Campo da invenção

[001] A presente patente de invenção tem por objeto um prático e inovador sistema para giro de propulsores em ponta de asa, pertencente ao campo dos artigos para aeronaves, de uso mais precisamente em aeronaves de decolagem e aterrisagem vertical do tipo VTOL ("Vertical Takeoff and Landing"), e ao qual foi desenvolvido, com vistas a melhorar a sua utilização e desempenho em relação aos outros produtos usualmente encontrados no mercado.

[002] Trata-se de um sistema que compreende um mecanismo eletromecânico de inclinação de motores elétricos (EDF - "Electric Ducted Fan") e/ou à combustão de aeronaves de decolagens e aterrissagens verticais, do tipo "VTOL" ("Vertical Takeoff and Landing"), também conhecido como convertiplano, onde um controlador elétrico de velocidade rotativa ("Electric Speed Controller") faz o controle eletrônico de velocidade dos propulsores individualmente, alimentado pelo computador de bordo da aeronave.

[003] O sistema basculante eletromecânico de giro é responsável por fazer a conversão mecânica em voo dos seus propulsores, de forma a inclinar seu eixo a 90 graus e até pouco mais, unindo as vantagens de decolagem vertical de um helicóptero, em pequenos espaços, com a maior velocidade de voo de um avião de asa fixa para os voos de cruzeiro, economizando energia/combustível durante o deslocamento.

[004] Esse mecanismo será instalado nas extremidades de asas das aeronaves, sendo fixadas nas estruturas internas como, nervuras e longarinas, conectando às naceles.

[005] Tem-se, portanto, no pedido de patente em questão, um sistema especialmente projetado e desenvolvido para obter enorme praticidade e que traz grandes vantagens, tanto em sua utilização, praticidade, peso e fabricação.

[006] É ainda, objetivo do presente pedido, apresentar um sistema para giro de motores, visando o mínimo de peso, ou seja, trata-se de um mecanismo leve para uso em ponta de asa, de baixa complexidade, o que o torna de baixo custo para sua exequibilidade industrial, porém aliado aos requisitos de robustez, segurança e praticidade utilitária, oferecendo assim ao público consumidor, uma opção adicional no mercado de congêneres, que ao contrário dos produtos usuais, oferece inúmeras possibilidades e benefícios a seus usuários, tornando-se um produto de grande aceitação no mercado consumidor.

Estado da técnica

[007] Como é sabido, notadamente por técnicos no assunto, aeronave de decolagem e pouso verticais (VTOL), compreende uma configuração híbrida, que consegue decolar e pousar na vertical, mas durante seu voo em cruzeiro, inclina seus motores e muda para uma configuração de asa fixa.

[008] A aeronave de decolagem e pouso verticais (VTOL) possui as vantagens de uma aeronave do tipo helicóptero e as vantagens de uma aeronave de asa fixa, uma vez que não precisa de uma pista para efetuar as decolagens e pousos, além do fato de que apresenta eficiência e elevada velocidade em voos de cruzeiro.

[009] Nesse aspecto e no sentido de precisar o estado da técnica, podem ser citados alguns documentos de patente que versam sobre sistemas e aparatos com as mesmas finalidades conceituais, porém sem alcançar o mérito inventivo e os diferenciais ora revelados, conforme segue abaixo.

[010] O documento de patente US9376206B2, intitulado de "ROTOR TILT PARA AERONAVE COM ARRANJO DE MOTOR FIXO MONTADO NA ASA INTERNA", revela um sistema de rotor para aeronave de rotor basculante que compreende um motor disposto em uma primeira posição fixa em um membro de asa e um pilone do rotor propulsor acoplado mecanicamente no motor ao longo de um caminho de acionamento, que se estende através do membro da asa. O motor está disposto adjacente a uma fuselagem da aeronave de rotor de inclinação e o pilone do rotor suporte é configurado para girar seletivamente entre uma posição vertical e uma posição horizontal. O pilone do rotor propulsor é acoplado a uma pluralidade de pás do rotor.

[011] O documento de patente US6719244B1 , intitulado de "CONTROLE DE AERONAVES VTOL USANDO A DISPOSIÇÃO DE SUAS HÉLICES DUPLAS OU VENTILADORES", revela melhorias no que diz respeito ao controle de aeronaves VTOL que utilizam duas hélices ou ventiladores como os principais dispositivos de elevação em voo pairado. Mais particularmente, a invenção é um meio para efetuar o controle da aeronave usando apenas as duas hélices sozinhas, e compreende a inclinação em voo das mesmas - que são do tipo convencional, não articuladas (embora possam ter passo de pá coletivo) - diretamente e igualmente em direção ou longe um do outro (e, portanto, em torno de eixos paralelos) conforme necessário para a geração de momentos de controle giroscópico e induzidos pelo torque da hélice na aeronave em torno de um eixo perpendicular à inclinação da hélice e aos eixos de rotação média. Para um arranjo de hélice lado a lado, portanto, sua inclinação (lateral) na direção ou na direção contrária produz momentos de controle de inclinação da aeronave para controle total da aeronave naquela direção. Ao contrário da técnica anterior, nenhum controle cíclico de passo de lâmina, palhetas defletoras de corrente, bicos de exaustão, rotores de cauda ou hélices ou ventiladores extras, ou superfícies de controle convencionais são necessários para efetuar este controle de passo da aeronave.

[012] O documento de patente US201 30105635A1 , intitulado de "ROTOR TILT QUADRILATERAL (VTOL) DE DECOLAGEM E ATERRISSAGEM VERTICAL EM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO (VANT) COM ROTORES DE 45 GRAUS", revela um sistema e método para controlar a estabilidade e direção de um veículo aéreo não tripulado (VANT) de decolagem e aterrissagem vertical "quad tilt" (VTOL) manipulando a velocidade de rotação das hélices em cada rotor enquanto simultaneamente inclina os rotores em uma configuração de 45 graus relacionada a um eixo central para controle direcional. Cada rotor é fixado a um mecanismo de inclinação configurado para ser alinhado simetricamente em um ângulo de 45 graus a partir de um eixo central para manipular um ângulo direcional de cada rotor ao longo de um primeiro e segundo eixos. O primeiro e o quarto rotores estão alinhados no primeiro eixo, enquanto o segundo e o terceiro rotores estão alinhados no segundo eixo.

Pontos deficientes do estado da técnica

[013] O grande inconveniente do objeto revelado no documento de patente US9376206B2, intitulado de "AERONAVE TILT ROTOR COM ARRANJO DE MOTOR FIXO MONTADO NA ASA INTERNA", reside especificamente no fato de que é compreendido por mecanismos complexos de elevado custo de aquisição e operacional, uma vez que demandam substancial manutenção preventiva inerente aos seus projetos.

[014] O objeto revelado no documento de patente US6719244B1 , intitulado de "CONTROLE DE AERONAVES VTOL USANDO A DISPOSIÇÃO DE SUAS HÉLICES DUPLAS OU VENTILADORES", possui o inconveniente de apresentar uma pluralidade de engrenagens cônicas, para conversão de movimentos em 90°, e braços articulados conectados aos servos motores, o que torna o sistema complexo, de elevado peso, frágil e bastante suscetível a defeitos, além de apresentar um desgaste prematuro.

[015] Por sua vez o objeto revelado no documento de patente US20130105635A1 , intitulado de "ROTOR TILT QUADRILATERAL (VTOL) DE DECOLAGEM E ATERRISSAGEM VERTICAL EM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO (VANT) COM ROTORES DE 45 GRAUS", apresenta um projeto específico para aeronaves de Asa Rotativa ou Multirotor e a sua aplicação não é viável em aeronaves de asas fixas.

Solução proposta

[016] Foi pensando nesses inconvenientes que, após inúmeras pesquisas e estudos, o inventor, pessoa ligada ao ramo, criou e desenvolveu o objeto da presente patente, idealizando um sistema para giro de propulsores em ponta de asa em que nem só as qualidades mecânicas e funcionais foram consideradas no projeto de sua fabricação, mas também a forma, a disposição e a localização de suas partes e componentes que, corretamente posicionadas, trouxeram um aumento de eficiência sem acarretar ônus algum. [017] O sistema basculante eletromecânico de "tilt" é responsável por fazer a conversão mecânica em voo dos seus propulsores, unindo as vantagens de decolagem vertical de um helicóptero, com inclinação vertical em relação ao eixo da aeronave, em pequenos espaços, com a maior velocidade de voo de um avião de asa fixa para os voos de cruzeiro, com propulsores na direção axial da aeronave, economizando energia/combustível durante o deslocamento.

[018] Esse mecanismo será instalado nas pontas de asas das aeronaves, sendo fixadas nas estruturas internas como, nervuras e longarinas, conectando às naceles, como mostra a figura 9.

[019] Assim, a presente patente foi projetada visando obter um sistema que compreende um mecanismo leve e com menor número de peças possíveis, convenientemente configuradas e arranjadas para permitir que o sistema para giro de propulsores em ponta de asa desempenhe suas funções com eficiência e versatilidade inigualáveis, sem os inconvenientes já mencionados.

[020] Apresenta-se no presente pedido de patente, um prático e inovador sistema para giro de propulsores em ponta de asa com todas as qualidades estéticas e funcionais, projetado e desenvolvido segundo as mais modernas técnicas, possibilitando dessa maneira uma substancial confiabilidade e consequentemente uma utilização segura.

[021] Seu conceito inovador permite que se obtenha um excelente nível de funcionalidade, oferecendo um sistema para giro de propulsores em ponta de asa que possui grande durabilidade, tendo sido criado, principalmente, para apresentar um custo reduzido, leve e baixo custo de aquisição e de operação.

[022] A configuração do sistema, objeto da presente patente, em sua nova forma construtiva, compreende um mecanismo acionado por um servo motor que faz o giro do conjunto, inclinando os propulsores posicionados nas extremidades das asas da aeronave. Um eixo estriado, com ou sem braço mecânico, faz a conexão com o "Eixo acoplamento/servo", transferido o torque motor para as naceles.

[023] Além disso, os dispositivos de giros atuam no controle do voo vetorado, eliminando a necessidade de parte de elementos aerodinâmicos.

[024] Idealizado com conceito inovador, resulta em um conjunto harmônico, de aspecto bastante peculiar e, sobretudo característico, sendo que, além do aspecto construtivo, o produto destaca-se pela sua leveza, versatilidade e comodidade de utilização.

Breve descrição dos desenhos da disposição [025] A complementar a presente descrição de modo a obter uma melhor compreensão das características do presente invento e de acordo com uma preferencial realização prática do mesmo, acompanha a descrição, em anexo, um conjunto de desenhos, onde, de maneira exemplificada, embora não limitativa, se representou o seguinte:

A Figura 1 - Mostra uma vista em explosão do dispositivo que integra o sistema para giro de propulsores em ponta de asa.

A Figura 2 - Mostra uma vista em perspectiva do dispositivo que integra o sistema para giro de propulsores em ponta de asa. A Figura 3 - Mostra uma vista em perspectiva do espelho.

A Figura 4 - Mostra uma vista em perspectiva do servo motor e do eixo de acoplamento.

A Figura 5 - Mostra uma vista em perspectiva do eixo interno, onde as setas indicam a as regiões de entrada e saída dos cabos de energia, que alimentam o "ducted fan" (propulsor). A região de saída foi projetada para garantir o menor esforço dos cabos durante o movimento de giro, evitando o dano. Além disso, há um rebaixo para posicionar o anel elástico da montagem.

A Figura 6 - Mostra uma vista em corte do eixo interno com o complemento solidário.

A Figura 7 - Mostra uma vista em perspectiva da caixa que abriga o dispositivo que integra o sistema de giro.

A Figura 8 - Mostra uma vista em perspectiva de um acoplamento elástico, que pode ser adicionado ao sistema de giro em aeronaves com envergaduras maiores.

A Figura 9 - Mostra uma vista de um modelo de aeronave do tipo VTOL com as naceles posicionadas para voo de cruzeiro, onde a tração produzida pelo motor sobrepõe a força de arrasto fazendo a aeronave voar.

A Figura 10 - Mostra a aeronave com os motores em transição para a posição vertical. Essa posição permite que a aeronave faça a flutuação, decolagem e o pouso. Além disso, os dispositivos de giros atuam no controle do voo vetorado, eliminando a necessidade de parte de superfícies aerodinâmicos - condição definida pelo projeto da aeronave.

Descrição detalhada da invenção [026] De conformidade com o quanto ilustram as figuras acima relacionadas, o "SISTEMA PARA GIRO DE PROPULSORES EM PONTA DE ASA", objeto da presente patente, compreende um mecanismo eletromecânico de inclinação (1) de motores elétricos "EDF" ("Electric Ducted Fan") e/ou turbomotores de aeronaves do tipo "VTOL" ("Vertical Takeoff and Landing"), também conhecido como convertiplano, e um controlador elétrico de velocidade ("Electric Speed Controller") faz o controle eletrônico individual no giro dos propulsores, permitindo sua inclinação, sendo alimentado pelo computador de bordo da aeronave.

[027] Mais detalhadamente o mecanismo (1) é constituído a partir de um espelho (3) geometricamente similar ao perfil aerodinâmico do tip da asa, dotado de um orifício passante (4) no qual é acoplado o tubo externo (5), de diâmetro coincidente, e coaxial. Dito tubo externo (5) é acoplado ao espelho (3), formando uma única peça.

[028] O espelho (3) será afixado na fuselagem da aeronave, com parafusos escareados e afixados na longarina da ponta de asa que faz parte da caixa (16) e possui forma geométrica igual a este. A caixa (16) por sua vez, faz parte do conjunto da asa e é fixada durante a fabricação desta, figura 7.

[029] No interior do referido tubo externo (5) é inserido um tubo interno (6), cuja extremidade frontal possui um complemento (7), posicionado em ortogonal, o qual é constituído por uma peça retangular planificada, e na superfície do turbo interno de acoplamento (6) há um rasgo (6C), para uso de passagem de cabos e dutos. A referida base de complemento (7) com o tubo interno (6) forma uma única peça, o conjunto de giro (6,7).

[030] Dito tubo interno (6) possui em sua extremidade frontal um ressalto anelar (6D) e o seu interior apresenta na proximidade de sua porção posterior uma redução gradual (6A) em seu diâmetro, a partir do qual se mantem constante em um diâmetro menor (6B), compatível com o eixo de acoplamento (12), até a extremidade, sendo que na porção da redução diametral há uma abertura (6C) na parede, para a passagem de cabos de energia, antecedida por um rebaixo (11) previsto na face externa.

[031] Dito tubo interno (6) é centrado no tubo externo (5) por meio de rolamentos especiais (8) e serve de pista de rolagem para eles. O complemento (7) é posicionado rente à face externa do espelho (3), porém antecedida por uma arruela (9), sendo que a nacela (2) é afixada no complemento (7).

[032] Um anel elástico (10) é acoplado no rebaixo (1 1) previsto na face externa do tubo interno (6), a fim de evitar o movimento relativo axial do conjunto.

[033] Na extremidade posterior do tubo interno (6) é inserido o eixo de acoplamento (12) tubular, que por sua vez é conectado ao eixo de giro e torque (13) do servo motor (14). Para o perfeito acoplamento do eixo de giro e torque (13) e evitar escorregamento a face interna do eixo de acoplamento (12) tubular possui estrias longitudinais de precisão. O mecanismo servo motor (14) é o principal equipamento eletromecânico responsável por fazer o giro do conjunto, inclinando o conjunto do propulsor.

[034] O conjunto mecânico de giro é posicionado na asa da aeronave, sendo protegida por uma caixa (16). Esta caixa é estruturada com nervuras que acompanham o formato da asa na sua extremidade.

[035] Acoplamentos elásticos (15) como o da Figura 8 podem ser adicionados nos conjuntos em aeronaves com envergaduras maiores, nos quais os movimentos das asas, em voo, possam prejudicar a interface entre as partes. Para esses casos os acoplamentos podem ser adicionados para reduzir o "offset". A montagem é feita na caixa (16) onde é inserido o mecanismo de giro (6) e este ligado ao servo motor (14).

[036] Para completar o conjunto eletromecânico, há um controlador elétrico de velocidade ("Electric Speed Controller"). A função do controlador elétrico de velocidade, o servo motor, é fazer o controle eletrônico de velocidade dos motores individualmente, alimentado pelo computador de bordo da aeronave.

[037] É certo que quando o presente invento for colocado em prática, poderão ser introduzidas modificações no que se refere a certos detalhes de construção e forma, sem que isso implique afastar-se dos princípios fundamentais que estão claramente substanciados no quadro reivindicatório, ficando assim entendido que a terminologia empregada teve a finalidade de descrição e não de limitação.