Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONJUNTO DE ROTOR COM PÁS PARA PROPORCIONAR SUSTENTAÇÃO VERTICAL A UMA AERONAVE".
Referências a pedidos relacionados O presente pedido reivindica os benefícios da data anterior de depósito do pedido de patente provisório dos Estados Unidos» de número 60/409,582» depositado em 9 de setembro de 2002, aqui incorporado por Referência, em sua totalidade, Campo da Invenção A invenção é geral mente descrita como cabeçote de rotor, tipo de aeronave com pá giratória, com pás retráteis que podem ser adaptadas ou em uma aeronave de asas fixas ou em um helicóptero, Antecedentes da Invenção Uma das principais limitações de aeronaves, tipo, aeronave com pá giratória, equipadas com rotores, é a limitação da velocidade de cruzeiro, ocasionada pela física e mecanismo do voo, Estas limitações prejudiciais vêm acompanhando o helicóptero desde a sua concepção, O estol da hélice retrátil, assimetria da suspensão, avanço, atraso, batimento, ângulo de cones são apenas algumas das forças que limitam a velocidade máxima de helicópteros. Por exemplo, a maioria dos helicópteros está limitada à velocidade de cruzeiro inferiores a 200 milhas por hora. A presente invenção, o Gerbino Fiight System (Sistema de Voo Gerbino) permite que aeronaves de asas fixas se elevem verticalmente, para depois iniciarem o voo em sentido de avanço, alcançando velocidades acima de 300 milhas por hora, porque o estol da hélice retrátil, e outros problemas inexistem, visto que as pás rotativas ficam excluídas da corrente de ar de uma forma inovadora e não óbvia, Uma vez a aeronave em voo, e desiocando-se a suficiente velocidade de avanço para manter a suspensão, as pás rotativas são gradualmente retraídas, sendo a propulsão de avanço proporcionado por um entre vários sistemas usados por aeronaves de asas fixas para propulsionar a aeronave em direção de avanço, Uma aeronave que utiliza a invenção teria suficientes superfícies de suspensão para possibilitar que permanecesse no ar depois de as pás do rotor tiverem sido integral mente retraídas.
Um autogiro, incorporando pás retráteis, é mostrado na Patente Norte-americana no. 6,062,508, contudo, não inclui as características aqui descritas e reivindicadas, que possibilitam que a presente invenção consiga alcançar o verdadeiro voo de um helicóptero. A Patente Norte-americana no.4,913,376 apresenta pás de suspensão, salientes de uma asa circular planiforme, mas, também neste caso, não inclui componentes que possibilitam voo de helicóptero, nem pás retráteis de suspensão.
Sumário da Invenção Em uma modalidade da invenção, é revelado um conjunto de pás de rotor para proporcionar suspensão vertical a uma aeronave, com cabeçote de rotor, uma pluralidade de superfícies de carne, uma pluralidade de pás, cada pás estando presa em uma superfície de came, sendo que a movimentação de uma superfície de came ocasiona a alteração da distância radial entre a ponta mais distante da pá presa e o centro do cabeçote do rotor. Desta forma, a extensão da superfície de suspensão de cada pá pode ser diminuída ou aumentada. Na modalidade preferida, as pás são movidas de uma posição total estendida, que proporciona suspensão máxima, para uma posição total retraída de recolhimento ou parqueamento, na qual as pás ficam total mente afastadas da corrente de ar.
Em uma outra modalidade da invenção, um came operacional está montado, de forma girável, rei ativa mente ao cabeçote do rotor. Uma pluralidade de superfícies de came está posicionada no came operacional e uma pá está presa em cada superfície de came. À medida que se move a superfície de came, ela faz com que a distância radial entre a ponta mais distante da pá presa e o centro do cabeçote do rotor sofra uma alteração. Em uma outra modalidade da invenção, as pás possuem longa ri nas, estando cada longarina de pá presa na superfície do came.
Em uma outra modalidade da invenção, um conjunto de pás de rotor para proporcionar suspensão vertical a uma aeronave, compreende um cabeçote de rotor, um came operacional, uma pluralidade de superfícies de came no came operacional, uma pluralidade de pás, cada pá tendo uma ba- se e uma ponta, e cada base presa na superfície do came, com isso o movimento da superfície do came faz com que seja modificada a distância radial entre a ponta mais distante da pá presa e o centro do cabeçote do rotor.
Em uma outra modalidade ainda da invenção, ao menos um controlador de passo está preso em ao menos uma pá, e cada controlador de passo está ligado em uma placa oscilante. A placa oscilante origina movimento do controlador de passo, fazendo com que seja modificado o passo da pá correspondente.
Em outra modalidade ainda da presente invenção, uma pluralidade de empenas de estabilização das pás está posicionada próxima da periferia externa do cabeçote do rotor. As empenas de estabilização das pás têm uma posição retraída, na qual basicamente todas as seções das empenas de estabilização das pás estão dentro da periferia externa do cabeçote do rotor. É provido um mecanismo de controle de empenas de estabilização das pás para aplicação de energia nessas unidades, sendo que a energia move uma parte de uma ou várias empenas de estabilização das pás além da periferia do cabeçote do rotor, com o que o ar em passagem impacta nas empenas de estabilização das pás, exercendo pressão que ocasiona um movimento rotacional do conjunto de pás do rotor. O mecanismo de controle das empenas de estabilização das pás pode abranger um atuador e um cabo do atuador, interligando o atuador com as empenas de estabilização das pás, energizando assim o atuador, e o cabo transmite uma força para uma ou mais empenas de estabilização das pás, acionando as referidas empenas de estabilização das pás além da periferia do cabeçote do rotor e dentro do percurso do fluxo de ar.
Em uma outra modalidade da invenção, o conjunto de pás do rotor inclui uma longarina em cada pá, sendo que cada longarina de pá está ligada a uma superfície de came, uma guia de longarina com uma abertura, estando presa em cada longarina de pá para guiar a longarina da pá em um ajuste deslizante, permitindo que a pá se estenda e retraia. A longarina da pá passa por uma abertura em um controlador de passo, e a abertura do controlador de passo possui um formato interno, basicamente igual ao for- mato externo da longarina da lâmina. Uma haste de controle de passo interage entre o controlador de passo e a placa oscilante, com o que o controlador de passo controla o passo da longarina de pá com que coopera. A abertura do controlador de passo pode ser retangular ou poligonal ou oval. A a-bertura poderá também ser estriada, tendo apenas uma única estria, ou muitas estrias. A longarina coadjuvante da longarina teria formato externo coincidente.
Em uma outra modalidade ainda da presente invenção, um conjunto de pás de rotor para proporcionar suspensão vertical a uma aeronave inclui uma roda giratória, na qual as pás estão presas de tal forma que o movimento da roda giratória faz com que seja modificada a distância radial entre a ponta mais distante da pá presa e o centro do cabeçote do rotor. A roda giratória oscila relativamente ao cabeçote do rotor. Ao menos um controlador de passo está preso em ao menos uma pá. O controlador de passo está ligado a uma placa oscilante, com o que o movimento da placa oscilante modifica o correspondente passo do controlador de passo.
Em uma outra modalidade da presente invenção, uma guia de longarina está presa no cabeçote do rotor com um conector giratório, permitindo que a guia da longarina possa girar relativamente ao cabeçote do rotor, quando a pá for retraída ou estendida.
Em outra modalidade da presente invenção, o carne operacional possui uma placa superior e outra inferior com superfícies de carne na placa superior substancialmente coincidente e correspondente na placa inferior. Cada longarina de pá está posicionada entre as placas superiores e inferiores. Cada longarina de pá está presa em uma superfície de carne na placa superior, e na superfície de carne basicamente coincidente na placa inferior.
Em outra modalidade da presente invenção, o carne operacional possui placas superior e inferior com pontos de fixação na placa superior basicamente coincidente e correspondente a pontos de fixação na placa inferior. Cada longarina de pá está posicionada entre as placas superior e inferior. Cada longarina de pá está presa em um ponto de fixação na placa su- perior, e no ponto de fixação substancial mente coincidente na placa inferior.
Em outra modalidade da presente invenção, um conjunto de pás de rotor para proporcionar suspensão vertical a uma aeronave inclui um cabeçote de rotor, uma ou mais pãs presas no cabeçote do rotor, uma câmara de pistão na extremidade mais próxima (mais próxima do centro do cabeçote do rotor) de uma ou de mais pás citadas, uma guia de longarina em cada pá, e um pistão em cada guia de longarina, cooperando com a câmara do pistão dentro da extremidade próxima da pá associada, com o que o fluido é forçado dentro de um lado da câmara de pistão, dividindo a pá associada hidraulicamente em uma direção, com o que, quando o fluido é forçado dentro do outro lado da câmara de pistão, a pã é movida na outra direção. Ao menos um controlador de passo está preso em ao menos uma pá, e ao controlador de passo está ligada uma placa oscilante, sendo que o movimento da placa oscilante move o controlador de passo, originando a modificação do passo da pá correspondente. Alternativa mente, o sistema hidráulico pode ser substituído por um sistema helicoidal ou por um atuador eletromecânico.
Em outra modalidade da presente invenção, a distância entre a extremidade mais distante da pã e o centro do cabeçote do rotor é diminuída por meio de um cabo, preso na pã. O comprimento do cabo é controlado por um carretei ou tambor.
Breve Descrição das Figuras Fig. 1 - vista de topo de um desenho esquemático, apresentando os principais componentes do conjunto do cabeçote do rotor, com ranhuras de carne e pás estendidas.
Fig. 2 - vista da fig. 1 com pás retraídas.
Fig. 3a - vista da fig. 1 incluindo o mecanismo de controle das empenas de estabilização das pãs.
Fig. 3b - vista transversal de um possível formato de pá.
Fig. 4 - vista da fig. 3a com empenas de estabilização das pás ativadas.
Fig. 5 - vista lateral de um desenho esquemático de conjunto de cabeçote de rotor, parcial mente cortado.
Fig. 6 - vista em perspectiva de uma guia de longarina.
Fig. 6a - vista lateral de uma modalidade alternativa da guia de longarina da fig. 6.
Fig. 7 - vista em perspectiva de um eixo operacional de passo.
Fig. 7a - vista lateral de uma modalidade alternativa do eixo operacional do passo da Fig. 7.
Fig. 8 - vista superior de um desenho esquemático de um atua-dor de carne operacional.
Fig. 9 - vista lateral de um desenho esquemático de uma árvore propulsora em um eixo-mestre da hélice.
Fig. 10 - vista lateral de um desenho esquemático de uma aeronave, apresentando uma instalação de uma modalidade da presente invenção.
Fig. 11 - vista lateral de um desenho esquemático de uma aeronave, apresentando uma instalação alternativa de uma modalidade da presente invenção.
Fig. 11A - vista frontal do desenho esquemático da aeronave da Fig. 11.
Fig. 12 - vista superior de um desenho esquemático, apresentando os principais componentes do conjunto do cabeçote do rotor, tendo uma roda operacional com pás retraídas.
Fig. 13 - vista lateral de conjunto de longarina telescópica, parcialmente cortada.
Fig. 14 - vista lateral de uma modalidade com carne operacional superior e inferior, parcialmente cortada.
Fig. 15 - vista lateral de uma modalidade com tambor operacional, parcialmente cortado.
Fig. 16 - vista superior de um desenho esquemático de uma modalidade alternativa de um carne operacional, com pontos de amarração fixos para as âncoras das pás e apresentando uma pá em posição retraída.
Fig. 17a - vista em perspectiva de uma modalidade da guia de longarina na Fig. 16, com conjunto oscilatório.
Fig. 17B - vista em perspectiva de uma modalidade alternativa da guia de longarina na Fig. 16, com conjunto oscilatório.
Fig. 17C - vista em perspectiva de uma modalidade do eixo o-peracional de passo na Fig. 16.
Fig. 17D - vista em perspectiva de uma modalidade alternativa do eixo operacional de passo da Fig. 16.
Fig. 17E - vista lateral da armação da âncora da pá da Fig. 16.
Fig. 17F - vista superior do eixo operacional do passo e conjunto de guia de longarina da Fíg. 16.
Descrição detalhada da invenção Um conjunto de cabeçote de rotor 2 da modalidade preferida está mostrado na Fig. 1. A figura está fora de escala. A Fig. 1 apresenta a condição de um helicóptero em voo, com as pás total mente abertas. Esta figura é uma vista do topo do helicóptero. Os componentes básicos são os seguintes. No centro do desenho está apresentado o eixo-mestre da hélice oco 4, o qual, na modalidade preferida, é um eixo-mestre da hélice padrão de helicóptero, A árvore propulsora {não mostrada) está dentro do eixo-mestre da hélice. Ao redor do eixo-mestre da hélice 4 estão os rolamentos do cabeçote do rotor (não mostrado nesta visão), apoiando o conjunto do cabeçote do rotor 2. Por sua vez, o came operacional 6 está montado em rolamento (não mostrado nesta visão) no cabeçote do rotor 3 e pode ser girado rei ativa mente ao eixo-mestre da hélice 4 e o conjunto do cabeçote do rotor 2. Ranhuras de came S são mostradas, nas quais estão montadas as extremidades mais próximas das longarinas de pás 10. O desenho mostra um meio de ativar as pás 12, recorrendo a ranhuras de came 8 de uma modalidade particular, mas as ranhuras podem ser mais longas ou mais curtas, podem ter um ângulo de ataque mais profundo ou raso, ou podem ser configuradas de outra forma para que seja lograda a função de aplicação de uma força às extremidades mais próximas das longarinas de pás 10, para controlar a distância em que se retraem as pás 12. Conforme usada nesta patente, a expressão "came" é empregada em sua definição padrão, por exemplo, conforme encontrada no Webster’s Unabrídged Dictionary" (1996, 1998 Ml- CRA, lnc.(a) Uma peça rotativa ou deslizante que, pela forma de sua periferia ou face, ou uma ranhura na sua superfície, aplica movimento variável ou intermitente ou recebe tal movimento de uma haste, manivela ou bloco, posto em contato deslizante ou de rolamento respectivo, (b) Uma cunha curvada, móvel ao redor de um eixo, usada para forçar ou prender duas peças uma contra a outra, (c) Uma parte saliente de uma roda ou outra peça móvel, configurada de tal modo para atribuir um movimento alternativo ou variável à outra peça, contra a qual age. À medida que o carne operacional 6 é girado, as longarinas das pás 10 são retraídas no cabeçote do rotor 3. Nesta figura, duas guias de longarinas 14 limitam cada longarina de lâmina 10, mas o número de guias de longarinas 14 poderá ser superior a duas, ou pode até mesmo ser uma única guia de longarina.
Como é típico em helicópteros de um modo geral, na modalidade preferida da invenção, as longarinas de pás 10 abrangem todo o comprimento das pás 12. As longarinas são as estruturas-chave das pás e são feitas de material resistente, tal como aço inoxidável. As longarinas 10 cobrem a extensão longitudinal da pá 12 e poderíam ter um núcleo celular coberto com alumínio, fibra de vidro, fibra de carbono ou qualquer material ou combinação de materiais aceitos. As longarinas 10 geralmente estão envoltas por material leve, como fibra de vidro para compor as superfícies de suspensão das pás 12, e as arestas de ataque podem ser reforçadas com titânio ou outro material bastante duro. Contudo, está previsto que as estruturas das pás e das longarinas das pás podem mudar com o correr dos anos, à medida que novos materiais vão sendo desenvolvidos, são implementados novos processos de produção. A estrutura precisa das pás, ou longarinas de pás, não constitui ponto central das invenções reivindicadas, que se refere, basicamente, à retração e extensão de pás, ao invés de sua forma de construção. O sistema de carnes, conforme apresentado, foi escolhido porque proporciona retração simétrica e extensão das pás 12, assegurando controle de toda a faixa de passo da pá em qualquer ponto através do ciclo completo do cabeçote do rotor. Nos desenhos, pinos simples são mostrados como meios de fixação, ou âncoras de pás 16, para a base de cada pá 12 até a ranhura de carne 8. Contudo, a âncora da pá 16 pode ter outras formas, tais como uma guarnição lubrificada que se desloca no carne. A guarnição pode ser um bloco (não mostrado) na ranhura de carne 8, formado para deslocar-se suavemente na ranhura de carne 8. Pode ser feito de qualquer material compatível com os materiais e características operacionais do carne 6, que está previsto na modalidade preferida para ser de aço inoxidável ou titânio. O bloco e/ou ranhura de carne 8 pode ter superfícies revestidas com material de baixa fricção para reduzir a abrasão e desgaste. A escolha de materiais dependerá das características operacionais da aeronave, e existem muitas variações possíveis, e seria óbvio para as pessoas que possuem habilidades normais na técnica. Este bloco pode abranger um orifício ou outro mecanismo de fixação, ao qual um pino ou outro membro pren-dedor poderá ser fixado na longarina da pá 10.
Outra vantagem de um sistema de carnes é que as pás 12 são todas retraídas e abertas simultaneamente, evitando a retração ou abertura inadvertida de uma forma desequilibrada.
Na modalidade preferida, cada guia de longarina 14 possui uma seção central 18, feita de material flexível, tal como elastômero (Fig. 6). As guias de longarinas 14 estão montadas no cabeçote do rotor 2, empregando qualquer mecanismo de montagem comumente usado, tal como parafuso, pino, rebite, etc., preso através de orifícios de fixação 22. O material flexível dentro das guias de longarinas permite movimento rotativo das longarinas de pás 10, viabilizando o controle do passo das longarinas 10 e, portanto, das pás 12. O passo é controlado por um controlador de passo, o qual, na modalidade preferida, é um eixo operacional de passo 24, montado entre duas guias de longarinas 14 e chavetado na longarina através do canal do eixo operacional de passo 26. Contudo, construções alternativas são possíveis onde, por exemplo, pode haver mais do que duas guias de longarinas Meo eixo operacional de passo 24 poderá estar localizado em uma posição distanciada das guias de longarina 14. O eixo operacional de passo 24 controla o passo das longarinas de pás 10 e, assim, as pás 12, conforme for necessário para lograr um voo semelhante ao de um helicóptero, incluindo subida e descida vertical, bem como planar. Outro exemplo de um controlador de passo seria uma orelha (não mostrada) na pá 12 ou pá 10, conectada em uma haste de controle de passo. O controlador de passo pode ser controlado por uma haste de controle de passo, ou por uma unidade elétrica auxiliar, um mecanismo hidráulico, pneumático, unidade auxiliar ou qualquer combinação das mesmas.
Na modalidade preferida, as guias de longarinas 14 são mostradas com um revestimento 20 de Teflon ou aço, por exemplo, ou de algum outro material. As tolerâncias entre o revestimento 20 da guia de longarina 14 e as longarinas de pás 10 são tais que um ajuste deslizante é logrado para guiar a longarina 10 ao mover-se entre as posições totalmente aberta e totalmente retraída. O canal central da guia de longarina 28 pode ter qualquer formato transversal que permita alcançar esses objetivos. Por exemplo, pode ser estriado para corresponder com estrias correspondentes nas longarinas de pás 10, permitindo um ajuste deslizante, quando, ao mesmo tempo, prendem firmemente as longarinas de pás 10 durante o ajuste do passo. O canal do eixo operacional de passo 26 no eixo operacional do passo 24 corresponderá ao formato e modalidade das longarinas de pás 10.
Um ponto de conexão 32 em cada eixo operacional de passo 24 está ligado a conexões do controlador do passo da pá do rotor, como hastes de controle de passo, que controla o passo das pás do helicóptero. Na modalidade preferida, o movimento de passo pode ser entre +/-0°a 15°, ou como for requerido de modo diferente para as características de voo da aeronave. Durante o processo ou de retração das pás 12 ou abertura das pás, os suportes de passo 24, juntamente com as guias de longarinas 14 e longarinas de pás 10, continuam a proporcionar controle de passo para as pás 12 através das conexões de passo, tais como hastes de controle de passo 82, que são ligadas na placa oscilatória.
Deve-se observar que o número de longarinas 10 e pás 12 não é crítico para a invenção. Qualquer número poderá ser usado para lograr as desejadas características de suspensão e voo, dentro dos parâmetros da estrutura do cabeçote do rotor 2 e came operacional 6. Por exemplo, podem ser usadas apenas duas pás, até um número muito maior, como quatro, cinco ou mais, até mesmo vinte ou mais, em conjuntos de maior diâmetro, usados para suspensão de veículos pesados.
As empenas de estabilização das pás 34 são um acessório e não constituem uma necessidade a todas as aplicações do sistema de voo revelado, mas podem ser adicionadas a todas as configurações, e no voo padrão estão normalmente retraídas conforme mostrado nas figuras 1, 2 e 3A. As empenas de estabilização das pás 34 proporcionam um mecanismo de segurança da seguinte maneira: no voo normal, ao girar, o conjunto do cabeçote do rotor 2, faz com que as pás 12 girem, proporcionando, assim, suspensão e controle para a aeronave. No voo normal, as empenas de estabilização das pás 34 estão retraídas para prover uma superfície limpa para o fluxo de ar. Na presente invenção, durante o voo a frente normal, depois de a aeronave ter alcançado suficiente velocidade de cruzeiro, permitindo que permaneça no ar, sem necessitar da suspensão gerada pelas pás 12, as pás 12 são retraídas e não há necessidade de continuar com a rotação do conjunto do cabeçote do rotor 2. Caso desejado, o conjunto do cabeçote do rotor 2 poderá ser paralisado para conservar energia e combustível. Contudo, a rotação do conjunto do cabeçote do rotor 2 deverá ser reiniciada à medida que a aeronave reduzir a velocidade, ou quando é tomada uma decisão de operar no modo típico de helicóptero. Isto pode ser alcançado, devolvendo a força para o sistema rotacional. Contudo, no caso de uma falha de motor no voo à frente, a aeronave pode converter para o modo de helicóptero, da seguinte maneira. As empenas de estabilização das pás 34 serão abertas na corrente do ar em movimento e o came operacional 6 é desativado e deixado girar livremente. As empenas de estabilização das pás 34 são formadas para captar o ar de maneira que o conjunto gira na direção adequada. As pás 12 serão então ativadas pela força centrífuga, permitindo que a aeronave realize uma aterrissagem segura de autorrotação. O número de empenas de estabilização das pás 34, as suas formas e os ângulos de abertura podem ser modificados a partir da representação nos desenhos.
Um mecanismo de ativação das empenas de estabilização das pás está representado na Fig. 3A. A tensão exercida sobre o cabo de atuação 36 gira as empenas de estabilização das pás 34 ao redor de seus orifícios centrais de montagem 38. À medida que aumenta a velocidade de rotação, sendo alcançadas as rpm operacionais nominais, as pás 12 são ativadas de modo elétrico, mecânico, hidráulico, pneumático ou empregando a força centrífuga, gerada pela rotação para puxar as pás 12 da posição retraída, mostrada na Fig. 3A para uma posição completamente aberta, conforme mostrada na Fig. 1. Em seguida, as empenas de estabilização das pás 34 podem ser retraídas para proporcionar uma superfície relativamente limpa ao fluxo de ar. O número de empenas de estabilização das pás 34 não é crítico para a modalidade preferida. Na modalidade preferida, cada uma das empenas de estabilização das pás 34 possui um orifício central de montagem 38, permitindo a fixação das empenas de estabilização das pás 34 no cabeçote do rotor 3 com suficiente folga para permitir o movimento rotacional das empenas de estabilização das pás 34 relativamente ao mecanismo de fixação. O mecanismo de fixação pode ser um pino, haste, parafuso, rebite ou qualquer outro mecanismo transfixando o orifício central de montagem 38 que proporcione uma conexão firme, enquanto permite o movimento rotacional das empenas de estabilização das pás 34. A extremidade de controle 40 das empenas de estabilização das pás inclui um ponto de fixação 42 para um mecanismo de controle ou atuador de empenas de estabilização das pás 44 para girar a empena de estabilização das pás para dentro e fora da corrente de ar. O atuador de empenas de estabilização das pás 44 é uma unidade auxiliar que opera de modo elétrico, mecânico, hidráulico, magnético ou de outra forma. É presa no cabeçote do rotor 3 e compreende um braço 46, um corpo 48 que acolhe o mecanismo auxiliar e uma fonte de energia 50 que podería ser energia elétrica ou hidráulica. Quando ativado, o braço 46 é retraído para dentro do atuador 44, aumentando a tensão sobre o cabo de atuação 36, o que faz com que as empenas de estabilização das pás 34 girem ao redor de seus orifícios centrais de montagem 38. A Fig. 3A mostra dois atuadores 44, proporcionando ação redundante. As empenas de estabilização das pás 34 são desviadas para as suas posições retraídas, recorrendo a qualquer adequado mecanismo de flexão, tal como molas. O carne operacional 6 pode ser girado de diferentes formas. Um sistema de macaco de rosca poderá ser usado, um atuador hidráulico poderia ser uma outra escolha, um motor auxiliar, um conjunto de cremalhei-ra e pinhão, um conjunto de engrenagem helicoidal, engrenagens helicoidais cruzadas, meios pneumáticos, hidráulicos ou quaisquer outros meios para aplicar força ao carne operacional, visando ocasionar rotação. A Fig. 8a a-presenta uma versão de um mecanismo de rotação, que inclui um cilindro hidráulico 52, preso no cabeçote do rotor 3. Está ligado ao carne operacional 6 por um braço de um mecanismo de rotação 54, preso no carne operacional 6 por um pino ou pivô de mecanismo de rotação 56. Suficiente folga é proporcionada para permitir que o pivô do mecanismo de rotação 56 possa girar relativamente ao carne operacional 6. Fluido hidráulico é alimentado no cilindro hidráulico 52 através das primeira e segunda linhas de alimentação 58 e 60, respectivamente, pressurizando o cilindro para acionar o braço do mecanismo de rotação 54 ou para dentro ou para fora, relativamente ao cilindro hidráulico 52, girando, desta forma, o carne operacional 6 ou no sentido dos ponteiros do relógio ou em sentido contrário, ocasionando desta forma que as ranhuras de carne 8 acionem as longarinas das pás 10 e as pás 12 ou para dentro ou para fora do carne operacional 6. O ponto de fixação para os pivôs do mecanismo de rotação 6 no carne operacional 6 pode ser previsto em qualquer ponto no carne operacional 6, seja na aresta externa do carne operacional 6 ou em algum ponto entre o diâmetro externo e o diâmetro interno do carne operacional 6. Na modalidade preferida, o cilindro hidráulico 52 está fixado no cabeçote do rotor 3.
Conforme representado na Fig. 3B, na modalidade preferida, as pás 12 do helicóptero estão cambados à semelhança de uma asa, ao invés de terem o formato elíptico tradicional de uma pá de helicóptero. Isto proporciona uma taxa de suspensão e arrasto (L/D) aperfeiçoada. Contudo, o formato transversal de cada pá pode ser de qualquer tipo que seja neces- sário para que se consigam as características de voo desejadas, e pode até mesmo haver uma alteração da seção transversal em várias distâncias ao longo da pá, desde a base até a ponta. Dependendo das características de suspensão e voo desejadas, o número de pás poderia ser um número aleatório que fosse necessário, e o comprimento e formato transversal das pás poderíam ser modificados, como é conhecido na técnica.
Na modalidade preferida, as guias de longarinas 14 são apresentadas como simples dispositivos estacionários que possuem uma flexibilidade interna que permite movimento rotacional das longarinas das pás 10. Contudo, a guia de longarina 14 pode ser conforme mostrado nas Figuras 6A, 17A e 17B ou outras configurações que seriam evidentes a uma pessoa comumente habilitada nesta técnica, e o eixo operacional do passo 24 pode ser conforme representado nas figuras 7A, 17C e 17D ou outras configurações que seriam evidentes a uma pessoa comumente qualificada nesta técnica. Especificamente, na Fig. 6A, a guia de longarina alternativa 14' possui um canal central alternativo e circular de guia de longarina 28', no qual pode mover-se uma guia de longarinas adequadamente configurada. De modo semelhante à guia de longarina 14, a guia de longarina alternativa 14' está montada no cabeçote do rotor 2 por prendedores através de orifícios alternativos de montagem de guia de longarina 22". A Fig. 7A apresenta um eixo operacional de passo 24' compatível e alternativo que inclui um canal alternativo de eixo operacional de passo 30', tendo uma chave ou estria 31 para cooperar com um rasgo de chaveta na longarina. Quando o eixo operacional alternativo de passo 24' for girado por uma haste de controle, presa no ponto de conexão do eixo operacional alternativo de passo 32', a chave 31 gira a longarina, exercendo força sobre as superfícies do rasgo de chaveta.
Uma vista elevada do conjunto do cabeçote do rotor 2 da modalidade preferida é mostrada na Fig. 5. Afigura não está na escala. A estrutura da presente invenção envolve o eixo-mestre da hélice 4. O conjunto do cabeçote do rotor move-se relativamente ao eixo-mestre da hélice em um conjunto de suporte de carne, o qual, na modalidade preferida, é um tipo de rolamento de esfera. Contudo, qualquer outro tipo de estrutura de suporte poderá ser empregado, desde que atenda as exigências de carga do desenho específico. No espaço ao longo do eixo-mestre da hélice 4, acima do rolamento superior de carne 68 e a porca de retenção 72, poderá estar localizado a tampa superior do rotor (não mostrada). As tampas do rotor proporcionam um envelope aerodinâmico para as pás do rotor e para os mecanismos envoltos. As tampas do rotor também podem proporcionar características de suspensão de corpo para a aeronave, mas não são essenciais para a invenção especificamente. O conjunto de came-rolamento possui dois principais componentes, o conjunto superior de came-rolamento 68 e o conjunto inferior de came-rolamento 70. Neste desenho, a tampa inferior do rotor 74 é mostrada em seus pontos de fixação, presa por prendedores tais como parafusos 76, mostrados na Fig. 5. O conjunto da placa oscilante pode ser qualquer construção-padrão conhecida na técnica. Normalmente, o conjunto da placa oscilante consiste em duas placas: a placa fixa de oscilação 78 e a placa rotativa de oscilação 80. A placa oscilante rotativa 80 gira com a árvore propulsora e com as pás do rotor. Na modalidade preferida, a árvore propulsora, que está dentro do eixo-mestre da hélice 4, gira o cabeçote do rotor 3 e, por conseguinte, as pás 12 e as hastes de controle de passo 82, o que, em virtude do fato de estarem conectados com a placa oscilante rotativa 80, atribuem rotação à placa oscilante rotativa 80. As hastes de controle de passo 82 permitem que a placa oscilante rotativa 80 mude o passo das pás do rotor 12. O ângulo da placa oscilante fixa 78 é mudado pela haste de controle cíclico 84 e pelas hastes de controle coletivas 86, presas na placa oscilante fixa 78. Nem todas as hastes de controle são mostradas nas figuras, para proporcionar maior clareza. As hastes podem também ser tubos ou uma estrutura e-quivalente. As hastes de controle das placas fixas são afetadas pelo input do piloto nos controles cíclicos e coletivos, os quais, por sua vez, elevam ou abaixam as hastes cíclicas de controle 84 e as hastes coletivas de controle 86. As placas oscilantes fixas 78 e rotativas 80 estão ligadas com um conjunto de rolamentos (não mostrados) entre as duas placas. Esses rolamen- tos permitem que a placa oscilante rotativa 80 gire no topo da placa oscilante fixa 78. O eixo-mestre da hélice 4 não precisa necessariamente estender-se por todo o percurso até o topo do conjunto do cabeçote do rotor 2. O cabeçote do rotor 3 poderia estar apoiado pela própria árvore propulsora. Igualmente, o próprio carne operacional 6 poderia descansar na árvore propulsora, eliminando a necessidade da integração de rolamentos entre o carne o-peracional 6 e o eixo-mestre da hélice estacionário 4. Contudo, na modalidade preferida, o eixo-mestre da hélice não rotativo 4 proporciona uma estrutura forte para suportar o sistema de carne operacional. A fig. 9 apresenta uma modalidade de uma árvore propulsora 88, inserida através do eixo-mestre da hélice 4 e presa em um flange propulsor do cabeçote do rotor 90 em uma extensão do cabeçote do rotor 92, que é inteiriça ou firmemente presa no cabeçote do rotor 3. A árvore propulsora 88 possui uma superfície de montagem de árvore propulsora que está presa no flange propulsor do cabeçote do rotor 90 por meio de prendedores, tais como pinos, parafusos, rebites ou prendedores equivalentes, aplicados em orifícios de fixação 96. Deste modo, quando a árvore propulsora 88 gira, o cabeçote do rotor 3 e todo o conjunto do cabeçote do rotor 2 giram. O carne operacional 6 é liberado para girar relativamente à extensão do cabeçote do rotor 92 em uma superfície giratória 98, tal como um rolamento.
Em uma outra modalidade alternativa, o eixo-mestre da hélice 4 pode girar e servir de árvore propulsora. Esta é uma construção típica, vista em muitos helicópteros atualmente existentes. Obviamente, em tal modalidade, não haveria necessidade de prover rolamentos entre o carne operacional e o eixo-mestre da hélice, e o cabeçote do rotor e o eixo-mestre da hélice. Qualquer tipo de modalidade poderia acomodar a invenção ora descrita e reivindicada.
As figuras 10, 11 e 11A apresentam uma instalação do cabeçote do rotor da presente invenção em uma modalidade de aeronave híbrida. O conjunto do cabeçote do rotor 2 é mostrado em sua condição coberta, estando as tampas superior e inferior do rotor montadas. Deve-se observar que a tampa poderá ser construída de vários componentes, ou sendo composta de várias peças para alcançar o desejado efeito aerodinâmico e para cobrir a estrutura no interior, conforme desejado. A aeronave mostrada possui asas 100 convencionais, inclusive empenas de estabilização de asas 102, jatos de ventoinha 104 e um fenestron 106. As figuras não obedecem a uma escala, sendo meramente ilustrativas. A aparência física da aeronave, na qual o dispositivo da presente invenção está fixado, poderá ser modificada de modo significativo em relação à aparência mostrada nos desenhos, visando atender exigências operacionais. Um jato vetorial poderá ser usado ao invés do fenestron 106. A figura 12 apresenta uma modalidade que possui uma roda operacional 108 ao invés de um carne operacional 6. De modo semelhante à modalidade do carne operacional, a roda operacional 108 gira relativamente ao eixo-mestre da hélice 4. A rotação da roda operacional 108 move as âncoras das pás 16 no sentido de aproximação ou afastamento do diâmetro externo do cabeçote do rotor 3. Durante esta rotação, as longarinas das pás 10 deslizam nos controladores de guia combinados de passo e longarina 62 e as pás 12, por sua vez, são estendidas para além do diâmetro externo do cabeçote do rotor, ou são retraídas no interior do cabeçote do rotor 3. O sistema pode ser configurado para girar ou no sentido dos ponteiros do relógio ou em sentido contrário. O atuador da roda operacional pode ser um cilindro hidráulico 52 com um pistão hidraulicamente operado, um eletroímã, um sistema de engrenagens, incluindo engrenagens helicoidais, engrenagens de dentes retos, um sistema de cremalheira e pinhão ou outros meios para girar a roda operacional 108, dependendo nas escolhas do desenho. Os controladores combinados de guia de passo e longarinas 62 estão montados no cabeçote do rotor 3 de uma maneira que permite a rotação de cada controlador combinado de guia de passo e longarina 62 quando a roda operacional 108 for girada, e também permitindo que cada controlador combinado de guia de passo e longarina 62 efetue passos em relação a uma haste anexa de controle de passo (não mostrada). O desenho é esquemático, não obedecendo a uma escala, e apresenta seis pás, mas pode haver qualquer número de pás, dependendo das escolhas do desenho. O conjunto de placa oscilante opera essencialmente da mesma maneira conforme anteriormente abordado. As pás podem ser avançadas para a frente ou recuadas (no sentido dos ponteiros do relógio ou em sentido contrário) relativamente à rotação do sistema, a ser determinado por testes de voo para cada aplicação e tipo de aeronave.
Afig. 13 apresenta uma modalidade, na qual a longarina 10 está retraída e/ou estendida de modo hidráulico ou pneumático. A extremidade mais próxima da longarina 10 inclui uma câmara selada de fluido 110, na qual está integrado um pistão estacionário 112. O fluido é injetado e escoado através de uma seção frontal da câmara 114 e de uma seção traseira 116 do pistão estacionário 112, através de orifícios ligados a linhas hidráulicas do pistão 118, com o que a pressão muda na frente e atrás do pistão 112, ocasionando a retração ou extensão da longarina. O desenho é esquemático, não obedecendo a uma escala, e apresenta apenas uma pá, mas pode haver uma pluralidade de pás. O conjunto da placa oscilante, inclusive as hastes de controle, opera essencialmente da mesma maneira conforme anteriormente abordado. Guias de longarinas 14 e um eixo operacional de controle de passo 24 operam essencialmente da mesma maneira conforme anteriormente abordado. As longarinas podem também ser de ação telescópica tendo, por exemplo, dois ou três estágios. Nesta modalidade, não há necessidade de um carne operacional ou roda operacional. Em uma construção alternativa, ao invés de uma força hidráulica ou pneumática, poderia ser u-sado um conjunto de parafusos, ou um atuador magnético ou elétrico.
Ao invés de ter um braço operacional 6, uma pluralidade poderá ser usada. Um exemplo é mostrado na Fig. 14. O carne operacional superior 120 e o carne operacional inferior 122 são mostrados. Com os carnes operacionais superior e inferior verifica-se um equilíbrio de forças atuantes no pino que se desloca na ranhura de carne, sendo ligado à longarina. O eixo operacional do passo 24 e as guias de longarina 14 operam essencialmente conforme anteriormente abordado. O declive, ou inclinação, da ranhura de carne 8 poderia ser raso ou íngreme, (por exemplo, conforme mostrado em 8'), dependendo dos parâmetros operacionais e escolhas de desenho. O desenho é esquemático, não obedecendo a uma escala, e mostra apenas uma pá, mas pode haver uma pluralidade de pás. O conjunto da placa oscilante, inclusive as hastes de controle, opera essencialmente da mesma forma como anteriormente abordado. O desenho da fig. 15 apresenta ainda uma outra modalidade, empregando um tambor ou carretei 124 para reduzir a extensão do cabo 126 ou elemento flexível de conexão, com isso a longarina 10 é posicionada mais próxima do tambor, reduzindo o comprimento efetivo da longarina. A figura apresenta uma engrenagem helicoidal, operando o tambor ou carretei 124, mas outros conjuntos de engrenagens poderíam ser usados, como engrenagens de dentes retos ou engrenagens helicoidais transversais. Qualquer tipo de mecanismo auxiliar poderia ser usado, dependendo das escolhas de desenho. O cabo flexível poderia ser uma corrente, cabo de aço, correia de kevlar ou algum material composto. A força centrífuga extrairía a pá quando o tambor ou carretei 124 fossem girados em uma direção para aumentar o comprimento do cabo. O desenho é esquemático, não obedecendo a uma escala, e apresenta apenas uma pá, mas poderia haver uma pluralidade de pás. O conjunto da placa oscilante, inclusive as hastes de controle, opera essencialmente da mesma maneira conforme já anteriormente abordado. Guias de longarinas 14 e um eixo operacional de controle de passo 24 operam essencialmente na mesma forma como já anteriormente abordado.
As figuras 16 e 17E abordam uma modalidade da invenção que não utiliza ranhuras de carne no carne operacional. Um carne operacional com ressalto 130 está preso no conjunto do cabeçote do rotor, da mesma maneira como o carne operacional 6. Nesta modalidade, o carne operacional 130 inclui um recesso 142. Longarinas de pás 10 são fixadas nas suas raízes em cada orifício de montagem 132, empregando ou uma borracha tipo Lord, tipo uniball de aço, ou um rolamento de montagem tipo teflon 134, preso por um pino para montagem de rolamento 136, sendo posicionado no recesso 142, conforme mostrado na fig. 17E. Esta parte do recesso poderá também ser formada por um carne operacional com ressalto de camada du- pia (30, tendo uma camada ou placa inferior 131. Este tipo de construção permite que a longarina de pá 10 e a lâmina 12 girem ao redor de seus eixos longitudinais, quando o passo é mudado pelo eixo operacional do passo, o que nas figuras 16 e 17 é mostrado como eixo operacional de controle I36. O rolamento 134 também permite que a longarina de pá 10 gire ao redor do rolamento, quando o carne operacional com ressalto 130 é girado para retrair ou abrir as longarinas de pás 10 e as pás 12, de modo semelhante à operação do mecanismo mostrado na Fig. 12. A Fig. 16 também apresenta linhas de referência que mostram a mudança nos ângulos das longarinas de pás e pás da posição plenamente aberta 144 em 0oaté uma posição completamente retraída 146, em 18°. O mesmo de rolamento de montagem 134 pode ser usado juntamente com qualquer eixo operacional de passo ou eixo operacional de controle para permitir movimento rotacional relativo, com as hastes de controle de passo presas aos suportes de passo ou suportes dos controles. Por exemplo, um rolamento de montagem do tipo 134 seria inserido no recesso 140 do eixo operacional de controle 138. O rolamento de montagem seria então preso na haste de controle de passo, permitindo movimento horizontal e vertical à medida que as pás 12 são retraídas e estendidas. A Fig. 17a apresenta uma guia de longarina oscilante 148, tendo uma abertura transversal quadrada 150 para receber uma longarina de pá 10 de modalidade semelhante. Um eixo operacional de controle 138 (Fig. 17C) com abertura 152 de modalidade semelhante, está preso na guia de longarina oscilante 148 com parafusos 154 de comprimento fixo que terminam nos encaixes de parafusos 156 na guia de longarina 148. Assim sendo, é possível prover folga entre a guia de longarina 148 e o eixo operacional de controle 138.
Além disso, o eixo operacional de controle 138 possui orifícios transfixantes arqueados 158, através dos quais são inseridos os parafusos 154 de comprimento fixo, e estes parafusos são depois inseridos em encaixes de parafusos 156. As folgas criadas por esta construção limitam o retorno para os controles da aeronave, ocasionados pelo batimento das pás. A guia de longarina oscilante 148 inclui uma inserção flexível, como uma inserção elastomérica 151, permitindo a rotação de passo da longarina 10. A inserção elastomérica 151 está revestida com uma cobertura 20, conforme já antes mencionado. A guia de longarina oscilante 148 está presa no cabeçote do rotor 32 por um conjunto oscilante 160 que permite que a guia de longarina 148 gire à medida que a longarina de pá 10 estiver retraída e aberta. A Fig. 17B apresenta uma modalidade alternativa da guia de longarina oscilante 148, sendo a única diferença que a abertura central é uma abertura estirada 162 que se ajustaria a uma longarina de pá 10. Inclui também uma inserção elastomérica 151 e um revestimento 21 que define as estrias. Um eixo operacional de controle estriado 139 com uma abertura compatível e estriada de eixo operacional de controle 164, está preso na guia de longarina 148 (Fig. 17D).
Deve-se notar que o conjunto do cabeçote do rotor 2 poderia ser concebido para estender e retrair as pás 12 em uma pluralidade de formas. Uma forma é abertura e retração direta do centro de rotação do carne operacional 6, conforme mostrado na Fig. 1. O carne operacional 6 pode girar ou no sentido dos ponteiros do relógio ou em sentido contrário. As figuras (2 e 16 apresentam configurações que projetam as pás 12 de uma posição totalmente aberta para uma posição retraída, conforme mostrado nas Figuras 12 e 16. As pás 12 podem ser desenhadas para se projetarem para a frente ou para trás em seus percursos de voo. A decisão fina! se a rotação deve ser no sentido dos ponteiros do relógio ou em sentido contrário para o conjunto do cabeçote do rotor 2, e se as pás se projetam para a frente ou para trás, ou se abrem e retraem ao longo da linha radiana do conjunto do cabeçote do rotor 2, está diretamente vinculada ao formato, tamanho e peso da aeronave hospedeira.
Na modalidade preferida, o cabeçote do rotor está coberto com uma tampa do cabeçote do rotor, tendo uma seção superior e uma seção inferior, as quais, depois de montadas, poderíam apresentar um formato de aerofólio, que reduz o arrasto e poderia prover um corpo de suspensão para a aeronave. Exemplos de tais conjuntos completos podem ser vistos nas Figuras 10 e 11. As configurações mostram apenas alguns poucos exemplos de guias de longarinas e suportes de passo, mas desenhos alternativos podem ser empregados. Outras mudanças podem ser feitas nos componentes do sistema e seriam modificações de desenho hábeis e óbvias aos especialistas na técnica. A invenção também poderá ser utilizada em um sistema de rotação contrária que tem dois conjuntos de pás rotativas, uma acima da outra, girando em direções opostas. Neste sistema, o rotor de cauda não é necessário. Exemplos e configurações das invenções conforme aqui expostas são ilustrativos e não pretendem, de qualquer maneira, limitar a invenção. Os exemplos não devem ser interpretados como limitações da presente invenção, visto que muitas variações da mesma são possíveis, sem abandonar a essência e o escopo.