PT2035277E - Aeronave com um sistema de voo convertível - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "AERONAVE COM UM SISTEMA DE VOO CONVERTÍVEL"

Campo da Invenção A presente invenção refere-se a uma aeronave com um sistema de voo convertivel e, mais em concreto, a uma aeronave que pode funcionar indistintamente como um helicóptero ou como um avião, e que compreende uma fuselagem, asas retrácteis, estabilizadores de cauda, um rotor de veio vertical principal e outros meios de propulsão. A aeronave de acordo com a presente invenção combina, deste modo, as caracteristicas de voo de um helicóptero e as de um avião convencional, permitindo deste modo a descolagem e a aterragem na vertical e as operações de voo estacionário ou oscilantes de um helicóptero, e as operações de voo de cruzeiro de alto desempenho de um avião, com fases de transição muito seguras e simples de um modo de voo para o outro.

Antecedentes da Invenção

As aeronaves do tipo indicado que podem funcionar como um helicóptero ou como um avião são já conhecidas, por exemplo no documento US 2679364, que constitui a técnica anterior mais aproximada. A patente US 3,792,827 pode ser assinalada neste sentido, a qual descreve um avião que compreende um rotor de veio vertical, que pode ser usado como rotor de rotação, situação na qual a aeronave funciona como um helicóptero, ou uma posição fixa, com duas das lâminas do rotor a 2 funcionarem como asas para permitir o voo como um avião tradicional. Este sistema requer que as pás do rotor sejam consideravelmente grandes de modo a que duas dessas pás possam funcionar como asas no modo de voo de avião. A Patente PCT WO 2005/086563 descreve uma aeronave convertivel, compreendendo um rotor de veio vertical principal, em que a referida aeronave pode voar como um helicóptero, e duas asas fixas, que permitem o modo de voo enquanto avião, estando o rotor neste modo imobilizado e as suas pás viradas para trás quando a aeronave voa no modo de avião. Nesta forma de realização a aeronave tem asas fixas, as quais são um inconveniente durante a operação da aeronave no modo de helicóptero. Têm sido desenvolvidos alguns helicópteros de materiais compostos que são formados por uma asa fixa destinada a descarregar o rotor em voo de cruzeiro e a permitir o aumento da sua velocidade, proporcionando-lhes uma propulsão para além da propulsão proporcionada pelo próprio rotor ou não, mas nestes casos a asa é um inconveniente para a descolagem ou para a aterragem vertical e para o voo em oscilação devido à força de arrasto vertical devido ao facto de ser submetida ao impacto do vento proveniente do rotor.

Descrição da Invenção A presente invenção tem como objectivo eliminar os problemas enumerados por intermédio de uma aeronave que pode funcionar no modo de helicóptero ou no modo de avião e que, em cada um destes modo de funcionamento, tem virtualmente em exclusivo os elementos caracteristicos de tal modo de operação. Deste modo, os elementos que são 3 necessários para um dos modos de voo que podem constituir um inconveniente para o outro modo de voo caso se encontrem permanentemente expostos são funcionalmente eliminados.

Por outras palavras, no caso de um voo de um helicóptero, a aeronave estará numa configuração em que não apresenta as asas expostas ao fluxo de ar, enquanto que o modo de voo de avião o rotor de levantamento do helicóptero se encontra inactivo e numa posição de arrasto mínimo. A aeronave de acordo com a invenção, tal como definido pelas características da reivindicação 1, é caracterizada por ter, na parte inferior da fuselagem ou em ambos os lados da mesma, as respectivas semi-asas móveis que podem oscilar num plano aproximadamente horizontal entre uma posição retraída, na qual se encontram colocadas de encontro à, ou escondidas na, fuselagem, e uma posição extraída em que se projectam da referida fuselagem, para funcionar enquanto asas de levantamento no modo de avião.

De modo a conseguir esta disposição as asas serão montadas de um modo articulado em relação à fuselagem e serão activadas de modo a irem de uma posição para a outra por intermédio de mecanismos com base em sistemas hidráulicos, mecânicos ou eléctricos, cuja escolha será condicionada pelos critérios de segurança das operações e de peso dos mecanismos associados que podem ser diferentes de acordo com o tamanho do avião específico ou de acordo com o facto de o mesmo ter ou não um piloto humano a bordo.

As asas irão ainda ocupar a posição retraída quando os meios de propulsão funcionam no modo de helicóptero, enquanto que quando o avião alcança uma certa velocidade durante o voo, a qual pode ser referida como sendo a 4 "velocidade de transição", as asas são colocadas na posição extraída e os meios de propulsão funcionam no modo de avião e vice versa.

Por outras palavras, quando as asas ocupam uma certa posição, os meios de propulsão irão funcionar de acordo com o tipo de voo da aeronave. Do mesmo modo que as asas vão assumir uma posição para outra de um modo automático quando excedem ou reduzem a "velocidade de transição", os meios de propulsão irão alterar o seu modo de funcionamento também de um modo automático. Os meios de propulsão irão aumentar a sua função de um modo progressivo num dos modos de voo enquanto que ao mesmo tempo reduzem o seu funcionamento no outro modo de voo. A designada "velocidade de transição de voo" será uma velocidade que é próxima da velocidade de voo, maximizando o levantamento/arrasto na configuração de helicóptero.

Tal como indicado, a aeronave irá consistir por uma fuselagem e por um rotor principal e também por um rotor de cauda contra o momento de rotação da cauda para que funcione como um helicóptero quando os meios de propulsão consistem, por exemplo, por um motor recíproco ou por uma turbina que se encontram albergados no interior da fuselagem. A aeronave pode ser também propulsionada por uma turbina de gás que ejecta os gases na ponta da pá, situação na qual não irá necessitar do rotor contra a rotação. A aeronave pode apresentar um tractor ou um propulsor que empurra para o qual a energia das mudanças de propulsão (motor recíproco ou turbina de gás), quando a "velocidade de transição" é alcançada, enquanto que ao mesmo tempo a energia é afastada do rotor principal e do rotor da cauda. 5

Quando se passa do modo de voo de helicóptero para o modo de voo de avião, o rotor principal pode ser deixado em auto-rotação ou pode ser parado ou imobilizado, e mesmo escondido por intermédio de uma fuselagem, de modo a reduzir o arrasto da aeronave. Este processo será efectuado do modo inverso para ir do modo de voo de avião para o modo de voo de helicóptero.

Tal como indicado, na versão que é propulsionada por uma turbina de gás que ejecta os gases na ponta da pá, o rotor da cauda pode ser dispensado se o rotor principal estiver activado, a ejecção dos gases da turbina na ponta da pá de modo a que provoque a sua rotação. A transição de um modo de voo para o outro será efectuada neste caso através da ejecção gradual dos gases através de um bocal de impulso, afastando-os dos que são ejectados na ponta das pás. A disposição e o processo de aplicação e de retirada das asas serão efectuados de um modo já descrito. A aeronave de acordo com a presente invenção terá, deste modo, asas submergíveis na porção inferior da fuselagem ou asas que podem ser colocadas contra os seus lados e terão um processo de aplicação destas asas combinado com a variação da energia aplicada ao rotor ou ao propulsor (ou ao bocal de impulso na versão da turbina de gás). A presente invenção permite executar de um modo compacto e eficaz o voo de uma aeronave enquanto um helicóptero e enquanto um avião e quando as asas se encontram retraídas na fuselagem, o modo de voo do helicóptero elimina o efeito negativo do impulso de vento do rotor sobre as asas e o arrasto que elas teriam se fossem asas numa posição fixa. As fases de transição de um modo de voo para o outro são, de um modo adicional, muito seguras quando comparadas com 6 outros sistemas conhecidos tendo em conta que neste caso se encontra sempre presente um elemento de levantamento activo (o rotor ou as asas). Isto confere ainda à aeronave de acordo com a presente invenção uma segurança intrínseca no caso de o motor se avariar pois pode descer suavemente em auto rotação, planando com as asas ou com uma combinação de ambos. 0 problema técnico resolvido através da presente invenção consiste em permitir as operações de voo como um helicóptero convencional, com todas as suas qualidades de voo, assim como um voo à velocidade de cruzeiro muito eficaz de um avião convencional.

As aplicações da presente invenção podem ser militares ou civis que requeiram capacidade para descolagem e aterragem na vertical e capacidade de pairar. Pode, por exemplo, ser usado para missões de vigilância e salvamento, para transporte de passageiros "de ponto a ponto" ou para o transporte de cargas de qualquer tipo, sem que requeiram campos ou pistas preparadas, tudo isto combinando a capacidade de voo à velocidade de cruzeiro a uma velocidade e com uma eficácia que excedam um helicóptero convencional.

Breve Descrição dos Desenhos

Com o objectivo de melhor compreender as características e vantagens da aeronave de acordo com a presente invenção, é proporcionada de seguida uma descrição mais detalhada da mesma, recorrendo ao auxílio dos desenhos anexos que apresentam uma forma de realização não limitativa. 7

Nos desenhos: A Figura 1 ilustra uma vista elevacional lateral de uma aeronave formada de acordo com a presente invenção, adaptada para o seu modo de utilização enquanto helicóptero. A Figura 2 é uma vista no plano superior da aeronave da Figura 1. A Figura 3 é uma vista elevacional frontal da aeronave das Figuras 1 e 2. A Figura 4 é uma vista semelhante à da Figura 1, com a aeronave adaptada para o modo de voo de avião. A Figura 5 é uma vista no plano superior da aeronave da Figura 3. A Figura 6 é uma vista frontal em elevação da aeronave das Figuras 4 e 5. A Figura 7 é uma vista no plano similar às Figuras 2 e 5, que ilustra uma fase intermédia da retirada ou de aplicação das asas para passar de um modo de voo para o outro.

Descrição Detalhada de uma Forma de Realização

As Figuras 1, 2 e 3 ilustram uma aeronave, configurada no modo de helicóptero, compreendendo uma fuselagem 1, um rotor 2 do veio principal, um rotor 3 de cauda contra o momento de rotação e meios de geração de energia (propulsão) não ilustrados, os quais se encontram albergados na fuselagem e que podem consistir por um motor de um tipo reciproco ou por uma turbina de gás. A aeronave compreende ainda um tractor ou um propulsor de empurrar 4, cuja actuação é efectuada através dos mesmos meios de geração de energia, não ilustrados. A aeronave pode ainda ser dotada de patins 5 e de estabilizadores de cauda 6, numa configuração clássica e horizontal ou numa configuração em "V".

De acordo com a presente invenção a aeronave inclui ainda, sob a fuselagem 1 ou em cada um dos lados da mesma, as respectivas semi-asas móveis 7, as quais podem oscilar num plano substancialmente horizontal entre uma posição retraída, ilustrada nas Figuras 1 e 3, em que apresentam o número de referência 1' e em que são posicionadas de encontro à, ou escondidas pela, fuselagem 1, e numa posição extraída ilustrada nas Figuras de 4 a 6, onde apresentam a referência número 7, em que se projectam da referida fuselagem de modo a funcionarem como asas de levantamento no modo de voo de avião. Estas asas 7 serão montadas de um modo articulado e a actuação das mesmas para ir de uma posição retirada para uma posição activada e vice versa pode ser mecânica, por exemplo formada por um conjunto de engrenagens, com actuação hidráulica ou mecânica e controlo electrónico. As asas 7 terão ailerons longitudinais 8, Figura 5, e aletas 9 nas extremidades das asas.

Na posição das Figuras de 1 a 3, a aeronave funciona como um helicóptero, com o rotor 2 de levantamento e propulsão principal e com o rotor 3 de cauda contra o momento de rotação. As asas 7 estão na posição escondida 7' na fuselagem 1, de modo a que não apresentem qualquer problema para o funcionamento da aeronave no modo de helicóptero.

Quando a aeronave no modo de voo de helicóptero, com a disposição das Figuras de 1 a 3, chega a uma certa velocidade de voo, a qual será referenciada como sendo a "velocidade de transição" e que está perto da velocidade de voo, maximizando o levantamento/arrasto nas asas, as quais se encontram retiradas na posição 7', começam a actuar-se 9 até chegar à posição das Figuras de 4 a 6, em gue se encontram completamente activadas para o seu voo como um avião. Nesta posição, as pás 10 do rotor 2 podem ser retiradas, sendo orientadas longitudinalmente para trás, e são opcionalmente cobertas pela sua carenagem de modo a que não constituam qualquer obstáculo para o voo enquanto avião. Ao mesmo tempo que se verifica esta transição a energia é transmitida ao tractor ou ao propulsor de impulso 4, também retirando energia do rotor principal 2 e do rotor de cauda 3. O processo descrito é levado a cabo ao contrário de modo a passar de um modo de voo de avião para o modo de voo de um helicóptero.

Se a aeronave for propulsionada por uma turbina de gás, o rotor 3 da cauda pode ser dispensado no caso de o rotor 2 ser actuado através da ejecção de gases da turbina na ponta 10 da pá, de modo a que rode. A transição de um modo de voo para o outro irá ser efectuada através da ejecção gradual dos gases através de um bocal de impulso, não ilustrado, afastando-os dos que são ejectados na ponta 10 da pá. O propulsor 4 de impulso pode incorporar um mecanismo de variação do espaçamento de modo a que o motor rode em voltas constantes e que a tracção ou impulsão requerida seja conseguida fazendo variar o espaçamento das pás deste propulsor. As aletas 9 da ponta das asas 7 causa o efeito de aumento do alongamento eficaz, conseguindo deste modo uma maior eficácia no modo de voo de avião.

Muito embora no exemplo ilustrado nos desenhos as asas 7 estejam dobradas para trás para se colocarem na posição retraida, elas poderiam ser também retiradas para a frente. 10

No mesmo modo as características da invenção podem ser também aplicadas a uma aeronave tripulada e a uma aeronave não tripulada.

Com a constituição descrita, e com base numa configuração de helicóptero, Figuras de 1 a 3, a aeronave pode descolar na vertical graças à tracção proporcionada pelo rotor principal 2, sendo levantada até à altitude desejada. Nesta situação, as asas 7 estarão localizadas na posição retirada ou retraída 1', estando escondidas sob a fuselagem 1 ou ao longo dos lados da mesma. O propulsor de impulso 4 será parado. De seguida, e graças aos mecanismos de variação cíclica do espaçamento do rotor principal, este último irá proporcionar o necessário impulso de modo a que a aeronave possa adquirir uma certa velocidade horizontal, até chegar ao valor que tenha sido referido como sendo a "velocidade de transição", que será a velocidade na qual a configuração do helicóptero começa a ser ineficaz (em termos do levantamento dividido pelo arrasto e pela energia requerida para o voo horizontal de acordo com a velocidade de voo), momento no qual começa a aplicação das asas 7, tal como ilustrado na Figura 7, até alcançar a aplicação completa ilustrada nas Figuras 4 e 6. A aplicação de energia ao propulsor 4 e a redução de energia do rotor principal 2 são levadas a cabo durante a aplicação das asas 7, operação essa que pode ser levada a cabo numa questão de segundos. Neste processo, as asas 7 desenvolvem gradualmente a força de levantamento necessária para manter o avião em voo horizontal, sendo controlado neste modo de voo através das superfícies de controlo da asa (ailerons 8) e das superfícies 6 da cauda, de elevadores e lemes ou de uma combinação de ambos. O rotor principal 2 pode ser parado e retirado, com as pás 10 orientadas para trás, tal como ilustrado nas Figuras 4 e 5. Pode ser ainda acrescentada 11 uma carenagem para o rotor retirado, dependendo das velocidades máximas a ser atingidas. 0 rotor 3 da cauda é parado ou desengatado pois já não é necessário para o modo de voo de avião. A aeronave pode ser mantida em voo estacionário num momento em qualquer altura desejada através da realização do processo acima descrito mas em inverso, isto é, através da redução da velocidade para a frente para uma "velocidade de transição" ou mais elevada desde que não ocorra qualquer fenómeno de vibração irregular nas pás do rotor, aplicando energia ao rotor principal 2 e ao rotor de cauda 3, e afastando-o da energia aplicada ao propulsor, sendo este último parado e as asas 7 retiradas sob a fuselagem, ou ao longo dos lados da mesma, para a posição 7'.

Esta mesma operação é efectuada para a aterragem, permanecendo a aeronave no modo de helicóptero, permitindo deste modo uma aterragem vertical com todas as capacidades de manobra deste tipo de aeronave.

Numa versão que é propulsionada por uma turbina de gás e que é usada para mover o rotor principal 2 (neste caso o único rotor pois não é necessário compensar qualquer momento de rotação na fuselagem) através da ejecção dos gases na ponta 10 da pá, de modo a que possam fazer a sua rotação, consistindo o processo de operação da aeronave pela sua descolagem sob a forma de um helicóptero graças à tracção do rotor que é movido pela acção dos gases ejectados na ponta da pá. Aquando da obtenção da velocidade horizontal adequada, a chamada "velocidade de transição", uma parte dos gases é ejectada a velocidades de fluxo progressivamente mais elevadas através de um bocal de impulso, não ilustrado, que funciona provocando o impulso e aumentando a velocidade horizontal da aeronave, sendo 12 depois aplicadas as asas 7, asas essas que provocam o levantamento necessário para manter o voo horizontal da aeronave. Este processo continua até virtualmente todos os gases da turbina serem desviados do bocal de impulso, estando o rotor 2 em auto rotaçao, parado ou retirado, como no caso da propulsão do propulsor. 0 processo descrito é efectuado de um modo inverso quando passa de um voo de tipo de avião para um voo do tipo de helicóptero, para o voo estacionário ou para uma aterragem na horizontal.

Lisboa, 22 de Novembro de 2010

Claims (7)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Uma aeronave com um sistema de voo convertível de modo a funcionar como um helicóptero num modo de voo de helicóptero e como um avião num modo de voo de avião, em que a aeronave compreende: la) uma fuselagem (1); lb) um rotor (2) de veio vertical principal configurado para: lbl) funcionar no modo de voo de helicóptero; lb2) ser desengatado no modo de voo de avião; lc) meios de propulsão ld) asas móveis (7, 7') configuradas para oscilar entre uma posição retraida (7') e uma posição extraída (7); em que as asas móveis (7, 7'): le) são montadas de um modo articulado à fuselagem (1) num local seleccionado a partir de uma parte inferior da fuselagem (1) ou de ambos os lados da mesma; lf) são configuradas de modo a oscilar num plano substancialmente horizontal entre: lfl) a posição retraída (7') em que são colocadas de encontro à, ou escondidas ao longo da, fuselagem (1) quando os meios de propulsão funcionam num modo de voo de helicóptero, e um movimento horizontal da aeronave é menos do que uma velocidade de transição de voo; lf2) a posição extraída (7), em que se projectam a partir da fuselagem (1) para funcionar como asas de levantamento quando os meios de propulsão funcionam no modo de voo da aeronave e se atinge a velocidade de transição de voo. 2

2. A aeronave da reivindicação 1, que compreende ainda: um rotor (3) de cauda para evitar a rotação configurado para: funcionar no modo de voo de helicóptero; ser desengatado no modo de voo do avião.

3. A aeronave de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-2, caracterizada por a velocidade de transição de voo nos meios de propulsão ser configurada para ser a velocidade de voo que maximiza a relação de levantamento/arrasto no modo de voo de helicóptero.

4. A aeronave de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-3, caracterizada por os meios de propulsão serem configurados de modo a aumentarem progressivamente o seu funcionamento em um dos modos de voo, e para reduzirem o seu funcionamento no outro modo de voo.

5. A aeronave de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, caracterizada por quando a velocidade de voo é alcançada e após as asas (7) atingirem a posição extraída, as pás (10) do rotor principal (2) serem subsequentemente colocadas numa posição de arrasto mínimo.

6. A aeronave de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-5, caracterizada por compreender um propulsor (4) de impulso configurado para ser activado pelos meios de propulsão através de uma transmissão que se desloca ao longo da fuselagem (D quando chega à velocidade de transição de voo durante a navegação. 3

7. A aeronave de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-6, em que os meios de propulsão consistem por uma turbina de gás, caracterizada por compreender meios para a ejecção de gases na ponta (10) da pá do rotor (2) e um bocal de impulso na direcção do qual os gases da referida turbina se movem progressivamente quando alcançam a velocidade de transição de voo durante a navegação. Lisboa, 22 de Novembro de 2010 6 1/4

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