1

Índice

Ítem Descrição página01 Introdução ao projeto conceitua de um dirigível híbrido com sistema

de ar comprimido..................................................................................................... 0202 Visão geral dos da distribuição dos gases no dirigível híbrido............................... 0303 Esquema do ar comprimido do módulo principal.................................................. 0304 Esquema da distribuição do ar comprimido da câmara para as asas....................... 0405 Vista geral dos esquemas de distribuição de ar comprimido e ar quente.................0406 Câmara central dos principais sistemas de processamento de ar …....................... 0507 Sistema de aquecimento do ar que alimenta o bolsão central................................. 05 08 Sistemas localizados nas asas................................................................................. 0609 Sistema de recalque do ar comprimido principal.................................................... 0610 Sistema de produção de ar quente........................................................................... 0710.1 Bolsão de ar quente nas asas....................................................................................0711 Sistema de pressurização do ar para os bicos de manobra do dirigível híbrido...... 0811.1 Bico de manobra...................................................................................................... 0812 Manobrabilidade da aeronave.................................................................................. 0913 Acesso à câmara dos principais sistemas de processamento de ar.......................... 1014 Gaiola de transporte................................................................................................. 1015 Sistema da turbina de ar comprimido...................................................................... 1115.1 Hélices bifuncionais das turbinas............................................................................ 1116 Sistema de recalque da bomba auxiliar....................................................................1217 Módulo de carga...................................................................................................... 1317.1 Rampas de acesso.................................................................................................... 1317.2 Cabine do piloto.......................................................................................................1317.3 Interior do módulo de carga.....................................................................................1417.4 Vista em corte do módulo de carga..........................................................................1418 Considerações finais................................................................................................ 15

Projeto- Projeto conceitual de um dirigível híbrido elétrico e ar comprimidoAutor do projeto- Issamu Aono IchiyaPaís de origem- BrasilLocalização atua- JapãoContato- isarts3d@gmail.com, issamu_aono@hotmail.com

201- Introdução- PROJETO CONCEITUAL DE UM DIRIGÍVEL HÍBRIDO ELÉTRICO COM

SISTEMA DE AR COMPRIMIDOAtualmente 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.

302- 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.

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 elevar-se 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).

Módulo de carga

404- 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 quenteA 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).

506- 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.

608- 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).

710- 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.

811- Sistema de pressurização do ar para os bicos de manobra do dirigível híbrido-Um sistema específico para manobrar o dirígivel acha-se instalado na asa da nave. Compõe-

se 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.

912- Manobrabilidade da aeronave-

Uma 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.

1013- 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.

1115- 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).

12

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.

1317- 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.

14

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.

1518- 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: isarts3d@gmail.comPara o inglês, o texto foi traduzido automaticamente pelo google translator. Assim, pode ser

que muitas palavras saiam fora do contexto.Issamu Aono