VLM - veículo leve multimodal
Autor: Arnaldo Adasz | Publicado: 2016-11-21T04:33:00-08:00

Ideia que tive&nbsp;em 2000, tenho os arquivos originais da época.

Naquele tempo não existia a tecnologia atual de "drones", mas tive a ideia de um veículo com a configuração dos drones atuais, e carenagem aerodinâmica, que permitisse a decolagem e aterrisagem de precisão totalmente vertical, e navegação horizontal quase como um avião.
A navegação entre dois pontos tridimensionais pode facilmente ser feita com a tecnologia existente em video games, sem interação do "motorista".
Aqui os dois arquivos da época:


Idéia Básica





Construção de um veículo,
automotor, de uso pessoal e ou familiar, para deslocamento via aérea.






Requisitos
básicos:








Poder
 se deslocar em solo quando for necessário;



Trabalhar
 com sistema de decolagem vertical;



Ter
 sustentação aerodinâmica, possibilitando o vôo planado e pouso
 em pista mesmo sem motor;



Ter
 o equilíbrio do corpo do veículo totalmente controlado por
 computador;



Sistema
 de pilotagem fly-by-wire,
 com o computador atuando entre o piloto e os comandos de superfície
 e de tração;



Sistema
 de navegação integrado. 
 



O
  computador do veículo recebe do piloto a informação da navegação
  pretendida (Ex.: Da casa da sogra para sua residência);



O
  computador do veículo constrói a rota evitando rotas aéreas,
  checando combustível necessário, notifica o servidor via satélite
  da navegação pretendida, a rota, e altitude preferencial;



O
  servidor checa o tráfego de outros veículos na rota, informações
  meteorológicas, e libera a decolagem.



O
  veículo, já no ponto de decolagem, levanta, efetua o vôo, e
  pousa no lugar pretendido.



Durante
  o vôo, o veículo recebe as informações GPS, e envia em
  intervalos de tempo “pacotes” ao servidor, contendo hora exata
  e localização tridimensional;



O
  servidor pode atualizar a navegação a qualquer instante,
  aumentando a segurança;



A
  navegação pode continuar ‘off-line’ em caso de perda de
  comunicação com o servidor, com as informações do computador do
  veículo;





No
 caso de navegação manual, só deve acontecer fora das áreas de
 trafego intenso, como grandes metrópoles, e muito provavelmente
 dentro das normas do CBAer.



Mesmo
  neste caso o equilíbrio da aeronave continua sob controle do
  computador, que pode ser utilizado como ‘piloto automático’;



Pode-se
  determinar limitações ao condutor, que pode ser desde um amador
  com conhecimento apenas na programação de navegação básica,
  até um piloto com habilidades em acrobacia aérea. No momento em
  que o piloto assume a aeronave, configura o computador para reagir
  de acordo com o tipo de utilização pretendida e seu nível
  pessoal.





O
 veículo deve ser dotado de vários propulsores, no mínimo dois. A
 propulsão tem que ser de tal forma que gere deslocamento de ar,
 como por exemplo, por hélices;



Os
 propulsores podem ser girados 360º no sentido axial da aeronave,
 permitindo que atuem para sustentação, quando dirigidos para
 baixo, e para deslocamento quando dirigidos para frente ou para
 trás;



O
 corpo da aeronave deve ter função aerodinâmica, com função de
 sustentação, para que os propulsores possam ser direcionados para
 trás progressivamente enquanto aumenta a velocidade em relação ao
 solo. Asas podem existir, mas somente se forem retráteis, pois o
 veículo tem que ter dimensões externas não muito exageradas,
 visando se necessário for, deslocar-se pelo sistema viário
 existente.



O
 veículo pode se manter parado no ar, em “hover”,
 com todos os propulsores direcionados para baixo. Com o controle da
 potência, o veículo então se desloca para cima ou para baixo.



Em
 uma configuração ideal, com quatro propulsores, os propulsores
 dianteiros podem ser desligados/desconectados, sendo que os
 traseiros, colocados de forma que tomem ar da parte de cima do
 veículo (por estar mais longe do solo), podem ser utilizados quando
 o deslocamento em solo (táxi) ocorrer em ruas ou estradas. Neste
 caso, geram tração e auxiliam os freios;



Pode
 ser instalado em solo um sistema que gere um facho vertical, de
 laser ou ondas de rádio VOR, para descida vertical de precisão.
 Neste caso, o veículo pode descer em uma garagem em um dia de
 vento, sendo que o computador do veículo após ter se “encaixado”
 no facho controla a descida de precisão;



O
 computador do veículo pode ter um mapa integrado da cidade, sendo
 que a navegação entre pontos não pode ser sobre os pontos de
 descida. Os pontos de descida podem ser “caixotes”, com
 limitação de altura, largura e comprimento. A navegação de
 precisão dentro de uma cidade seria então entre dois caixotes,
 entre um ponto X e um caixote, ou entre um caixote e um ponto Y.






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&nbsp;Trata a seguinte invenção de um veículo
multimodal, ar-terra, com capacidade de alçar vôo vertical a partir
de espaços muito limitados, e uma vez em vôo e com velocidade
suficiente, sustentar-se aerodinamicamente.





Módulos
básicos do veículo:







Cabine
 de passageiros. Internamente, dotada de sistema de pressurização,
 e externamente carenada em formato aerodinâmico, em perfil NACA ou
 equivalente, com a finalidade de sustentação em vôo com
 deslocamento frontal. Complementado com equipamentos de controle,
 tais como ailerons, lemes, etc.



Podem
 existir diversas variações de grupo moto-propusor.



Em qualquer posição do veículo, um
  conjunto moto-gerador. O motor pode ser aeronáutico a gasolina,
  querozene ou diesel, uma turbina, ou qualquer outro meio de gerar
  energia mecânica. Acoplado, um gerador elétrico, que por sua vez
  alimenta quatro motores elétricos dispostos nas extremidades
  dianteira esquerda, dianteira direita, traseira esquerda, e
  traseira direita. A função dos 4 motores é acionar hélices de
  passo variável.



Em qualquer posição do veículo, um
  conjunto moto-hidráulico. O motor também pode ser de livre opção,
  mas desta vez aciona uma bomba hidráulica. Quatro conversores
  acionam as hélices dispostas como no item ‘a’.



Em qualquer posição do veículo, um
  motor, de livre opção, aciona as hélices externas por cardã.



Uma turbina em cada extremidade do
  veículo;



Uma turbina em qualquer parte do veículo,
  com dutos conduzindo o fluxo de jato para direcionadores nas
  extremidades.





Conjunto de computadores internos. Conjunto
 responsável pela navegação, equilibrio estático e dinâmico do
 veículo, permitindo que as manobras de pilotagem nas quatro
 situações básicas que são:



Ascensão e descida;



Vôo aerodinamicamente sustentado;



‘Hover’ em vôo;



‘Hover’ no solo.





Este conjunto se
comunica via satélite com o próximo conjunto descrito.



Conjunto de computadores de base.
 Responsáveis pela ‘autorização’ de vôo, controlam a relação
 do tráfego do veículo com outros similares, a fim de permitir uma
 maior saturação de tráfego sem risco. 
 



Conjunto de sinalizador de pouso vertical.
 Pode ser um par rádio-rádio, ou transmissor-leitor a laser, sempre
 com o objetivo de criar um sinal vertical omnidirecional, que
 corretamente compreendido pelo computador de bordo, guiará o
 veículo em um pouso vertical preciso. No caso, o veículo poderá
 pousar automáticamente nos locais com conjuntos sinalizadores, e na
 ausência destes, prevalecerá o pouso manual.







Detalhamento do sistema propulsor externo





Controlado diretamente pelo computador de
pilotagem, cada propulsor tem as seguintes características:







Dotado de um sistema que gere fluxo de ar
 em quantidade e velocidade suficientes para gerar propulsão;



Articulado axialmente, permite direcionar o
 fluxo numa variação de 180o, desde para frente, para
 baixo ou para trás do veículo;



A potência tem que poder ser dosada
 individualmente, bem como no caso de se utilizar hélices, estas tem
 que ter seu passo controlado individualmente;



Na extremidade do bocal de saída do fluxo
 de ar deve existir uma saia de borracha ou material sintético,
 circulando uniformemente a extremidade, com duas funções: Criar um
 colchão de ar para separa o veículo do solo no ‘hover’ sobre
 superfícies sólidas ou líquidas, e apoiar o veículo quando este
 estiver parado e desligado;



Um bocal direcionador de fluxo alternado,
 que se abre num ângulo de 90o ao eixo axial do fluxo
 principal. Este, por sua vez, pode ser direcionado num ângulo de
 360o, rotacionando em torno do eixo do fluxo de ar
 através de um servo motor. A função deste bocal direcionador é
 gerar propulsão e direção quando os propulsores estiverem
 direcionados diretamente para o solo, no momento do ‘hover’ de
 solo e água.







A operação básica deste veículo ocorrerá da
seguinte maneira:







O acionamento do motor ocorre de maneira
 independente dos propulsores;



Acionado o motor, são ligados os
 computadores. Estes por sua vez assumem o controle da pilotagem,
 inclusive o acionamento dos propulsores;



O sistema é por default acionado em modo
 de Hover terrestre. Quando o acionamento for completado com sucesso,
 o computador permitirá que se faça a subida automática, ou se
 assuma a pilotagem manual. Manual neste caso significa que o piloto
 irá pilotar ‘by wire’, informando através dos pedais e
 joysticks suas intenções ao computador de pilotagem. 
 



Na pilotagem automática, o sistema vai
 detectar se existem conjuntos de sinalizador de pouso vertical no
 local de partida e de chegada; em seguida, irá determinar os
 horários, níveis de vôo de velocidades em comunicação direta
 via satélite com o computador de base, e iniciará o vôo. Durante
 a navegação, o computador de navegação de bordo continua
 informando as informação GPS para o computador de base tem total
 controle do computador de pilotagem. 
 



Na pilotagem ‘manual’, o piloto inicia
 taxiando, como hovercraft, até o local de decolagem. A decolagem
 deve ser SEMPRE vertical, mesmo que isto signifique uns poucos
 metros de elevação do terreno, e em seguida, por inclinação da
 carenagem com leve declínio do nariz, inicia-se o vôo horizontal.
 A partir do momento em que o deslocamento começa a criar
 sustentação, os propulsores começam a ser direcionados para a
 traseira do veículo, aumentando ainda mais sua velocidade
 horizontal. Na condição de vôo reto horizontal, os propulsores
 estão paralelos com a linha do horizonte.



A partir deste momento os propulsores são
 travados nesta última posição, e todo controle passa a ser
 efetuado pelas superfícies de controle aerodinâmico.







Possibilidade de pouso planado – Pane do motor.





Pode ser adicionado na parte inferior do veículo
um conjunto de skys, com o objetivo de permitir deslizamento em
condição de emergência. Neste caso, o vôo planado e sustentado
aerodinamicamente é mantido até o momento do stol,  com a menor
velocidade possível, e com os skys extendidos e próximos do solo.