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Índice
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Descrição
página
Introdução ao projeto conceitua de um dirigível híbrido com sistema
de ar comprimido..................................................................................................... 02
Visão geral dos da distribuição dos gases no dirigível híbrido............................... 03
Esquema do ar comprimido do módulo principal.................................................. 03
Esquema da distribuição do ar comprimido da câmara para as asas....................... 04
Vista geral dos esquemas de distribuição de ar comprimido e ar quente.................04
Câmara central dos principais sistemas de processamento de ar …....................... 05
Sistema de aquecimento do ar que alimenta o bolsão central................................. 05
Sistemas localizados nas asas................................................................................. 06
Sistema de recalque do ar comprimido principal.................................................... 06
Sistema de produção de ar quente........................................................................... 07
Bolsão de ar quente nas asas....................................................................................07
Sistema de pressurização do ar para os bicos de manobra do dirigível híbrido...... 08
Bico de manobra...................................................................................................... 08
Manobrabilidade da aeronave.................................................................................. 09
Acesso à câmara dos principais sistemas de processamento de ar.......................... 10
Gaiola de transporte................................................................................................. 10
Sistema da turbina de ar comprimido...................................................................... 11
Hélices bifuncionais das turbinas............................................................................ 11
Sistema de recalque da bomba auxiliar....................................................................12
Módulo de carga...................................................................................................... 13
Rampas de acesso.................................................................................................... 13
Cabine do piloto.......................................................................................................13
Interior do módulo de carga.....................................................................................14
Vista em corte do módulo de carga..........................................................................14
Considerações finais................................................................................................ 15
Projeto- Projeto conceitual de um dirigível híbrido elétrico e ar comprimido
Autor do projeto- Issamu Aono Ichiya
País de origem- Brasil
Localização atua- Japão
Contato- [email protected], [email protected]
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01- Introdução- PROJETO CONCEITUAL DE UM DIRIGÍVEL HÍBRIDO ELÉTRICO COM
SISTEMA DE AR COMPRIMIDO
Atualmente com a crescente demanda por energia, mas com pespectivas de diminuição das
fontes fósseis, o mundo se volta para alternativas de fontes renováveis, principalmente derivadas da
luz solar, tanto na utilização de tecnologias eólicas, células fotovoltaicas ou e ondas marítimas.
Entra nisso a preocução com o meio ambiente, constantentemente em deterioração em
virtude da utilização de energia derivada de fontes fósseis, como petróleo e carvão.
Na área de transporte aéreo, onde predomina a utilização de combustíveis fósseis utilizados
nas aeronaves, há uma tendência para o mundo voltar-se para tecnologias antigas que utizam
menos combustíveis fósseis e consequentemente menos poluentes, como dirigíveis.
Nesse sentido, desenvolvi um projeto conceitual de um dirigível com um sistema de
propulsão inovador, combinando ar comprido com temperatura normal com ar quente, e a utilização
de dois tipos de gás: hélio e ar quente.
É um dirigível híbrido por várias razões: Primeiro porque utiliza dois tipos de gases, hélio e
ar quente. Segundo porque o motor tem de ser híbrido, convencional e elétrico. Também o design da
dirigível, pois este conta com asas, tal qual um avião.
Sendo, portanto, um projeto conceitual, os desenhos foram feitos livremente sem cálculos ou
detalhamentos. Apenas a exposição de uma idéia em desenhos 3D, a ser analisada para verificar sua
viabilidade.
Além disso, outras inovações
foram incorporadas, como um
sistema de manobrabilidade, que
possibilita o dirigível recuar, avançar
para frente ou lateralmente, girar
sobre si mesmo no sentido
horizontal.
Para a produção de ar
comprimido, conta com um motor
híbrido principal, que capta o ar por
uma abertura localizado na parte
frontal da nave.
Nas asas localizam-se
motores elétricos que produzem ar
quente e turbinas, horizontais e
verticais.
A intenção é revestir na parte superior da nave placas flexíveis fotovoltaicas, a fim de
produzir energia elétrica para
alimentar os motores, e nas asas, na
parte superior, produzir ar quente
que serão misturados com o ar com
temperatura normal nas turbinas.
O módulo de carga,
localizada na parte inferior da nave,
conta com quatro rampas que
funcionam também como asas
inferiores complementares, o que
teoricamente ajudam na
estabilização da nave. Além disso,
elas têm a função de fixar o dirigível
na pista.
Este módulo pode ter a opção para passageiros, tal qual um ônibus voador.
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02- Visão geral dos da distribuição dos gases no dirigível híbrido
São dois tipos de gases utilizados no drigível: Hélio e ar quente.
O gas hélio acha-se distribuido e quatro bolsões: Na frente, atrás, em cima e embaixo do
corpo da nave. Já ar quente localiza-se num bolsão no centro da nave.
O hélio manteria a quantidade sempre constante, ao passo que o ar quente variaria de
temperatura, de acordo com a conveniência.
Módulo de carga
Por exemplo: estando vazio o módulo de carga, o ar teria a temperatura ambiente, e quando
houver carga no módulo, o bolsão ficaria com ar quente, mais leve, contribuindo para a nave elevarse com mais facilidade.
03- Esquema do ar comprimido do módulo principal- O sistema principal de captação de ar
localiza-se na parte frontal da nave (01). Em seu interior há uma câmara (05) onde há dois
conjuntos de sistemas tanto para produzir o ar comprimido como para aquecimento do ar, que
alimentam o bolsão central de ar quente (02) que fica sobre o módulo de carga (03).
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04- Esquema da distribuição do ar comprimido da câmara para as asas- Do motor principal
híbrido (convencional com combustível e elétrico) (06) o ar comprimido segue para as quatro asas
(04) onde se localizam as turbinas verticais (09) e horizontais (10).
05-Vista geral dos esquemas de distribuição de ar comprimido e ar quente
A partir da cabine central (05), o ar comprimido segue para as asas (04) dianteiras, e para as
asas traseiras, pela tubulação (13).
Nas asas (04) encontram-se outros sistemas, tais como para produzir ar quente (08) e outro
para manobra da nave (12). Também é nela que encontram-se as turbinas verticais (09) e horizontais
(10), que recebem o ar comprimido que passam por mais um recalque através do sistema (11).
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06- Câmara central dos principais sistemas de processamento de ar (05)- Situa-se na parte
frontal da nave, e divide-se em duas partes: Na parte inferior, ficam os dois cilindros de ar
comprimido (6.6), e no pavimento superior, os motores híbrido e elétrico (6.1), além do sistema de
aquecimento de ar (07).
O acesso a esse cubículo se dá por uma abertura localizada no piso (6.9), através de uma
gaiola (6.10).
6.1- O motor híbrido principal da nave (6.1)- Nele acha-se acoplado uma bomba centrífuga
(6.2) que suga o ar atravéz do canal (6.3) que liga na parte da frente da nave.
O ar é direcionado para dois cilindros (6.6), sendos antes passado por um recalque por meio
de uma boma elétrica auxiliar (6.4). Daí, o primeiro cilindro distribui o ar comprimido para as duas
asas da frente, e o segundo para as
traseiras(6.7).
07- Sistema de aquecimento
do ar que alimenta o bolsão central
(02).
Localiza-se no piso superior
da câmara.
Compõe-se de uma bomba
elétrica (07) acoplada a uma bomba
centrífuga (7.1) que suga o ar da
câmara (05) e também do
escapamento do motor (6.10).
O ar quente do motor passa
por um filtro de limpeza (6.9) antes
de entrar na bomba centrífuga.
Esta mistura de ar ainda passa
por um aquecedor (7.2) para depois
seguir para o bolsão de ar quente (02)
localizado no centro da nave.
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08- Sistemas localizados nas asas
- Sistema de recalque do ar comprimido principal- O ar comprimido que vem do motor
(6.7.1) central segue para um outro sistema de recalque (11) antes de chegar nas turbinas verticais
(09) e horizontais
(10).
- Sistemas
de produção de ar
quente- (08)
Produz ar quente
para misturar-se
ao ar comprimido
nas turbinas.
- Sistema
para manobras da
nave (12), com
bicos giratórios
nas extremidades
das asas.
09- Sistema de recalque do ar comprimido principal (11)- O ar comprimido que vem do
motor central passa por outro de recalque antes de entrar no cilindro de ar comprimido (11.2),
produzido por um motor elétrico (11), de forma a aumentar ainda mais a pressão no interior dele.
Daí, segue tanto para a turbina horizontal (9,10), como vertical, pelos mangotes (11.4,11.5)
divididos pela bifurcação (11.3).
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10- Sistema de produção de ar quente- Através de um motor elétrico (08) acoplado numa
bomba centrífuga (8.1), o ar aquecido é retirado do bolsão de ar quente (4.1) da parte superior da
asa (04), e assim
conduzido para o
cilindro de ar
comprimido (8.5).
Antes disso, passa
por uma junção
(8.4) onde,
conectado com um
motor elétrico
auxiliar (8.3), o ar é
recalcado para dar
mais pressão no
interior do cilindro.
Do cilindro
(8.5), o ar
comprimido passa
por um aquecedor
(8.6), elevando mais
ainda a temperatura,
e daí é dividido em
duas partes, através
da bifurcação em y
(8.7), e segue pelos mangotes (8.8, 8.9) até às turbinas horizontais e verticais, onde se mistura com
o ar comprimido proveniente do motor principal.
10.1- Bolsão de ar quente nas asas- Esta outra ilustração mostra com mais clareza o bolsão
de ar (4.1), situado na parte superior da asa (04), que é metálica, e assim o ar é aquecido pelo calor
do sol.
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11- Sistema de pressurização do ar para os bicos de manobra do dirigível híbridoUm sistema específico para manobrar o dirígivel acha-se instalado na asa da nave. Compõese de um motor elétrico (12) acoplado numa bomba centrífuga que capta o ar quente da parte
superior da asa, onde há
bolsão de ar quente (4.1).
Este ar captado do
bolsão de ar quente (4.1)
da asa, recalcado pelo
motor elétrico para
cilindro de ar comprimido
(12.3), segue diretamente
para os bicos de manobra
(12.1), por meio de um
mangote (12.4) que passa
debaixo da turbina
horizontal (10).
Além do ar
captado do bolsão da asa,
também traz de outra
fonte – a do bolsão do
centro da nave, por meio de
uma tubulação que vem do
bolsão principal do corpo da
nave (12.5).
A idéia é que quando
houver necessidade da troca
de ar neste bolsão, para
variar de temperatura de
acordo com a conveniência,
este sistema também
colabora nesse sentido.
11.1- Bico de manobra
(12.1)- Localiza-se na
extremidade da asa, e pode girar
360 graus.
É atravéz do giro deste
bico que a nave pode manobrar
para frente, para trás, e até girar
sobre si mesmo, além de
locomover-se lateralmente.
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12- Manobrabilidade da aeronaveUma das características que mais se destacam no dirigível híbrido é a sua manobrabilidade.
Pelo projeto, ela tem condições de manobras que nenhuma aeronave existente tem, quer seja
avião, helicóptero ou drones:
Isso é possível graças ao sistema de manobra composto de ar comprimido, com bicos
móveis instalados na extremidade das quatro asas.
Para facilitar visibilidade dos bicos,
aumentei deliberadamente suas dimensões em
relação á nave, para explicar suas funções.
As manobras do dirigível consiste em:
– Recuar lentamente (1)- Todos os
quatro bicos direcionados para frente
(2), conforme demonstra a imagem ao
lado
– Avançar lentamente- Todos os bicos
direcionados para trás, a nave recua.
– Locomover-se lateralmente (1), tanto
para a esquerda como para a direita
1. Com todos os bicos (2) voltados no
sentido esquerdo, a nave deslocará
lateralmente para o lado direito
2. Invertendo o sentido dos bicos, a nave
deslocará para o lado esquerdo
– Girar sobre si mesma
– Com os bicos das duas asas (2), do lado
direito voltado para a frente, e do lado
esquerdo virado para trás, a nave girará
no sentido oposto (1) da saida do jato
de ar comprimido que sai dos bicos.
– Invertendo a posição de todos os bicos,
a nave girará no sentido oposto.
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13- Acesso à câmara dos principais sistemas de processamento de ar- O acesso à câmara
(05) é através de um abertura no piso (6.12), no centro, que fica entre os dois cilindros de ar
comprimido (6.6).
14- Gaiola de transporte (6.13)Para se ter acesso à câmara dos
motores (5), em vez de uma porta, o
acesso se dá no piso (6.12).
É necessário fazer uso de uma
gaiola (6.13) que desce por uma
abertura que passa também na carcaça
da nave, em sua parte inferior.
Para sustentar esta gaiola,
haverá um sistema de içamento por
meio de dois cabos de aço, não
representados no desenho.
Esta gaiola passará bem defronte da
cabine do piloto do módulo de carga.
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15- Sistema da turbina de ar comprimido- O conjunto da turbina de ar comprimido é
formado por quatro elementos básicos: a turbina (9,10) propriamente dita, a hélice bifuncional (9.4),
o suporte (9.1) em forma de anel para fixar a turbina na asa (4,3) e o rolamento (9.5) que sustenta a
hélice.
Funcionamento da turbina- O ar comprimido que vem do motor principal pelo mangote
(11.4) entra na turbina na abertura na parte superior, e logo abaixo, entra o ar aquecido pelo
mangote (8.9).
Esta mistura de ar comprimido com temperaturas diferentes, além do volume adicional, vai
causar uma maior pressão na turbina, pela expansão do ar quente. Consequentemente a potência
será maior no empuxo da turbina.
O ar expulso na saida da turbina em forma circular (9.2) ainda é aproveitado para mover um
conjunto de hélices.
15.1- Hélices bifuncionais das turbinas- Estas hélices são de dois tipos: A parte interna (9.3),
em formato helicoidal, é que
recebe o impacto o jato de ar
comprimido que sai da
turbina, fazendo com que ela
gire, e consequenteme gira
também a parte externa (9.4)
da hélice, sugando o ar da
parte de cima da turbina
vertical, ou da frente na
turbina horizontal.
Assim, além do
empuxo causado pelo jato de
ar comprimido que sai da
turbina, a hélice também
contribui para elevar a nave.
A turbina fixa-se na
abertura cilíndrica da por
meio de um suporte circular
(9.1), tanto na parte superior como na inferior desta.
O conjunto de hélices (9.3, 9.4) , gira livremente no rolamento (9.5), que é fixo na abertura
cilíndrica da asa (4.3).
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16- Sistema de recalque da bomba auxiliar
Típico sistema de recalque de ar, composto por uma bomba elétrica auxiliar (1), hélice
helicoidal (3) e tubo com bifurcação lateral (2).
O ar comprimido entra pela entrada lateral da junção (2), e na passagem para o tubo, é
recalcado pela bomba elétrica (1) através da hélice helicoidal, na parte reta da junção para o cilindro
de ar comprimido (4).
A intenção desse sistema é potencializar ainda mais o ar comprimido dentro do cilindro, e
consequentemente aumentando a potência de sua ação.
Esse sistema acha-se implantado em todos os cilindros de ar comprimido existentes na nave.
Criei esta forma de potencializar o ar comprimido, e portanto pode ser questionável a sua
eficiência. Pode ser que haja formas mais eficientes para cumprir esta função.
Implantar um sistema com pistões, tal qual um compressor convencional, achei que
resultaria em peso adicional, daí porque imaginei esta forma mais simples.
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17- Módulo de carga- O módulo de carga (02) acha-se acoplado na parte inferior do dirigível
híbrido (01), e conta com duas portas (05) grandes o suficiente para permitir a entrada de
empilhadeiras com carga.
17.1- Rampas de acesso- Para entrada no módulo, como empilhadeiras ou pessoas, se o
módulo for para pessoas, há quatro rampas (06) que na verdade também tem outras funções. Elas
servem como trem de pouso, além de fixar a nave na pista, através dos oríficios (07) em suas
extremidades, onde podem ser colocadas travas.
Além disso, estas rampas funcionam também como asas auxiliares, que podem ajudar na
estabilidade durante o vôo.
17.2- Cabine do piloto- Localiza-se naturalmente na parte frontal da nave, num piso mais
elevado em relação ao setor de carga, e janelas central e laterais.
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17.3- Interior do módulo de carga- Conta com amplo espaço interno, suficiente para a
entrada e manobras de empilhadeiras com carga.
A entrada da cabine do piloto se faz atravéz de uma escada (08), já que seu piso é mais
elevado do que no setor de carga.
17.4- Vista em corte do módulo de carga- Pela vista em corte do módulo de carga (02) e da
parte principal (01), visualiza-se claramente o desnível do piso da cabine do piloto (09) com piso do
setor de carga, e do posicionamento das janelas frontais e laterais (03).
Têm-se também a visualização do posicionamento do módulo de carga em relação à câmara
dos motores da nave, bem como o acesso a ela.
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18- Considerações finais:
Conforme salientado na introdução, este é um projeto conceitual, em que idéias foram
introduzidas livremente, sem nenhum tipo de cálculo ou aprofundamento mais acentuado nos
componentes. Apenas indicação dos elementos principais, com representação deles em desenhos
3D, semelhantes aos que são verdadeiramente.
O que precisa ser analisado são os sistemas que desenvolvi, para ver se são viáveis ou não,
tais como:
- Sistema da turbina- São misturados o ar comprimido normal com ar quente para dar maior
pressão em seu interior, a hélice bifuncional, onde o ar comprido expulso pela saida da turbina
incide diretamente sobre hélices helicoidáis internas, e com isso, as hélices externas, solidárias às
internas, movimenta-se de forma a sugar o ar da parte de cima, e com isso auxiliando o empuxo da
turbina.
Assim, seriam dois sistemas atuando simultaneamente no empuxo da nave: o empuxo da
turbina e o movimento das hélices externas.
- Sistema da bomba auxilidar de recalque- Também há de se verificar sua eficiência, com
objetivo de aumentar mais a pressão nos cilindros de ar comprimido.
- Combinação de dois tipos de gases- Outro fator a ser verificado é a combinação que sugiro
no projeto com respeito aos gases responsáveis para a elevação do dirigível. A do gás hélio com ar
quente.
No projeto defini gás hélio em quatro bolsões do corpo principal da nave, e também nas
asas, sendo que o ar quente ocuparia a parte central desta. O gás hélio permaneceria com a
quantidade constante, ao passo que o ar quente variaria de temperatura, conforme a conveniência. O
ar quente também ocuparia um bolsão na parte superior das asas, coletado para misturar-se com o ar
comprimido com temperatura normal nas turbinas.
No entanto, pode ser que não haja vantagens que justifique este sistema. Então, a outra
sugestão é deixar apenas o gás hélio e assim eliminar o sistema de ar quente.
- Sistema de manobrabilidade da nave- Outro sistema a ser analisado.
Criei uns bicos giratórios localizados nas extremidades das asa, alimentados por
comprimido, que conforme a direção deles, a nave pode avançar lentamente, recuar, mover-se
lateralmente ora para a direita, ora para a esquerda, e girar sobre si mesma.
- Sistema de produção de energia solar- Para alimentar todos os motores elétricos do
dirigível, sugeri instalar na parte superior do corpo principal do dirigível, placas flexíveis
fotovoltaicas, com exceção das asas, onde a parte superior desta teria de ser metálica para
aquecimento do ar no bolsão de parte dela.
- Trem de pouso em forma de rampa- Mais uma inovação a ser analisada: Projetei o trem de
pouso em forma de rampa, de maneira que tenha várias utilidades.
Como trem de pouso, o dirigível pode ser preso no piso da pista, através de travas que
passarão nos orifícios localizados nas suas extremidades.
Funciona como rampa para passagem de empilhadeiras para carregar o módulo de carga.
Pode auxiliar na estabilidade do vôo da nave, pois estas rampas podem fazer a função de
asas complementares.
- Finalmente, o próprio design da aeronave pode ser contestado, pela sua aerodinâmica.
Não sou engenheiro nem especialista nesta área e nem tenho formação superior. Apenas sou
um projetista autodidata que projeta conforme as idéias vão surgindo.
Gostaria que este projeto conceitual deste dirigível híbrido fosse analisado por especialistas
para verificar a viabilidade de todas as idéias nele apresentadas.
Caso também empresas interessem-se em continuarem no desenvolvimento deste projeto,
deixo aqui o meu email de contato: [email protected]
Para o inglês, o texto foi traduzido automaticamente pelo google translator. Assim, pode ser
que muitas palavras saiam fora do contexto.
Issamu Aono