PT105565A - Aeronave - Google Patents

Abstract

O PRESENTE INVENTO FOI DESENVOLVIDO NO ÂMBITO DA ENGENHARIA MECÂNICA E CONSISTE NUM NOVO TIPO DE AERONAVE PARA TRANSPORTE DE CARGAS DE MUITO ELEVADA MASSA COM RESTRIÇÕES DIMENSIONAIS POUCO SIGNIFICATIVAS. A AERONAVE UTILIZA VÁRIOS CORPOS INSUFLADOS COM GÁS MAIS LEVE QUE O AR, QUE AO SEREM POSTOS EM ROTAÇÃO GERAM O EFEITO MAGNUS, CRIANDO UMA SUSTENTAÇÃO DE TAL MAGNITUDE GUE DOTA A AERONAVE COM UMA CAPACIDADE DE TRANSPORTE CONSIDERÁVEL.

Description

Aeronave 0 prescrito invento é uma aeronave desenvolvida na área da Engenharia Mecân ica, com: aplicabilidade no transporte de carga, passageiros,: no combate a incêndios florestais, em acçoes pubi i c i ta r Las, na captação de imagens aéreas, para 1 ns ta tacão do cargos úteis de te lecomuni caçoes, oú conversão de energia êolica em trabalho. Podendo ser aplicada como pláta.forma de obSérvaçãG estacionária ou movei,

Estado dá técnica

Lista dos documentos citadosí - iatento ÍQ2QÚ4/dl2ES2Â2, .E, Mondais, 12/2/2004; - fatêhtê dS436í|;S3::ÈÁ, K. !). terguson, 4/1/.1 983; - Patente WO2007/139412M, T. Pardal, 6/12/2007 O transporte de cargas por via aérea tem eido limitado ao transporte de cangas em aviões com limitações dimensionais ao interior da fuselagem, ou por aerústatos ·:,i . e.: sistemas baseados em impulsão atmosféricâ) e portanto limitados a ha i.xas altitudes de operação e sempre de elevadíssimas dimensões para cargas pesadas dado serem necessários mil. litros de gás para elevar iKg, O sistema act.uai .mais proximo da: presente invenção será a utilização do helicópteros para transporte de cargas suspensas, estando no entanto a sustêntaçâo máxima limitada ao quanto aguenta o encast.ramento das pás no eixo. gxisbem porém alguns sistemas de: transporte publicados que faiem, uso do efeito Magrraa, contudo dia muito poucos e uenhum deles faz uão dé corpos cilíndricos insuflados. Os documentos em questão são o pedido de patente

VvO2ú0i/012992A2 o a US4366936A. Ç, primeiro {W02 0 0 4 / 0 '1299 2 A2) reclama a invenção de uma aeronave cuia sustentação: ê: garantida por sacos contendo gás ma is leve que o ar en s a n du i c 'n a do s entro duas plataformas horizontais para 1 elas, sendo que a ascendo e descida da aeronave é conseguida através do enchimento e dêfláçld do.s referidos sacos, e o rumo é estabedécidd pelo uso combinado de motores de aeronaves, convencionais e peia rotação de uma cortina sém-fím envolvendo os sacos, de gás dé modo· a gerar o efeito Ma gnu &. A sefundã patente· (0S43669MA.) p roviamen to referida, reclama a invenção de uma aeronave consistindo num corpo de formato esférico em rotação (assim gerando sustentação por efeito Ma gnus) , cheio com gás mais leve que d ar, e dotada de uma gondola de pilO:tagcm/transporte. Esta última patente não preconiza o uso de cilindros em rotação, nom do uma construção modular, ao contrário da presente invenção, não podendo, assim elevar-se verticalmente ou, controlar a atitude por diferença de rotação entre corpos ou conseguir transporte de eargas de elevada massa devido à falta do modularidade devido ã impraticabilidade de construir corpos rotativos de elevadíssimo diâmetro, o sistema, de transmissão de esforços é uma estrutura rígida e não cabos sob apenas tracção, não tem controlo adequado da d i.slribuicno de massa do sistema e sua respectíva orientação, e não fax urna separação do gás de impulsão do exterior através de uma camada intermédia de gás inerte a combustão apenas para nomear algumas diferenças. A patente #D2ÍQ1/139;412A1 refere-se a um sistema produtor de energia,, fazendo ago do afeito Magnus para fazer isublr um módulo aéreo, puxando um cabo que· acciona um qerador eléctrleo. Desligando o motor que faz: rodar os .cilindros, o efeito Magnus cessa, e o módulo aéreo ê puxado para baixo.. 0 ciclo á repetido, sendo a energia produzida em malar quantidade do que a energia consumida para fazer rodar os cilindros e fazer subir o descer o módulo aéreo. Mas este sistema não só não serve o propósito de ser uma aeronave e portanto passível de transportar pessoas, carga, ou serve para outros dos usos previstos pelo presente invento, como pouco detalhes: construtivos ,sto especificados,

Desorição do invento

Este invento consiste numa aeronave cuja sustentação é garantida pelo efeito Ma gnus por meio de um ou mais componentes (por exemplo oí 1 indros) em rotação (1). Uma vez no ar, esta aeronave dotada de propulsão própria (2) pode deslocar-se para qualquer outra localização geográfica, â força de .sustentaçiO: gerada pelo efeito Mãgnus dota esta. aeronave :de uma capacidade da carga considerável,, podendo transportar çargas (3) bastante pesadas e Sem grandes limitações dimensionais através de grandes distâncias de forma económica o segura. A. aeronave é composta por; - um sistema aerodinâmico; - um sistema estrutural; - um sistema de impulsão; - um sistema cie propulsão; - um .sistema de marga: útil; - um grupo do controlo çom: - um sistema, de âOtuaddtes;' - um sistema, dê sensorês.; - um sistema, dê processamento.

Sistema Aerodinâmico

Corpos .Em. Rotação: 0 sistema aerodinâmico é, composto por corpos· com a. superfície: em rotação- (1)/ os fuâis, numa configuração ideal mas não limitativa,, poderão ser cilindros. Estes corpos,/ numa das suas configurações possíveis,· são doloçados em rotação áê: forma aoiiva, ou seja, mediante fornecimento de potência, (por exempla através de um. motor êléotrioo que é um aetuador do sistema de controlo) , Uma vez em rotação ê imérSQS: hurri. esccamenl.o de ar, seja ele natural, (i/ê;:: vento) ou provocado: por exemplo pelo deslocamento da, aeronave devido a uma força transmitida por ura sistema de propulsão, então, estes componentes (1) geram sustentação. aerod i nàrri i ca através do denominado efeito Magnas ou conforme o teorema de Ku t: t a - J ou kows k i. 0 factor Importante para se obi.er sustentação aerodinâmica por efeito de Maqnus é a existência de um raoviiaen! .o ¢1.0: caudal) de fluido relati.vamonte a uma superfície im rotação, ou seja, não è obtigat ório que esteja todo o corpo era rotação para que o fenômeno se verifique, podendo haver configurações cm que o corpo está fixo e apenas a sua superfície esteja em movimento. Por exemplo, a aeronave pode ser constituída por cilindros fixos e incorporar uma superfície fama tela como opção) que funciona do modo semelhante a um tapete rolante. «Quando a opção de ter apenas a superfície em rotação é utilizada o corpo pode ter ura qualquer perfil não sendo de todo necessário que a sua secção recta (num corte perpendicular ao eixo longitudinal/ sega simétrica (não sendo portanto circular de modo a formar ura cilindro).

Considera-se ainda que não é necessário que toda a superfície tenha rotação ou que esta cega feita a velocidades iguais em tola a superfície era movimentou por exemplo, cada corpo com a superfície em rotação (1) pode ter rãrias secções independentes com a superfície em movimento (semelhantes aos referidos tapetes rolantes), e adicional-mente {sendo independentes) estes podem simultaneamente encontrar-se com velocidades lineares diferentes,

Redutores de Arrasto Induzido

Nos topos dos corpos com a superfície em rotação (1) pode ainda existir uma faixa de tela ou uma secção de maior diâmetro para melhorar o desempenho do sistema por evitar refluxo no topo· entre o volume Inferior {sujeito a maior pressão estática) e o superior (com menor pressão estática) ., Desta forma reduz-se o arrasto induzido e melhora-se a envergadura útil de cada corpo em rotação.

Matriz, de Corpos em Relação A aeronave- para o seu funcionamento correeto necessita rio mínimo de um destes, corpos em rotação, no entanto vários destes pode existir numa matriz. A uma coluna desta matriz chama-se aqui a um empilhamento de corpos em rotação perfis.

Perfis Alares

Os corpos em rotação podem revolução e serem apenas não executar sequer urna alares em cuja rotação é feita rmm intervalo angular pequeno e serve o propósito de alterar o ângulo do ataque. Ou ern alternativa estas asas são fixas e contêm superf ic i us de controlo ou o ângulo de ataque é alterado, mudando o comprimento dos cabos de convergência para a canga útil e assim, a sua respecl i va posição relativamente aos centros de massas e de pressões da aeronave.

Sistema Estrutural

Const i tuicão dos Corpos com a Superfície em Rotação No caso do os referidos corpos com. a superfícies em rotação (.1) serem uma estrutura insuflada, om que a rigidez é-lhes conferida pela pressão inferna. Estes corpos têm de ser estanques a gás {i . e: material com difusão baixa s quase homogénea a gás], e ser capazes do apresentar a rigidez e a forma {cilíndrica, por exemplo) pretendidas qaáhdo presSúrIçadQs (devido ao estado de tensões em que são colocados pela pressão interna a que estão sujeitos) . E:$tas: duas caracteristicas. podem: .ser gâranfldás por uma só Oãmâdã., ou. por ama sobreposição destas que podem, ser de materiais díssrmi lates- com o objectivo de cumprir diferentes funções. Ou sega, podem, existir camadas que são constituídas,: por exemplo, por balões cuja única função ê serem estanques a gás ê, pelo menos, uma. Outra camada, simples ou composta (ex: rede com. ou sem. tela intermédia,, apenas tela., chapa, fina, etc,:) que neste caso pertence então ao sistema estrutural: e cuja. função é permitir quê os referidos baldes pressurizem contra esta e 'desta forma o sistema tome uma forma e rigidez. Sendo que, todos as componentes estanques são parte integrante do Sistema de impulsão.. 0 propósito da utilização do um corpo insuflado para este fira tem como ofcj ectivo a diminui çao do peso total da aeronave e facilidade de transporte não aéreo e montagem in-situ, porém este componente pode ser subst.i tu ido por uma estrutura dc outra natureza coroo por exemplo uma treiiça ou outra solução*

Jantes

Mos casos em que os corpos (.1) têm; a sua. súper fieis .por rodarem integra lmente com um todo,, passando então a designa r-so como corpos; em rotação^ (1.) c de: modo a permitir Uma. melhor distribuição na. t.ransmissà©: cont rolada dé potência ;(:i..e*:,: binário e .rotação) dos aetuadçres (4) para OS referidos corpos em rotação (lj, pOderãO: ser usadas jante:® (.5) pomo interface: entre eles,, podendo, para o efeito, acoplar-se estas jantes (5) às extremidades dos referidos corpos rotativos (1) Sendo: que no limite o actuador (d) è um motor com um rotor e um estator de diâmetro suf le i en temer te grande e simultaneamente terem a sua parte estrutural com a robustez para cumprir também: a função de jante (5) e. componente estrutural (adiante designado do rolamento o chumaceira estrutural) {21). 0 conjunto jante (d) o, rolamento: e chumaceira estrutural (1.1;) suportam: esforços transversos e axiais, assim como momento transmitidos entre si, mantendo em simulttrieo a capacidade do rodarem independentemente um rei aiivamente ao outro sobre o eixo longitudinal do corpo cm rotação onde estão montados, ou seja, este conjunto permite que o corpo em rotação esteja oncastrado na jante que por sua ve:z está fixa ao componente (21) mantendo como único grau de liberdade em re i acão a este a capacidade de ter uma velocidade angular no seu eixo longitudinal.

Numa .configuração ideal. :mas não· limitativa, çada corpo em rotação. (1) -tem. uma forma essemóialmente cilíndrica (podendo então 'também designar-se por cilindro rotativo (1)} © uma jante (5) ©m cada tapo<:

As janfos (5), que incluem um sistema de rolamentos, podem ser uma estrutura rigida ou insuflada... Quando a opção i pela utilização de: uma estrutura insuflada;, esta deverá ser suficientemente rígida, sendo que para isso u pressão interna terá quo ser superior â do corpo em rotação. Esta estrutura insuflada (que podarS. assumir a forma de um toro, per exemplo) será simplesmente ligada a cada topo de cada cilindro rotativo (1),: Em. alternativa, estas ès-triitUras insufladas poderio ser obtidas através da eompa.rtimenteção estanque das extremidades do cilindro rotativo (1)., pressurizadas cie forma independente do resto d©: cilindro, neste: caso tem-se por exemplo um COmpartimarto (no interior do ctli ndro de cada topo) com f orma de duas calotes elipsóidos. Cada o id.tndro |1) teria portanto dois destes compartimentos: internos, um eru cada extremidade:. As jantes (5) estão portanto sujeitas essencia Mente a esforço transverso o cada corpo rotativo (1) tem pelo menos duas, (uma era cada topo) .

Como alternativa, ao uso de estruturas insufladas nos topos dos cilindros (1) , tanto internas como externáS:, .poder-S:®-á pressurisar os cilindras (1) de modo a que estes se tomem suficisntemente rígidos

Espaçador

As jantes {:5) podem, ser ligadas por uma estrutura rigida (6j (uma viga em. perfil ou uma treliça) OU por cabos ('/) a. um elemento estrutural inferior (o) (que doravante poderá, também ser designado por espaçador).. q .r@fe.rido elemento estrutural. inferior lou éspaçador) (8) é, como o nome indica, colocado por ba i xo do sistema aerodinâmico, podendo s©r uma estrutura rígida (por exemplo traliçada): ou ma is um componente insuflável , sendo neste caso o elemento: ma í s susceptivol de colapso estrutural por instabilidade à compressão, dado ser um elemento de cujos topos convergem os cabos (9) para o destorcedor (10) ou dlrcotemente para a ca rga suspensa (3) . Tem portanto de suportar lodos os esforços do compores são causados pela convergência dos cabos sujeitos ò traeção causada pela soma das forças aerodinâmicas nos corpos em. rotação.

No limite, em algumas configurações este éspaçador © ele também um corpo em rotação gerador de sustentação aerodinâmica.

Sis terna de Impulsão

Esta aeronave de mobe a manter .á suâ. fõrmã & assim poder funcionar correctumente, quando toma uma configuração em gue tem α sistema aerodinâmico, essencialmente constituído per cilindros em rotação e a sua ligação em matriz a. ser conseguida através de cabos de ligação: entre jantes, deve então ter a resultante cia impulsão no sistema ao.r odinâmj oo superior ao seu peso caso: se pretenda que este eventualmente pare a rotação dos cilindros.. Esta impulsão realizada pelo sistema com o mesmo nome, ê conseguida através dè Componentes insuflados (exemplô:: balões) no Inferior da aeronave.

Balões

Mos casos em que os componentes ineufilados (1) e |S) suo cheíoe com mn gás. combustivel podem, eetes em. alguns dos casos ser constituidos por ma ou maís elementos: (1, e,. , balões.) interiores e um. ou maia exteriores,· aend© que o material dos elementols): Interior (e-s) permitirão uma difusão. menor do gás ut.Ilibado {por exemplo hidrogénio) que o(s) elementois). exterior1 (ea): cuja permeabilidade terá de ser maior a estar (em), desde origem insuflado (;s) com dm gás inerte a ignição com. o gás combustivel. Desta forma .garantem-se sempre nivels baixos de concentração do fás combustível n.a camada menos interior de gás.

Em alier.nativa., $ no caso do componente insuflado ter geometria cllíndr ioa, poder-se-á optar por uma. conf iguraçâo em que; o elemento exterior do componente insuflado (1, 8} é, ele próprio uma estrutura insuflada, de geometria tubular, constituída por várias células (26) dispostas raâialmenfe e que se estendem longi LudJ na l.mente uo longo do componente insuflado í 1, 8}, sendo que estas célula® '(16) poderão ser cheias com um gás: não combusti-el (MI,: por exemplo) *. Ά secção transversal destas oélu.i as (26) poderá ser trapezoidal, ou circular. 0 referido elemento exterior insuflado, de geometria tubular, conteria no :seu nUcleo mm ou vários carpos insuflado® ('27) .(cugã disposição poderá ser por exemplo radial ou longitudinal) cheios de. hidrogénio (¾) , do espaços, deixados vários entre úb corpos- insuflados. (271 cheios de hidrogénio e a parede interior do elemento^ exterior insuflado poderiam, ser preenchidos com. o mesmo gás não combustível com que foram Cheias as células (26) deste Ultimo.

Numa versão .alternativa °: referido elemento exterior do componente insuflado (1/ @1 poderá consistir numa estrutura tre I i cada cujos ο I emontos são corpos insuflados. A referida osfratura t. rei içada pode ser obtida unindo duas camadas de filme estanque: a gás através do selagem (ou outro processo do união estanque entre f i Imos.) do modo a que .sejam, formados canais que, a dós p r o s s u r i z a ç ã o, constituirão os elementos da. referida treliçS::.. ©s referidos elementos, da treilça que: constituem, o elemento exterior do componente ínsuflado (1, 8j tim uma membrana existente entre eles formando, uma barreira estanque ao gás que, pressuriza d referido; componente Insuflado í'b 8) , © interior da referida membrana de união entre elementos da treliça e cheio com um gás nld combustível e no seu interior são então dispersos os elementos com hidrogénio.

Sistema de Propulsão (3 sistema de propulsão (i) não t em nada de inovador podendo: ser um. qualquer propulsor de aeronaves:

Gonvenoiçnals. Deverá. ;no entanto ser .montado num mecanismo· articulável .actuã.dar do sistema de controlo que permita alterar ,a sua orientaClo: de modo; a permitir uma melhor Operação da .aeronave em voo..

Carga Útil A aeronave poderá transportar carga cora volume e pese considerável num mòdU:lo/gond.ola de carga (3) , acoplado direct.ame.nte ao- elemento estrutural inferior (B) ou, em alternativa., dele suspenso por melo de cabos (9) que pendem dos topos do referido elemento estrutural inferior (83 . Mesto caso,, poderá. Ser necessária a utilização de um, destoroedor de cabos (10 > instalado no ponto de convergência dos cabos (9) que pendem, da aeronave, de modo a prevenir contra qualquer tendência dos cabos se enrolarem, e manter .assim a posicao relativa entre si. Q modulo/gôndola de canga (3) poderá ser acoplado directaraente ac destorce dor de cabos (9) , ou por meio de um outro conjunto de cabos (11), possivelmente mais curtos, ou por meio de uma estrutura rig.ida (11).

Como carga útil pode-se entender também equipamento para observação terrestre., telecomunicações, conversão de energia solar ou eól ica em elect ri cidade., ou para outras a p 1 i c a. ç o e s .

No caso da aeronave ser utilizada como plataforma aérea para observação terrestre ou telecomunicações, poderá haver; interesse ligar a plataforma à superfície por um cabo (18). Este cabo pode assim ser usado para manter mais facilmente uma posição miais estacionaria da aeronave na atmosfera -e simultaneamente transferir através deste, informação e/ou dados, potência para. o sistema de controlo e/ou de propulsão, transferir gás para o sistema de impulsão. Sendo neste caso um cabo multi-funcinãl ê cdm vários subsistemas incorporados na sua constituição. A aeronave tem de ser: capaz de sustentar o cabo e este, em algumas aplicações pode ser utilizado para transferir potência da aeronave para a superfície terrestre. Esta transferência de energia pode por exemplo ser feita por condução de electricidadô convertida num sistema na carga útil da. aeronave ou pode a aeronave devido a sustentação aerodínâmíc a induzi·; ia pelo vent o, executar um movimento cíclico foi i períõdi . ço}; em que numa fase- c leste, o cabo transmite força e velocidade :(i.:e: potêr icíâ) para a superfície. conforme des cri to em ma i s detalhe na publicação WO2 0.G7./13 9412AI..

Postorcodor 0 destorcedor de cabo í 10; aléra dos elementos est. rutura Ls para rotação coroo por exempl o rol amoutos i ncorpora subsistemas do çtropo de controlo, nomeadamente:: - um subsistema de transmissão do potência el6ctrica que poderá ser por contacto (por exemplo escovas. semelhantes às de motores ci óctricô) ou por um tfânsfçrmâdor que idealraenlc mas não lirni t ativo ser.á: composta por bobines coaxiais/ - um subsistema de transmissão óptica de· informação em anel que poderá, ser composto por' alguns foto sensores e.lsctrènicos: (por exemplo foto-diodosj dispostos em forma de anel extefio.r ao destorcedor e um. ou roais emissor (es) òpticofs) (por exemplo: LED) para. lhe (s) transmitir o sinal; - um subsistema para transrçissSo de gases que incorpora a montante tálrulas com. controlo de actuaçâo para decLsao de qual o gás a injeetar e a jusante tem. opcíonalmente timbiro válvulas com controlo de actuaçâo:, ou válvulas de não retorno, ou ambas. Deste modo: a passagem de gás é feita em períodos de tempo: so 1 occionaclos e será feita: - ou a!: ravés do uma çimara com transmissão de gás rotativa que terá minimizada a perda de gás através da ligara© rotativa por não haver transmissão de gás na maior parte do tempo de; funcionamento; - ou numa câmara que fecha e bloqueia: a capacidade de rotação do dés:torcedQ.r (10j apenas nestes per iodos de transmissão de gás; - um. subsistema de acoplamento dos condutores para. de;sG.argãs ^lectrootâtioãs atmosféricas: (l.e::: relâmpagos), com o intuito do evitar danos aos rolamentos çu Outros dos subsistemas deste destorcedor caso a descargo, elèctridá. se efectuasse através destes,, assim quando o campo eléctrico da atmosfera ult.rap.asaa um. determinado patamar pausando a haver grandes profeabi lidadas de um relâmpago atingir a. seronáve ou o çabo de ancóragem. desta, então, este subsistema é ligado:,. Caso seja .atingido por uma desoarga e fique soldado pode ser navamsnte: separado por actuaçno do sistema da controlo sem danos aos restantes subsistemas do de;s torcedor.

Sistema de Controlo

Urna das funções do sistema de controlo é a de através dos seus aotuadores (4) garantir que· o (s) corpo (s) (1) tenha (rn) a ve.1 oc i.dado angular pretendida na sua superfície de modo a obter-se a sustentação aerodinâmica desejada.

Mos Casos em que cada um dos corpos (1 ) estão ligados a uma jante (a) |i Cãda topo e rodam na sua totai idade {coerente com estas jantes í::·}} , então em pelo menos ura dos topos existe um actuaior (por exemplo um motor eléctricó) que trãnçmi.te binário & rotaçlç è. jante {d), através do rolamento e chumaceira: (21) .

Este Sistema tem também de controlar o sistema, de propulsão assim, como a distribuição, de massas de modo. â. manter o centrei de massas cie cádã componente na posição dêsejada também para que o centro de massa do .sistema total se encontre: numa posição1 correota. Com este intuito ã carga útil o dostorcedor (quando presente) devem poder alterar α sua posição por variação do comprimento relativo entre os cabos de convergência (9}.

Estabilidade Ά estabilidade desta aeronave :i um factor muito importante e para melhor se garantir este factor ©st# deve pref erenclalmente: sem naturalmente estável, Pai# haver estabilidade no sentido do voo·*: terá a aeronave: de ter o seu. .centro de pressões atrás do centro: de massa redativamente à d.irecçSo do fluxo de ar, Iste consegue-se tendo o sistema, aerodinâmico ura arrasto maior .que o elemento estrutural: interior (8) ou espaçador, o .sistema de propuisãD (2) ©: a canga (3) .

Para se obter a pretendida, estabilidade, neste caso no equivalente ao· que seria o eixo longitudinal num avião ou no plano #e "rolar" (ou seja no paralelo ao campo gravitico © perpendicular ao deslocamento) deve também o centro de massa do sistema ficar abaixo do centro do pressões aerodinâmicas (onde se aplica a resultante da força de sustentaçâò:, embora nâo sendo .limitâtivo: o sistema de propulsão (2) deverá ídealmente ser instalado neste elemento estrutural (8) ou abaixo dele (por: exemplo n.õ ponto de convergência. dos cabos (9) sustentádores dá c.arqã (3) ) , Ά áplicaçtO: da forçá propulsora no volume antBriorm.ente referido obriga a aeronave a tomar uma configuração· com estabilidade aerodinâmica devido à resultante: da soma de forças e momentos.

Calíbração D© modo a melhorar a calibraçao da aeronave, poder-se-á muni-la com. pequenos reservatórios de água montados nas extremidades latêraisy cujo conteúdo· e controlado de modo a que a aeronave fique equilibrada. Doste modo consegue-se calibrar o centra de massa do espaçador e de cada cilindro (i. e: corpo) em rotação de modo a que este fique no seu eixo iongitudi.nal no centro geométrico do mesmo.

Configurações e Manobras

Este invento poderá apresoutar-so sob uma oonfigurução alternativa, caracterizada por dois ou roais empilhamentos verticais de cilindros' era rotação· {i) , dispostos lado a iadõ é. unidos dbi.S- a, dois pelo elemento estruturai lateral comum. 1X2) «. ©s referidos empilhamentos estão também unidos em báito por um espaçador (8) . Todos os cilindros (1;) rodam, no mesmo sentido· do modo â gerar o efeito Magnus, e assim prover a aeronave de sustentação».

Uma outra, eonfífuração possível para este invento pode ser eâracterisads por ter dois empilhamentos de cilindros rotativos: (1) , Nesta configuração um dos empilhamentos tem os seuç cilindros (1) a rodar num: deí.enri i nado senl. i do, sendo que o outro: empí.Ihamento tem. os seus cilindros (1) a rodar no sentido oposto. Os referidos empilhamentos estão alinhados lado a lado·/ com çm afastamento adequadó entre s.í. Estes empiihsmentQS estão pOr sua. vez unidos em. baixo por um elemento· estrutural principal inferior, ou .espapador principal (13):, consistindo: por exemplo num corpo -cilíndrico insuflado- Neste espaçador principal :(13) estão instalados motores (2) que podem rodar sobre si mesmos no plano horizontal. Estes: motores (2) permitem, a aeronave deslocar-se pelos seus me i.os, em qualquer direcçâo/ inch/pendentemont e da d i recçào ou intensidade do vento. 0 facto de os motores (2) poderem rodar do forma independente um do out.ro permite apontá-los ora di roccôes opostas, imprimindo assim um movimento de rotação ao espaçador piincipal (1,3) ém torno do seu eixo principal de inér-ç.ia com maior momento de inércia, beste modo todo o sistema constituído pelos empilhamentos de cilindros .rotativos (X) e peio espaçador principal (13) fica animado d@ um movimento rdt.at.ivo· que gera um escoamento de ar at ravós dos cilindros rota tivos (1) que potência a cr i acáo do: efeito Ma o; nus, dotando o sistema de uma força de sustentação suficiente para a elevação de çargas (3) independentemente da. velocidade do vento, Mioioralmente,, os ino!.ores ('/.) da aeronave podem ser manobrados: de modo a que esta descreva uma espiral (14) , que so torna ascendente graças à sustentação gerada por efeito Magnus pelo esçoamerito de ar em torno: dos cilindros rotativos (1) . Jpós ser atingida: ã.: altitude pretendida:, a aeno.na.ve segue o rumo pretendiao, saindo tangerei atinente da espiral ascensional. (1 i) « Kmbora, tal como foi referido anterioemente, o rum© dn aerorove possa ser estabelecido através da orientação dos motores (2), é também possível direccionar a aeronave através do controlo da velocidade de rotação do sistema e da orientação do seu eixo de rotãçãd em .relação: ao solo,: i sémelhãnea de uma aeronave de asa rotativa (vulgo, he 1 iççpterp:)·.

Numa variante a esta ultima çonf igu ração um. dos empilhamentos d© cilindros: rotativos Cif) situa-a© a uma cota ma is elevada do que o: outro (15) . Isto tem como ohjectivo fazer com que o escoamento de ar turbulento devido à passagem através do primeira empilhamento :(15} não atinja os cilindros {1} do segundo empilhamento (16), no caso era que a aeronave se desloca longitadinalmente em relação ao eixo de simetria d©· espaçador principal: (13) . D elemento estruturai (1.7) que liga o segundo empilhamento (16) a© espaçador' principal (13) pode: sér um cabo extensível, cujo ÇOiiqir imanto pede ser .regulado de modo a estabelecer a diferença de cotas pretendida entre os empilhamentos d© cilindros rotativos (15, 16) . Ά aeronave poderá ter mals do que um ospacador (8) de modo a realizar uma sucessiva convergência de çabos ou a obter uma independência entre empilhamentos (ou mesmo matrizes) de cilindros, sendo também, que no limite, um empilhamento é constituído por apenas um cil.i ndre.

No caso de haver várias matrizes (ou ma.is provave] monte empilhamentos vários empilhamentos do corpos em rotação), se, de cacla matriz: de corpos· em rotação, existir ma.i s do que um conjunto de cabos (7) em cada t opo do seu ospacador (8) a ligar a pn Lo menos duas secções diferentes do espaçador principal (1.3) , então, monitorizando o act.uando sobre o comprimento dostes conjuntos de cabos (7) , cçnsegue-sé controlar a orientações da referida matriz de corpos em rotação:.,,

Numa outra forma de manobrar em pouco espaço, um cabo è ancorado ao solo e a aeronave descreve um movimento circular em torno deste (o cabo negligenciando a sua caternária faz o varr imento cio uma superf i ci.o cónica) . Controlando a sus leni.ação da aeronave: o o cornp r i mento do cabo pode esta utilizar apenas um cí rcu.Lo para levantar voo ou aterrar, Ad±rionalmen?:u, no caso de não se pretender qualquer movimento: da carga útil relut í vamente â superfície antes desta estar em voo, pode-se colocar a carga ligada numa secção do cabo (18) e mantendo este sobre tensão ir libertando (i.e: aumentando o comprimento de cabo suspenso da plataforma) e deste, modo ir deixando a carga útil elevar-se no ar. Após a carga útil atingir uma determinada altura deverá a aeronave manter um voo com uma trajsçtória fixa e periódica como por exemplo uma circular em que mais cabo libertado até a carga útil ficar apenas súspeusá dá aeronave pelo oábo (18) e mais cabo segue desta ultima, em catenária nio tencionada para o ponto de ancoragem, então o cabo (18) pode ser libertado da sua ançoragem e a aeronave iniciar o seu pi ano de voo transportando a carga útil. 0 presente invento podo também ser usado de forma estacionária, ancorando-o ao solo por meio de pelo menos um cabo (18) . isto permite: a sua utilização como plataforma de observação, na reco 1 lia de imagens, em acçòos publicitárias, etc. Esse cabo (18) poderá, por exemplo, também servir para descarregar electrícidade estática, alimentar o sistema da propulsio (2) da aeronave e/ou para. realizar trabalho mecânica com vista á produção de energia e i éctr i ca. Neste último caso -a aeronave terá de estar em movimento com a sua sustentação aerodinâmica dada peio flux©: do vento, tem-ss assim uma 'força e Velocidade: gúe existe também no cabo e portanto uma potência que pode ser transferida através deste para o território marítimo ou terrestre.

Cabo e. SinalióáÇld

Este cabo: (18) (ou cabos) poderá também ser munido: de iluminação própria, (proporcionada, por exemplo, por fibras ôptícás incorpbrádas Uás fibrâs de ent rançament o de proteccâc do cabo com .refracção .;.umincsa lateral para o exterior) de forma a servir do sinalização aeronáutica prsventora de acidentes aéreos, A referida ilumi nacâo própria pode também estar instalada em bolas de sinal.i cação (2.3) , ocas, com dois orifícios polares permitindo a passagem do cabo (18;) através delas, compostas por dois hemisférios ligados entre si longitudinaImento permitindo a sua abertura e instalação no referido cabo (18) ., Estas fobias de sinalização (23) estariam dotadas de um subsistema para acoplamento ao cabo de forma controlada, ou seja quando o sistema de controlo o pretenda as bolas deslocam-se coerentemente com o cabo. Uma das formas de conseguir executar está túneis pede ser· incorporando no interior, de cada uma destas d©las, travões que, quando actuadós, as permitem fíxaram-se ao cabd: 08) impossibilitando qualquer movimento relativo entre & boia. (23) e o cabo {180 Quando O: travão é .desactivadO:, as referidas boias: de sina li a a©: to (13) estão dpt-adas de componentes que permitem ao cabo (1.8) deslizar livremente através delas,. No case em. que o cabo {18) sirva .para produzir trabalho mêoánioo· com: vista à geração de onorgi a, nomeadamente através de um módulo: terrestre consti fu ido por exemplo por um qu i ncho (25) e um gerador, as bolas de sinalização: (2 3} anteriormente descritas permitem â recolha do cabo o © seu fácil enrolamento num tambor. As referidas boiás de sinali sacão acumular-se-iam então numa finda (24) â entrada do guincho (21), deixando o cabo (18) passar livreménte através delas. Cada uma destas bolas (23) poderão ainda incorporara rodas sobre o cabo para facilitar o movimento relativo do: cabo· com a bola. Às rodas pode estar ligado um gerador eléctrico instalado no seu interior que converte energia enquanto o cabo desliza axiaimentê pelã bola e deixa de produzir energia, quando estas são travadas e ficam coerentes com p sabcc Quando o cabo (1.8) for novamente desenrolado de modo· a permitir que q módulo aéreo adquita altitude., os: travões das bolas (23) presentes· Ua fiada (24) encontrar-se-ãc destravados,, permitindo que ® cabo (.18) passe através delas,: até que· um comprimento adequado de cabo (18) adequado tenha passado, instante em que o: travão da bola (23) mais afastada do guincho (25) é activado, fazendo com: que eia se fixe ao cabo (18) , seguindo com. ele. Assim que um determinado comprimento de cabo (18) tenha decorrido, o travão da bola (23) seguinte é activado, e assim suces'sivam.ente:, de modó a garantir-se urn espaçamento. adequado entre todas as. bolas de sinalização (23):. Quando for necessário, a energia acumulada, hum gub:si;St.ema s acuada ria de potência. {i.e:: recarregávei.) incorporado :em cada bola: estar# dlspsnive.1 para, alimentar., sê neçêssáriq, os diapositivos luminosos das bolas dê ginaliração 12.3),,. Este sistema secundário de potência, ê recar:regado ou por um gerador dentro: das boias ou por um s jbsj s tema que recebe a potência do cabo Ui) por indução de corrente oléctri cu. £5 Cabo de ligação à superfície terrestre è uma parte ·;;r;portante e integrante de vários sistemas simultaneamente, dado que como já previemente referido: _ pode participar nas manobras de descolagem e. aterragem; - é importante no parqueamento da aeronave uma vez que esta S:êm canga útil é mais: leve que o ar; posicionamento: da aeronave numa posição quase estacionária para o desempentõ correcto de uma carpa útil; - transferencia de potência para terra que sobre a forma de trâbalto ê/bú de eloctricidade; - sinalização ê transferência de gases, dados entre outros, por estes motivos o cabo pode considerar-se como pertencente pêlo menos ão grupo dê controlo, ao sistema dê earga útil o sistema estruturai.

Desde que dotada dos meias e sistemas necessários, a: aeronave poderá ser operada rêmotamentey de forma autónoma. Crobotizada.):, eú tripulada (têndb para este efeito que ser dotada de uma. cabine de pilotagem, ê/pu transporte dê pêssagêifbS flt) ) ,

Esta aeronave permite o transporte de earga e/ou passageiros através de grandes distâncias, dê forma segura, e económica. Não sendo limitativo, esta. aeronave poderá ser ut.ll irada n© transporte: de caraa, passageiros, como posto de observação éSbãçionárió ou móvel, no çombate a incêndios florestais, em seções publicitárias ou como plataforma em altitude para captação de imagens estáticas ou em. movimento (vulgo filmagens aéreas) »

Breve descrição das figuras

Na FIG,1 encontra-se exemplificada uma concretização poso1vol desta invenção, caracteriçada por um empilhamento vertical de dois: ou ma is cilindros rotativos (1) , âdequadamente espaçados entre si, cuja rotação individual (em conjunção cora um escoamento de ar) gera o efeito Ma gnus, responsável pela sustentação da aeronave:, ps cilindros (1) encontram-se ligados entre si pelos respeçtivós topos por' meio de: elementos rígidos (d) e/ou cabos (7), Sstés elementos de ligação (6, 7) convergem para um ponte (um nó de t rei iça ou um. destorcebor de cabos (10).) localizado abaitO: d© empilhament:0: de cilindros rotativos (i)do qual. es.tâ suspenso o módulo (ou gôndola) de. carpa (.31 por meio elementos estruturais rígidos ou cabos (9) -Be mcido á. garantir que: a. convergência dos referidos elementos de ligação não interfere: com a rotação, dó cilindro rotativo inferior (201., i instalado abaixo deste um espaçador (8) na forma de um corpo insuflado por cujos topos passam os elementos de ligação (9). O referido corpo insuflado (8) ó aclequadamente pressurizado: de modo a que se mantenha rígido e indeformava1 quando sujeito & esforços de cornprcssào no sentido longitudinal causados pelos: elementos de ligação (9). A aeronave está também dotada do propulsão (:2) própria, por meio: de motores ,{2) instalados no corpo insuflado {"8}.,. de forma a. poder realizar deslocações pelos seus meios. Bs referidos motores: (2) estão instalados de forma a padecem efeotuar uma rotação de. 110" .sobre si próprios; no plano hotlrenhal, possibilitando assim controlar o rumo da aenonave:, 0 controlo da aeronave pode ser efeotuado por pilotos a bordo de uma cabine/gôndola (1:1) ligada ao espanador (S} , podendo esta cabine (1,9). ter dimensão suficiente para adicionalmente transportar passageiros. .Ma FIG. 2 encontra-ss representada' o alçado principal :da configutapio representada na. FIG. 1. De notar uma maior visibilidade do destorcédor de cabos (10),

Ma pig. 3 encontra-se representada uma vista de perfil da confiitiração .representada na FXG, 1. e na FIG. 2* A FIG.. 4 representa uma configuração: alternativa para este invento, caracterirada por dois ou mais empilhamentos verticais de cilindros em rotação (1), dispostos lado a .lado e unidos dois a dois po.to elemento estrutural lateral comum (12), Os referidos empilhamentos estão também unidos em baixb por um corpo insuflado {8}, cujo comprimento ê cqu i. valente ao comprimento1 combinado: dos erapilbamenfos verticais.. Todos os cilindros (1) rodam no mesmo sentido de modo a gerar o efeito Magnus, e assim prover a aeronave de sustentação.

Ma FIG. 5 encontra—se representada Uma outra configuração possivel para este i ri vento, caracler i cada por dois empilhamentos cio cilindros rotativos (1) . Nesta configuração um dos ompil hamontos (15) tem os seus cilindros (1) ã. rodar num determinado sentido,, enquanto o OUtro empilhamento: (16) tem &á seus: cilindros (1) a rodar n©: sentido oposto;. 1® referidos empilhamentos estão alinhados lado a lado, rom. um afastamento adequado entre si. Estes· empilhamentos: estão por sua voz unidos ora baixo por ura corpo insuflado,: ou espanador principal (13), cujo comprimento é equivalente ao comprimento combinado dos .empilhamentos ao qual é somado o afastamento entre aies, deste espanador principal. .(1,3) estio instalados motores (2) que podem rodar 360® sobre si mesmos no plano horizontal. Estes motores (2) permitem à aeronave: deslocar-se pelos seu® meios, em qualquer dirédçâo, i ndepen d en temente. do vento* d (facto de. os motores. (2) poderem rodar de forma independente um do .outro: permite: apontá^los em direççõe.s opostas, imprimindo assim um. movimento :de rotação ao espaçador principal (13) em tófno do seu eixo principal de inércia com maior momento de inércia. Deste modo; todo o sistema constituído pelos empilhamentos dé cilindros rotativos (1) e pelo eapaçador principal (13) fica animado de um movimento rotativo que fera um escoamento de ar através dos cilindras: rotati.coS( ( ) que potência a cri.ução do efeito Magnas, dotando: o si st orna do uma força de sustentação suficiente: para a elevação: do c arguo (3} independentemente da velocidade: do vente. Embora, tal como foi referido arderiormente, o rumo da aeronave possa ser estabelecido através da orientação do® motores1 (2), é também possivel direoçionar a aeronave através do controlo da velocidade de rotação do sistema e -da orientação do seu eixo de rotaçao, a semelhança de umá aeronave dè asa rotativa (Vulgo helicóptero) . A FíG, 6 mostra de forma esquemática e raeramente ilustrativa um padrão. de ascensão em altitude (X#) por parte da .aeronave ilustrada na FIG. 5 Os motores (2) da aeronaVe são manobrados d@. modo a que esta descreva urna espiral (14), que se torna ascendente graças à sustentação gerada por ofo.i i,o Magnus pelo escoamento de ar era torno, dos cilindros rotativos (1) , Apos. ser atingida a altitude pretendida, a aeronave soque o rumo pretendido, saindo: tanqenc i aImonto da espiral ascensional (14) > Λ FIG. 1 mostra uma variante: da configuração ilustrada na FISr. 5. Sesta variante ura dos empilhamentos de cilindros rotativos Ç16) está .ma is alto que o outro (15) . Isto tem como dbjectiva fazer com: que o escoamento de ar turbulento devido í passagem através: do primeiro: empilhamento (1:5) não atinja os cilindros do segundo empilhamento (16) r no caso em gue a aeronave se desloca longitudinalmente em relação ao: eixo de simetria do espaçador principal (13) , :ç> elemento: estrutural (li) que liga o segundo empilhamento· (li) ao espaçador principal (1.3) pode ser nm cabo extensível,, podendo set estendido ou recolhido conformé a necessidade. A FIG. $. mostra uma inplemetttação alternativa do invento, testa implementação· aà jantes :(5) sás corpos insuflados, de forma toraidal,: estando acopladá a cada uma delas um componente (21) que se passa a designar aqui gomo rolamento e chumaceira estrutural, de cujas extremidades pendem dois cabo.® (22) (sendo quatro np total das duas jantes (5) ) de modo: a conferir estabilidade ao sistema e garantir que o actuador (4) transmita potência (binário, e rotação) .ao corpo em rotação (l). A. figura, apresenta uma ampliação da referida jante (5) e chumaceira estrutural (:2.1.) com urna forma, trellçada. triangular e respéctivo subsistema de rolamentos de encosto a jante (5.) (exemplo umas rodas não visíveis no: desenho para rodarem sobre a superfície em. contacto com: a jante Í3)j, A FIG. 9 exemplifica o caso do uma aeronave dotada de um cabo (18) que a ancora ao solo.. A FIG. 10 ilustra & cato de uma aeronave munida de um çabp (:1.:8) por sua vez dotado de bolas sina lis adoras1 .(23) , que se acumulam numa liada (24) junto: ao guincho (.25) quando d cabo (16) ê .teco IMdo.,. A FIG. 11 mostra o sorte transversal â um oorpo cm rotação i l; ou espaçador í 1}, na versão em que o sistema de impulsão que o incorpora é composto por compartjmcnt açào de balões (ou célulasá que têm secção transversal esse.no i.almente trapezoidal e os das seççdes radiais exteriores (2 5) são insuflados com um gás Inerte à combustão ® as mâls: interiores C2'7) com. um gás combustível como por exemplo hídrogénicn Séndo que o material mais exterior que fica em contacto com ΐ> ar atmosféricQ: tém uma difusão ao gás combustível maior do que Os balões insuflados com o mesmo, A. FIG. 12 representa uma compartímentacão semelhante à figura 11, :na versão em gu*e as: os: compartimentos tem secção transversal es serei aiments. circular, estando portanto cada célula ã uma pressão interna Superior áó seu exterior.

Lisboa, Março de 2010.

Claims (5)

1* Aeronave suja sus lentacão é conseguida através do efeito Nsuqnus gerado pelo sistema aerodinâmico que .luçorgpra ainda um sistema estrutural,, uin grupo de Pont rolo e uma Cãrga útil, ca racierixada por: a) 0 sí s t emã aez odinâmioo: ao '< c o rs í. i t u 1 d o por urna matriz de corpos CU cora pelo menos a superfície em rotacao; b) Uni sistema de impulsão constituído por bálões insuflados c estanques a gàs; o) Cabos (7.) que fazem: a ligação desde as; chumaceiras estruturais (21) até ao espaçador ÇS) resistente â compressão segundo o seu eixo· longitudinal oausâba pela convergência dos cabos; (9) que sustentam a

2. Aeronave de acordo com a reivindicação I cm que os corpos com a superfície em rotação {'%}. são caracl.erisados por incorporar. uma das seguintes alternativas: a) Uma jante (5), e um componente rolamento e chumaceira estrutura L (21 ) , ambos do sistema estruturaljr acoplado a cada uma das extremidades do cada corpo com a superfície em rotação (1); í) Feio menos numa das oxtromidados década corpo em rotação insuflado: ílf, entre a jante (5) e o çomponenté: chumace i ra estrutural (21), incorporar um actuador (4), para controlar a velocidade angular do corpo em rotação; b) A superfície ê constituída por um ou mais tapetes rolantes de velocidade de operação controlável:.

3, Aeronave de acordo cqm: a reivindi cação 1, em que oa cabos (S) convergem para um. déstorcedor .(Idj cnraeterizado por incorporar uma corbinaçlto de: a) rolamentos; b; um. subsistema de transmissão· de potineia. eléctriça; ç) ura subsistema do transmissão .óptica de informação em. anel; d) um subsistema: para transmissio de bases; o) ura:, subsistema de acoplamento dos condutores para: des carpas eleetrostáticas da átmosfériçam*

4, Aeronave de acordo: com a reivlndieaçio 1, que incorpora um sistema de impulsáo carac ter irada, por ser constituído por um camada, dupla de gás em que: a) a camada exterior § composta por uma gás inerte á coiiiíustao com oxigénio é a interior cotn um gás combustivei m:ai.s::-leve-qu..e~e::-ar; b) pelo menos o material radialmente ma is exterior dos balões de armazenamento do gás inerte a combustão tem uma difusáo maior ao gás combustível. do: que os .baldes: de armatenamentp do gás combustível mai.s-leve-que-o-ar.

5 .- Aeronave de acordo com a reivindiçaçio 1., çaraçt eriçada: por incluir uma. combinação. dei: a) um sistema de. propulsão; b) um. subsistema, de calibraçâo constituido por um conjunto; dá reservatórios de água, interligados entre si.,: Cada um deles instaiádo nas jantes 0) OU, nos topos dos espaçadores e .subsistema Ιο controlo da quantida.de de água em cada. reservatório e posição de centro de mascas da aeronave. Aeronave de acordo com a reivindicação 1, caracterízada por incorporar uma combinação de: a) Mais do que uma matriz ou empilhamentos de corpos i nsufiado s rotativos {16): i) Uma das referidas matrizes de corpos 7 rotati vos s (18) poda η γ' estar a uma cota mai.s alta q ue outra (15) r b) Vér i os esp »a.ç< adores (8) ligados com cafe os a con vergirem . p cl 2Tcl U.iTi e Bp-a .çador princ: tpai (13.) ; c) KTum mesmo f asp -açador (8) , um segund .o conjiin to de con vergênci èt de cê ibos P· ara outr :a secça o do esp açador L.3) , corn c romprimen· to do cabo mon itorizad (0 ξ 3 aetua do p -ele ; sistema de < oontr o lo. Aeror rave de ãt ordo com a reiv: Lndí ( saçâo 1. γ CtâX S-C ::ter izada pc ;r incorporar pe lo menos um cabo (18) de- 1 igac :ão com a superfície a qual inc lui aind- a uma combi ria o ào de: a) iluminação P: rópria p03 : refraeçâo latera 1. de f ib ra.s ópti cas 3 r b) boi as de ; slr: Lâ 1 i zaç; âõ (23 } com d o is oríf í cios pol ares, um sub si st ema de proc lucào de ele ctrícidade, , oompc mentes de 11 um inaç ào p. ara o ext erior e ainda nos cas os em què o cab< 0- (18 ) tem um movimer ito pe.rl odic o para tr :ansn lí S:Sâ- o :de. potência p ?a.r et. a supe :X f 1 .cie, as bc )la.s (13") incorporam: i) rodas de contacto· com o cabo (18); ii) Travões controláveis1 para acoplamento das bolas (237 ao: cato (18) para que não tenham nenhum movimento relativo entre si. Lisboa, 15 de Março de 2011.