BRPI0802892A2 - cabine inflável para aviões - Google Patents

Abstract

Cabine Inflável Para Aviões. Caracterizado por Componentes Estruturais lnfláveis capazes de suportar choques mecânicos de Alto Impacto, que podem ser colocadas em volta, acima e embaixo de uma cabine convencional de um veiculo, terrestre aquático ou aéreo, tal como na estrutura interna ou externa da fuselagem de um avião, fig 36. Cada um dos componentes infiáveis toroidais, são feitos de material flexivel de tal forma a ser enrijecida por uma câmara de ar (61, 78, 84) em seu interior, o que o torna um corpo dotado de grande índice de rigidez e resistência mecânica ao impacto, podendo suportar colisões a mais de 400 km/h sem que seja destruida, salvando assim seus ocupantes. Sua resistência a grandes choques deriva do fato de que, tal como numa bola de futebol, tais estruturas não serem, em principio, quebráveis. Os Componentes Estruturais Infláveis de Alto Impacto (para Aviões), são compostos basicamente por dois tipos de materiais; um flexível, composto da câmara de ar e de suas varias capas de contenção e proteção (62 a 68), e outro, sólido, composto de conexões na forma de flanges (73, 74). A Cabine Inflável é assim composta por 5 componentes básicos e principais; pela Cabina Inflável formada pelos toróides T1 (35), T2 (36), T3 (37) e T4 (39), dentro da qual situa-se, protegida, uma Cabina Interna Sólida. (41). A Cabine Inflável para Aviões alem de não se deformar com a queda do avião, também diminui a velocidade de queda, amortece o choque, é insubmergível na água, e naturalmente blindada contra fogo, fumaça e frio, transformando-se numa segura e célula de sobrevivência caso cair em lugar inóspito ou de clima muito adverso, até que possa vir o resgate. Os componentes infláveis para aviões também podem ser utilizados na área da Engenharia Civil, na construção de torres, bases flutuantes, pavilhões e pontes, barcos, pára-choques, entre outras aplicações. Prioritariamente destina-se ao uso em ultraleves, fig 56 e aeronaves de tamanho médio, fig 37.

Description

"CABINE INFLÁVEL PARA AVIÕES"

O presente Pedido de Invenção refere-se a um sistema de construção de cabines infláveis para aviões, baseado no uso da tecnologia dos "Componentes Estruturais Infláveis de Alto Impacto", o qual se constitui basicamente, num conjunto de componentes infláveis de diversas formas geométricas tais como de toróides, cilindros retos e arcos toroidais, entre outros. São conectados uns aos outros através de modelagem ou de conexões próprias as quais permitem a montagem de qualquer tipo de cabine inflável. Os componentes infláveis são projetados, por suas características, para resistirem a colisões em velocidades de até 400 km/h, ou mais, conforme o projeto, a fim de salvar, ou dar uma chance maior de sobrevivência a seus ocupantes, em caso de acidentes.

INTRODUÇÃO

Atualmente qualquer tipo de aeronave; grande ou pequena, é montada baseando-se numa estrutura formada por diversas longarinas e travessas que constituem o 'esqueleto' ou base estrutural das demais partes da aeronave. As longarinas e travessas que dão forma a aeronaves feitas á base de tubos ou treliças sólidas, são, na maioria das vezes, totalmente feitas com material de natureza metálica ou com o uso parcial de componente estrutural feito à base de compósitos. De um modo ou de outro, estes dois materiais por serem fisicamente rígidos e delgados sofrem grande deformação durante um choque mecânico, razão pelo qual a fuselagem pode ficar inteiramente destruída, comprimida e retorcida após uma colisão com o solo. Deste modo, explica-se o motivo pelo qual há tantas vitimas fatais num acidente de avião; devido à destruição do habitat dos passageiros e tripulantes que acabam ferindo-se gravemente ou morrendo por diversos tipos de traumas, entre os destroços. É exatamente visando construir uma aeronave mais resistente ao choque mecânico, sem que seu peso a torne inviável, é que é apresentado este pedido de patente de invenção, que protegeria, em última instância, as longarinas e travessas metálicas ou rígidas, de uma cabine convencional (121), através de uma estrutura formada por uma parede de toroides infláveis (115), quecolocadas em tomo da parte externa da fuselagem, funcionaria como eficiente pára-choque, impedindo que a parte metálica da cabine seja atingida ou retorcida.

ESTADO DA TÉCNICA

Ao Estado da Técnica há duas considerações a fazer:

A tecnologia de estruturas infláveis é bastante utilizada atualmente principalmente na construção de botes infláveis, fly-boats e dispositivos salva-vidas destinados ao seu uso na água devido a sua grande capacidade de flutuação, evitando desta forma o afogamento de seus usuários. O Fly-boat (bote voador) é um tipo de ultraleve que utiliza a base de um bote inflável como cabine e trem de "aterrisagem", visto que decola e "aterrisa" na água. Apesar de certa semelhança com a "Cabine Inflável para Aviões", o fly -boat não foi feito para uso efetivo em aeronaves comerciais, para transporte normal de passageiros ou cargas, nem para resistir a altos impactos semelhantes ao verificado em choques de até 600 km/h contra o solo em caso de queda.

Mesmo sendo um componente inflável relativamente resistente, o bote inflável facilmente dobraria ao meio num choque mais violento, o que não acontece com a "Cabine Inflável para Aviões" . Deste modo, pode-se dizer que não existe, ou pelo menos não se encontrou nenhum similar que fosse usado em aeronaves de forma tão abrangente, ou feito de tal modo a poder formar uma cabine que ao mesmo tempo que resistisse a grandes impactos, também formasse uma fuselagem totalmente fechada do avião. Por poder ser muito bem fechada por todos os lados a "Cabine Inflável para Aviões" pode inclusive ser pressurizada como nas cabines convencionais, podendo fazer vôos em grandes altitudes. Para tanto utiliza-se de uma cabine interna sólida, feita de fibra de carbono em estrutura monobloco (41), fig 22, de tal modo que esta cabine depois é só encaixada em meio aos toroides T1 (20, 21), T2 (22), T3 (23) e T4 (24), ficando desta forma protegida contra altos impactos. Os Toroides a exemplo do toróide T3 pode ter sua capa moldada de modo que depois de inflado tenha o desenho de um toróide encurvado (46), fig 25, de tal modo a acompanhar as curvas da cabine e oferecer maior proteção à estruturamonobloco (41) por ela envolvida. Dito de outra forma, podemos dizer que os toróides que circundam a cabine monobloco sólida exercem as funções de potentes pára-choques e amortecedores a ar, seja qual for o ângulo de colisão da cabine inflável com o solo.

Já existiu outro Pedido de Invenção neste sentido, protocolado pelo próprio autor. Trata-se do "Camarote Salva-Vidas para Aviões" protocolado sob o numero PI9802247-4 de 06/07/1998 classificado sob o código B64D 25/12 (Cápsulas ejetâveis). Este mesmo PI chegou a ser protocolado também nos Estados Unidos, mas atualmente se encontra arquivado, devido aos altos custos de sua manutenção técnica no exterior. No atual modelo, porém, a "Cabine Inflável para Aviões" possui melhorias técnicas significativas, que inclusive permite a construção de um protótipo praticamente livre de falhas seja na sua parte teórica seja na sua parte prática ou de funcionamento efetivo. O presente PI baseado nos "Componentes Estruturais Infláveis de Alto Impacto" (CEIdAI), visa, alem de tornar o PI mais objetivo e especifco, - visto que no PI 9802247-4 havia um numero muito grande de modelos teóricos de um avião dotado de cápsula salva-vidas, - de apresentar um considerável avanço no seu processo construtivo, facilitando muito sua construção, na prática.

DESCRIÇÃO

Para facilitar a descrição dos princípios do invento, será utilizado como exemplo demonstrativo e sobretudo prático, de sua aplicação, um avião de pequeno a médio porte denominando-o, para efeito de referencia, de Avião-Bunker (AB). Na Cabine Inflável do Avião Bunker, só existe uma porta de entrada que também serve de escada (19), que fica atrás da fuselagem, fig9 (27) e fig52 (117, 118), permitindo que as portas laterais (25) sejam substituídas pela proteção dos toróides pára-choques. Ao abrir-se esta única porta de acesso traseira, pode também ser utilizada como escada (19) do avião. As colisões geralmente ocorrem de forma frontal ou lateral, encontrando ali a proteção continua dos toróides que.servem de eficientes para choques, ao mesmo tempo em que a única porta dé entrada ou saída (117, 118) tende a semanter preservada, permitindo a saída incólume e rápida dos sobreviventes. O "Avião Bunker" tem esta denominação porque os passageiros e tripulantes em seu interior têm a nítida sensação de estarem dentro de uma casamata aérea devido à grossura ou espessura de suas paredes externas. Como se sabe, bunker era o nome que os alemães davam a suas casamatas ou abrigos subterrâneos para oficiais, durante a 2a Guerra. O Bunker basicamente consiste numa fortaleza fortificada, construída abaixo do solo feito com grossas paredes de concreto armado com ate um metro de espessura. Por definição um Bunker destina-se, portanto a proteger seus ocupantes do fogo inimigo. No caso do Bunker aéreo ele tem basicamente a mesma função; defender seus ocupantes contra toda espécie de ataque que se abate contra o aparelho quando ele cai contra o solo. Para tanto ele precisa ser constituído por uma parede que seja realmente muito forte e resistente contra o choque e todas suas conseqüências. Fugindo ao uso de metal e compósitos reforçados, que mesmo sendo leves, ficariam muitos pesados, a melhor solução fisicamente viável é o uso de uma fuselagem feita à base de componentes estruturais infláveis de alto impacto, e estes têm o único inconveniente, ou virtude, de terem que ter uma espessura significativamente maior que uma estrutura metálica ou de compósito convencional. De fato ao final da montagem a espessura da fuselagem de uma aeronave de pequeno porte, para 4 ou 6 pessoas podem ficar entre 40 cm e 50 cm a mais, de cada lado. A estrutura básica que compõem um avião do tipo Bunker (de cabine inflável) é composta de 3 partes descritos em 3 capítulos, a saber:

Capitulo 1. CABINE EXTERNA INFLAVEL

Formada por:

1) Componentes Infláveis: Contêm o pneumático e suas respectivas camadas de proteção.

2) Conexões: Consistem nos diversos tipos de conexões utilizadas para tornar os componentes infláveis intercambiáveis e estanques.

3) Válvulas: Consiste num sistema de válvulas de injeção, contenção e retirada de ar dos componentes infláveis, destinados a manter a pressão do arinterna estável e devidamente calibrada nos níveis corretos.

Capitulo 2: CABINE INTERNA SOLIDA

Capitulo 3: ESTRUTURA TUBULAR EXTERNA

Iniciamos com o capitulo 1:

Capitulo 1: CABINE EXTERNA INFLÁVEL.

Os Componentes Estruturais Infláveis de Alto Impacto (CEIdAI) que entram na fabricação de uma "Cabine Inflável para Aviões" na fabricação de um Avião Bunker típico possuem diversos formatos geométricos (1, 35, 36, 37, 39) de modo a poder atender ao sistema construtivo da cabine a ser montada, fig 51, mas basicamente todas elas possuem a mesma forma de construção e características físicas individuais; são corpos feitos com uma câmara de ar interna reta (78), fig39, ou curva (65), fig 38, que permitam serem inflados e posteriormente colocados dentro de uma capa de proteção externa (68, 77), fig 38, também de forma toroidal, a qual por sua vez é formada por diversas camadas de proteção (61 a 68), fig 33, destinadas a suportarem forças de impactos bastante altas sem se destruírem. A fig 33 mostra em detalhes todas as camadas de uma pequena amostra ou retalho, fig 35 (69), de todos os materiais e camadas que fazem parte da construção de um componente toroidal inflável típico. Embora de formato cilíndrico ou toroidal tais peças quando jogadas de encontro a uma parede sólida, em alta velocidade devem se comportar como uma bola de futebol, fig 32 (Anexo 1/1) ; devem bater na parede ou piso (55) sólido e voltar (57), sem se destruir. Tal tipo de choque chama-se em Física, de "Choque Elástico", pois o corpo em colisão com a parede não é amortecida pela deformação da peça no momento da colisão (55), visto não ter havido deformação significativa nem irreversível. Se ao invés de uma bola de futebol fosse jogada uma lata vazia ou fechada (54), esta ao se chocar contra a parede ou piso ficaria amassada, ou se desintegraria (56), e portanto teria seu choque também bastante amortecido, às custas do grande amassamento da latinha (54). Neste tipo de choque a latinha ricochetearia muito pouco, em comparação a uma bola de futebol (57), e por isto este tipo de colisão se chama de "Choque Inelástico". A parte da Física quetrata dos Choques Elásticos e Inelásticos descreve muito bem estas situaçõese permite fazer cálculos precisos, dadas as massas, velocidades e coeficientede elasticidade de dois corpos em colisão.

COMPONENTES ESTRUTURAIS INFLÁVEIS BÁSICOS DA CABINE PARA AVIÕES:

A Cabine Inflável para Aviões tem como um dos principais componentesconstrutivos, componentes infláveis de forma toroidal (35, 36, 37, 39), por isto éconveniente saber de antemão o que é um Toroide do ponto de vistageométrico e como ele deve ser construído para uso em aviação.

TOROIDES CIRCULARES INFLÁVEIS

Geometricamente chama-se de toróide, fig1 (1), a figura, em 3 dimensões, deum corpo de forma circular que possui dois raios; o raio menor r (53) e o raiomaior R (52), fig 29. Tomemos como exemplo a câmara de ar do pneu de umcarro cheia de ar; ele possui um raio maior R de aproximadamente 25 cmequivalente a um diâmetro de 50 cm que compreende o diâmetro (altura) dopneu como um todo, e um raio menor r de uns 7 cm, equivalente a 14 cm dediâmetro, conforme o diâmetro da câmara do pneu. O raio menor ré o raio daseção que contem o ar em seu interior e que se estende ao longo dacircunferência do pneu, enquanto o raio maior R compreende o comprimentototal da distancia entre centro da câmara ate a borda externa de suacircunferência.

O toróide (1) a ser utilizado no avião Bunker tem este mesmo formato básico,mas ele é bem maior de tal forma que possa ter a mesma altura interna, deuma cabine de um avião monomotor.

Neste modelo de protótipo, as dimensões dos toróides foram escolhidas demodo a permitir um espaço interno livre de 1,40 m de altura e largura interna,também livre de 1,40 m (3). Como o raio da seção menor do toróide é de 40cm, a largura e altura totais da cabine são acrescentadas de 80 cm (40 cm amais para cada lado), passando a ter uma altura total de 2,40 m com umalargura total também de 2,40 m.

PRINCÍPIOS DE CONSTRUÇÃO DA CABINE INFLAVEL PARA AVIÕES:PRESSÃO INTERNA DE TRABALHO:

PRESSÃO INTERNA O que torna um corpo inflável qualquer, feito de ummaterial flexível como um tecido impermeável ou borracha, mecanicamente"duro", é a forte pressão do ar P (50), (ver Anexo 1/1), exercida em seu interiorcontra as paredes internas (51) da câmara de ar, fig28, tal como acontecenuma câmara esférica de uma bola de futebol, ou seção toroidal de um pneu,por exemplos. A pressão interna utilizada, ou procurada, será determinada pelotipo de dureza desejada na peça. Pode-se começar os testes utilizando-se umapressão baixa em torno de 2 atm, e a seguir seriam feitos testes de colisõesaumentando-se a pressão de uma unidade de atm a cada teste. A pressãocerta a ser utilizada seria aquela no qual o toróide não sofresse nenhumadeformação maior que alguns cm apos um choque mecânico a 400 km/h porexemplo.

COMPONENTES DA CABINE INFLÁVEL

1) BASE OU ASSOALHO DA CABINE INFLÁVEL:

A Base da Cabine (4, 21, 22, 23) é formada por um conjunto decomponentes infláveis semelhante a um bote inflável, tendo o formato de umzero ou "O' alongado, fig 8. Ela se divide em duas partes básicas; 1) em umtoróide (21) e um cilindro reto (20) que formam o assoalho e, 2) em doistoroides (22, 23) que fazem a elevação e formam as paredes laterais da cabinechegando até à altura das janelas (6). O assoalho visto de frente, fig9 (21) decima, fig 15 (35), de lado, fig21 (21) e em 3 dimensões, fig23 (43, 44), absorvediretamente todo o impacto vindo da parte debaixo.

2) PAREDES LATERAIS DA CABINE INFLÁVEL

As Paredes da Cabine são compreendidas por 2 toróides de 40 ou 50 cm dediâmetro colocados um em cima do outro e firmemente colados de modo aformar uma peça homogênea. Os toroides em questão são, vistos de frente, decima e em 3d; os toroides T2 (22, 36, 45) e T3 (23, 37, 46). Estes toroidesabsorvem diretamente os choques vindos nas laterais ou frente da Cabine. Aseção do componente que fica no centro do assoalho (20, 44) é de um CilindroReto; ele fica colado entre meio o toróide T1 de modo a preencher seu vãolivre. Todos os toroides de T1 a T4 podem ser fixados à estrutura tubularinterna (13, 31, 38), fig7 e fig10, através de ilhoses (48) unidos, de formavulcanizada ou colada, à uma braçadeira (29) que fica na ultima camada dacapa de proteção da câmara de ar interna do toróide.

3) TETO DA CABINE INFLAVEL

O teto da Cabine Inflável composto pelo toróide T4 (24,39,47) é assentadosobre a estrutura tubular das janelas, que fica fixada entre os toroides T3 e T4.O Teto da Cabine Inflável absorve diretamente os choques mecânicos vindosde cima. Esta parte da Cabine é bem protegida pois acima do T4 encontra-se um segmento da assa do avião, que por sua vez se encontra soldado àEstrutura Tubular Externa.

No caso do Toróide T4, é de vital importância que o mesmo seja mantido naposição pela Estrutura Tubular Interna (31, 121), pois esta é sua principalfunção estrutural; suportar qualquer pressão externa, de fora para dentro,exercida contra o teto inflável, impedindo que seja empurrado para dentro. OTeto inflável é por sua vez mantido afastado do toróide T3, para que se possater a necessária abertura para o campo de visão para fora da cabine, o qual éindispensável para o piloto e importante para os passageiros. Quanto maior aproteção que se queira ter dentro da cabine menor deve ser a amplitude desta abertura, deixando-se aberta somente o mínimo de espaço necessário eindispensável, obviamente, para o campo de visão dos pilotos. O teto da cabinesendo protegida pelo toróide T4, garante que o mesmo não seja amassadonem seja empurrado para dentro da cabine em caso de choque, em umacidente. Sobre o toróide T4 do teto é fixado uma chapa ou tampa, ftg 27, a qual se encaixa no corpo do toróide através de braçadeiras (49) , podendo serparafusadas aos ilhoses (48) das capas de proteção dos toroides. Esta tampasó possui a função de vedar a cabine, uma vez que a fixação da asa não é feitasobre o teto da cabine inflável e sim diretamente soldada à estrutura tubularexterna, por ser a única estrutura realmente forte capaz de suportar todos os esforços mecânicos comuns aplicados sobre a estrutura de um avião duranteum vôo.PEÇA ÚNICA A Cabine Inflável, composta pelos toroides T1, T2, T3 e T4pode ser feita (moldada) de modo a formar uma única peça. A união dostoroides T1, T2 e T3 formam um "tanque" ou bote que serve de base (26) ealojamento das cadeiras da cabine. É importante, contudo, que esta peça únicaseja formada por toroides avulsos, pois só assim a cabine como um todo, poderealmente se beneficiar dos princípios físicos e mecânicos que lhe conferemresistência elevada à deformação numa colisão de grande impacto.

A Cabine Inflável formada pelos toroides T1, T2, T3., T4, a EstruturaTubular Interna (31, 121) e caixa de fibra de carbono (122) que os intermedeia, deve formar um único bloco ou corpo inflável monolítico; sólido por dentro eflexível por fora.

4) AIR BAGS-EXTERNOS DA CABINE

Ainda dentro do capitulo dos componentes infláveis, tem-se o uso de air-bags externos o qual tem a função de no caso de uma queda tida como certa eiminente, poderem ser inflados antecipadamente para que no momento daqueda no solo, as janelas e vidros laterais possam ser protegidas contrabatidas ou arremesso de objetos contra sua superfície, aumentando asegurança de quem esta dentro da cabine. Também funciona como coluna desustentação extra do teto, impedindo seu deslocamento para baixo.

Inicialmente o espaço de abertura dos air-bags encontram-se livres e abertos(32), quando acionados, inflam e fecham os espaços abertos (33), fazendo comque a Cabine Inflável fique mais fechada e protegida.

FUNÇÃO DO AIR BAG EXTERNO ESTÁVEL

Os AIR-BAGs EXTERNOS ESTÁVEIS (33) cujos pontos são embutidos nointerior das colunas (97) das janelas (12) e para-brisas (10) de modo que aoser acionado o mesmo é imediatamente inflado fechando desta forma os vãosexistentes (32) entre a base das janelas (6, 13) e o teto externo (11) da cabine,com o fim de proteger as janelas e para-brisas contra objetos que possam serlançados para dentro do avião em função de sua queda contra o solo. O air-bag externo estável (33) tem a mesma função dos toroides (35, 36, 37, 39);oferecer um mecanismo de amortecimento de choque eficaz em colisões naqual exista altos níveis de desaceleração de um corpo, tal como ocorre naqueda de um avião desgovernado contra o solo.

VÁLVULA DE AR PARA AIR BAG ESTÁVEL

O air-bag pode ser acionado automaticamente ou manualmente, por umaVÁLVULA DE AR PARA AIR BAG ESTÁVEL o air-bag, compreendido por umcorpo metálico de precisão contendo 2 cavidades; uma para um botão deenchimento (94) do air-bag, outro para esvaziamento (91) , os quais só podemser acionado após removida uma tampa de segurança (108), podendo seracionado automática ou manualmente, de forma direta pressionando o botãocom mola (107, 105) de abertura da válvula (106) do cilindro de ar comprimido(110), ou por controle remoto através do fio elétrico (98) que sai da cabine, aqual ao acionar um servomecanismo, tipo eletroímã, alinha o canal do embolo(106) com o canal do cilindro (109), deixando assim o ar passar do cilindro(110) para a bolsa (33) através de uma válvula com forma de T (93), o que fazquase que instantaneamente visto ser um ar comprimido, ao mesmo tempo quea válvula é travada com uma trave automática (104), ate ser liberado todo o ar;diferentemente do air-bag convencional, a bolsa de ar é inflada por um cilindrosde ar (110) comprimido sendo que após inflado o ar é mantido dentro da bolsade ar através de uma segunda válvula de ar (102) que não deixa o ar escaparenquanto fechada (100) senão quando um segundo botão com mola (102) dotipo push-botton (101) é pressionado fazendo que o canal do cilindro de saída(101) também se alinhe ao canal (103) de saída abrindo a passagem de ar.

FORMAS DE UNIÃO:

Neste modelo de aplicação de CEI são utilizados apenas 4 toroides inteiros,que em principio, devido a sua simplicidade, não possuem e nem precisam deemendas tal como mostrado na fig 40 onde um toroide A (73) é emendado aoutro toroide B (74) a fim de formar uma única peça AB de formato curvo.Existe uma infinidade técnicas e tipos de engates possíveis de se projetar e serutilizado com êxito, porem devido a complexidade destes componentes e porse tratar de um componente à parte, eles não serão abordados neste pedido.Neste exemplo será utilizado um sistema de engate bem simples baseado emflanges.

Capitulo 2. CONEXÕES E FLANGES

As conexões formadas sempre por um flange, Fig 40, que sempre seencaixam, podem ou não ser utilizadas em sua construção. Seu uso de certaforma diminui um pouco sua elasticidade numa colisão, pois teoricamentepassa a ter componentes quebráveis ou entortáveis, o que reduz um pouco oíndice de restituição da energia cinética do corpo. Levando em conta que seuuso pouco ira afetar a sua flexibilidade como um todo, pois as conexões podemser feitas de um plástico semi-rigido de modo a poder acompanhar adeformação parcial e temporária durante um choque, pode-se fazer uso delessem maiores problemas.

FUNCIONAMENTO: Um flange é compreendido basicamente por doisanéis; os quais posteriormente são unidos com o fim de estabelecer uma formade ligação fixa e firme entre dois meios que podem ser por exemplo, entre ointerior de uma caixa de água com o cano de saída de água do outro lado daparede da mesma caixa de água, ou simplesmente, entre dois canos de águaque tenham de tempo em tempo que ser removido. Os flanges são muitoutilizados em encanamentos da rede hidráulica ou de qualquer outro fluidoliquido ou gasoso. Em nosso caso iremos utilizar flange somente para permitira união mecânica entre dois toroides permitindo que possam ser retirados parareparos quando for preciso. Os flanges utilizados nos toroides são fixados aestes fazendo a extremidade da capa de proteção (68) passar entre a paredeparabólica externa (71) e a parede parabólica interna (70) do flange fêmea(73), a parede parabólica externa e interna são então comprimidas entre si coma ajuda de um segundo flange de passagem (85, 86) que ao ser rosqueadoprende com firmeza a extremidade da capa do toróide ao flange fêmea. Dentroda capa de proteção encontra-s a câmara de ar (65) em cuja extremidadeencontra-se vulcanizado a ela a saída da válvula de ar (72), a qual então chegaao meio externo ao passar pelos orifícios de passagem da capa de proteção,das paredes parabólicas fixa (71), e do próprio flange fêmea (81). O toróide Bno qual é fixado o flange macho (74), repete-se todo o processo de fixação dacamada de proteção e passagem da válvula de ar. Alias, todos os toroideintercambiáveis estão com suas duas extremidades opostas ligados a umflange do tipo fêmea a outro do tipo macho, fig 41, pois só desta forma elespodem ser interligados indefinidamente ate formar a combinação de cabinadesejada. Entre os dois flanges é colocado um anel de neoprene com o fim deajudar no amortecimento de choques mecânicos. A fixação de um flange aoutro por sua vez é feito com auxilio de parafusos (88) que passam pelosorifícios feito na beirada plana (80) do flange. O tipo de encaixe é macho-femeaporque a parte saliente (75) do corpo do flange macho, de menor diâmetro,entra dentro do corpo do flange fêmea, de maior diâmetro, de modo que após. o encaixe as duas superfícies planas parafusadas (80) se encostam diminuindoo comprimento total dos flanges. O uso de um flange do tipo macho-femeapermite dar maior firmeza à união e impede os movimentos laterais. A fig 46mostra um corte do perfil do flange A (87) e do flange B (88).

1. MANUTENÇÃO

O uso de conexões/flanges passa a permitir que com uma conexãoadequada os componentes estruturais infláveis passem a poder ser tambémpeças intercambiáveis, permitindo rapidamente a troca de um componentedanificado ou muito usado por um consertado ou novo.

2. ESTANQUEIDADE

Permite ao mesmo tempo criar um maior numero de compartimentosestanques, Fig 2, de tal forma que se um componente inflável for seriamentedanificado, tal como por um furo que resulte na sua perda de ar e conseqüenterigidez mecânica, este dano fique restrito a uma área atingida menor. Um únicoToroide Circular pode, por exemplo, ser dividido em duas ou quatro partesdistintas de modo a formar dois ou quatro compartimentos estanques pelo fatode ser constituído por duas ou quatro partes atmosfericamente independentesentre sí. Só se deve dividir internamente um toroide se na divisão nãoenfraquecer sua função básica; a de se manter indeformavel numa colisão, docontrario, usa-se câmaras de ar inteiriça para cada peça básica, tal como ostoroides T1 (35), T2 (36), T3 (37) e T4 (39).Capitulo 3. VÁLVULAS DE AR

O enchimento ou retirada de ar, é feita por uma válvula de gás (82), a qual érosqueada no soquete (83) da saída de ar que vem da câmara de ar (61, 78).

CONTROLE E CALIBRAGEM DO SISTEMA DE PRESSURIZAÇÂO:

A calibragem e manutenção do sistema de injeção e contenção de ar emseus níveis de pressão ideais dentro de cada componente inflado podem serfeita manualmente, ou automaticamente por meio de equipamentosautomáticos adequados, muitos dos quais já existentes, bastando adapta-los.Toda uma nova instrumentação de bordo visando os testes de chek-in eposterior monitoramento das câmaras infláveis terão de ser desenvolvidos àparte.

Capitulo 2: CABINE INTERNA SOLIDA

ESTRUTURA DE APOIO DA CABINE INFLAVEL:

Entre o "bote" (20,21,22,23) da cabine e o seu teto (24) é encaixada umaestrutura tubular sólida, cuja seção frontal, fig 7, de metal ou compósito, que seencaixe na parte interna da cabine inflável, fig 5, tem diversas funções muitoimportantes, a saber:

A) Serve de ponto de apoio entre a base da cabine e o teto (11,12,13),garantindo uma ampla abertura num ângulo de ate 360 graus para fora dacabine.

B) Serve de ponto de apoio firme para a colocação das peças e vidros quecompõem as janelas (12) e o pára-brisa (10), garantindo um amplo campo devisão dos pilotos e passageiros para fora do avião.

C) Serve de ponto de apoio e soldagem da parte da asa do avião que passapor cima da cabine (7) de modo que possa ser soldada ou parafusada no perfilmetálico de fixação da asa (8) a qual, por sua vez, encontra-se solidária a umatravessa tubular externa, fig 50 (111), sobre a qual são fixados todos oscomponentes aerodinâmicos e de navegação do avião, tais como das asas, doleme, da cauda e do motor (113), a qual ao mesmo tempo envolve os toróidesda Cabine Inflável como um todo, fig 55. A fig 5 mostra o mesmo perfil metálicoencaixado dentro do espaço da Cabine Inflável. Esta mesma estrutura metálicapode ser melhor vista de vários ângulos onde aparece de frente na fig 4 e fig 7,de lado na fig 10. e de cima na fig 11 e na fig 53 (121) em 3d. A fig 12 mostra aestrutura tubular encaixada na cabine inflável, vista de cima. A mesmaestrutura também é imprescindível para a fixação de um estofamento internoespecial da cabina, visando o amortecimento de choques mecânicos de corposcontra a parede, caso alguém se encontre fora da poltrona na hora de umacidente ou turbulência aérea mais forte. A cabine sólida possui umareentrância no piso (15) e uma reentrância no teto (14) as quais tem o objetivode permitir maior altura da cabine no corredor (26), permitindo que uma pessoa possa andar de pé até as poltronas. A Cabina Interna Sólida (41) écompreendida por um "bote" de fiberglass (122) ou fibra de carbono com abaslaterais (123) moldado conforme o entorno interno do bote formado pelostoroides (115), para que se encaixe com perfeição dentro deles. O molde dobote de fibra carbono é feito de modo a ficar fundido á uma estrutura tubular, de modo a reforçar a estrutura e formar uma única peça de fibra carbononervurada ou armada, fig 54. Por fim sobre a cabina sólida armada é fixada aestrutura que contem os batentes das aberturas (120), a qual também contêmabas curvas laterais, permitindo que as duas abas sejam parafusadas, de talmodo que após envidraçada e fechada a porta traseira, a cabine interna sólidapossa ficar hermeticamente fechada, fig 55, ficando pronta para ser instaladanuma aeronave, fig 56. Este é o objetivo final e principal da Cabine Inflável,proteger a vida humana (124).

POR QUE OS AVIÕES COMUNS SE DESINTEGRAM TÃO FACILMENTE NUM ACIDENTE?

Observe que nas fuselagens de um avião convencional a relação entre aespessura das paredes da fuselagem com a largura de seu vão livre interno, émuito grande e por isto quebra facilmente num acidente. Considerando aespessura das chapas de alumínio que possui menos de 5 cm de espessurauniforme, para um vão livre de 2,50 ma razão 1 R1 = 2,50 m / 0,05 m seriade mais ou menos 50 vezes o que é um valor muito alto, mas que de qualquermodo serve de referencia. Observe agora, na fig29, dá para se ver, pelo cortedas seções retas de raios R e r, pegando o exemplo da fuselagem de 2lugares, fig 1 e fig 8, vemos que a espessura uniforme total é de 50 cm paraum vão livre de 1,50 m, a razão 1,50m/0,50m nos dá um valor de apenas 3. Éfácil ver, apesar destes cálculos empíricos, que quanto menor a distancia entreos vãos de uma estrutura fechada qualquer, mais resistente ela se torna aoschoques. A razão "vão livre" dividida pela "espessura da parede" é uma outraforma de medir, ou prever, a resistência mecânica, de uma estrutura ocaquaisquer, a uma forte colisão mecânica. A Natureza nos ensina muito a esterespeito; basta comparar a resistência mecânica da casca de um coco da bahiacontra a casca do ovo de uma ave, por exemplo. Está certo que nosprimórdios da aviação a fuselagem fosse tão frágil quanto a casca de um ovo.Hoje, porém, com o advento dos novos materiais de alta resistência e baixadensidade, estamos muito mais perto de fazer fuselagens 10 vezes maisresistentes que as atuais, então por que não o fazemos?

RELAÇÃO VÃO LIVRE/DIAMETRO MENOR DO TOROIDE: Observe queas espessuras das respectivas paredes cilíndricas também aumentam com oaumento de seu vão livre. Isto é importante para evidenciar a importância darelação "medida do vão livre / medida da espessura da parede" da cabine,conforme veremos na próxima pagina, e também, para termos uma idéia dovão livre necessário para as diversas configurações de aeronaves.

DA CONSTRUÇÃO DE CADA COMPONENTE INFLÁVEL

É' claro que a construção de cada componente tem que obedecer aos pré-requisitos indispensáveis a serem atendidos, para que as excelentespropriedades elásticas destes componentes possam ser utilizadas comsucesso numa aeronave. Os dois principais requisitos para o sucesso do avião-bunker são: grande capacidade de indeformabilidade (ou indestrutibilidade) dacabine e posterior grande capacidade amortecedora de choque das poltronas.

O presente PI se deterá somente na apresentação do sistema de construçãoda fuselagem ou cabine do avião, propriamente dito, pelo fato de osamortecedores internos a serem dados por poltronas especiais não seremobjeto de invenção nova, por utilizar componentes já existentes ao estado datécnica. (A própria chance de uso de tais poltronas, no entanto, dependem dosucesso da cabine inflável, pois é indispensável para que as poltronasespeciais exerçam suas plenas capacidades amortecedoras, que a cabine aoseja destruída, junto com as própria poltronas.)

INDEFORMABILIDADE

Esta característica deve ser dada pela forma de sua construção mostrada aseguir.

ELEMENTOS TÍPICOS DE UM COMPONENTE ESTRUTURAL INFLÁVEL

(De fora para dentro)

8) CAMADA METALIZADA (68). Para resistir à fricção do ar, caso a cabinenão tiver a proteção de uma ultima camada compreendida por sua carenagem,ou simplesmente para melhor proteção contra as intempéries do tempo (poeira,umidade).

7) CAMADA ANTI-RASGO / PERFURAÇÃO (67): Espessura: 0,25 mm a 1 mm; Material: Tecido de fios de fibra de carbono e/ou aramida6) CAMADA ANTITÉRMICA (66): Temperatura: de -100 C a 800 C;

Material: Fibra de vidro, compósitos

CAMADA DE CONTENÇÃO: Formada por um 'sanduíche' de 3componentes (63, 64 e 65), unidos termicamente sob pressão.5) 2a PELÍCULA IMPERMEÁVEL (65): Película de plástico transparente:

Espessura: 50 microns a 100 microns

4) MALHA (64): Vãos: de 1 mm x 1 mm a 5 mm x 5mm; Material: Fiostêxteis, fibra de carbono ou de vidro; Espessura: 0,25 mm a 1 mm; Sentidos:Radial, Longitudinal e Axial à superfície externa do toróide.

3) 1a PELÍCULA IMPERMEÁVEL (63): Película de plástico transparente:

Espessura: 50 microns a 100 microns

2) MALHA PNEUMÁTICA (62): Malha de fibra de carbono ou fibra de vidroem padrões de 1 mm x 1mm, ou 10 mm x 10 mm.

1) CAMADA PNEUMÁTICA (61): Espessura: 0,25 mm a 1 mm; Material: Látex. Borracha, Neoprene.

1a -CAMADA IMPERMEÁVEL ELÁSTICA (PNEUMÁTICA) (61)No caso deste protótipo, o toróide é feito inicialmente a partir de umpneumático (45, 61) (câmara de ar) de 1 mm de espessura. Ela tem o mesmoformato e molde de uma câmara de pneu e tem o objetivo de servir derecipiente para contenção do ar ou de um gás leve, tal como o hélio, destinadoa lhe dar forma e rigidez. Após obtido um molde que permita ser inflado talcomo a câmara de um pneu, através de uma válvula injetora/retentora de arapropriada (46 e 52), enche-se esta câmara ou pneumático de modo a formarum toróide (1, 2, 3) em cujo interior haja uma pressão atmosférica adequada,conforme a rigidez necessária. O material borrachoso deve ser de um tipoinodoro. Na sua versão normal, ao invés de ar pode ser utilizado o gás hélio,por ser 4 vezes mais leve que o ar e não haver risco de explosão comoacontece com o gás hidrogênio.

Do ponto de vista físico e funcional, o uso do neoprene emborrachado oulátex tem o objetivo de dar maior poder de flexão ou capacidade de deformaçãotemporária durante uma colisão, melhorando sua capacidade deamortecimento de choques mecânicos.

2a - CAMADA PNEUMATICA 2: MALHA ELÁSTICA (62)

Esta camada é fundida junto com a 1a Camada Pneumática, de látex ouborracha, ela tem a finalidade de dar maior durabilidade e maior resistênciasuperficial a impactos. Observe que o mesmo principio matemático empíricoque se aplica na geometria do toróide onde Relação=R/r (52, 53) deve ficarpróximo de 4, também deve se aplicar à tensão superficial dos vários tecidos emateriais planos utilizados na confecção dos toroides. Assim, utilizando aRelação2=Área filme/Espessura filme, ideal deve ficar entre 0,1 mm a 10 mm.Usando o exemplo de um filme de 0,01 mm de espessura com dimensões de10mm x 10mm = 100 mm2 de área temos R2=100/0,01=1 mm. Fazemos comque um filme de 0,01 mm se comporte como se tivesse só 10 x 10 mm,colocando sobre ele, uma malha cujas distancias entre as cordas seja de 10mm, tendo um padrão de 10x10 mm. Como as "cordas" da malha funcionamcomo vigas de apoio, da película de filme apoiada sobre ele, que neste casofunciona como piso, vemos que quanto mais peso ou pressão for aplicadasobre o filme de baixo para cima (tal como se vê na fig 28) onde a pressão doar interna P (50) sobre a película da câmara de ar (51), é exercida de dentropara fora, vemos que o filme (63) sob a malha (64) de 10mm x 10mm terámuito mais condições de suportar a pressão interna que o mesmo filme sobre amalha de 100mm x 100mm. No exemplo da bola, o filme plástico é a primeiracamada e a malha a 2a camada ou camada mais externa, pois o filme tem quese apoiar sobre as cordas da malha. Numa bola de futebol, no lugar da malhausa-se uma capa de couro, a qual após costurada mantém o pneumático emseu interior (câmara de ar) com a mesma circunferência, independente da pressão de ar interna, ou mesmo dos chutes que ela leva. Num toróide parauso em aviação não é possível utilizar capas de couro grossa ou materialsemelhante, por isto é importante o uso de filmes recobertos com uma malhaque ao mesmo tempo que seja muito leve, torne possível o uso de pressõesatmosférica relativamente altas, tendo ainda que ser bastante duráveis e seguras. Este é o motivo básico pela qual a malhas de fibra de carbono ou devidro são utilizadas duas vezes no mínimo num toróide; na camada 2 e nacamada 4.

3a -CAMADAS DE CONTENÇÃO FÍSICA DO PNEUMÁTICO (63)

Esta segunda camada é formada por uma película de plástico de polietileno(PE) de Alta Densidade ou equivalente, com apenas 150 microns de espessura(63). Ela também tem a forma de um pneumático e tem 2 objetivos principais:

2-1 Servir de limitação física contra a expansão da câmara de ar dopneumático durante seu enchimento, através da película plástica maisresistente á expansão do gás utilizado, garantindo suas dimensões físicasexatas.

2-2 Servir de segunda camada de proteção e contenção do ar ou gás Héliodentro do toróide.

2-3 Impedir que gases que se desprendem naturalmente de materiaisborrachosos ou aromáticos saiam da câmara de ar.

4a -CAMADA DE FIOS TRANÇADOS - RESISTÊNCIA A CHOQUESMECÂNICOS (64)Após este primeiro passo da obtenção do toróide circular de Pneumático+Capa de Contenção, ele tem sua superfície externa reforçada por uma malha(64) formada por fios trançados de tal forma a ser enrolada ou entrelaçada nossentidos radial, longitudinal e axial. A distancia entre os fios da malha pode variar de 1 mm a 10 mm conforme o tipo de fio utilizado. Pode-se dizer quedepois de corretamente feita esta operação de enfaixamento por uma malha defios trançados, o toróide teoricamente pode ser submetido a grandes testes deesforços mecânicos e testes de colisão de todo o tipo que ele dificilmente terásua camada plástica rompida pelas enormes forças de compressão do ar de um lado e expansão do ar do lado oposto, exercida sobre os pontos de maiorrecebimento de força durante uma colisão. O uso de uma malha ou telaformada por vãos de 1 mm ou 10 mm na pratica faz com que a camadaimpermeável só tenha sua superfície livre para expansão numa diminuta áreade 1 mm2 ou 100 mm2, fazendo com que o toróide possa suportar sem problemas as grandes forças de compressão/expansão momentâneas a quepode ser submetido tanto externa quanto internamente durante uma colisãoreal ou durante um teste de colisão. A malha de fio trançado tanto pode serfeita pelo uso de fios têxteis naturais especialmente resistentes, como pode serfeito de um material mais nobre e bem mais leve como uma malha formada por

fios trançados de fibra de vidro ou de fibra de carbono. (O uso de um ou outromaterial é determinado pelo seu uso, performance e faixa de custo, semprejuízo de sua segurança).

5a - 2a CAMADA DE PLÁSTICO IMPERMEÁVEL (65):

Tem as mesmas funções da 1a Camada de Plástico, serve pra reforçar e proteger a malha, que assim fica fundida entre os dois filmes plásticos.

CAMADAS COMPLEMENTARES OU ACESSÓRIAS:

Conforme o uso e os níveis de segurança exigidos, cada toróide, ou conjuntode toróides, pode ou deve ainda conter ainda as seguintes camadas adicionais:

6a - CAMADA DE PROTEÇÃO TÉRMICA. (66)

Após a colocação da malha de fios trançados, coloca-se uma pequenacamada de fibra de rocha ou compósito antitermico (66) em forma de faixa, decerta espessura (5 mm a 25 mm), de modo a impedir que o toróide possa serafetado por algum eventual fogo na cabine ou parte externa junto ao motor. Aomesmo tempo serve para manter a estabilidade térmica da camadaimpermeável, impedindo que seja afetada por variações muito grande detemperatura.

7a - CAMADA ANTI-RASGO (67)

O acabamento final de cada Componente Inflável de Alto Impacto, pode serdado recobrindo-o posteriormente com uma capa ou camada anti-rasgo eperfuração (67) feita à base de tecidos de fibra aramida, carbono ou de outrocompósito têxtil semelhante de modo a ser bastante resistente ao rasgo e aabrasão ao mesmo tempo em que mantém a capacidade elástica e de pequenadeformação do toróide durante uma eventual colisão. Tal tecido já é bastantedifundido no mercado, cito para simples exemplo o fio Spectra ® da Honeywell,os quais são utilizados pela indústria, para a confecção de luvas, mangotes,aventais e capuzes destinados a impedir que uma parte do membro superior,ou do corpo, possam ser atingidos ou mutilados por acidentes com facas efacões ou produtos incandescentes na industria frigorífica ou numa usina deaço, por exemplo.

Cálculos preliminares indicam que o peso total de tal fuselagem para 4pessoas seria bastante reduzido, não chegando a pesar 100 kg a 300 kg nototal, conforme a quantidade e qualidade das diversas camadas, o que o tornaextremamente viável para uso na aviação, notadamente neste novo tipo deaeronave.

NANOPAPEL: Um material bastante novo que esta surgindo no mercado é oNanopapel**, um tipo de papel feito com partículas submicroscópicas de fibrasde clulose, da ordem de 20 nanometros, espessura 5000 vezes menor que odiâmetro de um fio de cabelo, o qual se torna tão resistente ao rasgo quantouma fina folha de ferro fundido. Ele pertence a mesma família do conhecidopapel celofane, mas possui um poder de resistência a tração muito maior,enquanto os papeis comuns resistem a uma pressão de apenas 1 MPa(megapascal) Testes mecânicos mostraram que o nanopapel resiste apressões de ate 214 mpa, maior que o ferro que resiste ate 130 MPa, sendoquase tão resistente quanto uma estrutura de aço que resiste a pressões deate 250 Mpa. Os testes foram feitos com um nanopapel de 40 mm de lado comuma espessura de 50 micrometros, ou 0,05 mm. A grande vantagem donanopapel é que ele pode ser dobrado sem se quebrar, aliando flexibilidadecom alta resistência superficial a impactos. O Nanopapel também pode serutilizado no lugar do pneumático, tornando possível construir uma câmara de arate 10 vezes mais leve que uma câmara de ar de látex.

8a- CAMADA METALIZADA (68).

Esta ultima camada tem a finalidade primeiramente, de oferecer umaproteção contra a natural fricção do ar contra as paredes ou superfíciesexternas da cabine inflável durante o vôo, em velocidades maiores, caso estanão tiver sido recoberta pela sua correspondente e ultima camada externa,compreendida pela carenagem do avião. Também pode ser utilizada como proteção extra contra as intempéries do tempo, tais como poeira e umidade. Doponto de vista material a camada metalizada (68) nada mais é que uma finapelícula de alumínio (ou outro material leve e equivalente) com espessuravariando entre 0,1 mm a 1 mm, tendo portanto certa flexibilidade.

CAMADAS DE UM TOROIDE TÍPICO VISTO EM 3D

Vista explodida (61 a 68), fig 34, de uma seção toroidal mostrando as 8camadas básicas de materiais flexíveis que constituem o corpo de cadacomponente inflável.

MODELAGEM:

A confecção dos toroides puros, de forma circular, fig 29, do qual a câmarade ar interna de um pneu é o melhor exemplo, são relativamente fáceis defazer. Mas quando o toróide tem formatos especiais, como o T1, fig 23, deformato plano mas alongado, como o T2, fig 24, de mesmas características deT1 mas com seu curso interrompido numa das extremidades, ou como o T3, fig25, que alem de ser alongado, não é plano, visto que o eixo de suacircunferência, além de fazer curvas no plano xz (largura e comprimento)também faz uma curva no eixo y (altura) subindo ligeiramente na frente eatrás, formando uma peça toroidal de raio r (53) quase constante, mas deformato irregular, - é necessário que se adote uma técnica mais apropriadapara sua modelagem. A técnica mais viável, nestes casos, é primeiro fazer umamatriz sólida, de madeira, pvc ou metal, de superfície antiaderente, que tenha oformato exato do T3, por exemplo. A seguir usando-se de látex ainda liquido,vai se aspergindo o mesmo em torno da superfície externa da matriz, cuidandopara que a "pele" de látex, assim criada, tenha sempre uma espessura de nmm constante. Após solidificado, e retirado da forma ou matriz, tem-se umacâmara de ar de látex bastante fina e leve, com todas as propriedadesmecânicas desejadas, de impermeabilidade e flexibilidade, porém, no exatoformato do toróide T3. Repete-se o mesmo processo para as demais camadas.

Na confecção da "capa" (68, 69) da câmara de ar (61, 62, 78) de látex, amesma tanto pode ser feita individualmente uma de cada vez (fazer e tirar daforma) como pode ser feita de uma só vez, tirando da forma somente depois deassentadas todas as 7 camadas posteriores (63,64,65,66,67,68). Fazer as 7camadas de uma só vez tende a produzir uma capa melhor, pois as diversascamadas ficarão coladas de forma uniforme em toda sua superfície de contatouma com a outra, evitando-se bolsas de ar e escorregamentos entre ascamadas. Este sistema é o mais adequado, pois permite que as camadas feitasde malha ou fios de carbono (62, 64) possam ser perfeitamente entrelaçadasao longo do toróide, permitindo que se faça capas de proteção quase sememendas ou costuras e, portanto, mais resistentes aos esforços e impactosmecânicos.

CABINE INFLAVEL EM ESTRUTURA MONOBLOCO

Em resumo, o objetivo final destes componentes estruturais infláveis é o deformar uma única peça coesa, com a forma de uma cabine ou fuselagem deavião de tal modo que durante um choque mecânico de alta intensidade, seucomportamento se assemelhe o mais possível ao de uma simples bola defutebol; isto é, o corpo deve obedecer à Lei dos Choques PerfeitamenteElásticos. Devido ao formato cônico das fuselagens dos aviões, a cabineinflável também tem um formato oval. Assemelhando-se a uma bola deHendebol, fig 30.

MANUTENÇÃO:

De um modo geral, por não conterem peças móveis ou quesofram grande desgaste, os componentes infláveis tendem a dar muito poucoproblema com a manutenção, constituindo-se numa estrutura de altaconfiabilidade, mesmo quando as pressões de ar não estiveremtemporariamente em seus níveis exatos em uma ou mais unidades. Tambémdeve-se ressaltar que como ele apenas cerca a fuselagem interna (41), e todosos demais componentes de um avião tais como motores, asas, lemes e caudasão fixados a uma Estrutura Tubular Externa, uma eventual despressurizaçãodos toroides não afeta o vôo normal da aeronave.

Capitulo 3: ESTRUTURA TUBULAR EXTERNA

9. SISTEMA DE ACOPLAMENTO DA CABINE INFLÁVEL À UMAAERONAVE CONVENCIONAL:

A Estrutura Tubular Externa (111, 112) consiste basicamente em umaarmação tubular externa sobre a qual são fixados os demais elementosmecânicos e de navegação de uma aeronave, tais como asas externas, cauda,leme, trem de aterrisagem e motores (113). A Cabine INFLÁVEL deve ficarencaixada dentro da Estrutura Tubular Externa, para tanto uma parte daEstrutura Tubular Externa é do tipo removível (112), de tal modo a poder ser retirada sua parte frontal, por exemplo, para a inserção da Cabine Inflável jápronta e depois recolocada no lugar e parafusada. Os aviões que utilizam omotor em cima do avião, fig 55, são particularmente indicados para uso comcabine Inflavel, visto que num choque frontal a cabine pode se soltar maisfacilmente da estrutura tubular e sofrer menos ataque das ferragens que nosaviões com motor frontal. As ligações da cabine de comando com o motor sãodepois refeitas através de cabos elétricos e de servomecanismos especiais.

Também é possível seu uso em aeronaves convencionais mediante pequenasadaptações prévias de um modelo de aeronave já homologada de tal modo quepossa ser equipado com uma Cabine Inflável personalizada ou especificadestinada a resistir ao impacto em caso de acidente ou queda do avião,aumentando de forma efetiva, deste modo, as chances de salvamento de seustripulantes e passageiros. Partindo-se do pressuposto de já termos um modelode Cabine Inflável especialmente desenhada para o uso num avião do tipoCessna modelo Caravan, para 4 ou 6 pessoas, teríamos apenas de fazer umnovo projeto visando sua adaptação a um avião convencional, visto que osprincípios e tecnologias utilizadas seriam basicamente as mesmas.

As ilustrações tendo como modelo o protótipo de um Avião Bunkerpara 4 ou 6 pessoas, não devem ser considerados como fatoreslimitativos do alcance da referida patente.

PRINCÍPIOS FÍSICOS DO AVIÀO BUNKER

__1- No choque perfeitamente elástico sempre que um corpo rígido batecontra um obstáculo também rígido, este bate e volta para trás, inteiro, semsofrer nenhum tipo de deformação ou quebra irreversível. No choqueperfeitamente elástico quase toda energia cinética durante a colisão sãomantidos na mesma forma de energia cinética, só que de sentido contrário, óude mesmo sentido, porém, obedecendo a um certo desvio angular (conforme oângulo de colisão) ocasionando um movimento de recuo ou de desvio lateral,razão pela qual após o choque o corpo sólido,de menor massa tende acontinuar em movimento até que toda energia cinética seja gradualmenteamortecida pela força de atrito e outras formas de forças dissipativas presentesno local do choque. Nos Choques Perfeitamente Elásticos o índice derestituição da variável e é igual ou aproximadamente igual a 1.

2 - No Choque Perfeitamente Inelástico, por sua vez, ocorre o contrario:quase toda energia cinética, durante a colisão, é amortecida no ato do choque,transformando toda energia cinética na forma de calor e energia mecânica dedeformação ou, em energia cinética repartida entre os dois corpos colidentes,caso ambos sejam corpos moveis, de tal forma que não há recuo nemdestruição dos corpos. Neste caso o índice de restituição e fica entre 0 e 1. Emnosso caso especifico, temos um caso em que um corpo em movimento (oavião) de pequena massa, colide com um corpo em repouso e massa quaseinfinita (o solo), razão pela qual o corpo em movimento perde toda sua energiacinética na forma de calor (o qual é energia na forma de ondaseletromagnéticas na faixa do infravermelho e da luz visível) e deformaçãomecânica. Exemplo de choque inelástico é o de um automóvel que se choquecontra uma parede; ao bater na parede toda lataria frontal é comprimida eamassada de modo que toda energia cinética existente antes da colisão setransforma em energia de calor e energia mecânica de deformação. Nestecaso, o índice de restituição é igual ou aproximadamente igual a zero (0). Naindústria automobilística os automóveis têm sua lataria projetada pararealmente se deformarem durante um choque frontal, com o intuito deamortecer o choque numa colisão, o problema é quando a deformação vaimuito além do capo, destruindo também a cabine do veiculo. Como se podelogo perceber, sobre a cabine de uma aeronave estas deformações daestrutura metálica de um avião em queda são muito mais drástica e destrutiva,devido a altura de queda e velocidade com qüe um avião se choca contra osolo.

GEOMETRIA:

Outro fato importante a considerar, é de natureza geométrica; na construçãode um toróide inflável, capaz de resistir aos choques externos é preciso quehaja uma certa equivalência entre o raio r (52) do seu tubo e o raio R (53) dotoroide como um todo. No modelo a relação R/r é aproximadamente igual a 4,resultado da divisão de 160 cm por 40 cm. Para aviões de cabine maiores, oraio r deve sempre estar próximo de 1/4 do raio maior que circunscreve afuselagem cilíndrica de um avião. Pode haver pequena variação neste numero,para mais ou para menos, mas em geral a relação mínima de 1:4 parece ser amais apropriada.

DINÂMICA DA COLISÃO: Por ter normalmente 3 vezes mais massa que aestrutura tubular externa, pode se dizer que num choque violento contra o soloa cabine terá a tendência de se desprender do restante da estrutura externa doavião, de modo a poder realmente ricochetear no solo, ou na pior das hipótesesrolar por uma distancia maior antes de parar, o que pode ser de vitalimportância para a sobrevivência dos passageiros e pilotos após o choqueinicial, pois quanto maior for o espaço de frenagem, menor é o impacto dochoque sobre os ocupantes. O texto a seguir descreve como um espaço maiorde desaceleração interfere no maior amortecimento de um choque frontal emtermos de g.

FAIXA DE FUNCIONALIDADE DA CABINE INFLAVEL QUANTO ÀVELOCIDADE DE COLISÃO

É do amplo conhecimento dos físicos que um corpo em queda livre,independente da altura em que ele cair, tendera depois de certo tempo dequeda a ter uma velocidade de queda constante, chamada de "velocidadeterminal", estabilizando-se em torno de 190 km/h. A velocidade terminal éresultado do efeito de frenagem que o ar exerce sobre um corpo em quedalivre.

Segundo as estatísticas, aproximadamente 80% dos acidentes aéreosacontecem exatamente durante as operações de pouso e decolagem dosaviões. Coincidentemente, as velocidades de ascensão ou de aproximação também se situam próximo aos 190 km/h chegando no momento da decolagema 280 km/h nos aviões maiores. Isto quer dizer que tanto num caso como nooutro, os passageiros e tripulantes teoricamente teriam todas as chances desobreviver a um acidente aéreo que ocorresse abaixo dos 300 km/h caso acabine de seu avião fosse fisicamente indestrutível de modo que a violenta desaceleração sofrida pudesse ser absorvida normalmente, simplesmente comos passageiros sentados em suas poltronas, mediante o uso do cinto desegurança e de poltronas construídas para amortecer melhor o impacto docorpo das pessoas sobre elas. As características técnicas, que uma cadeiraamortecedora de choques verticais deve ter, são discutidas mais adiante.

Existe naturalmente a possibilidade de que possa haver chances desobrevivência ate em choques que ocorram em seco a mais de 300 km/h,devido à concorrência de outros fatores favoráveis que eventualmente puderemocorrer, mas estes casos são mais raros e diminuem gradativamente à medidaque a velocidade de colisão for maior.

Esta é a razão básica, portanto, de se partir para a construção de umacabine, que tendo as mesmas propriedades de um corpo sólido num choqueelástico, não se destrua durante o choque, mantendo sua forma original e comisto garantindo o habitai e o espaço vital dentro da cabine.Segundo relato de casos reais, o ser humano pode suportar desaceleraçõescorrespondentes até de 10g a 20g (vinte vezes a aceleração da gravidade daTerra que é de 9,81 m/s2 ), desde que apenas durante uma pequena fração desegundo.

A fórmula que relaciona o numero de g em função da velocidade v e dadistancia percorrida x durante uma certa distancia percorrida durante umadesaceleração partindo de uma velocidade inicial Vi ate uma velocidade finalVf=0 é a mesma da velocidade de escape da Terra: v=raiz(2.g.R) (Equação 1)onde R é o raio da Terra. Fazendo a conversão para g temos : g=v2/2.R ondefazemos R=x e g=a obtendo a= \/z/2.x (Equação 2), onde a é a aceleração.Fazendo um calculo com apenas dois valores de referencia temos para oprimeiro caso com a mesma velocidade terminal e de colisão de 200 km/hcontra o solo, três valores, dependendo da distancia percorrida até a frenagemtotal:

para x1=0,73 m o numero de g é de Ng=315g,\á —

para x2=5 m o numero de g baixa para Ng=31g, e--------

para x3=20 m o numero de g baixa para apenas Ng=8g----

Para encontrar o numero de g Ng basta dividir a Equação 2 de a por g=9,81m/s2 para cada valor de x. Observeentão o quanto é importante o espaço de frenagem disponível durante umacolisão. Este espaço de frenagem pode acontecer de diversas maneiras; comoum avião aterrisando em meio a uma floresta, em meio a água em sentidorasante, em um mergulho parcial na água, ou em meio ao próprio solo irregular,o importante é que o choque não seja frontal em meio a um paredão maciço,mas se tal ocorrer também pode haver sobrevivência se o ângulo de colisão formaior ou menor que 90°.O que ocorre com as aeronaves convencionais, no entanto, é que devido afragilidade da sua fuselagem os passageiros dificilmente se beneficiam destaschances bastante grandes de sobreviver aos níveis de desaceleração dadospor estes fenômenos físicos, pois o aparelho acaba se desintegrando oupegando fogo. Numa cabine virtualmente indestrutível, os mesmos passageirospodem sobreviver à maioria dos acidentes aéreos notadamente se adesaceleração ocorrer na faixa dos 10g ate um máximo de 50g.

REFERÊNCIAS:

Mais informações sobre Queda Livre pode ser encontrada nos seguintes livros:

FÍSICA Vol. 1 - TIPPLER

5.6 Movimento com Força Retardadora Proporcional à Velocidade (págs. 138-140)8.7 Impulso e Média Temporal de Uma Força (págs. 234-237)

FÍSICA Vol. 1 - JAY OREAR.

-Exemplo 9. Limites de aceleração suportado por um astronauta (pág. 21).

-Historia de um pára-quedista sobrevivente de um salto a 1200 pés (366m) sem abertura dospára-quedas (pág. 21).

** Nanopapel

http://www.inovacaotecnologica.com. br/noticias/noticia. php?artigo=super-papel—nanopapel-e-

mais-dificil-de-rasaar-Que-o-ferro&id=010160080613

Bibliografia original:

"Cellulose Nanopaper Structures of High Toughness"

Marielle Henriksson, Lars A. Berglund, Per Isaksson, Tom Lindstro, Takashi Nishino

Biomacromolecules - Vol.: 9 (6), 1579-1585- DOI: 10.1021/bm800038n

4. APLICAÇÕES

O uso dos "Componentes Estruturais Infláveis de Alto Impacto" tendo comoexemplo de aplicação no projeto do "Avião Bunker" destina-se, por suasparticularidades, para quaisquer ramos da aviação comercial, civil ou militaronde se exija o máximo nível de segurança possível, em vôos de linha ouespeciais.

Os "Componentes Estruturais Infláveis para Veículos de Transporte" também podem ser utilizados em carros de passeio, caminhões e ônibus do tiporodoviário. Ao ser utilizado como pára-choque inflavel, ele permite, porexemplo, amortecer significativamente o choque frontal de um carro de passeiocontra um caminhão de carga, permitindo um afundamento gradual de 30 a 50cm do veiculo menor dentro do pára-choque a ar, antes de bater em umobstáculo metálico mais sólido, podendo com isto, salvar muitas vidas.

Embora seja dada muito maior ênfase no uso de veículos de transportevisando proteger seus ocupantes contra acidentes em alta velocidade, os"Componentes Estruturais Infláveis de Alto Impacto" também podem serusados com sucesso em projetos da área da Construção Civil, na construçãode peças autoportantes ou auxiliares de Pavilhões, Silos, Pontes, Torres (degrande altura), Bóias, Aeróstatos e outros tipos de aplicações possíveis.

5. CONCLUSÃO

A principal vantagem dos componentes estruturais infláveis (de alto impacto),no âmbito da construção de aeronaves como no exemplo, hipotético, de um"Avião Bunker", é a virtual indestrutibilidade da cabine dos tripulantes epassageiros da aeronave, aumentando consideravelmente suas chances desobrevivência em pequenos ou grandes choques ou colisão contra o chão ouacidentes geográficos, comuns em acidentes aéreos. Tem também comograndes vantagens; 1) ser virtualmente insubmergível, sendo ideal para aviõestransoceânicos ou polares, 2) atuar como pára-quedas natural em caso depane total do motor, permitindo uma velocidade de queda muito menor até osolo, 3) funcionar como eficiente blindagem térmica contra fogo, a fumaça ou ofrio, durante um bom tempo.

Claims (7)

1. "Cabine Inflável para Aviões" caracterizado por 4 Toróides infláveis; otoroide T1 (21) que forma o piso da cabine, T2 (22) e T3 (23) que formam asparedes que cercam a cabine e T4 (24) que formam o teto, as quais sãomantidas agregadas por uma Estrutura Tubular Interna (31) e braçadeirasflexíveis (29) de modo a formar um único conjunto inflável, firme e coeso, fig51(115) graças a pressão do ar P (50) exercidas pelas câmaras de ar interna (65, 78) contra a capa de proteção (51, 70) dos toróides, funcionando assim como uma estrutura suficientemente sólida e resistente às colisões de modo aricochetear nos obstáculos (55, 57) sem que se desintegre, tal como umpneumático cheio de ar (78), tendo como principal função a de manter a CabineInterna Sólida (41) inteira, funcionando como eficiente pára-choques a ar, sobretoda superfície externa da cabine do avião.

2. "Cabine Inflável para Aviões" como reivindicado em 1, caracterizado porTORÓIDES INFLÁVEIS MULTICAMADAS compreendida por um pneumáticorecoberto por uma Capa de Proteção de Alto Impacto formada por 6 camadasconstrutivas subseqüentes (61 a 68), de dentro para fora, enrijecida pordeterminado valor de pressão de ar ou outro gás leve e inerte, injetado emantido em seu interior, construídas na ordem que se segue; 1a CAMADA,PNEUMÁTICA (61), espessuras de 0,25 mm a 1 mm; material, de látex,borracha, neoprene; CAMADA DE CONTENÇÃO (62 a 68): 2a CAMADAMALHA ELÁSTICA (62) de fortalecimento do pneumático, 3a CAMADAIMPERMEÁVEL formada por um 'sanduíche' destas 3 camadas intermediáriasunidas termicamente sob pressão; 3a Camada, PRIMEIRA PELÍCULAIMPERMEÁVEL (63) de plástico transparente, espessura de 50 mícrons a 100mícrons; 4a Camada, MALHA (64), vãos de 1 mm x 1 mm a 5 mm x 5mm;material, fios têxteis, fibra de carbono ou de vidro; espessuras de 0,25 mm a 1mm; nos sentidos radial, longitudinal e axial à superfície externa do toróide; 5aCamada, SEGUNDA PELÍCULA IMPERMEÁVEL (65), película de plásticotransparente, espessura de 50 mícrons a 150 mícrons; 6a Camada,ANTITÉRMICA (66), operando nas temperaturas de -100 C a 800 C; material,tecido antichama, cinasita, fibra de vidro ou lã de rocha; 7a Camada, ANTI-RASGO/PERFURAÇÂO (67), espessuras de 0,25 mm a 1 mm; material,tecido de fios de fibra de carbono, aramida ou de novos materiiais emergentesdo tipo nanotubo de celulose, o qual produz um papel flexível, porem tãoresistente quanto o ferro; 8a Camada, METALIZADA (68), constituída por umafina película de alumínio ou tecido aluminizado resistente à fricção contínuacom o ar.

3. "Cabine Inflâvel para Aviões" como reivindicado em 1, caracterizado porCONEXÕES do tipo FLANGE-FLANGE e/ou MACHO-FEMEA compreendida por uma base parabólica fixa (71) ao flange A (87) e de uma base parabólicamóvel (70), entre as quais é feita passar e presa uma das duas extremidadesda capa de proteção (68) de formato toroidal (52, 53), ficando prensada entreas paredes das duas bases parabólicas que são mantidas unidas através deum segundo flange de passagem com rosca (85, 86) que é rosqueado à basedo corpo do flange A (87), sendo que após fixada a capa de proteção dotoroide e passado a saída do soquete (83) que se liga à válvula de ar (82) eesta ao pneumático por uma placa vulcanizada (fundida) ao pneumático quefica dentro da capa (70) ao passar pelos orifícios de passagem existentes nabase do flange - o mesmo pode ser unido a outro flange B (88) quase idênticocom o uso de parafusos (89) que são passados pelos orifícios (80) feitos nasbordas expostas ou disco (80) do flange, unindo desta forma dois toroides dediferentes formatos através de seus respectivos engates (79), entremeada porum disco de neoprene (76) - os quais (os flanges A e B) também se encaixamsimultaneamente, pelo sistema de macho-femea (73, 74, 75), tornando maisfácil e firme as conexões.

4. "Cabine Inflâvel para Aviões" como reivindicado em 1, caracterizado poruma CABINE INTERNA SOLIDA (41) feita de material leve e sólido que podeser montada por partes; rebitando painéis sobre a Estrutura Tubular Interna(31) vazada, ou, utilizando-se de uma cabine interna do tipo monobloco feita de fibra de carbono ou pelo processo de extrusão de objetos plásticos leves e dealto impacto, o qual serve como base firme para a montagem de cadeiras,janelas, porta, painéis de instrumentos e manches de comando, alem de servirde base de fixação dos toroides infláveis (pelo lado de fora) que assim podemser convenientemente fixados em torno de toda a cabine convencional interna,funcionando como para-choques em volta de qualquer parte externa da cabine,para tanto a Cabine Interna Sólida é moldada e estruturada de tal forma a seencaixar entre as cavidades criadas pelo empilhamento dos toroides T1, T2, T3e T4, bem como para suportar parte das pressões exercidas contra a CabineInterna Sólida, durante uma colisão (55) pelos toroides inflados.

5. "Cabine Inflável para Aviões" como reivindicado em 1, caracterizado poruma ESTRUTURA TUBULAR EXTERNA (90) convencional destinada à fixaçãonormal das Asas, Cauda, Leme, Motores do avião a qual é dividida em duaspartes; 1) uma Estrutura Tubular Externa Fixa, mantida ligada com rebites ousolda (111), e outra Estrutura Tubular Externa Móvel (112), fixada apenas comparafusos, na quantidade necessária ou segura permitindo que parte daestrutura tubular externa possa ser retirada sempre que for preciso consertarou trocar um toróide inflável.

6. "Cabine Inflável para Aviões" como reivindicado em 1, caracterizado porum AIR-BAGs EXTERNOS (33) cujos pontos são embutidas no interior dascolunas (97) das janelas (12) e para-brisas (10) de modo que ao ser acionadoo mesmo é imediatamente inflado fechando desta forma os vãos existentes(32) entre a base das janelas (6, 13) e o teto externo (11) da cabine, com o fimde proteger as janelas e para-brisas contra objetos que possam ser lançadospara dentro do avião em função de sua queda contra o solo; deste modo o air-bag externo (33) tem a mesma função dos toroides (35, 36, 37, 39); oferecerum mecanismo de amortecimento de choque eficaz em colisões na qual existaaltos níveis de desaceleração de um corpo, tal como ocorre na queda de umavião desgovernado contra o solo, a bolsa do air-bag cheia ou vazia é fixada acoluna da janela e à válvula de ar (92) através de um flange (99).

7. "Cabine Inflável para Aviões" como reivindicado em 6, caracterizado poruma VÁLVULA DE AR PARA AIR BAG ESTÁVEL compreendida por umcorpo metálico de precisão contendo 2 cavidades; uma para um botão deenchimento (94) do air-bag, outro para esvaziamento (91) , os quais só podemser acionado após removida uma tampa de segurança (108), podendo seracionado automática ou manualmente, de forma direta pressionando o botãocom mola (107, 105) de abertura da válvula (106) do cilindro de ar comprimido(110), ou por controle remoto através do fio elétrico (98) que sai da cabine, aqual ao acionar um servomecanismo, tipo eletroímã, alinha o canal do embolo(106) com o canal do cilindro (109), deixando assim o ar passar do cilindro(110) para a bolsa (33) através de uma válvula com forma de T (93), o que fazquase que instantaneamente visto ser um ar comprimido, ao mesmo tempo que a válvula é travada com uma trave automática (104), ate ser liberado todo o ar;diferentemente do air-bag convencional, a bolsa de ar é inflada por um cilindrode ar (110) comprimido sendo que após inflado o ar é mantido dentro da bolsade ar através de uma segunda válvula de ar (102) que não deixa o ar escaparenquanto fechada (100) senão quando um segundo botão com mola (102) dotipo push-botton (101) é pressionado fazendo que o canal do cilindro de saída(101) também se alinhe ao canal (103) de saída abrindo a passagem de ar.