BRPI1014588B1

BRPI1014588B1 - sistema de recuperação de aeronave, e, método para recuperar uma aeronave

Info

Publication number: BRPI1014588B1
Application number: BRPI1014588-5A
Authority: BR
Inventors: Robert Gilchrist, III; John Stafford; Brian D. Dennis; Allen Smith; Jaime Mack; Steven M. Sliwa; Bradley Schrick; Robert Hughes
Original assignee: Insitu, Inc.
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2020-06-30
Also published as: IL215861A0; KR101681348B1; WO2010138265A1; CN102625766A; JP2012524695A; AU2010254435A1; US20120223182A1; US10843817B2; EP2421757A1; IL238189B; AU2010254435B2; KR102029637B1; IL257162A; CA2759691C; CA2759691A1; EP2421757B1; IL215861A; ZA201108346B; CL2011002646A1; SG175778A1

Abstract

SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE AERONAVE, E, MÉTODO PARA RECUPERAR UMA AERONAVE Sistemas e métodos para recuperar aeronaves não tripuladas e controlar o movimento de pós-recuperação da aeronave são expostos aqui. Um sistema de recuperação de aeronave para manipular uma aeronave não tripulada de acordo com uma modalidade da exposição inclui uma porção de base (102) e um membro de captura de aeronave alongado (104) tendo uma primeira extremidade movelmente acoplada (106) à porção de base e uma segunda extremidade livre, oposta à primeira extremidade. O membro de captura de aeronave inclui uma primeira porção (110) e uma segunda porção (112) em uma extremidade distal da primeira porção e posicionada para interceptar uma aeronave não tripulada em voo. A primeira e/ou segunda porções são geralmente flexíveis. O sistema inclui ainda um conjunto de captura e dissipação de energia (108) operavelmente acoplado ao membro de captura de aeronave e posicionado para receber pelo menos uma porção das forças de aterrissagem a partir da aeronave.

Description

SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE AERONAVE, E, MÉTODO PARA RECUPERAR UMA AERONAVE

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisional US N.° 61/172.663, depositado em 24 de abril de 2009, que é incorporado aqui em sua totalidade para referência.

CAMPO TÉCNICO

[002] A presente exposição refere-se geralmente a sistemas e métodos para recuperar aeronave não tripulada e controlar movimento de pós- recuperação da aeronave.

FUNDAMENTOS

[003] Aeronave não tripulada ou veículos aéreos (UAVs) provêem acesso melhor e econômico a áreas onde operações de voo tripuladas são inaceitavelmente caras e/ou perigosas. Por exemplo, aeronave não tripulada adaptada com câmeras móveis remotamente operadas pode realizar uma ampla variedade de missões de vigilância, incluindo detecção de cardumes de peixe para a indústria pesqueira, monitoração de condições meteorológicas, provisão de patrulhas de fronteira para os governos nacionais, e prover vigilância militar antes, durante, e/ou depois de operações militares.

[004] Muitos sistemas de aeronaves não tripuladas (que podem incluir uma aeronave propriamente dita juntamente com dispositivos de lançamento e dispositivos de recuperação), todavia, podem ser difíceis de serem instalados e operados em espaços reduzidos, tais como o convés de um pequeno barco pesqueiro, veículo marítimo, ou outras embarcações. Por conseguinte, a operação de tais sistemas de aeronave inclui frequentemente a recuperação ou captura da aeronave com uma linha de recuperação flexível quando o espaço é insuficiente para um procedimento de aterragem normal. Embora esta técnica tenha provador ter êxito em muitos casos, existe uma necessidade contínua de melhorar a eficácia de sistemas com os quais as aeronaves são recuperadas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[005] A figura 1 é uma ilustração parcialmente esquemática de um sistema configura para recuperar uma aeronave não tripulada em voo e controlar o movimento de pós-recuperação da aeronave de acordo com uma modalidade da exposição.

[006] As figuras 2A-2F são ilustrações parcialmente esquemáticas de um sistema e método para recuperar uma aeronave não tripulada em voo e controlar o movimento de pós-recuperação da aeronave de acordo com uma modalidade da exposição.

[007] As figuras 3A-3F são ilustrações parcialmente esquemáticas de um sistema e método para recuperar uma aeronave não tripulada em voo e controlar o movimento de pós-recuperação da aeronave de acordo com outra modalidade da exposição.

[008] As figuras 4A-4D são ilustrações parcialmente esquemáticas de um sistema e método para recuperar uma aeronave não tripulada em voo e controlar o movimento de pós-recuperação da aeronave de acordo com ainda outra modalidade da exposição.

[009] A figura 5A é uma ilustração parcialmente esquemática de uma porção distal de um membro de captura de aeronave configurado de acordo com outra modalidade da exposição.

[0010] A figura 5B é uma ilustração parcialmente esquemática de ainda uma outra modalidade de um membro de captura de aeronave configurado de acordo com uma modalidade da exposição.

[0011] A figura 5C é uma ilustração parcialmente esquemática de um sistema de recuperação de aeronave configurado de acordo com ainda uma outra modalidade da exposição.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0012] A presente exposição descreve sistemas e métodos para recuperar aeronave não tripulada e controlar o movimento de pós-recuperação da aeronave. Muitos detalhes específicos de certas modalidades da exposição são expostos na seguinte descrição e nas figuras 1-5C para prover uma compreensão inequívoca dessas modalidades. Estruturas, sistemas, e métodos bem conhecidos, freqüentemente associados com tais sistemas, não foram mostrados ou descritos em detalhe para evitar obscurecer desnecessariamente a descrição das várias modalidades da exposição. Em adição, aqueles de conhecimento comum na arte relevante compreenderão que modalidades adicionais podem ser praticadas sem vários dos detalhes descritos abaixo.

A. Modalidades de Sistemas e Métodos para Recuperar e Controlar o Movimento de Pós-recuperação de Aeronave não Tripulada

[0013] A figura 1 é uma ilustração parcialmente esquemática de um sistema de recuperação de aeronave 100 configurado para recuperar por interceptação uma aeronave não tripulada (não mostrada) em voo e controlar o movimento de pós-recuperação da aeronave de acordo com uma modalidade da exposição. O sistema de recuperação de aeronave 100 pode incluir, por exemplo, uma porção de base 102 (mostrada esquematicamente) e uma haste flexível alongada ou membro de captura de aeronave 104 afixada à porção de base 102. Na modalidade ilustrada, a haste flexível 104 tem uma primeira extremidade movelmente acoplada à porção de base 102 via um membro de afixação ou juntai 06, e uma segunda extremidade livre posicionada para interceptar a aeronave. A junta 106 é configurada para permitir que a haste flexível 104 pivote (como mostrado em linhas tracejadas) em relação à porção de base 102 antes, durante, e depois da interceptação da aeronave não tripulada em voo. O sistema 100 inclui ainda um conjunto de captura e dissipação de energia 108 (mostrado esquematicamente) operativamente acoplado à haste flexível 104. Quando uma aeronave impacta o sistema de recuperação de aeronave 100, a haste flexível 104 captura liberavelmente a aeronave e o sistema 100 é configurado para absorver e dissipar as forças de aterrissagem da aeronave e recuperar a aeronave. Uma vez capturada, a aeronave pode ser suspensa pela haste flexível 104 por uma de suas asas ou outro componente apropriado da aeronave, ou por uma linha de captura portada pela aeronave. Outros detalhes relativos ao sistema de recuperação de aeronave 100 e uso do sistema 100 para recuperar e controlar o movimento de pós-recuperação da aeronave são descritos abaixo com referência às figuras 2A-5C.

[0014] Uma porção de base 102 pode incluir uma ampla variedade de estruturas diferentes (por exemplo, geralmente rígidas, semi-rígidas, e/ou infláveis) configuradas para suportar a haste flexível 104 durante as operações de captura e recuperação. Em geral, uma porção de base 102 é configurada para (a) manter a haste flexível 104 em uma posição desejada antes de operações de captura (por exemplo, oblíquas ou anguladas em relação ao solo e na direção da aeronave), e (b) suportar a haste flexível 104 durante a captura e recuperação para ajudar a prevenir a aeronave e seus componentes se choquem contra o solo ou estruturas circunvizinhas com força excessiva. Uma porção de base 102 é configurada para repousar sobre o solo ou uma apropriada plataforma de suporte (por exemplo, um caminhão ou outros veículos terrestres apropriados, um barco ou outro navio, um edifício e, ou outros veículos e/ou estmturas apropriados). Em outras modalidades, uma porção de base 102 pode ter um arranjo diferente e/ou pode ser composta de materiais diferentes. Além disso, uma porção de base 102 pode não estar incluída em algumas modalidades. Em tais casos, a haste flexível 104 pode ser suportada usando outros conjuntos de suporte apropriados e/ou podem ser um componente auto-portante.

[0015] A haste flexível 104 pode incluir uma primeira porção 110 e uma segunda porção 112 em uma extremidade distal da primeira porção 110. A primeira e segunda porções 110 e 112 são alinhadas entre si (pelo menos inicialmente antes de operações de captura e recuperação) e se estendem ao longo de um eixo longitudinal da haste flexível 104. Na modalidade ilustrada, a primeira e segunda porções 110 e 112 são integrais uma com a outra. Em outras modalidades, todavia, a primeira e segunda porções 110 e 112 podem ser componentes separados que são fixamente ou liberavelmente afixadas ou conjugadas conjuntamente. Em uma modalidade, por exemplo, as porções individuais da haste flexível 104 podem ser acopladas conjuntamente via uma linha ou cabo resiliente (por exemplo, uma corda elástica). Além disso, as porções individuais da haste flexível 104 podem ter um arranjo de telescópio ou articulação uma em relação à outra. Em ainda outras modalidades, a haste flexível 104 pode não incluir porções separadas, ou a haste flexível 104 pode incluir três ou mais porções discretas.

[0016] A primeira porção 110 e a segunda porção 112 podem ter uma variedade de dimensões e configurações diferentes, dependendo das desejadas exigências operacionais. Na modalidade ilustrada, por exemplo, a primeira porção 110 tem uma primeira dimensão de seção transversal D₁ e um primeiro comprimento L₁, e a segunda porção 112 tem uma segunda dimensão de seção transversal D₂ e um segundo comprimento L₂ inferior à primeira dimensão de seção transversal D₁ e o primeiro comprimento L₁, respectivamente. Em outras modalidades, todavia, a primeira e segunda porções 110 e 112 podem ter um arranjo diferente entre si. Por exemplo, a primeira e segunda porções 110 e 112 podem ter a mesma dimensão de seção transversal e/ou a segunda porção 112 pode ter um diferente comprimento em relação à primeira porção 110.

[0017] Em outro aspecto desta modalidade, uma porção distal da haste flexível 104 pode ser posicionada a uma elevação E acima do local de superfície (por exemplo, o solo mostrado na figura 1). A elevação E pode variar com base na configuração da haste flexível 104, na configuração da aeronave (não mostrada), e no ambiente local. Uma característica do sistema 100 é que a elevação E somente precisa ser tão alta quanto a elevação de captura prevista. Assim, o comprimento total da haste flexível 104 pode ser significantemente inferior a muitos dispositivos de captura existentes que requerem elevações de extensão muito maiores. Uma vantagem desta característica é que a haste flexível 104 pode ser mais fácil de armazenar e/ou transportar que maiores sistemas de captura de aeronave existentes. Além disso, a aeronave pode ser mais fácil de recuperar depois da captura por causa da reduzida elevação de captura.

[0018] A haste flexível 104 pode ser composta de um material de fibra de carbono, um material de grafite de carbono, fibra de vidro, outros materiais compostos (por exemplo, compósitos de carbono/grafite ou grafite/boro), bambu, ou outro material apropriado tendo as desejadas características de material. O material selecionado, por exemplo, deve ter a resistência e flexibilidade para captura por interceptação de uma aeronave quando voa para a haste flexível 104 e, uma vez capturada, para suspender a aeronave por uma de suas asas ou outro mecanismo de captura apropriado portado pela aeronave. Em um aspecto particular desta modalidade, a primeira porção 110 tem uma primeira rigidez e a segunda porção 112 tem uma segunda rigidez inferior à primeira rigidez. A segunda porção 112 é por conseguinte mais flexível que a primeira porção 110 e é configurada para se encurvar ou flexionar mais que a primeira porção 110 durante a operação. Outros detalhes relativos a esta característica são descritos abaixo com referência às figuras 2A-2F. Em outras modalidades, todavia, a primeira e segunda porções 110 e 112 podem ter a mesma ou aproximadamente a mesma rigidez. Em ainda outras modalidades, a primeira e/ou segunda porções 110 e 112 podem ser compostas de um ou mais materiais tendo diferentes qualidades e/ou características que aquelas discutidas acima.

[0019] Em várias modalidades, pelo menos parte da segunda porção 112 da haste flexível 104 pode ser coberta ou revestida com um material similar a cabo, relativamente macio, 113, ou outro material apropriado configurado para prover preensão melhorada para a porção de gancho portada pela aeronave. O material, por exemplo, pode ser relativamente macio, bainha flexível sobre uma parte desejada da segunda porção 112 ou um revestimento externo ou camada aplicada diretamente sobre a segunda porção 112 da haste flexível 104. Espera-se que a bainha ou revestimento externo reduza e/ou iniba o deslizamento de uma porção de gancho da aeronave durante a captura, e espera-se, portanto, que reforce a segunda porção 112 e tome a haste flexível 104 mais resiliente em tensão ao longo de um eixo longitudinal da haste flexível 104. Em outras modalidades, uma ou mais partes adicionais da haste flexível 104 (por exemplo, pelo menos parte da primeira porção 110) pode incluir a bainha ou revestimento. Em ainda outras modalidades, A primeira e/ou segunda porções 110 e 112 pode incluir uma ou mais cristas ou projeções posicionadas para prevenir ou inibir que o gancho da aeronave deslize para fora da haste flexível 104. A bainha/revestimento/cristas, todavia, são características opcionais que pode não estar incluídas em algumas modalidades.

[0020] O conjunto de captura e dissipação de energia 108 pode incluir um amortecedor hidráulico, um amortecedor pneumático, material que se deforma plasticamente(s), uma bobina de recepção passiva, um freio, ou outros dispositivos de amortecimento apropriados, configurados para dissipar a energia cinética da aeronave. Uma característica do conjunto de captura e dissipação de energia 108 é que é esperado do conjunto que proveja controle preciso das associadas com a captura e recuperação da aeronave. Por conseguinte, a gestão de recuperação e energia pode ser estreitamente controlada através de todo o processo de captura e recuperação. É esperado desta característica que ela ajude a inibir e/ou prevenir dano à aeronave durante as operações de captura. Em outras modalidades, o conjunto de captura e dissipação de energia pode ter uma configuração diferente e/ou incluir características diferentes. Em ainda outras modalidades, o sistema 100 não inclui o conjunto de captura e dissipação de energia 108.

[0021] Na operação, o sistema 100 pode ser instalado em um local desejado e configurado como o dispositivo primário para operações de captura e recuperação. O sistema 100, por exemplo, pode ser um sistema modular e um operador pode transportar os componentes do sistema em um estado geralmente desmontado ou parcialmente montado para uma zona de aterrissagem e montar os componentes no local. Em outra modalidade, todavia, o sistema 100 pode ser transportado para a zona de aterrissagem desejada em uma configuração geralmente montada.

[0022] O sistema de recuperação de aeronave 100 é um sistema escalável que pode ser usado como um sistema primário de recuperação de aeronave para uma variedade de configurações e/ou arranjos de aeronave diferentes. Por exemplo, como mencionado acima, a haste flexível 104 pode ter uma dimensão de comprimento total e de seção transversal baseada, pelo menos em parte, nas dimensões particulares da aeronave a ser recuperada, nas condições operacionais da aeronave, e/ou nas considerações operacionais do sistema 100 (por exemplo, no local do sistema 100, na desejada transportabilidade do sistema 100, etc.).

[0023] As figuras 2A-2F são ilustrações parcialmente esquemáticas do sistema 100 recuperando uma aeronave não tripulada 200 em voo e controlar o movimento de pós-recuperação da aeronave 200 de acordo com uma modalidade da exposição. As figuras 2A e 2B, por exemplo, são uma vista superior e uma vista lateral, respectivamente, da aeronave 200 se aproximando do sistema 100 antes da captura. A aeronave 200 pode incluir uma fuselagem 201, um par de asas ou superfícies de ascensão 202 estendendo-se para fora a partir da fuselagem 201, e um hélice 204 posicionado na extremidade traseira da fuselagem 201 para propulsionar a aeronave 200 durante o voo. As asas individuais 202 incluem um bordo dianteiro 210, um bordo traseiro 212, e um bordo externo 214. Cada asa 202 pode também incluir uma aleta estendendo-se para cima 203 no bordo externo 214 para estabilidade lateral e controle. A aeronave 200 inclui ainda um dispositivo de engate ou captura 216 no bordo externo 214 de cada asa 202. Em outras modalidades, o dispositivo de engate 216 pode ter uma configuração diferente e/ou pode ser posicionado em outro local apropriado na aeronave 200. Em adição, a aeronave 200 pode incluir um número diferente de dispositivo de engate 216.

[0024] Nesta modalidade, a haste flexível 104 é angulada ou oblíqua em direção à aeronave 200. Uma vantagem deste arranjo é que ele pode prover uma maior faixa de movimento para a haste flexível 104 depois da captura da aeronave 200. Em outras modalidades, todavia, a haste flexível 104 pode ter um arranjo geralmente vertical ou outro arranjo em relação à trajeto de voo local da aeronave e à superfície local (por exemplo, o solo mostrado na figura 2B).

[0025] Com referência a seguir à 2C, a aeronave 200 intercepta a extremidade livre da haste flexível 104 e a segunda porção 112 da haste flexível 104 e o bordo dianteiro 210 de uma das asas 202 deslizam um em relação ao outro na direção do correspondente dispositivo de engate 216. Com referência agora à figura 2D, o dispositivo de engate 216 no bordo externo 214 da asa 202 recebe e retém parte da segunda porção 112 da haste flexível 104, causando assim com que a aeronave 200 comece a guinar ou girar na direção à haste flexível 104. A força de impacto com a aeronave 200 também faz com que a haste flexível 104 pivote ou se mova em relação à porção de base 102. Na figura 2D, por exemplo, a haste flexível 104 moveu-se a partir de seu arranjo angulado ou oblíquo inicial para uma posição geralmente vertical. Além disso, a segunda porção 112 da haste flexível 104 começou a se flexionar ou encurvar em resposta ao momentum da aeronave. Portanto, será apreciado que a primeira porção 110 da haste flexível 104 pode também se flexionar ou encurvar durante as operações de captura. Além disso, em algumas modalidades, a base 102 pode também ser configurada para se mover ou articular de uma maneira predeterminada para ajudar a absorver a energia de impacto.

[0026] Com referência agora à figura 2E, o processo de recuperação continua com a haste flexível 104 continuando a pivotar ou se mover em relação à porção de base 102 em resposta ao momentum da aeronave. Na figura 2E, por exemplo, a haste flexível 104 moveu-se para depois do arranjo geralmente vertical e é agora angulada ou oblíqua para longe a partir do trajeto de voo de chegada da aeronave. A segunda porção 112 continua a se flexionar ou encurvar em resposta às forças de aterrissagem a partir da aeronave 200. À medida que a aeronave 200 rapidamente desacelera, a forças são transferidas da aeronave 200 para a haste flexível 104 e, por sua vez, para o conjunto de captura e dissipação de energia 108. Desta maneira, o sistema 100 pode absorver uma quantidade significante das forças de aterrissagem da aeronave. Além disso, porque as tensões sobre a aeronave 200 durante as operações de captura são principalmente exercidas sobre as estrutura de asa durante o impacto, os componentes delicados (por exemplo, pequena torre, tubos pitot, etc.) em uma porção de nariz da aeronave 200 e outras porções frágeis da aeronave 200 sofrem poucas tensões, ou não sofre tensões, durante as operações de captura e recuperação.

[0027] Com referência à figura 2F, a aeronave 200 chegou a uma parada completa ou aproximadamente completa e permanece preso na haste flexível 104. Como mencionado previamente, o conjunto 108 é configurado para prover controle preciso das forças associadas com a captura e recuperação da aeronave 200, e ajuda a inibir, reduzir, e/ou eliminar dano na aeronave 200 durante as operações de captura. Na modalidade ilustrada, por exemplo, a aeronave 200 está suspensa acima do solo e longe das outras estruturas externas depois da captura, e pode ser rapidamente e facilmente recuperada a partir da haste flexível 104 por pessoal de solo (não mostrado).

[0028] Uma característica das modalidades do sistema 100 e métodos descritos acima com referência às figuras 1-2F é que o sistema 100 pode ser rapidamente instalado e configurado para operações de aterrissagem em uma variedade de ambientes e condições operacionais diferentes. Muitos sistemas de recuperação convencionais, por exemplo, requerem componentes elaborados e complexos que são relativamente imóveis e requerem uma quantidade significante de tempo e dispêndio para a instalação. Em contraste com tais sistemas convencionais, o sistema 100 é um sistema modular que pode ser facilmente transportado em um estado parcialmente montado ou desmontado para uma ampla variedade de ambientes operacionais diferentes, e rapidamente montado e instalado para operações de aterrissagem com mão de obra mínima. Em adição, porque o sistema 100 tem uma área útil de instalação muito menor que muitos sistemas convencionais, o sistema 100 pode ser usado em uma ampla variedade de ambientes operacionais diferentes e condições onde o uso de muitos sistemas convencionais pode ser impraticável. Além disso, a aeronave 200 pode ser rapidamente recuperada pelo sistema 100 depois das operações de aterrissagem e preparada para o armazenamento e/ou outra missão.

[0029] Outra característica das modalidades do sistema 100 descrito acima é que elas podem ser usadas para recuperar aeronave tendo uma variedade de diferentes configurações em adição à aeronave 200 descrita acima com referência às figuras 2A-2F. Uma vantagem desta característica é que o sistema 100 pode ser usado em frotas existentes de aeronaves não tripuladas sem requerer modificações caras e/ou demoradas para tal aeronave. Além disso, porque o sistema 100 pode ser usado com uma variedade de aeronaves diferentes, um único sistema 100 pode ser instalado e usado para operações de aterrissagem em uma área ou região particular para uma frota inteira de diferentes aeronaves não tripuladas.

[0030] As figuras 3A-3G são ilustrações parcialmente esquemáticas do sistema 100 quando está recuperando uma aeronave não tripulada 300 em voo e controlar o movimento de pós-recuperação da aeronave 300 de acordo com outra modalidade da exposição. As figuras 3A e 3B, por exemplo, são uma vista superior e uma vista lateral, respectivamente, da aeronave 300 se aproximando do sistema 100 antes da captura. Os métodos descritos abaixo com referência às figuras 3A-3G diferem das técnicas descritas acima pelo fato de que a aeronave 300 tem uma configuração diferente que a aeronave 200. Mais especificamente, em lugar de interceptar a haste flexível 104 com a asa da aeronave como descrito acima com referência às figuras 2A-2D, a aeronave 300 inclui um conjunto de captura 320 configurado para engatar ou gancho em uma porção da haste flexível 104 e a captura a aeronave 300.

[0031] O conjunto de captura 320 pode incluir, por exemplo, uma ou mais linhas de suporte flexíveis estendíveis 322 (por exemplo, cabos metálicos ou cabos), afixados a cada asa 202 e posicionados para engatar a extremidade livre da haste flexível 104. Na modalidade ilustrada, a linha de suporte 322 é afixada a uma porção superior de cada asa 202 pelo menos próxima a um eixo lateral através de um centro de gravidade (CG) da aeronave 300. Como discutido em maior detalhe abaixo, a afixação da linha de suporte 322 ao longo do eixo lateral através do CG da aeronave 300 pode causar com que a aeronave 300 fique com o nariz para cima durante a recuperação e pode ajudar a prover desaceleração adicional durante tais operações. O conjunto de captura 320 pode também incluir uma característica de engate 324 (por exemplo, um gancho, etc.) portada pela haste flexível 104 e posicionada para engatar liberavelmente a linha de suporte 322. Em outras modalidades, a característica de engate 324 pode incluir diferentes características e/ou ter um arranjo diferente. Em pelo menos algumas modalidades, a linha de suporte 322 pode também incluir pesos ou outras características aerodinâmicas (não mostradas) para ajudar a linha de suporte 322 a manter o formato e posição de voo apropriados em relação à aeronave 300 e à característica de engate 324.

[0032] Uma característica do conjunto de captura 320 é que a linha de suporte 322 é afixada a cada asa 202 em pontos fortes naturais das asas 202. Tais pontos já são projetados para resistir a cargas significantes e, por conseguinte, estruturas de suporte de asa e/ou fuselagem, adicional, não são esperada que resistam às forças associadas com a captura e recuperação da aeronave 300. Além disso, as superfícies de controle da aeronave e outras porções frágeis da aeronave 300 sofrem poucas tensão ou nenhuma tensão durante as operações de captura.

[0033] Com referência a seguir à figura 3C, a linha de suporte 322 intercepta e engata a segunda porção 112 da haste flexível 104. A característica de engate 324 recebe e retém parte da linha de suporte 322, rendendo assim a aeronave 300 na haste flexível 104. Com referência agora à figura 3D, a aeronave 300 começa a ficar com o nariz para cima e desacelera depois da captura, movendo assim a haste flexível 104 desde seu arranjo angulado ou oblíquo inicial para uma posição geralmente vertical. Como mencionado acima, a linha de suporte 322 é ancorada pelo menos próximo ao eixo lateral através de um CG da aeronave 300. Por conseguinte, depois da captura da linha de suporte 322 pela haste flexível 104, o momentum da aeronave 300 causa com que a aeronave 300 fique com o nariz para cima até uma postura geralmente da altura do nariz e entre em um estol profundo. Uma vantagem desta característica é que ela permite que a linha de suporte 322 induza rapidamente forças de desaceleração dinâmicas sobre a aeronave 300, enquanto produz inicialmente um momentum ascendente da aeronave 300. Espera-se que esta característica ajude a desacelerar rapidamente a aeronave 300 e reduza ou minimize a possibilidade da aeronave 300 contatar o solo ou outra estrutura externa durante as operações de captura.

[0034] Com referência agora à figura 3E, o processo de recuperação continua com a haste flexível 104 continuando a pivotar ou se mover em relação à porção de base 102 em resposta ao momentum da aeronave. A haste flexível 104, por exemplo, é agora angulada ou oblíqua para longe a partir do trajeto de voo de chegada da aeronave. A segunda porção 112 continua a se flexionar ou encurvar em resposta às forças de aterrissagem a partir da aeronave 300. À medida que a aeronave 300 desacelera rapidamente, a forças da aeronave 300 são transferidas para a haste flexível 104 e o conjunto de captura e dissipação de energia 108. Com referência à figura 3F, a aeronave 300 chegou a uma parada completa ou aproximadamente completa e permanece preso na haste flexível 104 via a linha de suporte 322. O comprimento da linha de suporte 322 pode ser selecionado de forma que a aeronave 300 permanece suspensa acima e fora de contato com o solo ou outra estrutura externa depois da captura.

[0035] As figuras 4A-4D são ilustrações parcialmente esquemáticas de um sistema 400 configurado para recuperar uma aeronave não tripulada (por exemplo, a aeronave 200 ou aeronave 300 discutida acima) em voo e controlar o movimento de pós-recuperação da aeronave de acordo com ainda uma outra modalidade da exposição. O sistema de recuperação de aeronave 400 pode incluir várias características geralmente similares às do sistema 100 descrito acima com referência à figura 1. O sistema 400 pode incluir, por exemplo, uma porção de base 402 e uma haste flexível alongada ou membro de captura de aeronave 404 afixado a uma porção de base 402. A haste flexível 404 pode incluir uma primeira porção 410 e uma segunda porção 412 em uma extremidade distal da primeira porção 410. Na modalidade ilustrada, a segunda porção 412 é um fio metálico alongado afixado a uma extremidade da primeira porção 410. Em outras modalidades, todavia, a primeira porção 410 e/ou segunda porção 412 podem ser compostas de diferente(s) material(is) e/ou ter um arranjo diferente. Por exemplo, em algumas modalidades a haste flexível 404 pode não incluir porções separadas, ou a haste flexível 404 pode incluir três ou mais porções discretas.

[0036] Pelo menos uma da primeira e segunda porções 410 e 412 é operativamente acoplada a uma linha de tensão ou linha de captação 414 (mostrada e descrita abaixo com referência à figura 4B). Na modalidade ilustrada, por exemplo, a linha de tensão 414 é afixada à segunda porção 412 da haste flexível 404. O sistema 400 inclui também um carretel de tensão 408 operativamente acoplado à linha de tensão 414 e configurado para enrolar/desenrolar a linha de tensão 414 durante a operação. Na modalidade ilustrada, o carretel de tensão 408 é suportado por uma porção de base 402 e posicionado para enrolar/desenrolar a linha de tensão 414. Em outras modalidades, todavia, o carretel de tensão 408 pode ter um arranjo diferente em relação aos outros componentes no sistema 400 e/ou pode incluir características diferentes. Por exemplo, o carretel de tensão 408 pode ser posicionado em uma variedade de locais diferentes em relação à porção de base 402 e/ou a haste flexível 404.

[0037] Com referência a seguir à figura 4B, a aeronave 200 intercepta a haste flexível 404, e a segunda porção 412 da haste flexível 404 e o bordo dianteiro 210 de uma das asas 202 deslizam um em relação ao outro na direção para o correspondente dispositivo de engate 216. Depois de o dispositivo de engate 216 no bordo externo 214 da asa 202 receber e reter parte da segunda porção 412, a aeronave 200 começa a guinar ou girar em tomo da haste flexível 404. A força de impacto com a aeronave 200 faz com que a haste flexível inteira 404 (tanto a primeira quanto segunda porções 410 e 412) se encurvem ou se flexionem. Quando a haste flexível 404 se encurva, qualquer folga na linha de tensão 414 é compensada pelo carretel de tensão 408. A manutenção da linha de tensão 414 relativamente esticada pode ajudar a manter a haste flexível 404 em uma configuração flexionada ou encurvada, e ajudar e transferir as forças de momentum e de captura a partir da aeronave 200 para o sistema 400. Em outras modalidades, a segunda porção 412 pode ser pelo menos parcialmente extensível em resposta ao momentum da aeronave 200. Em uma modalidade, por exemplo, a segunda porção 412 pode se estender ou enrolar em relação à primeira porção 410 por uma distância selecionada depois do impacto da aeronave 200.

[0038] Com referência agora à figura 4C, a haste flexível 404 moveu- se a partir de seu arranjo inicial geralmente vertical para um arranjo angulado ou oblíquo quando a aeronave 200 continua a guinar ou pivotar em tomo da haste flexível 404. Além disso, a haste flexível 404 continua a se flexionar ou encurvar em resposta às forças a partir da aeronave 200. Com referência à figura 4D, a aeronave 200 chegou a uma parada completa ou aproximadamente completa e permanece preso na haste flexível 404. A linha de tensão 414 permanece geralmente esticada, o que pode ajudar a manter a aeronave 200 suspensa acima do solo e longe das outras estruturas externas depois da captura. Neste arranjo, a aeronave 200 pode ser rapidamente e facilmente recuperada a partir da haste flexível 404 pelo pessoal de solo (não mostrado).

[0039] Em outras modalidades, o sistemas e métodos descritos acima com referência às figuras 1-4D podem ser usados em conjunção com aeronave tendo configurações diferentes daquelas da aeronave 200/300 descrita acima. Por exemplo, em uma modalidade, uma aeronave pode incluir geralmente asas não e formato de flecha. Em outra modalidade, uma aeronave pode incluir asas em delta. Ainda, a aeronave pode ter sistemas de propulsão que são diferentes que e/ou arranjados diferentemente que aqueles descritos acima com referência às figuras 1-4D. Em qualquer dessas outras modalidades, a aeronave pode permanecer compatível com alguns ou todos dos sistemas e métodos acima para capturar e controlar o movimento de pós- captura da aeronave.

[0040] As figuras 5A-5C ilustram membros de captura de aeronave alongados e sistemas de recuperação de aeronave configurados de acordo com outras modalidades da exposição. Os membros e sistemas de captura de aeronave das figuras 5A-5C podem ser usados com a aeronave, sistemas, e métodos descritos acima com referência às figuras 1-4D. Em adição, os membros de captura de aeronave e sistemas de recuperação descritos abaixo podem incluir muitas das mesmas características e vantagens dos sistemas e métodos descritos acima.

[0041] A figura 5A, por exemplo, é uma ilustração parcialmente esquemática de uma porção distal de uma haste flexível alongada ou membro de captura de aeronave 502 configurado de acordo com outra modalidade da exposição. O membro de captura de aeronave 502 inclui uma porção inflável interna 504 e uma porção de engate externa ou bainha 506 pelo menos parcialmente cobrindo uma porção inflável interna 504. Uma porção inflável 504 pode incluir uma ou mais bexigas cheia até uma pressão desejada com um gás (por exemplo, ar) usando uma fonte de gás 508. O membro de captura de aeronave pressurizado 502 pode também se estender em uma configuração geralmente vertical ou angulada/oblíqua (por exemplo, similar às hastes flexíveis alongadas ou membros de captura de aeronave descritos acima). A bainha externa 506 pode ser composta de um material similar a cabo, relativamente macio, ou outro material apropriado configurado para prover melhor preensão para uma porção de gancho portada pela aeronave. A bainha externa 506 é configurada para engatar diretamente a aeronave (não mostrada) durante as operações de captura, bem como proteger uma porção inflável interna 504 contra dano e/ou perfuração.

[0042] Na operação, o membro de captura de aeronave 502 tem um arranjo não rígido, inicialmente deflatado, (por exemplo, um balão deflatado). Depois da energização da fonte de gás 508 e inflação de uma porção inflável interna 504 para uma pressão desejada, o membro de captura de aeronave 502 tem uma configuração geralmente similar ao arranjo da haste flexível 104 da figura 1, e pode ser posicionado em uma desejada orientação (por exemplo, geralmente vertical ou oblíqua em relação ao solo e da aeronave a ser capturada. Em várias modalidades, uma ou mais linhas flexíveis, dispositivos de captura, e/ou membros de engate podem ser portados por ou acoplados ao membro de captura de aeronave 502 e posicionados para engatar liberavelmente a aeronave durante as operações de captura e recuperação.

[0043] A figura 5B é uma ilustração parcialmente esquemática de ainda uma outra modalidade de um membro de captura de aeronave 520 configurado de acordo com uma modalidade da exposição. Nesta modalidade, o membro de captura de aeronave 520 inclui uma tubulação interna ou bexiga 522 operativamente acoplada a uma fonte de gás 530, e uma porção de engate externa ou bainha 524 pelo menos parcialmente cobrindo a tubulação interna 522. O membro de captura de aeronave 520 inclui ainda um impelidor 526 acoplado à tubulação interna 522 e bainha externa 524. A tubulação interna 522 e bainha externa 524 são arranjadas uma em relação á outra em um arranjo telescópico. Na operação, o impelidor 526 pode ser ativado (por exemplo, usando a fonte de gás 530) e pode puxar ou estender a bainha externa 524 para uma elevação desejada acima do local de superfície (por exemplo, solo) quando o impelidor 526 é lançado para longe a partir de sua posição inicial. Desta maneira, o membro de captura de aeronave 520 pode ter um arranjo alongado, geralmente vertical, (por exemplo, similar à haste flexível 104 da figura 1) posicionado para interceptar uma aeronave em voo para operações de captura e recuperação.

[0044] A figura 5C é uma ilustração parcialmente esquemática de um sistema de recuperação de aeronave 540 configurado de acordo com ainda uma outra modalidade da exposição. O sistema 540 inclui uma haste flexível alongada ou membro de captura de aeronave 542 tendo uma primeira porção 544 e uma ou mais segunda porções 546 (duas são mostradas em linhas tracejadas como 546a e 546b) posicionadas para interceptar uma aeronave não tripulada em voo. Será apreciado que o sistema 540 pode incluir somente uma única segunda porção 546, ou pode incluir mais que duas segundas porções 546 estendendo-se a partir da primeira porção 542. As segundas porções 546 podem ter características de material e características geralmente similares às segundas porções 112/412 descritas acima. O sistema 540 difere do sistema descrito acima pelo fato de, ao invés de ter uma haste alongada ou membro de recuperação de aeronave com um arranjo inicial, geralmente linear e geralmente vertical, as segundas porções 546a e 546b do sistema 540 são inicialmente encurvada ou não lineares. Além disso, cada uma das segundas porções 546a e 546b tem uma primeira extremidade afixada à primeira porção 544 do membro de captura de aeronave 542 e uma segunda extremidade afixada à superfície local (por exemplo, o solo) ou outra estrutura apropriada. Em várias modalidades, as segundas extremidades das segundas porções individuais 546 podem ser configuradas para ser liberadas ou serem destacadas quando a tensão na respectiva linha excede um valor limite. Em ainda outras modalidades, as segundas extremidades das segundas porções individuais 546 podem permanecer livres, ao invés de serem afixadas à superfície local ou outra estrutura. Depois das operações de captura e recuperação, as segundas porções 546 podem atingir um estado ou arranjo final (como mostrado pela linha 547) e a aeronave 200 pode ser recuperada a partir da linha.

[0045] Do precedente, será apreciado que modalidades específicas da exposição foram descritas aqui para finalidades de ilustração, mas que várias modificações podem ser feitas sem se desviar do espírito e escopo da exposição. Por exemplo, as hastes flexíveis descritas acima podem ter um arranjo telescópico com as segundas porções (e quaisquer porções adicionais) das hastes individuais pelo menos parcialmente recebidas dentro das primeiras porções em uma configuração acondicionada antes ou depois da operação. Ainda, quaisquer das hastes flexíveis descritas acima podem incluir um ou mais membros de engate (por exemplo, ganchos, enlaces, múltiplos enlaces, etc.) na ou próxima à porção superior da haste flexível e posicionados para engatar a aeronave diretamente e/ou engatar a um conjunto de captura portado pela aeronave. Além disso, embora os membros de captura de aeronave descritos acima tenham uma orientação vertical, geralmente para cima, as hastes flexíveis podem também ser suspensos a partir de uma estrutura de suporte apropriada em uma orientação geralmente para baixo, para operações de captura e recuperação.

[0046] Elementos específicos de quaisquer das modalidades precedentes podem ser combinadas ou substituídas por elementos em outras modalidades. Além disso, embora as vantagens associadas com certas modalidades da exposição tenham sido descritas no contexto dessas modalidades, outras modalidades podem exibir também tais vantagens, e nem todas as modalidades precisam necessariamente exibir tais vantagens para caírem dentro do escopo da exposição. Por conseguinte, as modalidades da exposição não são limitadas, exceto pelas reivindicações anexas.

Claims

Sistema de recuperação de aeronave (100) para manipular uma aeronave não tripulada (200, 300), o sistema (100) caracterizado pelo fato de que compreende:
uma porção de base (102);
um membro de captura de aeronave, em que o membro de captura de aeronave é uma haste flexível (104) alongada tendo uma primeira extremidade pivotavelmente acoplada à porção de base (102) e uma segunda extremidade livre, oposta à primeira extremidade, em que a haste flexível (104) tem uma primeira porção (110) e uma segunda porção (112) em uma extremidade distal da primeira porção (110), a segunda porção (112) da haste flexível (104) é configurada para interceptar uma aeronave não tripulada (200, 300) em voo, e em que pelo menos uma da primeira e segunda porções (110, 112) é configurada para flexionar durante a captura em resposta a forças de aterrissagem a partir da aeronave (200, 300); e em que as primeira e segunda porções (110, 112) são alinhadas uma à outra e se estendem ao longo de um eixo geométrico longitudinal da haste flexível (104,404) alongada; e
um conjunto de captura e dissipação de energia (108) operavelmente acoplado à haste flexível (104) e posicionado para receber pelo menos uma porção das forças de aterrissagem a partir da aeronave (200, 300).
Sistema de recuperação de aeronave de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que a haste flexível (104) é pivotavelmente acoplado à porção de base (102) via um membro de afixação (106), e em que a haste flexível (104) é posicionada para se mover pivotadamente entre uma orientação angulada e uma geralmente vertical em relação à porção de base (102).
Sistema de recuperação de aeronave de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que:
a primeira porção (110) da haste flexível (104) tem uma primeira rigidez; e
a segunda porção (112) da haste flexível (104) tem uma segunda rigidez inferior à primeira rigidez.
Sistema de recuperação de aeronave de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que:
a primeira porção (110) da haste flexível (104) tem um primeiro comprimento (L₁) e uma primeira dimensão de seção transversal (D₁); e
a segunda porção (112) da haste flexível (104) tem um segundo comprimento (L₂) inferior ao primeiro comprimento (L₂), e uma segunda dimensão de seção transversal (D₂) inferior à primeira dimensão de seção transversal (D₁).
Sistema de recuperação de aeronave de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte da segunda porção (112) é revestida com um material de revestimento flexível, macio, configurado para engatar pelo menos uma porção da aeronave (200, 300), e em que o material de revestimento é selecionado para prover um desejado nível de fricção entre a aeronave (200, 300) e a haste flexível (104).
Sistema de recuperação de aeronave de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o conjunto de captura e dissipação de energia (108) compreende pelo menos um dentre os seguintes: um amortecedor hidráulico, um amortecedor pneumático, material que se deforma plasticamente, uma bobina de recepção passiva, ou um freio.
Sistema de recuperação de aeronave (400) para recuperar uma aeronave não tripulada (200, 300) em voo, o sistema (400) caracterizado pelo fato de que compreende:
uma porção de base (402);
dispositivo para capturar uma aeronave afixada a e estendendo-se para longe da porção de base (402), em que o dispositivo para capturar uma aeronave inclui:
uma haste flexível (404) compreendendo:
uma primeira extremidade afixada à porção de base (402) e uma segunda extremidade livre, oposta à primeira extremidade; e
uma primeira porção (410) e uma segunda porção (412) em uma extremidade distal da primeira porção (410), em que a segunda porção (412) é configurada para interceptar uma aeronave não tripulada (200, 300) em voo, e em que pelo menos uma da primeira e segunda porções (410, 412) é configurada para se flexionar durante a captura em resposta às forças de aterrissagem a partir da aeronave (200, 300), e em que as primeira e segunda porções (410, 412) são alinhadas uma à outra e se estendem ao longo de um eixo geométrico longitudinal; e
dispositivo para capturar e dissipar energia a partir da aeronave (200, 300), operavelmente acoplado ao dispositivo para capturar a aeronave (200, 300), em que o dispositivo para capturar e dissipar energia é posicionado para receber pelo menos uma porção da energia cinética da aeronave.
Sistema de recuperação de aeronave de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a haste flexível (404) é composta de pelo menos um dentre os seguintes: um material de fibra de carbono, um material de grafite de carbono, fibra de vidro, um material compósito de carbono/grafite, um material compósito de grafite/boro, ou bambu.
Sistema de recuperação de aeronave de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dispositivo para capturar e dissipar energia é suportado pela porção de base (402).
Sistema de recuperação de aeronave de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que:
o dispositivo para capturar a aeronave tem uma orientação inicial, geralmente vertical, antes de a aeronave não tripulada (200, 300) interceptar o dispositivo para capturar a aeronave em voo; e
o dispositivo para capturar e dissipar energia compreende uma linha de tensão (414) afixada à segunda porção (412) do dispositivo para capturar a aeronave, e um carretel de tensão (408) operavelmente acoplado à linha de tensão (414) e configurado para enrolar e/ou desenrolar a linha de tensão (414) durante a operação.
Sistema de recuperação de aeronave de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma da primeira e segunda porções (410, 412) do dispositivo para capturar a aeronave compreende:
uma porção inflável interna (504) incluindo uma ou mais bexigas configuradas para ser enchidas para uma pressão desejada com um gás; e
uma porção de engate externa (506) pelo menos parcialmente cobrindo a porção inflável interna (504), em que a porção de engate externa (506) é posicionada para engatar a aeronave (200, 300).
Método para recuperar uma aeronave não tripulada (200, 300) em voo, o método caracterizado pelo fato de que compreende:
fazer voar uma aeronave não tripulada (200, 300) para interceptar uma haste flexível (104) alongada tendo uma primeira extremidade pivotavelmente acoplada a uma porção de base (102) em contato com uma superfície de suporte local, e uma segunda extremidade livre, oposta à primeira extremidade, em que a haste flexível (104) tem uma primeira porção (110) e uma segunda porção (112) em uma extremidade distal da primeira porção (110) e a segunda porção (112) da haste flexível (104) é configurada para interceptar a aeronave não tripulada (200, 300), e em que pelo menos uma da primeira e segunda porções (110, 112) é alinhadas uma à outra e se estendem ao longo de um eixo geométrico longitudinal da haste flexível (104) alongada; e em que pelo menos uma das primeira e segunda porções (110, 112) é geralmente flexível; e
capturar liberavelmente a aeronave (200, 300) com a haste flexível (104), em que pelo menos uma porção da haste flexível (104) é configurada para se flexionar durante a captura em resposta às forças de aterrissagem a partir da aeronave (200, 300).
Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda suspender a aeronave (200, 300) a partir da haste flexível (104) e para fora de contato da superfície de suporte local ou solo depois de capturar liberavelmente a aeronave (200, 300).
Método de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que a haste flexível (104) é operavelmente acoplada a um conjunto de captura e dissipação de energia (108), e em que capturar liberavelmente a aeronave (200, 300) com a haste flexível (104) compreende ainda transferir as forças de aterrissagem a partir da aeronave (200, 300) para o conjunto de captura e dissipação de energia (108) via a haste flexível (104).
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que a haste flexível (104) tem uma primeira orientação inicial angulada em relação à porção de base (102), e em que capturar liberavelmente a aeronave (200, 300) com a haste flexível (104) compreende mover pivotadamente a haste flexível (104) da primeira orientação angulada através de uma posição geralmente vertical e para uma segunda orientação angulada em relação à porção de base (102) diferente da primeira orientação angulada.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15 caracterizado pelo fato de que:
fazer voar a aeronave não tripulada (200, 300) para interceptar a haste flexível (104) alongada compreende fazer voar a aeronave não tripulada (200, 300) de forma que um bordo dianteiro de uma asa da aeronave (200, 300) intercepta a segunda porção (112) da haste flexível (104) na segunda extremidade livre da haste flexível (104); e
capturar liberavelmente a aeronave (200, 300) com a haste flexível (104) compreende engatar liberavelmente a segunda porção (112) da haste flexível (104) com um dispositivo de captura (216) em um bordo de ataque (214) da asa (202).