SISTEMA DE PROPULSÃO, VEÍCULO ANFÍBIO E PROCESSO DE NAVEGAÇÃO

DE VEÍCULO ANFÍBIO

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção descreve um sistema de propulsão a jato propulsor que pode ser utilizado em veículos como um veículo anfíbio de combate, descreve um veículo anfíbio, isto é, um veículo que se locomove tanto em terra firme quanto na água e que compreende ao menos um sistema de propulsão, e descreve um processo de navegação de veículo anfíbio compreendendo propulsão a jato propulsor que auxilia na velocidade, manobrabilidade, estabilidade e dirigibilidade do veículo, características essenciais em situações de combate, mais especificamente nos campos de engenharia mecânica, engenharia naval, fluidodinâmica e meios de transporte.

Antecedentes da Invenção

[0002] Veículos de combate do tipo anfíbio são veículos que compreendem um sistema de locomoção terrestre e um sistema de propulsão na água, podendo mudar de terreno e continuar o seu funcionamento. O sistema de propulsão na água mais comumente utilizado faz uso de um par de hélices, posicionadas uma em cada lateral traseira do veículo. A propulsão por hélices faz uso de reversores, sistemas hidráulicos complexos, multiplicadores e associações de diversos tipos de engrenagens, de difícil manuseio e complicada manutenção, o que é uma desvantagem para situações de combate. Ademais, essa tecnologia de propulsão por hélice possui baixa eficiência, uma vez que os veículos de combate do tipo anfíbio são de grande porte, pesados, geralmente carregando armamento e/ou tropas, e sistemas de propulsão por hélice fazem o veículo se mover muito lentamente na água, tornando o veículo um alvo vulnerável em situações de combate ou tornando-o uma opção inadequada para situações de resgate e emergência. [0003] Ademais, a estabilidade, a dirigibilidade e a manobrabilidade desses veículos em água são péssimas, uma vez que para virar o veículo para um dos lados, a hélice desse lado é obstruída por anteparos, mas continua em funcionamento, o que acarreta em grande desperdício de energia e em um movimento lento de guinada.

[0004] Na busca pelo estado da técnica em literaturas científica e patentária, foram encontrados os seguintes documentos que tratam sobre o tema:

[0005] Os veículos de combate anfíbio AAV-7A1 , ACV 1.1 , BTR-82 A, ZAHA, entre outros do estado da técnica, compreendem sistema de propulsão dotado de hélices e alguns fazem uso de fechamento de comporta para mudança de direção, o que torna esses veículos lentos para se locomover na água e de difícil dirigibilidade e manobrabilidade demorada, características que os colocam em desvantagem em situações de combate e outras missões militares.

[0006] O documento PI 9705181 -0 A2 revela um sistema de jato de água aplicável a um veículo anfíbio em que a sucção da água para o sistema de jato é realizada pela parte inferior traseira do veículo, o que gera problemas técnicos de instabilidade e inclinação excessivas, além de sugar detritos junto com a água, como pedras, areia, terra, algas, entre outros. O documento PI 9705181 -0 A2 propõe solucionar o problema dos detritos com uma multiplicidade de barras em balanço para bloquear os detritos. Entretanto, as ditas barras representam grande perda de carga para o sistema, demandando uma quantidade maior de potência e energia para poder realizar a sucção da água.

[0007] Assim, do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.

[0008] Breve fechamento dos inconvenientes e problemas constantes na técnica

Sumário da Invenção

[0009] Dessa forma, a presente invenção resolve os problemas do estado da técnica a partir de um sistema de propulsão a jato propulsor e um veículo anfíbio que compreende sistema de propulsão a jato propulsor, em que as regiões de entrada de fluido dos sistemas de propulsão captam o fluido pelas laterais do veículo e o projetam para trás, gerando força de propulsão e auxiliando na estabilidade, dirigibilidade e manobrabilidade do veículo em água, características fundamentais para um veículo militar em situações de combate, emergência e resgate.

[0010] Em um primeiro objeto, a presente invenção descreve um sistema de propulsão a jato propulsor que compreende ao menos:

a. região de entrada de fluido;

b. mecanismo de geração de fluxo axial;

c. mecanismo de elevação da velocidade do fluido;

d. região de projeção do fluido;

e. pá direcionadora; e

f. mecanismo de acionamento da pá direcionadora;

em que,

- o mecanismo de geração de fluxo axial gera diferença de pressão, criando uma zona de redução da pressão e uma zona de aumento da pressão;

- a zona de redução da pressão permite a entrada do fluido do ambiente externo ao sistema por meio da região de entrada de fluido;

- a zona de aumento da pressão impulsiona o fluxo de fluido para o mecanismo de elevação da velocidade do fluido;

- o mecanismo de elevação da velocidade do fluido eleva a velocidade do fluido e o projeta para o ambiente externo ao sistema através da região de projeção do fluido, gerando força de propulsão; e

- o mecanismo de acionamento da pá direcionadora controla a pá direcionadora, que é responsável por direcionar o fluido projetado pela região de projeção do fluido.

[0011] Em um segundo objeto, a presente invenção descreve um veículo anfíbio que compreende ao menos um mecanismo de propulsão terrestre e ao menos um mecanismo de propulsão aquático.

[0012] Em um terceiro objeto, a presente invenção descreve um processo de navegação de veículo anfíbio que compreende ao menos uma entre as etapas de:

a. sucção de fluido pela lateral do veículo;

b. elevação da pressão do fluido;

c. elevação da velocidade do fluido;

d. projeção do fluido impulsionando o veículo anfíbio.

[0013] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e serão descritos detalhadamente a seguir.

Breve Descrição das Figuras

[0014] São apresentadas as seguintes figuras:

[0015] A figura 1 mostra um protótipo de uma concretização do sistema de propulsão a jato propulsor da presente invenção, associado à árvore de transmissão do conjunto de força de um veículo anfíbio.

[0016] A figura 2 mostra um protótipo de uma concretização de um veículo anfíbio da presente invenção, compreendendo sistema de propulsão a jato propulsor dotado de região de entrada de fluido (1 ) na lateral do veículo e pás direcionadoras (2) do fluxo propulsor de fluido.

[0017] A figura 3 mostra a vista posterior de uma concretização de um veículo anfíbio da presente invenção, compreendendo o sistema de propulsão a jato propulsor da presente invenção dotado de região de entrada de fluido (1 ) na lateral do veículo e pás direcionadoras (2) do fluxo propulsor de fluido posicionadas na horizontal.

[0018] A figura 4 mostra a vista posterior de outra concretização de um veículo anfíbio da presente invenção, compreendendo o sistema de propulsão a jato propulsor da presente invenção dotado de região de entrada de fluido (1 ) na lateral do veículo e pás direcionadoras (2) do fluxo propulsor de fluido.

[0019] A figura 5 mostra uma vista lateral direita da concretização da figura 4, compreendendo o sistema de propulsão a jato propulsor da presente invenção dotado de região de entrada de fluido (1 ) na lateral do veículo e pás direcionadoras (2) do fluxo propulsor de fluido.

[0020] A figura 6 mostra um protótipo de uma concretização de um veículo de combate anfíbio do estado da técnica, em que o sistema propulsor é dotado de hélices e comportas para mudança de direção do veículo.

[0021] A figura 7 mostra uma vista interna de um sistema de propulsão de um veículo de combate anfíbio do estado da técnica, dotado de hélice associada à árvore de transmissão do conjunto de força de um veículo anfíbio, região que pode ser adaptada para substituir a hélice pelo sistema da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

[0022] As descrições que se seguem são apresentadas a título de exemplo e não limitativas ao escopo da invenção e farão compreender de forma mais clara o objeto do presente pedido de patente.

[0023] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta um sistema de propulsão a jato propulsor que compreende: ao menos uma região de entrada de fluido (1 ); ao menos um mecanismo de geração de fluxo axial; ao menos um mecanismo de elevação da velocidade do fluido; ao menos uma região de projeção do fluido; ao menos uma pá direcionadora (2); e ao menos um mecanismo de acionamento da pá direcionadora (2).

[0024] O mecanismo de geração de fluxo axial compreende uma pluralidade de hastes curvadas e é associado a uma haste de transmissão que fornece movimento rotativo ao mecanismo. Ao rotacionar, o mecanismo de geração de fluxo axial movimenta o fluido, realizando sucção de um lado e recalque do outro. Assim, o mecanismo gera uma diferença de pressão, criando uma zona de redução da pressão (onde o fluido é succionado) e uma zona de aumento da pressão (onde o fluido é recalcado).

[0025] A zona de redução da pressão permite a entrada do fluido do ambiente externo ao sistema por meio da região de entrada de fluido (1 ), repondo o fluido que é succionado pelo mecanismo de geração de fluxo axial.

[0026] A zona de aumento da pressão impulsiona o fluxo de fluido proveniente do mecanismo de geração de fluxo axial para o mecanismo de elevação da velocidade do fluido.

[0027] O mecanismo de elevação da velocidade do fluido compreende uma redução da área da secção transversal por onde passa o fluido, resultando em elevação da velocidade do fluido. Assim, com velocidade aumentada, o fluido é projetado para o ambiente externo ao sistema através da região de projeção do fluido, o que resulta na força de propulsão do sistema de propulsão da presente invenção.

[0028] Ademais, o sistema de propulsão da presente invenção compreende uma pá direcionadora (2) e um mecanismo de acionamento da pá direcionadora (2). O mecanismo de acionamento da pá direcionadora (2) controla os movimentos da pá direcionadora (2), que é responsável por direcionar o fluido projetado pela região de projeção do fluido. A pá direcionadora (2) compreende geometria curvada que direciona o fluxo de fluido para ao menos uma lateral e/ou para a frente, revertendo o sentido do fluxo de fluido. O mecanismo de acionamento da pá direcionadora (2) compreende acionamento pneumático e/ou mecânico e/ou hidráulico. Em uma concretização, o mecanismo de acionamento da pá direcionadora (2) compreende atuadores hidráulicos que movimentam a pá direcionadora (2) para uma posição desejada.

[0029] Em uma concretização, o sistema de propulsão a jato propulsor da presente invenção compreende adaptações para ser utilizado em aplicação em veículos anfíbio. Através de uma junta angular, o sistema de propulsão da presente invenção é associado à árvore de transmissão do conjunto de força do veículo. Desse modo, o veículo transfere movimento rotativo ao mecanismo de geração de fluxo axial por meio de uma árvore de transmissão, o que resulta em força de propulsão para o veículo se locomover em água.

[0030] Em uma concretização, a região de entrada de fluido (1 ) do sistema de propulsão é posicionada na lateral do veículo. Os veículos anfíbio com sistema de propulsão antecedentes à presente invenção compreendem sucção pela parte inferior do veículo, o que causa a entrada de impurezas com a água succionada, uma vez que areia, pedras e outras impurezas são atraídas junto com o fluido, o que acarreta em mau funcionamento e até danos permanentes ao sistema de propulsão, necessitando de dispositivos robustos que impeçam a entrada de impurezas. Entretanto, tais dispositivos representam grande perda de carga na sucção, demandando maior consumo de energia e potência para poder captar a água do meio externo. Diferenciando-se dos antecedentes do estado da técnica, o sistema da presente invenção apresenta solução pare este problema técnico, permitindo a eliminação de dispositivos robustos contra entrada de impurezas pela água succionada, uma vez que areia, pedras e outras impurezas concentram-se na parte inferior do veículo. Assim, a sucção pelas laterais do veículo, além de auxiliar em sua estabilidade durante a navegação, ainda evitam entrada de impurezas.

[0031] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta um veículo anfíbio que compreende ao menos um mecanismo de propulsão terrestre e ao menos um mecanismo de propulsão aquático. Em uma concretização, o mecanismo de propulsão aquático compreende sistema de propulsão a jato propulsor conforme definido acima.

[0032] Em uma concretização, o veículo anfíbio da presente invenção compreende ao menos um entre: veículo de combate com armamento; veículo de combate para transporte de tropas; veículo blindado; veículo de transporte de passageiros; veículo para tratamento médico; veículo para comunicação; veículo para competição esportiva; ou uma combinação entre os anteriores. [0033] Em uma concretização, o mecanismo de propulsão terrestre do veículo anfíbio da presente invenção compreende rodas e pneus adaptados para terrenos úmidos e inconsistentes, como terrenos lamacentos e areia de praias. Em uma concretização, o mecanismo de propulsão terrestre do veículo anfíbio da presente invenção compreende rodas e lagartas, cujas lagartas são esteiras adaptadas para terrenos úmidos e inconsistentes, como terrenos lamacentos e areia de praias.

[0034] O mecanismo de propulsão aquático do veículo anfíbio da presente invenção compreende ao menos um sistema de propulsão a jato propulsor com entrada de fluido por ao menos uma lateral do veículo anfíbio. O dito sistema de propulsão é posicionado em uma lateral posterior do veículo, succionando o fluido pela lateral e projetando-o para a traseira com velocidade aumentada, resultando em força de propulsão do veículo.

[0035] Em uma concretização, o veículo anfíbio da presente invenção compreende dois sistemas de propulsão a jato propulsor, em que a região de entrada de fluido (1 ) do primeiro sistema de propulsão capta fluidos a bombordo e a região de entrada de fluido (1 ) do segundo sistema de propulsão capta fluidos a boreste. Desta forma, através da sucção de fluido pelas laterais do veículo, alcança-se um aumento na estabilidade durante navegação do veículo. Os veículos anfíbio com sistema de propulsão antecedentes à presente invenção compreendem sucção do fluido pela parte inferior do veículo, o que resulta em dois problemas principais: a entrada de impurezas com a água succionada; e o levantamento da proa do veículo durante navegação. Em relação ao primeiro problema, areia, pedras, algas e outras impurezas são atraídas junto com o fluido, o que acarreta em mau funcionamento e até danos permanentes ao sistema de propulsão, necessitando de dispositivos robustos que impeçam a entrada de impurezas, dispositivos estes que representam grande perda de carga na sucção, demandando maior consumo de energia e potência para poder captar a água do meio externo. Em relação ao segundo problema, ao succionar fluido pela parte inferior da popa, a popa do veículo é puxada para baixo, levantando a parte dianteira, causando instabilidades devido à inclinação e interferindo na eficiência e dirigibilidade, uma vez que aumentam os choques com as ondas.

[0036] O veículo anfíbio da presente invenção apresenta solução para os problemas supracitados, pois a sucção é realizada pelas laterais do veículo, diferenciando-se de seus antecedentes do estado da técnica. Ao afastar a sucção da parte inferior do veículo, onde a concentração de impurezas é muito maior, a presente invenção permite a eliminação dos dispositivos de redução da entrada de impurezas, reduzindo perda de carga e, portanto, a potência necessária para funcionamento do sistema, além de aumentar sua durabilidade, vida útil e confiabilidade, fatores cruciais para um veículo militar.

[0037] Ademais, a sucção do fluido pelas duas laterais do veículo ainda aumenta a estabilidade do mesmo. Para fins de exemplificação, um veículo compreendendo hélices como sistema de propulsão, ao retornar do mar para a praia, fica sujeito aos movimentos da maré e pode, inclusive, ser jogado de lado contra a areia pelas ondas. O veículo anfíbio da presente invenção permite evitar tal problema, uma vez que a sucção pelas laterais garante maior estabilidade e direcionamento ao veículo durante sua navegação.

[0038] Ademais, o veículo anfíbio da presente invenção apresenta grande aumento de dirigibilidade e navegabilidade em relação aos seus antecedentes, graças à pá direcionadora (2) e ao mecanismo de acionamento da pá direcionadora (2) da presente invenção. Os meios de mudança de direção dos veículos anfíbio antecedentes à presente invenção compreendem o simples fechamento de uma comporta, bloqueando o fluxo de fluido proveniente da hélice, o que acarreta em um grande período de tempo para a mudança de direção, em se tratando de um veículo militar, onde o tempo é muitas vezes o principal fator para o sucesso de uma missão. Diferenciando-se dos antecedentes, a presente invenção compreende mudança de direção por meio do acionamento da pá direcionadora (2). A pá (2) fica posicionada afastada do fluxo de fluido da região de projeção do fluido para permitir que o mesmo mova-se para frente. Em situações de mudança de direção, a pá direcionadora (2) é acionada pelo mecanismo de acionamento da pá direcionadora (2), posicionando-a na direção do fluxo do fluido. Desta forma, ao redirecionar o fluxo para um dos lados e/ou para frente, o movimento de guinada do veículo é realizado muito mais rapidamente, permitindo, inclusive, que o veículo rotacione em torno de seu eixo central. Ademais, a presente invenção permite movimentação em reverso ou em ré do veículo quando as pás direcionadoras (2) são posicionadas para direcionar o fluxo de fluido para a parte frontal do veículo. A ré é acionada muito mais rapidamente que nos antecedentes dotados de hélices.

[0039] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta um processo de navegação de veículo anfíbio que compreende ao menos uma entre as etapas de:

a. sucção de fluido pela lateral do veículo;

b. elevação da pressão do fluido;

c. elevação da velocidade do fluido;

d. projeção do fluido impulsionando o veículo anfíbio.

[0040] Em uma concretização, o processo de navegação de veículo anfíbio compreende veículo anfíbio conforme definido acima.

[0041] A etapa de sucção de fluido pela lateral do veículo é realizada por meio da associação de componentes como a região de entrada de fluido (1 ), o mecanismo de geração de fluxo axial e a árvore de transmissão do conjunto de força do veículo da presente invenção. Ademais, a etapa de sucção de fluido pela lateral do veículo apresenta diversas vantagens, como redução e prevenção da entrada de impurezas, aumento de estabilidade na navegabilidade e aumento de confiabilidade e segurança do veículo.

[0042] A etapa de elevação da pressão do fluido é realizada por meio da associação de componentes como o mecanismo de geração de fluxo axial e a árvore de transmissão do conjunto de força do veículo da presente invenção. Ao aumentar a pressão do fluido o mesmo é projetado em direção ao mecanismo de elevação da velocidade do fluido, onde é realizada a etapa de elevação da velocidade do fluido, crucial para a geração da força de propulsão do veículo. O fluido com velocidade aumentada passa então pela região de projeção do fluido, onde ocorre a etapa de projeção do fluido impulsionando o veículo anfíbio. Neste momento, pode ser acionada a pá direcionadora (2) por meio do mecanismo de acionamento da pá direcionadora (2), compreendendo meio de controle da dirigibilidade e manobrabilidade do veículo através do direcionamento do fluido projetado que impulsiona o veículo para a direção desejada.

Exemplo 1 - Veículo Anfíbio com Sistema de Propulsão a Jato Propulsor

[0043] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.

[0044] Para fins de exemplificação, a presente invenção compreende um veículo de combate anfíbio que compreende um mecanismo de propulsão terrestre e um mecanismo de propulsão aquático. Como mecanismo de propulsão terrestre, o veículo da presente invenção compreende lagartas e rodas, permitindo que o mesmo se mova em terrenos lamacentos e arenosos, com elevada umidade. Como mecanismo de propulsão aquática, o veículo da presente invenção compreende um par de sistemas de propulsão a jato propulsor da presente invenção, sendo um localizado a bombordo e outro a boreste, ambos próximos à traseira do veículo.

[0045] Os sistemas de propulsão a jato da presente invenção compreendem suas regiões de entrada de fluido (1 ) posicionadas nas laterais do veículo, o que apresenta diversas vantagens em relação às regiões de entrada na parte inferior do veículo. A entrada pela parte inferior aumenta a quantidade de impurezas e detritos trazidos pela água, além de aumentar a instabilidade em consequência da inclinação do veículo.

[0046] A presente invenção, compreendendo sucção pelas laterais e manobrabilidade por meio de pás direcionadoras (2), traz diversas vantagens à presente invenção, como a possibilidade de navegação no raso, prevenção de entrada de detritos, redução da inclinação excessiva em altas velocidades, reversão instantânea planeio imediato, manobrabilidade de lado, girar em torno do próprio eixo, manobras com velocidade linear nula, facilidade para encostar na praia e em margens com redução da influência da maré e das ondas, velocidade final mais elevada que o sistema de hélices dos antecedentes e fácil adaptação sem danos à flutuabilidade do veículo.

[0047] Ademais, o posicionamento da sucção de fluido nas laterais permite a eliminação de elementos que reduzem entrada de detritos, reduzindo assim a perda de carga causada por eles e, ainda, uma vez que as pás direcionadoras (2) da presente invenção permitem rápido redirecionamento do veículo, o mesmo é dotado de maior autonomia, reduzindo consumo de combustível e, portanto, aumentando sua eficiência e tempo em missão.

[0048] Deste modo, o veículo de combate anfíbio da presente invenção soluciona os problemas técnicos de seus antecedentes, pois melhora a estabilidade, a segurança e a manobrabilidade do veículo, permitindo que o mesmo realize manobras mais rapidamente na água e se locomova com maior velocidade, evitando desperdício de potência e combustível, características cruciais para um veículo militar, uma vez que tempo é um dos principais fatores durante uma missão militar, seja um combate, um resgate, uma emergência no geral.

[0049] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes e alternativas, abrangidas pelo escopo das reivindicações a seguir.