VLM - veículo leve multimodal

Ideia que tive 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:

1. Poder se deslocar em solo quando for necessário;
2. Trabalhar com sistema de decolagem vertical;
3. Ter sustentação aerodinâmica, possibilitando o vôo planado e pouso em pista mesmo sem motor;
4. Ter o equilíbrio do corpo do veículo totalmente controlado por computador;
5. Sistema de pilotagem fly-by-wire, com o computador atuando entre o piloto e os comandos de superfície e de tração;
6. Sistema de navegação integrado.
   1. O computador do veículo recebe do piloto a informação da navegação pretendida (Ex.: Da casa da sogra para sua residência);
   2. 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;
   3. O servidor checa o tráfego de outros veículos na rota, informações meteorológicas, e libera a decolagem.
   4. O veículo, já no ponto de decolagem, levanta, efetua o vôo, e pousa no lugar pretendido.
   5. Durante o vôo, o veículo recebe as informações GPS, e envia em intervalos de tempo “pacotes” ao servidor, contendo hora exata e localização tridimensional;
   6. O servidor pode atualizar a navegação a qualquer instante, aumentando a segurança;
   7. A navegação pode continuar ‘off-line’ em caso de perda de comunicação com o servidor, com as informações do computador do veículo;
7. 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.
   1. Mesmo neste caso o equilíbrio da aeronave continua sob controle do computador, que pode ser utilizado como ‘piloto automático’;
   2. 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.
8. 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;
9. 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;
10. 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.
11. 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.
12. 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;
13. 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;
14. 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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 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:

1. 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.
2. Podem existir diversas variações de grupo moto-propusor.
   1. 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.
   2. 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’.
   3. Em qualquer posição do veículo, um motor, de livre opção, aciona as hélices externas por cardã.
   4. Uma turbina em cada extremidade do veículo;
   5. Uma turbina em qualquer parte do veículo, com dutos conduzindo o fluxo de jato para direcionadores nas extremidades.
3. 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:
   1. Ascensão e descida;
   2. Vôo aerodinamicamente sustentado;
   3. ‘Hover’ em vôo;
   4. ‘Hover’ no solo.

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

4. 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.
5. 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:

1. Dotado de um sistema que gere fluxo de ar em quantidade e velocidade suficientes para gerar propulsão;
2. Articulado axialmente, permite direcionar o fluxo numa variação de 180^o, desde para frente, para baixo ou para trás do veículo;
3. A potência tem que poder ser dosada individualmente, bem como no caso de se utilizar hélices, estas tem que ter seu passo controlado individualmente;
4. 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;
5. Um bocal direcionador de fluxo alternado, que se abre num ângulo de 90^o ao eixo axial do fluxo principal. Este, por sua vez, pode ser direcionado num ângulo de 360^o, 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:

1. O acionamento do motor ocorre de maneira independente dos propulsores;
2. Acionado o motor, são ligados os computadores. Estes por sua vez assumem o controle da pilotagem, inclusive o acionamento dos propulsores;
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.