BRPI1104853B1

BRPI1104853B1 - Sistema e método de controle de flutuabilidade de dirigíveis

Info

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

Abstract

SISTEMA E MÉTODO DE CONTROLE DE FLUTUABILIDADE DE DIRIGÍVEIS A patente em questão diz respeito a um sistema e método dotado de um invólucro de gás sustentador bipartido, composto por uma parte destinada a baixa pressão (2) e uma segunda destinada a alta pressão (1) permitindo a pressurização dessa parte para controle de flutuabilidade da aeronave.

Description

A presente invenção refere-se a um sistema e método de controle de flutuabilidade de dirigíveis que utiliza um invólucro bipartido possibilitando a pressurização de uma das partes e, consequentemente, esvaziamento da segunda parte.

Estado da técnica

Dirigíveis são aeronaves mais leves que ar, ou seja, aeronaves que utilizam da sustentação aerostática (pelo uso de um gás mais leve que o ar para garantir empuxo), em oposição às aeronaves tradicionais que utilizam a sustentação aerodinâmica (cujo movimento de corrida em pista ou movimentos de pás de rotor que geram as forças de sustentação). Tal sustentação é a chave para diversos dos diferenciais do dirigível frente a outras aeronaves em aplicações específicas, como será visto a frente.

Ao tratar da sustentação do dirigível por uso de gás, o que se refere é à inflagem de um grande compartimento do dirigível com um gás mais leve que o ar. Esse compartimento, mais facilmente visto como o “balão” do dirigível, é conhecido como envelope, e frequentemente tem um formato de perfil elipsoidal. Ao envelope é fixada a gôndola, estrutura que carrega os passageiros, e pode também ser fixada a cauda e a motorização, dependendo da configuração da aeronave.

Dentro do envelope, ou “balão” do dirigível é compreendido o sistema de flutuabilidade deste.

Para segura operação de dirigíveis se faz necessária a utilização de um controle de flutuabilidade que permita a aeronave alterar sua capacidade de sustentação de acordo com a necessidade presente.

A atual técnica é representada pela patente americana US 7,156,342 B2 e não possibilita esse controle de maneira ágil, tornando a operação de dirigíveis, principalmente em momentos de decolagens e pousos, mais difíceis e perigosas.

A técnica descrita na patente supracitada exige o bombeamento de um gás mais pesado (ou seja, ingerindo ar externo), aumentando assim a massa do dirigível. Esse sistema requer um grande acréscimo de massa e complexidade ao dirigível.

A técnica descrita nesse documento permite esse controle mantendo a massa total da aeronave inalterada e, portanto, não modificando suas características de voo e não acarretando grandes acréscimos ou gerando grandes modificações estruturais ou sistêmicas aos projetos de dirigíveis já existentes.

Objetivo da invenção

A presente invenção tem como objetivo tornar o controle de flutuabilidade de aeronaves mais simples e rápido, sem acarretar um grande aumento de peso da aeronave.

Breve descrição das figuras

A figura 1 apresenta a invenção em vista superior com a área de maior pressão hachurada. A figura 2 apresenta a invenção em vista superior com a área de menor pressão hachurada. A figura 3 apresenta a invenção em vista superior com os sistemas de compressão e válvulas de equalização de pressão em seus lugares.

Descrição detalhada da invenção

O sistema e método compreendem um invólucro de gás sustentador toroidal dividido em duas partes preenchidas com o mesmo gás, uma das partes manufaturada com tecido de alta resistência e a outra parte fabricada com tecido de menor resistência.

O tecido de maior resistência precisa de tais características para que seja capaz de suportar os esforços mecânicos de pressão, então pode tratar-se de trama como poliéster de alto Denier, poliamida ou nylon, já o tecido divisor do outro invólucro pode apresentar menor resistência pois não precisa resistir a grandes esforços de pressão e pode, assim, possuir maior maleabilidade e menor peso (como seria o caso de um poliéster de baixo Denier). Ambos tecidos devem, no entanto, ser revestidos para garantir impermeabilidade ao hélio ou outro gás mais leve que o ar que for utilizado, com coberturas como película de poliuretano impermeabilizante, por exemplo. Tais tipos de tecidos são atualmente utilizados pela indústria de aeróstatos, dirigíveis e balões de ar quente, e a inovação tecnológica faz com que a tendência seja cada vez maior de serem criados tecidos para tais aplicações com maior resistência, menor permeabilidade e menor peso, aumentando cada vez mais a eficiência das aeronaves mais leves que o ar.

Na interface dessas duas divisões se encontra um sistema de compressão de gás (3) de alto volume e baixa pressão.

Para a diminuição da sustentação da aeronave, o compressor (3) seria acionado retirando o gás da divisão de baixa pressão (2) e comprimindo o mesmo na parte de alta pressão (1) do invólucro desinflando assim a primeira secção e por consequência diminuindo a sustentação do dirigível. Para reconstituição da sustentação basta acionar uma válvula de equalização de pressão (4) localizada na interface das secções do invólucro de gás.

A descrição que se segue e as figuras associadas têm por função auxiliar na compreensão do presente dispositivo descrito nesse documento.

A figura 1 apresenta a invenção em vista superior com a área de maior pressão (1) hachurada. A área recebe o gás mais leve que o ar de inflagem através do compressor de gás (3). Quando é desejável equalizar o gás, este compartimento expele o gás pelas válvulas de equalização de pressão de gás (4).

A figura 2 apresenta a invenção em vista superior com a área de menor pressão (2) hachurada. Essa área é a principal responsável pela flutuabilidade do dirigível, já que a sustentação se dá pelo empuxo e quanto mais inflada a área estiver, maior massa de ar (externo ao sistema) é deslocada e, consequentemente, maior o empuxo. Para situações em que se deseja diminuir a flutuabilidade do dirigível, o compressor de sentido único (3) é ativado, desinflando a região do compartimento de baixa pressão (2) e armazenando o gás mais leve que o ar no invólucro container de alta pressão (1).

A figura 3 apresenta a invenção em vista superior com os sistemas de compressão (3) e válvulas de equalização de pressão (4) posicionadas na interface que separa as seções da invenção. As válvulas (4) são válvulas acionadas para equalizar a pressão quando necessário soltar o gás armazenado no invólucro (1) para aumentar a flutuabilidade do dirigível.

Em um aeróstato não-tripulado, ou em um balão cativo, esse sistema de compressão e equailização de gases pode ser automático, e um computador de bordo (ou computador remoto em solo) controla a diminuição ou aumento de quantidade do gás mais leve que o ar no compartimento de baixa pressão (2) para diminuir ou aumentar a sustentação do dirigível, respectivamente, e manter a flutuação constante quando o desejado é a manutenção de voo, ou regular subida ou descida da plataforma.

Em um aeróstato tripulado ou dirigível, tal ativação pode ser feita por um computador de bordo no caso da manutenção de voo (sistema programado para abrir as válvulas quando cai a temperatura e o gás estaria naturalmente se comprimindo, por exemplo, para manter flutuabilidade), ou controlado pelo piloto, no caso de ser operação de pouso ou decolagem, por exemplo.

O sistema de compressão (3) é composto por fiação para alimentação elétrica (advinda do sistema de alimentação da aeronave ou plataforma - como bateria, motor a combustão, etc) e um compressor gasoso de direção única: que comprime o gás de entrada do compartimento de menor pressão (2) e expele no compartimento de alta pressão (1). Tal compressor pode ser adaptado de sopradores e compressores industriais, e deve ser escolhido de acordo com o gás mais leve que o ar utilizado (hélio, ou hidrogênio, por exemplo). Esse sistema de compressão deve ser escolhido para que seja de fechamento de fluxo, então quando ligado ele gera o fluxo no sentido desejado e quando desligado ele veda completamente o fluxo por dentro dele.

As válvulas de equalização de pressão (4), sempre que não acionadas devem manter o fluxo fechado entre invólucros. Elas podem conter cabeamento elétrico também caso sejam conectados a sistemas automáticos de abertura, ou apenas a cabos de aço de acionamento caso sejam acopladas em aeronaves que conterão apenas acionamento mecânico pelo piloto (por exemplo: a válvula fica fechada, presa por mola, o cabo de aço é puxado por manopla no painel do piloto e abre a válvula, ela se fecha novamente após o cabo ser solto). Estas válvulas podem ser de sentido único (do compartimento de alta pressão para o de baixa pressão) ou de sentido duplo, e tal escolha dependerá do design feito para a aeronave, o tamanho de cada compartimento para carregar os gases necessários para a sustentação da aeronave e quais as diferenças de pressão que serão necessárias entre elas (quanto maior a amplitude de temperaturas, altitudes e mudança de cargas a que a aeronave será submetida, maior diferencial de pressão entre os dois compartimentos será necessário).

Claims

1 - SISTEMA E MÉTODO DE CONTROLE DE FLUTUABILIDADE DE DIRIGÍVEIS, caracterizado por ser comporto de: invólucro de gás toroidal separado em duas seções sendo uma de baixa pressão (2) e outra de alta pressão (1), ambos para gás mais leve que o ar; sistema de compressão de gás (3) e válvulas de equalização de pressão (4).

2 - SISTEMA E MÉTODO DE CONTROLE DE FLUTUABILIDADE DE DIRIGÍVEIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela interface entre as duas divisões apresentar um sistema de compressão de gás (3) de alto volume e baixa pressão, de sentido único do compartimento de baixa pressão (2) para o de alta pressão (1).

3 - SISTEMA E MÉTODO DE CONTROLE DE FLUTUABILIDADE DE DIRIGÍVEIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por conter uma ou mais válvulas de equalização de pressão de acordo com o volume do gás contido localizadas na interface das seções do invólucro.

4 - Seção de alta pressão (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por manufatura em tecido de alta resistência, como poliéster, nylon ou poliamida, impermeabilizado contra vazamentos do gás mais leve que o ar utilizado, com recobrimento como filme de poliuretano.

5 - Seção de baixa pressão (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por manufatura em tecido impermeabilizado contra vazamentos do gás mais leve que o ar utilizado, com recobrimento como filme de poliuretano.

6 - SISTEMA E MÉTODO DE CONTROLE DE FLUTUABILIDADE DE DIRIGÍVEIS, caracterizado por diminuir a sustentação pelo acionamento de compressão de gás (3) desinflando o gás mais leve que o ar contido na seção de baixa pressão (2) para comprimi-lo na seção de alta pressão (1).

7 - SISTEMA E MÉTODO DE CONTROLE DE FLUTUABILIDADE DE DIRIGÍVEIS, caracterizado por aumentar a sustentação pelo acionamento das válvulas de equalização de pressão (4) reinflando a seção de alta pressão (2).