BR112021014589A2

BR112021014589A2 - Veículos aéreos giroscopicamente estabilizados

Info

Publication number: BR112021014589A2
Application number: BR112021014589-3A
Authority: BR
Inventors: Christopher Malcolm Chambers
Original assignee: Zircon Chambers Pty. Ltd.
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2020-01-23
Publication date: 2021-10-05
Also published as: SG11202107932VA; CN113613996A; KR20210153032A; EP3914511A4; AU2020212652A1; CA3126287A1; WO2020150778A1; EP3914511A1; WO2020150778A8; JP2022519197A; US20220089276A1

Abstract

veículos aéreos giroscopicamente estabilizados. são providas várias formas de um veículo aéreo estabilizado giroscopicamente. o veículo aéreo compreende uma turbina a jato e/ou um motor elétrico acoplado a um conjunto de estabilização giroscópica por meio de um conjunto de eixo. em modalidades preferidas, o conjunto de estabilização giroscópica compreende um ventilador giroscópico com pás de ventilador articuladas alternadas para fornecer um voo estável controlado. o veículo aéreo é preferencialmente configurado para decolagem e pouso vertical (vtol) para permitir sua utilização nas mais diversas situações, inclusive no combate a incêndios com seus gases de escapamento.

Description

VEÍCULOS AÉREOS GIROSCOPICAMENTE ESTABILIZADOS CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se a um veículo aéreo. Particularmente, nas formas preferenciais, a invenção diz respeito a veículos aéreos tendo ventiladores giroscópicos com pás de ventilador articuladas.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Quaisquer referências à métodos, aparelhos ou documentos da técnica anterior não devem ser consideradas como constituindo qualquer evidência ou admissão de que eles formaram ou formam uma parte do conhecimento geral comum.

[003] Desde a invenção do voo, foi desenvolvida uma variedade de formas de aeronaves, por exemplo, helicópteros e aviões. Existem muitos fatores e forças envolvidas em se obter um voo estável e controlável com diferentes tipos de aeronaves tendo diferentes características de voo com várias vantagens e desvantagens.

[004] Por exemplo, aviões de asa fixa podem ser configurados para voar relativamente rápido por longas distâncias, mas não podem voar muito devagar ou planar e exigem pista de pouso e decolagem longas para decolagem e pouso horizontais. Por outro lado, os helicópteros são capazes de decolar e pousar verticalmente e conseguem pairar, mas são mais limitados em seus tamanhos, bem como na velocidade e distância que podem viajar. Essas características fazem com que os aviões de asa fixa sejam adequados para viagem ponto a ponto de longas distâncias de cargas relativamente grandes e os helicópteros adequados para viagens mais curtas de uma carga relativamente pequena e/ou para operações de emergência e resgate onde a capacidade de voar lentamente e pairar é particularmente vantajosa. É desejável fornecer um veículo aéreo que combina as vantagens e/ou minimiza as desvantagens para pelo menos prover um veículo aéreo com características diferentes e, preferencialmente, mais versáteis.

[005] Uma aplicação para veículos aéreos está no combate à incêndios. Incêndios não controlados são um grave problema hoje e incêndios grandes podem sair do controle, varrendo bosques/florestas, comunidades, áreas industriais e negócios, resultando na perda de florestas/bosques, lares, outras propriedades, animais e até vidas humanas. Nem sempre os esforços para conter os incêndios são bem sucedidos. Em geral, é difícil controlar e evitar a propagação dos incêndios.

[006] Existem muitos métodos e técnicas conhecidos para controlar e evitar a propagação dos incêndios. Esses métodos incluem usos tradicionais de bombeiros e equipamentos, incluindo técnicas como o despejo de grandes quantidades de água ou produtos químicos supressores de fogo de aeronaves sobre o incêndio, criando linhas de fogo na direção do percurso do fogo, pulverizar água ou produtos químicos supressores de fogo sobre o incêndio por meio de bombeiros no solo e usar a queimada controlada em uma área na direção do incêndio de modo controlado a fim de remover eficazmente a madeira ou outras fontes de combustível do fogo que se aproxima.

[007] Descobriu-se que o uso de água e produtos químicos por si só pode ser ineficaz contra incêndios maiores. Levantou-se a hipótese de que quando a intensidade de um incêndio é maior do que um certo limite, o uso de água e outro material supressor de fogo torna-se amplamente ineficaz porque a água ou o supressor de fogo se evapora ou se dissocia antes de atingir o centro do fogo. Em vista destas questões, é desejável também prover um método alternativo de suprimir incêndios, particularmente, grandes incêndios.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[008] De acordo com um aspecto da invenção, é apresentado um veículo aéreo compreendendo: a) um corpo aerodinâmico; b) uma turbina a jato ou um motor elétrico acoplado a um corpo aerodinâmico por uma estrutura de veículo aéreo para fornecer impulso ao veículo aéreo, a turbina a jato tendo uma fonte de combustível, uma entrada de ar do motor para puxar o ar e uma saída através da qual uma mistura de combustível de ar queimado é expulsa; c) um conjunto de eixo configurado para ser acionado pela turbina a jato; e d) um conjunto de estabilização giroscópico compreendendo pelo menos um membro giroscópico acoplado à turbina à jato pelo conjunto do eixo; e) em que pelo menos um membro giroscópico é configurado para ser acionado rotacionalmente pela turbina a jato e estabilizar giroscopicamente o veículo aéreo durante o voo.

[009] Em uma modalidade, o membro giroscópico é um ventilador giroscópico compreendendo uma pluralidade de pás de ventilador. O ventilador giroscópico preferencialmente compreende uma pluralidade de pás de ventilador articuladas. Preferencialmente, o ventilador giroscópico compreende uma pluralidade de pás de ventilador articuladas alternadas. A orientação de uma ou mais pás de ventilador para o ventilador é preferencialmente variável para permitir que a inclinação das referidas uma ou mais pás sejam variadas. Uma ou mais das pás de ventilador pode ser acoplada articuladamente ao eixo para permitir que a inclinação da referida uma ou mais pás seja variada. Em uma modalidade, o membro giroscópico pode compreender um disco giroscópico.

[010] A pluralidade de pás de ventilador pode ser disposta em torno de um polo central. O polo central é preferencialmente acoplado ao eixo. As pás de ventilador pode ser curvas. A pá giroscópica está preferencialmente localizada dentro do corpo aerodinâmico. As extremidades radialmente distais das pás do ventilador estão preferencialmente contidas dentro de uma abertura do corpo aerodinâmico. Preferencialmente, a abertura é uma abertura circular em uma fuselagem do corpo aerodinâmico.

[011] Em uma modalidade, o conjunto do eixo é acoplado à estrutura do veículo. O conjunto do eixo pode compreender adicionalmente um controlador para controlar o conjunto de estabilização giroscópico. O controlador pode controlar o conjunto de estabilização giroscópico através de uma caixa de engrenagens de modo que o momento angular do conjunto de estabilização giroscópico é significativamente maior do que o momento de inércia da aeronave de modo que o veículo aéreo é significativamente estabilizado giroscopicamente durante o voo. O veículo aéreo é preferencialmente configurado para permitir a decolagem e pouso vertical (VTOL).

[012] Em uma modalidade, o veículo aéreo compreende adicionalmente um módulo de cabine de pilotagem. O módulo de cabine de pilotagem pode compreender uma cabine. O módulo de cabine de pilotagem é preferencialmente acoplado com a estrutura do veículo. O módulo de cabine de pilotagem é preferencialmente acoplado de forma móvel à estrutura do veículo. Uma cabine do módulo de cabine de pilotagem é preferencialmente acoplado a estrutura do veículo por uma suspensão cardã. O módulo de cabine de pilotagem pode compreender um arranjo de contrabalanço para estabilizar a cabine de pilotagem, contrariando o movimento da estrutura do veículo aéreo e/ou do escapamento da turbina a jato.

[013] Em uma modalidade, o módulo da cabine de pilotagem é ligado articuladamente à estrutura do veículo aéreo. Uma cabine do módulo da cabine de pilotagem pode ser montada articuladamente ao anel da suspensão cardã para rotação em torno de pelo menos um primeiro eixo. O anel da suspensão cardã pode ser montado articuladamente à estrutura do veículo aéreo para rotação em torno de um segundo eixo.

[014] Em uma modalidade, o módulo da cabine de pilotagem é acoplado de forma liberável a estrutura do veículo de modo que o módulo da cabine de pilotagem seja destacável. O acoplamento liberável pode permitir que o veículo aéreo tenha opcionalmente o módulo da cabine de pilotagem anexado para voo assistido por tripulação e/ou voo autônomo ou, opcionalmente, tenha o módulo de cabine separado para voo remoto e/ou autônomo. O acoplamento liberável pode compreender um conjunto ejetor. O módulo da cabine de pilotagem pode estar na forma de uma cápsula independente.

[015] Em uma modalidade, o corpo do veículo aéreo compreende uma fuselagem. A fuselagem pode compreender uma pluralidade de superfícies de controle. As superfícies de controle são preferencialmente ligadas de forma móvel à fuselagem para controlar o voo do veículo aéreo. A pluralidade de superfícies de controle pode ser manipulada para controlar o voo da aeronave em torno de um eixo de inclinação perpendicular ao eixo longitudinal da aeronave e um eixo de guinada que é perpendicular ao eixo longitudinal da aeronave e ao eixo de inclinação.

[016] Em uma modalidade, a turbina a jato, o eixo e o conjunto de estabilização giroscópico são dispostos longitudinalmente. A turbina a jato, o eixo e o conjunto de estabilização giroscópico podem ser dispostos para girar em torno de um eixo longitudinal do veículo aéreo.

[017] Em uma modalidade, a turbina a jato e o conjunto de estabilização giroscópico são dispostos transversalmente um ao outro. A turbina a jato e o conjunto de estabilização giroscópico podem ser dispostos de modo que seus respectivos eixos de rotação sejam perpendiculares (ou pelo menos significativamente perpendiculares). Um ou mais ventiladores giroscópicos podem ser dispostos em um plano que é perpendicular ao eixo longitudinal da turbina a jato.

[018] Em uma modalidade, ventiladores giroscópicos paralelos podem ser providos. Um primeiro ventilador pode estar localizado em um lado superior da fuselagem e um segundo ventilador pode estar localizado em um lado inferior da fuselagem. O eixo axial do primeiro ventilador e o eixo axial do segundo ventilador são preferencialmente alinhados. O conjunto do eixo pode compreender um eixo longitudinal, preferencialmente acoplado à turbina a jato, e um eixo transversal, preferencialmente acoplado a um ou mais ventiladores giroscópicos.

[019] Em uma modalidade, o conjunto de direcionamento do fluxo de ar compreende um bico de exaustão adaptado para ser direcionado para direções específicas. Em tais modalidades, o bico de exaustão pode ser direcionado para suprimir os incêndios.

[020] Em uma modalidade, o veículo aéreo compreende adicionalmente uma estrutura de suporte posicionada abaixo da fuselagem para suportar a turbina a jato e permitir o movimento direcional da turbina a jato. Em tais modalidades, o movimento direcional pode permitir que o conjunto de direcionamento do fluxo de ar direcione uma parte do ar extraído em uma direção desejável, tal como para suprimir incêndios.

[021] Em uma modalidade, o corpo pode ser anular. Em tal modalidade, a fuselagem pode estar na forma de um toro ou “rosquinha”. Uma pluralidade de turbinas a jato pode ser montada nas laterais da fuselagem, preferencialmente para propulsão e/ou içagem. A pluralidade de turbinas a jato montada nas laterais da fuselagem pode ser giratória, preferencialmente para permitir a capacidade do VTOL. Um ou mais jatos de estabilização giroscópica pode ser montado em um lado interno da fuselagem. Pelo menos um ventilador giroscópico está preferencialmente localizado no centro do corpo. Um módulo da cabine de pilotagem pode estar localizado dentro do corpo.

[022] Em outro aspecto, a invenção fornece um método para suprimir um incêndio, o método compreendendo as etapas de: a) mover um veículo aéreo com uma turbina a jato acoplada a uma estrutura do veículo aéreo para um local na vizinhança do incêndio em que a turbina a jato provê propulsão para o veículo aéreo, a turbina a jato tendo uma fonte de combustível, uma entrada de ar do motor para extrair o ar circundante, uma saída através da qual uma mistura de combustível de ar queimado é exaurida em alta velocidade e um conjunto do eixo adaptado para ser direcionado pela turbina a jato, b) operar um arranjo de estabilização giroscópico acoplado à turbina a jato pelo conjunto de eixo e estabiliza giroscopicamente o veículo aéreo durante o voo; e c) operar a turbina a jato para extrair ar e controlar um conjunto de direcionamento de fluxo de ar para direcionar a mistura de combustível de ar queimado da saída em uma direção desejável para suprimir incêndios.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[023] Características, modalidades e variações preferenciais da invenção podem ser discernidas a partir da Descrição Detalhada que provê informações suficientes para os versados na técnica para realizar a invenção. A Descrição Detalhada não deve ser considerada como limitando de qualquer forma o escopo do Sumário da Invenção anterior. A Descrição Detalhada fará referência a um número de desenhos a seguir: A Figura 1 é uma vista lateral de um módulo de cabine de pilotagem com suspensão cardã para um veículo aéreo mostrando os anéis de articulação no lado externo dos pivôs de articulação de acordo com uma forma da presente invenção; A Figura 2 é uma vista lateral do módulo da cabine de pilotagem com suspensão cardã ilustrado na Figura 1 mostrando o anel de suspensão cardã no lado interno dos pivôs articulados; A Figura 3 é uma vista superior de um veículo aéreo 100 de acordo com uma modalidade da presente invenção; A Figura 4 é uma vista superior do veículo aéreo 200 com um módulo de cabine de pilotagem 105 montado desta forma de acordo com outra modalidade da presente invenção; A Figura 5 é uma vista lateral do veículo aéreo 200, com o módulo da cabine de pilotagem, em uma primeira posição (decolagem ou pouso); A Figura 6 é uma vista lateral do veículo aéreo 200, com o módulo da cabine de pilotagem em uma segunda posição (em voo); A Figura 7 é uma vista superior de um veículo aéreo 300 de acordo com uma modalidade adicional; A Figura 8 é uma vista lateral do veículo aéreo 300 com o módulo da cabine de pilotagem sendo mostrado em uma posição não articulada; A Figura 9 é uma vista lateral do veículo aéreo 300 com o módulo da cabine de pilotagem sendo mostrado em uma posição articulada para cima;

A Figura 10 é uma vista lateral do veículo aéreo 300 mostrando os planos em seção transversal X-Z; A Figura 11 é uma vista seccional do veículo aéreo 300 ao longo do plano X (mostrado na Figura 10); A Figura 12 é uma vista seccional do veículo aéreo 300 ao longo do plano Y (mostrado na Figura 10); A Figura 13 é uma vista seccional do veículo aéreo 300 ao longo do plano Z (mostrado na Figura 10); A Figura 14 é uma vista frontal do veículo aéreo 300; A Figura 15 é uma vista superior do veículo aéreo 300; A Figura 16 é uma vista traseira do veículo aéreo 300; A Figura 17 é uma vista frontal do veículo aéreo 300 com abas de asa em uma posição diferente da ilustrada na figura 14; A Figura 18 é uma vista em perspectiva de uma pluralidade de veículos aéreos 100, sem módulo de cabine de pilotagem, combatendo um incêndio; e A Figura 19 é uma vista em perspectiva de dois veículos aéreos ligados 100, sem módulo de cabine de pilotagem, combatendo um incêndio; A Figura 20 é uma vista em perspectiva de um veículo aéreo 400 de acordo com uma modalidade adicional; e A Figura 21 é uma vista superior do veículo aéreo 400 ilustrado na figura

20.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS

[024] As Figuras 3, 15 e 16 ilustram uma primeira modalidade de um veículo aéreo 100 configurado para ser estabilizado giroscopicamente de modo que será descrito em mais detalhes abaixo. As Figuras 1 e 2 ilustram um módulo de cabine de pilotagem ligável de modo liberável 105, mostrado ligado a um veículo aéreo como o veículo aéreo 100 para formar o veículo aéreo 200 como mostrado nas figuras 4 a 6. Como melhor visto nas figuras 5 e 6, o veículo aéreo 200 compreende uma fuselagem em duto 210 que inclui uma abertura na qual uma turbina a jato 250 está posicionada para fornecer um mecanismo de propulsão.

Motores adequados que podem ser usados para gerar um escapamento incluem motores pulsojato, motores turbojato, motores turbojato com pós-queimador, turbojatos de fluxo axial, motores de propulsão de turbina a gás, motores de foguete, motores de aeronave turbofan, turbofans de passagem baixa, turbofans de passagem alta, turboélices, estatorreatores, motores turboeixo, motores a jato subaquáticos, caminhão a jato com motor triplo de onda de choque e outros. As combinações de tipos diferentes de motores também podem ser usadas.

[025] A turbina a jato 250 posicionada na abertura da fuselagem 210 funciona preferencialmente como qualquer outra turbina a jato em que o ar é aspirado pela turbina e um compressor aumenta a pressão do ar. O compressor é feito com muitas pás ligadas a um conjunto de eixos 260. As pás giram em alta velocidade e comprimem ou espremem o ar. O ar comprimido é pulverizado com combustível e uma faísca elétrica acende a mistura. Os gases em combustão se expandem e explodem através do bico de exaustão 255 na parte de trás do motor. À medida que os jatos de gás disparam para trás, o motor e o veículo aéreo 200 são impulsionados em uma direção oposta (que é uma direção para cima em relação à figura 5). Conforme o ar quente vai para o bico 255, ele passa por outro grupo de pás chamado turbina. A turbina pode ser ligada ao mesmo conjunto de eixo 260 que o compressor e girar a turbina pode fazer com que o compressor gire.

[026] Nesta modalidade, a fuselagem 210 do veículo aéreo 200 é montada em uma estrutura de veículo aéreo 245 e é mostrada como tendo uma forma específica que é geralmente simétrica em torno de um eixo. No entanto, a forma da fuselagem 210 não deve ser considerada como limitante e a forma da fuselagem 210 pode ser variada em outras modalidades. A turbina a jato 250 aciona o conjunto de eixo 260 que também é acoplado a um conjunto de estabilização giroscópica que compreende um ventilador giroscópico 240. O ventilador giroscópico auxilia na estabilização do veículo aéreo 200 durante o voo.

[027] As pás do ventilador giroscópico 240 estão dispostas em torno de um polo central que é acoplado ao conjunto de eixo 260. As pás do ventilador giroscópico

240 são pás de ventilador articuladas alternadas que variam o ângulo das pás do ventilador conforme necessário para fornecer a estabilização necessária ao veículo aéreo 200. Na modalidade preferida, o eixo longitudinal da fuselagem 210 se estende longitudinalmente através da abertura do duto ao longo do conjunto de eixo 260 que também aciona as pás do ventilador giroscópico 240. O ventilador giroscópico 240 inclui uma pluralidade de membros de pás que são preferencialmente pás de inclinação variável, de modo que a inclinação das pás pode ser alterada movimentando os membros de pás. Uma vez que os membros da pá são de inclinação variável, ou seja, cada membro da pá pode se movimentar em torno de seu eixo longitudinal (seu eixo de inclinação) a fim de adaptar a orientação de seu bordo de ataque à velocidade do motor. A orientação dos membros das pás (também referida como o ajuste de inclinação) constitui um dos parâmetros que permitem que o impulso da turbina a jato 250 seja gerenciado facilmente.

[028] Um controlador também é provido para controlar o arranjo de estabilização giroscópica através de uma caixa de engrenagens de modo que o momento angular fornecido pelo arranjo de estabilização giroscópica (particularmente as pás do ventilador giroscópico 240) seja significativamente maior do que o momento de inércia do veículo aéreo 200, de modo que o veículo aéreo 200 é significativamente estabilizado giroscopicamente durante o voo.

[029] É importante observar que a provisão do arranjo de estabilização giroscópica em combinação com a turbina a jato 250 provê um veículo aéreo de decolagem e pouso vertical (VTOL) 100 e 200 (e também veículos aéreos 300 e 400 descritos a seguir). Prover um veículo aéreo com capacidade VTOL permite que o veículo aéreo 100, 200, 300 e 400 seja usado em uma grande variedade de situações, incluindo, por exemplo, esforços de combate a incêndios, especialmente onde o acesso ou transporte de meios de supressão de incêndio para a área em questão se mostra difícil, impossível ou perigoso.

[030] O arranjo de estabilização giroscópica é preferencialmente configurado para fornecer momento angular suficiente, por velocidade angular de massa suficiente, de modo que o veículo aéreo 100, 200, 300 e 400 seja giroscopicamente estabilizado durante várias fases do voo. Em uma modalidade, a fuselagem pode ser fixamente anexada à turbina a jato. Em outra modalidade, a turbina a jato pode ser montada de forma articulada na fuselagem, especialmente quando o bocal de exaustão da turbina a jato precisa ser direcionado para uma frente de fogo ou semelhante.

[031] Em uma modalidade preferida, a fuselagem 110 está adaptada para permitir que o veículo aéreo 100, 200, 300 e 400 pouse e decole em um perfil de decolagem ou pouso vertical (VTOL). Em particular, um conjunto de trem de pouso compreendendo trem de pouso na forma de suportes de pouso pode permitir que o veículo aéreo decole de uma superfície com o plano das pás do ventilador giroscópico sendo substancialmente paralelo ao plano do solo para permitir que o veículo aéreo pouse de maneira semelhante. Na modalidade preferida, a fuselagem pode ser fixada de forma articulada ou móvel à estrutura do veículo aéreo, o que pode permitir o movimento relativo entre a fuselagem e a estrutura do veículo aéreo.

[032] O veículo aéreo 100 e 200 também pode ser equipado com abas de asa anular 115, 215 que podem ser montadas nas superfícies laterais externas da fuselagem. As abas de asa anular 115, 215 também podem fornecer superfícies de voo adicionais para facilitar o voo horizontal do veículo 100 e 200 (tal como ilustrado nas figuras 3 a 6). Também deve ser observado que, em uma configuração de voo horizontal, o plano do arranjo de estabilização giroscópica seria substancialmente perpendicular ao plano do solo, como mostrado na Figura 6. No entanto, será verificado pelos versados na técnica, pela seguinte descrição, que a provisão de superfícies de voo e abas de asa anulares 115, 215 podem ser opcionais.

[033] Como foi descrito nas seções anteriores, o veículo aéreo 100 e 200 inclui um arranjo de estabilização giroscópica que estabiliza giroscopicamente o veículo aéreo 100 e 200 durante todo o seu envelope de voo. É importante observar que o uso de estabilização giroscópica resulta em um veículo aéreo mais estável, proporcionando características de voo estáveis, o que é muito importante para alcançar as características de voo flexíveis e versáteis para uma variedade de aplicações, incluindo, por exemplo, na supressão de incêndios. Cada um dos membros de pás do ventilador giroscópico 240 são fixados a um eixo de hélice rotativa, que por sua vez é acoplado ao conjunto de eixo 260, de modo a gerar momento angular suficiente para que a aeronave seja giroscopicamente estabilizada de modo que quando momentos externos ou internos são aplicados à aeronave, a força resultante dos momentos é traduzida em precessão giroscópica. Deve ser observado que um veículo aéreo maior com tamanho de motor aumentado e desempenho aumentado exigirá membros de estabilização giroscópica maiores ou membros de estabilização giroscópica que são girados em velocidades angulares mais altas a fim de estabilizar giroscopicamente o veículo. Da mesma forma, aeronaves menores e mais leves requerem membros de estabilização giroscópicos menores e mais leves.

[034] O veículo aéreo 200 também pode incluir um módulo de cabine de pilotagem 105 que é acoplado, de preferência por meio de um acoplamento de liberação 220, com a estrutura do veículo aéreo 200. O módulo de cabine de pilotagem 105 inclui um arranjo de contrabalanço para contrabalancear o módulo da cabine de pilotagem 105 contrariando o movimento da fuselagem 210 e/ou exaustão da turbina a jato 250. Na modalidade presentemente descrita, o módulo de cabine de pilotagem 105 pode compreender um mecanismo de suspensão cardã para permitir que uma cabine 106 do módulo de cabine de pilotagem 105, e seus ocupantes, sejam posicionados em uma posição substancialmente vertical durante todos os períodos de voo, incluindo ambos durante a decolagem e pouso verticais do veículo aéreo 200 (como ilustrado na figura 5) e durante o voo horizontal (como ilustrado na figura 6). O módulo de cabine de pilotagem 105 pode incluir equipamentos de navegação e controle de voo para controlar o veículo aéreo 200 e também atender a alguns dos requisitos de segurança.

[035] Na modalidade preferencial, a cabine 106 do módulo de cabine de pilotagem 105 é montada de forma articulada a um anel de suspensão cardã 125 nos pontos de fixação 135 para rotação em torno de um primeiro eixo. Como visto mais claramente na figura 2, o anel de suspensão cardã 125 é fixado à estrutura do veículo aéreo 145 nos pontos de fixação 130 para permitir a rotação em torno de um segundo eixo, permitindo assim que a cabine 106 do módulo de cabine de pilotagem 105 role ou incline, o que permite uma força de contrapeso a ser aplicada ao módulo de cabine de pilotagem 105. Na figura 5, o módulo de cabine de pilotagem 105 é mostrado em uma primeira posição vertical quando o veículo aéreo 200 está em uma posição de decolagem ou pouso. Na Figura 6, o módulo de cabine de pilotagem 105 é mostrado em uma posição de voo horizontal, em que a cabine 106 do módulo de cabine de pilotagem 105 também pode ser vista em uma posição vertical, embora o próprio módulo de cabine de pilotagem 105 tenha girado.

[036] Nas modalidades de combate a incêndio da invenção, que é uma aplicação preferencial, mas de forma alguma essencial, a exaustão pode ser obtida a partir de uma ou mais turbinas a jato ou motores a jato. Conforme usado neste documento, o termo “turbina a jato” refere-se a uma turbina que acelera e descarrega um jato de fluido em movimento rápido, por exemplo, um gás como o gás de exaustão, para gerar propulsão ou empuxo para o veículo aéreo. Em um motor a jato típico, o ar de uma entrada de ar é direcionado para um compressor rotativo, onde sua pressão e temperatura são aumentadas. O ar pressurizado é introduzido em uma câmara de combustão, onde é combinado com o combustível e a mistura é inflamada. A combustão eleva a temperatura dos gases, que se expandem pela turbina. Na turbina, parte do aumento de temperatura é convertido em energia rotacional, que pode ser usada para acionar o compressor. Uma mistura de gases queimados (que geralmente é desprovida de oxigênio) sai através de um conjunto de direcionamento de exaustão que inclui um bico de exaustão 255.

[037] Preferencialmente, a turbina é uma turbina a gás, que atua como um moinho de vento, extraindo energia dos gases quentes que saem do combustor. Os tipos adequados de turbinas que podem ser utilizados incluem turbinas transônicas, turbinas contrarrotativas, turbinas sem estator, turbinas de cerâmica, turbinas blindadas ou sem blindagem e outras conhecidas na técnica. Microturbinas também podem ser usadas em pelo menos algumas modalidades.

[038] O bico de exaustão 255 pode ser um convergente-divergente, divergente, fluídico, variável, por exemplo, bocais ejetores, bocais de íris ou pode ter outro desenho adequado. Geralmente, uma exaustão de turbina a jato e um bico de exaustão como o bico 255 são caracterizados por sua temperatura, composição química, velocidade, volume de entrega, taxa de entrega, pressão e por outros parâmetros, por exemplo, ruído, qualidade do ar e assim por diante. A exaustão de um motor a jato pode ter uma temperatura de várias centenas de graus e a tubulação e os bicos de exaustão podem precisar ser protegidos por resfriamento a ar.

[039] A exaustão de tal veículo é considerada particularmente adequada para suprimir incêndios usando a exaustão gerada por um ou mais motores, preferencialmente motores a jato. Mais especificamente, a invenção se refere ao uso de exaustão para suprimir um incêndio, por exemplo, uma floresta acima do solo, uma residência, um incêndio comercial ou industrial. Tal como acontece com os incêndios, as explosões também podem ser suprimidas ou sufocadas.

[040] Com relação à sua composição química, o gás de exaustão de uma turbina a jato geralmente inclui produtos de combustão, por exemplo, dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) e água (H2O), gás não queimado, por exemplo, gás nitrogênio (N2), oxigênio (O2), hidrocarbonetos não queimados (UHC) e outros componentes tais como fuligem (C), óxidos de nitrogênio (NO x) e/ou óxidos de enxofre (SOx). Comparado ao ar atmosférico que ao nível do mar contém próximo a 21% em volume de O2 e cerca de 0,03% em volume de CO2, a exaustão do motor a jato possui níveis menores de O2 e maiores de CO2. Por exemplo, os produtos de emissão pressurizada da combustão completa de combustíveis hidrocarbonetos em um motor de turbina operado de modo eficiente são compreendidos em cerca de 72% em volume/volume de gás CO2 e cerca de 27,6% em volume/volume de vapor. Como resultado, a composição química dos gases de exaustão desempenha um papel importante quando o veículo aéreo 100, 200 é utilizado para controlar ou extinguir um incêndio, direcionando o bico de escapamento 255 em direção ao fogo. A proporção de ar para combustível também pode ser manipulada usando um mecanismo de aceleração, diluindo com gases inertes ou por outros meios que podem diminuir ainda mais a concentração de oxigênio na exaustão, resultando na melhoria das capacidades de combate a incêndio do veículo aéreo 100, 200.

[041] Conforme explicado nas seções anteriores, o uso de uma turbina a jato resulta em jatos de gases sendo direcionados para longe do veículo aéreo 100, 200 em velocidades extremamente altas. Durante uma operação de supressão de incêndio, é provável que possa haver uma distância considerável entre a turbina a jato 150 e a frente de incêndio, ou a borda de ataque de um incêndio e a turbina a jato 150 deve ser capaz de gerar pressão de exaustão alta suficiente para soprar quantidades significativas de mistura de gases de escape no incêndio de tal distância. A título de exemplo, qualquer Turbina Pratt & Whitney da Série JT8 à JT30 pode ser capaz de fornecer propulsão suficiente para voar o veículo aéreo 100 e, ao mesmo tempo, fornecer velocidade suficiente para a exaustão de gases que são capazes de extinguir um incêndio. Pode ser importante levar em conta algumas considerações práticas, como não operar a turbina a jato a 100% da capacidade, a fim de controlar a temperatura dos gases de escape, particularmente durante uma operação de supressão de incêndio. Também é importante notar que outras turbinas totalmente capazes de uso nas presentes circunstâncias para o presente trabalho podem fornecer diferentes faixas eficazes de pressões de exaustão, podendo ser usadas para prover a funcionalidade de supressão de incêndio desejada.

[042] Vantajosamente, a turbina 250 pode ser montada em um suporte que não apenas sustenta a turbina 250, mas também permite que a turbina 250 seja movida em uma pluralidade de direções. Em pelo menos algumas modalidades, o suporte pode permitir que a turbina seja girada 360 graus. Um conjunto de direção pode ser acoplado ao suporte e ser controlado por um operador do veículo aéreo para controlar a orientação da turbina a jato 250, a fim de direcionar os gases de escape em uma direção desejável, com a finalidade de suprimir um incêndio.

[043] Como mostrado na figura 15, uma pluralidade de tais veículos aéreos 100 pode ser usada para combater um incêndio. Como mostrado na figura 16, dois

(ou mais) de tais veículos aéreos 100 podem ser acoplados juntos em tandem por provisão de portas de fixação para permitir que tais veículos aéreos múltiplos 100 sejam acoplados juntos.

[044] As Figuras 7 a 14 ilustram outra modalidade de um veículo aéreo 300. O veículo aéreo 300 também está adaptado para ser giroscopicamente estabilizado por um arranjo de estabilização que compreende ventiladores giroscópicos 335 com pás de inclinação variável. O ventilador giroscópico 335 está disposto em um plano que é perpendicular ao eixo longitudinal da turbina a jato 340. O ventilador giroscópico 335 é acoplado à turbina a jato 340 por um conjunto de eixo 350 que transfere energia da turbina a jato 340 para o ventilador giroscópico 335. Deve ser entendido que o ventilador giroscópico 335 pode ser ligado à turbina a jato 340 por uma ou mais outras maneiras e a provisão de um eixo conforme ilustrado pode não ser necessário em algumas modalidades. Na modalidade preferida, o conjunto de eixo 350 pode compreender um ou mais mecanismos de engrenagem para controlar a operação do ventilador giroscópico

335. Em outras modalidades, o ventilador giroscópico 335 pode ser ligado à turbina a jato 340 por eletrônicos ou outros arranjos mecânicos.

[045] O veículo aéreo 300 também está adaptado para ser estabilizado giroscopicamente de uma maneira como foi anteriormente descrito. O veículo aéreo 300 também compreende uma fuselagem em duto 345 que inclui uma abertura na qual a turbina a jato 340 está posicionada para fornecer um mecanismo de propulsão. O veículo aéreo 300 é fornecido com abas de asa 325 que são adaptadas para se movimentar em torno dos pontos de articulação 315. O veículo aéreo 300 também compreende uma asa dianteira articulada 320 que está adaptada para se movimentar em torno do ponto de articulação 365.

[046] O veículo aéreo 300 também inclui um módulo de cabine de pilotagem articulada 310 (que fornece um revestimento de “cápsula” em forma ovoide) que é adaptado para ser articulado ao longo de dois eixos diferentes. Especificamente, o módulo de cabine de pilotagem 310 está adaptado para se movimentar em torno do ponto de articulação 330A para permitir a movimentação do módulo de cabine de pilotagem 310 ao longo de um primeiro eixo (rolo). O módulo de cabine de pilotagem 310 também está adaptado para se movimentar em torno do ponto de articulação 330B para permitir que o módulo de cabine de pilotagem 310 se movimente em torno de um segundo eixo (inclinação). A provisão do módulo de cabine de pilotagem 310 permite que o veículo aéreo 300 seja operado por um piloto, ou semelhante, durante o voo. O veículo aéreo 300 também pode se referir ao uso de gases de exaustão gerados a partir de uma turbina a jato 340 para suprimir um incêndio. A turbina a jato 340 fornece empuxo para o veículo aéreo 300. Durante o uso, a entrada de ar do motor puxa o ar circundante e uma mistura de combustível de ar queimado é liberada de uma saída 360 através da qual uma mistura de combustível de ar queimado é exaurida em alta velocidade. Um conjunto de direcionamento de fluxo de ar compreendendo um bico de exaustão pode ser usado para direcionar a mistura de combustível de ar queimado da saída 360 em uma direção desejável para suprimir incêndios.

[047] As Figuras 17 e 18 ilustram uma outra modalidade de um veículo aéreo 400 no qual o corpo é anular com uma fuselagem em forma de toro (ou “rosca”)

445. Uma pluralidade de turbinas a jato 440 pode ser montada nas laterais da fuselagem de toro 445, preferencialmente para fins de propulsão e/ou içagem. A pluralidade de turbinas a jato 440 montada nas laterais da fuselagem de toro 445 pode ser giratória, pelo menos em 90 graus, para permitir a capacidade do VTOL. Os jatos de estabilização giroscópica 450 podem ser montados em um lado interno da fuselagem de toro 445. Um ventilador giroscópico 435 está localizado no centro da fuselagem de toro 445. Um módulo de cabine de pilotagem 415 pode ser localizado dentro da fuselagem de toro 445 para permitir a provisão de tripulantes e/ou passageiros. A carga também pode ser transportada na fuselagem de toro 445.

[048] Vantajosamente, a presente invenção fornece um veículo aéreo versátil (100, 200, 300, 400) que tem muitas características de voo úteis e versáteis, incluindo, por exemplo, veículos aéreos com capacidades VTOL e voo giroscopicamente estabilizado entre a decolagem e o pouso. Conforme identificado anteriormente, uma aplicação de particular interesse é no combate a incêndios. No entanto, esses veículos também podem ser usados para operações de transporte ou resgate. Além disso, as modalidades do veículo aéreo podem ser usadas para pousar em outros planetas, desde que tenham uma atmosfera adequada. O ventilador giroscópico também poderia ser substituído por um disco giroscópico para fornecer estabilização no espaço, onde não há atmosfera, em naves espaciais e/ou satélites.

[049] Em conformidade com a lei, a invenção foi descrita em linguagem mais ou menos específica para características estruturais ou metódicas. O termo “compreende” e suas variações, como “compreendendo” e “compreendido de” é usado em um sentido inclusivo e não para a exclusão de quaisquer recursos adicionais.

[050] Deve ser entendido que a invenção não está limitada a características específicas mostradas ou descritas, uma vez que os meios descritos neste documento compreendem formas preferenciais de colocar a invenção em prática.

[051] Portanto, a invenção é reivindicada em qualquer uma das suas formas ou modificações dentro do escopo apropriado das reivindicações anexas apropriadamente interpretadas pelos versados na técnica.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. VEÍCULO AÉREO, caracterizado por compreender: a) um corpo aerodinâmico; b) uma turbina a jato ou um motor elétrico acoplado a um corpo aerodinâmico por uma estrutura de veículo aéreo para fornecer impulso ao veículo aéreo, a turbina a jato tendo uma fonte de combustível, uma entrada de ar do motor para puxar o ar e uma saída através da qual uma mistura de combustível de ar queimado é expulsa; c) um conjunto de eixo configurado para ser acionado pela turbina a jato; d) um conjunto de estabilização giroscópico compreendendo pelo menos um membro giroscópico acoplado à turbina à jato pelo conjunto do eixo; e e) pelo menos um membro giroscópico configurado para ser acionado rotacionalmente pela turbina a jato e estabilizar giroscopicamente o veículo aéreo durante o voo.

2. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro giroscópico é um ventilador giroscópico compreendendo uma pluralidade de pás de ventilador.

3. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o ventilador giroscópico compreende uma pluralidade de pás de ventilador articuladas.

4. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o ventilador giroscópico compreende uma pluralidade de pás de ventilador articuladas alternadas.

5. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 3 ou reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a orientação de uma ou mais das pás do ventilador articuladas é variável para permitir que a inclinação de tal ou tais pás seja variada.

6. VEÍCULO AÉREO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que uma ou mais pás de ventilador articuladas são acopladas de forma articulada ao eixo para permitir que a inclinação de tal ou tais pás seja variada.

7. VEÍCULO AÉREO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de pás de ventilador está disposta em torno de um polo central acoplado ao eixo.

8. VEÍCULO AÉREO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 7, caracterizado pelo fato de que o ventilador giroscópico está preferencialmente localizado dentro do corpo aerodinâmico.

9. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as extremidades radialmente distais das pás do ventilador estão contidas dentro de uma abertura do corpo aerodinâmico.

10. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a abertura é uma abertura circular em uma fuselagem do corpo aerodinâmico.

11. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro giroscópico compreende um disco giroscópico.

12. VEÍCULO AÉREO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o conjunto do eixo é acoplado à estrutura do veículo.

13. VEÍCULO AÉREO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o conjunto de eixo compreende ainda um controlador para controlar o conjunto de estabilização giroscópica por meio de uma caixa de engrenagens de modo que o momento angular do conjunto de estabilização giroscópica seja significativamente maior do que o momento de inércia da aeronave, de maneira que o veículo aéreo seja substancialmente estabilizado giroscopicamente durante o voo.

14. VEÍCULO AÉREO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o veículo aéreo é configurado para permitir decolagem e pouso vertical (VTOL).

15. VEÍCULO AÉREO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende um módulo de cabine acoplado a estrutura do veículo.

16. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o módulo da cabine de pilotagem é acoplado de forma móvel à estrutura do veículo.

17. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que uma cabine do módulo de cabine de pilotagem é acoplada à estrutura do veículo por uma suspensão cardã.

18. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracterizado pelo fato de que o módulo de cabine de pilotagem compreende um arranjo de contrabalanço para estabilizar a cabine de pilotagem, contrariando o movimento da estrutura do veículo aéreo e/ou exaustão da turbina a jato.

19. VEÍCULO AÉREO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 16 a 18, caracterizado pelo fato de que o módulo da cabine de pilotagem é fixado de forma articulada à estrutura do veículo aéreo.

20. VEÍCULO AÉREO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 19, caracterizado pelo fato de que o módulo da cabine de pilotagem é acoplado de forma removível à estrutura do veículo de modo que o módulo da cabine de pilotagem seja destacável.

21. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o acoplamento removível permite que o veículo aéreo tenha opcionalmente o módulo de cabine de pilotagem fixado para voo assistido por tripulação ou, opcionalmente, tenha o módulo de cabine de pilotagem separado para voo remoto e/ou autônomo.

22. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 20 ou 21, caracterizado pelo fato de que o acoplamento liberável compreende um conjunto ejetor e o módulo da cabine de comando tem a forma de uma cápsula independente.

23. VEÍCULO AÉREO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 22, caracterizado pelo fato de que o corpo do veículo aéreo compreende uma fuselagem.

24. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a fuselagem compreende uma pluralidade de superfícies de controle fixadas de forma móvel à fuselagem para controlar o voo do veículo aéreo.

25. VEÍCULO AÉREO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 24, caracterizado pelo fato de que a turbina a jato, o eixo e o conjunto de estabilização giroscópica são dispostos longitudinalmente.

26. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a turbina a jato, o eixo e o conjunto de estabilização giroscópica são dispostos para girar em torno de um eixo longitudinal do veículo aéreo.

27. VEÍCULO AÉREO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 24, caracterizado pelo fato de que a turbina a jato e o conjunto de estabilização giroscópica estão dispostos transversalmente um ao outro.

28. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a turbina a jato e o conjunto de estabilização giroscópica são dispostos de modo que seus respectivos eixos de rotação sejam substancialmente perpendiculares entre si.

29. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 27 ou reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que um ou mais ventiladores giroscópicos são dispostos em um plano que é perpendicular ao eixo longitudinal da turbina a jato.

30. VEÍCULO AÉREO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 27 a 29, caracterizado pelo fato de que ventiladores giroscópicos paralelos são providos.

31. VEÍCULO AÉREO, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que um primeiro ventilador está localizado em um lado superior da fuselagem e um segundo ventilador está localizado em um lado inferior da fuselagem.

32. VEÍCULO AÉREO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 31, caracterizado pelo fato de que o corpo é anular tendo uma fuselagem na forma de um toro com uma pluralidade de turbinas a jato montadas nas laterais da fuselagem.

33. MÉTODO PARA SUPRIMIR UM INCÊNDIO, caracterizado por compreender compreende as etapas de: a) mover um veículo aéreo com uma turbina a jato acoplada a uma estrutura de veículo aéreo para um local na vizinhança do incêndio em que a turbina a jato provê propulsão para o veículo aéreo, a turbina a jato tendo uma fonte de combustível, uma entrada de ar do motor para atrair o ar circundante, uma saída através da qual uma mistura de combustível de ar queimado é exaurida em alta velocidade e um conjunto do eixo adaptado para ser direcionado pela turbina a jato, b) operar um arranjo de estabilização giroscópico acoplado à turbina a jato pelo conjunto de eixo e estabilizando giroscopicamente o veículo aéreo durante o voo; e c) operar a turbina a jato para extrair ar circundante e controlar um conjunto de direcionamento de fluxo de ar para direcionar a mistura de combustível de ar queimado da saída em uma direção desejável para suprimir incêndios.