SETOR TÉCNICO

O presente invento refere- se a um equipamento eletrônico para a segurança de voo para balões e dirigíveis.

ESTADO DA TÉCNICA

O piloto de balão não tem visão do espaço aéreo acima do balão, devido à posição do cesto e a do próprio balão (parte fabril da aeronave). Tal falta de visibilidade expõe o piloto continuamente ao risco de colisões com outros balões em tráfego na região acima da linha de visão do piloto - "ponto cego". É exigida do piloto, atenção continua em situações de tráfego, elevando o nível de risco de voo, tendo em vista as complexas demandas que tomam a atenção do piloto. Atualmente, algumas aeronaves dispõem de "janelas" para a observação da parte superior do balão pelo piloto (Patente de invenção US 4750690 A). Tais janelas consistem em painéis caracterizados por serem confeccionados em material flexível e transparente fixados de forma a substituir partes de tecido no topo do balão, possibilitando assim, que o piloto tenha visão através deles do espaço aéreo acima do balão.

A identificação de fios de alta tensão e alguns obstáculos em solo, é um dos pontos de fragilidade na pilotagem de balões. Eventualmente esta identificação visual pode ser de grande dificuldade, considerando -se conjunção de variáveis, tais como o contraste com a paisagem de fundo, ângulo de incidência de luz e distrações do piloto. A dependência integral de atenção constante e percepção visual do piloto, elevam substancialmente o risco de colisão em terra. Atualmente nenhum dispositivo atua como auxilio anti-colisão com obstáculos em terra para balões, sendo o procedimento totalmente humano -dependente.

Tais colisões representam os dois maiores índices de acidentes no segmento de balões e dirigíveis, ambas liderando os índices estatísticos, sempre representando a maior probabilidade de leões graves e/ou fatais.

Outro fator crítico de operação de balões e dirigíveis de ar quente é o controle de temperatura do "envelope", parte tecido da aeronave (1). O envelope é operado a elevadas temperaturas, geralmente próximas ao limite recomendável para o tecido que é de 100°C. Eventuais superações a esse limite são toleráveis, mas o abuso ou a exposição prolongada leva a degradação do tecido, redução da vida útil e eventual perda de controle da aeronave. Atualmente existem fitas metálicas de baixo ponto de fusão, que, fixadas ao topo do balão internamente, derretem a 110°C, liberando um sinalizador que cai no cesto como alerta ao piloto. Existem também alguns dispositivos, que são termómetros que se comunicam via wireless a altímetros, informando a temperatura do tecido no topo do balão.

ABORDAGEM DO PROBLEMA

Pelo alto custo e por restrições construtivas, as "janelas" transparentes são pontuais, ocupando geralmente menos de 5% da área superior do balão, proporcionando visão restrita e limitada ao piloto. São fixas e permanentes, exigindo que cada balão tenha sua própria janela. Adicionalmente trata-se de um sistema passivo que depende do monitoramento ativo e continuo do piloto. O presente invento, traz uma solução mais eficaz para o problema, com monitoramento continuo e ativo ao piloto. O piloto tem visão total e integral do espaço superior através do monitor do computador de bordo (21), alem de "perceber" e identificar a presença de aeronaves em estado de risco de colisão, emitindo alertas ao piloto. Da mesma forma o monitoramento continuo e ativo de obstáculos em solo cadastrados nas cartas de voo do piloto, é uma importante ferramenta de segurança de voo no gerenciamento de riscos de colisão. O monitoramento da temperatura do topo da aeronave, também é um dos fatores críticos do piloto, especialmente em voos comerciais de passageiros e em voos de competição, onde geralmente as temperaturas são elevadas ao extremo operacional.

De forma integrada, configurável e com o fornecimento de gráficos e relatórios diversos, o sistema torna-se um dispositivo completo para o auxílio à tomada de decisões do piloto, e gerenciamento de riscos em voos quando em decolagem, pouso, voos de baixa altitude, ou com cargas e velocidades elevadas e/ou tráfego nas imediações, comuns na prática esportiva e comercial de balonismo.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

O sistema prevê uma unidade de aquisição de dados (4), responsável por coletar dados relativos ao estado e à posição da aeronave. A unidade possui suportes metálicos (8), fixados na coroa do balão (7) através de dispositivos removíveis (30), permitindo que a unidade seja transferida de um balão para outro. O objetivo principal do suporte é melhorar o isolamento entre o sistema e o tecido do balão, para proteger os componentes da unidade contra as altas temperaturas. A unidade também possui um invólucro (11) de isolamento térmico e mecânico de proteção dos componentes. Os componentes da unidade são:

Módulo GPS (14): este módulo determina dados como a posição geográfica do balão em termos de latitude, longitude e altitude, além de sua velocidade vetorial e os envia à placa de circuito da unidade de aquisição (16).

Módulo Temperatura (10): este módulo obtém o sinal elétrico analógico proveniente de um termopar, calcula a temperatura correspondente e a transmite à placa de circuito da unidade de aquisição (16).

Câmera de Vídeo (12): módulo responsável por capturar e prover um sinal de vídeo digital a ser enviado à placa de circuito da unidade de aquisição (16) para que o mesmo seja transmitido, à unidade de visualização (5);

Módulo transmissor de dados (9): este módulo obtém os dados de posição do balão pilotado, temperatura do tecido e as imagens adquiridos pela placa de circuito da unidade de aquisição (16), além dos dados recebidos de outros balões.

Todos os dados recebidos pelo módulo são compilados e enviados via wireless ao módulo conversor (20) do balão que está sendo pilotado. A transmissão dos dados de posição e velocidade entretanto, além de serem enviados para o balão pilotado, também são enviados no modo broadcast para serem recebidas pelos módulos transmissores (9) de todos os balões dentro do raio de alcance. A transmissão de cada um dos dados mencionados pode ser feita através de antenas e/ou módulos transmissores comuns ou independentes.

Uma fonte de energia com sua porta carregadora (15), (13), caracterizada por ser uma bateria recarregável com autonomia de no mínimo 3 horas, o equivalente a um voo de balão corriqueiro.

Placa de circuito da unidade de aquisição (16): responsável por decodificar as informações enviadas pelo receptor GPS (14) tais como a coordenada geográfica, a velocidade e a altitude do balão. Esse módulo também recebe os sinais do sensor de temperatura (10) que empacota ambas as informações e as transmite, através do módulo transmissor de dados (9) à unidade de visualização e emissão de alertas (5). Os dados recebidos de outros balões também são processados por esse módulo que os decodifica e os transmite à unidade de visualização (5) através do módulo de transmissão de dados (9).

O sistema também prevê uma unidade de visualização e emissão de alertas (5) instalada no cesto do balão. Tal unidade constitui-se de um invólucro (19) que envolve o sistema garantindo-lhe proteção, além dos seguintes componentes:

Módulo Conversor (20): este módulo é responsável por receber os sinais emitidos pelo módulo transmissor do balão que está sendo pilotado, e enviá-los à interface (21) através de uma porta conectora (24) para serem exibidos. A porta também atua como fonte de energia para o módulo conversor. O módulo conversor poderá ser integrado à interface, ou seja, ambos do mesmo dispositivo. Nesse caso, não haverá a necessidade de uma porta conectora.

Interface (21): este módulo é responsável por executar os softwares de análise dos dados recebidos do módulo conversor (24), para gerar e exibir ao piloto as informações e alertas de voo. As principais informações emitidas serão: temperatura do envelope, distancia entre os balões e suas velocidades relativas, as imagens de vídeo e alertas de aproximação e eminência de colisão. Tal unidade pode ser constituída por um smartphone, tablet, notebook, ou qualquer outro equipamento portátil semelhante, com especificações suficientes. Ao receber os dados, o dispositivo da interface (21) executará cálculos comparativos para determinar a possibilidade de uma colisão iminente, ou super aquecimento do tecido com base nos parâmetros pré determinados pelo piloto.

Com isso, haverá a geração de três alertas distintos: o alerta de proximidade, o alerta de risco de colisão, e o alerta de super aquecimento. O alerta de proximidade será disparado quando o balão estiver muito próximo de outros balões ou obstáculos, mas não necessariamente em rota de colisão com os mesmos, servindo apenas para que o piloto tenha cautela ao realizar manobras. O alerta de proximidade irá disparar quando a distância entre os balões ou obstáculos for menor ou igual à uma distância pré programada pelo piloto. Já o alerta de risco de colisão será disparado quando o balão estiver em rota convergente com um obstáculo ou outro balão, havendo o risco de uma colisão iminente. O alerta de risco de colisão irá disparar quando o tempo estimado para a colisão entre o balão e o obstáculo ou outro balão, for menor ou igual à um tempo pré programado pelo piloto. Já o alerta de super aquecimento irá disparar quando a temperatura do balão for maior ou igual à uma temperatura limite, pré programada pelo piloto.

Todos os componentes apresentados em ambas as unidades podem ser discretos ou integrados. No caso de os componentes da unidade de visualização serem integrados ao dispositivo da interface, evidente que não será necessário o seu invólucro (19).

Unidade opcional (33) posicionada em terra, caracterizada por coletar independentemente os dados emitidos pelas unidade de aquisição dos balões da redondeza, com o objetivo de armazená-los e processá-los, fornecendo informações úteis tais como: trajetórias, proximidade entre balões, aproximação dos balões em alvo ou zonas proibidas. Estas informações serão fornecidas em tempo real para a equipe técnica, controladores de voo, ou mesmo para mídia ou público para que acompanhem os eventos através de seus dispositivos conectados à internet.

A fim de melhor ilustrar o relatório, faz-se referência aos desenhos anexos tais que: FIGURA 1: configuração geral do sistema instalado em um balão, exibindo a unidade de aquisição (4) no topo do envelope do balão (1) emitindo sinais via wireless para as unidades de visualização (5) instaladas no cesto do balão (2) e exibindo dados ao piloto (3).

FIGURA 2: configuração externa da unidade de aquisição, exibindo seu invólucro externo (11), a parte superior, ou coroa (7), do envelope do balão (1), o termopar (10) e os suportes removíveis (8), (30).

FIGURA 3: configuração interna da unidade de aquisição (4) exibindo o invólucro (aberto) (11), os suportes removíveis (8), a bateria e sua porta carregadora (15), (13), o módulo de GPS (14), a câmera de vídeo (12), o termopar (10), o módulo transmissor (9), a placa principal (16), além dos cabos para a transmissão de energia e dados entre os componentes (17), (18).

FIGURA 4: configuração da unidade de visualização (5) exibindo a interface (21) instalada no cesto (2) conectada ao módulo conversor (20) através de uma porta (24) para o caso de componentes discretos. A figura representa a unidade de visualização (5) instalada a bordo do cesto e a unidade opcional de visualização em terra (33) em base remota posicionada em solo.

FIGURAS 5: ilustração de uma situação onde o sistema identifica através do tráfego de dados entre os balões e com o cesto, uma eventual eminência de colisão entre balões.

FIGURAS 6: ilustração de uma situação onde o sistema identifica uma eventual eminência de colisão entre o balão com redes elétricas (29) e obstáculos em solo (28).