BRPI1104853B1

BRPI1104853B1 - SYSTEM AND METHOD OF CONTROL OF BLOATING BIRDS

Info

Publication number: BRPI1104853B1
Application number: BRPI1104853-0A
Authority: BR
Inventors: Pedro Garcia
Original assignee: Airship Do Brasil Logística Ltda
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2022-10-11
Also published as: BRPI1104853A2

Abstract

SISTEMA E MÉTODO DE CONTROLE DE FLUTUABILIDADE DE DIRIGÍVEIS A patente em questão diz respeito a um sistema e método dotado de um invólucro de gás sustentador bipartido, composto por uma parte destinada a baixa pressão (2) e uma segunda destinada a alta pressão (1) permitindo a pressurização dessa parte para controle de flutuabilidade da aeronave.SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE BLOATHABILITY OF Blimps The patent in question concerns a system and method equipped with a bipartite sustaining gas enclosure, consisting of a part intended for low pressure (2) and a second intended for high pressure (1). allowing the pressurization of this part to control the buoyancy of the aircraft.

Description

A presente invenção refere-se a um sistema e método de controle de flutuabilidade de dirigíveis que utiliza um invólucro bipartido possibilitando a pressurização de uma das partes e, consequentemente, esvaziamento da segunda parte.The present invention refers to a system and method for controlling the buoyancy of airships that uses a bipartite casing, allowing the pressurization of one of the parts and, consequently, the emptying of the second part.

state of the art

Dirigíveis são aeronaves mais leves que ar, ou seja, aeronaves que utilizam da sustentação aerostática (pelo uso de um gás mais leve que o ar para garantir empuxo), em oposição às aeronaves tradicionais que utilizam a sustentação aerodinâmica (cujo movimento de corrida em pista ou movimentos de pás de rotor que geram as forças de sustentação). Tal sustentação é a chave para diversos dos diferenciais do dirigível frente a outras aeronaves em aplicações específicas, como será visto a frente.Airships are lighter-than-air aircraft, that is, aircraft that use aerostatic lift (by using a lighter-than-air gas to ensure thrust), as opposed to traditional aircraft that use aerodynamic lift (whose running motion on the runway or movements of rotor blades that generate the lift forces). Such support is the key to several of the differentials of the airship compared to other aircraft in specific applications, as will be seen ahead.

Ao tratar da sustentação do dirigível por uso de gás, o que se refere é à inflagem de um grande compartimento do dirigível com um gás mais leve que o ar. Esse compartimento, mais facilmente visto como o “balão” do dirigível, é conhecido como envelope, e frequentemente tem um formato de perfil elipsoidal. Ao envelope é fixada a gôndola, estrutura que carrega os passageiros, e pode também ser fixada a cauda e a motorização, dependendo da configuração da aeronave.When dealing with the support of the airship by use of gas, what is referred to is the inflation of a large compartment of the airship with a gas lighter than air. This compartment, more easily seen as the “balloon” of the airship, is known as the envelope, and is often shaped like an ellipsoidal profile. The gondola is attached to the envelope, the structure that carries the passengers, and the tail and engine can also be attached, depending on the configuration of the aircraft.

Dentro do envelope, ou “balão” do dirigível é compreendido o sistema de flutuabilidade deste.Inside the envelope, or "balloon" of the airship is understood its buoyancy system.

Para segura operação de dirigíveis se faz necessária a utilização de um controle de flutuabilidade que permita a aeronave alterar sua capacidade de sustentação de acordo com a necessidade presente.For the safe operation of airships, it is necessary to use a buoyancy control that allows the aircraft to change its lift capacity according to the present need.

A atual técnica é representada pela patente americana US 7,156,342 B2 e não possibilita esse controle de maneira ágil, tornando a operação de dirigíveis, principalmente em momentos de decolagens e pousos, mais difíceis e perigosas.The current technique is represented by the American patent US 7,156,342 B2 and does not allow this control in an agile way, making the operation of airships, especially during takeoffs and landings, more difficult and dangerous.

A técnica descrita na patente supracitada exige o bombeamento de um gás mais pesado (ou seja, ingerindo ar externo), aumentando assim a massa do dirigível. Esse sistema requer um grande acréscimo de massa e complexidade ao dirigível.The technique described in the aforementioned patent requires pumping a heavier gas (i.e., ingesting outside air), thus increasing the mass of the airship. This system requires a large addition of mass and complexity to the airship.

A técnica descrita nesse documento permite esse controle mantendo a massa total da aeronave inalterada e, portanto, não modificando suas características de voo e não acarretando grandes acréscimos ou gerando grandes modificações estruturais ou sistêmicas aos projetos de dirigíveis já existentes.The technique described in this document allows this control by keeping the total mass of the aircraft unchanged and, therefore, not modifying its flight characteristics and not causing large additions or generating large structural or systemic modifications to existing airship designs.

Purpose of the invention

A presente invenção tem como objetivo tornar o controle de flutuabilidade de aeronaves mais simples e rápido, sem acarretar um grande aumento de peso da aeronave.The present invention aims to make the buoyancy control of aircraft simpler and faster, without causing a large increase in the weight of the aircraft.

Brief description of figures

A figura 1 apresenta a invenção em vista superior com a área de maior pressão hachurada. A figura 2 apresenta a invenção em vista superior com a área de menor pressão hachurada. A figura 3 apresenta a invenção em vista superior com os sistemas de compressão e válvulas de equalização de pressão em seus lugares.Figure 1 shows the invention in top view with the area of greatest pressure hatched. Figure 2 shows the invention in top view with the area of lower pressure hatched. Figure 3 shows the invention in top view with the compression systems and pressure equalization valves in place.

Detailed description of the invention

O sistema e método compreendem um invólucro de gás sustentador toroidal dividido em duas partes preenchidas com o mesmo gás, uma das partes manufaturada com tecido de alta resistência e a outra parte fabricada com tecido de menor resistência.The system and method comprise a toroidal sustaining gas envelope divided into two parts filled with the same gas, one part manufactured with high resistance fabric and the other part manufactured with lesser resistance fabric.

O tecido de maior resistência precisa de tais características para que seja capaz de suportar os esforços mecânicos de pressão, então pode tratar-se de trama como poliéster de alto Denier, poliamida ou nylon, já o tecido divisor do outro invólucro pode apresentar menor resistência pois não precisa resistir a grandes esforços de pressão e pode, assim, possuir maior maleabilidade e menor peso (como seria o caso de um poliéster de baixo Denier). Ambos tecidos devem, no entanto, ser revestidos para garantir impermeabilidade ao hélio ou outro gás mais leve que o ar que for utilizado, com coberturas como película de poliuretano impermeabilizante, por exemplo. Tais tipos de tecidos são atualmente utilizados pela indústria de aeróstatos, dirigíveis e balões de ar quente, e a inovação tecnológica faz com que a tendência seja cada vez maior de serem criados tecidos para tais aplicações com maior resistência, menor permeabilidade e menor peso, aumentando cada vez mais a eficiência das aeronaves mais leves que o ar.The fabric with greater resistance needs such characteristics in order to be able to withstand the mechanical stresses of pressure, so it can be a weave such as high Denier polyester, polyamide or nylon, while the dividing fabric of the other envelope can have less resistance because it does not need to resist great pressure efforts and can, therefore, have greater malleability and lower weight (as would be the case for a low Denier polyester). Both fabrics must, however, be coated to ensure impermeability to helium or another lighter-than-air gas used, with coverings such as a waterproofing polyurethane film, for example. Such types of fabrics are currently used by the aerostats, airships and hot air balloons industry, and technological innovation means that there is an increasing tendency to create fabrics for such applications with greater resistance, lower permeability and lower weight, increasing increasing the efficiency of lighter-than-air aircraft.

Na interface dessas duas divisões se encontra um sistema de compressão de gás (3) de alto volume e baixa pressão.At the interface of these two divisions is a high volume, low pressure gas compression system (3).

Para a diminuição da sustentação da aeronave, o compressor (3) seria acionado retirando o gás da divisão de baixa pressão (2) e comprimindo o mesmo na parte de alta pressão (1) do invólucro desinflando assim a primeira secção e por consequência diminuindo a sustentação do dirigível. Para reconstituição da sustentação basta acionar uma válvula de equalização de pressão (4) localizada na interface das secções do invólucro de gás.To reduce the aircraft's lift, the compressor (3) would be activated, removing the gas from the low pressure division (2) and compressing it in the high pressure part (1) of the casing, thus deflating the first section and consequently reducing the airship support. To reconstitute the support, just activate a pressure equalization valve (4) located at the interface of the gas enclosure sections.

A descrição que se segue e as figuras associadas têm por função auxiliar na compreensão do presente dispositivo descrito nesse documento.The description that follows and the associated figures are intended to assist in understanding the present device described in this document.

A figura 1 apresenta a invenção em vista superior com a área de maior pressão (1) hachurada. A área recebe o gás mais leve que o ar de inflagem através do compressor de gás (3). Quando é desejável equalizar o gás, este compartimento expele o gás pelas válvulas de equalização de pressão de gás (4).Figure 1 shows the invention in top view with the area of greatest pressure (1) hatched. The area receives the gas lighter than the inflation air through the gas compressor (3). When it is desirable to equalize the gas, this compartment expels the gas through the gas pressure equalization valves (4).

A figura 2 apresenta a invenção em vista superior com a área de menor pressão (2) hachurada. Essa área é a principal responsável pela flutuabilidade do dirigível, já que a sustentação se dá pelo empuxo e quanto mais inflada a área estiver, maior massa de ar (externo ao sistema) é deslocada e, consequentemente, maior o empuxo. Para situações em que se deseja diminuir a flutuabilidade do dirigível, o compressor de sentido único (3) é ativado, desinflando a região do compartimento de baixa pressão (2) e armazenando o gás mais leve que o ar no invólucro container de alta pressão (1).Figure 2 shows the invention in top view with the area of lower pressure (2) hatched. This area is primarily responsible for the buoyancy of the airship, since support is provided by buoyancy and the more inflated the area is, the greater the mass of air (external to the system) is displaced and, consequently, the greater the buoyancy. For situations in which it is desired to reduce the buoyancy of the airship, the one-way compressor (3) is activated, deflating the region of the low pressure compartment (2) and storing the gas lighter than air in the high pressure container enclosure ( 1).

A figura 3 apresenta a invenção em vista superior com os sistemas de compressão (3) e válvulas de equalização de pressão (4) posicionadas na interface que separa as seções da invenção. As válvulas (4) são válvulas acionadas para equalizar a pressão quando necessário soltar o gás armazenado no invólucro (1) para aumentar a flutuabilidade do dirigível.Figure 3 shows the invention in top view with the compression systems (3) and pressure equalization valves (4) positioned at the interface that separates the sections of the invention. The valves (4) are actuated valves to equalize the pressure when necessary to release the gas stored in the casing (1) to increase the buoyancy of the airship.

Em um aeróstato não-tripulado, ou em um balão cativo, esse sistema de compressão e equailização de gases pode ser automático, e um computador de bordo (ou computador remoto em solo) controla a diminuição ou aumento de quantidade do gás mais leve que o ar no compartimento de baixa pressão (2) para diminuir ou aumentar a sustentação do dirigível, respectivamente, e manter a flutuação constante quando o desejado é a manutenção de voo, ou regular subida ou descida da plataforma.In an unmanned airship, or in a tethered balloon, this gas compression and equalization system can be automatic, and an on-board computer (or remote computer on the ground) controls the decrease or increase in the amount of gas lighter than the air in the low pressure compartment (2) to decrease or increase the airship's lift, respectively, and maintain constant fluctuation when the desired is flight maintenance, or regular platform ascent or descent.

Em um aeróstato tripulado ou dirigível, tal ativação pode ser feita por um computador de bordo no caso da manutenção de voo (sistema programado para abrir as válvulas quando cai a temperatura e o gás estaria naturalmente se comprimindo, por exemplo, para manter flutuabilidade), ou controlado pelo piloto, no caso de ser operação de pouso ou decolagem, por exemplo.In a manned airship or dirigible, such activation can be done by an on-board computer in the case of flight maintenance (a system programmed to open the valves when the temperature drops and the gas would be naturally compressing, for example, to maintain buoyancy), or controlled by the pilot, in the case of a landing or take-off operation, for example.

O sistema de compressão (3) é composto por fiação para alimentação elétrica (advinda do sistema de alimentação da aeronave ou plataforma - como bateria, motor a combustão, etc) e um compressor gasoso de direção única: que comprime o gás de entrada do compartimento de menor pressão (2) e expele no compartimento de alta pressão (1). Tal compressor pode ser adaptado de sopradores e compressores industriais, e deve ser escolhido de acordo com o gás mais leve que o ar utilizado (hélio, ou hidrogênio, por exemplo). Esse sistema de compressão deve ser escolhido para que seja de fechamento de fluxo, então quando ligado ele gera o fluxo no sentido desejado e quando desligado ele veda completamente o fluxo por dentro dele.The compression system (3) consists of wiring for electrical power (from the aircraft or platform power supply system - such as battery, combustion engine, etc.) of lower pressure (2) and expels in the high pressure compartment (1). Such a compressor can be adapted from industrial blowers and compressors, and must be chosen according to the gas lighter than air used (helium, or hydrogen, for example). This compression system must be chosen so that it closes the flow, so when turned on it generates the flow in the desired direction and when turned off it completely seals the flow inside it.

As válvulas de equalização de pressão (4), sempre que não acionadas devem manter o fluxo fechado entre invólucros. Elas podem conter cabeamento elétrico também caso sejam conectados a sistemas automáticos de abertura, ou apenas a cabos de aço de acionamento caso sejam acopladas em aeronaves que conterão apenas acionamento mecânico pelo piloto (por exemplo: a válvula fica fechada, presa por mola, o cabo de aço é puxado por manopla no painel do piloto e abre a válvula, ela se fecha novamente após o cabo ser solto). Estas válvulas podem ser de sentido único (do compartimento de alta pressão para o de baixa pressão) ou de sentido duplo, e tal escolha dependerá do design feito para a aeronave, o tamanho de cada compartimento para carregar os gases necessários para a sustentação da aeronave e quais as diferenças de pressão que serão necessárias entre elas (quanto maior a amplitude de temperaturas, altitudes e mudança de cargas a que a aeronave será submetida, maior diferencial de pressão entre os dois compartimentos será necessário).The pressure equalization valves (4), whenever not activated, must keep the flow closed between enclosures. They may also contain electrical cabling if they are connected to automatic opening systems, or only steel cables for activation if they are attached to aircraft that will only contain mechanical activation by the pilot (for example: the valve is closed, held by a spring, the cable steel is pulled by a handle on the pilot's panel and opens the valve, it closes again after the cable is released). These valves can be one-way (from the high-pressure compartment to the low-pressure one) or two-way, and this choice will depend on the design made for the aircraft, the size of each compartment to carry the gases necessary for sustaining the aircraft. and what pressure differences will be required between them (the greater the range of temperatures, altitudes and load changes to which the aircraft will be subjected, the greater the pressure differential between the two compartments will be required).

Claims

1 - SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE BLOATHABILITY OF BAIRSHIPS, characterized in that it comprises: a toroidal gas enclosure separated into two sections, one of low pressure (2) and the other of high pressure (1), both for gas lighter than the air; gas compression system (3) and pressure equalization valves (4).

2 - SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE BLOATHABILITY OF BAIRSHIPS, according to claim 1, characterized in that the interface between the two divisions presents a gas compression system (3) of high volume and low pressure, one-way from the low-pressure compartment pressure (2) to high pressure (1).

3 - SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE BLOATHABILITY OF BAIRSHIPS, according to claim 1, characterized in that it contains one or more pressure equalization valves according to the volume of gas contained located at the interface of the sections of the enclosure.

4 - High pressure section (1), according to claim 1, characterized by manufacture in high resistance fabric, such as polyester, nylon or polyamide, waterproofed against leaks of gas lighter than the air used, with coating as a film of polyurethane.

5 - Low pressure section (2), according to claim 1, characterized by manufacture in impermeable fabric against leaks of gas lighter than the air used, with coating such as polyurethane film.

6 - SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE BLOATHABILITY OF Blimps, characterized by decreasing the lift by activating the gas compression (3) by deflating the gas lighter than the air contained in the low pressure section (2) to compress it in the high pressure (1).

7 - SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE BLOATHABILITY OF BAIRSHIPS, characterized by increasing the lift by activating the pressure equalization valves (4) reinflating the high pressure section (2).