BR112018004262B1 - VEHICLES WITH GAS GENERATOR, FRONT EJECTORS AND AT LEAST ONE FLUIDLY COUPLED REAR EJECTOR - Google Patents

VEHICLES WITH GAS GENERATOR, FRONT EJECTORS AND AT LEAST ONE FLUIDLY COUPLED REAR EJECTOR Download PDF

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Andrei Evulet
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Abstract

VEÍCULOS COM GERADOR DE GÁS, EJETORES DIANTEIROS E PELO MENOS UM EJETOR TRASEIRO FLUIDAMENTE ACOPLADOS. Veículos que incluem um corpo principal e um gerador de gás que produz um fluxo de gás. Pelo menos um condutor traseiro e um condutor dianteiro estão acoplados através do fluido ao gerador. Primeiro e segundo ejetores dianteiros estão fluidamente acoplados ao pelo menos um condutor dianteiro. Pelo menos um ejetor traseiro está fluidamente acoplado ao pelo menos um condutor traseiro. Os ejetores dianteiros respectivamente incluem uma estrutura de saída através da qual o gás do pelo menos um condutor dianteiro flui. O pelo menos um ejetor dianteiro inclui uma estrutura de saída através da qual o gás do pelo menos um condutor traseiro flui. Os elementos dos primeiro e segundo aerofólios primários possuem bordas guia respectivamente localizadas diretamente a jusante dos primeiro e segundo ejetores. Pelo menos um elemento do aerofólio secundário tem uma borda guia localizada diretamente a jusante da estrutura de saída do pelo menos um ejetor traseiro.VEHICLES WITH GAS GENERATOR, FRONT EJECTORS AND AT LEAST ONE FLUIDLY COUPLED REAR EJECTOR. Vehicles that include a main body and a gas generator that produces a flow of gas. At least one rear conductor and one front conductor are fluid coupled to the generator. First and second front ejectors are fluidly coupled to the at least one front driver. At least one rear ejector is fluidly coupled to the at least one rear conductor. The front ejectors respectively include an outlet structure through which gas from the at least one front conductor flows. The at least one front ejector includes an outlet structure through which gas from the at least one rear conduit flows. The elements of the first and second primary airfoils have guiding edges respectively located directly downstream of the first and second ejectors. At least one member of the secondary airfoil has a guiding edge located directly downstream of the exit structure of the at least one rear ejector.

Description

AVISO DE COPYRIGHTCOPYRIGHT NOTICE

[0001] Esta revelação está protegida por leis de direitos autorais dos Estados Unidos e internacionais. © 2016 Jetoptera. Todos os direitos reservados. Parte da revelação deste documento de patente contém material sujeito à proteção de direitos autorais. O proprietário dos direitos autorais não tem objeção à reprodução fac-símile por qualquer pessoa do documento de patente ou a revelação da patente, conforme aparece no arquivo ou registro de patentes do Patent and Trademark Office, mas, de outra forma, reserva todos os direitos autorais.[0001] This disclosure is protected by United States and international copyright laws. © 2016 Jetoptera. All rights reserved. Part of the disclosure of this patent document contains material subject to copyright protection. The copyright owner has no objection to facsimile reproduction by any person of the patent document or patent disclosure as it appears in the patent file or register of the Patent and Trademark Office, but otherwise reserves all rights copyright.

REIVINDICAÇÃO DE PRIORIDADEPRIORITY CLAIM

[0002] Este pedido de patente reivindica prioridade ao pedido de patente provisório dos Estados Unidos N° 62/213.465, depositado em 2 de setembro de 2015, cuja revelação integral é incorporada, por referência, como se fosse totalmente incluída no presente pedido de patente.[0002] This patent application claims priority to United States Provisional Patent Application No. 62/213,465, filed September 2, 2015, the entire disclosure of which is incorporated by reference as if it were fully included in the present patent application .

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

[0003] Aeronaves que podem flutuar, decolar e aterrissar verticalmente são comumente chamadas de aeronaves de decolagem e aterrissagem verticais (VTOL, na sigla em inglês). Esta classificação inclui aeronaves de asa fixa, bem como helicópteros e aeronaves com rotores motorizados inclináveis. Algumas aeronaves VTOL também podem operar em outros modos, tal como decolagem e aterrissagem em pistas curtas (STOL, na sigla em inglês). VTOL é um subconjunto de V/STOL (decolagem e aterrissagem vertical e/ou em pistas curtas).[0003] Aircraft that can hover, take off and land vertically are commonly called vertical takeoff and landing (VTOL) aircraft. This classification includes fixed-wing aircraft as well as helicopters and aircraft with tiltable motorized rotors. Some VTOL aircraft can also operate in other modes, such as short runway takeoff and landing (STOL). VTOL is a subset of V/STOL (vertical and/or short runway takeoff and landing).

[0004] Para fins ilustrativos, um exemplo de uma aeronave atual que possui capacidade VTOL é o F-35 Lightning. Os métodos convencionais de vetorizar o fluxo vertical de ar de sustentação inclui o uso de bocais que podem ser girados em uma direção selecionada, juntamente com o uso de dois conjuntos de pás planas de flap dispostas a 90 graus entre si e localizadas no bocal externo. O sistema de propulsão do F- 35 Lightning fornece, da mesma forma, força de sustentação vertical pelo uso da combinação de impulso vetorial do motor da turbina e uma hélice de sustentação orientada verticalmente. A hélice de sustentação está localizada atrás da carlinga em um compartimento com portas superiores e inferiores em concha. O motor emite os gases de exaustão através de um bico giratório de três rolamentos que pode desviar o empuxo de horizontal para exatamente à frente da vertical. Os dutos de controle de rolamento se estendem para fora em cada asa e recebem seu empuxo do ar da hélice do motor. O controle da arfada é afetado pela divisão do empuxo entre a hélice de sustentação/motor. O controle de guinada ocorre através do movimento de guinada do bocal giratório do motor. O controle de rolamento é fornecido ao abrir e fechar diferencialmente os bocais nas extremidades dos dois dutos de controle de rolamento. A hélice de sustentação tem um bocal telescópico em forma de "D" para fornecer deflexão do empuxo nas direções para a frente e para a ré. O bocal-D tem pás fixas na abertura de saída.[0004] For illustrative purposes, an example of a current aircraft that has VTOL capability is the F-35 Lightning. Conventional methods of vectoring the vertical flow of lift air include the use of nozzles that can be rotated in a selected direction, along with the use of two sets of flat flap blades arranged at 90 degrees to each other and located on the outer nozzle. The F-35 Lightning's propulsion system similarly provides vertical lift force through the use of a combination of turbine engine vector thrust and a vertically oriented lift propeller. The support propeller is located behind the cockpit in a compartment with upper and lower clamshell doors. The engine emits exhaust gases through a three-bearing rotating nozzle that can divert thrust from horizontal to just ahead of vertical. Roll control ducts extend outward on each wing and receive their thrust from air from the engine propeller. Pitch control is affected by the division of thrust between the support/engine propeller. Yaw control occurs through the yaw movement of the engine's rotating nozzle. Rolling control is provided by differentially opening and closing the nozzles at the ends of the two rolling control ducts. The support propeller has a "D" shaped telescoping nozzle to provide thrust deflection in both the forward and aft directions. The D-nozzle has fixed blades at the exit opening.

[0005] O projeto de uma aeronave ou drone geralmente consiste em seus elementos propulsores e a estrutura à qual esses elementos estão integrados. Convencionalmente, o dispositivo propulsor em aeronaves pode ser um turborreator, turbofan, turbopropulsor ou turboeixo, motor de pistão ou motor elétrico equipado com uma hélice. O sistema propulsor (propulsor) em pequenos veículos aéreos não tripulados (UAVs, na sigla em inglês) é convencionalmente um motor de pistão ou um motor elétrico que fornece energia através de um eixo para uma ou várias hélices. O propulsor para uma aeronave maior, tripulada ou não tripulada, é tradicionalmente um motor a jato ou um turbopropulsor. O propulsor geralmente é unido à fuselagem ou ao corpo ou as asas da aeronave através de suportes aerodinâmicos ou esteios capazes de transmitir a força à aeronave e sustentar as cargas. O jato misto emergente (fluxo de jato) de ar e gases é o que impulsiona a aeronave na direção oposta ao fluxo efluente do jato.[0005] The design of an aircraft or drone generally consists of its propellant elements and the structure into which these elements are integrated. Conventionally, the propulsive device in aircraft may be a turbojet, turbofan, turboprop or turboshaft, piston engine or electric motor equipped with a propeller. The propulsion system (propeller) in small unmanned aerial vehicles (UAVs) is conventionally a piston engine or an electric motor that supplies power through a shaft to one or more propellers. The propellant for a larger aircraft, manned or unmanned, is traditionally a jet engine or a turboprop. The propellant is generally attached to the fuselage or the body or wings of the aircraft through aerodynamic supports or supports capable of transmitting force to the aircraft and sustaining the loads. The emerging mixed jet (jet stream) of air and gases is what propels the aircraft in the opposite direction to the jet's effluent flow.

[0006] Convencionalmente, o fluxo de ar efluente de uma grande hélice não é usado para fins de sustentação nos voos em nível e, portanto, uma quantidade significativa de energia cinética não é utilizada em benefício da aeronave, a menos que seja girada como em algumas das aplicações existentes hoje (a saber, o Osprey Bell Boeing V-22). Em vez disso, a sustentação, na maioria dos aeronaves existentes, é criada pelas asas e pela cauda. Além disso, mesmo nessas utilizações VTOL específicas (por exemplo, decolagem até a transição para o voo de nível) encontrados no Osprey, a sustentação produzida pela própria hélice é mínima durante o voo de nível, e a maior parte da força de sustentação é não obstante, fornecida pelas asas.[0006] Conventionally, the effluent airflow from a large propeller is not used for lift purposes in level flight and therefore a significant amount of kinetic energy is not utilized to the benefit of the aircraft unless it is rotated as in some of the applications that exist today (namely the Osprey Bell Boeing V-22). Instead, lift in most existing aircraft is created by the wings and tail. Furthermore, even in these specific VTOL uses (e.g., takeoff to transition to level flight) found on the Osprey, the lift produced by the propeller itself is minimal during level flight, and most of the lift force is not nevertheless, provided by the wings.

[0007] O estado atual da técnica para criar sustentação nas aeronaves é gerar um fluxo de ar de alta velocidade sobre as asas e os elementos das asas, que geralmente são aerofólios. Os perfis aerodinâmicos são caracterizados por linhas de cordas estendidas principalmente na direção axial, da borda de ataque à borda de fuga do perfil aerodinâmico. Com base no ângulo de ataque formado entre o fluxo de ar incidente e a linha de cordas, e de acordo com os princípios da geração de sustentação do perfil aerodinâmico, o ar de baixa pressão flui sobre o lado de aspiração (superior) e inversamente, pela lei de Bernoulli, movendo-se a velocidades mais elevadas do que o lado inferior (lado da pressão). Quanto menor for a velocidade do avião, menor será a força de sustentação e maior a área de superfície da asa, ou ângulos de incidência mais elevados, será necessária, inclusive para decolagem.[0007] The current state of the art for creating lift in aircraft is to generate a high-speed airflow over the wings and wing elements, which are generally airfoils. Aerodynamic profiles are characterized by chord lines extending mainly in the axial direction, from the leading edge to the trailing edge of the aerodynamic profile. Based on the angle of attack formed between the incident airflow and the chord line, and in accordance with the principles of aerodynamic profile lift generation, the low pressure air flows over the suction (upper) side and vice versa, by Bernoulli's law, moving at higher speeds than the lower side (pressure side). The lower the speed of the plane, the lower the lift force and the greater the wing surface area, or higher angles of incidence, will be required, including for takeoff.

[0008] Grandes veículos aéreos não tripulados (UAV, na sigla em inglês) não são exceção a esta regra. A sustentação é gerada ao projetar o perfil aerodinâmico com o ângulo de ataque apropriado, cordas, envergadura e arqueamento das asas. Flapes, sulcos e muitos outros dispositivos são outras ferramentas convencionais usadas para maximizar a sustentação pelo aumento do coeficiente de sustentação e da área de superfície da asa, mas gerará a sustentação correspondente à velocidade do ar relativa à aeronave. (Aumentar a área (S) e o coeficiente de sustentação (CL) permitem que uma quantidade similar de sustentação seja gerada a uma velocidade aerodinâmica inferior (V0) de acordo com a fórmula , mas ao custo de maior arrasto e peso.) Estas técnicas atuais também funcionam mal com queda significativa na eficiência em condições de ventos cruzados fortes.[0008] Large unmanned aerial vehicles (UAV) are no exception to this rule. Lift is generated by designing the aerodynamic profile with the appropriate angle of attack, chords, wingspan and camber. Flapes, grooves and many other devices are other conventional tools used to maximize lift by increasing the lift coefficient and wing surface area, but will generate lift corresponding to the airspeed relative to the aircraft. (Increasing the area (S) and lift coefficient (CL) allows a similar amount of lift to be generated at a lower airspeed (V0) according to the formula, but at the cost of greater drag and weight.) These techniques current ones also perform poorly with a significant drop in efficiency in strong crosswind conditions.

[0009] Enquanto os UAVs menores utilizam o empuxo gerado pelas hélices para levantar o veículo, a tecnologia atual depende exclusivamente do controle das velocidades do motor elétrico, e o UAV menor pode ou não ter a capacidade de pivotar os motores para gerar empuxo e sustentação, ou fazer a transição para um voo nivelado, inclinando as hélices. Além disso, os UAV menores que usam esses elementos de propulsão sofrem de ineficiências relacionadas a baterias, densidade de energia e hélices grandes, o que pode ser eficiente ao flutuar, mas é ineficiente em voo de nível e cria dificuldades e perigo ao operar devido à inclinação rápida das lâminas. A maioria dos quadcópteros atuais e outros veículos aéreos alimentados eletricamente só são capazes de períodos de voo muito curtos e não podem levantar ou transportar grandes cargas úteis, já que o peso do sistema elétrico e da bateria já pode exceder 70% do peso do veículo em todos os momentos do voo. Um veículo similar usando combustível para jato ou qualquer outro combustível de hidrocarbonetos tipicamente usado no transporte transportará mais combustível utilizável por pelo menos uma ordem de grandeza. Isso pode ser explicado pela densidade de energia muito maior do combustível de hidrocarbonetos em comparação com os sistemas de bateria (pelo menos uma ordem de grandeza), bem como o menor peso para a proporção total de peso do veículo de um sistema baseado em combustível hidrocarbonetos.[0009] While smaller UAVs use thrust generated by propellers to lift the vehicle, current technology relies solely on controlling electric motor speeds, and the smaller UAV may or may not have the ability to pivot the motors to generate thrust and lift , or transition to level flight by tilting the propellers. Additionally, smaller UAVs using these propulsion elements suffer from inefficiencies related to batteries, power density, and large propellers, which may be efficient when hovering, but are inefficient in level flight and create difficulties and danger when operating due to the rapid tilting of the blades. Most current quadcopters and other electrically powered aerial vehicles are only capable of very short flight periods and cannot lift or carry large payloads, as the weight of the electrical system and battery can already exceed 70% of the vehicle's weight in every moment of the flight. A similar vehicle using jet fuel or any other hydrocarbon fuel typically used in transportation will carry more usable fuel by at least an order of magnitude. This can be explained by the much higher energy density of hydrocarbon fuel compared to battery systems (by at least an order of magnitude), as well as the lower weight to total vehicle weight ratio of a hydrocarbon fuel-based system. .

[0010] Consequentemente, há uma necessidade de maior eficiência, capacidades melhoradas e outros avanços tecnológicos em aeronaves, particularmente para UAVs e certos veículos aéreos tripulados.[0010] Consequently, there is a need for greater efficiency, improved capabilities and other technological advances in aircraft, particularly for UAVs and certain manned aerial vehicles.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0011] As FIGs. 1A - 1C ilustram algumas das diferenças na estrutura, forças e controles entre um quadcóptero elétrico convencional e uma concretização da presente invenção.[0011] FIGS. 1A - 1C illustrate some of the differences in structure, forces and controls between a conventional electric quadcopter and an embodiment of the present invention.

[0012] FIG. 2A é uma vista superior de uma estrutura convencional de asa e aeroplano; a FIG. 2B é uma vista frontal de uma estrutura convencional de asa e aeroplano;[0012] FIG. 2A is a top view of a conventional wing and airplane structure; FIG. 2B is a front view of a conventional wing and airplane structure;

[0013] A FIG. 3 é uma seção transversal de uma concretização da presente invenção que representa a metade superior de um ejetor e perfis de velocidade e temperatura dentro do fluxo interno;[0013] FIG. 3 is a cross section of an embodiment of the present invention depicting the upper half of an ejector and velocity and temperature profiles within the internal flow;

[0014] A FIG. 4 é uma concretização da presente invenção que representa um propulsor/ejetor colocado à frente de um aerofólio;[0014] FIG. 4 is an embodiment of the present invention that represents a propeller/ejector placed in front of an airfoil;

[0015] A FIG. 5 é outra concretização da presente invenção em que o propulsor/ejetor é colocado à frente de uma superfície de controle como parte do aerofólio de outra asa.[0015] FIG. 5 is another embodiment of the present invention in which the thruster/ejector is placed in front of a control surface as part of the airfoil of another wing.

[0016] As FIGs. 6A-6C ilustram a presente invenção mostrada na FIG. 5 de pontos de vista diferentes.[0016] FIGS. 6A-6C illustrate the present invention shown in FIG. 5 from different points of view.

[0017] A FIG. 7A é outra concretização da presente invenção que utiliza um efluente de jato e aerofólio na sua direção para empurrar a aeronave para frente e gerar sustentação, o que substitui o motor na asa.[0017] FIG. 7A is another embodiment of the present invention that uses a jet effluent and airfoil towards it to push the aircraft forward and generate lift, which replaces the engine in the wing.

[0018] A FIG. 7B é a vista frontal da presente invenção mostrada na FIG. 7A.[0018] FIG. 7B is the front view of the present invention shown in FIG. 7A.

[0019] A FIG. 7C é outra concretização da presente invenção que apresenta asas em tandem;[0019] FIG. 7C is another embodiment of the present invention that features tandem wings;

[0020] A FIG. 8A é uma vista lateral de outra concretização da presente invenção, com o sistema de geração de empuxo/sustentação em tandem no qual os ejetores de aumento de empuxo frontal produzem empuxo com uma asa em configuração canard e os ejetores de aumento de empuxo traseiro produzem empuxo e sustentação na região traseira.[0020] FIG. 8A is a side view of another embodiment of the present invention, with the tandem thrust/lift generation system in which the front thrust increasing ejectors produce thrust with a wing in canard configuration and the rear thrust increasing ejectors produce thrust and support in the rear region.

[0021] A FIG. 8B é a vista em perspectiva da presente invenção mostrada na FIG. 8A.[0021] FIG. 8B is the perspective view of the present invention shown in FIG. 8A.

[0022] A FIG. 9 é uma vista em perspectiva da presente invenção mostrada nas FIGs. 8A e 8B e apresenta os arranjos da cauda da aeronave e a montagem do gerador de gás.[0022] FIG. 9 is a perspective view of the present invention shown in FIGS. 8A and 8B and presents the aircraft tail arrangements and gas generator assembly.

[0023] As FIGs. 10A - 10E mostram variações do coeficiente de elevação a uma velocidade constante de um aerofólio, em função do ângulo de incidência e mostra o ângulo de ataque de estol.[0023] FIGS. 10A - 10E show variations in the lift coefficient at a constant speed of an airfoil, as a function of the angle of incidence and shows the stall angle of attack.

[0024] As FIGs. 11A - 11B mostram a melhoria da margem de estol com posicionamentos diferentes da presente invenção.[0024] FIGS. 11A - 11B show the improvement in stall margin with different positions of the present invention.

[0025] As FIGs. 12A - 12C são ainda outra concretização da presente invenção que apresenta o componente ejetor do propulsor na posição relativa à asa.[0025] FIGS. 12A - 12C are yet another embodiment of the present invention that presents the propellant ejector component in a position relative to the wing.

[0026] As FIGs. 13A - 13C ilustram como a presente invenção pode controlar a arfada, rolamento e guinada da aeronave usando os ejetores, que aumentam o empuxo, em conjunto com os aerofólios finos colocados na esteira dos ejetores.[0026] FIGS. 13A - 13C illustrate how the present invention can control the pitch, roll and yaw of the aircraft using the ejectors, which increase thrust, in conjunction with the thin airfoils placed in the wake of the ejectors.

[0027] A FIG. 14 é uma concretização da presente invenção com elementos em forma de flape nas paredes do difusor de um ejetor Coanda que é dividido em duas partes.[0027] FIG. 14 is an embodiment of the present invention with flap-shaped elements on the walls of the diffuser of a Coanda ejector that is divided into two parts.

[0028] As FIGs. 15A - 15C ilustram, de diferentes pontos de vista, as características 3D de uma concretização da invenção.[0028] FIGS. 15A - 15C illustrate, from different points of view, the 3D characteristics of an embodiment of the invention.

[0029] A FIG. 16A mostra outra concretização da presente invenção para melhorar o desempenho e a margem de estol.[0029] FIG. 16A shows another embodiment of the present invention for improving performance and stall margin.

[0030] As FIGs. 16B - 16D ilustram, de diferentes pontos de vista, a presente invenção mostrada na FIG. 16A.[0030] FIGS. 16B - 16D illustrate, from different points of view, the present invention shown in FIG. 16A.

[0031] As FIG. 17A - 17C ilustram ainda outra concretização da presente invenção.[0031] FIGS. 17A - 17C illustrate yet another embodiment of the present invention.

[0032] As FIGs. 18A - 18C mostram arranjos convencionais típicos para ejetores tipo Coanda.[0032] FIGS. 18A - 18C show typical conventional arrangements for Coanda-type ejectors.

[0033] A FIG. 18D é uma concretização da presente invenção que descreve o ejetor Coanda circular com elementos simples de bocal primário.[0033] FIG. 18D is an embodiment of the present invention depicting the circular Coanda ejector with simple primary nozzle elements.

[0034] As FIG. 19A - 19D representam diferentes concretizações da presente invenção com bocais primários de melhor desempenho.[0034] FIGS. 19A - 19D represent different embodiments of the present invention with better performing primary nozzles.

[0035] A FIG. 19E ilustra o fluxo sobre a obstrução da asa delta colocada no centro do interior do bocal primário.[0035] FIG. 19E illustrates flow over the delta wing obstruction placed in the center of the interior of the primary nozzle.

[0036] A FIG. 20 explica a termodinâmica de uma concretização da presente invenção.[0036] FIG. 20 explains the thermodynamics of an embodiment of the present invention.

[0037] A FIG. 21 é ainda outra concretização da presente invenção com características que melhoram o atraso na separação do fluxo.[0037] FIG. 21 is yet another embodiment of the present invention with features that improve flow separation delay.

[0038] As FIGs. 22A a 22F ilustram diferentes características 3D e concretizações da presente invenção.[0038] FIGS. 22A to 22F illustrate different 3D features and embodiments of the present invention.

[0039] A FIG. 23 ilustra algumas características de acordo com uma concretização da presente invenção.[0039] FIG. 23 illustrates some features according to an embodiment of the present invention.

[0040] A FIG. 24 demonstra um ejetor tipo Coanda aplicado a uma aeronave apenas para VTOL.[0040] FIG. 24 demonstrates a Coanda-type ejector applied to a VTOL-only aircraft.

[0041] A FIG. 25 mostra uma disposição alternativa do ejetor como outra concretização da presente invenção.[0041] FIG. 25 shows an alternative ejector arrangement as another embodiment of the present invention.

[0042] A FIG. 26A mostra um turbofan de alto contorno.[0042] FIG. 26A shows a high contour turbofan.

[0043] A FIG. 26B shows a modified turbofan to serve as gas generator as one embodiment of the present invention.[0043] FIG. 26B shows a modified turbofan to serve as gas generator as one embodiment of the present invention.

[0044] A FIG. 27A é uma concretização da presente invenção que apresenta a rede de sangria e dutos.[0044] FIG. 27A is an embodiment of the present invention that shows the bleed network and ducts.

[0045] A FIG. 27B é outra concretização da rede de sangria e dutos.[0045] FIG. 27B is another embodiment of the bleed network and ducts.

[0046] A FIG. 27C é mais uma concretização de uma rede de sangria e dutos que mostra o controlador e os sensores.[0046] FIG. 27C is another embodiment of a bleed network and ducts that shows the controller and sensors.

[0047] A FIG. 27D é ainda outra concretização de uma rede de sangria e dutos que mostra o controlador e os sensores identificados.[0047] FIG. 27D is yet another embodiment of a bleed and duct network that shows the identified controller and sensors.

[0048] As FIGs. 28A-28E são formas possíveis de propulsores da presente invenção.[0048] FIGS. 28A-28E are possible forms of propellants of the present invention.

[0049] A FIG. 29 é uma disposição possível do sistema de propulsão na decolagem ou flutuação em uma concretização da presente invenção.[0049] FIG. 29 is a possible arrangement of the propulsion system in takeoff or floating in an embodiment of the present invention.

[0050] As FIG. 30A - 30B ilustram os ciclos termodinâmicos de um motor a jato.[0050] FIGS. 30A - 30B illustrate the thermodynamic cycles of a jet engine.

[0051] A FIG. 31 é uma concretização da presente invenção.[0051] FIG. 31 is an embodiment of the present invention.

DESCRIÇÃO DETALHADADETAILED DESCRIPTION

[0052] Este pedido de patente pretende descrever uma ou mais concretizações da presente invenção. Deve ser entendido que o uso de termos absolutos, como "deve", "pode" e similares, bem como quantidades específicas, deve ser interpretado como aplicável a uma ou mais dessas concretizações, mas não necessariamente a todas essas concretizações. Como tal, as concretizações da invenção podem omitir ou incluir a modificação de uma ou mais características ou funcionalidades descritas no contexto de tais termos absolutos. Além disso, as direções neste pedido de patente servem apenas para fins de referência e não devem de modo algum afetar o significado ou a interpretação da presente invenção.[0052] This patent application seeks to describe one or more embodiments of the present invention. It should be understood that the use of absolute terms such as "shall", "may" and the like, as well as specific quantities, should be interpreted as applying to one or more of these embodiments, but not necessarily to all of these embodiments. As such, embodiments of the invention may omit or include modification of one or more features or functionalities described in the context of such absolute terms. Furthermore, the directions in this patent application are for reference purposes only and shall in no way affect the meaning or interpretation of the present invention.

[0053] As presentes invenções divulgadas neste pedido de patente, seja trabalhando independentemente e conjuntamente, permitem que um UAV execute as manobras de um UAV elétrico sem o uso de grandes hélices ou ventoinhas, ao mesmo tempo que maximizam a autonomia, o alcance e a carga útil do veículo na relação total do peso. Os UAV elétricos, como o quadcóptero, podem flutuar, decolar verticalmente e aterrar e, como tal, executar loops, etc., simplesmente controlando a velocidade de rotação das hélices a ele acopladas. A presente invenção elimina a necessidade de hélices ou ventoinhas grandes e substitui a lógica de controle da velocidade de rotação das hélices por controle principalmente fluídicos dos ejetores giratórios de aumento de empuxo alimentados com fluido motriz de um gerador de gás a bordo do veículo. Os UAV não elétricos que empregam motores a jato normalmente não operam a baixas velocidades ou de forma eficiente e são limitados em sua manobrabilidade quando comparados aos UAV elétricos. As FIGs. 1A a 1C ilustram algumas das diferenças na estrutura, forças e velocidades de rotação entre um quadcóptero elétrico convencional e um quadcóptero fluídico, uma das concretizações da presente invenção.[0053] The present inventions disclosed in this patent application, whether working independently or together, allow a UAV to perform the maneuvers of an electric UAV without the use of large propellers or fans, while maximizing autonomy, range and vehicle payload to total weight ratio. Electric UAVs such as quadcopter can hover, take off vertically and land and as such perform loops, etc., by simply controlling the rotational speed of the propellers attached to it. The present invention eliminates the need for large propellers or fans and replaces the logic of controlling the rotational speed of the propellers with mainly fluidic control of the rotating thrust-increasing ejectors fed with motive fluid from a gas generator on board the vehicle. Non-electric UAVs that employ jet engines typically do not operate at low speeds or efficiently and are limited in their maneuverability when compared to electric UAVs. FIGS. 1A to 1C illustrate some of the differences in structure, forces and rotational speeds between a conventional electric quadcopter and a fluidic quadcopter, one of the embodiments of the present invention.

[0054] A presente invenção apresenta vários elementos que aumentam significativamente a manobrabilidade de um UAV não elétrico. Por exemplo, uma concretização da presente invenção revela um novo dispositivo de propulsão (propulsor) que pode ser implantado em uma aeronave. Outra concretização descreve os novos elementos 3D implementados em ejetores como parte do propulsor. Ainda outra concretização revela um sistema em tandem que combina um gerador de empuxo (propulsor) e uma asa fina de aerofólio (elemento de sustentação) que podem ser implantados em uma aeronave. Ainda outra concretização revela um sistema em tandem específico que consiste em bicos de ejetores e aerofólio delgado colocado na esteira do bocal e usa o efluente do jato a partir do bocal para a geração de empuxo e sustentação. Outra concretização revela uma nova colocação de um ejetor sobre uma asa para permitir um alto ângulo em voo de incidência. Uma outra concretização revela a aplicação de um ciclo termodinâmico do sistema de propulsão com características opcionalmente vantajosas que aumentam a eficiência e reduzem o peso total do sistema de propulsão. Finalmente, outra concretização descreve um sistema de geração de empuxo que combina capacidades VTOL com máquinas turbo e controle de arfada, rolamento e guinada de um veículo aéreo. Cada uma das concretizações acima mencionadas e muitas outras concretizações das presentes invenções reveladas neste pedido de patente serão explicadas nas seções a seguir.[0054] The present invention presents several elements that significantly increase the maneuverability of a non-electric UAV. For example, one embodiment of the present invention discloses a new propulsion device (thrust) that can be deployed on an aircraft. Another embodiment describes new 3D elements implemented in ejectors as part of the thruster. Yet another embodiment discloses a tandem system that combines a thrust generator (propeller) and a thin airfoil wing (lift element) that can be deployed on an aircraft. Yet another embodiment discloses a specific tandem system consisting of ejector nozzles and thin airfoil placed in the wake of the nozzle and uses jet effluent from the nozzle to generate thrust and lift. Another embodiment reveals a new placement of an ejector on a wing to allow a high angle in incidence flight. Another embodiment discloses the application of a thermodynamic cycle of the propulsion system with optionally advantageous characteristics that increase efficiency and reduce the total weight of the propulsion system. Finally, another embodiment describes a thrust generation system that combines VTOL capabilities with turbo engines and pitch, roll and yaw control of an aerial vehicle. Each of the aforementioned embodiments and many other embodiments of the present inventions disclosed in this patent application will be explained in the following sections.

Dispositivo de Propulsão e Sistema de Empuxo.Propulsion Device and Thrust System.

[0055] As FIGs. 2A e 2B descrevem um avião convencional com motores montados na asa que produzem empuxo, que gera aceleração e velocidade da aeronave, resultando em geração de sustentação nas asas; a função do motor é criar o empuxo e o efluente do jato do motor não é usado para posterior geração de sustentação, mas é perdido para a temperatura ambiente. O efluente de jato tem uma velocidade maior do que a da aeronave e, como tal, a sustentação gerada pela asa é uma função da velocidade da aeronave e não da velocidade local do efluente do jato do motor, que é o objeto do pedido de patente atual.[0055] FIGS. 2A and 2B describe a conventional airplane with wing-mounted engines that produce thrust, which generates acceleration and speed of the aircraft, resulting in the generation of lift on the wings; the function of the engine is to create thrust and the effluent from the engine jet is not used for further generation of lift, but is lost to ambient temperature. The jet effluent has a greater speed than that of the aircraft and as such the lift generated by the wing is a function of the aircraft speed and not the local speed of the engine jet effluent, which is the subject of the patent application. current.

[0056] Uma concretização da presente invenção inclui um propulsor que utiliza a fluídica para o arrasto e aceleração do ar ambiente e proporciona uma mistura efluente de jato de alta velocidade do gás de alta pressão (alimentado ao propulsor a partir de um gerador de gás) e o ar ambiente arrastado para dentro de maneira engenhada diretamente no sentido do aerofólio colocado exatamente atrás do propulsor, na esteira do jato do propulsor, e de forma simétrica ou não simétrica.[0056] One embodiment of the present invention includes a thruster that uses fluidics to entrain and accelerate ambient air and provides a high-velocity jet effluent mixture of high-pressure gas (fed to the thruster from a gas generator) and the ambient air drawn in in an engineered manner directly towards the airfoil placed exactly behind the propellant, in the wake of the propellant jet, and in a symmetrical or non-symmetrical manner.

[0057] A FIG. 3 ilustra uma seção transversal de apenas a metade superior do ejetor 200. A câmara 211 é alimentada com ar mais quente do que o ambiente. O fluxo de gás motriz pressurizado 600, que pode ser produzido por, como exemplo não limitativo, um motor de combustível fóssil ou de um compressor movido eletricamente, se comunica com o lado interno do ejetor através de dutos com bocais primários 203. Os bocais primários 203, devido a seu projeto, aceleram o fluido motriz 600 até a velocidade requerida pelo desempenho do ejetor. O fluido primário (motriz) 600 emerge a alta velocidade sobre a superfície de Coanda 204 como um jato de parede, arrastando o ar ambiente 1, que pode estar em repouso ou se aproximando do ejetor a uma velocidade diferente de zero a partir da esquerda da figura. A mistura do fluxo 600 e do ar ambiente 1 se move puramente axialmente na seção de garganta 225 do ejetor. Pela difusão no difusor 210, o processo de mistura e suavização continua, de modo que os perfis de temperatura (750) e a velocidade na direção axial (700) não mais apresentam valores altos e baixos, como ocorre na seção de garganta 225, mas tornam-se mais uniforme na saída do ejetor. À medida que a mistura de 1 e 600 se aproxima do plano de saída, os perfis de temperatura e velocidade são quase uniformes; em particular, a temperatura da mistura é suficientemente baixa para ser direcionada para um aerofólio, como uma asa ou superfície de controle.[0057] FIG. 3 illustrates a cross-section of just the upper half of the ejector 200. The chamber 211 is supplied with air hotter than the environment. The pressurized motive gas flow 600, which may be produced by, as a non-limiting example, a fossil fuel engine or an electrically driven compressor, communicates with the internal side of the ejector through ducts with primary nozzles 203. The primary nozzles 203, due to their design, accelerate the motive fluid 600 to the speed required by the ejector performance. The primary (motive) fluid 600 emerges at high speed over the surface of Coanda 204 as a wall jet, entraining ambient air 1, which may be at rest or approaching the ejector at a non-zero velocity from the left of the figure. The mixture of flow 600 and ambient air 1 moves purely axially in the throat section 225 of the ejector. By diffusion in the diffuser 210, the mixing and smoothing process continues, so that the temperature profiles (750) and the velocity in the axial direction (700) no longer present high and low values, as occurs in the throat section 225, but become more uniform at the ejector exit. As the mixture of 1 and 600 approaches the exit plane, the temperature and velocity profiles are nearly uniform; in particular, the temperature of the mixture is low enough to be directed toward an airfoil such as a wing or control surface.

[0058] Na FIG. 4, está ilustrada outra concretização da presente invenção, com o propulsor/ejetor 200 colocado à frente do aerofólio 100 e gerando uma força de elevação 400. O fluxo local sobre o aerofólio100 está em velocidade maior do que a velocidade da aeronave, devido à maior velocidade de 300 do efluente de jato de saída do propulsor 200 em comparação com a velocidade do ar da aeronave 500. O propulsor mistura vigorosamente a corrente motora mais quente proporcionada pelo gerador de gás com a corrente de entrada de ar ambiente frio com alta taxa de arrasto. A mistura é homogênea o suficiente para reduzir a corrente motriz quente 600 da temperatura do ejetor para o perfil de temperatura de mistura 750 que não impactará os aerofólios 100 ou 150 mecanicamente ou estruturalmente. O perfil de velocidade do jato de efluente que sai do propulsor 200 é tal que permitirá que mais sustentação 400 seja gerada pelo aerofólio 100 devido às velocidades locais mais elevadas. Superfícies de controle adicionais podem ser implementadas no aerofólio 100, como a superfície do estabilizador 150 mostrado na figura. Ao alterar o ângulo de tais superfícies 150, a atitude da aeronave pode ser rapidamente alterada com pouco esforço dada a maior velocidade local do jato efluente 300.[0058] In FIG. 4, another embodiment of the present invention is illustrated, with the propeller/ejector 200 placed in front of the airfoil 100 and generating a lifting force 400. The local flow over the airfoil 100 is at a speed greater than the speed of the aircraft, due to the greater speed of 300 of the exit jet effluent of the propellant 200 compared to the air speed of the aircraft 500. The propellant vigorously mixes the hotter engine stream provided by the gas generator with the inlet stream of cold ambient air at a high rate of drag. The mixture is homogeneous enough to reduce the hot motive stream 600 from the ejector temperature to the mixing temperature profile 750 which will not impact the airfoils 100 or 150 mechanically or structurally. The velocity profile of the effluent jet exiting the propellant 200 is such that it will allow more lift 400 to be generated by the airfoil 100 due to the higher local speeds. Additional control surfaces may be implemented on the airfoil 100, such as the stabilizer surface 150 shown in the figure. By changing the angle of such surfaces 150, the attitude of the aircraft can be quickly changed with little effort given the greater local velocity of the effluent jet 300.

[0059] FIG. 5 ilustra que o propulsor/ejetor 200 também pode ser colocado à frente de uma superfície de controle 152 como parte de outro aerofólio da asa 101. O propulsor pode ter forma não eixo-simétrica, e a superfície de controle pode ser colocada exatamente na esteira do referido propulsor 200. O propulsor mistura vigorosamente o fluxo motriz mais quente fornecido pelo gerador de gás, com o fluxo de ar ambiente frio entrante com alta taxa de arrasto. Da mesma forma, a mistura é homogênea o suficiente para reduzir a corrente motriz quente 600 da temperatura do ejetor para um perfil de temperatura da mistura que não impactará mecanicamente ou estruturalmente a superfície de controle. Nesta concretização, a guinada pode ser controlada alterando a orientação da superfície de controle 152. A função principal do propulsor 200 é gerar empuxo, mas também controle de sustentação ou atitude. Nesta concretização, o controle de guinada está na orientação 151 criando uma rotação em torno do eixo 10 da aeronave.[0059] FIG. 5 illustrates that the thruster/ejector 200 may also be placed in front of a control surface 152 as part of another wing airfoil 101. The thruster may be non-axis-symmetric in shape, and the control surface may be placed exactly on the wake. of said thruster 200. The thruster vigorously mixes the hotter driving stream provided by the gas generator, with the incoming cold ambient air stream having a high drag rate. Likewise, the mixture is homogeneous enough to reduce the hot driving current 600 from the ejector temperature to a mixture temperature profile that will not mechanically or structurally impact the control surface. In this embodiment, yaw can be controlled by changing the orientation of the control surface 152. The main function of the thruster 200 is to generate thrust, but also to control lift or attitude. In this embodiment, the yaw control is in orientation 151 creating a rotation about axis 10 of the aircraft.

[0060] As FIGs. 6A a 6C mostram a ilustração na FIG. 5 de diferentes pontos de vista.[0060] FIGS. 6A to 6C show the illustration in FIG. 5 from different points of view.

[0061] Por exemplo, o jato emergente com padrão retangular devido ao plano de escape retangular do propulsor também pode ser orientado muito mais facilmente e em mais direções do que por hélice e motor elétrico. Em outro exemplo, um jato emergente com padrão retangular devido ao plano de escape retangular do propulsor é direcionado para a borda de ataque de uma asa curta colocada a certa distância atrás do propulsor para maximizar o benefício de sustentação. Conforme descrito na presente invenção, o propulsor pode, portanto, gerar o empuxo necessário para que a aeronave se desloque para a frente, principalmente na direção oposta à direção do efluente de jato. Além disso, o efluente de jato que se move a uma velocidade mais alta que a velocidade da aeronave e que resulta do dito propulsor ou ejetor será usado para aumentar a força de sustentação que resulta do seu fluxo sobre o aerofólio colocado atrás desse propulsor ou ejetor. A velocidade do jato precisa sempre exceder a velocidade da aeronave e a diferença entre as duas velocidades precisará ser mínima para maximizar a eficiência propulsora. Segue-se que quanto maior a massa de fluxo que fornece o empuxo a velocidades mais baixas, ainda maior do que a velocidade da aeronave, maior a eficiência propulsora. Por exemplo, usando uma equação de eficiência propulsora conhecida por aqueles familiarizados com a técnica: PE = 270/(7 + 70) em que V é a velocidade do jato de saída do propulsor e V0 é a velocidade da aeronave, se a velocidade do jato de propulsão for 150% da velocidade da aeronave, a velocidade do avião será 50% da velocidade emergente do propulsor, e a eficiência propulsora será de 80%. Depois de deixar a seção de escape do propulsor de um avião, o fluxo de escape dos aviões a jato mais convencionais é perdido para o meio ambiente e nenhum benefício é retirado do jato residual, embora o jato, por exemplo, de um motor a jato ainda tenha energia na esteira. O fluxo de escape é tipicamente um jato redondo a velocidades mais altas (e, portanto, energia), misturando-se com um fluxo paralelo a menor velocidade e no final das contas se misturando com o par de vórtices de fuga da aeronave. Uma vez que deixe o motor da aeronave como escape, o fluxo de jato não beneficia mais a aeronave e quanto maior a velocidade do jato de exaustão, menor a eficiência propulsora e o desperdício de energia para o ambiente.[0061] For example, the emerging jet with a rectangular pattern due to the propeller's rectangular exhaust plane can also be oriented much more easily and in more directions than by a propeller and electric motor. In another example, an emerging jet with a rectangular pattern due to the propeller's rectangular exhaust plane is directed to the leading edge of a short wing placed some distance behind the propellant to maximize the lift benefit. As described in the present invention, the propellant can therefore generate the thrust necessary for the aircraft to move forward, mainly in the direction opposite to the direction of the jet effluent. Furthermore, jet effluent moving at a speed higher than the speed of the aircraft and resulting from said propellant or ejector will be used to increase the lift force resulting from its flow over the airfoil placed behind said propellant or ejector. . The jet speed must always exceed the aircraft speed and the difference between the two speeds will need to be minimal to maximize propulsive efficiency. It follows that the greater the flow mass providing thrust at lower speeds, even greater than the speed of the aircraft, the greater the propulsive efficiency. For example, using a propellant efficiency equation known to those familiar with the art: PE = 270/(7 + 70) where V is the speed of the propellant exit jet and V0 is the speed of the aircraft, if the speed of the jet propulsion is 150% of the aircraft speed, the airplane speed will be 50% of the propellant's emergent speed, and the propulsion efficiency will be 80%. After leaving the exhaust section of an aircraft's propellant, the exhaust stream from most conventional jet aircraft is lost to the environment and no benefit is derived from the residual jet, although the jet from e.g. still have energy on the treadmill. The exhaust flow is typically a round jet at higher speeds (and therefore energy), mixing with a parallel flow at lower speed and ultimately mixing with the aircraft's pair of trailing vortices. Once it leaves the aircraft engine as exhaust, the jet stream no longer benefits the aircraft and the higher the speed of the exhaust jet, the lower the propulsive efficiency and waste of energy to the environment.

[0062] Uma concretização da presente invenção utiliza a corrente mista que emerge do propulsor da presente invenção, que de outra forma seria perdida para o ambiente em aeronaves convencionais, para gerar sustentação ou criar capacidade de mudança de direção ao direcioná-lo diretamente a um aerofólio delgado ou outra superfície colocada diretamente atrás desse propulsor, para geração de sustentação ou de mudanças na atitude da aeronave. Uma vez que o fornecimento de gás pressurizado pode ainda ser modulado ou usado de forma segmentada por meio de uma rede contida na fuselagem e asas da aeronave, o arrasto e a velocidade do jato efluente podem ser ajustados por meio de métodos primários ou secundários. O método principal refere-se à modulação de pressão, fluxo, temperatura e/ou segmentação (alimentações múltiplas para múltiplos propulsores distribuídos em toda a aeronave). O conceito de segmentação envolve o uso de múltiplos elementos propulsores convenientemente colocados ao longo da aeronave, ou seja, segmentando a função de um propulsor único e grande em múltiplos menores que são alimentados com o gás pressurizado através de uma rede de dutos. O método secundário pode envolver a mudança da geometria ou da posição do propulsor em relação à posição neutra desse propulsor. Por exemplo, em voo horizontal, fornecer a pressão e fluxo adequados do gás ao propulsor pode resultar em um efluente de jato em 125% da velocidade da aeronave. No caso de uma velocidade axial do efluente de jato 125% maior que a velocidade da aeronave, a eficiência propulsora torna-se 88%. Se a velocidade emergente se tornar 110% a velocidades mais elevadas com o mesmo nível de empuxo gerado por meio do arrasto do ar ambiente, a eficiência propulsora melhora para 95%.[0062] An embodiment of the present invention utilizes the mixed current emerging from the thruster of the present invention, which would otherwise be lost to the environment in conventional aircraft, to generate lift or create direction change capability by directing it directly at a thin airfoil or other surface placed directly behind this propeller, to generate lift or changes in the aircraft's attitude. Since the pressurized gas supply can also be modulated or used in a segmented manner through a network contained in the aircraft's fuselage and wings, the drag and speed of the effluent jet can be adjusted through primary or secondary methods. The main method refers to the modulation of pressure, flow, temperature and/or segmentation (multiple feeds to multiple propellants distributed throughout the aircraft). The concept of segmentation involves the use of multiple propellant elements conveniently placed throughout the aircraft, that is, segmenting the function of a single, large propellant into multiple smaller ones that are fed with pressurized gas through a network of ducts. The secondary method may involve changing the geometry or position of the thruster relative to the neutral position of that thruster. For example, in horizontal flight, providing adequate gas pressure and flow to the propellant can result in jet effluent at 125% of the aircraft speed. In the case of a jet effluent axial velocity 125% greater than the aircraft speed, the propulsive efficiency becomes 88%. If the emergent velocity becomes 110% at higher speeds with the same level of thrust generated through ambient air drag, the propulsive efficiency improves to 95%.

Gerador de Empuxo e SustentaçãoThrust and Lift Generator

[0063] Outra concretização da presente invenção refere-se geralmente a uma combinação de empuxo e sustentação obtida por meio de um sistema em tandem composto por um elemento de geração de empuxo que direciona a maior parte de um efluente não circular de jato de alta velocidade na direção axial para um aerofólio delgado localizado a jusante do efluente de jato. A velocidade axial alta local deste efluente de jato gera sustentação em níveis consideravelmente mais elevados do que a sustentação da asa regular à velocidade da aeronave pois ~(Velocidade do fluxo jato)2. O efluente do jato é uma mistura de gases quentes e de alta energia, fornecidos ao gerador de empuxo por meio de dutos da saída de gerador de gás de alta pressão e ar ambiente arrastado. O ar arrastado é trazido para um fluxo de alta energia de energia cinética por meio de uma transferência de momento dos gases de alta pressão fornecidos ao gerador de empuxo dentro do elemento de geração de empuxo. A mistura resultante de ar e gás emerge do gerador de empuxo e pode ser direcionada apontando principalmente na direção axial, no sentido descendente, em direção à borda de ataque delgada do aerofólio e/ou ao lado de pressão do aerofólio.[0063] Another embodiment of the present invention generally relates to a combination of thrust and lift obtained through a tandem system composed of a thrust generating element that directs the majority of a non-circular high-velocity jet effluent in the axial direction to a thin airfoil located downstream of the jet effluent. The local high axial velocity of this jet effluent generates lift at considerably higher levels than regular wing lift at aircraft speed because ~(Jet flow velocity)2. The jet effluent is a mixture of hot, high-energy gases supplied to the thrust generator through high-pressure gas generator outlet ducts and entrained ambient air. The entrained air is brought into a high energy flow of kinetic energy through a momentum transfer from the high pressure gases supplied to the thrust generator within the thrust generating element. The resulting mixture of air and gas emerges from the thrust generator and can be directed by pointing primarily in the axial direction, downward, toward the thin leading edge of the airfoil and/or the pressure side of the airfoil.

[0064] Na maioria das aeronaves convencionais, não é atualmente possível direcionar o efluente do jato para um aerofólio ou asa de modo utilizar sua energia perdida. No caso de turborreatores, a alta temperatura do efluente de jato realmente exclui seu uso para geração de elevação através de um perfil aerodinâmico. As temperaturas típicas de exaustão do jato são 1000 graus centígrados e, por vezes, maiores quando a pós-combustão é utilizada para o aumento do empuxo, como na maioria das aeronaves militares. Quando são utilizados turbofans, apesar do uso de alta derivação em aeronaves modernas, ainda existe um elemento residual significativo de direção não-axial, devido à rotação da ventoinha, a despeito das palhetas que dirigem os fluidos de escape da ventoinha e do núcleo, em geral, axialmente. A presença dos gases quentes do núcleo a temperaturas muito altas e o movimento rotacional residual da mistura emergente, além da natureza cilíndrica dos jatos na corrente descendente, tornam impraticável o uso de aerofólios diretamente colocados atrás do motor turbofan. Além disso, o comprimento de mistura das correntes quentes e frias dos motores a jato, como os turbofans, ocorre em milhas, não em polegadas. Por outro lado, o uso atual de turbopropulsores maiores gera grandes fluxos cilíndricos de corrente descendente, do tamanho do diâmetro da hélice, com maior velocidade do componente rotacional por trás da hélice e movendo grandes quantidades de ar a velocidades mais baixas. O componente rotacional dificulta a utilização da energia cinética a jusante para outros propósitos além da propulsão e, portanto, parte da energia cinética é perdida e não utilizada de forma eficiente. Parte do ar movido pelas grandes hélices também é direcionado para o núcleo do motor. Em resumo, o fluxo de jato dos sistemas atuais de propulsão tem energia residual e potencial atualmente não explorado.[0064] In most conventional aircraft, it is not currently possible to direct jet effluent to an airfoil or wing in order to utilize its lost energy. In the case of turbojets, the high temperature of the jet effluent actually precludes its use for generating lift through an aerodynamic profile. Typical jet exhaust temperatures are 1000 degrees Celsius and sometimes higher when afterburner is used to increase thrust, as in most military aircraft. When turbofans are used, despite the use of high bypass in modern aircraft, there is still a significant residual element of non-axial direction, due to fan rotation, despite the vanes that direct exhaust fluids from the fan and core, in generally, axially. The presence of the hot core gases at very high temperatures and the residual rotational motion of the emerging mixture, in addition to the cylindrical nature of the jets in the downdraft, make the use of airfoils directly placed behind the turbofan engine impractical. Furthermore, the mixing length of hot and cold streams from jet engines, such as turbofans, is in miles, not inches. On the other hand, the current use of larger turboprops generates large cylindrical downdraft flows, the size of the propeller diameter, with greater speed of the rotational component behind the propeller and moving large amounts of air at lower speeds. The rotational component makes it difficult to utilize the downstream kinetic energy for purposes other than propulsion, and therefore some of the kinetic energy is lost and not used efficiently. Some of the air moved by the large propellers is also directed to the engine core. In summary, the jet stream of current propulsion systems has residual energy and currently untapped potential.

[0065] Nesta concretização da presente invenção, a corrente pode ser utilizada como um fluxo de geração de sustentação se direcionado diretamente a um perfil plano delgado para geração de sustentação. Por exemplo, quando aa velocidade axial de efluente de jato for 125% maior do que a velocidade do avião, a porção da asa que recebe o fluxo de efluente do jato pode gerar sustentação superior a 50% para a mesma envergadura em comparação com o caso em que o ar, na velocidade da aeronave, varre toda extensão das asas. Usando este exemplo, se a velocidade de efluente do jato for aumentada para 150%, a sustentação aumenta mais de 45% do que com a asa original na velocidade da aeronave, incluindo um efeito de queda de densidade se o gás pressurizado da exaustão de uma turbina fosse, por exemplo, usado.[0065] In this embodiment of the present invention, the current can be used as a lift-generating flow if directed directly to a thin planar profile for lift generation. For example, when the axial speed of the jet effluent is 125% greater than the speed of the airplane, the portion of the wing that receives the jet effluent flow can generate lift greater than 50% for the same wingspan compared to the case in which the air, at the speed of the aircraft, sweeps across the entire length of the wings. Using this example, if the jet's effluent speed is increased to 150%, lift increases more than 45% than with the original wing at aircraft speed, including a density drop effect if the pressurized exhaust gas from a turbine were, for example, used.

[0066] Alternativamente, uma asa, tal como uma asa leve delgada, poderia ser implantada diretamente atrás do plano de saída do ejetor do propulsor, imediatamente depois de o veículo ter completado as manobras de decolagem e estiver fazendo uma transição para o voo de nível, ajudando a gerar mais sustentação com menos energia do motor.[0066] Alternatively, a wing, such as a thin lightweight wing, could be deployed directly behind the propellant ejector exit plane immediately after the vehicle has completed takeoff maneuvers and is transitioning to level flight. , helping to generate more lift with less engine energy.

[0067] Alternativamente, usando esta concretização da presente invenção, a asa não precisa ter envergadura tão longa, e para a mesma corda, a envergadura pode ser reduzida em mais de 40% para gerar o mesmo elevador. Nesta equação de sustentação conhecida pelos familiarizados com a técnica: em que S é a superfície da asa, p é a densidade, V é a velocidade da aeronave (asa) e CL é o coeficiente de elevação. Um UAV com envergadura de, por exemplo, 3 m pode reduzir a envergadura para apenas 1,8 m desde que o jato esteja orientado diretamente para a asa em todos os momentos durante o voo em nível, com uma asa delgada e que tenha corda, abaulamento e CL semelhantes à asa original. O impacto prejudicial da temperatura na densidade é muito menor, se a proporção de mistura (ou índice de arrasto) for grande e, portanto, o jato for apenas um pouco mais quente.[0067] Alternatively, using this embodiment of the present invention, the wing does not need to have as long a wingspan, and for the same chord, the wingspan can be reduced by more than 40% to generate the same lift. In this lift equation known to those familiar with the technique: where S is the wing surface, p is the density, V is the speed of the aircraft (wing) and CL is the lift coefficient. A UAV with a wingspan of, for example, 3 m can reduce the wingspan to just 1.8 m as long as the jet is oriented directly towards the wing at all times during level flight, with a thin, tethered wing, bulging and CL similar to the original wing. The detrimental impact of temperature on density is much smaller if the mixing ratio (or drag index) is large and therefore the jet is only slightly hotter.

[0068] A FIG. 7A descreve uma abordagem alternativa para ter o motor a jato colocado na asa e produzir de forma independente o empuxo. Na FIG. 7A, o motor a jato já não produz um efluente de jato que empurre a aeronave para a frente, mas, em vez disso, é usado como gerador de gás e produz uma corrente de ar motriz que alimenta uma série de ejetores embutidos na asa para propulsão para a frente. Nesta concretização, o gerador de gás (não mostrado) está encaixado na fuselagem da aeronave, e a porção verde representa a entrada, o gerador de gás e os dutos que conduzem aos ejetores vermelhos, que são planos, de forma semelhante a flapes ou ailerons, e podem ser acionados para controlar a atitude da aeronave além de fornecer o empuxo necessário. A FIG. 7A mostra ainda outra asa (secundária) que é colocada em tandem com a primeira (principal) asa, que contém os ejetores de aumento de empuxo, e logo atrás dos ditos ejetores. A asa secundária, portanto, recebe uma velocidade muito maior do que a velocidade da aeronave, e, como tal, cria uma força de sustentação alta, uma vez que esta força é proporcional à velocidade aerodinâmica. Nesta concretização da presente invenção, a asa secundária verá uma temperatura moderadamente mais elevada devido à mistura do fluido motriz produzido pelo gerador de gás (também conhecido como fluido primário) e o fluido secundário, que é o ar ambiente, arrastado pelo fluido motriz a uma taxa entre 5-25 partes de fluido secundário por cada parte de fluido primário. Como tal, a temperatura que a asa secundária vê é um pouco mais alta do que a temperatura ambiente, mas significativamente menor do que o fluido motriz, permitindo que os materiais da asa secundária suportem e amparem as cargas de sustentação, de acordo com a fórmula: em que é a temperatura final da mistura fluida do efluente do jato que sai do ejetor, ER é a taxa de arrastamento das partes do ar ambiente arrastadas pelo ar motriz, é a temperatura mais quente do fluido motriz ou primário, e é a temperatura do ar ambiente que se aproxima.[0068] FIG. 7A describes an alternative approach to having the jet engine placed on the wing and independently producing thrust. In FIG. 7A, the jet engine no longer produces a jet effluent that pushes the aircraft forward, but is instead used as a gas generator and produces a motive air stream that powers a series of ejectors built into the wing to forward propulsion. In this embodiment, the gas generator (not shown) is fitted to the fuselage of the aircraft, and the green portion represents the inlet, the gas generator and the ducts leading to the red ejectors, which are flat, similar in shape to flaps or ailerons. , and can be activated to control the aircraft's attitude in addition to providing the necessary thrust. FIG. 7A shows yet another wing (secondary) that is placed in tandem with the first (main) wing, which contains the thrust increase ejectors, and just behind said ejectors. The secondary wing therefore receives a speed much greater than the speed of the aircraft, and as such creates a high lift force, since this force is proportional to the airspeed. In this embodiment of the present invention, the secondary wing will see a moderately higher temperature due to the mixing of the motive fluid produced by the gas generator (also known as the primary fluid) and the secondary fluid, which is ambient air, entrained by the motive fluid at a rate between 5-25 parts of secondary fluid for each part of primary fluid. As such, the temperature that the secondary wing sees is slightly higher than ambient temperature, but significantly lower than the motive fluid, allowing the secondary wing materials to support and support lift loads, according to the formula : on what is the final temperature of the fluid mixture of the jet effluent leaving the ejector, ER is the entrainment rate of the parts of the ambient air entrained by the driving air, is the hottest temperature of the driving or primary fluid, and is the approaching ambient air temperature.

[0068] A FIG. 7B representa a vista frontal da aeronave mostrada na FIG. 7A com setas que ilustram a força de elevação adicional gerada pelas asas mais curtas e em tandem e a falta de motores na asa.[0068] FIG. 7B represents the front view of the aircraft shown in FIG. 7A with arrows illustrating the additional lift force generated by the shorter, tandem wings and the lack of wing engines.

[0069] A FIG. 7C representa outra concretização da presente invenção com as asas em tandem. Nesta concretização, os ejetores de aumento de empuxo 701 que fazem parte do sistema de propulsores são colocados nas asas principais (asas dianteiras) 703 conectados por meio de dutos e recebem o fluido motriz de um gerador de gás colocado dentro da fuselagem. O ejetor gera o empuxo e transmite a força mecanicamente para a aeronave. O efluente de jato gera um fluxo constante de alta velocidade que é usado pela asa secundária (asa cinza) 702 para produzir sustentação adicional. A combinação das duas asas mais curtas produz mais sustentação do que a de uma ala de envergadura muito maior, sem os amplificadores de empuxo do ejetor que dependem de um motor a jato ligado à referida asa maior para produzir empuxo.[0069] FIG. 7C represents another embodiment of the present invention with tandem wings. In this embodiment, the thrust increasing ejectors 701 that are part of the thruster system are placed on the main wings (front wings) 703 connected through ducts and receive the motive fluid from a gas generator placed inside the fuselage. The ejector generates thrust and transmits force mechanically to the aircraft. The jet effluent generates a constant high-velocity flow that is used by the secondary wing (gray wing) 702 to produce additional lift. The combination of the two shorter wings produces more lift than that of a wing of much greater wingspan, without the ejector thrust amplifiers that rely on a jet engine attached to said larger wing to produce thrust.

[0070] As FIGs. 8A e 8B ilustram ainda outra concretização da presente invenção. Como mostrado nas FIGs. 8A e 8B, o sistema de geração de empuxo/sustentação em tandem está ligado a um veículo aéreo 804, onde os ejetores de aumento de empuxo frontal 801, que incluem bordas de ataque e porções de entrada para a admissão de ar a montante, produzem empuxo logo atrás de uma asa em configuração canard, com cada um desses ejetores posicionados a estibordo e bombordo do veículo. A asa canard é orientada em alto ângulo de incidência e próxima ao estol quando em voo nivelado, em que a presença do ejetor de aumento de empuxo estende a margem de estol da referida asa canard 803. O ejetor de aumento de empuxo 801 transmite mecanicamente a força de empuxo para a estrutura 804 e produz um efluente de jato a jusante que consiste em correntes de ar primárias e secundárias bem misturadas, que por sua vez são usadas para gerar sustentação significativamente maior na asa 802. O sistema é replicado também na cauda da aeronave de forma semelhante. Os ejetores de aumento de empuxo 801 recebem uma corrente de sangria do compressor a partir do gerador de gás 800, enquanto os ejetores de aumento do empuxo da cauda recebem os gases quentes pressurizados que saem da turbina a gás do gerador de gás 800. A combinação do uso do ar de sangria do compressor para os ejetores 801 e o uso de gases quentes de escape para os ejetores traseiros como fluidos primários, respectivamente, resultam em (1) aumento de empuxo em voo nivelado devido ao arrasto do ar ambiente pelos ejetores e (2) sustentação adicional gerada nas superfícies colocadas atrás dos ditos ejetores, como a asa 802 com bordas de ataque. Esses elementos colocados atrás do ejetor são geralmente estruturas delgadas e podem ser construídos a partir de materiais compósitos, incluindo, entre outros, compósitos de matriz cerâmica (CMCs). Este arranjo oferece maior flexibilidade para alternar durante a transição da decolagem para a flutuação e voo de nível.[0070] FIGS. 8A and 8B illustrate yet another embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 8A and 8B, the tandem thrust/lift generation system is connected to an aerial vehicle 804, where the front thrust augmentation ejectors 801, which include leading edges and inlet portions for upstream air intake, produce thrust just behind a wing in canard configuration, with each of these ejectors positioned on the starboard and port side of the vehicle. The canard wing is oriented at a high angle of incidence and close to stall when in level flight, wherein the presence of the thrust-increasing ejector extends the stall margin of said canard wing 803. The thrust-increasing ejector 801 mechanically transmits the thrust force to structure 804 and produces a downstream jet effluent consisting of well-mixed primary and secondary air streams, which in turn are used to generate significantly greater lift on wing 802. The system is also replicated in the tail of the aircraft in a similar way. The thrust boost ejectors 801 receive a compressor bleed stream from the gas generator 800, while the tail thrust boost ejectors receive the pressurized hot gases exiting the gas turbine from the gas generator 800. The combination The use of compressor bleed air for the 801 ejectors and the use of hot exhaust gases for the rear ejectors as primary fluids, respectively, result in (1) increased thrust in level flight due to the entrainment of ambient air by the ejectors and (2) additional lift generated on surfaces placed behind said ejectors, such as wing 802 with leading edges. These elements placed behind the ejector are generally thin structures and can be constructed from composite materials, including but not limited to ceramic matrix composites (CMCs). This arrangement provides greater flexibility to switch during the transition from takeoff to hover and level flight.

[0071] A FIG. 9 fornece mais detalhes da seção traseira (ou quente) da ilustração nas FIGs. 8A e 8B. As estruturas delgadas 904 que possuem bordas de ataque são colocadas na sequência de um conjunto de ejetores de aumento de empuxo quente 901, que possuem bordas de ataque e recebem o fluido primário (motriz) como gás de escape quente do gerador de gás 800, situado perto do cockpit 805 e que arrasta ar na entrada 902 do ejetor 901. O duto que liga o escape do gerador de gás 800 ao elemento 901 está incorporado à estrutura da palheta vertical 950. Os ejetores 901 arrastam o ar ambiente entrante nas áreas de entrada 902 e expulsam uma mistura arrastada de ar e gás motriz em alta velocidade pela saída 903 e principalmente para a estrutura de delgada cauda 904 que, por sua vez, gera sustentação adicional. Ambos os elementos 801 nas FIGs. 8A e 8B e 901 na FIG. 9 podem girar em torno de seu eixo principal para VTOL e controle de flutuação. Além disso, cada ejetor do conjunto de ejetores 901 pode girar em torno do mesmo eixo com e/ou independentemente do outro ejetor.[0071] FIG. 9 provides more details of the back (or hot) section of the illustration in FIGS. 8A and 8B. The slender structures 904 having leading edges are placed following a set of hot thrust increasing ejectors 901 having leading edges and receiving the primary (motive) fluid as hot exhaust gas from the gas generator 800 located near the cockpit 805 and which entrains air into the inlet 902 of the ejector 901. The duct connecting the gas generator exhaust 800 to the element 901 is incorporated into the structure of the vertical vane 950. The ejectors 901 entrain the incoming ambient air into the inlet areas 902 and expel an entrained mixture of air and motive gas at high speed through the outlet 903 and mainly to the thin tail structure 904 which, in turn, generates additional lift. Both elements 801 in FIGS. 8A and 8B and 901 in FIG. 9 can rotate around its main axis for VTOL and hover control. Furthermore, each ejector of the ejector assembly 901 may rotate about the same axis with and/or independently of the other ejector.

[0072] FIGs. 10A a 10E mostram os vários fluxos, bem como a sustentação em relação ao ângulo de incidência com o ponto correspondente ao ângulo de incidência destacado em cada caso. À medida que o ângulo de incidência de um aerofólio é aumentado, a sustentação aumenta até que a separação da camada limite no aerofólio determine o estol, logo após o ponto de sustentação máxima (ver Figura 10D).[0072] FIGS. 10A to 10E show the various flows as well as the lift in relation to the angle of incidence with the point corresponding to the angle of incidence highlighted in each case. As the angle of incidence of an airfoil is increased, lift increases until boundary layer separation in the airfoil determines stall, just past the point of maximum lift (see Figure 10D).

[0073] A FIG. 10A demonstra a relação entre a sustentação e o ângulo de incidência da estrutura de asa canard 803 ilustrada nas FIGs. 8A e 8B em um ângulo de incidência de zero grau (0°), onde o ponto representa a força de sustentação e as linhas de corrente representam os fluxos em torno do aerofólio canard. As FIGs. 10B a 10D mostram o resultado do aumento da força de sustentação da estrutura 803 à medida que o ângulo de incidência ou ângulo de ataque aumenta até o ponto de estol, totalmente representado na FIG. 10D. Além da posição do aerofólio (em relação ao ângulo de incidência) como mostrado na FIG. 10D, e.g., na posição representada na FIG. 10E, a sustentação diminui rapidamente à medida que o fluxo se torna turbulento, pode se separar e as linhas aerodinâmicas já não são suaves. A sustentação aumenta quase linearmente à medida que o ângulo de incidência aumenta, mas no ângulo de incidência mostrado na FIG. 10D atinge o valor máximo, além do qual o fluxo se separa no lado superior do aerofólio. Na FIG. 10E, há recirculação e aumento do arrasto, perda de sustentação gerada por fluxos opostos e ocorrência da separação de camadas limite. Isso faz com que a força de sustentação caia significativamente e resulte no estol.[0073] FIG. 10A demonstrates the relationship between lift and angle of incidence of the canard wing structure 803 illustrated in FIGS. 8A and 8B at an angle of incidence of zero degrees (0°), where the point represents the lift force and the streamlines represent the flows around the canard airfoil. FIGS. 10B to 10D show the result of increasing the lift force of structure 803 as the angle of incidence or angle of attack increases to the stall point, fully represented in FIG. 10D. In addition to the position of the airfoil (relative to the angle of incidence) as shown in FIG. 10D, e.g., in the position depicted in FIG. 10E, lift decreases rapidly as the flow becomes turbulent, may separate, and the aerodynamic lines are no longer smooth. Lift increases almost linearly as the angle of incidence increases, but at the angle of incidence shown in FIG. 10D reaches the maximum value, beyond which the flow separates on the upper side of the airfoil. In FIG. 10E, there is recirculation and increased drag, loss of lift generated by opposing flows and separation of boundary layers. This causes the lift force to drop significantly and results in a stall.

[0074] As FIGs. 11A e 11B mostram a curva de sustentação característica das FIGs. 10A a 10E, com uma segunda curva mostrando uma extensão da margem de estol, o que demonstra a melhora na sustentação em relação ao ângulo de incidência para além do ponto de estol no caso de o ejetor ser colocado em relação à asa de modo que ele retarde a separação e facilite a ingestão da camada limite em ângulos elevados de ataque. Na FIG. 11B, a sustentação continua a aumentar sem parar com o ângulo de incidência, devido à presença do ejetor. A colocação do ejetor além do ápice do aerofólio permite a refixação ou a evitação da separação do fluxo da camada limite superior que, de outra forma, se separaria na ausência do ejetor que ingere a referida camada limite, devido ao alto ângulo de incidência do referido aerofólio. O ejetor está introduzindo uma área local de baixa pressão em sua entrada, forçando a ingestão da camada limite desenvolvida sobre o lado superior do aerofólio. A margem de estol torna-se muito maior pela colocação o ejetor de aumento de empuxo para além do ápice da asa canard ou aerofólio 803 das FIGs. 7C, 8A e 8B. Estes resultados indicam que a presença do ejetor prolonga a margem de estol e permite gerar maiores forças de sustentação ao aumentar o ângulo de ataque para além do valor do ângulo de estol de ataque do referido aerofólio sem a presença do ejetor. Além disso, as FIGs. 11A e 11B ilustram possíveis colocações do ejetor em relação à corda do aerofólio para reotimizar o fluxo em torno do aerofólio.[0074] FIGS. 11A and 11B show the characteristic lift curve of FIGs. 10A to 10E, with a second curve showing an extension of the stall margin, which demonstrates the improvement in lift relative to the angle of incidence beyond the stall point if the ejector is placed relative to the wing so that it delay separation and facilitate boundary layer ingestion at high angles of attack. In FIG. 11B, the lift continues to increase without stopping with the angle of incidence, due to the presence of the ejector. Placing the ejector beyond the apex of the airfoil allows reattachment or avoidance of flow separation from the upper boundary layer that would otherwise separate in the absence of the ejector ingesting said boundary layer, due to the high angle of incidence of said boundary layer. airfoil. The ejector is introducing a local area of low pressure at its inlet, forcing ingestion of the boundary layer developed over the upper side of the airfoil. The stall margin is made much greater by placing the thrust-increasing ejector beyond the apex of the canard wing or airfoil 803 of FIGs. 7C, 8A and 8B. These results indicate that the presence of the ejector extends the stall margin and allows the generation of greater lift forces by increasing the angle of attack beyond the value of the stall angle of attack of said airfoil without the presence of the ejector. Furthermore, FIGS. 11A and 11B illustrate possible placements of the ejector relative to the airfoil chord to re-optimize flow around the airfoil.

[0075] As FIGs. 12A a 12C representam ainda outra concretização da presente invenção. O sistema da asa principal e de ejetores de aumento de empuxo produz um empuxo para a frente e um condicionamento de efluente de jato de alta velocidade que pode ser usado para geração de sustentação adicional quando acoplado com um aerofólio secundário (não mostrado, mas que pode ser colocado na esteira ou efluente a jusante dos ejetores). Como ilustrado na FIG. 12A, os ejetores são formados por duas (2) metades tipo faca de ar que, em conjunto, geram o arrasto, a transferem o momentum e a aceleração do ar ambiente pelo uso do fluido primário ou motriz e pela ejeção da mistura final de fluidos primários e secundários em altas velocidades. As duas metades 1201 e 1202 podem girar e trasladar independentemente para posicionar-se em relação à asa de tal maneira que estejam otimizando o aumento em qualquer momento, com base na atitude e missão da aeronave (ou ponto na missão), condição do fluido primário (taxa de fluxo, pressão e temperatura). Isso permite que a garganta formada pelas duas metades tenha, num caso, um certo valor, e em outro caso, um valor maior ou menor. Por exemplo, na decolagem, as duas metades podem ambas apontar para baixo para permitir que a aeronave decole verticalmente. As duas metades podem se mover independentemente e se posicionar uma à outra para maximizar o empuxo com uma taxa de fluxo de fluido primária máxima e uma taxa de arrasto máxima, gerando uma certa relação de área de entrada para a garganta que seja favorável à maximização do impulso. No entanto, quando em voo nivelado, as duas metades do ejetor podem ficar horizontais e aerodinâmicas com a asa, com uma área menor de garganta para pressões, temperatura e taxa de fluxo do fluido primário menores, maximizando novamente o aumento de empuxo. A área da garganta, a área de saída, a área de entrada e suas proporções também podem ser ajustadas de acordo com um algoritmo de maximização do empuxo. Ambos o 1201 e o 1202 contêm uma câmara 1211 e 1212, respectivamente, conectados a um duto e recebendo o referido fluido primário a partir de, por exemplo, um orifício de sangria do compressor de um gerador de gás. As duas metades formam juntas uma área de entrada variável 1201a e uma área de saída variável 1201b e uma forma de difusão formada pelas paredes 1213 e 1214, respectivamente, para difundir de forma otimizada o fluxo e maximizar o referido empuxo. O fluxo primário é introduzido a partir das câmaras 1211 e 1212, respectivamente, na área da garganta através de vários bocais especialmente projetados 1203 e 1204, respectivamente, de forma contínua ou pulsada.[0075] FIGS. 12A to 12C represent yet another embodiment of the present invention. The main wing and thrust augmentation ejector system produces forward thrust and high-speed jet effluent conditioning that can be used to generate additional lift when coupled with a secondary airfoil (not shown, but can be placed in the wake or effluent downstream of the ejectors). As illustrated in FIG. 12A, the ejectors are formed by two (2) air knife halves that together generate drag, transfer momentum and acceleration from the ambient air through the use of the primary or motive fluid and the ejection of the final fluid mixture primary and secondary at high speeds. The two halves 1201 and 1202 can rotate and translate independently to position themselves relative to the wing in such a way that they are optimizing boost at any given time, based on the aircraft's attitude and mission (or point in the mission), condition of the primary fluid (flow rate, pressure and temperature). This allows the throat formed by the two halves to have, in one case, a certain value, and in another case, a greater or lesser value. For example, on takeoff, the two halves may both point downward to allow the aircraft to take off vertically. The two halves can move independently and position themselves relative to each other to maximize thrust with a maximum primary fluid flow rate and a maximum drag rate, generating a certain inlet-to-throat area ratio that is conducive to maximizing thrust. impulse. However, when in level flight, the two halves of the ejector can be horizontal and streamlined with the wing, with a smaller throat area for lower pressures, temperature and primary fluid flow rate, again maximizing the increase in thrust. The throat area, exit area, inlet area and their proportions can also be adjusted according to a thrust-maximizing algorithm. Both 1201 and 1202 contain a chamber 1211 and 1212, respectively, connected to a duct and receiving said primary fluid from, for example, a compressor bleed port of a gas generator. The two halves together form a variable inlet area 1201a and a variable outlet area 1201b and a diffusion form formed by walls 1213 and 1214, respectively, to optimally diffuse the flow and maximize said thrust. The primary flow is introduced from chambers 1211 and 1212, respectively, into the throat area through a number of specially designed nozzles 1203 and 1204, respectively, in a continuous or pulsed manner.

[0076] A FIG. 12C descreve ainda o arranjo deste ejetor para o voo nivelado de uma aeronave. A FIG. 12C mostra que o ejetor plano pode ser inserido dentro da espessura do aerofólio quando todos os elementos descritos nesta revelação forem usados para maior eficiência. A FIG. 12C mostra o contorno das referidas superfícies interna e externa do ejetor e a FIG. 12B mostra o modelo 3D das metades inferior e superior 1201 e 1202 do ejetor Coanda plano revelado, integrado com a asa. As duas metades, que podem ser acionadas de forma independente, formam juntas uma entrada 1201a e uma saída 1201b; elas permitem a introdução em alta velocidade de um fluido primário através dos bocais primários 1203 sobre as superfícies de Coanda 1204.[0076] FIG. 12C further describes the arrangement of this ejector for level flight of an aircraft. FIG. 12C shows that the flat ejector can be inserted within the thickness of the airfoil when all elements described in this disclosure are used for greater efficiency. FIG. 12C shows the outline of said inner and outer surfaces of the ejector and FIG. 12B shows the 3D model of the lower and upper halves 1201 and 1202 of the revealed flat Coanda ejector, integrated with the wing. The two halves, which can be driven independently, together form an input 1201a and an output 1201b; they allow the high-velocity introduction of a primary fluid through the primary nozzles 1203 onto the Coanda surfaces 1204.

[0077] As FIGs. 13A a 13C descrevem como a presente invenção pode controlar a arfada, o rolamento e a guinada da aeronave usando os ejetores de aumento de empuxo em conjunto com os aerofólios delgados colocados na esteira dos ejetores. No que diz respeito à arfada, os ejetores frio e quente podem ser girados de forma independente em torno de seu eixo principal para fazer com que a aeronave arfe para frente ou para trás. O controle de arfada é afetado pela divisão frontal/traseira do empuxo do ejetor e/ou pela modulação do fluxo de fluido motriz fornecido aos ejetores. Com relação ao rolamento, os ejetores podem ser girados de forma independente para que a aeronave role. No que diz respeito à guinada, uma combinação de rotação adicional em torno de um eixo perpendicular com o posicionamento dos aerofólios delgados na esteira do efluente do jato pode ser usada para provocar uma mudança na atitude da aeronave. Esta concretização da presente invenção torna essas manobras possíveis com o uso de juntas especiais que possam girar, transmitir cargas e permitir a passagem do fluido primário para os ditos ejetores.[0077] FIGS. 13A to 13C describe how the present invention can control the pitch, roll and yaw of the aircraft using the thrust increasing ejectors in conjunction with the thin airfoils placed in the wake of the ejectors. As far as pitching is concerned, the cold and hot ejectors can be rotated independently around their main axis to cause the aircraft to pitch forward or backward. Pitch control is affected by the front/rear split of ejector thrust and/or by modulating the flow of motive fluid supplied to the ejectors. Regarding rolling, the ejectors can be rotated independently so that the aircraft rolls. With regard to yaw, a combination of additional rotation about a perpendicular axis with the positioning of the thin airfoils in the wake of the jet effluent can be used to cause a change in the aircraft's attitude. This embodiment of the present invention makes these maneuvers possible with the use of special joints that can rotate, transmit loads and allow the passage of the primary fluid to said ejectors.

Dispositivo CoandaCoanda Device

[0078] Ainda noutra concretização da presente invenção, o propulsor e/ou o gerador de empuxo do sistema em tandem têm a capacidade de arrastar grandes quantidades de ar e acelerá-lo para a velocidade de efluente do jato. Isto é conseguido pelo emprego de um dispositivo Coanda. Esses dispositivos de aumento de fluxo foram descritos de forma geral por diferentes publicações que serão discutidas em maior detalhe abaixo. Por exemplo, em seu artigo "Theoretical Remarks on Thrust Augmentation", (Volume de aniversário de Reissner, Contributions to Applied Mechanics, 1949, pp. 461-468), von Karman descreve detalhadamente por que um dispositivo Coanda resulta em elevação significativamente maior de empuxo por meio de múltiplos jatos. De modo semelhante, a Patente norte- americana N° 3.795.367 (Mocarski) descreve um dispositivo para o arrasto de ar com altas proporções de aumento superiores a 1,8, enquanto a Patente norte-americana N° 4.448.354 (Reznick) aplica um dispositivo Coanda linear à capacidade VTOL de um motor a jato. Nessas publicações acima mencionadas e outras referências não mencionadas neste documento, a aplicação de dispositivos Coanda foi limitada e descrita apenas para VTOL e não para voo nivelado. Um dos principais ensinamentos foi que a escalabilidade e aplicação para o voo horizontal não era prática, particularmente para os dispositivos eixo-simétricos do tipo Coanda, onde seu tamanho induziria o aumento de arrasto para aeronaves maiores. Uma aplicação a um pequeno UAV, no entanto pode ser mais adequada com um maior grau de integração. As concretizações da presente invenção são capazes de integrar os ejetores com a fuselagem e o motor ou sistema de propulsão porque o veículo não precisa levar em conta a necessidade de grande número de assentos. A integração como revelada nestas concretizações não é atualmente prática ou comercialmente razoável em grandes voos comerciais.[0078] In yet another embodiment of the present invention, the thruster and/or thrust generator of the tandem system has the ability to entrain large quantities of air and accelerate it to the jet's effluent speed. This is achieved by employing a Coanda device. These flow enhancing devices have been generally described by different publications which will be discussed in greater detail below. For example, in his article "Theoretical Remarks on Thrust Augmentation", (Reissner Anniversary Volume, Contributions to Applied Mechanics, 1949, pp. 461-468), von Karman describes in detail why a Coanda device results in significantly greater elevation of thrust through multiple jets. Similarly, US Patent No. 3,795,367 (Mocarski) describes a device for entraining air with high boost ratios greater than 1.8, while US Patent No. 4,448,354 (Reznick) applies a linear Coanda device to the VTOL capability of a jet engine. In these aforementioned publications and other references not mentioned in this document, the application of Coanda devices was limited and described only for VTOL and not for level flight. One of the main lessons was that scalability and application for horizontal flight was not practical, particularly for axis-symmetric devices of the Coanda type, where their size would induce increased drag for larger aircraft. An application to a small UAV, however, may be more suitable with a greater degree of integration. Embodiments of the present invention are capable of integrating the ejectors with the fuselage and the engine or propulsion system because the vehicle does not need to take into account the need for a large number of seats. Integration as disclosed in these embodiments is not currently practical or commercially reasonable on large commercial flights.

[0079] Esta concretização da presente invenção melhora o dispositivo Coanda e o aplica usando novas técnicas para melhor arrasto e retardo ou evitação de separação em suas voltas agressivas dentro do dispositivo. Embora a compacidade desses dispositivos seja crítica para sua implantação na aviação e em outros campos, a parte de entrada precisa ser grande para melhorar o arrasto do ar. Reznick argumenta que um elemento circular é mais eficiente do que um linear. Mocarski mostra que o arrasto é crítico para aumentar o empuxo. A parte do difusor precisa ser suficientemente longa para garantir que nenhuma separação da camada limite ocorra no interior do dispositivo e a mistura esteja completa na saída do dispositivo. Convencionalmente, esses difusores têm sido longos com uma inclinação muito suave para minimizar os riscos de separação dos limites.[0079] This embodiment of the present invention improves the Coanda device and applies it using new techniques for better drag and delay or avoidance of separation in its aggressive turns within the device. Although the compactness of these devices is critical for their deployment in aviation and other fields, the inlet portion needs to be large to improve air drag. Reznick argues that a circular element is more efficient than a linear one. Mocarski shows that drag is critical to increasing thrust. The diffuser portion needs to be long enough to ensure that no boundary layer separation occurs within the device and mixing is complete at the device exit. Conventionally, these diffusers have been long with a very gentle slope to minimize the risks of boundary separation.

[0080] A presente invenção mostra um arrasto melhorado nos dispositivos por meio de elementos novos que dependem geometria 3D e de efeitos de fluxo de fluido e utilização de técnicas de evitação de separação no dispositivo Coanda. A concretização preferencial da presente invenção tem uma razão de arrastamento entre 3-15, preferencialmente superior. Noutra concretização da presente invenção, o dispositivo receberá o gás motriz a partir de uma fonte pressurizada, tal como um gerador de gás, um motor de pistão (para operações pulsadas) ou um compressor ou turbocompressor. Outra característica da presente invenção é a capacidade de mudar a forma das paredes difusoras do ejetor plano utilizado para propulsão ao retrair e estender as superfícies para alterar a geometria de modo que o desempenho máximo seja obtido em todos os pontos da missão da aeronave. Além disso, a necessidade de girar todo o ejetor em 90 graus para VTOL e flutuação não é mais necessária, quando as paredes difusoras implantadas são usadas para direcionar o fluxo de jato para baixo.[0080] The present invention shows improved drag in devices through new elements that depend on 3D geometry and fluid flow effects and the use of separation avoidance techniques in the Coanda device. The preferred embodiment of the present invention has a drag ratio between 3-15, preferably higher. In another embodiment of the present invention, the device will receive the motive gas from a pressurized source, such as a gas generator, a piston engine (for pulsed operations) or a compressor or turbocharger. Another feature of the present invention is the ability to change the shape of the diffuser walls of the flat ejector used for propulsion by retracting and extending the surfaces to change the geometry so that maximum performance is obtained at all points in the aircraft's mission. Additionally, the need to rotate the entire ejector 90 degrees for VTOL and hover is no longer necessary when deployed diffuser walls are used to direct the jet flow downward.

[0081] Outra concretização da presente invenção apresenta elementos em forma de flape para as paredes difusoras de um ejetor Coanda que é dividido em duas partes, ilustrado na FIG. 14, como os meio ejetores superior 1401 e inferior 201 que são semelhantes a uma faca de ar. Os elementos 115 e 215 são atuadores ou hastes que permitem o movimento das referidas superfícies para a posição de difusor desejada tanto em 110a como em 210a, respectivamente.[0081] Another embodiment of the present invention presents flap-shaped elements for the diffuser walls of a Coanda ejector that is divided into two parts, illustrated in FIG. 14, such as the upper 1401 and lower 201 ejector half that are similar to an air knife. Elements 115 and 215 are actuators or rods that allow movement of said surfaces to the desired diffuser position at both 110a and 210a, respectively.

[0082] Ainda outra concretização da presente invenção revela como o posicionamento de geometrias de entrada 3D e/ou características da fenda de fluido primário, independentemente ou em conjunto, melhoram significativamente o desempenho do propulsor, juntamente com a introdução de padrões de evitação de separação de fluxo no propulsor. Por exemplo, como ilustrado nas FIGs. 15A a 15C, a entrada 2D é substituída por uma entrada 3D. As FIGs. 15A a 15C ilustram adicionalmente os múltiplos elementos 3D do ejetor revelados que melhoram seu desempenho em relação à linha de base e ejetores 2D com entrada, garganta e difusor nos mesmos planos, respectivamente.[0082] Yet another embodiment of the present invention discloses how the positioning of 3D inlet geometries and/or primary fluid gap features, independently or together, significantly improve thruster performance, along with the introduction of separation avoidance patterns. of flow in the propellant. For example, as illustrated in FIGS. 15A to 15C, the 2D input is replaced by a 3D input. FIGS. 15A to 15C further illustrate the revealed multiple 3D ejector elements that improve its performance over baseline and 2D ejectors with inlet, throat and diffuser in the same planes, respectively.

[0083] A entrada pode combinar ainda a forma de perfil da camada limite formada atrás do ápice de um aerofólio principal de uma aeronave (como ilustrado na figura 16A), ajudando assim a ingerir a camada limite e a retardar o estol geral (que melhora em todas as margens) ilustrado adicionalmente na FIG. 25 para a posição em relação ao aerofólio. As FIGs. 11A e 11B ilustram os benefícios de colocá-lo assim em relação ao aerofólio e seu perfil de camada limite.[0083] The inlet may further match the profile shape of the boundary layer formed behind the apex of an aircraft's main airfoil (as illustrated in Figure 16A), thus helping to ingest the boundary layer and delay the overall stall (which improves in all margins) further illustrated in FIG. 25 for the position relative to the airfoil. FIGS. 11A and 11B illustrate the benefits of placing it this way in relation to the airfoil and its boundary layer profile.

[0084] A FIG. 16A mostra uma concretização do ejetor plano para uma estrutura de asa de modo a melhorar o desempenho em seu alto ângulo de incidência e margem de estol. O ejetor é alimentado com um fluido primário, por exemplo, de um gerador de gás, e é posicionado de modo a tornar aerodinâmico o fluxo sobre o dito aerofólio para retardar o estol.[0084] FIG. 16A shows an embodiment of the flat ejector for a wing structure to improve performance at its high angle of incidence and stall margin. The ejector is fed with a primary fluid, for example from a gas generator, and is positioned so as to streamline the flow over said airfoil to delay stalling.

[0085] As FIGs. 16B a 16D mostram diferentes ângulos da ilustração mostrada na FIG. 16A, com detalhes do posicionamento do ejetor na asa, as câmaras que fornecem o fluido primário ao ejetor e a sua posição relativa um ao outro e ao aerofólio.[0085] FIGS. 16B to 16D show different angles of the illustration shown in FIG. 16A, with details of the positioning of the ejector on the wing, the chambers that supply the primary fluid to the ejector and their relative position to each other and to the airfoil.

[0086] O ejetor descrito na FIG. 14 tem geometria plana e contém uma porção superior e uma inferior, ambas introduzindo o fluido motriz como jatos de parede em uma multiplicidade de fendas e geralmente perpendicular à direção do efluente do jato de fluxo ou linhas de fluxo, de elementos 1401 e 201 que podem girar de forma independente em torno dos eixos 102 e 202. As paredes curvas chamadas paredes Coanda 104 e 204 permitem que os jatos primários sigam a curvatura e arrastem no processo, e com uma relação superior a 3:1, ar secundário, geralmente chegando do fluxo acima de um aerofólio, como a camada limite da superfície superior da asa. Os bocais primários 103 e 203 têm várias formas com vários efeitos 3D para maximizar a relação de arrasto tais como miniasas delta 212 na Fig. 22B, ou podem ser osciladores fluídicos alimentados pelas referidas câmaras fornecidos com o fluido motriz para gerar uma operação pulsada de injeção de fluido motriz sobre as paredes de Coanda. A mistura de fluidos chega à área da garganta (área mínima do ejetor) numa direção axial pura. Além deste ponto, a invenção atual introduz uma seção de difusor segmentada e móvel, tal como um só flape, que possui um papel importante no desempenho do dito ejetor por meio da vetorização e/ou maximização do seu desempenho.[0086] The ejector described in FIG. 14 has planar geometry and contains an upper and a lower portion, both introducing the motive fluid as wall jets into a plurality of slits and generally perpendicular to the direction of the jet flow effluent or flow lines, of elements 1401 and 201 that can rotate independently around axes 102 and 202. The curved walls called Coanda walls 104 and 204 allow the primary jets to follow the curvature and drag in the process, and with a ratio greater than 3:1, secondary air, generally arriving from the flow above an airfoil, as the boundary layer of the upper surface of the wing. The primary nozzles 103 and 203 have various shapes with various 3D effects to maximize the drag ratio such as mini delta wings 212 in Fig. 22B, or they may be fluidic oscillators powered by said chambers supplied with the motive fluid to generate a pulsed injection operation. of motive fluid on the walls of Coanda. The fluid mixture reaches the throat area (minimum ejector area) in a pure axial direction. In addition to this point, the current invention introduces a segmented and movable diffuser section, such as a single flap, which plays an important role in the performance of said ejector through vectorization and/or maximization of its performance.

[0087] Por exemplo, na decolagem, a entrada do dito ejetor é fixa e acima do aerofólio 1700 na fig. 17A apontando para a frente. A FIG. 17A descreve a implantação de tal ejetor formado por um semiejetor superior (1401) e um ejetor inferior (201) e em conjunto com a asa principal de uma aeronave ou um drone. Os dois semiejetores podem girar em torno dos eixos 102 e 202, respectivamente, e também podem trasladar de acordo com os requisitos da missão. As FIG. 17B e 17C mostram o caso em que apenas o semiejetor superior 201 é usado ativamente com um fluido primário, enquanto que o 1401 é substituído por um simples flape. Como antes, o 201 pode girar em torno do eixo 202 e se trasladar em relação à posição axial. Os semiejetores recebem o fluido primário sob pressão de, por exemplo, um gerador de gás, como uma turbina a gás, e permitem a passagem através de bocais primários, que podem usar osciladores fluídicos (ou seja, pulsar em certas frequências, como até 2000 Hz inclusive, para gerar arrasto pulsante do fluxo secundário).[0087] For example, at takeoff, the inlet of said ejector is fixed and above the airfoil 1700 in fig. 17A pointing forward. FIG. 17A describes the deployment of such an ejector formed by an upper semi-ejector (1401) and a lower ejector (201) and in conjunction with the main wing of an aircraft or a drone. The two semi-ejectors can rotate around axes 102 and 202, respectively, and can also translate according to mission requirements. FIGS. 17B and 17C show the case where only the upper semi-ejector 201 is actively used with a primary fluid, while 1401 is replaced by a simple flap. As before, 201 can rotate around axis 202 and translate relative to the axial position. Semi-ejectors receive the primary fluid under pressure from, for example, a gas generator such as a gas turbine, and allow it to pass through primary nozzles, which may use fluidic oscillators (i.e., pulse at certain frequencies, such as up to 2000 Hz inclusive, to generate pulsating drag of the secondary flow).

[0088] Na FIG. 14, o difusor 210 da metade superior dos ejetores é estendido para formar uma superfície curvada 210a e guiar os fluxos primário e secundário misturados para baixo. Ao mesmo tempo, o difusor inferior 110 também é prolongado para 110a, mantendo a proporção apropriada de crescimento da área e características de mistura para obter o empuxo máximo exigido pela aeronave. Algumas porções de 110a e 210a podem não ser implantadas e o 110 e 210 serem controlados independentemente de acordo com um cronograma apropriado. Além disso, o elemento superior 201 pode ou não ser movido axialmente para acompanhar as necessidades da missão. Numa concretização, diferentes quantidades de fluido primário e/ou entregues em condições diferentes podem ser fornecidas aos elementos superiores 201 ou inferiores 1401 de forma contínua ou pulsada. As superfícies difusoras 110a e 210a podem conter cavidades e outros elementos que retardam ou evitam a separação da camada limite. Bocais secundários adicionais também podem ser abertos se o 110a totalmente estendido for utilizado, em locais específicos e potencialmente escalonados e podem ser pulsados de acordo com os modos de operação dos osciladores fluídicos para fornecer um modo de operação pulsada ao ejetor.[0088] In FIG. 14, the diffuser 210 of the upper half of the ejectors is extended to form a curved surface 210a and guide the mixed primary and secondary flows downward. At the same time, the lower diffuser 110 is also extended to 110a, maintaining the appropriate area growth ratio and mixing characteristics to obtain the maximum thrust required by the aircraft. Some portions of 110a and 210a may not be deployed and 110 and 210 may be controlled independently according to an appropriate schedule. Furthermore, the upper element 201 may or may not be moved axially to meet mission needs. In one embodiment, different amounts of primary fluid and/or delivered under different conditions may be supplied to the upper elements 201 or lower elements 1401 in a continuous or pulsed manner. Diffusing surfaces 110a and 210a may contain cavities and other elements that delay or prevent boundary layer separation. Additional secondary nozzles may also be opened if the fully extended 110a is utilized, at specific and potentially staggered locations, and may be pulsed in accordance with the operating modes of the fluidic oscillators to provide a pulsed mode of operation to the ejector.

[0089] Quando o fluido é recebido a partir de uma sangria do compressor, o ar motriz tem temperatura mais baixa. O gás de escape da extremidade quente do gerador de gás (escape da turbina), por exemplo, para temperaturas de gás motriz de 816 °C à pressão de 207 kP o compressor de ar descarrega e a relação de arrasto de 5:1 e temperatura ambiente de 138 °C, a temperatura da mistura se torna 168 °C, para a qual a densidade do ar é de 0,82 kg/m3, uma queda de ~30% do ambiente. Desta forma, a envergadura geral pode ser reduzida em ~10%, mesmo levando em conta os efeitos da redução de densidade, quando um aerofólio for implantado atrás do propulsor principal. Para taxas de arrasto de 10:1 (melhor que a de 5:1 do projeto), para condições semelhantes e um jato emergente a 125% da velocidade da aeronave, o benefício de sustentação é maior pois a densidade da mistura é agora maior, em ~90 °C de temperatura da mistura e a sustentação gerada sobre a envergadura varrida pelo jato é de ~16%. Neste exemplo, o comprimento da asa pode ser consequentemente reduzido.[0089] When fluid is received from a compressor bleed, the driving air has a lower temperature. The exhaust gas from the hot end of the gas generator (turbine exhaust), for example, for motive gas temperatures of 816 °C at a pressure of 207 kP the air compressor discharges and the drag ratio of 5:1 and temperature ambient temperature of 138 °C, the temperature of the mixture becomes 168 °C, for which the air density is 0.82 kg/m3, a ~30% drop from ambient. In this way, the overall wingspan can be reduced by ~10%, even taking into account the effects of density reduction, when an airfoil is deployed behind the main booster. For drag ratios of 10:1 (better than the design 5:1), for similar conditions and an emerging jet at 125% aircraft speed, the lift benefit is greater as the mixture density is now greater, at ~90 °C mixture temperature and the lift generated over the wingspan swept by the jet is ~16%. In this example, the wing length can be reduced accordingly.

Gerador de EmpuxoThrust Generator

[0090] Outra concretização da presente invenção refere-se de modo geral a um novo gerador 3D de empuxo que é capaz de receber gases sob pressão a partir de uma câmara, arrastar o ar ambiente parado ou em movimento (incluindo, entre outras, condições superiores a 0,05 Mach), acelerar o ar por meio do momento e da transferência de energia com os gases de alta pressão, e direcionar os fluidos bem misturados para um efluente de jato não circular de alta velocidade com componente de velocidade de direção principalmente axial. O efluente de jato pode ser uma mistura de gases quentes, de alta energia, fornecidos ao gerador de empuxo através de dutos de uma saída de gerador de gás de alta pressão e arrasto de ar ambiente ar. O ar arrastado pode ser levado a um nível de fluxo de alta energia cinética por meio da transferência de momento com os gases de alta pressão fornecidos a um dispositivo propulsor dentro do gerador de empuxo. A mistura resultante de ar e gás emerge do gerador de empuxo e aponta principalmente na direção axial, a jusante, oposta à direção da trajetória do veículo. O fluxo bem misturado fornece um fluxo principalmente unidirecional de gás mais frio a alta velocidade, que pode ser usado para propulsão, flutuação, geração de sustentação e controle de atitude por meio de aerofólios colocadas na esteira do jato mais frio. Isso não é visto em nenhum veículo impelido por motor a jato convencional. Este gerador de empuxo pode ser autônomo fora da fuselagem, embutido na fuselagem na parte frontal ou traseira do veículo e/ou embutido nas asas para melhorar a margem de estol.[0090] Another embodiment of the present invention generally refers to a new 3D thrust generator that is capable of receiving pressurized gases from a chamber, entraining still or moving ambient air (including, among others, conditions greater than 0.05 Mach), accelerate the air through momentum and energy transfer with the high-pressure gases, and direct the well-mixed fluids to a high-velocity, non-circular jet effluent with primarily steering velocity component axial. The jet effluent may be a mixture of hot, high-energy gases supplied to the thrust generator through ducting from a high-pressure gas generator outlet and ambient air entrainment. The entrained air can be brought to a high kinetic energy flow level by transferring momentum with the high pressure gases supplied to a propulsive device within the thrust generator. The resulting mixture of air and gas emerges from the thrust generator and points mainly in the axial, downstream direction, opposite to the direction of the vehicle's trajectory. The well-mixed flow provides a mainly unidirectional flow of cooler gas at high speed, which can be used for propulsion, buoyancy, lift generation and attitude control via airfoils placed in the wake of the cooler jet. This is not seen in any vehicle powered by a conventional jet engine. This thrust generator can be free-standing outside the fuselage, built into the fuselage at the front or rear of the vehicle, and/or built into the wings to improve stall margin.

[0091] Reznick inventou um dispositivo circular com os bocais primários destacados da superfície de Coanda e, portanto, não gerando jatos de parede. Embora Reznick ensine que o fluido secundário adicional está sendo admitido devido ao deslocamento para a superfície de Coanda, sua aplicação, no entanto, é de forma estritamente circular e, portanto, não pode ser ampliada em uma aplicação mais prática para aeronaves de fluxos maiores e, por exemplo, ainda deve ser integrado a uma asa, pois o arrasto se torna cada vez maior. Além disso, as fendas também parecem ser de geometria simples e não apresentam quaisquer recursos 3D específicos para aprimoramentos de mistura. A presente invenção introduz um propulsor aerodinâmico que gera um efluente de forma retangular no plano de saída, para usar a energia para geração de sustentação adicional no aerofólio delgado, uma melhoria e distanciamento da aplicação circular de Reznick, que não pode ser efetivamente usada ao longo de um aerofólio mais comprido além do seu próprio diâmetro para a geração de sustentação em voo nivelado e não pode ser implantado sobre uma asa para ingerir a camada limite de uma asa, como uma das concretizações da presente invenção.[0091] Reznick invented a circular device with the primary nozzles detached from the Coanda surface and therefore not generating wall jets. Although Reznick teaches that additional secondary fluid is being admitted due to displacement to the Coanda surface, his application, however, is strictly circular in form and therefore cannot be scaled up into a more practical application for larger flow aircraft and , for example, must still be integrated into a wing, as the drag becomes increasingly greater. Furthermore, the slits also appear to be of simple geometry and do not feature any specific 3D features for blending enhancements. The present invention introduces an aerodynamic propellant that generates a rectangular-shaped effluent in the exit plane, to use the energy to generate additional lift on the thin airfoil, an improvement and departure from the circular Reznick application, which cannot be effectively used throughout of an airfoil longer than its own diameter for generating lift in level flight and cannot be deployed over a wing to ingest the boundary layer of a wing, as one of the embodiments of the present invention.

Geometria do Bocal Primário.Primary Nozzle Geometry.

[0092] Note-se que, em todas as patentes descritas, os inventores não estão empregando quaisquer características que aumentem a área do jato primário para o fluxo secundário e, portanto, existem limitações nas invenções descritas. Além disso, não existe um escalonamento de bocais primários no dispositivo Coanda, com exceção da presença na Throndson dos bocais primários centrais, que não são colocados no dispositivo Coanda, mas sim no centro do perímetro de entrada dos bocais primários Coanda. Os bocais primários são, portanto, geralmente colocados no mesmo plano axial e não escalonados, nem são de tamanho diferente dos adjacentes, mas do mesmo tamanho e forma. Se, para um dispositivo Coanda circular, isso é opcionalmente vantajoso, para um dispositivo não circular que tenha um espaçamento constante entre os lados opostos dos bicos primários Coanda ao longo da maior dimensão do seu plano de entrada, a forma resultante do empuxo seria distribuída igualmente em uma situação ideal, mas durante o voo nivelado, se esse dispositivo for utilizado para geração de empuxo, o ar entrante secundário será admitido de forma desigual no dispositivo e, portanto, a geração de empuxo imporá desafios para a estrutura da asa e seu projeto. Isto ocorre principalmente porque, na técnica anterior acima mencionada, foi previsto que esses dispositivos fossem usados nos estágios inicial e final do voo de uma aeronave e não como um único propulsor de geração de empuxo para a totalidade da missão, desde a decolagem até aterrissagem e inclusive a voo flutuação e o voo nivelado. Na verdade, a invenção da Throndson é aplicável apenas para a decolagem vertical, aterrissagem e flutuação, com a central energética assumindo a função de fornecer, em voo de nível, empuxo por meio de um turborreator ou turbofan. Assim, em sua invenção, os dispositivos, inclusive o ejetor Coanda, são desligados e formam o perfil do aerofólio da asa em voo nivelado, ou seja, ficam não operacionais ou inativos durante o voo nivelado, após a transição da decolagem. Por outro lado, Reznick ensina um dispositivo circular com bocais primários de aumento de empuxo, mas sem incorporá-los a uma asa para voo de nível e explorar a entrada e a saída do dispositivo para além da geração de empuxo, que é a presente invenção.[0092] Note that, in all of the patents described, the inventors are not employing any features that increase the area of the primary jet for the secondary flow and, therefore, there are limitations in the described inventions. Furthermore, there is no staggering of primary nozzles in the Coanda device, with the exception of the presence in the Throndson of central primary nozzles, which are not placed in the Coanda device, but rather in the center of the inlet perimeter of the Coanda primary nozzles. The primary nozzles are therefore generally placed in the same axial plane and not staggered, nor are they of different size from adjacent ones, but of the same size and shape. If for a circular Coanda device this is optionally advantageous, for a non-circular device that has a constant spacing between opposing sides of the Coanda primary nozzles along the longest dimension of its inlet plane, the resulting thrust shape would be equally distributed. In an ideal situation, but during level flight, if this device is used for thrust generation, the secondary incoming air will be unevenly admitted into the device and therefore thrust generation will pose challenges to the wing structure and its design. . This is mainly because, in the aforementioned prior art, it was envisaged that these devices would be used in the initial and final stages of an aircraft's flight and not as a single thrust-generating propellant for the entire mission, from takeoff to landing and including floating flight and level flight. In fact, Throndson's invention is only applicable for vertical takeoff, landing and floating, with the power plant assuming the function of providing, in level flight, thrust through a turbojet or turbofan. Thus, in his invention, the devices, including the Coanda ejector, are turned off and form the profile of the wing airfoil in level flight, that is, they become non-operational or inactive during level flight, after the takeoff transition. On the other hand, Reznick teaches a circular device with primary thrust-increasing nozzles, but without incorporating them into a wing for level flight and exploring the input and output of the device beyond thrust generation, which is the present invention. .

[0093] As FIGs. 18A a 18D mostram arranjos convencionais para ejetores tipo Coanda. A FIG. 18A representa um ejetor Coanda tradicional de forma circular da técnica anterior. A FIG. 18B mostra um ejetor tipo Coanda plano embutido numa asa da técnica anterior. A fonte de fluido primário é uma turbina a gás e o ejetor é, opcionalmente, destinado vantajosamente a ser utilizado para decolagem vertical e desligado em voo nivelado. A FIG. 18B abrange os elementos revelados como variáveis de Throndson, incluindo diâmetros, ângulos e comprimentos.[0093] FIGS. 18A to 18D show conventional arrangements for Coanda-type ejectors. FIG. 18A represents a traditional circular-shaped Coanda ejector of the prior art. FIG. 18B shows a flat Coanda-type ejector embedded in a prior art wing. The primary fluid source is a gas turbine and the ejector is optionally advantageously intended to be used for vertical takeoff and turned off in level flight. FIG. 18B covers the elements revealed as Throndson variables, including diameters, angles, and lengths.

[0094] A FIG. 18C é a figura 3 de Reznick e mostra outra concretização circular onde são utilizados bocais de hipermixagem e os bocais de fluido primários estão afastados das paredes do ejetor. Portanto, os jatos primários não são mais jatos de parede. Reznick apenas cobre as geometrias circulares do ejetor, claramente destinado a ser usado para assistência à descolagem devido a limitações de escalabilidade.[0094] FIG. 18C is Reznick figure 3 and shows another circular embodiment where hypermixing nozzles are used and the primary fluid nozzles are away from the ejector walls. Therefore, the primary jets are no longer wall jets. Reznick only covers the circular geometries of the ejector, clearly intended to be used for takeoff assistance due to scalability limitations.

[0095] A FIG. 18D representa uma concretização da presente invenção com elementos de bocal Coanda circulares, com uma câmara 211 abastecido com fluido primário, que é acelerado através dos bocais primários 203 e injetados como jatos de parede sobre a superfície 204.[0095] FIG. 18D represents an embodiment of the present invention with circular Coanda nozzle elements, with a chamber 211 supplied with primary fluid, which is accelerated through the primary nozzles 203 and injected as wall jets onto the surface 204.

[0096] Throndson usa a forma não circular de ejetor e também ranhuras retangulares. Uma ranhura retangular é útil em uma aplicação desse tipo, mas produz uma superfície limitada para o arrasto do jato de cisalhamento do ar secundário que se aproxima. De fato, uma ranhura retangular descrita pelos inventores acima produz uma característica de arrasto de jato para um perímetro de ranhura retangular das dimensões dadas, 2L + 2h = 2(L + h) onde L é o comprimento e h é a altura de cada ranhura. Uma quantidade muito maior de fluxo secundário é arrastada se for utilizado um perímetro maior do bocal primário, que inclua o impacto das características 3D. Escalonando axialmente os vértices de um ziguezague ou paredes onduladas (sinusoidais) de um bocal primário como mostrado nas FIGs. 18A a 18D aumenta grandemente o arrasto do ar secundário conforme ensinado na presente revelação. A operação pulsada pela incorporação de osciladores fluídicos com os bocais primários aumenta ainda mais a eficiência e a característica de arrasto do ejetor.[0096] Throndson uses the non-circular shape of ejector and also rectangular grooves. A rectangular slot is useful in such an application, but it produces a limited surface area for the shear jet drag of oncoming secondary air. In fact, a rectangular slot described by the inventors above produces a jet drag characteristic for a rectangular slot perimeter of the given dimensions, 2L + 2h = 2(L + h) where L is the length and h is the height of each slot. A much greater amount of secondary flow is entrained if a larger primary nozzle perimeter is used, which includes the impact of 3D characteristics. Axially scaling the vertices of a zigzag or wavy (sinusoidal) walls of a primary nozzle as shown in FIGs. 18A to 18D greatly increases secondary air drag as taught in the present disclosure. Pulsed operation by incorporating fluidic oscillators with the primary nozzles further increases the efficiency and drag characteristic of the ejector.

[0097] As FIGs. 19A a 19D descrevem algumas das mudanças propostas nos bocais primários para melhor desempenho. A FIG. 19A mostra uma configuração em ziguezague dos bocais primários ao longo da circunferência da área de entrada do ejetor, enquanto o perímetro do jato primário exposto ao fluxo secundário é duplicado em comparação com um perímetro de fenda simples, aumentando assim o arrasto por meio de camadas de cisalhamento turbulentas desenvolvidas entre as referidas paredes em ziguezague dos bocais primários. A FIG. 19B mostra uma ranhura retangular com perímetro aumentado e enrugado para gerar turbulência adicional e, portanto, aumentar o arrasto 1,5 a 4 vezes em comparação com as paredes originais lisas de uma ranhura retangular. A FIG. 19B descreve esquematicamente o aumento da área da superfície do jato primário para o ar secundário ou arrastado, com a estrutura 3D das pontas mostradas na direção axial. Embora normalmente em um arranjo de ranhura retangular, o ar secundário seja arrastado principalmente entre duas ranhuras adjacentes e no lado do raio externo da ranhura, o arrasto é amplamente aprimorado agora pelos efeitos de superfície e 3D. A FIG. 19C explica os jatos primários e os jatos secundários, respectivamente, com a turbulência gerada pelos recursos 3D, melhorando muito a mistura e o partilhamento de momento do fluxo primário para o fluxo secundário em uma distância menor. A FIG. 19C mostra a interação e os fluxos resultantes das referidas fendas de parede enrugada adjacentes, com as setas vermelhas que mostram o fluido primário e as setas azuis o fluido secundário arrastado. As camadas de cisalhamento são formadas ao longo das paredes e o perímetro aumentado resulta em arrasto significativamente maior de fluxos secundários para as mesmas condições de fluxo primário de entrada. A operação pulsada dos bocais primários aumenta ainda mais a razão de arrasto.[0097] FIGS. 19A through 19D describe some of the proposed changes to the primary nozzles for improved performance. FIG. 19A shows a zigzag configuration of the primary nozzles along the circumference of the ejector inlet area, while the perimeter of the primary jet exposed to the secondary flow is doubled compared to a single slit perimeter, thus increasing drag through layers of Turbulent shear developed between said zigzag walls of the primary nozzles. FIG. 19B shows a rectangular groove with an increased perimeter and wrinkled to generate additional turbulence and therefore increase drag 1.5 to 4 times compared to the original smooth walls of a rectangular groove. FIG. 19B schematically depicts the increase in surface area from the primary jet to the secondary or entrained air, with the 3D structure of the tips shown in the axial direction. Although typically in a rectangular slot arrangement, the secondary air is entrained mainly between two adjacent slots and on the outer radius side of the slot, the drag is largely enhanced now by surface and 3D effects. FIG. 19C explains the primary jets and secondary jets, respectively, with the turbulence generated by the 3D features, greatly improving the mixing and momentum sharing of the primary flow to the secondary flow over a shorter distance. FIG. 19C shows the interaction and resulting flows of said adjacent wrinkle-wall cracks, with the red arrows showing the primary fluid and the blue arrows the entrained secondary fluid. Shear layers are formed along the walls and the increased perimeter results in significantly greater drag of secondary flows for the same primary inlet flow conditions. Pulsed operation of the primary nozzles further increases the drag ratio.

[0098] Outra característica de uma concretização da presente invenção é a introdução de características vantajosas dentro do bocal primário (ver FIG. 19E). É bem conhecido que um fluxo sobre uma asa delta produz vórtices opostos em direção ao centro da asa delta. Um recurso em miniatura é colocado em alguns ou todos os bocais primários para gerar tais vórtices que emergem do bocal primário. Neste caso, os vórtices arrastam vantajosamente quantidades significativamente maiores de ar secundário para dentro do ejetor, aumentando a sua mistura e lhe conferindo momento transportado pelo fluido primário que sai dos bocais primários de forma contínua ou pulsada.[0098] Another feature of an embodiment of the present invention is the introduction of advantageous features within the primary nozzle (see FIG. 19E). It is well known that a flow over a delta wing produces opposing vortices towards the center of the delta wing. A miniature feature is placed in some or all of the primary nozzles to generate such vortices that emerge from the primary nozzle. In this case, the vortices advantageously drag significantly larger quantities of secondary air into the ejector, increasing its mixture and giving it momentum carried by the primary fluid that leaves the primary nozzles in a continuous or pulsed manner.

[0099] A FIG. 19E mostra o fluxo sobre a obstrução da asa delta colocada dentro dos bocais primários em seu centro, o que altera o padrão do fluxo de modo que ele aumenta significativamente a relação de arrasto de uma ranhura de bocal primário normal sem exigir mudanças nas taxas de fluxo, pressão e temperaturas. Em particular, os núcleos de vórtice primários são opostos na direção para o centro da referida ranhura ou asa delta, arrastando fluido secundário significativo da área entre as ranhuras.[0099] FIG. 19E shows flow over the delta wing obstruction placed within the primary nozzles at their center, which alters the flow pattern so that it significantly increases the drag ratio of a normal primary nozzle slot without requiring changes in flow rates. , pressure and temperatures. In particular, the primary vortex cores are opposite in direction to the center of said groove or delta wing, entraining significant secondary fluid from the area between the grooves.

[00100] A FIG. 20 exibe o ciclo termodinâmico da revelação atual com a evolução dos fluidos de trabalho e arrastados para obter alta eficiência termodinâmica. A FIG. 20 demonstra que o arrasto do ar determinará o movimento do ponto D que representa a condição da mistura do gás primário e do ar secundário, em um diagrama do ciclo termodinâmico de propulsão, à esquerda e a valores mais baixos de temperatura e entropia. Isto é opcionalmente vantajoso para um dispositivo de eficiência propulsora elevada, em que quantidades maciças de ar são arrastadas e aceleradas a velocidades de jato de saída relativamente baixas, mantendo um alto nível de empuxo devido às maiores taxas de fluxo de massa, um ingrediente chave para a realização de alta eficiência propulsora. Na FIG. 19A, um aumento no perímetro por um fator de 2 é mostrado pela substituição de cada comprimento de um perímetro de ranhura retangular normal por um triângulo equilátero de perímetro 2x mais longo no mesmo plano. O perímetro pode aumentar ainda mais pelo escalonamento de todos os vértices das ranhuras das paredes em vários planos (ver figura 19B). O resultado desse bocal primário é aumentar a quantidade do fluido arrastado como fluido secundário em pelo menos 15-50% por meio de mistura profunda dentro das camadas de cisalhamento formadas. Se a condição inicial do ar secundário for de baixa velocidade, então o desempenho das formas perimetrais retangulares e não retangulares pode não ser muito diferente, no entanto, quando o ejetor avança e a velocidade do ar secundário que se aproxima for significativamente maior, como entre Mach 0,0 e Mach 0,25, então a forma de perfil pontiagudo do bocal primário também pode melhorar significativamente pela colocação dos picos mais internos e externos do bocal primário à frente e atrás do plano axial da referida ranhura retangular. Em outras palavras, cada bocal primário torna-se agora uma estrutura em 3D que irá retardar ou antecipar o arrasto do ar secundário de forma eficiente, de modo a melhorar a taxa de arrasto geral. Em um ejetor de Coanda, é opcionalmente vantajoso que o arrasto do ar secundário e a mistura com o ar primário para transferência de momento aconteça rapidamente e em distância curta. Adicionar este e outros elementos 3D ao bocal primário ajuda a melhorar o desempenho desse ejetor.[00100] FIG. 20 displays the thermodynamic cycle of the current development with the evolution of working and entrained fluids to obtain high thermodynamic efficiency. FIG. 20 demonstrates that air drag will determine the movement of point D, which represents the condition of the mixture of primary gas and secondary air, in a diagram of the thermodynamic propulsion cycle, to the left and at lower values of temperature and entropy. This is optionally advantageous for a high propulsive efficiency device, in which massive quantities of air are entrained and accelerated at relatively low exit jet velocities, maintaining a high level of thrust due to higher mass flow rates, a key ingredient for achieving high propulsive efficiency. In FIG. 19A, an increase in perimeter by a factor of 2 is shown by replacing each length of a normal rectangular groove perimeter with an equilateral triangle of 2x longer perimeter in the same plane. The perimeter can be increased further by staggering all the vertices of the wall grooves in several planes (see figure 19B). The result of this primary nozzle is to increase the amount of fluid entrained as secondary fluid by at least 15-50% through deep mixing within the formed shear layers. If the initial condition of the secondary air is low velocity, then the performance of rectangular and non-rectangular perimeter shapes may not be very different, however, when the ejector advances and the velocity of the approaching secondary air is significantly greater, such as between Mach 0.0 and Mach 0.25, then the pointed profile shape of the primary nozzle can also be significantly improved by placing the innermost and outermost peaks of the primary nozzle in front of and behind the axial plane of said rectangular groove. In other words, each primary nozzle now becomes a 3D structure that will efficiently delay or advance secondary air drag to improve the overall drag rate. In a Coanda ejector, it is optionally advantageous that the secondary air entrainment and mixing with the primary air for momentum transfer happens quickly and over a short distance. Adding this and other 3D elements to the primary nozzle helps improve the performance of this ejector.

[00101] Outra característica relacionada aos bocais primários, como empregada nesta concretização, é a introdução de osciladores fluídicos dentro do canal de escoamento dos bocais primários. Estes osciladores fluídicos fornecem, por exemplo, chaveamento de até 2000 Hz entre dois bocais primários adjacentes para alternar os fluxos de jato de parede e melhorar as taxas de arrasto por meio da operação pulsada do fluido motriz.[00101] Another feature related to primary nozzles, as used in this embodiment, is the introduction of fluidic oscillators within the flow channel of the primary nozzles. These fluidic oscillators provide, for example, switching of up to 2000 Hz between two adjacent primary nozzles to alternate wall jet flows and improve drag rates through pulsed operation of the motive fluid.

[00102] Ainda outra característica implementada nesta invenção é o escalonamento dos bocais com suas características, ao colocá-los em vários locais ao longo da superfície de Coanda e, portanto, por meio da introdução do fluxo primário em múltiplos locais axiais, adjacentes à parede na forma de jato de parede e em um padrão que aumente o arrasto e a mistura do fluido secundário. Por exemplo, a FIG. 21 mostra tal concretização em que uma característica de geração de vórtice, em forma de V, é escalonada quando comparada a uma ranhura retangular normal e injeta pelo menos 25% do total do fluido primário antes que o restante do fluxo de massa de fluido primário seja injetado instantes depois. Esta injeção antes das ranhuras retangulares resulta em maior taxa de arrasto suficiente para aumentar significativamente o desempenho do ejetor. Além disso, na FIG. 21, os bocais 205 injetam o fluido primário antes do bocal primário 203. O bocal 205 tem uma característica que introduz um arrasto mais favorável do fluxo secundário por meio de camadas de cisalhamento e estes bocais 205 são escalonados tanto axial quanto circunferencialmente quando comparados aos bocais primários 203. Os bocais primários 203 possuem uma característica de asa delta que é provida com uma perna de suporte conectada ao ponto médio da estrutura da ranhura primária no lado mais interno dela e com a estrutura da asa delta apontando contra o fluxo de fluido primário para gerar dois vórtices opostos em direção e arrasto forte de ambos os lados do bocal primário 203, a mistura já arrastada dos fluxos de fluido primário e secundário resultantes dos bicos 205. Os vórtices e a estrutura em V dos bocais primários resultam em uma melhoria do arrasto de 10 a 100% em comparação com as ranhuras retangulares, não escalonadas e uma melhoria geral da transferência de momento do fluxo primário para o secundário.[00102] Yet another feature implemented in this invention is the staggering of the nozzles with their characteristics, by placing them in various locations along the Coanda surface and, therefore, by introducing the primary flow in multiple axial locations, adjacent to the wall in the form of a wall jet and in a pattern that increases drag and mixing of the secondary fluid. For example, FIG. 21 shows such an embodiment in which a V-shaped vortex generating feature is scaled compared to a normal rectangular slot and injects at least 25% of the total primary fluid before the remainder of the primary fluid mass flow is injected moments later. This injection prior to the rectangular slots results in a higher drag rate sufficient to significantly increase ejector performance. Furthermore, in FIG. 21, the nozzles 205 inject the primary fluid before the primary nozzle 203. The nozzle 205 has a feature that introduces more favorable drag of the secondary flow through shear layers and these nozzles 205 are staggered both axially and circumferentially when compared to the nozzles 205. primary nozzles 203. The primary nozzles 203 have a delta wing feature which is provided with a support leg connected to the midpoint of the primary groove structure on the innermost side thereof and with the delta wing structure pointing against the flow of primary fluid to generate two vortices opposite in direction and strong drag on both sides of the primary nozzle 203, the already entrained mixture of primary and secondary fluid flows resulting from the nozzles 205. The vortices and V-structure of the primary nozzles result in improved drag from 10 to 100% compared to rectangular, non-staggered slots and an overall improvement of momentum transfer from primary to secondary flow.

[00103] Além disso, a FIG. 21 representa uma construção mais simples usando álulas em delta colocadas dentro de ranhuras de parede lisas para formar fluxos específicos de asas delta e camadas de cisalhamento que, vantajosamente, aumentam a proporção do arrasto em mais de 2 vezes em comparação com as ranhuras primárias retangulares de parede lisa. Todos esses elementos podem ser combinados para a melhor razão de arrasto. A presente invenção melhora a superfície para o retardo da separação do fluxo por meio dos elementos 221. Ao colocar cavidades na superfície de Coanda 204, em que a referida superfície de Coanda 204 tem uma curvatura relativamente agressiva para a mudança de distância mais curta da direção do fluxo primário, oriundo radialmente dos bocais primários 203, para a direção axial oposta à direção do empuxo, em direção à garganta 225. As cavidades impedem a separação do fluxo e aumentam significativamente o desempenho do ejetor, em conjunto com os turbuladores delta mostrados nas FIGs. 19D e 19E.[00103] Furthermore, FIG. 21 depicts a simpler construction using delta wings placed within smooth wall grooves to form specific delta wing flows and shear layers that advantageously increase the drag ratio by more than 2 times compared to the rectangular primary grooves of smooth wall. All of these elements can be combined for the best drag ratio. The present invention improves the surface for delaying flow separation by means of elements 221. By placing cavities in the Coanda surface 204, said Coanda surface 204 has a relatively aggressive curvature for the shortest distance change of direction of the primary flow, originating radially from the primary nozzles 203, to the axial direction opposite the thrust direction, towards the throat 225. The cavities prevent flow separation and significantly increase the ejector performance, in conjunction with the delta turbulators shown in FIGS. 19D and 19E.

[00104] A FIG. 23 ilustra algumas características de acordo com uma concretização da presente invenção. Em particular, a FIG. 23 compara a altura similar de ranhura primária usada por Throndson com as proporções usadas por Throndson para demonstrar a melhoria desta concretização da presente invenção. O raio de curvatura para a altura da ranhura desta concretização é inferior a 5:1 com cavidades de retardo de separação melhoradas colocadas na superfície de Coanda. Na FIG. 23, o raio R' é cerca de 2-3 vezes menor que o raio R da patente da Throndson, para alturas de fenda similares. Segue- se que é possível uma proporção menor que 5:1, devido ao uso de um perfil logarítmico em conjunto com o emprego de cavidades na superfície curvada de Coanda, para tornar mais agressivo o fluxo de radialmente puro na saída da ranhura primária para axialmente puro na garganta. Como resultado, segue uma curvatura muito mais rápida sem separação de fluxo, de modo que a garganta do dispositivo pode ser maior do que a especificada por Throndson em pelo menos 25-100%. O meio ângulo do difusor também pode ser feito significativamente mais agressivo do que na técnica anterior, permitindo que um difusor muito mais curto seja implementado e uma transferência de momento mais rápida entre os fluxos primário e secundário. Como tal, a FIG. 23 destaca as diferenças entre a presente invenção e a técnica anterior, especialmente quando elementos mais agressivos, tais como turbuladores, bicos primários, cavidades e paredes móveis, melhoram a técnica anterior.[00104] FIG. 23 illustrates some features according to an embodiment of the present invention. In particular, FIG. 23 compares the similar primary groove height used by Throndson with the proportions used by Throndson to demonstrate the improvement of this embodiment of the present invention. The radius of curvature for the slot height of this embodiment is less than 5:1 with improved separation delay cavities placed on the Coanda surface. In FIG. 23, the radius R' is about 2-3 times smaller than the radius R of the Throndson patent, for similar crack heights. It follows that a ratio of less than 5:1 is possible, due to the use of a logarithmic profile in conjunction with the employment of cavities in the curved Coanda surface, to make the flow from radially pure at the exit of the primary groove to axially more aggressive. pure in the throat. As a result, much faster curvature follows without flow separation, so the device throat can be larger than specified by Throndson by at least 25-100%. The half angle of the diffuser can also be made significantly more aggressive than in the prior art, allowing a much shorter diffuser to be implemented and faster momentum transfer between the primary and secondary flows. As such, FIG. 23 highlights the differences between the present invention and the prior art, especially when more aggressive elements, such as turbulators, primary nozzles, cavities and movable walls, improve the prior art.

Ejetor de CoandaCoanda Ejector

[00105] Em geral, o projeto de um ejetor Coanda aplicado a uma aeronave foi descrito por muitas publicações. Por exemplo, a Patente norte-americana N° 3.664.611 (Harris) ensina um ejetor de tipo Coanda embutido na asa para fins de decolagem e aterrissagem verticais. O dispositivo não está ativo durante o cruzeiro, veja a FIG. 24. Harris silencia sobre o uso do efluente para gerar mais sustentação em um arranjo do tipo tandem. Além disso, Harris não aplica o dispositivo para uso em condições de voo nivelado. Em vez disso, de acordo com as práticas convencionais, o dispositivo colapsa em uma ala de perfil aerodinâmico durante condições de voo nivelado.[00105] In general, the design of a Coanda ejector applied to an aircraft has been described by many publications. For example, U.S. Patent No. 3,664,611 (Harris) teaches a Coanda-type ejector built into the wing for vertical takeoff and landing purposes. Device is not active during cruise, see FIG. 24. Harris is silent on the use of effluent to generate more lift in a tandem-type arrangement. Furthermore, Harris does not apply the device for use in level flight conditions. Instead, in accordance with conventional practices, the device collapses into an aerodynamic profile wing during level flight conditions.

[00106] Mocarski, por outro lado, ensina que em um ejetor Coanda, o fluido primário de alta energia, também chamado de fluido motriz, é injetado como um jato de parede e o princípio de tal dispositivo é determinar uma zona de baixa pressão onde o ar ambiente é arrastado, seguido por uma zona de mistura e convergência em direção a uma garganta, seguida por um difusor para expandir a mistura de volta à pressão ambiente a alta velocidade. A Patente norte-americana No. 3.819.134 (Throndson) modifica e melhora o conceito descrito em Mocarski.[00106] Mocarski, on the other hand, teaches that in a Coanda ejector, the high-energy primary fluid, also called motive fluid, is injected as a wall jet and the principle of such a device is to determine a low pressure zone where ambient air is drawn in, followed by a mixing and convergence zone toward a throat, followed by a diffuser to expand the mixture back to ambient pressure at high speed. US Patent No. 3,819,134 (Throndson) modifies and improves the concept described in Mocarski.

[00107] Throndson descreve um aprimoramento da tecnologia, adicionando um fluxo primário no centro dos ejetores de tipo Coanda para arrastar o fluido secundário e melhorar o desempenho do bocal, com o bocal central primário usando 30-70% do fluido primário total e o restante sendo usado nos bocais paramétricos tipo Coanda. Throndson afirma que o aumento de empuxo é grandemente aprimorado por esta combinação, e não comenta a geometria dos bocais de fluido primários, que aparece como ranhuras ou orifícios simples. Além disso, as ranhuras parecem ser contínuas ou descontínuas e sem características especiais. Throndson silencia sobre o uso efluente de jato para a geração de sustentação a jusante e, de fato, ele emprega apenas o dispositivo na decolagem, transição e aterrissagem e não para condições de cruzeiro, como Harris.[00107] Throndson describes an enhancement to the technology, adding a primary flow in the center of the Coanda-type ejectors to entrain the secondary fluid and improve nozzle performance, with the primary center nozzle using 30-70% of the total primary fluid and the remainder being used in Coanda type parametric nozzles. Throndson states that the increase in thrust is greatly enhanced by this combination, and does not comment on the geometry of the primary fluid nozzles, which appear as simple grooves or holes. Furthermore, the grooves appear to be continuous or discontinuous and without special features. Throndson is silent on the use of jet effluent for downstream lift generation and, in fact, he only employs the device in takeoff, transition and landing and not for cruising conditions, like Harris.

[00108] A presente invenção melhora ainda mais o ejetor de Coanda, gerando empuxo em todas as condições de voo através da rotação do dispositivo Coanda e pela colocação um aerofólio delgado no efluente do jato, gerando assim mais sustentação. Tais turbofans geralmente empregam pelo menos duas vantagens sobre Harris e Throndson:[00108] The present invention further improves the Coanda ejector, generating thrust in all flight conditions by rotating the Coanda device and placing a thin airfoil in the jet effluent, thus generating more lift. Such turbofans generally employ at least two advantages over Harris and Throndson:

[00109] Em primeiro lugar, o uso do ejetor a jusante de uma asa de modo a ingerir sua camada limite prejudicial em condições de cruzeiro, melhorando o desempenho aerodinâmico da asa e permitindo altos ângulos de incidência, aumentando assim o desempenho geral. A presente invenção também permite a operação do ejetor em todas as fases do voo, desde a decolagem flutuação, transição, cruzeiro e pouso. Uma concretização também permite o uso de um semiejetor (1/2 de um ejetor plano como descrito por Throndson ou Harris) em conjunto com um flape de uma asa para formar um ejetor Coanda não simétrico com o arrasto da camada limite apenas na borda externa da referida camada limite e formando um difusor com o referido flape da asa, incluindo a vetorização do propulsor ao mover a aba e a faca de ar do tipo ejetor Coanda em coordenação para decolagem e pouso.[00109] Firstly, the use of the ejector downstream of a wing so as to ingest its damaging boundary layer under cruising conditions, improving the aerodynamic performance of the wing and allowing high angles of incidence, thereby increasing overall performance. The present invention also allows operation of the ejector in all phases of flight, from takeoff to float, transition, cruise and landing. One embodiment also allows the use of a semi-ejector (1/2 of a flat ejector as described by Throndson or Harris) in conjunction with a wing flap to form a non-symmetrical Coanda ejector with boundary layer drag only at the outer edge of the wing. said boundary layer and forming a diffuser with said wing flap, including vectoring the thruster by moving the flap and the Coanda ejector-type air knife in coordination for takeoff and landing.

[00110] Em segundo lugar, ao usar um aerofólio delgado a jusante de (na varrição do ejetor) no mínimo em voo de nível, mas também para outras condições de voo para a geração de sustentação adicional em um fluxo de velocidade mais alto, permite que o aerofólio e o propulsor em tandem sejam mais compactos e eficientes enquanto geram sustentação considerável, em comparação com os descritos nas patentes acima mencionadas. Nesta concretização da presente invenção, a forma e o perfil do efluente de jato do propulsor são críticos para alcançar a sua nova eficiência e funcionalidade. O referido aerofólio delgado é colocado a uma distância conveniente do plano de saída do dito ejetor/propulsor para maximizar a sustentação, mas também antes que a energia do efluente de jato seja dissipada para o ambiente. Isso é conveniente e prático, pois a energia de qualquer dispositivo de propulsão a jato geralmente se dissipa somente em distâncias muito longas atrás da aeronave.[00110] Secondly, by using a thin airfoil downstream of (in the ejector sweep) at least in level flight, but also for other flight conditions to generate additional lift at a higher speed flow, allows that the tandem airfoil and propeller are more compact and efficient while generating considerable lift, compared to those described in the aforementioned patents. In this embodiment of the present invention, the shape and profile of the propellant jet effluent are critical to achieving its new efficiency and functionality. Said thin airfoil is placed at a convenient distance from the exit plane of said ejector/propeller to maximize lift, but also before the energy of the jet effluent is dissipated into the environment. This is convenient and practical, as the energy of any jet propulsion device generally dissipates only over very long distances behind the aircraft.

[00111] Também é importante entender que ambos os elementos do referido tandem precisam trabalhar juntos de forma eficiente e otimizada, incluindo o movimento em certos ângulos e taxas favoráveis ao conceito. O empuxor/propulsor transmite mecanicamente o componente de empuxo para a fuselagem da aeronave ou a sua asa principal, enquanto o aerofólio delgado a jusante do propulsor está em contato mecânico com a fuselagem e não o propulsor, ainda recebendo o efluente de jato de tal maneira que ele maximiza a sustentação da aeronave e permite a manobra por meio de movimentos de certas superfícies no referido aerofólio delgado.[00111] It is also important to understand that both elements of said tandem need to work together efficiently and optimally, including movement at certain angles and rates favorable to the concept. The thruster/propeller mechanically transmits the thrust component to the aircraft fuselage or its main wing, while the slender airfoil downstream of the thruster is in mechanical contact with the fuselage and not the thruster, still receiving the jet effluent in such a manner that it maximizes the aircraft's lift and allows maneuvering through movements of certain surfaces on the aforementioned thin airfoil.

[00112] Outra característica da presente invenção proporciona a capacidade de usar os mesmos bocais para sustentar a aeronave, flutuação e pouso, bem como para fins de cruzeiro. O sistema de sustentação descrito na Patente norte-americana N° 8.910.464 (Ambrose) representa a espinha dorsal comum dos caças VTOL a jato. Tem limitações devido ao peso extra transportado no modo de cruzeiro, nomeadamente a hélice de sustentação e seus auxiliares. Sob a tecnologia VTOL atual, os bocais frios (bocais dianteiros) e a hélice de sustentação são desligados durante o voo nivelado, o qual deixa o bocal de escape principal para fornecer a força de reação e impulsionar a aeronave para frente em condições de avanço como voo em cruzeiro. Uma concretização da presente invenção combina elementos de geração de impulso do bocal Coanda com o sistema propulsor da aeronave, permitindo que o ejetor seja empregado em todas as etapas do voo com minimização de peso e eliminação de peças móveis. Além disso, ele permite o uso desse ejetor para minimizar o arrasto e maximizar a sustentação de maneira única durante o voo nivelado.[00112] Another feature of the present invention provides the ability to use the same nozzles for sustaining the aircraft, floating and landing, as well as for cruising purposes. The lift system described in U.S. Patent No. 8,910,464 (Ambrose) represents the common backbone of VTOL jet fighters. It has limitations due to the extra weight carried in cruise mode, namely the support propeller and its auxiliaries. Under current VTOL technology, the cold nozzles (front nozzles) and the lift propeller are turned off during level flight, which leaves the main exhaust nozzle to provide the reaction force and propel the aircraft forward in forward conditions such as cruise flight. An embodiment of the present invention combines thrust-generating elements of the Coanda nozzle with the aircraft's propulsion system, allowing the ejector to be used in all stages of the flight with minimization of weight and elimination of moving parts. Additionally, it allows the use of this ejector to uniquely minimize drag and maximize lift during level flight.

[00113] Mocarski apresenta a mesma tecnologia para o dispositivo Coanda com ranhuras de fluido primário contínuo ou descontínuo, principalmente circular ou linear. Em todas essas patentes, a superfície de Coanda é um perfil circular ou 2D suave para determinar um acessório de camada limite simples sem elementos particulares que possam aumentar o arrasto, aumentar a curvatura agressiva da superfície de Coanda ou retardar sua separação. Em ejetores do tipo Coanda, é fundamental que a curvatura da superfície que permite que a camada limite do jato de parede cresça e se misture com o ar secundário e não se separe. Uma vez que o fluxo primário de jato dos bocais primários se separe, o ejetor Coanda não funcionará eficientemente ou de nenhuma maneira. Por conseguinte, é primordial que a curvatura da superfície seja tal que permita o crescimento máximo da camada limite e o arrasto do fluido secundário e a mistura com ele, sem separação na parede.[00113] Mocarski presents the same technology for the Coanda device with continuous or discontinuous primary fluid grooves, mainly circular or linear. In all of these patents, the Coanda surface is a smooth circular or 2D profile to determine a simple boundary layer attachment without particular elements that could increase drag, increase the aggressive curvature of the Coanda surface, or delay its separation. In Coanda-type ejectors, it is critical that the surface curvature that allows the boundary layer of the wall jet grows and mixes with the secondary air and does not separate. Once the primary jet flow from the primary nozzles separates, the Coanda ejector will not function efficiently or at all. Therefore, it is essential that the curvature of the surface is such that it allows maximum growth of the boundary layer and the entrainment of the secondary fluid and mixing with it, without separation at the wall.

[00114] Por outro lado, se a curvatura for muito grande, o dispositivo torna-se impraticavelmente longo e de grande diâmetro, o que restringe também a quantidade de arrasto de fluido secundário e misturando e induzindo uma porção difusora muito longa do dispositivo. A proporção da ranhura para o raio da curva de Coanda é descrita por Throndson como estando entre 1:5-1:15, mas uma proporção menor que 1:5 pode ser ideal para uma curvatura rápida. A curvatura da curva de Coanda é claramente indicada por Throndson para estar idealmente entre 30-110 graus em comparação com o eixo do dispositivo. Se a seção de difusão está se tornando muito grande, esta é uma limitação importante na implantação da tecnologia para uma aeronave em voo de nível, pois o comprimento do difusor impõe um arrasto e peso adicionais significativos na aeronave. Se a curva se tornar >110 graus, o difusor pode tornar-se mais curto e melhorar a mistura em uma distância muito menor, assegurando a mistura profunda e a transferência de energia e momento para o fluxo secundário antes da saída da mistura do dispositivo. Observa-se que as paredes do difusor também são planas e sem elementos 3D para melhorar o processo de mistura. Uma concretização da invenção apresenta paredes móveis após a seção da garganta, especialmente na área de difusão do ejetor, de uma maneira favorável à decolagem e pouso verticais de uma aeronave, sem a necessidade de mover todo o ejetor em torno de seu eixo horizontal, mas sim estendendo as superfícies de difusor segmentadas da maneira descrita abaixo.[00114] On the other hand, if the curvature is too great, the device becomes impractically long and large in diameter, which also restricts the amount of secondary fluid drag and mixing and inducing a very long diffusing portion of the device. The groove to radius ratio of the Coanda bend is described by Throndson as being between 1:5-1:15, but a ratio less than 1:5 may be ideal for rapid bending. The curvature of the Coanda curve is clearly stated by Throndson to ideally be between 30-110 degrees compared to the axis of the device. If the diffusion section is becoming too large, this is a major limitation in deploying the technology to an aircraft in level flight, as the length of the diffuser imposes significant additional drag and weight on the aircraft. If the curve becomes >110 degrees, the diffuser can become shorter and improve mixing over a much shorter distance, ensuring thorough mixing and the transfer of energy and momentum to the secondary flow before the mixture exits the device. Note that the diffuser walls are also flat and without 3D elements to improve the mixing process. An embodiment of the invention features movable walls after the throat section, especially in the ejector diffusion area, in a manner favorable to the vertical take-off and landing of an aircraft, without the need to move the entire ejector around its horizontal axis, but rather by extending the segmented diffuser surfaces in the manner described below.

Superfície de Coanda.Coanda surface.

[00115] A superfície de Coanda, como ensinado por Reznick, Mocarski e Throndson, deve ser uma curvatura arredondada, com Throndson fornecendo detalhes ainda mais precisos que a faixa de proporções de altura da ranhura para o raio de 1:5 até 1:15. Um perfil logarítmico é preferencial pelos especialistas na técnica, uma vez que proporciona o crescimento mais rápido da camada limite sem separação do jato de parede. No entanto, uma concretização da presente invenção alcança uma curvatura muito mais agressiva, introduzindo cavidades na superfície de Coanda para melhorar significativamente a curvatura da superfície para manter o fluxo ligado ao misturar e mover a mistura para a garganta e o difusor. Uma curvatura agressiva é preferencial porque permite a capacidade de misturar e girar rapidamente o fluxo na direção axial, através da garganta e na seção do difusor. O giro de fluidos em movimento rápido, de fato, pode manter a camada limite agregada, enquanto a camada limite cresce e se mistura com o fluxo central.[00115] The Coanda surface, as taught by Reznick, Mocarski, and Throndson, should be a rounded curvature, with Throndson providing even finer detail than the range of groove-to-radius height ratios of 1:5 to 1:15 . A logarithmic profile is preferred by those skilled in the art as it provides the fastest growth of the boundary layer without separation from the wall jet. However, one embodiment of the present invention achieves a much more aggressive curvature by introducing cavities in the Coanda surface to significantly improve the curvature of the surface to keep the flow turned on when mixing and moving the mixture to the throat and diffuser. An aggressive curvature is preferred because it allows the ability to quickly mix and rotate the flow in the axial direction, through the throat and into the diffuser section. The turnover of fast-moving fluids, in fact, can keep the boundary layer aggregated, while the boundary layer grows and mixes with the core flow.

[00116] As cavidades na presente invenção podem ser de tamanhos diferentes, podem ser escalonadas ou alinhadas, podem estar localizadas em áreas onde a curvatura é mais agressiva e não em áreas onde a curvatura do fluido é menos agressiva. As cavidades também podem ser empregadas em um difusor mais agressivo, em que o meio ângulo do difusor não é constante, mas variável, cresce e depois se reduz a 0 conforme representado pelo elemento 105 na FIG. 14.[00116] The cavities in the present invention can be of different sizes, can be staggered or aligned, can be located in areas where the curvature is more aggressive and not in areas where the curvature of the fluid is less aggressive. The cavities can also be used in a more aggressive diffuser, in which the half angle of the diffuser is not constant, but variable, grows and then reduces to 0 as represented by element 105 in FIG. 14.

[00117] A FIG. 14 representa uma das melhorias alcançadas pela presente invenção, especialmente quando comparada com Throndson. A FIG. 14 compara a altura da ranhura primária similar usada por Throndson com as proporções fornecidas em Throndson para demonstrar a melhoria da presente invenção. Em particular, a FIG. 14 mostra as metades superior e inferior de semiejetores que, em conjunto, formam um ejetor melhor, mais flexível e de melhor desempenho que pode ser adequado tanto para a decolagem vertical quanto para o voo nivelado em condições de cruzeiro. A parede inferior (1401) do semiejetor utiliza mais agressivamente os jatos primários da parede do bocal para girar de forma mais agressiva o fluxo em torno do eixo 102 e sobre a superfície 103, uma superfície Coanda de entrada. O ponto de altura máxima desta curva está posicionado axialmente em um ponto a cerca da distância "G" da posição similar mais baixa da parede curvada (fecha para o eixo mostrado em azul) do elemento 201. Assim, os dois semiejetores (ou paredes de ejetores em faca de ar) 1401 e 201 são escalonados, ou seja, suas entradas não estão axialmente posicionadas na mesma localização. Da mesma forma, a distância axial mínima de 1401 e de 201 é escalonada pela distância 'G'. Seus difusores 110 e 210 podem mudar de forma por meio dos atuadores 115 e 215, respectivamente, nos quais as superfícies segmentadas planas que formam 110 e 210 se tornam a seção transversal curvada 110a e 210a, respectivamente, que direcionam o fluxo no interior do dito ejetor para baixo ou em várias direções conforme ditado pela missão. FIG. 14 também mostra as mudanças nas proporções em comparação com a técnica anterior.[00117] FIG. 14 represents one of the improvements achieved by the present invention, especially when compared to Throndson. FIG. 14 compares the height of the similar primary groove used by Throndson with the proportions given in Throndson to demonstrate the improvement of the present invention. In particular, FIG. 14 shows the upper and lower halves of semi-ejectors that together form a better, more flexible, and higher-performing ejector that can be suitable for both vertical takeoff and level flight in cruising conditions. The lower wall (1401) of the semi-ejector more aggressively utilizes the nozzle wall's primary jets to more aggressively rotate the flow about axis 102 and over surface 103, a Coanda inlet surface. The point of maximum height of this curve is positioned axially at a point about the distance "G" from the lowest similar position of the curved wall (closes to the axis shown in blue) of element 201. Thus, the two semi-ejectors (or walls of air knife ejectors) 1401 and 201 are staggered, that is, their inlets are not axially positioned in the same location. Similarly, the minimum axial distance of 1401 and 201 is scaled by the distance 'G'. Its diffusers 110 and 210 can change shape through actuators 115 and 215, respectively, in which the flat segmented surfaces forming 110 and 210 become the curved cross-section 110a and 210a, respectively, which direct the flow within said ejector downward or in various directions as dictated by the mission. FIG. 14 also shows the changes in proportions compared to the prior art.

[00118] Além disso, a razão do raio de curvatura para a altura da ranhura da presente invenção é inferior a 5:1 com cavidades de retardo de separação melhorada colocadas na superfície de Coanda. Como resultado, segue uma curvatura muito mais rápida sem separação de fluxo, de modo que a garganta do dispositivo pode ser maior do que a especificada por Throndson em pelo menos 25-100%. Além disso, ao aplicar uma variação constante do meio ângulo da parte do difusor (ou seja, o crescimento não linear da parede para longe da linha central) e empregar a superfície com cavidades no dito difusor, sua dimensão pode crescer sem separação do fluxo de forma mais agressiva, resultando em um encurtamento do comprimento total do dispositivo.[00118] Furthermore, the ratio of the radius of curvature to the height of the groove of the present invention is less than 5:1 with improved separation delay cavities placed on the Coanda surface. As a result, much faster curvature follows without flow separation, so the device throat can be larger than specified by Throndson by at least 25-100%. Furthermore, by applying a constant variation of the half angle of the diffuser part (i.e. the non-linear growth of the wall away from the center line) and employing the surface with cavities in said diffuser, its dimension can grow without separation from the flow of more aggressively, resulting in a shortening of the total length of the device.

[00119] Além disso, se as metades superior e inferior do ejetor agirem separadamente em relação ao fornecimento de fluidos e funcionalidade, mas são capazes de trabalhar em conjunto para o arrasto, mistura e difusão da mistura para a câmara de saída, então o desempenho é muito melhorado pelas paredes móveis adicionais do difusor nas superfícies superior e inferior do difusor plano. Isso, por sua vez, também permite que o dispositivo mais compacto seja implementado em conjunto com uma estrutura de asa para propósitos de propulsão em voo nivelado ou decolagem vertical, flutuação e pouso sem a necessidade de girar toda a estrutura.[00119] Furthermore, if the upper and lower halves of the ejector act separately with respect to fluid delivery and functionality, but are capable of working together for the entrainment, mixing and diffusion of the mixture to the exit chamber, then the performance It is greatly improved by the additional movable diffuser walls on the top and bottom surfaces of the flat diffuser. This, in turn, also allows the more compact device to be implemented in conjunction with a wing structure for propulsion purposes in level flight or vertical takeoff, hovering and landing without the need to rotate the entire structure.

[00120] Além disso, o uso de cavidades permite a variação da parede desde o ponto inicial até a saída ao redor do perímetro do dito ejetor, o que, assim, permite uma boa integração com a estrutura da asa. Uma estrutura diferente é usada nas extremidades arredondadas do ejetor, onde as cavidades ou características especiais nos bocais primários podem não ser necessárias para que o ejetor tenha bom desempenho. A FIG. 22A mostra um ejetor que possui características 3D significativas como descrito nesta invenção. Além disso, nas zonas mais agressivas das curvaturas na parede inferior do difusor, o uso de cavidades (elementos 221 na figura 21) também permitirá rotação maior de até 90 graus para baixo ou até mesmo maior. Isto é mais agressivo do que a técnica anterior (por exemplo, Throndson; ver Fernholz, HH "Z. Flugwiss. 15, 1967, Heft 4, pp136-142). A FIG. 14 mostra uma seção transversal de um ejetor que possui características 3D significativas conforme descrito nesta revelação. A FIG. 14 também mostra paredes em sua maior parte segmentadas no difusor, capazes de redirecionar o efluente de jato do ejetor e maximizar seu desempenho a partir das mudanças nas áreas do difusor e nas zonas de mistura. O plano de entrada do ejetor não está acomodado em um plano (não é planar) e, portanto, é possível colocar o ejetor acima de uma estrutura de asa de modo que a ingestão da camada limite melhore o desempenho do aerofólio da asa, como pode ser visto na FIG. 14 com a dimensão G (separação) entre as duas entradas das metades ejetoras superior e inferior. A superfície de Coanda (103 na figura 14; 204 na figura 22A) não admite, portanto, os jatos de parede de fluido primário na mesma posição axial, mas inicialmente na proximidade da superfície do aerofólio e, posteriormente, longe da superfície do aerofólio da asa, na direção do histórico de tempo axial.[00120] Furthermore, the use of cavities allows the wall to vary from the starting point to the exit around the perimeter of said ejector, which thus allows good integration with the wing structure. A different structure is used on the rounded ends of the ejector, where cavities or special features on the primary nozzles may not be necessary for the ejector to perform well. FIG. 22A shows an ejector having significant 3D features as described in this invention. Furthermore, in the most aggressive areas of the curvatures on the lower wall of the diffuser, the use of cavities (elements 221 in figure 21) will also allow greater rotation of up to 90 degrees downwards or even greater. This is more aggressive than the prior art (e.g., Throndson; see Fernholz, HH "Z. Flugwiss. 15, 1967, Heft 4, pp136-142). FIG. 14 shows a cross section of an ejector having features significant 3D images as described in this disclosure. FIG. 14 also shows mostly segmented walls in the diffuser, capable of redirecting ejector jet effluent and maximizing its performance from changes in the diffuser areas and mixing zones. The ejector inlet plane is not accommodated in a plane (it is not planar) and therefore it is possible to place the ejector above a wing structure so that the boundary layer ingestion improves the performance of the wing airfoil, as may be seen in FIG. 14 with dimension G (separation) between the two inlets of the upper and lower ejector halves. The Coanda surface (103 in FIG. 14; 204 in FIG. 22A) therefore does not admit the primary fluid wall jets at the same axial position, but initially close to the airfoil surface and later away from the wing airfoil surface, in the direction of the axial time history.

[00121] As FIGs. 22A a 22F ilustram diferentes concretizações da presente invenção, onde as características 3D são usadas na entrada. FIG. 22F possui um semiejetor superior. A FIG. 22B mostra o elemento 212 como um turbulador delta colocado dentro de um bocal primário, o que melhora consideravelmente o arrasto de fluxos secundários e cavidades tais como 222 que melhoram a retenção e evitam a separação, mesmo nas curvaturas mais agressivas da parede curvada de Coanda 803 das FIGs. 22A a 22F, e a FIG. 14.[00121] FIGS. 22A to 22F illustrate different embodiments of the present invention, where 3D features are used in the input. FIG. 22F has an upper semi-ejector. FIG. 22B shows element 212 as a delta turbulator placed within a primary nozzle, which considerably improves the drag of secondary flows and cavities such as 222 that improve retention and prevent separation, even in the most aggressive curvatures of the curved wall of Coanda 803 of FIGS. 22A to 22F, and FIG. 14.

[00122] Nas FIGs. 22A a 22F, o elemento 212 também é introduzido nos bocais primários para melhorar o arrasto e eles podem ser empregados ou não no lado oposto do ejetor, dependendo das condições e para melhorar o desempenho. As cavidades 221 são colocadas no contorno 204 e no difusor para garantir a boa transferência de momento no menor comprimento e gerar a velocidade de saída e o perfil de temperatura da mistura de fluidos primários e secundários tão uniformes quanto possível e evitar a separação do fluxo. Estes fluidos primários podem ser ar pressurizado a partir de uma sangria do compressor ou gás de exaustão pressurizado de uma turbina a gás ou uma mistura de ambos e pode ser alimentado separadamente para as metades superior e inferior 1401 e 201 do ejetor, o que adiciona outro grau de liberdade para maximizar a eficiência de geração de empuxo.[00122] In FIGS. 22A to 22F, element 212 is also introduced into the primary nozzles to improve drag and they may or may not be employed on the opposite side of the ejector depending on conditions and to improve performance. Cavities 221 are placed in contour 204 and in the diffuser to ensure good momentum transfer in the shortest length and generate the exit velocity and temperature profile of the primary and secondary fluid mixture as uniform as possible and prevent flow separation. These primary fluids may be pressurized air from a compressor bleed or pressurized exhaust gas from a gas turbine or a mixture of both and may be fed separately to the upper and lower halves 1401 and 201 of the ejector, which adds another degree of freedom to maximize thrust generation efficiency.

[00123] Na FIG. 22A, os recursos 3D aumentam o perímetro exposto ao fluxo e permitem maior razão de arrasto. Nas FIGs. 22B e 22C, turbuladores especialmente projetados, como uma asa delta colocada no centro das ranhuras primárias, causam o fluxo da câmara de fluido primário, fornecido constantemente por, por exemplo, um gerador de gás, ser acelerado em uma passagem e forçado a fluir sobre o referido turbulador delta 212. O elemento 212 força o fluxo em padrões que melhoram muito o arrasto do fluxo secundário por meio de uma série de mecanismos que incluem camadas de cisalhamento, fluxos turbulentos rotativos e contrarrotativos e aumento do perímetro molhado dos referidos bocais primários 203. A incorporação de osciladores fluídicos dentro dos bocais primários fornece também capacidade adicional de arrasto por meio de operação pulsada em bocais primários adjacentes.[00123] In FIG. 22A, 3D features increase the perimeter exposed to the flow and allow for a higher drag ratio. In FIGS. 22B and 22C, specially designed turbulators, such as a delta wing placed in the center of the primary grooves, cause flow from the primary fluid chamber, constantly supplied by, for example, a gas generator, to be accelerated in one pass and forced to flow over said delta turbulator 212. Element 212 forces flow in patterns that greatly improve secondary flow drag through a series of mechanisms that include shear layers, rotating and counter-rotating turbulent flows, and increasing the wetted perimeter of said primary nozzles 203 The incorporation of fluidic oscillators within the primary nozzles also provides additional drag capacity through pulsed operation at adjacent primary nozzles.

[00124] A FIG. 25 mostra um arranjo do ejetor com a vantagem de ter uma entrada 3D com o lábio inferior (22) do ejetor que está mais próximo do lado 20 da parede do perfil aéreo superior e além do ápice do referido perfil aerodinâmico, escalonado axialmente e posicionado à frente do o lábio superior (23) do dito ejetor e mais afastado da superfície do aerofólio 20. A posição dos lábios é modelada para coincidir com o perfil de velocidade da camada limite mais provável (21) resultante do fluxo de ar próximo do aerofólio. Ao antecipar o arrasto do fluxo mais próximo da parede do aerofólio com o lábio 22, em comparação com o arrasto do lábio 23 da camada limite, obtém-se uma melhor distribuição na entrada e desempenho do ejetor. Numa concretização da presente invenção, o ejetor pode ser movido para cima e para baixo (na direção vertical para a parede do aerofólio superior) para otimizar o desempenho. Isso permitirá um melhor desempenho do aerofólio em ângulos de ataque mais altos e um melhor desempenho do próprio ejetor, devido a um melhor processo de arrasto. Os elementos 3D que diferenciam esta descrição da técnica anterior incluem a posição dos lábios de entrada 22 e 23, a posição relativa das paredes curvas 204, o posicionamento da área de garganta 24 e das paredes do difusor 25. Numa concretização, as duas metades do ejetor podem mover-se independentemente uma em relação à outra e ao aerofólio, resultando em uma posição constantemente otimizada em relação ao desempenho da aeronave.[00124] FIG. 25 shows an ejector arrangement with the advantage of having a 3D inlet with the lower lip (22) of the ejector being closer to the side 20 of the wall of the upper air profile and beyond the apex of said aerodynamic profile, axially stepped and positioned at the front of the upper lip (23) of said ejector and further away from the surface of the airfoil 20. The position of the lips is modeled to match the most likely boundary layer velocity profile (21) resulting from the airflow near the airfoil. By anticipating flow drag closer to the airfoil wall with lip 22, compared to boundary layer lip 23 drag, better inlet distribution and ejector performance is achieved. In one embodiment of the present invention, the ejector can be moved up and down (in a direction vertical to the upper airfoil wall) to optimize performance. This will allow for better airfoil performance at higher angles of attack and better performance of the ejector itself, due to a better drag process. The 3D elements that differentiate this description from the prior art include the position of the inlet lips 22 and 23, the relative position of the curved walls 204, the positioning of the throat area 24 and the diffuser walls 25. In one embodiment, the two halves of the ejector can move independently in relation to each other and the airfoil, resulting in a constantly optimized position in relation to the aircraft's performance.

[00125] As FIGs. 17A a 17C mostram um ejetor plano colocado no aerofólio que forma uma asa e com duas metades que podem se mover independentemente (veja a figura 17A) e também uma concretização em que apenas a metade superior do ejetor é usada semelhante a uma faca de ar, mas formando uma garganta e um difusor com um flape da asa no aerofólio, que combina com o desempenho necessário (ver figura 17B). Nestas concretizações, o flape pode ou não conter bocais primários, e o flape se move independentemente da metade do ejetor superior, também descrita como uma faca de ar. A vantagem de tal sistema é que é mais simples; ainda permite ângulos elevados de incidência na asa, como explicado nesta revelação, ao evitar o estol da asa pela ingestão da camada limite, e o potencial de girar independentemente do flape e da faca de ar para um desempenho otimizado e manobrabilidade.[00125] FIGS. 17A to 17C show a flat ejector placed on the airfoil that forms a wing and with two halves that can move independently (see figure 17A) and also an embodiment in which only the upper half of the ejector is used similar to an air knife, but forming a throat and diffuser with a wing flap on the airfoil, which matches the required performance (see figure 17B). In these embodiments, the flap may or may not contain primary nozzles, and the flap moves independently of the upper ejector half, also described as an air knife. The advantage of such a system is that it is simpler; it still allows for high angles of incidence on the wing, as explained in this disclosure, by preventing wing stall from boundary layer ingestion, and the potential to rotate independently of the flap and air knife for optimized performance and maneuverability.

[00126] Em particular, a FIG. 17A mostra as concretizações de um ejetor plano como descrito acima com elementos tais como cavidades sobre a asa atrás do ápice da asa e de modo que ingira principalmente a camada limite acima da superfície superior da asa. As FIGs. 17A a 17C, por outro lado, mostram o uso de um tipo de ejetor faca de ar que força o ar ingerido (como fluido secundário) de cima da asa para acelerar e propelir a aeronave para a frente. Em todas essas concretizações, os ejetores podem girar. Além disso, noutra concretização, as entradas dos ejetores podem também girar de forma limitada, mas as suas paredes difusoras podem se prolongar como explicado adicionalmente na FIG. 14, mudando ângulos, áreas de escape, etc., conforme ditado pelas condições de voo. 1401 e 201 podem girar independentemente em torno dos eixos 102 e 202, respectivamente.[00126] In particular, FIG. 17A shows embodiments of a flat ejector as described above with elements such as cavities on the wing behind the apex of the wing and such that it mainly ingests the boundary layer above the upper surface of the wing. FIGS. 17A to 17C, on the other hand, show the use of a type of air knife ejector that forces ingested air (as secondary fluid) from above the wing to accelerate and propel the aircraft forward. In all of these embodiments, the ejectors can rotate. Furthermore, in another embodiment, the ejector inlets may also rotate to a limited extent, but their diffuser walls may extend as further explained in FIG. 14, changing angles, escape areas, etc., as dictated by flight conditions. 1401 and 201 can rotate independently about axes 102 and 202, respectively.

Ciclo e Sistema de Propulsão Fluídica.Fluidic Propulsion Cycle and System.

[00127] Ainda outra concretização da presente invenção relaciona-se, de modo geral, com um ciclo e sistema propulsivo que proporciona empuxo pela transferência de momento fluídico. O sistema de propulsão consiste em um gerador de gás 1) que fornece várias fontes de correntes de ar ou gás de alta pressão para 2) rede de dutos que direcionam os referidos fluidos comprimidos para 3) aumentar a geração de empuxo dos elementos instalados em várias estações da aeronave. Os elementos de aumento da geração de empuxo direcionam um efluente de jato de alta velocidade, cujo maior componente de velocidade é principalmente axial, na direção desejada, gerando assim uma força de empuxo oposta. O efluente de jato é uma mistura de gases quentes e de alta energia, fornecidos ao elemento de geração de empuxo através de dutos dos locais do gerador de gás de alta pressão, tais como sangrias do compressor, sangrias de combustão, sangrias de turbina e/ou bocal de escape, e é projetado para arrastar o ar circundante em velocidades de arrasto muito elevadas. O ar arrastado é transformado para um fluxo de nível de energia cinética alto pela transferência de momento com os gases de alta pressão fornecidos ao dito elemento gerador de empuxo, dentro do elemento gerador de empuxo; a mistura resultante de ar e gás emerge do elemento gerador de empuxo e aponta principalmente na direção axial, em direção à referida borda de ataque do aerofólio e principalmente no lado de pressão do aerofólio preferencialmente na direção que maximiza a sustentação do referido aerofólio a jusante.[00127] Yet another embodiment of the present invention relates, in general, to a cycle and propulsive system that provides thrust through the transfer of fluidic momentum. The propulsion system consists of a gas generator 1) that provides various sources of high pressure air or gas currents to 2) a network of ducts that direct said compressed fluids to 3) increase the thrust generation of the elements installed in various aircraft stations. Thrust generation enhancing elements direct a high-velocity jet effluent, whose largest velocity component is primarily axial, in the desired direction, thereby generating an opposing thrust force. Jet effluent is a mixture of hot, high-energy gases supplied to the thrust generating element through ducts from high-pressure gas generator locations such as compressor bleeds, combustion bleeds, turbine bleeds and/or or exhaust nozzle, and is designed to drag surrounding air at very high drag speeds. The entrained air is transformed into a flow of high kinetic energy level by transferring momentum with the high pressure gases supplied to said thrust generating element, within the thrust generating element; the resulting mixture of air and gas emerges from the thrust generating element and points mainly in the axial direction, towards said leading edge of the airfoil and mainly on the pressure side of the airfoil preferably in the direction that maximizes the lift of said airfoil downstream.

[00128] A FIG. PA2-7 ilustra uma forma de realização da presente invenção, apresentando o dispositivo de propulsão na configuração VTOL. Os ejetores 201 e 301 estão orientados para baixo e o empuxo está movendo o veículo aéreo para cima. Os ejetores estão girando em sincronia e o fluxo de fluido primário é modulado para corresponder à necessidade de empuxo dos ejetores frontais e traseiros por sangrias de compressor para os ejetores 201 e gases de escape para ejetores 301.[00128] FIG. PA2-7 illustrates an embodiment of the present invention, showing the propulsion device in VTOL configuration. Ejectors 201 and 301 are oriented downward and thrust is moving the air vehicle upward. The ejectors are rotating in synchrony and the primary fluid flow is modulated to match the thrust requirement of the front and rear ejectors by compressor bleeds to ejectors 201 and exhaust gases to ejectors 301.

[00129] O sistema de propulsão convencional mais eficiente para motores de aeronaves de média e longa distância é o turbofan de alta derivação. Os turbofans convencionais empregam pelo menos dois eixos, um comum à ventoinha e à turbina de baixa pressão, e um comum ao núcleo, que pode consistir em um intensificador, um compressor de alta pressão e uma turbina de alta pressão. A alta eficiência de um turbofan é provocada pela alta taxa de derivação, baixas taxas de pressão da ventoinha para determinar a alta eficiência de propulsão; e por altos índices de pressão global, para a alta eficiência térmica. O consumo específico de combustível da aeronave é inversamente proporcional ao produto das eficiências térmica e propulsora. As perdas térmicas em um turbofan são principalmente decorrentes das perdas da combustão e termodinâmicas em componentes como o compressor, turbina e eficiências mecânicas que são inferiores a 100%. A irreversibilidade do processo de combustão é, em geral, o componente principal que leva a uma menor eficiência térmica e as típicas instalações de geração de energia de alta pressão têm apenas 40% de eficiência térmica. As limitações de praticidade e outras das aeronaves (peso, arrasto, etc.) impedem a implementação de métodos conhecidos na técnica para melhoria da eficiência térmica, como radiador intercalado, recuperação de calor e outros.[00129] The most efficient conventional propulsion system for medium and long-haul aircraft engines is the high-bypass turbofan. Conventional turbofans employ at least two shafts, one common to the fan and low-pressure turbine, and one common to the core, which may consist of an intensifier, a high-pressure compressor, and a high-pressure turbine. The high efficiency of a turbofan is brought about by the high bypass ratio, low fan pressure ratios to determine the high propulsion efficiency; and by high global pressure indexes, for high thermal efficiency. The specific fuel consumption of the aircraft is inversely proportional to the product of the thermal and propulsive efficiencies. Thermal losses in a turbofan are mainly due to combustion and thermodynamic losses in components such as the compressor, turbine and mechanical efficiencies that are less than 100%. The irreversibility of the combustion process is generally the main component that leads to lower thermal efficiency and typical high pressure power generation facilities are only 40% thermal efficient. Practical and other limitations of aircraft (weight, drag, etc.) prevent the implementation of methods known in the art for improving thermal efficiency, such as interleaved radiator, heat recovery and others.

[00130] A eficiência propulsora é, por outro lado, maximizada quando o propulsor acelera uma maior quantidade de fluxo de massa de ar a pequena velocidade axial, imediatamente acima e o mais próximo possível da velocidade da aeronave. Isso resulta na necessidade de ter diâmetros de ventoinha muito grandes e alta velocidade de ventoinha, o que aumenta o arrasto e o peso da aeronave. Atualmente, o turbofan de maior e maior eficiência é muito grande, pois o diâmetro da ventoinha ultrapassa os 3 m de tamanho. Enquanto o aumento do diâmetro da ventoinha melhore a eficiência propulsora, o arrasto aumenta devido ao tamanho do capô e um compromisso geralmente é praticado para obter o sistema ideal. Os níveis atuais de eficiência propulsora excedem 85% e os esforços são dedicados a distribuir propulsores nas asas para maximizá-lo. Uma ideia popular na técnica é o conceito de elementos propulsores distribuídos. Os propulsores podem ser distribuídos nas asas e na fuselagem da aeronave. Eles são principalmente ventoinhas movidas eletricamente ou mecanicamente nas asas e recebendo o trabalho mecânico ou a energia elétrica de uma unidade central. Tais conceitos são difíceis de implementar devido à complexidade da rede envolvida, ao peso dos motores elétricos e à sua operabilidade em altitudes elevadas, e no caso de redes de transmissão mecânica, eficiência, complexidade e peso. O projeto dominante continua sendo o de dois motores.[00130] Propulsion efficiency is, on the other hand, maximized when the propellant accelerates a greater amount of air mass flow at small axial speed, immediately above and as close as possible to the aircraft speed. This results in the need to have very large fan diameters and high fan speeds, which increases the drag and weight of the aircraft. Currently, the largest and most efficient turbofan is very large, as the fan diameter exceeds 3 m in size. While increasing fan diameter improves propulsive efficiency, drag increases due to hood size and a compromise is often made to obtain the ideal system. Current thruster efficiency levels exceed 85% and efforts are dedicated to distributing thrusters across the wings to maximize it. A popular idea in the art is the concept of distributed driving elements. The propellants can be distributed across the wings and fuselage of the aircraft. They are mainly electrically or mechanically driven fans on the wings and receiving mechanical work or electrical power from a central unit. Such concepts are difficult to implement due to the complexity of the network involved, the weight of the electric motors and their operability at high altitudes, and in the case of mechanical transmission networks, efficiency, complexity and weight. The dominant design remains that of two engines.

[00131] Uma desvantagem do projeto dominante atual é que o turbofan é pesado e complexo. Mais de 30% do seu peso total é o sistema da ventoinha por si só, que inclui os acessórios da ventoinha e a turbina de baixa pressão que a aciona. Grandes peças rotativas significam que existem limitações de projeto adicionais, incluindo limitações na velocidade da ponta, restrições sobre o peso e as dimensões da turbina de baixa pressão, bem como as temperaturas de entrada para a Turbina de baixa pressão. A lâmina da ventoinha precisa se qualificar e ser certificada em testes dedicados de Ingestão de Lâmina de Ventoinha e Expulsão de Lâmina de Ventoinha. Além disso, a carcaça da ventoinha precisa ser capaz conter a ejeção de tais lâminas de ventoinha e proteger a integridade da aeronave. Com sistemas menores, o desafio de reduzir um sistema complexo de turbofan é significativo, se a eficiência tiver que ser mantida. Particularmente para UAVs e pequenas aeronaves, os níveis de Razão de Derivação (BPR, na sigla em inglês) são muito menores devido às limitações dos materiais. À medida que seus diâmetros são reduzidos, as ventoinhas precisam girar mais rápido para manter sua eficiência, e as perdas nas pontas ocorrem a velocidades mais elevadas, o que gera menor eficiência. Para pequenos turbofans, o desafio é que a redução da ventoinha (e do compressor) implica em que a velocidade de rotação deve aumentar dramaticamente. Aqueles familiarizados com a técnica entendem que o diâmetro de uma ventoinha escala diretamente proporcional à raiz quadrada do fluxo de massa de fluido, enquanto a velocidade da ponta da lâmina da ventoinha é diretamente proporcional ao produto do diâmetro e da velocidade de rotação (por exemplo, Pi * Diam * RPM). Portanto, se o diâmetro da ventoinha for reduzido significativamente, então, inversamente, a velocidade de rotação precisa aumentar para preservar a mesma velocidade da ponta (por razões mecânicas e de compressibilidade), caso contrário, as perdas em desempenho aumentam significativamente. Por exemplo, se um ventilador de 50 polegadas de diâmetro girar a 2000 RPM, para a mesma velocidade da ponta, um ventilador de 20 polegadas precisa girar a 5000 RPM, e um ventilador de 10 polegadas giraria a 10.000 RPM e assim por diante. Isso também implica que a Razão de Pressão da Ventoinha (FPR, na sigla em inglês) aumentaria em conformidade, conduzindo à menor eficiência da ventoinha de diâmetro menor. Além disso, a contenção de um componente de ventoinha tão altamente estressado seria difícil de atingir e implicaria uma carcaça de ventilador mais espessa, aumentando o peso e causando complicações significativas em relação à dinâmica do rotor do sistema e ao seu subsistema de rolamento. É por isso que as grandes ventoinhas são muito mais eficientes do que as ventoinhas menores. O status quo dos pequenos turbofans é de desempenho significativamente menor que os sistemas maiores, pelo menos 3-4 vezes menores que os BPRs de grandes ventoinhas e com FPRs maiores, o que gera baixas eficiências (alta queima de combustível), altas velocidades de rotação (alto estresse e manutenção) e operabilidade e gerenciamento térmico desafiadores. turbopropulsores enfrentam o mesmo desafio, embora para sistemas realmente pequenos eles tenham a melhor eficiência de propulsão. Sua principal desvantagem é o grande tamanho das hélices necessárias para mover grandes quantidades de ar e torna dificultosa sua implementação em sistemas com capacidades VTOL. O turbopropulsor moderno usa uma turbina de baixa pressão para acionar a hélice e emprega sistemas auxiliares adicionais, tais como engrenagens e rolamentos e seus subsistemas, controle de arfada e outros.[00131] A disadvantage of the current dominant design is that the turbofan is heavy and complex. More than 30% of its total weight is the fan system alone, which includes the fan accessories and the low-pressure turbine that drives it. Large rotating parts mean that there are additional design limitations, including limitations on tip speed, restrictions on the weight and dimensions of the low pressure turbine, as well as the inlet temperatures to the low pressure turbine. The fan blade needs to qualify and be certified in dedicated Fan Blade Ingestion and Fan Blade Expulsion tests. Additionally, the fan casing must be capable of containing the ejection of such fan blades and protecting the integrity of the aircraft. With smaller systems, the challenge of downsizing a complex turbofan system is significant if efficiency is to be maintained. Particularly for UAVs and small aircraft, Derivation Ratio (BPR) levels are much lower due to material limitations. As their diameters are reduced, fans need to spin faster to maintain their efficiency, and tip losses occur at higher speeds, which generates lower efficiency. For small turbofans, the challenge is that reducing the fan (and compressor) means that the rotational speed must increase dramatically. Those familiar with the art understand that the diameter of a fan scales directly proportional to the square root of the fluid mass flow, while the speed of the fan blade tip is directly proportional to the product of the diameter and the rotational speed (e.g. Pi * Diam * RPM). Therefore, if the fan diameter is significantly reduced, then, conversely, the rotational speed needs to increase to preserve the same tip speed (for mechanical and compressibility reasons), otherwise the losses in performance increase significantly. For example, if a 50-inch diameter fan spins at 2000 RPM, for the same tip speed, a 20-inch fan needs to spin at 5000 RPM, and a 10-inch fan would spin at 10,000 RPM, and so on. This also implies that the Fan Pressure Ratio (FPR) would increase accordingly, leading to lower efficiency of the smaller diameter fan. Furthermore, containment of such a highly stressed fan component would be difficult to achieve and would require a thicker fan casing, increasing weight and causing significant complications regarding the dynamics of the system rotor and its bearing subsystem. This is why large fans are much more efficient than smaller fans. The status quo of small turbofans is significantly lower performance than larger systems, at least 3-4 times lower than the BPRs of large fans and with higher FPRs, which generates low efficiencies (high fuel burn), high rotational speeds (high stress and maintenance) and challenging operability and thermal management. turboprops face the same challenge, although for really small systems they have the best propulsion efficiency. Its main disadvantage is the large size of the propellers required to move large amounts of air and makes its implementation in systems with VTOL capabilities difficult. The modern turboprop uses a low pressure turbine to drive the propeller and employs additional auxiliary systems, such as gears and bearings and their subsystems, pitch control and others.

[00132] Outro elemento dos modernos jatos de propulsão de aeronaves, como turbofans e turbopropulsores, é que é necessária uma certa quantidade de ar de sangria do compressor para a pressurização da cabine, o arrefecimento e a descarga da turbina para o ambiente para a operabilidade do próprio motor. O ar de sangria do compressor de um motor a jato moderno típico é de até 20% do ar total de descarga do compressor. As sangrias do compressor destinadas à pressurização da cabine não são necessárias se a aeronave voa em baixas altitudes ou não estiver tripulada, e essa porção constitui pelo menos 10% da sangria total. Se a turbina não for resfriada, então, cerca de 10% a mais do ar do compressor podem ser extraídos antes de atingir a combustão, à custa de temperaturas de disparo menores e, portanto, eficiência do ciclo. No entanto, com o avanço de novos materiais não metálicos e suas altas capacidades de temperatura e estresse, a turbina e, de fato, a maioria da seção quente pode ser fabricada com compósitos de matriz cerâmica, não só eliminando a necessidade de ar de resfriamento, mas também permitindo temperaturas de disparo mais altas. Por exemplo, enquanto a limitação da temperatura da entrada da turbina com a corrente, os componentes metálicos não refrigerados são conhecidos por aqueles que estão familiarizados com o tópico como sendo de cerca de 950 °C, os materiais CMC atuais podem suportar a temperatura de disparo de turbina não resfriada de 1090 °C ou mais. Isso resulta em um ciclo de eficiência muito maior e na maioria dos casos um peso reduzido do motor, com benefícios globais para a aeronave. Se o ciclo de temperatura de disparo de 950 °C, de motor de componentes totalmente metálicos não refrigerados com 20% de sangria de ar do compressor for substituído por um compressor com sangria de ar de 50% que dispara a 1090 °C com componentes cerâmicos, a eficiência do ciclo pode ser comparável, apesar de os 50 % de ar comprimido serem disponibilizados para outros fins, na estação de descarga do compressor.[00132] Another element of modern aircraft propulsion jets, such as turbofans and turboprops, is that a certain amount of compressor bleed air is required for cabin pressurization, cooling, and turbine discharge to the environment for operability. of the engine itself. The compressor bleed air of a typical modern jet engine is up to 20% of the total compressor discharge air. Compressor bleeds intended for cabin pressurization are not required if the aircraft flies at low altitudes or is unmanned, and this portion constitutes at least 10% of the total bleed. If the turbine is not cooled, then about 10% more compressor air can be extracted before reaching combustion, at the expense of lower firing temperatures and therefore cycle efficiency. However, with the advancement of new non-metallic materials and their high temperature and stress capabilities, the turbine and indeed the majority of the hot section can be manufactured from ceramic matrix composites, not only eliminating the need for cooling air , but also allowing for higher firing temperatures. For example, while limiting the turbine inlet temperature with current, uncooled metallic components is known to those familiar with the topic to be about 950 °C, current CMC materials can withstand the firing temperature uncooled turbine temperature of 1090 °C or more. This results in much greater cycle efficiency and in most cases reduced engine weight, with overall benefits for the aircraft. If the 950°C firing temperature cycle, uncooled all-metal component engine with 20% compressor air bleed is replaced with a 50% air bleed compressor firing at 1090°C with ceramic components , the cycle efficiency can be comparable, despite the 50% of compressed air being made available for other purposes, at the compressor unloading station.

[00133] A TABELA 1 mostra essa comparação para várias sangrias de ar em dois motores não refrigerados com o mesmo fluxo unitário (ou seja, 1kg/s) e várias porcentagens de sangria e a mesma potência de saída da turbina que fornece a potência de entrada necessária para o compressor. A primeira linha mostra a razão de pressão do ciclo, a segunda linha mostra a sangria do compressor, o cálculo da eficiência térmica do motor metálico é mostrado na linha 3 e a eficiência térmica das versões CMC com sangrias semelhantes e sangria máxima com a mesma eficiência em comparação com a versão metálica é mostrada nas duas últimas linhas. O pressuposto geral é que a turbina não é refrigerada em todos os casos, mas o ar é sangrado do compressor para outros fins. A tabela mostra que, se a porcentagem de sangria for mantida entre as versões metálica e CMC, então, com uma relação de pressão do ciclo além de 8, o motor CMC se torna mais eficiente. Por outro lado, se a eficiência do motor for mantida semelhante à metálica, a porcentagem de ar de sangria pode ser aumentada dramaticamente. Isso também pode ser explicado pela manutenção do mesmo fluxo de combustível para a combustão, mas redução do fluxo de ar até que a temperatura de disparo se torne 2000F (tecnologia CMC não refrigerada) a partir de 1090 °C (máxima para tecnologia metálica não refrigerada). Ao produzir a mesma potência de saída da turbina para equilibrar a entrada de potência do compressor, mais ar do compressor pode ser disponibilizado nas altas temperaturas de disparo. Com base nisso, o inventor concebeu um ciclo que permite que uma grande quantidade de sangria do compressor seja encaminhada através de uma rede de fluxo e para fornecer uma matriz de dispositivos distribuídos de aumento de empuxo colocados em locais que aumentem e melhorem a eficiência propulsora da técnica atual, a uma eficiência térmica e global similar ou melhor da aeronave. TABELA 1 [00133] TABLE 1 shows this comparison for various air bleeds in two uncooled engines with the same unit flow (i.e. 1kg/s) and various bleed percentages and the same turbine output power providing the power. input required for the compressor. The first line shows the cycle pressure ratio, the second line shows the compressor bleed, the thermal efficiency calculation of the metallic motor is shown in line 3 and the thermal efficiency of the CMC versions with similar bleeds and maximum bleed with the same efficiency compared to the metallic version is shown in the last two lines. The general assumption is that the turbine is not cooled in all cases, but air is bled from the compressor for other purposes. The table shows that if the bleed percentage is maintained between the metallic and CMC versions, then with a cycle pressure ratio beyond 8, the CMC engine becomes more efficient. On the other hand, if engine efficiency is kept similar to metallic, the percentage of bleed air can be increased dramatically. This can also be explained by maintaining the same fuel flow for combustion but reducing air flow until the firing temperature becomes 2000F (uncooled CMC technology) from 1090°C (maximum for uncooled metallic technology ). By producing the same turbine power output to balance the compressor power input, more compressor air can be made available at the high firing temperatures. Based on this, the inventor devised a cycle that allows a large amount of compressor bleed to be routed through a flow network and to provide an array of distributed thrust-enhancing devices placed in locations that increase and improve the propulsive efficiency of the compressor. current technique, at a thermal and overall efficiency similar to or better than the aircraft. TABLE 1

[00134] Consequentemente, os propulsores convencionais não podem ser reduzidos sem comprometer significativamente suas eficiências. Uma concretização da presente invenção supera a deficiência atual pela utilização de um ciclo melhorado que elimina o subsistema de ventilar em conjunto com a turbina de baixa pressão. Assim sendo, esta concretização da presente invenção é um sistema particularmente adequado para sistemas de aeronaves menores e UAVs, particularmente aqueles que precisam ser capazes de operação VTOL e STOL, por causa de seus geradores de potência eficientes, compactos e altamente integrados.[00134] Consequently, conventional thrusters cannot be reduced without significantly compromising their efficiencies. An embodiment of the present invention overcomes the current deficiency by utilizing an improved cycle that eliminates the ventilating subsystem in conjunction with the low pressure turbine. Therefore, this embodiment of the present invention is a system particularly suitable for smaller aircraft systems and UAVs, particularly those that need to be capable of VTOL and STOL operation, because of its efficient, compact and highly integrated power generators.

[00135] O propulsor consiste em uma ventoinha "podada" e um compressor de alta pressão colocado no mesmo eixo com uma turbina de alta pressão para formar um gerador de gás, uma rede de dutos conectados a ejetores e os ejetores de aumento de empuxo. O ciclo utiliza um sistema de compressão que consiste em uma ventoinha podada (pré-compressão apenas no núcleo) e um compressor de alta pressão, uniestágio ou multiestágio, preferencialmente um compressor centrífugo com vários orifícios de sangria. Os orifícios de sangria do compressor podem sangrar até 50% do fluxo de ar total no sistema, sendo o restante direcionado a um sistema de combustor. A combustão adiciona calor sob a forma de combustível a pressão ou volume constante, e gera um fluxo quente de gás que é direcionado para a turbina. A turbina de alta pressão expande o fluido quente a uma pressão e a uma temperatura inferior àquela pressão e temperatura de entrada da turbina em um processo de expansão convencional. Preferencialmente, os materiais da turbina e da combustão são de alta temperatura que precisam de pouco ou nenhum fluxo de resfriamento, como CMCs modernos. A turbina, que pode ser centrípeta ou axial em pelo menos um estágio, fornece o trabalho necessário para acionar o sistema de compressão. O gás de escape que sai da turbina está a pressões e temperaturas mais baixas do que as condições de entrada da turbina, mas pelo menos duas vezes a pressão do ar ambiente e a temperaturas típicas dos atuais níveis de turbofan de turbina de baixa pressão, ou seja, 815 °C a 980 °C. Assim, o processo de expansão da turbina de alta pressão ainda resulta em um fluxo de alta energia, alta temperatura e pressão que, em vez de ser direcionado para uma turbina de baixa pressão, é direcionado através de dutos para vários locais da aeronave a um propulsor fluídico de geração de empuxo.[00135] The propellant consists of a "pruned" fan and a high pressure compressor placed on the same shaft with a high pressure turbine to form a gas generator, a network of ducts connected to ejectors and the thrust increasing ejectors. The cycle uses a compression system consisting of a trimmed fan (pre-compression only in the core) and a high-pressure, single-stage or multi-stage compressor, preferably a centrifugal compressor with several bleed holes. Compressor bleed holes can bleed up to 50% of the total airflow in the system, with the remainder directed to a combustor system. Combustion adds heat in the form of fuel at constant pressure or volume, and generates a hot flow of gas that is directed to the turbine. The high-pressure turbine expands the hot fluid at a pressure and temperature lower than the turbine inlet pressure and temperature in a conventional expansion process. Preferably, the turbine and combustion materials are high temperature materials that need little or no cooling flow, like modern CMCs. The turbine, which can be centripetal or axial in at least one stage, provides the work necessary to drive the compression system. The exhaust gas leaving the turbine is at lower pressures and temperatures than turbine inlet conditions, but at least twice the ambient air pressure and at temperatures typical of current low-pressure turbine turbofan levels, or that is, 815 °C to 980 °C. Thus, the high-pressure turbine expansion process still results in a high-energy, high-temperature, high-pressure flow that, instead of being directed to a low-pressure turbine, is directed through ducts to various locations on the aircraft at a thrust-generating fluidic propellant.

[00136] Os dutos também podem ser isolados e utilizar materiais de alta temperatura, como CMCs. Os elementos propulsores que recebem o ar pressurizado ou os gases quentes empregam a fluídica para o arrasto e aceleração do ar ambiente em uma primeira seção; e depois de misturar o fluido motriz e o ar ambiente e completar a transferência integral de momento da energia alta para a energia baixa (ar ambiente), acelerar o fluxo misto em uma segunda seção difusora, e fornecer assim um efluente de jato de alta velocidade como uma mistura do gás de alta pressão (fornecido ao propulsor a partir de um gerador de gás) e o ar ambiente arrastado a altas velocidades, preferencialmente e principalmente na direção axial, com um certo perfil de velocidade axial conhecido na técnica. As taxas de arrasto dos referidos elementos propulsores estão entre 3-15 e até 25 por cada parte de fluido de alta pressão entregue. Devido ao alto arrasto e mistura turbulenta e completa dos fluxos, o efluente do jato tem, portanto, temperatura, muito mais baixa. Seguindo as leis da física em relação à mistura e transferência de momento, a velocidade do efluente de jato do elemento propulsor é próxima, mas excede a velocidade da aeronave. O efluente de jato também é de natureza não circular, com poucos ou nenhuns componentes rotativos (em oposição às grandes hélices de um turbopropulsor ou até mesmo um turbofan) e pode ser direcionado para aerofólios para recuperar ainda mais sua energia depois de produzir empuxo, por exemplo, direcionado para a borda de ataque de uma asa curta colocada a certa distância atrás do propulsor para gerar sustentação adicional. Em todas as concretizações, o gerador de gás é um turbofan modificado em que a ventoinha foi cortada para fornecer apenas fluxo de núcleo.[00136] Ducts can also be insulated and use high temperature materials such as CMCs. The propulsive elements that receive pressurized air or hot gases use fluidics to drag and accelerate the ambient air in a first section; and after mixing the motive fluid and ambient air and completing the integral transfer of momentum from high energy to low energy (ambient air), accelerating the mixed flow in a second diffuser section, and thereby providing a high-velocity jet effluent as a mixture of high pressure gas (supplied to the propellant from a gas generator) and ambient air entrained at high speeds, preferably and mainly in the axial direction, with a certain axial velocity profile known in the art. The drag rates of said driving elements are between 3-15 and up to 25 for each part of high pressure fluid delivered. Due to the high drag and turbulent and complete mixing of the flows, the jet effluent therefore has a much lower temperature. Following the laws of physics regarding mixing and momentum transfer, the speed of the jet effluent from the propellant element is close to but exceeds the speed of the aircraft. Jet effluent is also non-circular in nature, with few or no rotating components (as opposed to the large propellers of a turboprop or even a turbofan) and can be directed to airfoils to further recover its energy after producing thrust, e.g. example, directed towards the leading edge of a short wing placed some distance behind the booster to generate additional lift. In all embodiments, the gas generator is a modified turbofan in which the fan has been cut to provide core flow only.

[00137] A FIG. 26A mostra um turbofan de derivação tradicional que ignora a maior parte do fluxo e mistura o núcleo e contorna os fluxos na saída do turbofan. A FIG. 26B mostra o turbofan com uma ventoinha podada que leva em conta apenas o núcleo e a sangria flui do compressor para produzir o empuxo necessário para a propulsão. As sangrias do compressor estão convenientemente localizadas em toda a seção fria 2601 do gerador de gás 800, em oposição à seção quente 2602 do gerador, de modo a permitir a máxima eficiência em qualquer momento durante a operação. Por exemplo, na decolagem, pode ser necessário mais sangria do compressor e uma maior velocidade do rotor pode ser opcionalmente vantajosa. Nesta parte da missão, os orifícios de sangria estão abertos de modo que a operação do compressor esteja longe da linha de surto em uma condição mais vantajosa do que se não houvesse sangria. Um turbofan atual, como o apresentado na FIG. 26A pode permitir apenas um máximo de 15% de sangria ao longo da missão, mas alterando o projeto da ventoinha podada de maneira favorável, mais fluxo de núcleo e mais sangria do compressor podem ser induzidos na presente invenção, até e incluindo 50% de sangria do ar total que atravessa o motor. Sangrias múltiplas também podem ser envolvidas para aumentar a eficiência do sistema, que maximizem a sangria nos estágios inferiores e minimizem a sangria nas pressões maiores, como reconheceriam aqueles que possuem as habilidades na técnica. Contudo, a quantidade de fluxo propositalmente envolvida no ciclo de sangramento é particularmente aplicada nesta invenção. O ar de sangria que sai dos orifícios de sangria do compressor é dirigido através de dutos aos propulsores de aumento de empuxo, colocados em conjunto com a superfície superior de um aerofólio ou imediatamente atrás de um aerofólio com alto ângulo de incidência.[00137] FIG. 26A shows a traditional bypass turbofan that bypasses most of the flow and mixes the core and bypass flows at the turbofan exit. FIG. 26B shows the turbofan with a trimmed fan that takes into account only the core and the bleed flows from the compressor to produce the thrust necessary for propulsion. The compressor bleeds are conveniently located throughout the cold section 2601 of the gas generator 800, as opposed to the hot section 2602 of the generator, so as to allow for maximum efficiency at any time during operation. For example, on takeoff, more compressor bleeding may be required and a higher rotor speed may be optionally advantageous. In this part of the mission, the bleed holes are open so that compressor operation is away from the surge line in a more advantageous condition than if there was no bleed. A current turbofan, like the one shown in FIG. 26A can only allow a maximum of 15% bleed over the course of the mission, but by altering the pruned fan design favorably, more core flow and more compressor bleed can be induced in the present invention, up to and including 50% bleed of the total air passing through the engine. Multiple bleeds may also be involved to increase the efficiency of the system, which maximizes bleed at the lower stages and minimizes bleed at higher pressures, as those skilled in the art would recognize. However, the amount of flow purposefully involved in the bleeding cycle is particularly applicable in this invention. Bleed air leaving the compressor bleed holes is directed through ducts to thrust-increasing thrusters placed in conjunction with the upper surface of an airfoil or immediately behind an airfoil with a high angle of incidence.

[00138] A FIG. 27A ilustra um exemplo de uma rede de sangria e dutos concretizada na presente invenção. A rede contém um gerador de gás 800 que alimenta vários ejetores de aumento de empuxo frio 801 e ejetores de aumento de empuxo quente 901 através de orifícios de sangria de compressor 251 e 351, respectivamente. Os sensores de pressão e temperatura podem tomar medições de fluxo de sinais dos elementos 1702 (frio) e 1707 (quente) que são alimentados ao microcontrolador 900 (não mostrado). O fluxo do gerador de gás 800 para os ejetores de aumento de empuxo 801 através dos dutos de sangria do compressor 251 é ditado pelas válvulas de controle 1703, controladas pelo microcontrolador 900. O mesmo controlador determina a atuação das juntas giratórias 1701 (para o elemento 801) e 1705 (para o elemento 901.) A FIG. 27A mostra ainda uma série de quatro (4) ejetores de aumento de empuxo frio 801 que são alimentados a partir dos mesmos orifícios 251 do compressor do referido gerador de gás 800 e controlados pelo microcontrolador 900.[00138] FIG. 27A illustrates an example of a bleed network and ducts embodied in the present invention. The network contains a gas generator 800 that feeds multiple cold thrust boost ejectors 801 and hot thrust boost ejectors 901 through compressor bleed ports 251 and 351, respectively. The pressure and temperature sensors can take signal flow measurements from elements 1702 (cold) and 1707 (hot) that are fed to the microcontroller 900 (not shown). Flow from gas generator 800 to thrust booster ejectors 801 through compressor bleed ducts 251 is dictated by control valves 1703, controlled by microcontroller 900. The same controller determines the actuation of rotary joints 1701 (for element 801) and 1705 (for element 901.) FIG. 27A further shows a series of four (4) cold thrust booster ejectors 801 which are fed from the same compressor orifices 251 of said gas generator 800 and controlled by the microcontroller 900.

[00139] A FIG. 27B representa uma rede semelhante à ilustrada na FIG. 27A, mas com apenas dois ejetores de aumento de empuxo frio que são alimentados pelos orifícios de sangria fora do compressor do gerador de gás 800. As articulações giratórias 1701 permitem a rotação dos elementos 801 em múltiplas direções e também podem permitir a passagem do fluido para o dito ejetor 801. A posição do dito ejetor em relação à aeronave é controlada pelo uso de meios elétricos ou pneumáticos ou mecânicos a partir de um microcontrolador 900. Os sensores 1702 que medem a taxa de fluxo, as pressões e as temperaturas no duto a jusante do orifício de sangria 251 são utilizados para alimentar informação ao microcontrolador. Por sua vez, o microcontrolador controla a rotação dos elementos 801 em torno das articulações giratórias 1701 ao mesmo tempo que comanda o ajuste do fluxo através das válvulas de controle 1703. Da mesma forma, a magnitude e orientação do empuxo dos elementos 901 podem ser ajustados por meio de ajustes nas taxas de fluxo através das válvulas de controle 1707 e ajustes de orientação sobre as articulações giratórias 1705 até a posição da aeronave ser aceitável. O controlador está sendo assim alimentado com informações da rede de dutos do sistema de propulsão, além dos parâmetros operacionais do gerador de gás e da orientação e magnitude do empuxo em cada um dos ejetores de aumento de empuxo.[00139] FIG. 27B represents a network similar to that illustrated in FIG. 27A, but with only two cold thrust booster ejectors that are fed from the bleed holes outside the compressor of the gas generator 800. The swivel joints 1701 allow rotation of the elements 801 in multiple directions and can also allow the passage of fluid to said ejector 801. The position of said ejector relative to the aircraft is controlled by the use of electrical or pneumatic or mechanical means from a microcontroller 900. Sensors 1702 that measure the flow rate, pressures and temperatures in the duct to downstream of the bleed hole 251 are used to feed information to the microcontroller. In turn, the microcontroller controls the rotation of the elements 801 around the swivel joints 1701 while also commanding the flow adjustment through the control valves 1703. Likewise, the magnitude and orientation of the thrust of the elements 901 can be adjusted through adjustments to flow rates through control valves 1707 and orientation adjustments about swivel joints 1705 until the position of the aircraft is acceptable. The controller is thus being fed with information from the propulsion system's duct network, in addition to the operational parameters of the gas generator and the orientation and magnitude of the thrust in each of the thrust-increasing ejectors.

[00140] A FIG. 27C mostra o microcontrolador 900 e sua rede, representando pelo menos doze (12) entradas e pelo menos quatro (4) saídas. As saídas controlam principalmente a taxa de fluxo e a orientação do empuxo (ejetor) para controlar a atitude da aeronave a qualquer momento em sua missão.[00140] FIG. 27C shows the microcontroller 900 and its network, representing at least twelve (12) inputs and at least four (4) outputs. The outputs primarily control flow rate and thrust (ejector) orientation to control the aircraft's attitude at any time in its mission.

[00141] A FIG. 27D oferece mais detalhes da rede. Os fluxos dos orifícios de sangria do compressor 251 e o escape 351 são alimentados para os ejetores de aumento de empuxo 801 e 901. As entradas do microcontrolador 900 incluem os parâmetros do gerador de gás (rpm, temperatura e pressão do ar de sangria do compressor, pressão e temperatura de escape, etc.) através da entrada 11. As entradas 26 incluem a alimentação dos acelerômetros incluídos no sistema. A entrada 30 é o giroscópio. A entrada 40 é uma entrada de sensor de altitude ultrassônico ou barométrico que sinaliza a altitude da aeronave. A entrada 50 é a entrada do GPS. As entradas 70 são as entradas Bluetooth. As entradas 80 são o receptor R/C.[00141] FIG. 27D offers more network details. Flows from compressor bleed ports 251 and exhaust 351 are fed to thrust boost ejectors 801 and 901. Inputs to microcontroller 900 include gas generator parameters (rpm, compressor bleed air temperature and pressure). , exhaust pressure and temperature, etc.) through input 11. Inputs 26 include power supply to the accelerometers included in the system. Input 30 is the gyroscope. Input 40 is an ultrasonic or barometric altitude sensor input that signals the aircraft's altitude. Input 50 is the GPS input. Inputs 70 are the Bluetooth inputs. Inputs 80 are the R/C receiver.

[00142] Além disso, a FIG. 27D ilustra o retorno dos sensores nos dutos, mostrados como informações de alimentação 2702 e 2706, ao controlador para ajustes do fluxo através da atuação das válvulas de controle 1703 e 1707. As válvulas de controle estão conectadas ao controlador através dos cabos 2703 e 2707, respectivamente, e elas se ajustam com base na entrada recebida do controlador. O fluxo é ajustado e medido em conformidade pelos sensores 1702 e 1706, que fornecem informações de feedback ao controlador para sinalizar que o ajuste foi feito em conformidade. Da mesma forma, os outros sensores 11, 26, 30, 40, 50, 60, 70 e 80, individualmente ou em conjunto, são processados pelo controlador e os ajustes das ejetores 801 e 901 são transmitidos pelos cabos 2701 e 2705.[00142] Furthermore, FIG. 27D illustrates the feedback from sensors in the ducts, shown as power information 2702 and 2706, to the controller for flow adjustments through actuation of control valves 1703 and 1707. The control valves are connected to the controller via cables 2703 and 2707, respectively, and they adjust based on input received from the controller. The flow is adjusted and measured accordingly by sensors 1702 and 1706, which provide feedback information to the controller to signal that the adjustment has been made accordingly. Likewise, the other sensors 11, 26, 30, 40, 50, 60, 70 and 80, individually or together, are processed by the controller and the adjustments of the ejectors 801 and 901 are transmitted by cables 2701 and 2705.

[00143] Em outra concretização da presente invenção, o propulsor pode ser girado para baixo e direcionar o empuxo para mudar a atitude da aeronave na decolagem vertical ou decolagem curta. As FIGs. 28A - 28E mostram formas possíveis de um propulsor na presente invenção. A FIG. 28A ilustra um sistema quadriejetor relativamente simples com os ejetores alimentados por um gerador de gás no centro. Dois dos ejetores (frios) são alimentados a partir dos orifícios de sangria do compressor com ar comprimido como ar motriz (ou primário), enquanto os ejetores quentes recebem gases de escape do orifício de escape do gerador de gás. Todos os quatro ejetores apontam para baixo, em modo de flutuação, mas os ajustes da atitude da aeronave são possíveis através de mudanças nos parâmetros mencionados nas FIGs. 27A - 27D. A FIG. 28B mostra uma forma de realização da presente invenção em que o(s) dispositivo(s) podem ser incorporados à aeronave. Na FIG. 28B, apenas os dois ejetores frios são mostrados (de quatro). O ejetor é plano e está colocado atrás do ápice da asa principal, trabalhando para expandir a margem de estol da asa principal e gerar um efluente de alta velocidade para uso em estruturas geradoras de sustentação a jusante. O ejetor plano também pode girar ao longo do eixo principal da asa para flutuação (apontando para baixo em direção ao solo, principalmente) ou para ajustar a altitude no voo. A FIG. 28C ilustra um sistema tipo canard mais complexo composto por quatro ejetores (dois quentes localizados na cauda e dois frios colocados atrás dos aerofólios canard) e o ejetor embutido no interior da carcaça do sistema ao lado do ejetor (frio). Os ejetores são planos e produzem um efluente de jato de forma retangular em seu plano de saída, principalmente na direção axial do voo. Alternativamente, um ejetor com elementos 3D é mostrado na FIG. 28D, no qual a entrada e a garganta e o difusor são de natureza 3D (em vez de 2D), o que melhora o arrasto e o desempenho geral. Apenas a metade superior de um ejetor plano é mostrada acima da asa na FIG. 28E, emparelhando com o flape da referida asa para formar uma estrutura completa com o fluido primário introduzido apenas na metade superior do ejetor (o meio ejetor, que se encontra com o flape da asa).[00143] In another embodiment of the present invention, the thruster can be rotated downward and direct the thrust to change the attitude of the aircraft in vertical takeoff or short takeoff. FIGS. 28A - 28E show possible forms of a propellant in the present invention. FIG. 28A illustrates a relatively simple quad-ejector system with the ejectors powered by a gas generator in the center. Two of the (cold) ejectors are fed from the compressor bleed ports with compressed air as motive (or primary) air, while the hot ejectors receive exhaust gases from the gas generator exhaust port. All four ejectors point downwards, in hover mode, but aircraft attitude adjustments are possible through changes in the parameters mentioned in FIGs. 27A - 27D. FIG. 28B shows an embodiment of the present invention in which the device(s) can be incorporated into the aircraft. In FIG. 28B, only the two cold ejectors are shown (on all fours). The ejector is flat and placed behind the apex of the main wing, working to expand the main wing's stall margin and generate a high-velocity effluent for use in downstream lift-generating structures. The flat ejector can also rotate along the main axis of the wing for hovering (pointing downward toward the ground, mostly) or to adjust altitude in flight. FIG. 28C illustrates a more complex canard-type system composed of four ejectors (two hot located in the tail and two cold placed behind the canard airfoils) and the ejector embedded inside the system housing next to the (cold) ejector. The ejectors are flat and produce a rectangular-shaped jet effluent in their exit plane, mainly in the axial direction of flight. Alternatively, an ejector with 3D elements is shown in FIG. 28D, in which the intake and throat and diffuser are 3D in nature (rather than 2D), which improves drag and overall performance. Only the upper half of a flat ejector is shown above the wing in FIG. 28E, pairing with the flap of said wing to form a complete structure with the primary fluid introduced only into the upper half of the ejector (the ejector half, which meets the wing flap).

[00144] A FIG. 29 mostra uma disposição possível do sistema de propulsão na decolagem ou flutuação em uma concretização da presente invenção. Os ejetores apontam para baixo para suspender a estrutura e mantê-la em uma posição flutuante.[00144] FIG. 29 shows a possible arrangement of the propulsion system in takeoff or floating in an embodiment of the present invention. The ejectors point downward to suspend the structure and keep it in a floating position.

[00145] A FIG. 13 mostra a manobrabilidade de um UAV equipado com um sistema de propulsão. O posicionamento dos ejetores para arfada, rolamento e guinada é mostrado, tanto para ejetores traseiros (quente) quanto para frios (canard).[00145] FIG. 13 shows the maneuverability of a UAV equipped with a propulsion system. The positioning of the ejectors for pitch, roll and yaw is shown, for both rear (hot) and cold (canard) ejectors.

[00146] Numa concretização da presente invenção, os propulsores que recebem o ar de descarga do compressor (a pelo menos duas vezes a pressão do ar ambiente) e o efluente de gás quente da turbina de alta pressão (a pelo menos duas vezes a pressão ambiente) estão, nesta concretização, apontando para baixo na decolagem, gerando, portanto, empuxo oposto que ultrapassa o peso do UAV para a decolagem. A Patente norte-americana N° 8.087.618 (Shmilovich et al.) descreve o uso de tal dispositivo embutido no sistema de asa e utilizando a exaustão do turborreator para dirigir o ar de escape ou o ar comprimido apenas na decolagem e pequenas porções do ar de sangria do compressor (menos de 15% é mencionado) para controle de fluxo adicional sobre a asa. Em particular, eles não estão aumentando o empuxo, mas simplesmente redirecionando o fluxo de escape ao controlá-lo com ar comprimido durante a decolagem. Uma concretização da presente invenção utiliza uma instalação de energia especialmente concebida que extrai especificamente o ar de sangria, em excesso de 20%, do compressor e o dirige para o referido propulsor ao longo do voo, desde a descolagem até o pouso. A maneira particular que isso é alcançado é pelo projeto de um compressor com mais primeiros estágios abertos que podem acomodar mais fluxo, seguido de sangria de uma porção do fluxo em grandes quantidades, como até 50% do fluxo de ar total, e direcionando essa parcela em todos os tempos aos propulsores de gás frio, e utilizando toda a porção do fluxo restante para o ciclo termodinâmico com a energia residual do fluxo pós-turbina de alta pressão direcionada a um propulsor de gás quente. Os fluxos de sangria do compressor também podem ser modulados pelo emprego de controles de fluxo, como válvulas de controle ou válvulas fluídicas que modulam a entrega do fluxo aos propulsores. Ambos os tipos de propulsores frio e quente, podem ser girados pelo menos de 90 graus a 120 graus, apontando para baixo e para cima em comparação com a direção direta do voo e de forma independente. O propulsor de gás frio pode ser incorporado ou escondido nas asas ou, de preferência, na esteira de uma primeira asa de ângulo de incidência muito alto (asa tipo canard) e aumentando significativamente a sua margem de estol ao colocar a entrada do propulsor na proximidade do aerofólio canard e preferencialmente no último terço da sua corda e mais perto da borda de fuga. O ângulo de alta incidência pode causar separação e estol, mas a adição do propulsor na referida localização ampliará sua operabilidade bem além do ponto de estol.[00146] In one embodiment of the present invention, the thrusters that receive the compressor discharge air (at at least twice the ambient air pressure) and the hot gas effluent from the high pressure turbine (at at least twice the ambient air pressure) environment) are, in this embodiment, pointing downwards on takeoff, therefore generating opposing thrust that exceeds the weight of the UAV for takeoff. U.S. Patent No. 8,087,618 (Shmilovich et al.) describes the use of such a device embedded in the wing system and utilizing the turbojet exhaust to direct exhaust air or compressed air only at takeoff and small portions of the compressor bleed air (less than 15% is mentioned) for additional flow control over the wing. In particular, they are not increasing thrust, but simply redirecting the exhaust flow by controlling it with compressed air during takeoff. An embodiment of the present invention utilizes a specially designed power plant that specifically extracts bleed air, in excess of 20%, from the compressor and directs it to said propellant throughout the flight, from takeoff to landing. The particular way this is achieved is by designing a compressor with more open first stages that can accommodate more flow, followed by bleeding a portion of the flow in large quantities, such as up to 50% of the total airflow, and directing that portion at all times to the cold gas thrusters, and utilizing the entire portion of the flow remaining for the thermodynamic cycle with the residual energy of the high-pressure post-turbine flow directed to a hot gas thruster. Compressor bleed flows can also be modulated by employing flow controls such as control valves or fluidic valves that modulate flow delivery to the thrusters. Both cold and hot thruster types can be rotated at least from 90 degrees to 120 degrees, pointing downwards and upwards compared to the direct direction of flight and independently. The cold gas thruster can be incorporated or hidden in the wings or, preferably, in the wake of a first wing with a very high angle of incidence (canard wing) and significantly increasing its stall margin by placing the thruster inlet in close proximity. of the airfoil canard and preferably in the last third of its chord and closer to the trailing edge. The high incidence angle can cause separation and stall, but the addition of the thruster at that location will extend its operability well beyond the stall point.

[00147] Noutra concretização, a injeção de fluidos tais como água ou nitrogênio líquido para arrefecer os gases quentes enviados ao propulsor quente pode aumentar o empuxo de decolagem gerado pelo referido propulsor por meio do aumento da taxa de fluxo de massa do ar motriz. Caso o sistema de propulsão esteja embutido em um UAV, a quantidade de água a bordo da aeronave pode ser tal que, após a decolagem e o fim da missão, quando o combustível a bordo foi quase consumido, o pouso não precisará do empuxo adicional em pelo menos 25% e até 50%.[00147] In another embodiment, the injection of fluids such as water or liquid nitrogen to cool the hot gases sent to the hot propellant can increase the takeoff thrust generated by said propellant by increasing the mass flow rate of the motive air. If the propulsion system is built into a UAV, the amount of water on board the aircraft may be such that after takeoff and the end of the mission, when the fuel on board has almost been consumed, the landing will not require the additional thrust in at least 25% and up to 50%.

[00148] Ainda noutra concretização, o uso de gases de escape da turbina de alta pressão como fluido primário/motriz para o ejetor quente pode ser aumentado com sangria adicional do compressor de ar frio, particularmente para manter uma temperatura mais fria na alimentação de mistura para os bicos primários do principal propulsor quente, particularmente durante o voo nivelado. Desta forma, com a mistura a pressão constante e a redução da temperatura da mistura gasosa, podem ser utilizados materiais de vida mais longa e/ou mais baratos nos dutos. A modulação da sangria de ar do compressor frio pode ser realizada por meio de uma válvula que altere o fluxo de abastecimento do propulsor frio ao duto que alimenta o propulsor quente, ou por meio de uma entrada secundária à câmara do propulsor quente para prolongar sua vida útil. Nesse caso, os propulsores frios ficam alinhados com o sistema da asa principal ou podem ser retraídos para dentro da fuselagem e, portanto, não participam da geração de empuxo.[00148] In yet another embodiment, the use of high pressure turbine exhaust gases as the primary/motive fluid for the hot ejector can be increased with additional bleeding from the cold air compressor, particularly to maintain a cooler temperature in the mixture feed. to the hot main propellant primary nozzles, particularly during level flight. In this way, with constant pressure mixing and a reduction in the temperature of the gas mixture, longer-lasting and/or cheaper materials can be used in the pipelines. Modulation of the air bleed from the cold compressor can be carried out through a valve that changes the supply flow from the cold propellant to the duct that feeds the hot propellant, or through a secondary inlet to the hot propellant chamber to extend its life useful. In this case, the cold thrusters are aligned with the main wing system or can be retracted into the fuselage and therefore do not participate in thrust generation.

[00149] O ciclo termodinâmico de um motor a jato típico é apresentado na FIG. 30A. A evolução do fluido de trabalho é descrita desde o final da entrada (ponto 2) até 3 num processo de compressão, adição de combustível e combustão a pressão constante por meio de um processo isobárico de 3-4, expansão sobre uma turbina de 4-5. O último fornece o trabalho exigido pelo compressor e energia adicional disponível para acionar uma ventoinha (por meio de uma turbina conectada ao ventilador) de um turbofan ou expansão direta através de um bocal para a atmosfera, no caso de um turborreator. Esta concretização da presente invenção elimina a turbina livre necessária para acionar a ventoinha, liga a ventoinha podada ao eixo principal do motor e utiliza a energia dos gases de combustão no ponto 45 para arrastar e aumentar o empuxo por meio de um ejetor especialmente concebido embutido na aeronave, em todos os pontos durante a missão da aeronave (decolagem, transição, voo de nível, inclinação e pouso). A evolução termodinâmica do ciclo inventado leva os gases 45 por meio de uma expansão quase isentrópica a uma pressão menor com alta eficiência, muito maior do que a expansão através de uma turbina. O processo 45-A' descreve a evolução e pode ser reconhecido como quase isentrópico, já que as expansões de bocal desse tipo são conhecidas por ter uma eficiência muito alta. A evolução do fluido de trabalho 45-A' acontece por meio de uma multiplicidade de ranhuras primárias localizadas dentro dos ejetores acima descritos. A expansão continua por uma pressão constante ou mistura de área constante com o ar ambiente que se aproxima nas condições de p2static. A evolução segue A'-D' para o fluido de trabalho, enquanto o ar ambiente é trazido a pressão constante do ponto de condição de entrada C para D'. Neste processo de mistura a pressão constante, a temperatura final da mistura depende da razão de arrasto do ar ambiente no ejetor. Conforme descrito abaixo, utiliza-se um ejetor especialmente concebido nesta invenção que maximiza a razão de arrasto por meio de vários elementos dos referidos bocais primários e a seção de mistura do ejetor para valores superiores a 5:1 (cinco partes de ar de arrasto por cada parte do fluido de trabalho primário). Um efeito de bombeamento vem a seguir, elevando a temperatura e a pressão da mistura de fluido primário mais quente e ar ambiente arrastado para e , respectivamente, mais alto do que a pamb. Este é o ponto D no diagrama da FIG. 30B. Uma difusão e ejeção quase isentrópica da mistura é a evolução DE, com a temperatura e pressão final de Texit e Pexit, respectivamente, onde Pexit é igual à pressão ambiente na velocidade da aeronave. A localização do ponto D está entre o ponto 2 e o ponto 5, mais próximo do ponto 2 para maiores proporções de arrasto. A vantagem de tais sistemas é então óbvia, observando que uma grande quantidade de ar pode ser arrastada e energizada para produzir empuxo a uma temperatura e velocidade de mistura menores. Isso, por sua vez, permite que o escape de tal ciclo termodinâmico seja utilizado não só para geração de impulso, mas também para direcioná-lo vantajosamente sobre vários aerofólios para geração de sustentação adicional ou para vetorizar para capacidades VTOL e STOL da aeronave, na saída do ciclo. Além disso, a colocação da entrada de arrasto dos ditos ejetores em algumas concretizações pode ser tal que a ingestão da camada limite resultante de um aerofólio tal como uma asa resulte em benefícios adicionais para a margem de estol do aerofólio de ajuda da asa. Numa concretização, um primeiro conjunto de aerofólios de asa é posicionado de tal forma que opera em ângulo de incidência muito alto, com margem de estol muito baixa. Ao colocar o dito ejetor logo atrás do referido ponto de ápice do aerofólio, na área propensa a desenvolver a separação da camada limite, o lado de sucção (ou seja, o lado de arrasto ou o lado de entrada do ejetor) determina que a margem de estol é significativamente melhorada, permitindo geração de sustentação muito elevada no referido aerofólio/asa a ser obtido sem estol.[00149] The thermodynamic cycle of a typical jet engine is shown in FIG. 30A. The evolution of the working fluid is described from the end of the inlet (point 2) to 3 in a process of compression, fuel addition and combustion at constant pressure through an isobaric process of 3-4, expansion over a turbine of 4- 5. The latter provides the work required by the compressor and additional energy available to drive a fan (through a turbine connected to the fan) of a turbofan or direct expansion through a nozzle to the atmosphere in the case of a turbojet. This embodiment of the present invention eliminates the free turbine required to drive the fan, connects the trimmed fan to the main shaft of the engine, and utilizes the energy of the combustion gases at point 45 to entrain and increase thrust by means of a specially designed ejector built into the aircraft, at all points during the aircraft's mission (takeoff, transition, level flight, bank and landing). The thermodynamic evolution of the invented cycle takes gases 45 through a nearly isentropic expansion at a lower pressure with high efficiency, much greater than expansion through a turbine. Process 45-A' describes the evolution and can be recognized as nearly isentropic, as nozzle expansions of this type are known to have very high efficiency. The evolution of the working fluid 45-A' occurs through a multiplicity of primary grooves located within the ejectors described above. Expansion continues by constant pressure or constant area mixing with approaching ambient air under p2static conditions. The evolution follows A'-D' for the working fluid, while ambient air is brought at constant pressure from the inlet condition point C to D'. In this constant pressure mixing process, the final temperature of the mixture depends on the ambient air drag ratio in the ejector. As described below, a specially designed ejector is used in this invention that maximizes the drag ratio through various elements of said primary nozzles and the ejector mixing section to values greater than 5:1 (five parts of drag air per each part of the primary working fluid). A pumping effect follows, raising the temperature and pressure of the mixture of hotter primary fluid and ambient air drawn into the air. It is , respectively, higher than pamb. This is point D on the diagram in FIG. 30B. A nearly isentropic diffusion and ejection of the mixture is the DE evolution, with the final temperature and pressure of Texit and Pexit, respectively, where Pexit is equal to the ambient pressure at the aircraft speed. The location of point D is between point 2 and point 5, closer to point 2 for higher drag ratios. The advantage of such systems is then obvious, noting that a large quantity of air can be entrained and energized to produce thrust at a lower temperature and mixing speed. This, in turn, allows the exhaust from such a thermodynamic cycle to be utilized not only for thrust generation, but also to direct it advantageously over various airfoils for additional lift generation or to vector for VTOL and STOL capabilities of the aircraft, in cycle exit. Furthermore, the placement of the drag inlet of said ejectors in some embodiments may be such that ingestion of the resulting boundary layer from an airfoil such as a wing results in additional benefits to the stall margin of the wing's assisting airfoil. In one embodiment, a first set of wing airfoils is positioned such that it operates at a very high angle of incidence, with a very low stall margin. By placing said ejector just behind said apex point of the airfoil, in the area prone to developing boundary layer separation, the suction side (i.e., the drag side or the inlet side of the ejector) determines that the margin of stall is significantly improved, allowing very high lift generation on said airfoil/wing to be obtained without stall.

[00150] Além disso, em alguns casos em que é desejável uma curta distância de decolagem, os gases de escape de um turbofan podem ser direcionados ao lado de sucção de um perfil aerodinâmico (como um flape). Embora vários conceitos tenham usado esta técnica, houve resultados limitados. Nesta concretização da presente invenção, existe sustentação mais elevada proporcional ao quadrado da velocidade local mais alta, pelo menos para a porção da asa exposta aos jatos emergentes do elemento de empuxo, porque ele utiliza os benefícios de direcionar o fluido de energia cinética mais elevado (ar de mistura de gases de escape) diretamente para o lado de pressão da asa ou flape, em vez de do lado de sucção, ou diretamente para a borda de ataque muito na maneira de um aerofólio de máquinas turbo (tal como uma turbina).[00150] Additionally, in some cases where a short takeoff distance is desirable, exhaust gases from a turbofan can be directed to the suction side of an aerodynamic profile (such as a flap). Although several concepts have used this technique, there have been limited results. In this embodiment of the present invention, there is higher lift proportional to the square of the highest local velocity, at least for the portion of the wing exposed to the jets emerging from the thrust element, because it utilizes the benefits of directing the higher kinetic energy fluid ( exhaust gas mixture air) directly to the pressure side of the wing or flap, rather than the suction side, or directly to the leading edge much in the manner of an airfoil of turbocharged machines (such as a turbine).

[00151] Além disso, o escape do ejetor estando a temperatura significativamente mais baixa e, no entanto, uma velocidade de saída média maior do que a velocidade do ar, pode ser direcionado para um aerofólio delgado secundário, a jusante. Os ejetores orientam seus efluentes de jatos para os aerofólios que são delgados e podem ser fabricados com materiais compósitos reforçados. A velocidade mais alta do efluente de jato determina força de sustentação elevada no referido aerofólio em comparação com a sustentação gerada pelo referido aerofólio que só receberia o fluxo de velocidade da aeronave. Por outro lado, o tamanho e a forma, dos aerofólios podem ser significativamente reduzidos para produzir força de sustentação similar à de uma asa muito grande. Voltando agora à entrada dos ejetores e observando sua colocação logo acima do aerofólio 803, a ingestão da camada limite se desenvolveu após o ápice do referido aerofólio 803 no ejetor e esta camada limite sendo sugada pelo dito ejetor determina uma melhor margem de estol do aerofólio 803 e permite que ele opere eficientemente num ângulo de incidência maior.[00151] Furthermore, the ejector exhaust being at a significantly lower temperature and yet an average exit velocity greater than the air speed, can be directed to a secondary thin airfoil, downstream. The ejectors guide their jet effluents towards airfoils that are slender and can be manufactured from reinforced composite materials. The higher speed of the jet effluent determines high lift force on said airfoil compared to the lift generated by said airfoil that would only receive the aircraft's speed flow. On the other hand, the size and shape of airfoils can be significantly reduced to produce lift similar to that of a very large wing. Returning now to the inlet of the ejectors and observing their placement just above the airfoil 803, the ingestion of the boundary layer has developed after the apex of said airfoil 803 in the ejector and this boundary layer being sucked by said ejector determines a better stall margin of the airfoil 803 and allows it to operate efficiently at a greater angle of incidence.

[00152] Numa outra concretização ilustrada na FIG. 31, os ditos ejetores frios 801 estão colocados atrás do aerofólio 803 e na frente dos aerofólios 802, o que impacta ambos, aumentando a margem de estol no 803 devido à sucção da camada de limite do referido aerofólio 803 e a força de sustentação devida à maior velocidade do efluente de jato na saída 801 dirigida eficientemente em direção ao aerofólio 802. Isso permite posição de voo nivelado mais agressiva dos dois aerofólios, 803 e 802, aerofólios mais curtos para a mesma sustentação e rotação do ejetor para a decolagem vertical, flutuação e manobra da aeronave. Também permite o uso mais benéfico do efluente de jato do dispositivo termodinâmico que pode ser usado para geração de sustentação e não desperdiçado para o ambiente, como é o caso dos motores a jato atuais.[00152] In another embodiment illustrated in FIG. 31, said cold ejectors 801 are placed behind the airfoil 803 and in front of the airfoils 802, which impacts both, increasing the stall margin on 803 due to the suction of the boundary layer of said airfoil 803 and the lift force due to the greater velocity of the jet effluent at exit 801 directed efficiently towards airfoil 802. This allows for more aggressive level flight position of the two airfoils, 803 and 802, shorter airfoils for the same lift and ejector rotation for vertical takeoff, hover and maneuvering of the aircraft. It also allows for more beneficial use of jet effluent from the thermodynamic device that can be used for lift generation and not wasted into the environment, as is the case with current jet engines.

[00153] Embora esta não seja uma lista exaustiva, diferentes concretizações da presente invenção são concebidas para fornecer algumas ou todas as seguintes melhorias e vantagens:[00153] Although this is not an exhaustive list, different embodiments of the present invention are designed to provide some or all of the following improvements and advantages:

[00154] Melhorar a capacidade de maximizar o aumento de empuxo e a vetorização do efluente de jato de um ejetor plano tipo Coanda em todas as condições de voo;[00154] Improve the ability to maximize thrust increase and jet effluent vectorization of a Coanda-type flat ejector in all flight conditions;

[00155] Melhorar a eficiência e encurtar o dispositivo para melhor integração com a asa ou a fuselagem da aeronave por meio da introdução de características 3D específicas no bocal primário e na superfície de Coanda;[00155] Improve efficiency and shorten the device for better integration with the aircraft wing or fuselage by introducing specific 3D features into the primary nozzle and Coanda surface;

[00156] Incorporar tal dispositivo a uma asa para explorar as geometrias específicas da asa, a fim de aumentar a eficiência da aeronave;[00156] Incorporating such a device into a wing to exploit specific wing geometries in order to increase the efficiency of the aircraft;

[00157] Melhorar a eficiência do bocal primário para arrastar e misturar o fluido secundário no menor período e menor comprimento do dispositivo por meio de recursos adicionais;[00157] Improve the efficiency of the primary nozzle to draw and mix the secondary fluid in the shortest period and shortest length of the device through additional features;

[00158] Aumentar a geometria geral de forma não circular para permitir a sua operação eficiente em voo nivelado da aeronave, além de decolar, flutuar e pousar, ao mesmo tempo que melhora a eficiência propulsora da aeronave e elimina a presença de nacelas e motores propulsores principais nas asas e na fuselagem da aeronave;[00158] Increase the general geometry in a non-circular manner to allow efficient operation in level flight of the aircraft, in addition to taking off, hovering and landing, while improving the propulsive efficiency of the aircraft and eliminating the presence of nacelles and propulsion engines main ones on the wings and fuselage of the aircraft;

[00159] Gerar empuxo e sustentação adicionais devido à maior velocidade local do jato sobre a asa usando a energia cinética residual do efluente de jato que geralmente gera apenas empuxo por meio de conexão mecânica;[00159] Generate additional thrust and lift due to the greater local speed of the jet over the wing using the residual kinetic energy of the jet effluent that generally only generates thrust through mechanical connection;

[00160] Encurtar as asas enquanto preserva a mesma sustentação por meio da extensão das paredes do difusor do propulsor como dispositivo de geração de sustentação e propulsão;[00160] Shorten the wings while preserving the same lift by extending the walls of the propellant diffuser as a lift and propulsion generation device;

[00161] Melhorar o ejetor para trabalhar melhor em condições aquém das condições ideais de um ejetor de geometria fixa (por exemplo, otimizar operações e ciclos termodinâmicos propulsores pelo uso de 2 metades de um ejetor, que podem ser movidos um em relação ao outro e adicionar uma característica semelhante a um flape capaz expandir e colapsar completamente as paredes do difusor do ejetor);[00161] Improve the ejector to work better in conditions less than the ideal conditions of a fixed geometry ejector (for example, optimizing operations and thermodynamic propulsion cycles by using 2 halves of an ejector, which can be moved relative to each other and add a flap-like feature capable of completely expanding and collapsing the ejector diffuser walls);

[00162] Aumentar a sustentação como proporção da envergadura devido à temperatura relativamente baixa das misturas do efluente de jato que emerge do propulsor e da componente de velocidade axial com valores mais elevados do que a velocidade da aeronave;[00162] Increase lift as a proportion of wingspan due to the relatively low temperature of the jet effluent mixtures emerging from the propellant and the axial velocity component with values higher than the aircraft speed;

[00163] Incluir compósitos como um tipo de material usado em aerofólio delgado devido à sua capacidade de suportar temperaturas mais elevadas da mistura do efluente de jato emergente;[00163] Include composites as a type of material used in thin airfoils due to their ability to withstand higher temperatures of the emerging jet effluent mixture;

[00164] Reduzir as dimensões e o peso total da aeronave porque o aerofólio pode ser mais delgado na largura e mais curto em envergadura com alta resistência mecânica ao estresse;[00164] Reduce the dimensions and total weight of the aircraft because the airfoil can be thinner in width and shorter in wingspan with high mechanical resistance to stress;

[00165] Melhorar significativamente a manobrabilidade e a versatilidade de uma aeronave, inclusive permitindo V/STOL e flutuação, por meio da rotação e modulação do fluxo de ambos o propulsor e o aerofólio; e/ou[00165] Significantly improve the maneuverability and versatility of an aircraft, including allowing V/STOL and buoyancy, through rotation and modulation of the flow of both the propellant and the airfoil; and/or

[00166] Melhorar as capacidades de controle de atitude da aeronave, flutuação e VTOL, ao permitir um sistema compacto com pequenas oscilações e um sistema de propulsão distribuída, particularmente em UAVs, UASs e drones.[00166] Improve aircraft attitude control, buoyancy and VTOL capabilities by enabling a compact system with small oscillations and a distributed propulsion system, particularly in UAVs, UASs and drones.

[00167] Além disso, em adição às muitas características mencionadas acima, diferentes concretizações da presente invenção também podem incluir algumas ou todas as seguintes melhorias e vantagens:[00167] Furthermore, in addition to the many features mentioned above, different embodiments of the present invention may also include some or all of the following improvements and advantages:

[00168] O ciclo termodinâmico ser mais simples, com um elemento de tipo ejetor/edutor que substitui toda a funcionalidade do subsistema de turbina de baixa pressão e ventoinha, reduzindo assim o peso do sistema em pelo menos 30%. Isto é particularmente vantajoso para sistemas menores do tipo UAV onde os turbofans não são eficientes devido às razões explicadas acima;[00168] The thermodynamic cycle will be simpler, with an ejector/eductor type element that replaces the entire functionality of the low pressure turbine and fan subsystem, thus reducing the weight of the system by at least 30%. This is particularly advantageous for smaller UAV-type systems where turbofans are not efficient due to the reasons explained above;

[00169] O potencial para girar ou vetorizar os propulsores do tipo edutor de forma independente e permitir a decolagem e pouso vertical, sem mover grandes peças rotativas;[00169] The potential to rotate or vector the eductor-type thrusters independently and allow vertical takeoff and landing without moving large rotating parts;

[00170] O potencial para modular o fluxo para esses propulsores durante a decolagem e voo nivelado, bem como no pouso e em emergências ao aplicar diferentes níveis de empuxo em vários locais da aeronave, e isolar completamente qualquer quantidade desses propulsores;[00170] The potential to modulate the flow to these thrusters during takeoff and level flight, as well as upon landing and in emergencies by applying different levels of thrust at various locations on the aircraft, and completely isolating any number of such thrusters;

[00171] O potencial para eliminar grandes componentes de peças rotativas por partes não móveis da mesma funcionalidade, ou seja, a ventoinha substituída por propulsor fluídico/edutor; uma melhoria direta da vida útil dos componentes é esperada de peças não móveis versus peças rotativas, especialmente para pequenos UAVs e aeronaves em que as dimensões da ventoinha exigem velocidades muito altas;[00171] The potential to eliminate large components of rotating parts with non-moving parts of the same functionality, i.e., the fan replaced by fluidic thruster/edductor; a direct improvement of component life is expected from non-moving parts versus rotating parts, especially for small UAVs and aircraft where fan dimensions require very high speeds;

[00172] O potencial de usar materiais leves e de alta temperatura, como materiais compósitos, materiais à base de fibra de carbono e CMCs para dutos e propulsores;[00172] The potential to use lightweight, high-temperature materials such as composite materials, carbon fiber-based materials, and CMCs for ducts and thrusters;

[00173] O potencial de modular as sangrias de modo que, em voo nivelado, apenas os propulsores quentes recebem gás quente ou uma mistura de gases de escape quentes e ar mais frio da sangria do compressor do gerador de gás;[00173] The potential to modulate the bleeds so that, in level flight, only the hot thrusters receive hot gas or a mixture of hot exhaust gases and cooler air from the gas generator compressor bleed;

[00174] O benefício de que o gerador de gás seja operado opcionalmente na mesma velocidade de rotação, sem grandes excursões em RPMs entre decolagem e cruzeiro, longe da linha de surto ou estol;[00174] The benefit that the gas generator is optionally operated at the same rotational speed, without large excursions in RPMs between takeoff and cruise, away from the surge or stall line;

[00175] O benefício de dar qualquer forma ao propulsor e ser capaz de integrá-lo consideravelmente com a fuselagem e as asas da aeronave;[00175] The benefit of giving any shape to the propellant and being able to integrate it considerably with the fuselage and wings of the aircraft;

[00176] O benefício de ter grande arrasto e mistura turbulenta dentro dos referidos propulsores, de modo que o efluente de jato do seu escape seja suficientemente baixo em temperatura para permitir que um aerofólio de controle de elevação ou atitude da aeronave sobreviva e funcione adequadamente incluindo a geração de mais sustentação usando a velocidade mais alta do jato; e/ou[00176] The benefit of having large drag and turbulent mixing within said propellants, so that the jet effluent from their exhaust is sufficiently low in temperature to allow an aircraft lift or attitude control airfoil to survive and function properly including generating more lift using the jet's higher speed; and/or

[00177] O benefício de incorporar o propulsor na asa atrás do ápice do abaulamento da asa onde a camada limite se separaria em ângulos elevados de incidência, e ingerir sua referida camada limite para retardar sua separação e aumentar a margem de estol da referida asa no voo nivelado.[00177] The benefit of incorporating the propellant into the wing behind the apex of the wing bulge where the boundary layer would separate at high angles of incidence, and ingesting said boundary layer to delay its separation and increase the stall margin of said wing in the level flight.

[00178] Deve-se notar que qualquer dos ejetores 701, 801, 901 pode ser configurado usando qualquer geometria de ejetor descrita no presente pedido de patente.[00178] It should be noted that any of the ejectors 701, 801, 901 can be configured using any ejector geometry described in the present patent application.

[00179] Embora o texto anterior estabeleça uma descrição detalhada de inúmeras concretizações diferentes, deve-se entender que o escopo de proteção é definido pelas palavras das reivindicações a seguir. A descrição detalhada deve ser interpretada apenas como exemplar e não descreve todas as concretizações possíveis pois descrever todas as concretizações possíveis seria impraticável, se não impossível. Numerosas concretizações alternativas poderiam ser implementadas, usando tecnologia atual ou tecnologia desenvolvida após a data de depósito desta patente, que ainda pertenceriam ao escopo das reivindicações.[00179] Although the preceding text sets out a detailed description of numerous different embodiments, it should be understood that the scope of protection is defined by the words of the following claims. The detailed description should be interpreted as exemplary only and does not describe all possible embodiments as describing all possible embodiments would be impractical, if not impossible. Numerous alternative embodiments could be implemented, using current technology or technology developed after the filing date of this patent, which would still fall within the scope of the claims.

[00180] Assim, muitas modificações e variações podem ser feitas nas técnicas e estruturas descritas e ilustradas aqui sem se afastar do espírito e do alcance das presentes reivindicações. Consequentemente, deve-se entender que os métodos e aparelhos aqui descritos são apenas ilustrativos e não limitam o alcance das reivindicações.[00180] Thus, many modifications and variations can be made to the techniques and structures described and illustrated here without departing from the spirit and scope of the present claims. Accordingly, it should be understood that the methods and apparatus described herein are illustrative only and do not limit the scope of the claims.

Claims (10)

1. Veículo (804), compreendendo: um corpo principal tendo uma porção dianteira, uma porção traseira, um lado de estibordo e um lado de bombordo; um gerador de gás (800) acoplado ao corpo principal e produzindo um fluxo de gás; pelo menos um condutor dianteiro acoplado de forma fluida ao gerador (800); pelo menos um condutor traseiro acoplado de forma fluida ao gerador (800); primeiro e segundo ejetores dianteiros (801) fluidamente acoplados ao pelo menos um condutor dianteiro, acoplados à porção dianteira e respectivamente acoplados aos lados estibordo e bombordo, os ejetores dianteiros (801) respectivamente compreendendo uma estrutura de saída através da qual o gás do pelo menos um condutor dianteiro flui a uma velocidade ajustável predeterminada; pelo menos um ejetor traseiro (901) fluidamente acoplado ao pelo menos um condutor traseiro e acoplado à porção traseira e respectivamente acoplados aos lados estibordo e bombordo, compreendendo uma estrutura de saída através da qual o gás do pelo menos um condutor traseiro flui a uma velocidade ajustável predeterminada; elementos dos primeiro e segundo aerofólios primários (802), ambos com bordas guia, e respectivamente acoplados aos lados estibordo e bombordo, e, ainda com suas bordas guia respectivamente localizadas diretamente a jusante dos primeiro e segundo ejetores (801), de tal modo que o gás dos ejetores dianteiros (801) flui sobre as bordas guia dos elementos dos aerofólios primários (802); pelo menos um elemento do aerofólio secundário (904) tendo uma borda guia e acoplado ao corpo principal, com a borda guia localizada diretamente a jusante da estrutura de saída do pelo menos um ejetor traseiro (901), de modo que o fluxo de gás do ejetor traseiro (901) flui sobre a borda guia do pelo menos um aerofólio secundário (904); e primeira e segunda asas de configuração canard (803) acopladas à porção dianteira e, respectivamente, acopladas aos lados estibordo e bombordo, sendo as asas de configuração canard (803) especificamente para desenvolver camadas de limite de ar ambiente que circulam sobre elas quando o veículo está em movimento e respectivamente localizadas diretamente a montante dos primeiro e segundo ejetores dianteiros (801), de modo que estes estejam acoplados de forma fluida às camadas de limite, caracterizado por os primeiro e segundo ejectores dianteiros (801) compreenderem respectivamente primeira e segunda porções de entrada, e os primeiro e segundo ejetores dianteiros (801) estarem posicionados de tal modo que as camadas de limite são ingeridas pelas porções de entrada.1. Vehicle (804), comprising: a main body having a front portion, a rear portion, a starboard side and a port side; a gas generator (800) coupled to the main body and producing a gas flow; at least one front conductor fluidly coupled to the generator (800); at least one rear conductor fluidly coupled to the generator (800); first and second front ejectors (801) fluidly coupled to the at least one front conductor, coupled to the front portion and respectively coupled to the starboard and port sides, the front ejectors (801) respectively comprising an outlet structure through which gas from the at least a front driver flows at a predetermined adjustable speed; at least one rear ejector (901) fluidly coupled to the at least one rear conductor and coupled to the rear portion and respectively coupled to the starboard and port sides, comprising an outlet structure through which gas from the at least one rear conductor flows at a speed adjustable preset; elements of the first and second primary airfoils (802), both with guiding edges, and respectively coupled to the starboard and port sides, and further with their guiding edges respectively located directly downstream of the first and second ejectors (801), such that gas from the front ejectors (801) flows over the guiding edges of the primary airfoil elements (802); at least one secondary airfoil member (904) having a guiding edge and coupled to the main body, with the guiding edge located directly downstream of the exit structure of the at least one rear ejector (901), such that the flow of gas from the rear ejector (901) flows over the leading edge of the at least one secondary airfoil (904); and first and second canard configuration wings (803) coupled to the forward portion and, respectively, coupled to the starboard and port sides, the canard configuration wings (803) being specifically to develop boundary layers of ambient air that circulate over them when the vehicle is in motion and respectively located directly upstream of the first and second front ejectors (801), so that they are fluidly coupled to the boundary layers, characterized in that the first and second front ejectors (801) respectively comprise first and second inlet portions, and the first and second front ejectors (801) are positioned such that the boundary layers are ingested by the inlet portions. 2. Veículo (804) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: o fluxo de gás produzido pelo gerador (800) ser o único meio de propulsão do veículo (804) .2. Vehicle (804) according to claim 1, characterized in that: the gas flow produced by the generator (800) is the only means of propulsion of the vehicle (804). 3. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: o gerador de (800)compreender uma primeira região na qual o fluxo de gás é a baixa temperatura e uma segunda região na qual o fluxo de gás está a uma temperatura elevada; o pelo menos um condutor posterior fornecer gás da primeira região para os primeiro e segundo ejetores dianteiros (801); e o pelo menos um condutor posterior fornecer gás da segunda região para o pelo menos um ejetor posterior (901) .3. Vehicle according to claim 1, characterized in that: the generator (800) comprises a first region in which the gas flow is at a low temperature and a second region in which the gas flow is at an elevated temperature; the at least one rear conductor supplying gas from the first region to the first and second front ejectors (801); and the at least one rear conductor supplies gas from the second region to the at least one rear ejector (901). 4. Veículo (804) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: o gerador de gás (800) estar localizado no corpo principal.4. Vehicle (804) according to claim 1, characterized in that: the gas generator (800) is located in the main body. 5. Veículo (804) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: o primeiro e o segundo ejetores dianteiros (801) terem cada um uma borda guia e a totalidade de cada um dos primeiro e segundo ejetores dianteiros (801) ser rotativa em torno de um eixo orientado paralelamente à borda guia.5. Vehicle (804) according to claim 1, characterized in that: the first and second front ejectors (801) each have a guiding edge and the entirety of each of the first and second front ejectors (801) is rotatable in around an axis oriented parallel to the guide edge. 6. Veículo (804) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: o primeiro e o segundo ejetores dianteiros (801) terem cada um uma borda guia e a totalidade de cada um dos primeiro e segundo ejetores dianteiros (801) ser rotativa em torno de um eixo orientado perpendicularmente à borda guia.6. Vehicle (804) according to claim 1, characterized in that: the first and second front ejectors (801) each have a guiding edge and the entirety of each of the first and second front ejectors (801) is rotatable in around an axis oriented perpendicular to the guiding edge. 7. Veículo (804) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: o pelo menos um ejetor traseiro (901) ter uma borda guia e ser rotativo em torno de um eixo orientado paralelamente à borda guia.7. Vehicle (804) according to claim 1, characterized in that: the at least one rear ejector (901) has a guiding edge and is rotatable about an axis oriented parallel to the guiding edge. 8. Veículo (804) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: o pelo menos um ejetor traseiro (901) ter uma borda guia e ser rotativo em torno de um eixo orientado perpendicularmente à borda guia.8. Vehicle (804) according to claim 1, characterized in that: the at least one rear ejector (901) has a guiding edge and is rotatable about an axis oriented perpendicular to the guiding edge. 9. Veículo (804) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: pelo menos uma das estruturas de saída ser não- circular.9. Vehicle (804) according to claim 1, characterized in that: at least one of the exit structures is non-circular. 10. Veículo (804) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: adicionalmente compreender uma porção de cockpit (805) configurada para permitir a operação tripulada do veículo (804) .10. Vehicle (804) according to claim 1, characterized by: additionally comprising a cockpit portion (805) configured to allow manned operation of the vehicle (804).
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