WO2018211386A1 - Veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos - Google Patents

Veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos Download PDF

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WO2018211386A1
WO2018211386A1 PCT/IB2018/053299 IB2018053299W WO2018211386A1 WO 2018211386 A1 WO2018211386 A1 WO 2018211386A1 IB 2018053299 W IB2018053299 W IB 2018053299W WO 2018211386 A1 WO2018211386 A1 WO 2018211386A1
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unmanned aerial
aerial vehicle
propulsion
hybrid propulsion
lift
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Lucas Pinotti CANDELORO
Carlos Alfredo MORITZ
Henrique MORITZ
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Modelworks Engenharia Ltda Me
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/22—Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/22—Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft
    • B64C27/26—Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft characterised by provision of fixed wings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft

Definitions

  • the present invention comprises the development of an unmanned aerial vehicle (UAV) that aggregates vertical take-off and landing capabilities, ability to hover through one or more rotors, fixed-wing longitudinal flight capability such as as an airplane, longitudinal flight capability through one or more rotors, and fixed wing longitudinal flight capability and one or more rotors, featuring an energy efficient hybrid lift system.
  • UAV unmanned aerial vehicle
  • the invention also comprises a hybrid propulsion system comprising electrically driven power units whose power may be concurrently or alternately sourced from either one or more batteries or at least one electric generator coupled to at least one internal combustion engine.
  • the combination of hybrid propulsion and propulsion systems allows the unmanned aerial vehicle to have a load capacity of up to 1500 kilograms and more than one hour of flight autonomy, and greater operating safety over current unmanned vehicles due to the redundancies provided. by hybrid power supply and support systems.
  • Unmanned aerial vehicles are becoming increasingly popular, and their use increasingly widespread in professional applications.
  • a typical multi-rotor UAV has constructive features that make it significantly less complex and easier to operate compared to single-lift rotor vehicles such as the helicopter.
  • such UAVs are capable of vertical take-off and landing (VTOL), a feature that is extremely desirable in many applications because it eliminates the need for runways for airborne take-off and UAV operation. space and hard to reach, making it compatible with a multitude of missions.
  • VTOL vertical take-off and landing
  • Another feature of the multirotor unmanned aerial vehicle is the ability to perform hover flight, also similar to a single lift rotor aerial vehicle.
  • An inherent limitation of this capability is the efficiency reduced energy, resulting in limited autonomy when the vehicle needs to travel long distances, since the vehicle's lift is only through the thrust produced by the rotors.
  • Air vehicles with passive lift elements, such as wings, are more energy efficient, as the weight of the vehicle is supported by such elements, drastically reducing energy consumption and thereby increasing their range.
  • Typical multirotor UAVs use only rechargeable batteries to supply electrical power to the propeller drive motors.
  • Typical multi-rotor UAVs have flight autonomy of the order of 15 minutes for payload and 45 minutes for unloaded flight. Given the limitation imposed by the energy density available in current battery technologies, increased autonomy and flight time is only possible by adding batteries, thereby detracting from the maximum paid load capacity of the vehicle.
  • US20160 / 137304A1 proposes a propulsion system capable of addressing the problem described above efficiently, using a hybrid power generation system, which in turn can either directly power the propeller propeller motors. how to recharge the batteries.
  • the main advantage of this type of solution is the high energy density produced by the system, on the order of three to four times higher than systems powered exclusively by batteries. Such a proposal, however, is only limited to improving the unmanned aerial vehicle's power source and does not solve the problem of the high energy expenditure characteristic of multirotor unmanned aerial vehicles.
  • Fixed-wing UAVs in turn, have a slight safety advantage in case of battery depletion during flight, since depending on the speed and altitude of the gliding will be possible for a short period of time, allowing the vehicle to be diverted to a less risky area and in some cases allowing safe landing.
  • Fixed-wing UAVs also have flight range advantages because they benefit from passive lift elements, which provide the energy consumption required for longitudinal flight.
  • Hybrid propulsion system means an electric power generator set consisting of at least one internal combustion engine mechanically coupled to at least one alternator or voltage generator and at least one management and control system. control of the electricity generated, which in turn may be used to recharge one or more rechargeable batteries, to drive at least one rotor motor, or to drive equipment or attachments that are coupled to the unmanned aerial vehicle .
  • Hybrid support system means an assembly consisting of one or more rotor engines and at least one fixed wing, which are capable of generating the unmanned aerial vehicle lift both independently and in combination.
  • the object of the present invention is to provide an unmanned aerial vehicle equipped with hybrid propulsion and lift systems capable of vertical take-off and landing, hovering and sustained longitudinal flight through a fixed wing without the need for a stage flight transition plan involving any change in the orientation of the aircraft from ground to take-off and landing orientation.
  • Another object of the present invention is to provide an unmanned aerial vehicle equipped with versatile, multitasking hybrid propulsion and support systems applicable to the most diverse missions such as surveillance, monitoring, cargo transportation, precision agriculture, agricultural spraying, rescue, firefighting, among others.
  • At least one electric motor coupled to at least one thrust generator in the vertical direction for landings and takeoffs in this direction;
  • At least one power generator coupled to at least one combustion engine in order to produce electrical energy from mechanical energy
  • At least one power management and control system capable of matching the voltage produced by the generator coupled to the internal combustion engine with the supply of at least one rechargeable battery and power supply to at least one electric motor coupled to at least one.
  • a thrust generator rotor capable of matching the voltage produced by the generator coupled to the internal combustion engine with the supply of at least one rechargeable battery and power supply to at least one electric motor coupled to at least one.
  • At least one aerodynamic profile (wing) fixed structure capable of supporting the unmanned aerial vehicle when it is moving horizontally;
  • At least one mechanical structure capable of accommodating and integrating all systems and components described above.
  • Upright thrust which enables the unmanned aerial vehicle to perform vertical takeoffs and landings, is achieved by at least one thrust generator rotor driven by at least one electric motor.
  • Thrust in the horizontal direction which enables the unmanned aerial vehicle to move horizontally, can be achieved by gradually rotating at least one vertical thrust generator rotor without the need for vehicle rotation, or by at least one exclusively horizontal thrust generator rotor.
  • the electrical energy required to supply at least one electric motor coupled to at least one thrust generator rotor shall be obtained by means of at least one electric motor generator consisting of at least one internal combustion engine coupled to at least one electric power generator.
  • the electrical voltage produced by the power generator is controlled and regulated through an electric power management system before being supplied to at least one rechargeable battery and at least one electric motor coupled to at least one power generator rotor. buoyancy.
  • the electrical energy required to power at least one electric motor coupled to at least one thrust generator rotor is additionally obtained by means of at least one rechargeable battery and may also be obtained simultaneously by at least one rechargeable battery and at least one electric power generator or at least one electric power generator, characterizing the hybrid and redundant propulsion system, since the power required for the propulsion of the vehicle can be obtained by any means. one of 3 ways.
  • the unmanned aerial vehicle lift is additionally produced by at least one fixed wing when the vehicle is moving horizontally, and may also be produced simultaneously by at least one fixed wing and at least one vertical thrust rotor, or only by at least one vertical thrust generator rotor, characterizing the hybrid and redundant lift system, since vehicle lift can be obtained by any of the 3 forms.
  • the mechanical structure of the unmanned aerial vehicle has the function of accommodating and integrating all subsystems of the vehicle and may be made using metallic, tubular, polymeric, plastics, fibrous materials or any combination of these materials.
  • the combined characteristics of the unmanned aerial vehicle with hybrid propulsion and lift systems make it possible to have a high total load capacity of up to 1500 kilograms and easily extended autonomy for more than one hour of flight as
  • the hybrid propulsion system provides high density of generated electrical energy and the hybrid propulsion system provides large reduction in the electrical energy consumed during horizontal vehicle displacement, thus constituting an energy optimized unmanned aerial vehicle.
  • the set of described characteristics of the unmanned aerial vehicle with hybrid propulsion and propulsion systems provides versatility and usability for various types of mission, as they give the vehicle high load capacity and autonomy and can move around. safely within distances of up to 50 kilometers from the control base, and additionally provide a significant increase in operational safety, as hybrid propulsion and lift systems guarantee redundancy in both propulsive and propulsive vehicle power, dramatically reducing the likelihood of falls and accidents.
  • Figure 1 - is the external design of an unmanned aerial vehicle equipped with hybrid propulsion and support systems
  • Figure 2 is a top view drawing of the unmanned aerial vehicle equipped with hybrid propulsion and lift systems
  • Figure 3 - is the design of the main internal systems that make up the unmanned aerial vehicle with hybrid propulsion and support systems.
  • Figure 1 shows the design of an unmanned aerial vehicle equipped with hybrid propulsion and support systems, which is characterized by having at least one vertical thrust generator rotor 1 driven by at least one electric motor 2, and at least one fixed passive support structure 3.
  • Figure 2 shows a top view drawing of an unmanned aerial vehicle equipped with hybrid propulsion and support systems, showing a possible arrangement of at least one exclusively horizontal thrust generator rotor 4 in addition to the rotors. vertical thrust generators 1 and electric motors 2.
  • Figure 3 shows the design of the main internal subsystems that make up the unmanned aerial vehicle equipped with hybrid propulsion and support systems, which include at least one internal combustion engine 5 coupled to at least one electric power generator 6. at least one electro-electronic system comprising at least one electrical management and flight control system 7, a mechanical structure for housing and integrating vehicle subsystems 8, and at least one fuel tank for the internal combustion engine 9.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

Abstract

A presente invenção refere-se a um veículo aéreo não tripulado que possui capacidade de decolagem e pouso verticais, dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos, capaz de agregar simultaneamente as funcionalidades de um veículo aéreo não tripulado de decolagem e pouso verticais e a grande autonomia e capacidade de carga de um veículo aéreo não tripulado de asa fixa, sendo o sistema de sustentação híbrido caracterizado por permitir que a sustentação do veículo aéreo não tripulado aconteça por meio do conjunto de pelo menos um motor rotor, pelo menos uma asa fixa, ou por meio de ambos, e sendo o sistema de propulsão híbrido caracterizado por possuir pelo menos um motor rotor movido por pelo menos um conjunto moto-gerador, o qual por sua vez é composto por pelo menos um motor de combustão interna para geração de energia mecânica, pelo menos um gerador elétrico acoplado ao motor de combustão interna para produção de tensão elétrica a partir da energia mecânica produzida pelo motor de combustão interna, pelo menos um sistema de gerenciamento elétrico da energia elétrica produzida, a qual pode ser utilizada tanto para mover pelo menos um motor rotor quanto para recarregar pelo menos uma bateria, e pelo menos um sistema de controle eletrônico capaz de gerenciar o funcionamento do motor de combustão interna com base na demanda de energia requerida para a operação do veículo.

Description

"VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO DOTADO DE SISTEMAS DE PROPULSÃO E SUSTENTAÇÃO HÍBRIDOS".
[001] A presente invenção compreende o desenvolvimento de um veículo aéreo não tripulado (VANT) que agrega capacidades de decolagem e pouso verticais, capacidade de voo pairado por meio de um ou mais rotores, capacidade de voo longitudinal por meio de asa fixa, tal como um avião, capacidade de voo longitudinal por meio de um ou mais rotores, e capacidade de voo longitudinal por meio de asa fixa e um ou mais rotores, caracterizando um sistema de sustentação híbrido energicamente eficiente. A invenção compreende também um sistema de propulsão híbrido, composto por motopropulsores acionados eletricamente cuja alimentação pode ser concomitante ou alternadamente oriunda tanto de uma ou mais baterias como de pelo menos um gerador elétrico acoplado a pelo menos um motor de combustão interna. A combinação dos sistemas de sustentação e propulsão híbridos permite que o veículo aéreo não tripulado possua capacidade de carga de até 1500 quilogramas e autonomia de mais de uma hora de voo, e maior segurança de operação em relação aos veículos não tripulados atuais devido às redundâncias proporcionadas pelos sistemas de fornecimento de energia e de sustentação híbridos.
[002] Veículos aéreos não tripulados estão se tornado cada vez mais populares, e o seu uso cada vez mais difundido em aplicações profissionais. Um típico VANT multirrotor apresenta características construtivas que o tornam significantemente menos complexo e mais fácil de operar, quando comparado a veículos de rotor de sustentação único, tais como o helicóptero. Além disso, tais VANTs são capazes de realizar decolagem e pouso verticais (VTOL - Vertical take-off and landing), uma característica extremamente desejável em muitas aplicações pelo fato de eliminar a necessidade de pistas para pouso e decolagem, permitindo a operação do VANT em espaços mínimos e de difícil acesso, tornando-o compatível com uma infinidade de missões.
[003] Outra característica do veículo aéreo não tripulado multirrotor é a capacidade de realizar voo pairado, também similar a veículo aéreo de rotor de sustentação único. Uma limitação inerente a esta capacidade é a eficiência energética reduzida, resultando em limitada autonomia, quando o veículo necessita percorrer grandes distancias longitudinais, visto que a sustentação do veículo se dá unicamente através do empuxo produzido pelos rotores. Veículos aéreos possuidores de elementos de sustentação passivos, tais como as asas, possuem maior eficiência energética, visto que o peso do veículo é sustentado por tais elementos, reduzindo drasticamente o consumo de energia, e, consequentemente, elevando sua autonomia.
[004] VANTs multirrotores típicos utilizam unicamente baterias recarregáveis para o fornecimento de energia elétrica para os motores acionadores das hélices propulsoras. VANTs multirrotores típicos apresentam autonomia de voo da ordem de 15 minutos para condição de máxima carga paga (pay load) e de 45 minutos para voo sem carga. Dada a limitação imposta pela densidade de energia disponível nas tecnologias atuais de baterias, a elevação da autonomia e tempo de voo é possível apenas através da adição de baterias, em consequente detrimento capacidade máxima de carga paga do veículo.
[005] Em vista das características descritas acima, a bateria é utilizada durante a totalidade do voo, de modo que, uma vez consumida a carga da bateria, os motores de propulsão param de funcionar. Caso isso ocorra durante o voo, poderá resultar na queda e quebra do VANT. O documento estadunidense US20160/137304A1 propõe um sistema de propulsão capaz de endereçar o problema acima descrito de forma eficiente, valendo-se do uso de um sistema híbrido de geração de energia elétrica, que por sua vez pode tanto alimentar diretamente os motores das hélices propulsoras como realizar a recarga das baterias. A principal vantagem deste tipo de solução é a alta densidade de energia produzida pelo sistema, da ordem de três a quatro vezes maior que a de sistemas alimentados exclusivamente por baterias. Tal proposta, porém, se limita apenas a melhorar a fonte de energia elétrica do veículo aéreo não tripulado, não resolvendo o problema do alto gasto de energia característico dos veículos aéreos não tripulados multirrotor.
[006] VANTs equipados com asas fixas, por sua vez, possuem uma ligeira vantagem em termos de segurança para casos de esgotamento de bateria durante o voo, dado que, a depender da velocidade e altitude que o veículo, será possível o planeio por um curto período de tempo, possibilitando o desvio do veículo para uma área de menor risco e, em alguns casos, permitindo o pouso seguro. Os VANTs de asa fixa apresentam também vantagens em termos de alcance de voo por se beneficiarem de elementos de sustentação passivos, os quais proporcionam a redução do consumo de energia necessária para o voo longitudinal.
[007] O documento estadunidense US2012/0286102A1 e os documentos brasileiros BR102014025950-3A2 e BR102013005252-3A2 apresentam propostas típicas para VANTs capazes de realizar decolagem e pouso verticais, bem como o voo longitudinal sustentado por meio de asa de fixa. Verifica-se que em todos os casos o voo horizontal é realizado após uma etapa de transição de voo, na qual os múltiplos rotores utilizados para produzir o empuxo vertical durante a decolagem (e posteriormente o pouso) são reorientados para produzir empuxo horizontal. Visando simplicidade, em todas as propostas acima mencionadas tal redirecionamento de empuxo dá-se pela rotação em 90 graus de todo o VANT. Percebe-se de imediato que tal reorientação pode tornar o veículo inviável para uma infinidade de missões, tais com içamento ou quando algum equipamento ou implemento específico é acoplado ao VANT e o mesmo requer a manutenção de uma orientação em relação ao solo. Outra desvantagem inerente às propostas acima mencionadas é a impossibilidade do uso de motores a combustão interna nos veículos nelas descritas, dado que tais motores, exceto em configurações extremamente complexas, também não admitem terem a sua posição de funcionamento rotacionada em 90 graus, sob risco de incorrerem em falhas de lubrificação e alimentação e, consequentemente, em sérios riscos e danos. Como mencionando anteriormente, o uso de motores à combustão interna mostra-se atualmente a alternativa mais adequada para o incremento da capacidade de carga paga e autonomia dos VANTs, de modo que as propostas que inviabilizam tal alternativa lidam inevitavelmente com as limitações já descritas para sistemas alimentados exclusivamente por baterias.
[008] A partir do atual estado da técnica, verifica-se a necessidade de um veículo aéreo não tripulado com características de autonomia e alcance adequadas a voos de longa duração e elevada capacidade de carga paga. Adicionalmente verifica-se a necessidade de um veículo aéreo capaz de combinar as características operacionais e de dirigibilidade de VANTs multirrotores típicos com as vantagens de autonomia de veículos aéreos de asa fixa. Verifica-se ainda a necessidade de um sistema de propulsão híbrido que ofereça uma alternativa ao voo unicamente por baterias, apresentando uma densidade de energia por unidade de massa consideravelmente superior à das atuais baterias de modo a permitir maiores autonomia e capacidade de carga paga ao VANT com as características acima descritas.
[009] Por sistema de propulsão híbrido entende-se um conjunto moto-gerador de energia elétrica, composto por pelo menos um motor de combustão interna acoplado mecanicamente a pelo menos um alternador ou gerador de tensão elétrica, e pelo menos um sistema de gerenciamento e controle da energia elétrica gerada, a qual por sua vez pode ser utilizada para a recarga de uma ou mais baterias recarregáveis, para o acionamento de pelo menos um motor rotor, ou para o acionamento de equipamento ou implementos que sejam acoplados ao veículo aéreo não tripulado.
[010] Por sistema de sustentação híbrido entende-se um conjunto composto por um ou mais motores rotores e pelo menos uma asa fixa, os quais possuam capacidade de gerar a sustentação do veículo aéreo não tripulado no ar tanto de forma independente quanto combinada.
[011] Não existe atualmente um veículo aéreo não tripulado que agregue simultaneamente as funcionalidades de decolagem e pouso verticais, alta capacidade de carga e alta autonomia de voo, que são características essenciais para aplicações extensivas.
[012] A presente invenção tem por objetivo proporcionar um veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos capaz de realizar decolagem e pousos verticais, realizar voo pairado e realizar voo longitudinal com sustentação através de asa fixa, sem a necessidade de uma etapa de transição de voo que envolva qualquer alteração da orientação da aeronave em relação ao solo em relação à orientação adotada para a decolagem e pouso.
[013] É também objetivo da presente invenção proporcionar um veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos que possua um sistema de propulsão composto por um moto- gerador de energia elétrica, capaz de elevar significativamente a autonomia de voo e a capacidade de carga paga do veículo mencionado, quando comparado aos veículos atualmente existentes.
[014] É ainda objetivo da presente invenção proporcionar um veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos que possibilite maior segurança operacional através da redundância proporcionada pelos sistemas de propulsão e sustentação híbridos.
[015] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar um veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos versátil, multitarefa, aplicável a missões das mais diversas tais como vigilância, monitoramento, transporte de carga, agricultura de precisão, pulverização agrícola, resgate, combate a incêndios, entre outras.
[016] Os objetivos da presente invenção são alcançados por meio de um veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos compreendendo as implementações abaixo descritas, não necessariamente limitando o seu escopo:
• Pelo menos um motor elétrico acoplado a pelo menos um rotor gerador de empuxo na direção vertical para realização de pousos e decolagens nesta direção;
• Pelo menos um motor à combustão interna para geração de energia mecânica;
• Pelo menos um gerador de energia elétrica acoplado a pelo menos um motor à combustão interna, de maneira a produzir energia elétrica a partir da energia mecânica;
• Pelo menos um sistema de gerenciamento e controle de energia elétrica capaz de adequar a tensão elétrica produzida pelo gerador acoplado ao motor de combustão interna à alimentação de pelo menos uma bateria recarregável e ao fornecimento de energia a pelo menos um motor elétrico acoplado a pelo menos um rotor gerador de empuxo;
• Pelo menos uma estrutura fixa com perfil aerodinâmico (asa) capaz de produzir sustentação ao veículo aéreo não tripulado quando este estiver a se deslocar horizontalmente;
• Pelo menos uma estrutura mecânica capaz de acomodar e integrar todos os sistemas e componentes acima descritos.
[017] O empuxo na direção vertical, o qual possibilita ao veículo aéreo não tripulado realizar decolagens e pousos verticais, é obtido por meio de pelo menos um rotor gerador de empuxo acionado por pelo menos um motor elétrico.
[018] O empuxo na direção horizontal, o qual possibilita ao veículo aéreo não tripulado se deslocar horizontalmente, pode ser obtido por meio da rotação gradual de pelo menos um rotor gerador de empuxo vertical, sem a necessidade rotação do veículo, ou por meio de pelo menos um rotor gerador de empuxo exclusivamente horizontal.
[019] A energia elétrica necessária à alimentação de pelo menos um motor elétrico acoplado a pelo menos um rotor gerador de empuxo é obtida por meio de pelo menos um moto-gerador de energia elétrica, composto por pelo menos um motor de combustão interna acoplado a pelo menos um gerador de energia elétrica.
[020] A tensão elétrica produzida pelo gerador de energia elétrica é controlada e regulada por meio de um sistema de gerenciamento de energia elétrica antes de ser fornecida para pelo menos uma bateria recarregável e pelo menos um motor elétrico acoplado a pelo menos um rotor gerador de empuxo.
[021] A energia elétrica necessária à alimentação de pelo menos um motor elétrico acoplado a pelo menos um rotor gerador de empuxo é adicionalmente obtida por meio de pelo menos uma bateria recarregável, podendo ser também obtida simultaneamente por meio de pelo menos uma bateria recarregável e por pelo menos um moto-gerador de energia elétrica, ou apenas por pelo menos um moto-gerador de energia elétrica, caracterizando o sistema de propulsão híbrido e redundante, uma vez que a energia necessária à propulsão do veículo pode ser obtida por meio de qualquer uma das 3 formas.
[022] A sustentação do veículo aéreo não tripulado é adicionalmente produzida por pelo menos uma asa fixa quando o veículo se desloca horizontalmente, podendo ser também produzida simultaneamente por pelo menos uma asa fixa e pelo menos um rotor gerador de empuxo vertical, ou apenas por pelo menos um rotor gerador de empuxo vertical, caracterizando o sistema de sustentação híbrido e redundante, uma vez que a sustentação do veículo pode ser obtida por meio de qualquer uma das 3 formas.
[023] A estrutura mecânica do veículo aéreo não tripulado tem a função de acomodar e integrar todos os subsistemas do veículo, podendo ser confeccionada pelo uso de materiais metálicos, tubulares, poliméricos, plásticos, fibrosos, ou qualquer combinação desses materiais.
[024] O conjunto das características descritas do veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos possibilita que o mesmo possua capacidade de carga total elevada para até 1500 quilogramas e autonomia elevada facilmente para mais de uma hora de voo, visto que o sistema de propulsão híbrido confere alta densidade de energia elétrica gerada e o sistema de sustentação híbrido confere grande redução da energia elétrica consumida durante o deslocamento horizontal do veículo, constituindo assim um veículo aéreo não tripulado energeticamente otimizado.
[025] O conjunto das características descritas do veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos proporciona versatilidade e possibilidade de utilização em diversos tipos de missão, visto que conferem ao veículo elevada capacidade de carga e autonomia, podendo o mesmo se deslocar seguramente a distâncias de até 50 quilómetros da base de controle, e adicionalmente conferem significativo incremento da sua segurança operacional, visto que os sistemas de propulsão e sustentação híbridos garantem redundância tanto de fornecimento de energia propulsora quando de sustentação do veículo, reduzindo drasticamente a probabilidade de quedas e acidentes.
[026] A presente invenção é mais detalhadamente descrita com base nas seguintes figuras:
Figura 1 - é o desenho externo de um veículo aéreo não tripulado dotado sistemas de propulsão e sustentação híbridos;
Figura 2 - é o desenho em vista superior do veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos;
Figura 3 - é o desenho dos principais sistemas internos que compõem o veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos.
[027] Na figura 1 é mostrado o desenho de um veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos, o qual é caracterizado por possuir pelo menos um rotor gerador de empuxo vertical 1 acionado por pelo menos um motor elétrico 2, e pelo menos uma estrutura fixa de sustentação passiva 3. [028] Na figura 2 é mostrado um desenho em vista superior de um veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos, em que é mostrada uma possível disposição de pelo menos um rotor gerador de empuxo exclusivamente horizontal 4, além dos rotores geradores de empuxo vertical 1 e dos motores elétricos 2.
[029] Na figura 3 é mostrado o desenho dos principais subsistemas internos que compõem o veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos, que incluem pelo menos um motor de combustão interna 5 acoplado a pelo menos um gerador de energia elétrica 6, pelo menos um sistema eletroeletrônico composto por pelo menos um sistema de gerenciamento elétrico e de controle de voo 7, uma estrutura mecânica para alojamento e integração dos subsistemas do veículo 8, e pelo menos um reservatório de combustível para o motor de combustão interna 9.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos caracterizado por possuir pelo menos um rotor gerador de sustentação vertical (1) acionador por pelo menos um motor elétrico (2);
2. Veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir pelo menos uma estrutura de sustentação passiva fixa (3);
3. Veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 e 2, caracterizado por possuir um moto-gerador de energia elétrica composto por pelo menos um motor de combustão interna (5) e pelo menos um gerador de energia elétrica (6);
4. Veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos, de acordo quaisquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado por possuir pelo menos um sistema de gerenciamento elétrico (7) capaz de adequar a tensão elétrica produzida pelo moto-gerador ao fornecimento de energia para os demais subsistemas do veículo;
5. Veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado por possuir redundância de fornecimento de energia elétrica a pelo menos um rotor gerador de empuxo, podendo a energia elétrica ser fornecida pelo moto-gerador, por pelo menos uma bateria recarregável, ou simultaneamente por pelo menos um moto-gerador e por pelo menos uma bateria recarregável;
6. Veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado por possuir redundância de sustentação, podendo a sustentação ser produzida por pelo menos um rotor gerador de empuxo vertical (1), por pelo menos uma estrutura de sustentação passiva fixa (3), ou simultaneamente por pelo menos um rotor gerador de empuxo vertical (1) e por pelo menos uma estrutura de sustentação passiva fixa (3);
7. Veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado por gerar empuxo horizontal através ou da rotação gradual de pelo menos um rotor gerador de empuxo vertical (1), ou de pelo menos um rotor gerador de empuxo exclusivamente horizontal (4), ou simultaneamente através da rotação gradual de pelo menos um rotor gerador de empuxo vertical (1) e de pelo menos um rotor gerador de empuxo exclusivamente horizontal (4);
8. Veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 7, caracterizado por possuir um sistema de controle de voo capaz de alternar entre voo com sustentação por pelo menos um rotor e voo com sustentação passiva;
9. Veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 8, caracterizado por ter capacidade de sustentar carga total de 2 quilogramas até 1500 quilogramas, incluindo o peso do veículo;
10. Veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 9, caracterizado por ter capacidade de realizar voos a distancias de até 50 quilómetros da base de controle.
PCT/IB2018/053299 2017-05-18 2018-05-11 Veículo aéreo não tripulado dotado de sistemas de propulsão e sustentação híbridos WO2018211386A1 (pt)

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