustentação tomadas em conjunto e em combinação com o motor turbopropulsor. Além disso, esse projeto não utiliza as capacidades de decola-gem e aterrissagem vertical (VTOL) de aeronaves de asa fixa, em parte porque o envoltório é projetado para fornecer sustentação suficiente para superar o peso da aeronave; isto é, o mesmo tem uma flutuação hidrostática positiva.

[005]Uma desvantagem de ter flutuação hidrostática positiva é a dificuldade de controlar as aeronaves mais leves que o ar no ou perto do solo em condições de vento. Outra desvantagem é que esses veículos têm de ter perfis grandes que induzam arrasto para carregar gás suficiente para fornecer a sustentação estática necessária. Além disso, a velocidade de avanço desse projeto é limitada em geral a 50 nós ou menos.

[006]Assim, existe uma necessidade de uma aeronave que possa combinar flutuação hidrostática com sustentação aerodinâmica em que pode se conseguir aumentar a velocidade do ar sem causar esforço indevidamente para o envoltório e que forneça controle dinâmico aumentado em condições de vento e maneabilidade perto do solo. Além disso, uma nave como essa deve fornecer desempenho seguro com o motor desligado para assegurar que a carga e os passageiros fiquem ilesos no caso de uma descida com motor desligado.

BREVE SUMÁRIO

[007]A presente revelação é dirigida a uma aeronave híbrida que utiliza tanto flutuação hidrostática (nesse caso flutuação aerostática) gerada por um gás em combinação com sustentação gerada por asas de aerofólio que se movem através do ar em resposta a dispositivos de geração de empuxo em cada asa, por exemplo, propulsores, ventoinhas, jatos, e similares.

[008]De acordo com um aspecto da presente revelação é fornecido um veí-culo que inclui um primeiro dispositivo de sustentação que tem a capacidade de for-necer flutuação aerostática; um segundo dispositivo de sustentação que tem a capa-cidade de fornecer sustentação dinâmica através de movimento; e um sistema estru- turado para gerar empuxo acoplado ao segundo dispositivo de sustentação, o se-gundo dispositivo de sustentação e o sistema de geração de empuxo tendo a capa-cidade de girarem juntos ao redor de um eixo que é lateral a um eixo longitudinal do veículo em ângulos pelo menos na faixa de 90 graus até e incluindo 180 graus.

[009]De acordo com outro aspecto da presente revelação, é fornecido um veículo conforme descrito acima em que o segundo dispositivo de sustentação inclui primeira e segunda asas no primeiro e segundo lados do veículo, a primeira e a se-gunda asas tendo cada uma delas um respectivo dispositivo de geração de empuxo acoplado às mesmas. De modo ideal, cada asa tem a capacidade de girar individu-almente ao redor de um eixo rotacional independentemente da outra asa.

[010]De acordo com mais outro aspecto da presente revelação é fornecido um veículo conforme descrito acima em que o primeiro dispositivo de sustentação inclui um envoltório estruturado para carregar um gás que tem a capacidade de fornecer flutuação de deslocamento para o veículo; e compreendendo adicionalmente um compartimento que tem capacidade de fixação no envoltório, o compartimento tendo o segundo dispositivo de sustentação fixado ao mesmo.

[011]De acordo com mais outro aspecto da presente revelação é fornecido um veículo conforme descrito acima em que o compartimento é estruturado como uma fuselagem e o segundo dispositivo de sustentação inclui primeira e segunda asas se estendendo a partir da fuselagem em uma direção que é lateral a um eixo longitudinal do envoltório.

[012]De acordo com mais outro aspecto da presente revelação é fornecido um veículo conforme descrito acima em que a primeira e a segunda asas são, cada uma delas, configuradas para girar ou juntas ou independentemente ou tanto juntas como independentemente ao redor de um eixo que é lateral ao eixo longitudinal do envoltório. Alternativamente, as asas podem ter um enflechamento para frente de modo que quando as asas giram os motores para que fiquem voltados para cima, os motores são posicionados mais altos acima do solo.

[013]De acordo com mais outro aspecto da presente revelação, um veículo é fornecido conforme descrito acima em que cada dispositivo de geração de empuxo inclui um propulsor montado em uma respectiva asa e configurado para se mover conjuntamente com a asa quando a asa gira ao redor do eixo lateral.

[014]De acordo com mais outro aspecto da presente revelação, um veículo é fornecido conforme descrito acima em que cada asa é configurada para girar ao redor de um eixo longitudinal da asa, que é lateral a um eixo longitudinal do veículo. De modo ideal as asas giram juntas ou independentemente em uma faixa de pelo menos 90 graus até e incluindo 180 graus ao redor de um eixo longitudinal da asa, que é lateral a um eixo longitudinal do envoltório. Em algumas configurações a asa pode girar além de 180 graus, até e incluindo 270 graus, e além de 270 graus.

[015]De acordo com um aspecto adicional da presente revelação, é fornecido um veículo que inclui uma terceira asa montada estendendo-se a partir da fuselagem na mesma direção que a primeira asa e uma quarta asa montada na fuselagem para se estender em uma direção que é a mesma direção da segunda asa.

[016]De acordo com ainda mais outro aspecto da presente revelação, é for-necido um veículo em que a terceira e a quarta asas estão no mesmo plano da pri-meira e da segunda asas, e a terceira e a quarta asas incluem cada uma um respec-tivo dispositivo de geração de empuxo acoplado à mesma.

[017]De acordo com outro aspecto da presente revelação, é fornecido um veículo em que a fuselagem tem a capacidade de carregar passageiros. Alternati-vamente, a fuselagem é configurada para carregar carga e o veículo tem a capaci-dade de ser controlado remotamente por um controlador humano ou por um sistema de controle automatizado remoto, tal como um sistema no solo ou em outro veículo no ar, no espaço, em terra ou na água.

BREVE DESCRIÇÃO DAS DIVERSAS VISTAS DOS DESENHOS

[018]Os recursos já descritos e outros e vantagens da presente revelação serão mais prontamente observados à medida que os mesmos se tornarem melhor entendidos a partir da descrição a seguir quando tomada em conjunto com os dese-nhos anexos, em que:

[019]A Figura 1 é uma vista isométrica de primeira e segunda modalidades al-ternativas de um veículo VTOL híbrido formado de acordo com a presente revelação;

[020]As Figuras 2 a 4 são respectivamente vistas transparentes lateral, su-perior, e frontal do veículo da primeira modalidade mostrada nas Figuras 2 a 7 com as nacelas em uma orientação voltada para frente;

[021]As Figuras 5 a 8 são respectivamente vistas transparentes isométrica, lateral, superior, e frontal da primeira modalidade com as nacelas em uma orientação de 90° girada para trás ou vertical;

[022]A Figura 9 é uma vista isométrica aumentada da cabine de veículo da primeira modalidade;

[023]A Figura 10 é uma vista isométrica aumentada de um propulsor posterior montado para movimento orbital na estrutura de cauda da primeira modalidade;

[024]As Figuras 11 a 13 são quadros de Envoltório de Voo, Taxa de Subida, e Taxa de Subida -Motor desligado para a primeira modalidade;

[025]A Figura 14 é uma vista lateral ilustrando estágios de operação de veí-culo da primeira modalidade;

[026]As Figuras 15 a 17 são respectivamente vistas planas lateral, superior, e frontal da segunda modalidade do veículo;

[027]A Figura 18 é uma vista lateral aumentada da cabine de veículo e nace- las da segunda modalidade; e

[028]As Figuras 19 e 20 são quadros do Envoltório de Voo e Taxa de Subida para a segunda modalidade do veículo.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[029]Na descrição a seguir, determinados detalhes específicos são apresen-tados a fim de fornecer um entendimento completo de várias modalidades reveladas. Entretanto, um especialista na técnica relevante irá reconhecer que as modalidades podem ser praticadas sem um ou mais desses detalhes específicos, ou com outros métodos, componentes, materiais, etc. Em outros casos, estruturas ou componentes bem conhecidos ou ambos associados com aeronaves e sistemas de propulsão e controle de aeronaves, e controle de tráfico aéreo, incluindo, porém, sem limitação, motores, propulsores, superfícies de controle tais como ailerons, lemes direcionais, lemes de profundidade, nacelas, e pilotos automáticos, veículos pilotados remota-mente e similares não foram mostrados ou descritos para evitar confundir desneces-sariamente as descrições das modalidades.

[030]A menos que o contexto exija de outra maneira, ao longo do relatório descritivo e reivindicações que se seguem, a palavra “compreender” e variações da mesma, tais como “compreende” e “compreendendo” devem ser interpretadas em um sentido inclusivo aberto, isto é, como “incluindo, porém, sem limitação.” O que já foi descrito se aplica igualmente às palavras “incluindo” e “tendo”.

[031]A referência ao longo dessa descrição a “uma (numeral) modalidade” ou “uma (artigo) modalidade” significa que um recurso, estrutura, ou característica particular descrito(a) em conexão com a modalidade é incluído(a) em pelo menos uma modalidade. Assim, a aparição das palavras “em uma (numeral) modalidade” ou “em uma (artigo) modalidade” em vários lugares ao longo do relatório descritivo não significa necessariamente que todas se refiram à mesma modalidade. Além disso, os recursos, estruturas, ou características particulares podem ser combinados de qual-quer maneira adequada em uma ou mais modalidades.

[032]Com referência inicialmente à Figura 1 são mostradas duas modalida-des relacionadas da presente revelação na forma de um primeiro veículo híbrido A denotado com a referência numérica 100 e um segundo veículo híbrido B, que é uma versão maior do anterior, denotado pela referência numérica 200. Pelo fato desses veículos híbridos incorporarem características tanto de um avião (airplane) como de um pequeno dirigível (blimp), esses veículos serão chamados ao longo dessa descrição como um “Plimp.” Deve ser entendido que embora duas versões do Plimp sejam ilustradas e descritas no presente documento, versões adicionais para uma variedade de aplicações podem ser desenvolvidas usando os recursos revela-dos ou recursos adicionais conhecidos daqueles especializados na técnica. Onde se aplicar, partes e componentes comuns a ambas as modalidades serão descritos com a mesma referência numérica.

[033]Conforme visto de forma geral na Figura 1, o Plimp 100 tem um primeiro dispositivo de sustentação na forma de um envoltório 102 e um segundo dispositivo de sustentação na forma de primeira e segunda (esquerda e direita) asas 104, 106 que se estendem lateralmente a partir de uma fuselagem 108 fixada ao envoltório 102. Projetando-se para trás da fuselagem 108 está um único fuso de cauda 110 tendo em uma extremidade na direção traseira 112 um estabilizador horizontal 114. O estabilizador horizontal 114 tem extremidades livres 116 com estabilizadores verticais 118, 120 se projetando para cima a partir da respectiva extremidade livre 116.

[034]A propulsão é fornecida por um par de propulsores 122 montado em respectivos motores elétricos 124 em nacelas 126 em cada uma das asas 104, 106. O controle direcional é fornecido em parte por um rotor de cauda orbital 128 montado na extremidade na direção traseira 112 do fuso de cauda 110. De modo ideal, cada asa 104, 106 pode girar em torno de seu eixo longitudinal de modo a girar os propulsores a partir de uma posição de empuxo horizontal para uma posição de empuxo vertical, como descrito em mais detalhe abaixo, que pode fornecer controles direcionais adicionais. Para suportar o Plimp 100 no solo, são utilizadas rodas 130 que se estendem a partir da fuselagem 108.

[035]O projeto Plimp é configurado para fornecer uma separação entre susten- tação aerodinâmica e aerostática. Equilibrar esses dois tipos de sustentação é importante porque sustentação aerostática demais vai fazer o veículo incontrolável em velocidades do ar baixas ou zero, tal como quando o veículo está no solo em ventos fortes. Em contraste, sustentação aerostática muito baixa força o uso de motores demasiado grandes para operações de decolagem ou aterrissagem vertical (VTOL). Outro fator no projeto do Plimp é o fato de que os envoltórios da maioria dos dirigíveis pequenos não são fortes o bastante para aceitar cargas de asa sem reforços internos pesados ou uma caixa de sustentação. Com configurações apresentando em corte transversal um envoltório não circular, não é possível conectar asas ao envoltório sem fornecer estrutura interna ou fornecer um envoltório segmentado, tudo isso servindo para aumentar o peso. Outras considerações incluem utilizar engrenagem de aterrissagem semelhante à de aeronaves a fim de fornecer uma decolagem com rolamento e uma possibilidade dos propulsores de girar para uma atitude horizontal enquanto no solo. Além disso, os estabilizadores verticais têm de ser grandes o bastante para fornecer estabilidade e, se desejado, controle, que pode ser na forma de um leme direcional. Fixar essas superfícies de controle na carcaça normalmente resulta em escoramento externo e complicada construção de carcaça e inchação.

[036]No projeto Plimp, também foi dada consideração às exigências gover-namentais para o projeto de dirigível, tanto pela U. S. Federal Aviation Agency (Agência de Aviação Federal dos Estados Unidos) (FAA) como, por exemplo, pela LFLS alemã, com as exigências: 1.O envoltório ser protegido contra deterioração ou perda de resistência em serviço devido a condições atmosféricas, corrosão, e abrasão. 2.O envoltório tem de ser projetado para ser pressurizado enquanto suporta as cargas limites do projeto para todas as condições de voo e de solo, e pressões aerodinâmicas locais, que têm de ser incluídas na determinação de esforços. 3.O tecido do envoltório tem de ter uma resistência final não menor que qua- tro vezes a carga limite determinada pela pressão interna máxima do projeto combinada com a carga máxima. 4.Sistemas de sustentação interna ou externa ou tanto interna como externa para suportar componentes tais como a fuselagem têm de ser projetados para transmitir e distribuir as cargas resultantes para o envoltório de uma maneira unifor-me para todas as condições de voo.

[037]Com relação ao projeto do envoltório, as Figuras 2 a 4 mostram uma vista transparente do Plimp 100 a partir de uma vista lateral, superior, e frontal em que as nacelas do motor 126 estão em uma orientação horizontal voltada para frente. Como pode ser visto nas Figuras 2 e 3, um fuso de cauda 110 é suportado com escoras de suporte 132 fixadas no suporte estrutural 134 do envoltório 102. Forma-das dentro do envoltório 102 estão bolsas de gás dianteiras e traseiras 136, 138, respectivamente. Essas bolsas de gás 136, 138 são estruturas bem conhecidas usadas em projeto de dirigível para fornecer lastro. De modo ideal, as mesmas são envoltórios ou bolsas cheios de ar localizados no interior da carcaça principal do en-voltório 102. Na medida em que o ar tem uma gravidade específica ou peso mais alto que o hélio, as bolsas de gás são infladas com ar para fazer o Plimp descer e são esvaziadas com ar para fazer o Plimp ascender, ou para ajudar na ascensão em combinação com um movimento de avanço das asas 104, 106 e qualquer vetor de empuxo para cima fornecido pelo sistema de propulsão, nesse caso os motores im-pulsionados nas nacelas 126. Será também observado que as bolsas de gás 136, 138 são usadas para controlar o acabamento (nivelamento horizontal) do Plimp 100.

[038]Conforme visto mais claramente na vista superior da Figura 3, as asas 104, 106 têm um enflechamento para frente. O uso de asas de enflechamento para frente 104, 106 faz com que os propulsores 122 estejam bem acima do solo quando em posição de voo vertical. Isso é feito por segurança e também para posicionar os propulsores mais para perto da linha de centro vertical da carcaça ou envoltório 102 para reduzir a interferência aerodinâmica à medida que o ar é puxado ao redor da carcaça e para o interior dos propulsores. Além disso, uma rotação diferencial das asas 104, 106 permite ao piloto fazer facilmente uma curva com o veículo fazendo um ângulo com uma asa para baixo e para frente e a outra para baixo e para trás, o que vai fazer o veículo rodar ao redor de um eixo vertical.

[039]Considerando-se o ambiente operacional do Plimp se assume que o hélio terá uma pureza de 97,5% com uma densidade de 0,01304 libras por pé cúbico. Em um dia de verão normal com temperatura do ar no meio ambiente em 77 graus Fahrenheit e 70,2% de umidade, a sustentação resultante será de aproximadamente 57 libras por pé cúbico de hélio. Se a meta do projeto é 74% do total para 10.000 pés de operação, haveria 49,6 libras por 1.000 pés cúbicos de sustentação. As bolsas de gás 136, 138 têm de representar 26% do volume interno. Usando dimensionamento clássico de cauda de dirigível de 13% de volume (V) de carcaça principal, o dimensionamento de cauda seria 13% de V0,666. Uma redução de arrasto de carcaça de 15% seria aplicada para efeitos de escala.

[040]Os motores usados para propulsão poderiam ser adaptados de motores elétricos existentes tendo um diâmetro de 8 polegadas, comprimento de 12 polega-das, 25 quilos (55 libras) mais controlador para 30 libras, e um 140 kilowatt (187 BHP) por cinco minutos rende 3,4 cavalos vapor por libra onde o controlador adiciona 55% do peso.

[041]Para o Plimp maior 300 seria necessário haver dois motores de 600 ca-valos vapor pesando cerca de 180 libras cada um (com 100 libras para o controlador). É assumido que para o modelo maior as baterias seriam 3,2 vezes tão pesadas quanto as baterias no Plimp 100 e teriam 1,5 vez o tamanho. Para eficiência à baixa velocidade na versão Plimp 300, estudos indicaram que um dimensionamento de sustentação de 9,1 pés seria preferido.

[042]A potência de bateria fornecida para os motores viria de modo ideal de baterias de íon de lítio tendo uma densidade de energia de 0,2 kWh/kg. A previsão para desenvolvimento de bateria dentro dos próximos cinco anos indica um potencial de 1 kWh/kg como possível fonte de energia. O volume da bateria é aproximadamente 0,5 kWh/litro, o que totaliza 500 kWh/m3. Para o Plimp 100, isso resultaria em um dimensionamento de propulsor com um diâmetro de aproximadamente 5,9 pés.

[043]Embora ventoinhas com dutos possam ser usados, como os mesmos estão em pequenos dirigíveis e modelos controlados por rádio, eles raramente são usados em aeronaves reais porque são menos eficientes durante condição de cru-zeiro devido a arrasto do duto, à redução do benefício de restrição de fluxo, e a um nível de empuxo desejado mais baixo. Além disso, vazios na altura têm de ser man-tidos entre pontas de lâmina e o duto. Também há peso, arrasto, e questões de ma-nutenção do duto propriamente dito mais os acessórios, bem como exigências de projeto, análise e teste adicionais para usar essas ventoinhas com dutos. Quando considerações de arrasto e de peso são levadas em conta, a vantagem de uma ven-toinha com dutos se perde ou desaparece por volta dos 50 nós quando o arrasto e o peso são considerados até 100 nós de velocidade do ar.

[044]O tamanho real da bateria para os Plimps 100, 300 vai depender de premissas da missão e cálculos de arrasto. De modo ideal presume-se que a carcaça e o material do pequeno dirigível seja material compósito CT35HB Aramid que tem baixa permeabilidade a gás, excelente desempenho a baixa temperatura, e excelente retenção da pressão. Usando esse material, um peso do envoltório da carcaça seria aproximadamente 0,0326 libras por pés quadrados. A divisão em catená- ria e em pesos diversos adicionaria cerca de 10% ao peso do envoltório. A Tabela A abaixo fornece epecificações para sustentação e peso. Tabela A

[045]A aviônica e o controle de voo irão atender a todas as exigências da FAA quanto a equipamento de comunicação e navegação. De modo ideal, capacidades autônomas de voo e navegação serão fornecidas. O peso do hardware exigido para a aviôni- ca está na faixa de 40 a 66 libras, que é aproximadamente três vezes o de uma aeronave de aviação geral típica de dois assentos. O controle de voo tem de ser totalmente atuado para permitir voo não tripulado, e haverá aproximadamente 135 libras de sistema servoe- létrico usando sua própria potência de bateria para voo não tripulado.

[046]Cálculos de faixa presumem que o empuxo máximo para decolagem será usado por cerca de dois minutos e para aterrissagem por aproximadamente 1/2 minuto. Trinta e três por cento de empuxo é presumido como retardo. Embora aero-naves exijam um retardo de 20 minutos, o Plimp 100 terá cerca de 5 minutos de re- tardo uma vez que a aterrissagem é feita verticalmente. Em condição de cruzeiro a 85-nós a 5.000 pés, 75% do empuxo seria necessário. Quatrocentas libras de bate-rias irão fornecer aproximadamente 13 minutos de tempo de condição de cruzeiro, o que é igual à faixa de cerca de 25 milhas náuticas. Se o peso bruto do Plimp é 3.050 libras, isso permite adicionar 600 libras adicionais de baterias, gerando cerca de 23 minutos de condição de cruzeiro em 45 milhas náuticas por hora.

[047]Com um aperfeiçoamento da densidade de energia de bateria adicional nos próximos anos é possível que a faixa possa aumentar até 200 milhas náuticas com 780 libras de baterias se a densidade de energia de bateria se aperfeiçoa quatro vezes em relação à tecnologia corrente. A faixa de 200 milhas náuticas é possível com economias de peso adicionais ou aumentando o tamanho de sustentação para permitir 3.230 libras de peso bruto geral total. A Tabela B abaixo mostra a densidade da energia, o volume de bateria, potência, e dados de eficiência para dois pesos e volumes de bateria. Tabela B

As Figuras 5 a 8 ilustram o Plimp 100 na configuração VTOL em que tanto as asas 104, 106 como as nacelas fixadas 126 em motores 124 e propulsores 128 foram giradas para cima 90 graus de modo que o empuxo dos propulsores 122 seja vertical. Essa é a configuração ideal para decolagem e aterrissagem no modo VTOL. Entretanto, as asas 104, 106 podem ser giradas em várias orientações, ou juntas ou independentemente para vetorizar o empuxo em direções desejadas para movimento tanto horizontal como vertical bem como guinada, isto é, movimento ao redor de um eixo vertical. De modo ideal as asas giram em uma faixa de pelo menos 90 graus até e incluindo 180 graus ao redor de um eixo longitudinal da asa, que é lateral a um eixo longitudinal do envoltório. Em algumas configurações a asa pode girar além de 180 graus, até e incluindo 270 graus, e além de 270 graus.

[048]A Figura 9 ilustra a fuselagem 108 em uma configuração em tandem com dois assentos para passageiro, similar a uma gôndola usada em pequenos diri-gíveis existentes. Nesse projeto, as asas 104, 106 são fixadas à fuselagem ao invés de no envoltório. Assim, esforços são suportados pela fuselagem e não pelo envoltório. Conforme visto na Figura 9, uma coluna de controle 142 é posicionada à frente do par de assentos 140, e pode ser configurada para ser deslizada para a esquerda ou para a direita para proporcionar assento para o piloto em qualquer um dos lados do Plimp 100.

[049]É mostrada na Figura 10 uma vista em close do rotor de cauda orbital 128 que é montado para girar ao redor de um eixo horizontal bem como para se arti-cular ao redor de um eixo transversal para auxiliar a controlar o movimento direcional do Plimp 100. Embora superfícies de controle de avião convencionais tais como ailerons, lemes direcionais, e lemes de profundidade possam ser usados durante o voo em que as asas 104, 106 estão gerando sustentação, em voo lento ou estacionário, o rotor de cauda 128 fornece a possibilidade de manobrar o Plimp 100 ao redor de todos os três eixos geométricos de controle (passo, rolagem, e guinada). Deve ser entendido que um projeto de ventoinha com dutos para o rotor de cauda também pode ser usado em determinados projetos.

[050]As Figuras 11 a 13 são gráficos do Envoltório de Voo, taxa de subida, e taxa de desempenho de subida - motor desligado para o Plimp 100 usando as especificações projetadas discutidas no presente documento. Se ambos os motores estão desligados em qualquer altitude, o tamanho e arrasto do veículo significa que o mesmo irá cair a um máximo de 26 pés por segundo. Comparativamente, isto não é muito rápido porque aviões militares sofrem dano zero em uma taxa de queda de 24 pés por segundo. Passageiros e carga estariam seguros nesse nível de desempenho com motor desligado. A despeito da altitude. Passageiros e carga estariam seguros porque o veículo não vai descer mais rápido que 26 fps (pés por segundo), que é relativamente lento (=19 mph (milhas por hora)).

[051]Com referência a seguir à Figura 14, é representada na mesma uma trajetória de voo prevista para decolagem apenas para o Plimp 100. Com os propul-sores girando para cima 90 graus para decolagem vertical, o Plimp 100 sobe até aproximadamente 50 pés, ponto em que ou durante a ascensão, o ângulo de passo aumentaria até 30 graus usando o rotor de cauda 128 para fornecer um ângulo de subida aproximado de 30 graus. O movimento de avanço é então começado giran-do-se os propulsores para a frente à medida que o Plimp 100 continua a subir de 50 pés a 400 pés e movendo-se para frente a partir do ponto de decolagem até 700 pés e além. Deve ser entendido que o veículo pode alcançar um ângulo de subida de até 45 graus ou mais, dependendo da configuração.

[052]As Figuras 15 a 18 ilustram a segunda modalidade da presente revela-ção em que o Plimp 200 é projetado para transportar até 12 passageiros ou 10 a 12 caixas de carga (3,3 pés quadrados) para a carga útil total de 2.400 libras. Como pode ser visto nas Figuras 15 a 18, o Plimp 200 tem um envoltório 202 maior, que inclui o pequeno dirigível dianteiro 204 e o pequeno dirigível traseiro 206. O plimp 200 terá um comprimento na faixa de 100 pés a 200 pés, e mais preferencialmente cerca de 150 pés de comprimento. Uma fuselagem aumentada 208 é fixada ao en-voltório 202 e tem o fuso de cauda 210 se estendendo a partir da mesma bem como asas esquerda e direita 212, 214, respectivamente. Na extremidade de cada asa está um propulsor 216 acionado por um motor elétrico 218 alojado em uma nacela 220. As escoras 222 suportam o fuso de cauda 210 no envoltório 202 e fornecem suporte para o estabilizador horizontal 224, para os estabilizadores verticais 226 e para o rotor de cauda 228. Rodas maiores 230 se estendem a partir da fuselagem aumentada 208, conforme mostrado mais claramente na Figura 18. A fuselagem 208 é aumentada para transportar até 12 pessoas em disposição lado a lado, isto é, em seis filas de dois assentos cada. Um conjunto de bateria removível pode ser arma-zenado sob a fuselagem 208 para fornecer potência para os sistemas de controle, navegação e propulsão.

[053]A Figura 18 também mostra em mais detalhe a orientação das nacelas 220 a partir de uma posição horizontal de avanço girada para cima 90 graus em re-lação a uma orientação vertical. De modo ideal, as nacelas 220 com motores 218 e propulsores 216 giram em combinação com as asas 212, 214 às quais elas são fixa-das. As asas podem ser giradas juntas ou independentemente para permitir uma variedade de configurações de controle para o Plimp 200.

[054]As Figuras 19 e 20 mostram o envoltório de voo e a taxa de subida, respectivamente, para o Plimp 200.

[055]Conforme será prontamente observado a partir do que foi anteriormente descrito, os Plimps 100, 200 são híbridos de avião-pequeno dirigível projetados para entrega de carga pequena e transporte de passageiro local. É fornecido o desloca-mento de ar não rígido de sustentação dinâmica acionada eletricamente que obtém uma porção não trivial de sua sustentação da aerodinâmica bem como da sustenta-ção aerostática do envoltório. Na medida em que o veículo se destina a operar a par-tir de pequenos pontos, a capacidade de VTOL no peso máximo tem de ser forneci-da.

[056]Sistemas de controle de voo computadorizados, automatizados podem ser fornecidos para incluir orientação terminal para aterrissagem, especialmente em condições de vento. Entretanto, é esperado que voos não tripulados, especialmente para aplicações de carga, possam ser utilizados com o controle sendo fornecido por comunicações de rádio a partir de locais no solo, ou diretamente ou através de re- transmissores de satélite. Sistemas de controle a bordo que utilizam trajetórias de voo pré-programadas podem também ser incorporados ao sistema de controle.

[057]De modo ideal, o Plimp 100 terá capacidade de decolagem e aterrissa-gem vertical, com capacidade de controle de velocidade do ar zero bem como capa-cidade com rolamento STOL (decolagem ou aterrissagem curta) usando as rodas. O comprimento preferido do Plimp 100 é de 50 pés, embora restrições de projeto e considerações funcionais possam exigir que o mesmo esteja na faixa de 50 pés a 90 pés. De modo ideal o Plimp 100 terá uma carga útil desacompanhada de aproxima-damente 500 libras ou uma carga útil alternativa de duas pessoas mais bagagem. Potência elétrica é fornecida para os motores de propulsão ou por meio de uma ba-teria ou de uma célula de combustível, ou outro meio conhecido das pessoas espe-cialistas na técnica. Com uma velocidade superior planejada de 90 milhas por hora e uma faixa de 200 milhas, o veículo pode fornecer tanto entrega de carga como de passageiro bem como passeios turísticos e outras atividades comerciais.

[058]Quando no solo, os Plimps 100, 200 são projetados para serem presos por corda ou corrente a uma a estação de amarração, amarrado usando um aparelho de amarrar convencional, ou estacionado em um hangar. De modo ideal a amar-ração seria alcançada por meio de um sistema de ancoragem eletromagnética, que permite que o plimp seja desencaixado com mínima, se houver, assistência da tripu-lação de solo. Por exemplo, o piloto ou controlador de solo poderia desencaixar re-motamente o plimp por meio de uma RF ou conexão conectada ao sistema de anco-ragem eletromagnética. Eletroímãs energizados seriam localizados na fuselagem ou nas asas ou em ambas e configurados para interagir com a estação de amarração, ou em um único local ou múltiplos locais no solo ao redor do plimp.

[059]Conforme será prontamente observado a partir da descrição anterior, a presente revelação fornece uma aeronave híbrida que utiliza tanto flutuação aerostá- tica gerada por um gás em combinação com sustentação gerada por um aerofólio (por exemplo, uma ou mais asas fixas ou asas giratórias) que se move através do ar juntamente com dispositivos de geração de empuxo em cada asa, por exemplo, propulsores, ventoinhas, jatos, e similares.

[060]De modo ideal é fornecido o veículo que inclui um primeiro dispositivo de sustentação que tem capacidade de fornecer flutuação aerostática; um segundo dispositivo de sustentação que tem capacidade de fornecer sustentação dinâmica através de movimento no ar; e um sistema estruturado para gerar empuxo acoplado ao segundo dispositivo de sustentação, o segundo dispositivo de sustentação e o sistema de geração de empuxo têm a capacidade de girarem juntos ao redor de um eixo que é lateral a um eixo longitudinal do veículo em ângulos pelo menos na faixa de 90 graus até e incluindo 180 graus. Um rotor de cauda orbital garante o controle direcional e estabilidade.

[061]As várias modalidades descritas acima podem ser combinadas para fornecer modalidades adicionais. Por exemplo, o tamanho do veículo pode ser au-mentado ou reduzido para atender especificações operacionais de aplicações parti-culares da tecnologia revelada no presente documento. Além disso, o veículo pode ser adaptado para uso na água, neve e gelo, e em veículos, tais como um trailer tipo plataforma, um navio, e similares. Essas e outras mudanças podem ser feitas nas modalidades à luz da descrição acima detalhada.

Claims

1. Veículo, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um envoltório configurado para carregar um gás que é capaz de fornecer flu-tuação de deslocamento hidrostática ao veículo, o envoltório tendo um eixo longitu-dinal entre uma dianteira e traseira do envoltório; um compartimento fixado ao envoltório; um fuso de cauda que se estende para a traseira a partir do compartimento; um estabilizador horizontal e um estabilizador vertical fixados ao fuso de cauda na traseira do compartimento; primeira e segunda asas fixadas aos primeiro e segundo lados opostos do compartimento, as primeira e segunda asas capazes de fornecer sustentação dinâ-mica através de movimento do veiculo através do ar e capazes de girarem em torno de um eixo que é lateral ao eixo longitudinal do envoltório através de ângulos pelo menos na faixa de 90 graus até e incluindo 180 graus; e um primeiro e segundo dispositivos de geração de empuxo acoplados nas respectivas primeira e segunda asas e capazes de gerar empuxo, os primeiro e se-gundo dispositivos de geração de empuxo capazes de girarem juntos com as primei-ra e segunda asas.

2. Veículo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um rotor de cauda fixado ao fuso de cauda.

3. Veículo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um rotor de cauda orbital fixado ao fuso de cauda.

4. Veículo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira e a segunda asas têm um enflechamento para frente.

5. Veículo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o compartimento compreende uma fuselagem capaz de carregar passageiros.

6. Veículo VTOL híbrido para viagem aérea, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma fuselagem configurada para carregar passageiros e carga; um primeiro dispositivo de sustentação acoplado à fuselagem e configurado para fornecer flutuação hidrostática; um segundo dispositivo de sustentação acoplado à fuselagem e configurado para fornecer sustentação dinâmica através do movimento do segundo dispositivo de sustentação através do ar; um fuso de cauda que se estende para a traseira a partir da fuselagem; um estabilizador horizontal e um estabilizador vertical que se estendem a partir do fuso de cauda; e um dispositivo de geração de empuxo estruturado para gerar empuxo, o dis-positivo de geração de empuxo acoplado ao segundo dispositivo de sustentação, o segundo dispositivo de sustentação e o dispositivo de geração de empuxo configu-rados para ter capacidade de girarem juntos ao redor de um eixo que é lateral a um eixo longitudinal da fuselagem até um máximo de 180 graus.

7. Veículo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo dispositivo de sustentação compreende primeira e segunda asas gerando sustentação em primeiro e segundo lados opostos da fuselagem, cada uma dentre a primeira e segunda asas tendo um respectivo dispositivo de geração de empuxo montado na mesma, e cada uma dentre a primeira e segunda asas configu-rada para girar individualmente ao redor do eixo lateral independentemente da outra dentre a primeira e segunda asas.

8. Veículo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro dispositivo de sustentação compreende um envoltório configurado para carregar um gás que é configurado para fornecer flutuação de deslocamento ao veículo.

9. Veículo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo dispositivo de sustentação compreende primeira e segunda asas se estendendo a partir da fuselagem em uma direção que é lateral a um eixo longitudinal da fuselagem.

10. Veículo, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira e a segunda asas são cada uma configurada para girar ao redor de um eixo que é lateral ao eixo longitudinal da fuselagem.

11. Veículo, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira e a segunda asas têm um enflechamento para frente.

12. Veículo, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que cada dispositivo de geração de empuxo compreende um propulsor acionado por um motor, o motor montado em uma respectiva asa e configurado para se mover conjuntamente com a asa quando a asa gira ao redor do eixo lateral.

13. Veículo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um rotor de cauda fixado ao fuso de cauda.