BR112020008299A2 - sistema de pouso de aeronaves em convés - Google Patents

Abstract

Um sistema de pouso de aeronaves em convés, em particular aeronaves de pás rotativas, apto para implementar um gancho entre a aeronave e o convés de um navio ou de uma plataforma flutuante, o convés sendo equipado com uma placa de grade alvo, não requerendo o uso de sistemas hidráulicos e compreendendo: um atuador telescópico (1) com um arpão (3) tendo, na sua própria extremidade distal, garras de engate (7); e uma unidade de controle (9) que aciona o referido atuador telescópico (1), em que o atuador telescópico (1) compreende um atuador eletromecânico linear (8) possuindo: uma bateria principal (13) alimentada através de uma unidade (12) para conversão e condicionamento de energia e conectada ao referido atuador telescópico (1); e um dispositivo (10) para recuperar e liberar a energia cinética gerada pelas ondas com a aeronave travada no referido convés, sendo do tipo que atua com supercapacitores, que alimentam a referida bateria principal (13).

Description

"SISTEMA DE POUSO DE AERONAVES EM CONVÉS" DESCRIÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um sistema de pouso em convés modular acionado eletromecanicamente, integrado a um sistema para recuperar e reutilizar a energia cinética, capaz de prender uma aeronave ao convés de um navio, mesmo absorvendo adequadamente a energia desenvolvida pelo possível movimento das ondas do mar.

[0002] Esse sistema geralmente é aplicado aos helicópteros com tripulação, mas também pode ser usado por aeronaves sem tripulação (UAV) (“Unmanned Aerial Vehicle” ou por outros tipos de veículos, como por exemplo, aeronaves capazes de operar de acordo com a VTOL (Vertical Take Off and Landing) ou VSTOL (Vertical or Short Take Off and Landing).

[0003] Os sistemas conhecidos permitem que os helicópteros que atuam em navios militares, onde o convés esteja equipado com placas de grade específicas, cumpram normas, tais como, por exemplo, STANAG 1276 (Shipborne Helicopter and UAV Harpoon-Grid Rapid Securing System), para travar com segurança o veículo no convés, mesmo em condições de mar intenso, sem a assistência do pessoal do navio. Em poucas palavras, consiste em um arpão, estendendo-se da aeronave na direção de uma placa de grade metálica no convés do navio. O arpão consiste em uma haste com uma extremidade distal que compreende um mecanismo com garra articulada, capaz de fixar e conectar os elementos da placa de grade no convés. O arpão e a placa de grade implementam, assim, uma conexão mecânica que é explorada aplicando uma tensão de tração à haste do arpão, fixando a aeronave ao convés.

[0004] Un sistema do tipo hidráulico é descrito com referência à figura 1 anexa, como relação ao estado da técnica.

[0005] De modo geral, a operação do sistema a bordo da aeronave se baseia em uma tecnologia hidromecânica e utiliza um atuador 1 hidráulico telescópico de extensão e retração que aciona à haste 2 do arpão 3, um acumulador de alta pressão 4, um dispositivo de destravamento manual 5 e uma unidade de controle hidráulico 6.

[0006] Esse sistema é então acionado, primeiramente, através da energia hidráulica fornecida pelo sistema hidráulico a bordo do helicóptero e é controlado diretamente pelo piloto na cabine durante o procedimento de pouso em convés. Um subsistema de atuação/extensão secundário permite, ainda com um comando direto do piloto, tentar pelo menos duas extensões de emergência, em caso de falha do sistema hidráulico primário de bordo.

[0007] O atuador de extensão e retração 1 do sistema de pouso em convés com as garras 7 presas à placa de grade do navio representa o principal componente operacional e a parte mais complexa em termos de interface com a mesma aeronave, ambos para aspectos de instalação mecânica no mesmo, que deve garantir as distâncias funcionais corretas entre a fuselagem, o convés do navio e o próprio sistema, para salvaguardar os desempenhos funcionais exigidos, que devem prender um gancho durável ao convés em todas as condições previstas no relatório descritivo e em mar agitado, em particular.

[0008] O mesmo é alimentado por um acumulador de alta pressão 4 que permite atingir os desempenhos operacionais exigidos pelo uso acoplado do navio/helicóptero na realização das missões marítimas, executando as seguintes funções: * fornecer uma carga tática estática ao arpão 3 para manter o helicóptero travado com segurança no convés do navio quando o sistema hidráulico do veículo não estiver em operação, por uma duração prolongada, geralmente de pelo menos três horas, absorvendo as cargas de retenção do helicóptero travado no convés, amortecendo as mesmas adequadamente; * amortecer adequadamente os aumentos de pressão hidráulica gerados pelo movimento relacionado entre navio e helicóptero, através da variação de volume dentro dele, na etapa de Movimento de navio, geralmente obtida com a interação de dois acumuladores integrados em um para otimizar peso, espaço e custos; e permitir um procedimento de engate de emergência do sistema de pouso em convés, em caso de falha do sistema hidráulico da aeronave; e * permitir, pelo menos dois procedimentos de engate, caso o primeiro falhe, em condições de emergência.

[0009] O sistema de pouso em convés compreende ainda uma unidade de controle hidráulico 6, que é o coração do sistena de pouso em convés, que supervisiona OS procedimentos de engate, destravamento, controle e levantamento do sistema com as seguintes funções principais: * enviar para o atuador l do arpão 3 os comandos hidráulicos recebidos eletricamente pelos pilotos na cabine; * controlar a operação correta do sistema de pouso em convés, destacando possíveis avarias na cabine; * fornecer e controlar uma pressão hidráulica nas tubulações de extensão, retração e destravamento do arpão 3 e das garras 7; e * manter o valor da pressão da tubulação de suprimento abaixo do aceitável para a operação correta do sistema.

[0010] Por fim, o sistema de pouso em convés compreende um dispositivo de destravamento manual 5 que permite destravar as garras do arpão de maneira natural, tanto em caso de falha do sistema hidráulico de bordo quanto em procedimentos de manutenção.

[0011] Esse dispositivo de destravamento manual é substancialmente uma bomba manual, que fornece a pressão necessária ao grupo de garras 7 do arpão 3 para destravar oO êmbolo que os mantém na posição travada.

[0012] Un exemplo de garra e arpão de bloqueio para aeronaves é descrito no Pedido de Patente Espanhol N. ES

2.425.019 Al.

[0013] O crescente do mercado internacional dos sistemas de pouso em convés, no entanto, é constituído por novas aeronaves de pá rotativa, com ou sem tripulação, que usam cada vez mais a energia elétrica em vez da energia hidráulica, tornando inadequada essa geração de sistemas de pouso.

[0014] O problema técnico subjacente a presente invenção é fornecer um sistema de pouso em convés que permita evitar a desvantagem mencionada com referência à técnica conhecida.

[0015] Esse problema é resolvido por um sistema conforme especificado acima, em que o atuador hidráulico telescópico compreende um atuador eletromecânico linear acionado e controlado por uma unidade de controle eletrônico, substituindo a unidade de controle hidráulico, que gerencia até um dispositivo para recuperar e liberar a energia cinética desenvolvida pelas ondas do mar com helicóptero travado no convés do navio, substituindo o acumulador de alta pressão.

[0016] Este sistema permite destravar as garras do atuador eletromecânico manualmente, tanto no caso de falha do sistema elétrico primário a bordo, quanto no caso de procedimentos de manutenção do helicóptero e/ou do sistema Deck Lock (travamento no convés).

[0017] O sistema é ainda equipado com um motor elétrico fornecido por uma bateria auxiliar da aeronave, dedicada ao objetivo, e fornece a energia necessária ao grupo de garras do atuador para desbloquear o mecanismo que os mantém na posição fechada.

[0018] Esse sistema combina a tecnologia de atuação eletromecânica, agora amplamente utilizada em veículos de asa fixa ou rotativa, com as tecnologias dos supercapacitores e dos sistemas de recuperação e liberação da energia cinética (KERS). Essa integração torna o sistema de pouso em convés capaz de acumular e recuperar uma quantidade excepcionalmente grande de carga elétrica, para devolvê-la instantaneamente quando necessário, permitindo executar as funções do sistema de pouso em convés.

[0019] O sistema é ainda adequado para ser usado em helicópteros, mesmo de classe diferente, em uma faixa determinada de peso máximo no momento da decolagem (MTOW - Peso Máximo em Decolagem) compreendido entre 5.000 e 15.000 kg, com o objetivo de ter um produto único, que pode ser adaptado, com poucas modificações de interface mecânica e energia elétrica, ao helicóptero no qual ele terá que ser instalado.

[0020] Deve-se notar ainda que a atuação elétrica possui uma maior confiabilidade e menos custos de gerenciamento e manutenção.

[0021] A presente invenção será descrita a seguir de acordo com um exemplo de modalidade preferido da mesma, fornecido a título de exemplo e não para fins limitativos com referência aos desenhos anexos, nos quais: * a figura 1 mostra um esquema que ilustra um sistema de pouso em convés de acordo com a técnica anterior; * a figura 2 mostra um esquema que ilustra um sistema de pouso em convés de acordo com a presente invenção; * a figura 3 mostra uma seção de um dispositivo de acionamento linear eletromecânico usado no sistema de pouso em convés de acordo com a presente invenção; * a figura 4 mostra um esquema funcional do sistema de pouso em convés de acordo com a presente invenção; e * a figura 5 mostra um esquema adicional de um sistema acessório conectado ao sistema de pouso em convés de acordo com a presente invenção.

[0022] Com referência às figuras, o sistema de pouso de convés descrito no presente documento, destinado a ser montado em uma aeronave de pás rotativas, compreende um atuador telescópico de extensão e retração 1 que aciona uma haste 2 de um arpão 3 tendo, na extremidade proximal do mesmo, garras de engate 7.

[0023] O atuador telescópico 1 compreende um atuador linear electromecânico 8, que aciona a referida haste 2 e que é acionado e controlado por uma unidade de controle eletrônico 9.

[0024] O atuador electromecânico 8 é do tipo linear e que pode ser adaptado a partir do ponto de vista elétrico com ajuste de potência do motor e até a partir do ponto de vista da interface mecânica externa, em direção ao helicóptero, modificando alguns parâmetros geométricos, de modo a ter um equipamento altamente versátil.

[0025] A Figura 3 representa uma seção de um atuador linear típico adequado para a finalidade, equipado. O motor elétrico com o qual está equipado é do tipo trifásico sem escova.

[0026] Este atuador normalmente é acionado pela unidade de controle eletrônico 9, que estende e verifica oO travamento das garras 7, além do destravamento das mesmas e do gerenciamento de um dispositivo para recuperar e liberar a energia cinética 10 (KERS), de preferência do tipo atuando com supercapacitores.

[0027] A unidade de controle eletrônico 9 tem então o objetivo de acionar o referido motor sem escova por meio de um acionador instalado no seu interior, o qual pode ser facilmente modificado para adaptá-lo às diferentes necessidades dos helicópteros sobre os quais deveria ser instalado, podendo atuar nos parâmetros elétricos do anel de controle do motor propriamente.

[0028] A unidade de controle eletrônico 9 está em interface com o dispositivo para recuperar e liberar a energia cinética 10, de acordo com o esquema de princípio mostrado nas figuras 2 e 4.

[0029] O dispositivo para recuperar e liberar a energia cinética 10, fornecida com supercondensadores, acumula e converte energia com altas potências específicas, fornecendo-o ao atuador eletromecânico 8 para estender e retrair o sistema de pouso do convés com as garras de engate 7 conectadas às placas de grade do navio, garantindo que o helicóptero seja mantido no convés sob todas as condições fornecidos de acordo com as especificações e, em particular, de mar agitado.

[0030] A capacidade dos supercondensadores de serem carregados ou descarregados quase instantaneamente em relação aos acumuladores químicos garante uma potência específica muito alta necessária para ajustar o curso do atuador às condições de "movimento do navio" do navio e às respectivas consequências no helicóptero quando travado no convés do navio.

[0031] O dispositivo KERS (Kinetic Energy Recovery System) é usado no presente documento para recuperar e devolver a energia inercial decorrente do movimento longitudinal originado do barco gerado pelo movimento das ondas (arremesso) sob a forma de energia elétrica.

[0032] Entende-se, no entanto, que o atuador linear 8 também está conectado ao sistema de fornecimento da aeronave, que pode acioná-lo em condições normais.

[0033] Além disso, pode ser fornecida uma bateria 11 que pode prover energia para um dispositivo de destravamento manual 15, também do tipo elétrico.

[0034] De acordo com o esquema da figura 4, o dispositivo para recuperar e liberar a energia cinética 10 alimenta uma bateria principal 13, através de uma unidade 12 para converter e condicionar a energia e a bateria 13, por sua vez, é conectada ao atuador do sistema de pouso em convés.

[0035] A unidade de controle 9 está finalmente equipada com sensores 14 que incluem, por exemplo, acelerômetros.

[0036] Com referência à figura 5, um sistema acessório do sistema de pouso em convés é descrito a seguir, permitindo uma manobra de engate de um helicóptero no convés de um navio ou de uma plataforma flutuante, equipada com placas de grade adequadas, em conformidade com os padrões de uso comum no campo (STANAG 1276).

[0037] Essa manobra geralmente é muito difícil de ser realizada devido às condições particularmente agitadas do mar e à pouca visibilidade ou horas noturnas. O piloto geralmente é obrigado a várias manobras para se aproximar do navio e do local da grade, em particular, antes de poder chegar ao local certo, a partir do qual é possível acionar o sistema de pouso em convés e prender o helicóptero ao navio.

[0038] A este respeito, o sistema de pouso em convés compreende um sistema de rastreamento capaz de enganchar a trajetória da chapa móvel da grade, na expectativa O movimento da mesma, guiando o helicóptero e permitindo o engate do próprio helicóptero na chapa da grade da maneira mais fácil, através de um sistema de suporte do procedimento de pouso em convés, em condições de baixa visibilidade, horas noturnas e condições de mar desfavorável, com base em um sistema de rastreamento da placa de grade que transforma o mesmo em um "ponto alvo" preciso a ser alcançado com a máxima precisão.

[0039] O sistema de rastreamento é do tipo guia de laser e direciona o feixe de laser para o centro da grade da trava no navio.

[0040] Quando o helicóptero está próximo da placa de grade, a uma distância suficiente para receber a energia refletida pelo laser, um sensor de laser detecta a direção e a distância dos pontos móveis do “alvo” e transmite os dados ao sistema para processar a trajetória da placa de grade.

[0041] O sistema de processamento da trajetória é constituído pelos sensores que recebem as informações do laser e um software com a tarefa de processar os dados recebidos, detectando a trajetória atual da placa de grade em tempo real, estimando com grande precisão, graças aos algoritmos dedicados, a dinâmica da placa de grade e calculando a trajetória que o helicóptero deverá seguir para prender-se ao convés do navio com precisão e sem riscos.

[0042] O sistema eletrônico para processar a trajetória fornecerá os dados calculados para o helicóptero, que poderão ser usados como entrada para um sistema de navegação avançado que suporta o acionamento automático do helicóptero na manobra única de enganchar-se na grade do navio, mesmo em condições de visibilidade e atmosféricas desfavoráveis.

[0043] Mais detalhadamente, os dados recebidos do sistema eletrônico para o processamento da trajetória são transformados pelo mesmo para disponibilizá-los ao helicóptero que os utilizará por meio de um sistema de navegação avançado que suporta o guia automático do mesmo, nas manobras de pouso no convés do navio.

[0044] O sistema automático de voo tem a tarefa de guiar o helicóptero por uma trajetória definida e estabilizá-lo, controlando a aeronave e a velocidade, mesmo graças a um módulo GPS que determina a orientação de referência para seguir o caminho desejado, executando as manobras de controle de voo do helicóptero por meio de um sistema Fly-By-Wire para posicioná-lo na altura, velocidade e posição desejadas.

[0045] Un especialista no assunto, com o objetivo de satisfazer necessidades adicionais e contingentes, poderia introduzir modificações e variantes adicionais ao que foi descrito acima, todas as modificações, no entanto, dentro do escopo protetor da presente invenção, conforme definido pelas reivindicações anexas.

Claims (6)

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de pouso de aeronaves em convés, em particular aeronaves de pás rotativas, apto para implementar um gancho entre a aeronave e o convés de um navio ou de uma plataforma flutuante, o convés sendo equipado com uma placa de grade alvo, caracterizado pelo fato de que compreende: * um atuador telescópico (1) com um arpão (3) tendo, em sua própria extremidade distal, garras de engate (7); e * uma unidade de controle (9) que aciona o referido atuador telescópico (1), em que o atuador telescópico (1) compreende um atuador eletromecânico linear (8) possuindo: * uma bateria principal (13) alimentada através de uma unidade (12) para conversão e condicionamento da energia e conectada ao referido atuador telescópico (1); e * um dispositivo (10) para recuperar e liberar a energia cinética gerada pelas ondas com a aeronave travada no referido convés, do tipo que atua com supercapacitores, que alimenta a referida bateria principal (13).

2. Sistema de pouso em convés, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um motor elétrico fornecido por uma bateria auxiliar (15 da aeronave, que fornece a energia necessária às garras (7) do atuador telescópico (1) para desbloquear o mecanismo que mantém as mesmas na posição fechada.

3. Sistema de pouso em convés, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o referido motor elétrico é um motor elétrico sem escova.

4, Sistema de pouso em convés, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (9) está finalmente equipada com sensores (14) que incluem acelerômetros.

5. Sistema de pouso em convés, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um sistema de rastreamento é fornecido capaz de enganchar a trajetória da placa de grade móvel.

6. Sistema de pouso em convés, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o sistema de rastreamento é do tipo guia de laser e direciona o feixe de laser para o centro da placa de grade de engate no navio.