BR112020021771A2

BR112020021771A2 - aeronave elétrica de decolagem e pouso vertical.

Info

Publication number: BR112020021771A2
Application number: BR112020021771-9A
Authority: BR
Inventors: Thomas W. Melcher
Original assignee: Thomas W. Melcher
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2021-02-23
Also published as: US11548637B2; CN113165740A; US20190322368A1; CA3095805A1; US12037118B2; MX2020011096A; PH12020551665A1; US20230182900A1; EP3784568A1; WO2019210003A1

Abstract

AERONAVE ELÉTRICA DE DECOLAGEM E POUSO VERTICAL. Uma aeronave tem uma lança, um conjunto de propulsão acoplado a uma primeira extremidade da lança e uma primeira asa acoplada a uma segunda extremidade da lança. O conjunto de propulsão é acoplado à lança por uma junta rotativa. Uma segunda asa é opcionalmente acoplada à junta rotativa. A primeira asa é acoplada à lança por uma junta rotativa. A primeira asa é acoplada à junta rotativa por uma dobradiça. Um veículo com capacidade de manobra de rolamento, inclinação e guinada capaz de espelhar os movimentos da aeronave pode ser acoplado à segunda extremidade da lança. A carroceria do veículo pode ser coletada com um chassi do veículo desconectado da carroceria do veículo. A lança aloja uma fonte de energia para alimentar o conjunto de propulsão. Um leme é acoplado à segunda extremidade da lança. Uma pá é disposta entre o conjunto de propulsão e a lança.

Description

AERONAVE ELÉTRICA DE DECOLAGEM E POUSO VERTICAL Campo da Invenção

[1] A presente invenção se refere em geral a sistemas de transporte e, mais particularmente, a um sistema de transporte usando uma aeronave elétrica de decolagem e pouso vertical (eVTOL) para transportar veículos terrestres com suspensões inclinadas ativas e outras cargas úteis. Antecedentes da Invenção

[2] O congestionamento do tráfego é um grande problema em todo o mundo desenvolvido e está piorando a cada dia. Em todos os cantos do globo, as pessoas dirigem diariamente para se deslocar para o trabalho, fazer compras, viajar pelo país a trabalho ou férias e para qualquer outro propósito. À medida que as populações crescem em número e avançam economicamente, mais e mais carros são adicionados às estradas. Dois milhões de veículos de passageiros são adicionados às estradas do mundo todo ano. Para 2018, estima-se que 81,50 milhões de veículos foram produzidos globalmente, ante 79,02 milhões em 2017. A infraestrutura mundial até agora não foi expandida ou adaptada para atender às crescentes demandas.

[3] Um conceito para reduzir o congestionamento é a introdução de veículos autônomos. Veículos autônomos podem se comunicar diretamente uns com os outros e com sistemas de infraestrutura local para coordenar as velocidades e localizações de cada veículo na estrada. Tal coordenação permitiria a remoção de semáforos e otimização da fluidez do tráfego. A introdução de veículos autônomos em massa permitirá que os motoristas cheguem a seus destinos mais rapidamente. No entanto, um futuro de transporte autônomo não resolverá por si só o problema de congestionamento. Mudar para veículos autônomos não reduz o número de veículos na estrada nem aumenta a quantidade de espaço nas rodovias existentes.

[4] Outra solução proposta é levar a mobilidade para o espaço aéreo. Em um conceito semelhante ao compartilhamento de carona, os táxis aéreos em desenvolvimento permitirão que os passageiros compartilhem uma viagem em aeronaves elétricas de decolagem e pouso vertical (eVTOL) entre skyports espalhados por uma área metropolitana. No entanto, a construção de centenas de skyports no coração das cidades ao redor do mundo custará bilhões e levará décadas. Depois de construído, os passageiros terão que providenciar transporte de e para os skyports e passar por rastreios de segurança. Além disso, devido ao seu projeto ineficiente, as aeronaves de táxi aéreo exigirão ocupação total de quatro a seis passageiros para permanecerem lucrativas. A menos que um passageiro esteja voando entre as hot-zones nos horários de pico, muito provavelmente haverá uma espera antes do embarque. Pior ainda, destinos remotos com poucos passageiros em potencial não serão capazes de suportar um skyport. O conceito de táxi aéreo que exige skyports limita os destinos a apenas grandes centros metropolitanos.

[5] Portanto, existe a necessidade de um sistema de transporte que possa realmente reduzir o congestionamento nas estradas, ao mesmo tempo que expande as viagens aéreas sem exigir uma grande infraestrutura de skyport. Breve Descrição dos Desenhos

[6] As figuras la-lh ilustram uma aeronave de decolagem e pouso vertical elétrica de lança aérea (eVTOL); As figuras 2a-2f ilustram modalidades alternativas para o sistema de propulsão usado no eVTOL; As figuras 3a-3f ilustram o eVTOL indo da decolagem vertical para o cruzeiro horizontal; As figuras 4a-4c ilustram o eVTOL indo do cruzeiro horizontal para o pouso vertical; As figuras 5a-5f mostram um veículo terrestre capaz de ser transportado pelo eVTOL; As figuras 6a-6g ilustram o eVTOL indo da decolagem vertical para o cruzeiro horizontal ao transportar um veículo terrestre;

As figuras 7a-7d ilustram o eVTOL indo do cruzeiro horizontal para o pouso vertical ao transportar um veículo terrestre; As figuras 8a-8f ilustram o eVTOL coletando um veículo terrestre em movimento e fazendo a transição para o cruzeiro horizontal; As figuras 9a-9d ilustram o eVTOL deixando o veículo terrestre em movimento em uma estrada; As figuras lOa-lOd ilustram silos de armazenamento para o eVTOL; As figuras 11a e lib ilustram o uso de vários chassis terrestre ou eVTOLs em tandem; e As figuras 12a-12d ilustram uma lança espacial capaz de estender os conceitos do eVTOL de lança aérea para o espaço sideral. Descrição Detalhada dos Desenhos

[7] As figuras la-lh ilustram uma aeronave 50 de decolagem e pouso vertical elétrica baseada em lança aérea. eVTOL 50 é uma aeronave formada em torno de uma lança de força ou lança aérea 52. A extremidade superior da lança aérea 52 tem asas superiores 54 fixadas por meio de uma junta rotativa 56 e uma dobradiça 58. Uma barra de rotor 60 se estende da junta 56 e segura as pás 62 e o conjunto de rotor 64. Conjunto de rotor 64 inclui uma ou mais lâminas de rotor 66 rodeadas por um invólucro ou duto opcional 68. A extremidade inferior da lança aérea 52 tem asas inferiores 74 fixadas via junta rotativa 76 e dobradiça

78. Um conector de carga útil 80 se estende para baixo da junta rotativa 76. Em uma concretização, o conector de carga útil 80 inclui um eixo semelhante à barra 60 e opera como um leme com capacidade de rotação de 360 graus.

[8] A lança aérea 52 opera como a fuselagem do eVTOL

50. A lança aérea 52 padrão terá 40 pés de comprimento para suportar uma envergadura de asa combinada de 160 pés para as asas superiores 54 e inferiores 74. No modelo padrão, a envergadura de asa combinada de todas as quatro asas 54 e 74 é de 100 pés: 60 pés para as asas inferiores 74 e 40 pés para as asas superiores 54. A lança aéreo 52 aloja combustível para alimentar o eVTOL 50. No caso de um eVTOL 50 totalmente elétrico, a lança aérea 52 abriga uma grande variedade de baterias elétricas. O peso padrão da bateria para o eVTOL 50 totalmente elétrico será de 1.800-2.400 libras, com um peso total estimado do eVTOL de 3.600 a 4.000 libras. O tamanho, comprimento e capacidade da bateria da lança aérea 52 são escalonáveis conforme desejado para atender aos requisitos de voo para uma determinada situação. A lança aérea 52 tem um formato de aerofólio simétrico para fornecer uma grande capacidade de armazenamento de bateria em uma estrutura de baixo arrasto. Em modalidades híbridas, a lança aérea 52 pode abrigar baterias elétricas e combustível líquido.

[9] O eVTOL 50 tem dois pares de asas longas com relação de aspecto elevada, asas superiores 54 na parte superior da lança aérea 52 e asas inferiores 74 na parte inferior da lança aérea 52. As asas superiores 54 são opcionais e algumas modalidades são capazes de cruzar horizontalmente apenas com as asas inferiores 74. Em outras modalidades, canares menores são usados para as asas superiores 54. As juntas rotativas 56 e 76 permitem que as asas 54 e 74, respectivamente, girem em torno de um eixo através dos comprimentos das asas, conforme ilustrado na figura lb. As asas 54 e 74 são fixadas a trilhos circulares, engrenagens circulares ou uma coroa dentada dentro das juntas 56 e 76 que permitem a rotação de 360 graus das asas usando engrenagens e motores de acionamento elétricos. A rotação das asas 54 e 74 também pode ser passiva. Um mecanismo de travamento pode ser usado para desativar temporariamente a rotação das asas 54 e 74. As asas 54 e 74 podem ter superfícies de controle adicionais embutidas nas asas, como flapes ou ailerões, para controle em vôo. Do contrário, a rotação através das juntas 56 e 76 pode ser usada para controle em vôo.

[10] A junta rotativa 56 permite que as asas 54 girem independentemente uma da outra. A junta rotativa 76 permite que as asas 74 girem independentemente uma da outra. As asas giratórias em lados opostos da lança aérea 52 em direções opostas irão efetivamente transformar as asas em rotores para facilitar a rotação automática. As pontas das asas podem ser equipadas com foguetes para iniciar a autorrotação. Os foguetes podem ser montados diretamente nas pontas das asas ou dentro da estrutura das asas com chumbagem para um bico de ponta da asa. A rotação automática pode ser particularmente útil em situações de potência reduzida ou perda de potência. Na rotação automática, todo o eVTOL 50 gira em resposta ao ar circundante movendo-se para cima em relação ao eVTOL. Na rotação automática, a lança aérea 52 gira em torno de um eixo ao longo do comprimento da lança aérea. Uma carga anexada pode ser engrenada através do conector de carga útil 80 para manter a posição definida ou girar em uma direção oposta para induzir um efeito de estabilização.

[11] A junta rotativa 56 também permite que a barra do rotor 60 e, assim, o conjunto do rotor 64, gire em relação à lança aérea 52, como mostrado na figura lc. Tal como acontece com as asas 54, a barra do rotor 60 é fixada a um trilho circular ou componente engrenado dentro da junta rotativa 56 para permitir a rotação e alimentado por um motor de acionamento elétrico e engrenagens. A rotação do conjunto do rotor 64 facilita a transição entre o voo horizontal e vertical, por empuxo de inclinação em direção à direção desejada de deslocamento. A rotação do conjunto de rotor 64 em relação à lança aérea 52 pode ser passiva. Com o conjunto do rotor arrastando a lança aérea para trás, as asas fornecem sustentação para trazer o eVTOL 50 naturalmente para uma postura horizontal. Um mecanismo de travamento pode ser usado para impedir temporariamente a rotação do conjunto do rotor 64.

[12] A junta de rotação 76 permite que o conector 80 gire em relação à lança aérea 52. O conector 80 é anexado a um trilho circular ou componente engrenado dentro da junta de rotação 76 e alimentado por um motor acionador e engrenagens. A rotação pode ser passiva, com uma carga fazendo com que o conector 80 permaneça suspenso verticalmente da junta de rotação 76 conforme transições eVTOL 50 entre o voo vertical e horizontal. Quando o conector 80 é carregado e pendurado, o conector 80 estabiliza o voo do eVTOL 50 e funciona como um leme de cauda. Quando o eVTOL 50 é descarregado, o conector 80 pode ser estendido para cima ou para baixo durante o voo horizontal como um estabilizador vertical. Um mecanismo de travamento pode ser usado para desativar temporariamente a rotação do conector

80. O projeto de junta dupla do eVTOL 50 com juntas rotativas em ambas as extremidades permite que a contra-força seja aplicada ao sistema de propulsão, reduzindo os momentos de instabilidade durante a transição entre o vôo horizontal e vertical.

[13] O projeto vertical do eVTOL 50 com lança aérea 52 fornece uma estrutura de base para acomodar longas asas dobráveis 54 e 74 implantadas a partir das juntas 56 e 76. A dobradiça 58 na junta 56 permite que as asas 54 dobrem para baixo sobre a lança aérea 52 e a dobradiça 78 na junta 76 permite que as asas 74 se dobrem para cima sobre a lança aérea 52, como mostrado na figura Id. Em algumas modalidades, um ou mais conjuntos de asas fixados à lança aérea 52 podem ser fixos em vez de serem rotativos e dobráveis. Asas ativas adicionais, lemes e outras superfícies de controle podem ser montadas na lança aérea 52 conforme desejado para elevação e controle adicionais.

[14] Em algumas modalidades, as asas superiores 54, as asas inferiores 74 ou ambas podem ter uma geometria variável. Em uma modalidade, as dobradiças 78 permitem que as asas inferiores 74 enflexem para frente, em uma direção de rotação semelhante às asas de aeronaves de enflexamento variável clássico. As asas 74 acabariam sendo orientadas paralelamente à lança aérea 52, como na figura Id, mas girou aproximadamente 90 graus em torno de um eixo ao longo do comprimento das asas, de modo que a largura da asa se estende para fora da lança aérea. As asas 74 então operariam de forma semelhante a uma asa delta longa ou a uma parte dianteira da mesma. As pontas das asas 74 podem se prender à lança aérea 52, de modo que a junta rotativa 76 empene as asas 74 como uma superfície de controle. As asas superiores 54 podem ser inclinadas para trás de forma semelhante em vez de ou em adição às asas inferiores 74.

[15] A figura 1e ilustra uma vista em perspectiva abaixo do conjunto de rotor 64. As lâminas do rotor 66a e 66b são montadas e giram em torno da barra 60. As lâminas do rotor 66a e 66b são configuradas para girar em sentido contrário para manter a velocidade de rotação geral aproximadamente zero. Lâminas de rotor individuais 66 podem ser acionadas com um ou mais motores elétricos empilhados em um eixo comum. O empilhamento de motores elétricos fornece redundância e reduz a saturação magnética dentro dos motores durante situações de alto consumo de corrente. Os motores de empilhamento também permitem alternar entre motores para reduzir a carga térmica e melhorar a eficiência durante o vôo horizontal. O invólucro ou duto 68 é montado na barra 60 e se estende ao redor das lâminas 66. A fixação central do sistema de propulsão reduz o peso e melhora a estabilidade e rigidez do duto 68.

[16] As pás 62 são configuradas para controlar o movimento do eVTOL 50, deslocando o ar em movimento das lâminas

66. As pás podem ser giradas em torno da barra 60 para modificar a direção em que o ar em movimento é deslocado em relação à lança aérea 52. A figura Ie mostra as pás 62 orientadas perpendicularmente aos comprimentos das asas 54, enquanto a figura If mostra as pás giradas para ficarem paralelas às asas. As pás 62 também podem ser giradas em torno de um eixo ao longo dos comprimentos das pás, como ilustrado na figura lg. As pás 62 podem ser giradas independentemente umas das outras. A figura lg mostra as pás 62 giradas em diferentes direções para girar eVTOL 50 em vôo vertical. A figura lh é uma vista em perspectiva do topo do conjunto de rotor 64.

[17] EVTOL 50 tem asas de razão de aspecto, um projeto aerodinâmico e grande capacidade de armazenamento de energia dentro da lança aérea 52, que fornecem excelente eficiência e permite que o eVTOL opere por longos períodos de tempo antes de precisar recarregar ou reabastecer. O projeto aerodinâmico eficiente da estrutura eVTOL 50 em combinação com o fluxo de ar desobstruído ao redor do sistema de propulsão fornece maior cruzeiro e capacidade de velocidade máxima independente do sistema de propulsão escolhido. Os atributos de redução de ruído do projeto de propulsão do rotor carenado, juntamente com a localização do sistema de propulsão de 40 pés ou mais acima da carga útil se combinam para reduzir os níveis de ruído. A localização do sistema de propulsão e o comprimento da lança aérea 52 permitem uma envergadura longa e eficiente e pás do rotor 66 de maior diâmetro, sejam carenados ou não. O projeto simples do eVTOL 50 ajuda a otimizar a fabricação de componentes de fibra de carbono. No entanto, o eVTOL 50 é tão eficiente que a aeronave também poderia ser feita de alumínio e ainda voar por tempo suficiente com uma única carga de bateria para ser comercialmente viável.

[18] As figuras 2a-2e ilustram modalidades alternativas para o sistema de propulsão eVTOL 50. Nas figuras 2a e 2b, um conjunto de rotor 100 tem pás 62 substituídas por quatro superfícies de controle independentes 102 fixadas às escoras de suporte do duto 68. As superfícies de controle 102 podem ser todas dobradas no sentido horário ou anti-horário em torno da barra 60 para girar eVTOL 50 durante o vôo vertical. A rotação do eVTOL 50 obtém a junta rotativa 56 orientada na direção desejada de modo que quando o conjunto do rotor 100 é dobrado pela junta rotativa, o conjunto do rotor visa o empuxo na direção desejada para o deslocamento horizontal. Conjunto de rotor 100 com superfícies de controle 102 é ilustrado sem o uso de asas superiores 54, mas asas superiores 54 são usadas com superfícies de controle 102 em outras modalidades. As superfícies de controle 102 e as pás 62 podem ser combinadas em uma única modalidade para facilitar o controle adicional.

[19] As figuras 2c e 2d ilustram um conjunto de rotor 110 com quatro nacelas de ventilador eletricamente alimentadas

112. Cada nacela 112 é equipada com um par de lâminas contra- rotativas 66 como com o conjunto de rotor 64. Em outras modalidades, cada nacela 112 inclui uma única lâmina 66, com duas lâminas girando no sentido horário e duas lâminas girando no sentido anti-horário. Alternativamente, cada nacela 112 pode incluir duas lâminas girando na mesma direção, com um total de quatro lâminas girando no sentido horário e quatro lâminas girando no sentido anti-horário. Alternativamente, cada nacela pode incluir uma ou mais turbinas elétricas. As lâminas 66 de cada nacela 112 podem ser giradas em taxas diferentes para variar o empuxo e controlar a atitude do conjunto do rotor 110.

[20] Em uma modalidade híbrida, uma turbina ou outro motor térmico é alojado no centro de um quadricóptero e usado como um gerador para alimentar rotores elétricos em um conjunto de rotor. Uma massa central do conjunto do rotor pode abrigar um ou mais pequenos motores de turbina ou outros motores térmicos que alimentam vários geradores, alternadores ou motores para fornecer corrente elétrica a vários motores de propulsão elétrica com hélices acopladas para gerar elevação ou empuxo. Uma pequena bateria de inicialização também pode ser incluída na massa central do conjunto do rotor. Vários motores de propulsão ou motores fornecem redundância em caso de falha parcial. Os motores de propulsão podem se anexar à massa central por meio de braços em forma de aerofólio. Os braços em forma de aerofólio podem ser usados para gerar sustentação durante o vôo horizontal. Em algumas modalidades, braços telescópicos são usados para montar os motores múltiplos para a massa central. Vedadores ou bexigas internas dobráveis podem ser usados para aumentar ou diminuir o comprimento dos braços para efetuar a elevação, utilizando o ar residual da turbina. Bexigas dentro de bexigas podem ser usadas para armazenar combustível para o motor da turbina.

[21] A figura 2e ilustra uma modalidade com motores a jato 120 montados na junta rotativa superior 56. Os motores a jato 120, ou alternativamente turboélices, podem ser usados como propulsão para viagens mais longas. A lança aérea 52 armazena combustível líquido para motores a jato 120. Baterias para operação de eletrônicos também estão incluídas. Superfícies de elevação adicionais, por exemplo, asas, podem ser montadas em motores a jato 120. O sistema de propulsão de lança aérea pode ser selecionado com base na missão particular. Elétrico ou híbrido normalmente seria usado para deslocamento urbano, com turbina a gás para voos interestaduais ou internacionais mais longos.

[22] A figura 2f ilustra uma modalidade em que as pás da ventoinha 66 são usadas sem um duto 68.

[23] As figuras 3a-3f ilustram eVTOL 50 decolando de uma paralisação e fazendo a transição de vôo vertical para vôo horizontal. Normalmente, quando não em voo, eVTOL 50 é armazenado verticalmente com as asas 54 e 74 dobradas substancialmente paralelamente à lança aérea 52, como ilustrado acima na figura Id. O espaço ocupado estreito do eVTOL 50 permite o armazenamento do eVTOL em uma estrutura tubular alta e fina. As figuras lOa-lOd abaixo ilustram uma variedade de opções de estacionamento ou de armazenamento.

[24] Para decolar, as lâminas 66 começam a girar para gerar empuxo. Uma vez que o eVTOL 50 sai de um tubo de armazenamento, se usado, e acima de quaisquer outros obstáculos, as asas 54 podem ser estendidas com um grande diedro negativo para ajudar a controlar o vôo do eVTOL. A figura 3a mostra eVTOL 50 e, sobrevôo de espera no modo de vôo vertical. Conjunto de rotor 64 gera empuxo para manter o eVTOL 50 flutuando. As pás 62 e as asas 54 são usadas como superfícies de controle para direcionar o empuxo gerado pelo conjunto de rotor 64. As asas 54 podem ser giradas ou tesouradas para controlar o fluxo de ar e o movimento da lança.

[25] O voo vertical também pode ser controlado pelo conjunto de rotor em ângulo 64 na junta rotativa 56. As pás 62 podem ser anguladas em direções opostas para girar eVTOL 50 de modo que a rotação do conjunto de rotor 64 seja em direção à direção de voo desejada. Em algumas modalidades, as pás 62 são usadas para controlar eVTOL 50 em vôo vertical e as asas superiores 54 são totalmente implantadas dependendo do clima e das obstruções circundantes.

[26] Se for desejado um movimento horizontal mais significativo, o eVTOL 50 faz a transição para o voo horizontal, como demonstrado nas figuras 3b-3f. Para alcançar o voo horizontal, o empuxo do conjunto do rotor 64 é rapidamente alinhado com a trajetória de voo desejada. A lança aérea 52 gira naturalmente para trás quando o movimento horizontal começa e é auxiliado pelas asas 54 e 74 criando sustentação. A instabilidade durante a transição de VTOL do estado da técnica é em parte devido à ausência de pressão dinâmica nas superfícies de controle necessárias para contrariar a força de empuxo centrípeta e direcional. A lança aérea 52 articulada exclusiva do eVTOL 50 com projeto de asa dupla fornece o isolamento e a alavancagem necessários para uma transição rápida do voo vertical para o horizontal, reduzindo os momentos de instabilidade comuns em outras aeronaves VTOL. Juntas articuladas adicionais podem ser adicionadas à lança aérea 52 entre as juntas 56 e 76.

[27] Saindo do silo de armazenamento, ambas as asas superiores 54 e as asas inferiores 74 são dobradas na lança aérea 52 com a borda dianteira das asas superiores 54 voltada para a frente e a borda dianteira das asas inferiores 74 voltada para trás. As asas superiores 54 são montadas mais altas em relação às asas inferiores 74 e podem se dobrar primeiro, uma vez que estejam livres de obstáculos circundantes. As asas inferiores 74 começam a se abrir conforme a aeronave ganha velocidade no ar para frente.

[28] Na figura 3b, o conjunto de rotor 64 é inclinado na direção desejada de deslocamento usando a junta rotativa 56. Asas 54 e 74 são abertas conforme a velocidade horizontal aumenta. A figura 3b tem asas superiores 54 parcialmente estendidas. Na figura 3c, a velocidade horizontal aumentou e as asas 74 também estão parcialmente estendidas. Ambas as asas 54 e 74 inicialmente têm um grande diedro negativo em relação à lança aérea 52. Na figura 3d, as asas superiores 54 são totalmente estendidas perpendicularmente à lança aérea 52 e as pás 62 são giradas para o sentido horizontal. Na figura 3e, as asas inferiores 74 são elevadas para o sentido perpendicular.

[29] Na sequência de transição do voo vertical para o voo horizontal, as asas 54 e 74 são abertas de modo a reduzir ou minimizar a carga operacional nos mecanismos de engrenagem dentro das juntas rotativas 56 e 76 e dobradiças 58 e 78. A redução da carga operacional limita o consumo de corrente elétrica para operar as juntas e dobradiças por meio de motores alimentados por bateria, aumentando a vida útil da bateria em termos de ciclo de trabalho diário e vida útil geral das baterias. A redução da carga de engrenagens também aumenta o ciclo de vida dos conjuntos de engrenagens, aumentando o tempo entre as inspeções com desmontagem do componente da Federal Aviation Administration (FAA).

[30] eVTOL 50 na figura 3e fez a transição completa para o vôo horizontal. A sequência de transição é concluída conforme as asas inferiores 74 geram sustentação em vôo para a frente. eVTOL 50 pode continuar horizontalmente como mostrado na figura 3e, usando o conjunto de rotor 64 para empuxo horizontal e asas 54 e 74 para elevação. Conjunto de rotor 64 e pás 62 podem fornecer alguma elevação também. Asas 54, asas 74 e pás 62 são superfícies de controle usadas para guiar eVTOL 50. Na figura 3e, o conjunto de rotor 64 está posicionado acima da asa inferior 74. No entanto, o eVTOL 50 pode ser guiado em vôo horizontalmente com a asa 74 acima, abaixo ou na mesma altura do conjunto do rotor 64. A figura 3f mostra eVTOL 50 com asa 74 acima do conjunto do rotor 64. A altura das asas 74 em relação ao conjunto de rotor 64 pode ser ajustada para otimizar o equilíbrio do centro de gravidade eficiente e o fluxo de ar em relação ao empuxo. Os sensores no eVTOL 50 podem ser usados para ajustar a altura relativa das asas 74 em tempo real. Tendo o sistema de propulsão abaixo das asas 74, como mostrado na figura 3f, aumenta a eficiência e capacidade de sobrevôo de espera. O diedro das asas 54, asas 74 ou ambos, pode ser ajustado para melhorar a estabilidade e eficiência. O conector de carga útil 80 pode ser girado acima ou abaixo da junta giratória 76 para aumentar a estabilidade vertical.

[31] As figuras 4a-4c ilustram eVTOL 50 retornando do voo horizontal para o vertical. Na figura 4b, o empuxo do conjunto de rotor 64 é girado para cima. Conforme o movimento de avanço do eVTOL 50 diminui, as asas inferiores 74 perdem a sustentação e caem. À medida que a direção do empuxo é rapidamente movida para a vertical, a lança aérea 52 oscila naturalmente para frente. Conforme a lança aérea 52 balança para frente, as asas 74 são dobradas para o voo vertical, como mostrado na figura 4b. Na figura 4c, eVTOL 50 voltou ao voo vertical.

[32] O eVTOL 50 é um veículo voador totalmente autônomo, capaz de voar horizontalmente com decolagem e pouso vertical. No entanto, eVTOL 50 é apenas um elemento do sistema de transporte VTOL geral. O sistema de transporte VTOL também inclui um veículo terrestre 130, ilustrado na figura 5a. O veículo terrestre 130 pode ser usado por um indivíduo como seu veículo pessoal, assim como qualquer carro. Além disso, o veículo terrestre 130 inclui uma doca 132 configurada para fazer interface com o conector de carga útil 80 do eVTOL 50. Um motorista pode dirigir o veículo terrestre 130 de um lugar para outro localmente e, então, quando necessário, solicitar um eVTOL 50 para pegar o veículo terrestre e levar o veículo e o passageiro para um destino mais distante.

[33] No sistema de transporte VTOL, os consumidores têm propriedade pessoal de seus próprios veículos terrestres

130. Qualquer fabricante de veículos pode fabricar veículos com uma doca 132 e vender um veículo compatível com a operação de ser erguido e pilotado por eVTOL 50. Um consumidor pode decidir comprar um veículo de luxo sofisticado, um carro esportivo rápido ou um modelo básico de sedã mais barato, e cada um pode ser pilotado por eVTOL 50. Uma doca 132 deve, de maneira ideal, mas não necessariamente, ser colocada no centro de gravidade de um veículo. O ponto de fixação dentro da doca 132 pode ter engrenagens permitindo movimento longitudinal para permitir localização ideal do centro de gravidade ou ajuste para alinhar com o conector de carga útil 80 do eVTOL 50.

[34] Uma suspensão inclinada ativa, conforme ilustrado na figura 5c, fornece ajuda significativa para acoplar eVTOL 50 ao veículo 130 porque o veículo terrestre pode ajustar sua altura em relação ao solo em 24 polegadas ou mais para compensar as ondulações na estrada, e tem capacidade de rotação, inclinação e guinada, permitindo que ele reflita de forma autônoma os movimentos do eVTOL 50. Uma doca 132 pode ser adicionada aos veículos convencionais de hoje como um tipo de reboque aéreo ou serviço de relocação. No entanto, como uma verdadeira solução de sistema para reduzir o congestionamento do tráfego, um novo tipo de veículo é necessário. O veículo terrestre 130 é um veículo inclinado relativamente fino, com uma largura total de 48 polegadas e um comprimento total de 156 polegadas para o modelo de dois passageiros. A largura estreita do veículo 130 significa que cada faixa de tráfego atualmente em uso pode ser transformada em duas pistas de tráfego se o veículo 130 for universalmente adotado. Dobrar o número de faixas de tráfego em cidades em todo o mundo oferece um benefício óbvio para o congestionamento. Com direção autônoma, os veículos 130 podem operar dois por pista em pistas padrão de tráfego em uso hoje, embora ainda permitindo que os veículos tradicionais existam simultaneamente.

[35] Veículo 130 pode ser fabricado com uma carroceria de veículo 134 que seja separável de um chassi 136 do veículo como mostrado na figura 5b. A separação física da carroceria 134 do chassi 136 permite que a carroceria seja transportada como uma carga útil do eVTOL 50 sem o chassi. A redução do peso da carga útil permite a redução no requisito de tamanho da bateria do eVTOL 50 ou permite que o eVTOL transporte por mais tempo a carga útil. Em uma modalidade, a carroceria 134 pesa 496 libras e o chassi 136 pesa 705 libras. Desconectar o chassi 136 para o voo reduz o peso da carga útil em mais da metade. É mais provável que o chassi 136 permaneça acoplado para voos urbanos curtos porque o voo é mais econômico com o peso adicionado. A energia adicional necessária para levantar o chassi é compensada pela redução do custo de infraestrutura, tempo de trânsito e tempo de acoplamento.

[36] O chassi 136 pode ser universal e pode ser de propriedade privada ou corporativa. Chassis 136 de propriedade corporativa podem ser disponibilizados para locação de curto prazo semelhante a um sistema de carona de hoje. Alugar um chassi 136 em um destino de voo permite que o usuário voe em sua carroceria 134 sem seu chassi pessoal para reduzir o custo do voo.

[37] Tanto o chassi de propriedade privada quanto o de propriedade corporativa 136 podem ser disponibilizados para outros usos quando não estiverem em uso pelos proprietários. O chassi universal 136 pode ser usado para transportar uma variedade de estruturas superiores ou carrocerias utilizando as ranhuras de localização do adaptador de acoplamento em cada extremidade do chassi universal. Vários exemplos são mostrados no Pedido Provisório U.S. No. 62 / 662.081, depositado em 24 de abril de 2018. Os exemplos incluem acessórios para fornecer uma variedade de serviços, como limpeza de neve, varredura de ruas, coleta de lixo, entrega de pacotes, etc. O desacoplamento da carroceria 134 do chassi 136, quando não em uso, também permite que carrocerias de automóveis sejam armazenadas verticalmente em instalações automatizadas ou em terraços por meio de braços robóticos no destino para reduzir o estacionamento no meio-fio. A remoção do chassi 136 permite a fixação de um contêiner de armazenamento abaixo da carroceria 134 no lugar do chassi 136 para voos onde bagagem ou outra carga é necessária. O contêiner de armazenamento também pode ser usado como uma base de pouso para soltar a carroceria 134 sem o chassi 136. Considerações de projeto aerodinâmico para o contêiner de armazenamento sob o veículo o tornariam adequado para voos de alta velocidade de longa distância. Guindastes estacionários podem ser usados para prender eVTOL 50 na parte superior do veículo terrestre 130 ou outra carga. Os guindastes também podem ser usados para mover cargas para transporte ou para mover veículos quando não estiverem em uso ou no caminho do tráfego, passarelas, etc. Os veículos estacionados podem ser facilmente realocados pela fixação à doca 132 quando não estiverem em uso.

[38] Devido à alta eficiência do eVTOL 50, o veículo 130 pode ser feito de alumínio em vez da fibra de carbono normalmente necessária para veículos voadores. A produção que utiliza alumínio reduz custos e aumenta o volume potencial de produção. A construção do veículo 130 com alumínio em vez de fibra de carbono permite as técnicas de fabricação de alto volume necessárias para produzir veículos na casa dos milhões - acelerando a transição do sistema de transporte como um todo para automóveis adaptáveis ao eVTOL. Em algumas modalidades, o chassi 136 é feito de fibra de carbono para reduzir o peso e tornar o voo com o chassi mais eficiente.

[39] A carroceria estreita do veículo 130 melhora a aerodinâmica tanto para dirigir quanto para vôo quando combinado com eVTOL 50 e é possível graças à suspensão inclinada que está sendo usada. O veículo 130 é capaz de se inclinar em curvas para neutralizar as forças centrípetas que, de outra forma, fariam com que um veículo com uma distância entre eixos tão estreita rolasse. O veículo 130 usa muito da tecnologia divulgada no pedido de patente norte-americana nº 16 / 138,849, depositado em

21 de setembro de 2018 e publicado como publicação norte- americana nº 2019/0084638 em 21 de março de 2019 (o pedido '849). A figura 5c mostra uma vista detalhada do chassi 136 com a suspensão hidráulica do pedido '849. O chassi 136 também inclui motores elétricos de transmissão direta . Os motores elétricos de transmissão direta são completamente integrados ao cubo de todas as quatro rodas, permitindo que as rodas se movam independentemente. Enquanto outras figuras mostram o chassi 136 com uma ilustração muito simplificada, cada chassi acima ou abaixo inclui todos os recursos do chassi 136 na figura 5c .

[40] A suspensão inclinada opera hidraulicamente, conforme discutido no pedido '849. A inclinação é acionada por atuadores de choque hidráulico 140 movendo os braços de controle superiores 141 horizontalmente em relação aos braços de controle inferiores 142. Cada uma das suspensões dianteira e traseira é formada em torno de um bloco central 143 fixado a um bloco de chassi 144. O bloco de chassi 144 aloja baterias para operar o chassi 136. O projeto simples do bloco de chassi 144 simplifica a fabricação, permitindo que a fibra de carbono seja enrolada em um mandril longo. A rigidez torcional da estrutura do bloco 144 reduzirá o peso. A forma de bloco simplifica a construção e substituição do pacote de bateria, bem como o acoplamento e desacoplamento do chassi 136 à carroceria 134. Aumentar o volume é importante para permitir a eletrônica e a bateria, ao mesmo tempo em que fornece espaço adequado para girar as rodas.

[41] A suspensão inclinada do chassi 136 pode operar com os motores elétricos do pedido '849 em todas as quatro rodas, ou com a propulsão híbrida com um motor a gasolina acionando as rodas traseiras. No entanto, a modalidade mais útil é ter motores elétricos integrados nos cubos de todas as quatro rodas, como mostrado no Pedido Provisório U.S. No. 62 / 662.081, depositado em 24 de abril de 2018. O eixo de tração nas quatro rodas e a direção nas quatro rodas melhoram o controle do veículo, tanto dentro quanto fora da estrada. A suspensão ativa e a direção nas quatro rodas também permitem estacionamento muito mais próximo do que os veículos convencionais, porque os veículos podem girar em torno de um eixo através do veículo para se alinhar com uma vaga de estacionamento mais estreita.

[42] O projeto da suspensão inclinada também melhora a capacidade de curvas em alta velocidade. O veículo 130 usa a mudança do centro de gravidade para manobrar em velocidades mais altas, reduzindo os momentos de instabilidade e permitindo que o veículo retorne a um estado de compensação estável ou estado de equilíbrio muito mais rapidamente após uma curva. Este método de controle permite que o veículo mude de direção de maneira suave e eficiente, sem o momento de instabilidade de longa duração associado aos projetos de suspensão convencionais. Os pneus arredondados 145 do veículo 130 permitem aprender e melhorar a eficiência por meio da redução da resistência ao rolamento. O tamanho da bateria pode ser reduzido de forma correspondente. O peso mais leve e o baixo coeficiente de arrasto do veículo estreito 130 permitem uma redução adicional no tamanho da bateria.

[43] O projeto de geometria exclusivo da tecnologia de suspensão inclinada de longo curso ativa proporciona o líquido dentro dos atuadores de choque hidráulico de suporte 140 para manter o equilíbrio do veículo (estado de guarnição estável) durante eventos de curva e eventos de roda independentes dentro do espaço construtivo, ou seja, curso de suspensão. Mudanças de alavancagem desproporcionais na geometria da suspensão a partir da posição do braço de controle neutro 141, juntamente com o colapso não linear dos atuadores de choque hidráulico da posição do braço de controle neutro, fornecem carga proporcional do chassi e da roda para estabilizar a massa suspensa durante curvas e outros cenários de eventos dinâmicos. A peculariedade do projeto é a incapacidade dos atuadores de choque de colapsar completamente como componentes independentes devido a discrepâncias de volume interno entre as câmaras de gás e líquido. Mudanças adicionais na taxa de mola dinâmica podem ser feitas variando a porcentagem de líquido para gás,

respectivamente para suas câmaras independentes dentro dos atuadores de choque, resultando em um aumento ou diminuição da carga aplicada. O lado líquido dos choques pode ser sobrecarregado para transmitir atributos de inclinação exclusivos ao veículo 130.

[44] A suspensão inclinada também permite uma redução significativa no peso geral do veículo. A inclinação mantém as cargas aplicadas perpendiculares às rodas, de modo que o projeto precisa principalmente gerenciar cargas apenas ao longo de um único eixo. A necessidade reduzida de projetar para carregamento lateral de componentes reduz significativamente o peso geral do veículo.

[45] O Veículo 130 tem a capacidade de virar e dirigir todas as rodas independentemente em qualquer direção. A capacidade de virar e dirigir as rodas dianteiras e traseiras em direções opostas permite que o veículo gire em torno de um eixo vertical definido. O veículo 130 tem estabilização automática que opera automaticamente as suspensões dianteira e traseira para manter o veículo estável em relação à carga gravitacional. No entanto, o veículo 130 é normalmente estável e pode ser conduzido manualmente, com ou sem o sistema de controle de estabilidade.

[46] O veículo 130 pode ser equipado com ilhós de amarração de transporte aéreo na frente e atrás. Os ilhós podem ser usados para anexar uma variedade de ferramentas motorizadas e passivas. EVTOL 50 pode usar os ilhós como um ponto de fixação. O veículo 130 pode ter capacidade de conexão, para conectar o veículo a outros veículos ou reboques semelhantes em um trem. Quando vinculados, os vários veículos ou reboques podem se comunicar com ou sem cabo para sincronizar a velocidade, inclinação, controle de estabilidade e outras operações de suspensão ou direção. Em uma modalidade, os pára-choques 146 dos veículos 130 incluem circuitos eletroímãs para permitir que os veículos sejam magneticamente presos conjuntamente para formar trens quando energizados, em vez de serem conectados por um componente mecânico fixado entre dois veículos.

[47] A conexão aos trens permite que os veículos 130 compartilhem sistemas de acionamento elétrico. Aproveitando a tensão compartilhada disponível, os veículos podem alternar entre as unidades de motor para reduzir a carga térmica nos sistemas disponíveis. O acoplamento de veículos para viagens mais longas reduziria o arrasto aerodinâmico e aumentaria ainda mais a eficiência.

[48] Os veículos militares podem ter muitas configurações possíveis. Um incluiria um braço robótico com uma minigun, lançador de mísseis ou outro armamento ou equipamento óptico montado na frente do veículo e subordinado aos movimentos do capacete do operador. Munição para a arma pode ser transportada na parte traseira do veículo e alimentada. A arma também pode ser operada manualmente. A tecnologia de suspensão inclinada pode ser dimensionada para acomodar tipos de veículos fechados maiores, como vans de transporte, ônibus ou caminhões de entrega. Toda a fabricação de veículos é escalonável para atender a quaisquer requisitos de transporte, velocidade e alcance.

[49] O projeto da suspensão inclinada externa do veículo 130 fornece proteção da zona de deformação por impacto lateral. Utilizando sensores a bordo, o veículo 130 pode se posicionar antes de uma colisão, evitando totalmente a colisão ou minimizando o impacto através do colapso da suspensão. Inclinação nas curvas também reduz os acidentes de capotamento de desvios repentinos para evitar obstáculos.

[50] A capacidade de controlar ativamente a posição do veículo 130 em relação a um evento de colisão pode reduzir ainda mais o peso do veículo, eliminando ou reduzindo as zonas de absorção de energia de impacto projetadas para frente / ré. Em uma colisão frontal, isso pode ser realizado lançando o veículo, por exemplo, estendendo a suspensão dianteira e colapsando a suspensão traseira para desviar ou absorver as forças de impacto de modo a alinhar melhor o ocupante às cargas que chegam. O mesmo pode ser realizado em uma colisão traseira levantando a traseira e abaixando a frente do veículo.

[51] Se a unidade de controle eletrônico (ECU) do veículo 130 determinar que uma colisão é eminente, olhando para a posição, velocidade e proximidade em relação a si mesma e outros veículos, a ECU posicionará o veículo de forma a absorver as forças de impacto e fornecer proteção ideal para os ocupantes dentro dos limites de sua capacidade funcional. O veículo 130 protegeria ativamente os ocupantes inclinando-se para longe do ponto de colisão. O veículo 130, então, estenderia a suspensão para fora em direção ao impacto iminente para absorver e dispersar o máximo de energia possível. A principal diretiva programada da ECU do veículo seria a proteção dos ocupantes do veículo e dos pedestres ao redor. Com poder de computação suficiente, o veículo pode determinar sua trajetória pós-colisão e posição final de repouso. Isso permitiria ao veículo ajustar sua posição de pré-colisão para alterar sua posição final.

[52] Em algumas modalidades, a capacidade de inclinação do veículo 130 é controlável manualmente. No modo manual, o ângulo de inclinação é controlado pelo operador aplicando uma carga mecânica aos sensores. Os dados gravados durante a operação de modo manual, por exemplo, gravação de cargas aplicadas e posições relativas de componentes mecânicos associados por meio de aquisição de dados, podem ser usados na programação de veículos usando modos de condução semi-ativos ou autônomos.

[53] O software em execução na ECU do veículo 130 está conectado à tecnologia de sensor sem condutor distribuída pelo veículo. Em algumas modalidades, uma torre de sensor telescópica ou dobrável pode estar localizada no bloco de chassi 144 ou amortecedores 146 e se abrir durante o uso do chassi 136. Em outras modalidades, os sensores estão localizados nos amortecedores 146. Os amortecedores 146 podem ser montados usando um mecanismo de fixação do tipo adaptador de acoplamento de blocos centrais 143, como as aberturas do adaptador de acoplamento no pedido '849, para facilitar a substituição e manutenção. O software da ECU pode alterar automaticamente as características do passeio e a atitude do veículo antes de um evento de suspensão. O ajuste automático das características da suspensão oferece um percurso mais suave do que os automóveis de luxo com projeto convencional. A ECU usa os sensores no amortecedor 146 e no sistema hidráulico da suspensão inclinada para equilibrar ou alinhar as forças gravitacionais e centrípetas que atuam no veículo durante o modo de inclinação automática.

[54] Os atuadores de choque hidráulico 140 na suspensão inclinada consistem em um cilindro com um pistão flutuante separando o gás do líquido e uma válvula de amortecimento integrada no lado do líquido para controlar a taxa de fluxo. Um invólucro de gás integrado com recursos de controle de pressão ajustável está conectado no lado do gás. O sistema composto de mola / amortecimento transmite mola ajustável adicional e capacidade de amortecimento para o atuador de choque hidráulico 140. Este sistema permite o amortecimento e ajuste de mola para o atuador de choque de suporte acima e abaixo dos valores isolados do atuador de choque definidos. A queda da taxa de mola do atuador de choque na extensão depende do volume da câmara de gás. Recipientes ou cilindros de gás remotos adicionais podem ser conectadas à câmara de gás do atuador de choque hidráulico 140 por meio de uma conexão de mangueira. Uma parada de pistão flutuante determina o ponto de início de fase do atuador de choque. Uma mola mecânica no lado do gás do pistão flutuante atua como um ajuste adicional do ponto de parada do pistão flutuante. O volume do reservatório de líquido pode ser ajustado ativamente para transmitir valores variáveis de amortecimento e mola com ou sem assistência da câmara de gás ou amortecimento secundário.

[55] A suspensão inclinada também usa uma bomba de polarização para transferir líquido entre os lados da suspensão,

ou entre as suspensões dianteira e traseira. A bomba de polarização é descrita em detalhes no Pedido Provisório U.S. No. 62 / 662.081, depositado em 24 de abril de 2018, que é aqui incorporado por referência. A bomba de polarização é uma bomba de deslocamento de volume direto. A bomba tem quatro câmaras separadas por duas cremalheiras com engrenagens acionadas por um único parafuso de avanço. O parafuso de avanço é acionado por meio de dois motores opostos - qualquer um dos motores é capaz de operar a bomba. As câmaras da bomba podem mover o fluido de forma independente ou podem ser conectadas conforme necessário. A hélice do parafuso de avanço da bomba é projetada para transmitir vários atributos de retrocesso e de transporte de carga, dependendo da aplicação. Sensores de pressão dentro das câmaras da bomba transmitem dados de medição para a CPU para controlar a corrente / torque do motor para acionar os motores da bomba e definir / manter a atitude do veículo. Os sensores também são usados para definir os limites e a direção da pressão da bomba. A bomba é de projeto modular. Várias bombas podem ser conectadas em várias configurações, dependendo da aplicação.

[56] As figuras 5d-5f ilustram a bomba de polarização

1000. A figura 5d é uma visão externa da bomba. A figura 5e é uma seção transversal através da bomba 1002. A figura 5f é uma seção transversal através de uma câmara de gás 1004 acoplada à bomba. A bomba de polarização tem uma função semelhante a, e pode substituir, o conjunto de bomba hidráulica 126 na Patente dos EUA nº 9.545.976, concedida em 17 de janeiro de 2017, e na Publicação dos EUA nº 2017/0321729, publicada em 9 de novembro de 2017, que são incorporadas aqui por referência (coletivamente referidos como os Documentos Incorporados abaixo). A bomba de polarização transfere o volume do fluido hidráulico entre os lados esquerdo e direito da suspensão do veículo. A câmara de gás tem uma função semelhante ao sistema de derivação 900 nos Documentos Incorporados, na medida em que o sistema de derivação atua como uma suspensão secundária. No entanto, a câmara de gás não desvia o fluido entre os dois lados. O gás comprimido dentro da câmara de gás força mais fluido para os atuadores de choque quando a carga no sistema é reduzida para manter a taxa de mola. Quando os choques recebem uma carga novamente, o excesso de fluido retorna aos cilindros dentro da câmara de gás.

[57] Uma porta superior direita 1010B na figura 5e é acoplada a um dos atuadores de choque (por exemplo, choques 68 e 88 nos Documentos Incorporados ou atuadores de choque 140 do veículo 130) . Uma porta superior esquerda 1010A é acoplada a uma das portas 1030A ou 1030B da câmara de gás. A porta inferior esquerda 1010D e a porta inferior direita 1010C estão conectadas em uma orientação oposta: a parte inferior esquerda é acoplada ao outro atuador de choque e a parte inferior direita é acoplada à outra porta da câmara de gás. As tampas nas duas extremidades da bomba de polarização incluem um caminho hidráulico acoplando o atuador de choque anexado à porta correspondente da câmara de gás.

[58] A bomba de polarização inclui quatro câmaras diferentes 1020A-1020D, com uma das câmaras conectada a cada uma das quatro portas 1010A-1010D que acabamos de descrever. As tampas das extremidades acoplam as duas câmaras à direita juntas, e as duas câmaras da esquerda juntas. Outros casos de uso incluem tampas de extremidade que não conectam as câmaras umas às outras. Cremalheiras engrenadas 1022 são dispostas dentro da bomba de polarização e são orientadas da esquerda para a direita, uma cremalheira engrenada entre as portas superiores e uma cremalheira engrenada entre as portas inferiores. As cremalheiras engrenadas são acionadas para a esquerda e para a direita para transferir fluido hidráulico nas portas da esquerda e para fora das portas da direita ou vice-versa.

[59] Os dois motores 1006 mostrados na figura 5d são enganchados em paralelo às duas cremalheiras engrenadas. Qualquer um dos dois motores pode operar a bomba de polarização no caso de o outro motor falhar. Para senso de escala, em uma modalidade, os motores têm um diâmetro de uma polegada. As cremalheiras engrenadas são acopladas para se moverem em uníssono quando as engrenagens 1024 são giradas por motores

1006. Ambas as cremalheiras engrenadas se movem para a esquerda ao mesmo tempo e ambas se movem para a direita ao mesmo tempo. Quando as cremalheiras engrenadas se movem para a esquerda na vista da figura 5e, o atuador de choque enganchado na câmara superior direita tem fluido removido e o fluido é adicionado ao atuador de choque enganchado na câmara inferior esquerda.

[60] Como uma suspensão inclinada se inclina em qualquer direção a partir do neutro, ambos os lados perdem a força mecânica. A bomba de polarização permite uma polarização da alavancagem, causando um colapso desproporcional nos choques. O choque na parte interna de uma curva pode ser colapsado e perder alavancagem com o dobro da taxa do choque na parte externa da curva. A bomba de polarização transfere a capacidade de manuseio de carga para o choque externo, que experimenta a maior parte da carga de uma curva. A bomba de polarização se conecta entre os dois atuadores de choque e opera dentro do diferencial de pressão entre os dois lados para transferir o volume de fluido de um lado para o outro.

[61] Ambas as cremalheiras engrenadas estão trabalhando para transferir fluido na mesma direção no sistema (ou seja, do choque esquerdo para o choque direito ou vice- versa). As tampas da bomba de polarização acoplam hidraulicamente as portas de cada lado. Portanto, cada atuador de choque é acoplado a uma porta associada da câmara de gás através da tampa. A pressão do ar no lado do gás 1040 da câmara de gás aplica força através do caminho da tampa de extremidade para os atuadores de choque. O excesso de fluido hidráulico é forçado para o lado do fluido 1032 da câmara de gás, e o gás dentro do lado do gás pressiona do outro lado de um êmbolo 1034 na câmara de gás para forçar o fluido de volta para fora novamente posteriormente. O êmbolo dentro da câmara de gás mantém o fluido hidráulico separado do gás armazenado na câmara de gás.

[62] Não há comunicação fluídica significativa entre os lados esquerdo e direito do sistema. As cremalheiras engrenadas ficam entre os atuadores de choque esquerdo e direito, bloqueando substancialmente o fluido vindo do lado esquerdo e direito a partir da mistura. Portanto, se um lado está danificado e perde fluido, o outro lado ainda pode operar.

[63] A cremalheira engrenada move o volume do fluido hidráulico da esquerda para a direita e da direita para a esquerda, dependendo das circunstâncias do veículo. A câmara de gás é conectada aos atuadores de choque através das tampas das extremidades da bomba de polarização. A câmara de gás armazena o excesso de fluido de qualquer atuador de choque nos cilindros ilustrados abaixo, mas não desvia o fluido entre os dois lados. O excesso de fluido hidráulico armazenado nos cilindros da câmara de gás permite que ambos os atuadores de choque caiam de uma vez, por exemplo, se o veículo for transportado pelo ar, o fluido da câmara de gás flui para ambos os atuadores de choque devido à carga estar sendo removida de ambos. Ambos os atuadores puxam o excesso de fluido hidráulico da câmara de gás e expandem. A bomba de polarização por si só não é capaz de expandir ambos os atuadores de choque, porque a bomba de polarização só é capaz de transferir o volume de um lado para o outro.

[64] Em outros casos de uso da bomba de polarização, todas as quatro portas são acopladas e transferem fluido dentro de dois sistemas diferentes sem a câmara de gás. As tampas da bomba de polarização podem ser formadas sem as portas conectadas de modo que o fluido não seja transferido entre qualquer uma das quatro câmaras da bomba de polarização. Por exemplo, em um veículo de quatro rodas, uma bomba de polarização pode ser acoplada de modo que uma cremalheira engrenada transfira fluido entre o atuador de choque frontal esquerdo para o atuador de choque traseiro esquerdo, enquanto a outra cremalheira engrenada transfere fluido entre atuador de choque frontal direito para o atuador de choque traseiro direito. Nesse caso, as duas cremalheiras engrenadas transferem fluido em dois sistemas diferentes em paralelo, em vez de um único sistema. Como não há comunicação de fluido entre qualquer uma das quatro câmaras, se um quadrante do sistema for danificado, os outros três atuadores de choque continuarão funcionando corretamente.

[65] Em uma modalidade, um veículo de quatro rodas inclui duas suspensões inclinadas. Por exemplo, o chassi 136 inclui duas suspensões separadas, uma na frente do veículo e uma segunda na parte traseira do veículo. Cada uma das suspensões inclinadas inclui uma combinação de bomba de polarização e câmara de gás para polarizar o fluido hidráulico da esquerda para a direita no sistema. Uma terceira bomba de polarização sem uma câmara de gás é usada para transferir fluido da frente para trás. A terceira bomba de polarização permite inclinar o veículo da frente para trás. O sistema com três bombas de polarização limita a comunicação fluídica entre os quatro quadrantes do sistema. Não há transferência significativa de fluido da esquerda para a direita ou da direita para a esquerda através de qualquer uma das três bombas de polarização, e nenhum fluido significativo flui através da bomba de polarização do meio da frente para trás ou de trás para a frente. A bomba de polarização usa cremalheiras engrenadas para mover o volume hidráulico sem permitir a mistura de fluidos.

[66] A câmara de gás opera como um sistema de suspensão secundária porque o gás aplica pressão ao sistema. A pressão do gás também coloca mais fluido no sistema quando ambos os lados caem. Em uma modalidade, a pressão do ar na câmara de gás é de 600 libras por polegada quadrada (PSI) ou mais. Quando uma carga é experimentada, a pressão do gás ajuda a resistir à carga.

[67] A engrenagem pode ser implementada como um módulo substituível. A engrenagem pode ser montada dentro da tampa intermediária 1008 e, em seguida, removida e substituída para modificar os atributos da bomba.

[68] A figura 5f ilustra uma seção transversal da câmara de gás. Os dois cilindros dentro da câmara de gás incluem pistões flutuantes, que são semelhantes em funcionalidade aos pistões 908 nos Documentos Incorporados. Os pistões flutuantes chegarão ao fundo antes de cair na câmara de gás. As molas fornecem amortecimento quando os pistões atingem o fundo. A estrutura da câmara de gás é semelhante à integração dos cilindros 906 dentro do recipiente de ar 912 nos Documentos Incorporados.

[69] Em uma modalidade, o sistema é configurado de modo que os pistões flutuantes dentro dos cilindros da câmara de gás nunca cheguem ao fundo. O chassi do veículo chegará ao solo antes que os pistões flutuantes atinjam sua extensão máxima absoluta dentro dos cilindros da câmara de ar. As molas nos cilindros da câmara de ar são para o caso raro em que, devido ao terreno, a carroceria pode cair abaixo do nível de ambas as rodas em um evento de entrada de carga, por exemplo, aterrisagem de um salto. As molas suavizam o golpe dos pistões flutuantes que atingem o fundo dos cilindros. As molas são de tensão muito alta e apenas comprimem nos limites superiores da pressão do atuador. As molas são um recurso de segurança para reduzir a probabilidade de quebra de peças em situações extremas. Em outra modalidade, o movimento dos braços de suspensão do veículo atingirá fisicamente o fundo antes que os pistões flutuantes nos cilindros da câmara de gás cheguem ao fundo.

[70] As figuras 6a-6f ilustram eVTOL 50 pegando um veículo 130 com o veículo 130 começando em repouso. A construção leve do veículo 130 permite o transporte por eVTOL 50 autônomo e semiautônomo. Em uma modalidade, o veículo terrestre 130 usa uma bateria com um alcance limitado com base na tecnologia do momento. Por exemplo, o veículo terrestre 130 pode ter apenas um alcance máximo de 100 milhas. Neste cenário, o veículo 130 usaria a faixa de bateria disponível para operar dentro do núcleo metropolitano de uma cidade. Se o operador desejar viajar para fora do metroplex, possivelmente para outra cidade ou área rural, ele ou ela solicitará transporte aéreo e selecionará o tipo ou velocidade do veículo com base na distância e horário de chegada desejado. O tamanho da lança aérea 52 pode ser combinado com a massa do veículo terrestre, distância de viagem e velocidade no momento em que uma solicitação é feita. Viagens mais longas podem ser realizadas com um eVTOL 50 com uma lança aérea 52 maior ou mais longa para fornecer maior capacidade de combustível. O eVTOL 50 seria acoplado ao veículo terrestre 130, enquanto em movimento ou parado, e o transportaria para um ponto de entrega adequado perto do destino. O veículo 130 pode ser largado diretamente em qualquer local adequado, por exemplo, em uma garagem ou no topo de um edifício alto.

[71] Antes que a sequência de voo de transição do voo vertical para o voo horizontal possa ser iniciada, o drone e o automóvel devem ser acoplados. A coleta e a entrega eficientes de uma carga requerem um acoplamento e desacoplamento rápido e positivo antes que a energia possa ser aplicada para elevar a carga a uma altitude de transição segura. O projeto do eVTOL 50 com lança aérea 52 coloca o sistema de propulsão bem acima da carga com segurança e fora de perigo, reduzindo os efeitos da corrente do rotor, uma vantagem significativa sobre outros projetos VTOL.

[72] Na figura 6a, o veículo 130 estava parado e eVTOL 50 voou para baixo verticalmente, conectou o conector de carga útil 80 à doca 132 e levantou a carroceria 134 do chassi 136. EVTOL 50 está voando verticalmente semelhante à figura 3a. Em algumas modalidades, o conector de carga útil 80 inclui um eixo telescópico ou escada para prender o veículo terrestre 130.

[73] Na figura 6b, eVTOL 50 aumenta o empuxo vertical para elevar a carroceria 134 e começa a transição para o voo horizontal. As asas superiores 54 começam a abrir mais cedo do que as asas inferiores 74 e são mais abertas na figura 6b. A figura 6c ilustra uma opção alternativa onde o chassi 136 é retirado e transportado junto com a carroceria 134. Ambas as asas 54 e 74 continuam abrindo e eVTOL 50 continua aumentando a velocidade horizontal conforme a transição do vôo vertical para o horizontal continua. Na figura 6d, as asas 54 e 74 são mais abertas e a lança aérea 52 está mais próximo da horizontal. Na figura 6e, as asas 54 e 74 foram totalmente abertas para perpendicular. A sustentação gerada pelas asas 74 pega a extremidade de cauda da lança aérea 52 para sua posição de voo horizontal final na figura 6f. Veículo terrestre 130, ou apenas a carroceria 134 está sendo rebocado atrás do conjunto de rotor

64.

[74] O conector de carga útil 80 pendurado entre o eVTOL 50 e a carroceria 134 opera como um estabilizador vertical. O conector de carga útil 80 inclui uma porção em forma de aerofólio e uma haste telescópica ativamente controlada através da porção em forma de aerofólio. A porção em forma de aerofólio pode girar 360 graus em torno do eixo para operar como um leme. O veículo 130 também pode girar em torno do eixo do leme interno para permanecer em uma posição determinada em relação às asas ou ao solo. Este recurso permite que o veículo 130 gire 180 graus para posicionar melhor os passageiros dentro do veículo a fim de absorver as cargas de impacto em caso de colisão. O recurso também alinha o veículo 130 à estrada ao pousar em movimento.

[75] A figura O leme 148 tem 2 pés de altura e 3,5 pés de comprimento em uma modalidade, mas pode ser maior, por exemplo, 3 pés por 6 pés. O leme 148 tem 2 pés de altura e 3,5 pés de comprimento em uma modalidade, mas pode ser maior, por exemplo, 3 pés por 6 pés. O leme 148 pode girar dentro do conector 80 para direcionar o movimento de avanço do eVTOL 50. O leme 148 pode girar até 360 graus. O leme 148 pode ser adicionado a qualquer uma das modalidades acima ou abaixo. Em algumas modalidades, o conector de carga útil 80 conforme ilustrado acima e abaixo, ou uma parte do mesmo, tem a capacidade de girar da esquerda para a direita para operar como um leme.

[76] A transição quando carregada nas figuras 6a-6f é semelhante à transição quando descarregada nas figuras 3a-3f. As asas 54 e 74 são abertas de forma a reduzir ou minimizar o carregamento das juntas e dobradiças engrenadas. O projeto articulado de asa dupla fornece alavancagem para uma transição rápida do voo vertical para o horizontal sem os momentos de instabilidade comuns a outras aeronaves VTOL. A eficiência da transição ajuda a diminuir o tempo de voo e, portanto, a eficiência geral do sistema. O eVTOL 50 carregado é mais vertical durante a transição do que quando descarregado.

[77] Quando o chassi 136 é transportado junto com a carroceria 134, ou um veículo não separável 130 é usado, o ajuste de atitude e a posição relativa do veículo terrestre 130 e eVTOL 50 podem ser manipulados usando precessão giroscópica das rodas do veículo terrestre. Usando a direção de todas as rodas e tração integral do veículo terrestre 130, a alteração da velocidade, direção e ângulo de inclinação das rodas afetará a atitude do eVTOL 50.

[78] Um enlace de comunicação entre o eVTOL 50 e o veículo terrestre 130 pode permitir que o operador do veículo terrestre assuma o controle manual do eVTOL. Uma conexão de alta corrente entre os dois veículos permitiria ao eVTOL 50 carregar as baterias dos veículos terrestres em vôo. As baterias do veículo terrestre 130 também podem fornecer corrente adicional ao eVTOL 50 em uma emergência para aumentar o empuxo disponível. As conexões de energia elétrica e de controle de comunicação são feitas mediante conexão física entre o conector de carga útil 80 e a doca 132. Um método de comunicação sem fio pode ser empregado entre o eVTOL 50 e o veículo terrestre 130 antes que uma conexão física seja estabelecida para coordenar as posições relativas dos veículos.

[79] EVTOL 50 foi projetado para reduzir problemas de ruído. O comprimento da lança aérea 52 isola o veículo 130 do ruído do conjunto do rotor 64, ou qualquer sistema de propulsão usado, proporcionando aos ocupantes uma cabine silenciosa. A altura do sistema de propulsão também reduz o ruído e a corrente do rotor ao nível do solo, seja um rotor aberto, rotor carenado ou motor a jato. O projeto de dutos reduz ainda mais o ruído. O uso de rotores de diâmetro maior diminuirá a velocidade da ponta do rotor e, assim, reduzirá também os níveis de ruído. A alta taxa de subida faz com que o eVTOL 50 possa ajudar a reduzir o ruído ao nível do solo em torno das zonas de decolagem e pouso.

[80] As figuras 7a-7d ilustram a transição do eVTOL 50 do voo horizontal de volta ao voo vertical para deixar uma carga útil no destino da carga útil. A figura 7a mostra eVTOL 50 começando a desacelerar o voo horizontal ao inclinar o conjunto de rotor 64 mais para cima. O ângulo de ataque das asas inferiores 74 aumenta a sustentação e, em seguida, para, resultando em rápida desaceleração. A cauda da lança aérea 52 com carroceria 134 cai conforme as asas 74 perdem sustentação. A lança aérea 52 balança para baixo sob o conjunto do rotor 64. O peso do corpo 134 adiciona impulso que balança a lança aérea 52 para frente de modo que as asas inferiores 74 estejam para frente a partir do conjunto de rotor 64 na figura 7b. Na figura 7c, a lança aérea 52 está girando de volta para a vertical e, finalmente, atinge o voo vertical na figura 7d. Uma vez que o vôo vertical é alcançado, o veículo 130 pode ser deixado no destino, ou a carroceria 134 pode ser deixada em um chassi 136. Quando o veículo 130 é transportado como um todo, as técnicas de posicionamento processional com as rodas do veículo podem ser usadas para orientar adequadamente o veículo antes do contato com o solo ou outra superfície. Tal posicionamento processional melhora a previsibilidade quando o veículo 130 é liberado pelo eVTOL 50.

[81] As figuras 8a-8f mostram eVTOL 50 coletando o veículo 130 enquanto o veículo 130 está em movimento dirigindo em uma rodovia. Fazer uma coleta com o eVTOL 50 e o veículo 130 em movimento é o método de transporte mais eficaz e eficiente porque ambos os veículos têm maior estabilidade dinâmica com graus adicionais de liberdade de movimento. A figura 8a mostra o posicionamento do eVTOL 50 enquanto o eVTOL se conecta ao veículo 130. EVTOL 50 voa horizontalmente ao longo de uma rodovia acima do veículo 130. As asas inferiores 74 são parcialmente implantadas. Superfícies de controle podem ser projetadas nas asas para ajudar no posicionamento preciso ao atracar com ou sem as asas 54 e 74 abertas. Em tráfego pesado, a abertura das asas 54 e 74 pode não ser possível. Em algumas modalidades, os veículos próximos se comunicam uns com os outros de forma autônoma para criar uma zona de segurança em torno de um veículo sendo coletado. O tráfego ainda pode transcorrer normalmente, mas diminuirá ou aumentará para criar temporariamente uma área de estrada vazia ao redor do veículo que está sendo coletado. A zona de segurança pode aparecer visualmente no visor de veículos dirigidos manualmente para que os motoristas possam evitar a área de coleta.

[82] Durante a coleta, a suspensão hidráulica do veículo 130 é usada para espelhar e amortecer as cargas do momento de conexão. A suspensão do veículo 130 pode espelhar de forma autônoma os movimentos de rotação, inclinação e guinada do eVTOL 50, tornando o acoplamento em movimento mais fácil do que o acoplamento estático. O veículo 130 se alinha conforme necessário para a conexão adequada entre o conector de carga útil 80 e a doca 132. O veículo 130 pode usar o sistema de direção e tração do cubo da roda independente para colocar o veículo em orientação e alinhamento adequado de decolagem e pouso. O conector de carga útil 80 tem um aspecto telescópico que pode fazer ajustes finos de posição para se conectar à doca

132. Uma vez em vôo, o torque de precessão gerado pelo impulso angular de rotação das rodas do veículo 130 pode auxiliar ainda mais no alinhamento e orientação.

[83] O acoplamento do veículo, seja em vôo horizontal ou pairado verticalmente, terá cargas de choque de impacto controladas ou minimizadas pela suspensão hidráulica. O espelhamento da atitude, velocidade e outros movimentos em tempo real do veículo 130 e eVTOL 50 em relação um ao outro reduz as cargas de choque de impacto. A montagem de um pequeno braço robótico dobrável com várias articulações na extremidade inferior da lança aérea52, provavelmente na parte traseira para reduzir o arrasto, reduziria o problema. Na extremidade do braço robótico haveria um pino articulado. Quando o eVTOL 50 e o veículo 130 estão próximos o suficiente, dentro de aproximadamente 3 pés, o braço se estende e se conecta ao topo do veículo terrestre. A fixação forneceria informações de posicionamento relativo para a ECU, que, por sua vez, controlaria os movimentos de ambos os veículos através do processo de acoplamento ao acoplamento positivo com um grau de assistência mecânica. O braço robótico permitiria a compensação para as discrepâncias de alinhamento induzidas pelo clima e forneceria a resistência de controle necessária para garantir uma sequência de acoplamento de fluido para mitigar os momentos de impacto. O braço robótico facilita o espelhamento da suspensão do automóvel e movimentos de voo do drone, para garantir um acoplamento preciso e suave.

[84] Sensores e comunicação sem fio entre veículos também desempenharão um papel importante para uma coleta bem- sucedida. Os sensores incluirão LiDAR, radar e câmeras na lança aérea 52 e no veículo terrestre 130 avaliando o ambiente para garantir uma conexão segura. Os sensores a bordo de ambos os veículos podem enviar dados para a CPU para calcular as variáveis, garantindo que o acoplamento automatizado esteja dentro das diretrizes ou limites definidos. A conexão viável é assegurada antes da tentativa com base na carga do veículo terrestre 130, status operacional do veículo terrestre, eVTOL 50 e arredores do veículo terrestre e percurso de voo. Uma conexão sem fio configurada antes da conexão física permite a transferência de dados para que o eVTOL 50 esteja ciente do status da suspensão em tempo real do veículo 130 e tenha informações sobre o peso do veículo e o centro de gravidade.

[85] Uma vez que a conexão bem-sucedida é feita, o eVTOL 50 eleva verticalmente com o veículo 130 ou carroceria 134 no reboque, aumentando o empuxo do conjunto do rotor 64. Na figura 8b, as asas inferiores 74 são posicionadas para estabilizar os veículos por meio da rotação dianteira da asa na figura 8d. A figura 8b ilustra a alternativa em que a carroceria 134 é levantada da estrada sem o chassi 136. O chassi 136 é totalmente autônomo e continua dirigindo na estrada para um local de espera para recarregar ou para um local do próximo uso para o chassi. Veículo 130 é coletado como um todo com o chassi 136 na figura 8c. Na figura 8e, as asas inferiores 74 estão totalmente abertas para fornecer elevação e atingir a posição de voo horizontal final na figura 8 f .

[86] As figuras 9a-9d ilustram eVTOL 50 deixando o veículo 130 em uma estrada com o veículo em movimento. Na figura 9a, o empuxo do conjunto de rotor 64 é orientado mais verticalmente e as asas inferiores 74 começam a dobrar para reduzir a elevação. A extremidade inferior da lança aérea 52 começa a balançar para a frente sob o conjunto do rotor 64 conforme a elevação é reduzida. Devido à rápida desaceleração, a carga oscila para frente na frente do conjunto de rotor 64 na figura 9b e 9c, e então rapidamente de volta à figura 9d. O conjunto do rotor 64 fornece elevação momentânea conforme a lança aérea 52 é girado para trás e, em seguida, a carroceria 134 continua para frente na mesma velocidade sem perda de altitude.

[87] Na figura 9d, eVTOL 50 está em uma posição semelhante à figura 8a quando o veículo 130 foi coletado. EVTOL 50 está viajando horizontalmente acima de uma estrada em que o veículo 130 será deixado. O sistema de suspensão ativa definiria a atitude do veículo 130 usando a força da roda precessional após a liberação. As rodas do veículo 130 giram para coincidir com a velocidade de solo no pouso. Ajustes automáticos para taxa de mola de suspensão ativa e amortecimento garantiriam um pouso automatizado suave do veículo terrestre 130 na estrada. Coleta e recarga sob demanda por eVTOL 50 permitem a redução para a faixa máxima do veículo 130, permitindo baterias menores e veículos em geral mais baratos.

[88] Um veículo pode ser retirado de uma paralisação, mas largado em movimento ou retirado em movimento e largado em uma paralisação. O veículo 130 também pode ser retirado de uma plataforma móvel, como um vagão, uma plataforma em um trilho magnético ou um trailer de mesa. O veículo 130 também pode ser deixado viajando em marcha à ré para melhor proteger os passageiros. O pouso reverso pode ser realizado pelo eVTOL 50 girando suas asas para trás ou o conector de carga útil 80 pode fornecer a capacidade de girar o veículo 130. O pouso reverso pode ocorrer regularmente ou pode ser um procedimento de emergência.

[89] EVTOL 50 é projetado para vôo totalmente autônomo, mas tem capacidade de modo de vôo manual ou de realidade aumentada disponível. EVTOL 50 é normalmente estável, então o vôo manual sem controles de estabilidade estará possível. Nas fases iniciais do sistema de transporte usando eVTOL 50, a supervisão do piloto remoto do sistema pode ser usada. Um único piloto pode monitorar remotamente vários drones conforme o sistema se aproxima da automação total.

[90] EVTOL 50 é projetado para segurança. A alta razão de planeio fornecida por quatro asas longas 54 e 74 aumenta a chance de pouso bem-sucedido após a perda de potência, além de aumentar a eficiência em geral. Tanto o veículo 130 quanto o eVTOL 50 podem ter sistemas de pára-quedas ativos ou passivos para salvar vidas e o equipamento em caso de falhas mais graves, por exemplo, no caso de uma substância química, bateria, hidrocarboneto ou incêndio de combustível. O eVTOL 50 pode ser configurado para separar as asas inferiores 74 da lança aérea 52 a fim de permitir que as asas inferiores fiquem com o veículo terrestre e deslizem para proporcionar segurança. O torque precessional das rodas do veículo 130 pode controlar a atitude da aeronave enquanto o veículo terrestre desliza para a segurança usando as asas inferiores 74. O torque precessional também pode ser usado para posicionar o veículo terrestre quanto ao impacto se deixado com ou sem asas 74, ou mesmo com todo o eVTOL 50 fixado. O sistema de fixação universal do eVTOL 50 permite a evacuação de emergência rápida pelo eVTOL mais próximo.

[91] A figura 10a ilustra um silo de armazenamento 150 com eVTOL 50 estacionado dentro do silo de armazenamento. O silo de armazenamento 150 inclui um cilindro longo e fino 152 no qual a lança aérea 52 pode descer com as asas 74 e 54 dobradas. Uma doca 154 na parte inferior do cilindro 152 fornece uma conexão ao eVTOL 50 para recarregar as baterias, descarregar ou carregar dados ou realizar diagnósticos. A doca 154 se conecta ao conector de carga útil 80, semelhante à doca 132 do veículo

130. As paredes do cilindro 152 podem incluir câmeras, sensores ou outros componentes para realizar diagnósticos físicos no eVTOL 50. O diagnóstico também pode ser realizado por meio da conexão de dados da doca 154. As paredes do cilindro 152 também podem incluir torneiras de água, escovas e outros elementos para limpar eVTOL 50 enquanto estacionado.

[92] A cabeça 156 do silo de armazenamento 150 é dimensionada para se ajustar ao conjunto de rotor 64 ou qualquer outro sistema de propulsão em uso para um eVTOL particular. Em uma modalidade, o conjunto de rotor 64 do eVTOL 50 repousa sobre uma superfície inferior da cabeça 156 quando estacionado e a lança aérea 52 fica abaixo do conjunto de rotor. Uma porção mais larga do cilindro 152 pode acomodar as pás 62. Em outras modalidades, a doca 154 suporta o peso do eVTOL 50 na parte inferior do cilindro 152 e as pás 62 podem estar contidas dentro da cabeça 156. Uma tampa 158 protege o interior do silo 150, incluindo eVTOL 50 quando estacionado, da chuva e de outras condições climáticas, vida selvagem local ou contra roubos ou danos. Uma dobradiça 160 permite que a tampa 158 abra para decolagem ou pouso do eVTOL 50.

[93] A figura 10b ilustra um arranjo de silos de armazenamento 150 enterrados no solo. Arranjos de silos de armazenamento 150 podem ser colocados em qualquer local conveniente dentro ou nas proximidades de um centro da cidade. Silos 150 fornecem uma solução de armazenamento produzível em massa conveniente para eVTOL 50 retornar quando a recarga ou outra manutenção for necessária. Normalmente, uma grande cidade pode ter milhares de eVTOL 50 para atender aos cidadãos da cidade. Em determinado momento, alguma porcentagem do total de eVTOL 50 da cidade ficará vagueando no ar esperando a coleta de passageiros, e alguma porcentagem estará dentro de um silo 150 para manutenção. Aqueles eVTOL 50 que estão esperando por um passageiro retornarão ao silo 150 assim que a energia da bateria disponível estiver abaixo de um limite apropriado.

[94] O armazenamento em silo oferece serviço sob demanda 24 horas. eVTOL 50 em sobrevôo de espera ficam disponíveis para coleta muito rápida de um veículo 130 que solicita um voo. A capacidade do eVTOL 50 em sobrevoar no espaço aéreo acima da área que está sendo atendida fornece movimento rápido de veículos durante períodos de intenso tráfego. A lança aérea 52 contém baterias ou combustível suficientes para se manter em atividade durante um período de trabalho de quatro a seis horas. EVTOL 50 adicional pode ser implantado a partir dos silos de armazenamento conforme a demanda aumenta. Ter uma grande capacidade de silos de armazenamento 150 também permite que o eVTOL 50 seja mobilizado a partir dos silos, em vez de permanecer no ar durante horas de baixo ruído ou em áreas de baixo ruído. O armazenamento em silo do eVTOL 50 oferece serviço sob demanda 24 horas por dia.

[95] Além de serem enterrados no solo, os silos de armazenamento 150 podem ser construídos em prédios altos no centro da cidade, como mostrado na figura 6c. O silo 150 pode ser estendido de edifícios altos 170 usando braços robóticos para permitir que um eVTOL 50 estacione. O silo 150 contendo um eVTOL 50 estacionado pode ser movido roboticamente para um local de armazenamento interno a edifícios altos170, e um novo silo vazio estendido do edifício para armazenar outro eVTOL 50.

Quando um eVTOL 50 é carregado ou precisa decolar por outro motivo, o silo com esse eVTOL pode ser estendido do edifício alto 170 usando o mesmo ou um braço robótico diferente para decolagem.

[96] A carroceria 134 ou o veículo 130 podem ser armazenados no edifício alto 170 em um mecanismo semelhante. Em um cenário, uma mulher trabalha em um edifício alto 170. A funcionária entra em seu veículo e sai da garagem em casa. Um eVTOL 50 está sobrevoando nas proximidades e coleta a carroceria do veículo da funcionária através da doca 132 quando ela indica que está tudo pronto para a ação. Assim que a carroceria 134 tiver sido coletada, o chassi 136 pode retornar automaticamente à garagem da funcionária se não for contratado para ser disponibilizado em outro lugar. O eVTOL 50 segue voando com a carroceria do veículo 134 com a funcionária como ocupante até o edifício alto 170. É necessária apenas a carroceria 134, sem chassi 136, pois a funcionária está sendo deixada em seu local de trabalho e a carroceria ficará armazenada no mesmo local. Não há necessidade da funcionária dirigir durante o dia. O eVTOL segue automaticamente para um ponto de coleta de passageiros designado para a funcionária sair e caminhar até seu posto de trabalho. A carroceria do automóvel 134 é de propriedade pessoal da funcionária, portanto eVTOL 50 pega a carroceria e a larga através de um braço robótico que se estende do edifício alto 170 designado para veículos. Se o eVTOL 50 precisar de recarga ou manutenção, o eVTOL poderá voar para outro braço robótico designado para estacionar o eVTOL.

[97] Durante o dia, se por qualquer motivo o funcionária precisar dirigir em algum lugar próximo ao edifício alto 170, um drone poderá recuperar sua carroceria 134 e acoplá- la a um chassi alugado 136 para condução local. Se a funcinária costuma dirigir durante o dia, ela poderá ter solicitado que o eVTOL 50 traga seu chassi 136 no início do dia. No final do dia, a funcionária solicita um eVTOL 50 para coletar a carroceria do seu automóvel 134, coletá-la no local de coleta designado e deixá-la em casa. O chassi da funcionária 136 pode sair automaticamente da garagem para estacionar a carroceria 134 no chassi. Uma variedade de esquemas pode ser implementada para agilizar as viagens e melhorar o acesso conveniente.

[98] Cidades adjacentes à orla podem armazenar milhares de silos 150 presos em grades flutuantes. A figura lOd ilustra vários silos 150 travados juntos em um corpo de água. Os silos 150 incluem quatro mecanismos de travamento 174 localizados ortogonalmente em torno da cabeça 156 de cada silo. Mecanismos de bloqueio 174 fixam-se uns aos outros mecanicamente para evitar que os silos flutuem longe uns dos outros. A tampa 158 pode ter um mecanismo de elevação embutido permitindo que um eVTOL 50 levante todo o silo 150, permitindo que os eVTOLs montem automaticamente o sistema de grade.

[99] Os silos flutuantes 150 podem ter capacidade de geração de energia que alimenta os silos e recarrega o eVTOL 50 usando a energia das ondas da água circundante. A energia também pode ser gerada a partir de painéis solares nas tampas 158. Em uma modalidade, cada silo 150 em uma matriz é totalmente autossuficiente e inclui baterias para armazenar energia gerada pelas ondas e energia solar para carregar um eVTOL 50. Em outra modalidade, cada silo inclui uma pequena bateria, com um ou mais silos 150 totalmente dedicados ao alojamento de baterias para armazenamento de energia sem a capacidade de estacionar um eVTOL

50. Silos 150 podem transmitir energia entre si por meio de interconexões elétricas em mecanismos de travamento 174. Informações de status e outros dados também podem ser transmitidos por meio de interconexões elétricas em mecanismos de bloqueio 174. Um ou mais silos dedicados 150 também podem ser preenchidos com combustível líquido para reabastecer eVTOLs 50 e eVTOLs híbridos.

[100] O sistema de transporte que compreende eVTOL 50 com lança aérea 52 não exigirá grandes projetos de infraestrutura. O sistema pode ser auxiliado pelo posicionamento do sensor ao longo das principais vias para fornecer a localização precisa do veículo. A propriedade pessoal vai estimular os fabricantes automotivos e aeroespaciais a aumentar a produção para atender à demanda. O sistema eVTOL 50 altamente eficiente permitirá que as empresas automotivas continuem a usar alumínio em vez de fibra de carbono no processo de fabricação. O uso de alumínio é essencial para reter as técnicas de fabricação de alto volume necessárias para reduzir custos e acelerar a demanda - acelerando a transição para veículos de passageiros compatíveis com eVTOL 50. A configuração da estrutura de fibra de carbono eVTOL 50 é simples, mas exigirá o cumprimento rigoros dos padrões de fabricação aeroespaciais para garantir a segurança. O projeto estreito do veículo 130 dobrará efetivamente a capacidade da estrada como uma solução para o congestionamento intraurbano. Embora possa parecer contra- intuitivo, produzir milhões de automóveis adaptados a eVTOL anualmente reduzirá rapidamente o congestionamento do tráfego e melhorará a qualidade do ar.

[101] A divisão do veículo voador em duas porções, eVTOL 50 e veículo terrestre 130, permite que ambos sejam otimizados separadamente. O projeto modular fornece uma solução prática de sistemas para o voo eVTOL, atendendo igualmente às necessidades da indústria e do consumidor. O projeto fornece transporte VTOL contínuo sob demanda, abrangendo a maioria dos setores da indústria de transporte.

[102] EVTOL 50 com lança aérea 52 transforma o voo VTOL em um serviço sob demanda acessível e centrado no cliente. O projeto oferece suporte à propriedade privada, incentivando os consumidores a comprar novos automóveis com VTOL devido à capacidade de valor agregado, ou seja, melhor qualidade de condução, desempenho e segurança. Um dos recursos mais vendidos será a experiência de voo praticamente silencioso por meio do sistema de propulsão remota. A compra de um novo automóvel adaptado a eVTOL 130 permitirá que o proprietário voe pela cidade ou pelo estado sem problemas ou complicações. O EVTOL 50 eliminará a necessidade de construir aeroportos - os recursos se concentrariam no desenvolvimento de sistemas de controle de vôo e sistemas de controle de tráfego aéreo que serão necessários independentemente do veículo escolhido. EVTOL 50 com lança aérea 52 combinado com veículo 130 resolve os problemas associados ao VTOL de transporte urbano, eVTOL e veículos de transporte terrestre.

[103] O projeto modular é capaz de abranger a maioria dos setores da indústria de transporte. Vários eVTOL 50 podem ser acoplados para serviço de ônibus de metrô ou veículos de entrega de maior porte. Uma modalidade poderia ser táxis de largura estreita, como mostrado nas figuras 11a e lib, em que os ocupantes poderiam ficar em pé em vez de sentar. Isso permitiria ao veículo ajustar sua posição pré-colisão para alterar sua posição final. No caso dos táxis com ocupantes em pé, painéis flexíveis dianteiros, traseiros e laterais ao redor dos ocupantes do veículo podem ser usados para absorver e distribuir energia sobre uma porcentagem maior da superfície corporal dos ocupantes. Ficar em pé permitiria uma maior ocupação por veículo.

[104] As figuras 11a e lib ilustram uma grande carroceria de veículo 180. A carroceria do veículo grande é compatível com o chassi 136 e eVTOL 50. Na figura 11a, o corpo 180 é montado no topo de dois chassis 136. Usar dois chassis 136 em tandem aumenta a capacidade de elevação e melhora o controle de veículos maiores. Os dois chassis 136 se comunicam um com o outro com ou sem fio para coordenar a inclinação e outras qualidades de suspensão.

[105] Da mesma forma, na figura lib, dois eVTOL 50 são ilustrados anexados à carroceria 134. Usar um par de eVTOL 50 aumenta a capacidade de elevação e alcance. Qualquer número de eVTOL 50 pode ser usado para levantar uma carga arbitrariamente grande. eVTOL 50 pode anexar a uma carga lado a lado, como mostrado na figura lib, ou anexar uma à outra ponta a ponta para combinar a potência de impulso. Na figura lib, a potência de quatro eVTOL 50 poderia ser combinada usando dois pares ponta a ponta de eVTOL dispostos lado a lado. A capacidade de combinar vários eVTOL 50 para aumentar a capacidade de elevação reduz a necessidade de fabricar eVTOL maiores.

[106] As figuras 12a-12d ilustram uma aeronave movida a foguete que adapta o conceito de lança aérea 52 para velocidades de viagem mais rápidas e distâncias de viagem mais longas, incluindo o espaço sideral. VTOL 200 na figura 12a tem uma cúpula de foguete 202 como sistema de propulsão, essencialmente substituindo o conjunto de rotor 64 acima. A cúpula 202 tem motores de foguete 204 formados em um anel em torno da borda inferior da cúpula. Os motores de foguete 204 são foguetes de bico em forma de sino convencionais. A cúpula 202 tem um anel de carga temporário ou removível 206 na parte superior da cúpula para transportar o VTOL 200 usando um guindaste ou outro mecanismo de elevação.

[107] A lança espacial 210 é fixado à cúpula 202 por uma junta rotativa semelhante à junta rotativa 56 acima. A cúpula articulada 202 é capaz de usar vetorização de empuxo para mudar a trajetória do VTOL 200. A lança espacial 210 oferece espaço para armazenamento de combustível líquido de foguete, bem como baterias para operação do sistema eletrônico.

[108] A lança espacial 210 inclui uma corrediça de retenção de ponta de asa 212 que pode segurar a ponta das asas 74 em uma configuração de asa delta. Ou seja, as asas 74 são orientadas paralelamente à lança espacial 210 e ambas as asas estão em um plano semelhante estendendo-se para fora da lança espacial. A corrediça 212 mantém as pontas das asas 74 contra a lança espacial 210 e as juntas rotativas 76 permitem que as asas flexionem e atuem como superfícies de controle. As asas de linha pontilhada 54 na figura 12c ilustram a direção de flexão quando a junta 56 é girada. As asas podem girar para a configuração delta em uma altitude predefinida ou podem ser travadas no lugar durante a decolagem. Em outra modalidade, o VTOL 200 é lançado com asas estáticas ou sem asas em geral.

[109] O veículo 130 pode ser carregado como carga útil para VTOL 200 ou qualquer outra carga útil pode ser transportada. O veículo 130 pode ter um escudo térmico anexado sob o veículo no lugar do chassi 136 para proteger o veículo durante a decolagem, vôo e reentrada. Uma junta de manilha 216 é usada para transportar a carga útil. Uma junta rotativa anexa o veículo 130 à junta da manilha 216, o que permite que o veículo gire paralelamente à lança espacial 210 para deslocamento, como mostrado na figura 12d. Alternativamente, uma carga útil pode ser carregada em uma cápsula em formato de sino 220 para fixação ao VTOL 200 como mostrado na figura 12c. A carga também pode ser disposta acima das asas 74.

[110] A figura 12b ilustra uma modalidade alternativa para cúpula de foguete 202. Dentro do círculo de motores de foguete 204 está um bocal aerospike truncado 222. O bocal do Aerospike 222 orienta o empuxo dos motores de foguete 204 no caminho do escapamento a partir do motor a jato ramjet 224. As setas pontilhadas na figura 12b ilustram o caminho do ar através do ramjet 224. O escapamento do jato do ramjet 224 e o escapamento do foguete dos motores do foguete 204 combinam para formar uma pluma de empuxo circular focada. Uma tela interna tipo jetscreen opcional 228 tem formato circular para direcionar o escapamento em torno da lança espacial 210 e da carga útil.

[111] A cúpula de grande diâmetro 202 fornece fluxo de ar limpo para o motor ramjet 224. O cone de entrada ajustável do motor ramjet 224 pode ser movido para frente para fechar a entrada para fins de reentrada. Os gases de escape dos motores de foguete 204 que se movem além da extremidade do bocal aerospike 222 criam um vácuo puxando o ar através do bocal de escapamento do motor a jato, localizado entre o bocal truncado aerospike e o "jet-screen interno" mais longo, permitindo que o motor a jato gere empuxo em velocidade mais baixa. Dado o tamanho da entrada do motor ramjet 224, o motor poderia operar como um Scramjet em maior velocidade e altitude. O escapamento da saída do ramjet 224 cria um limite interno entre o escapamento do foguete e a fuselagem, reduzindo as temperaturas na fuselagem. A camada limite interna de ar do escapamento de alta velocidade do ramjet reduz a difusão de empuxo do escapamento do foguete que ocorre com a diminuição da pressão conforme o veículo se move através da atmosfera.

[112] Uma segunda tela interna pode ser adicionada para direcionar o ar mais frio de uma abertura no topo da cúpula 202. A tela ficaria localizada no interior da tela do foguete e atuaria para resfriar ainda mais a lança espacial 210 e a carga. A cúpula 202 também pode ser equipada com foguetes e um motor a jato ramjet ou foguetes e jatos aerotérmicos sem ser uma configuração de aerospike.

[113] A figura 12d ilustra uma configuração de lançamento para VTOL 200. Um guindaste levanta VTOL 200 usando o anel de carregamento 206 e ajusta o lado inferior da cúpula em uma grade de lançamento 230. A cúpula 202 inclui uma estrutura de suporte integrada 232 dentro da estrutura de cúpula para suportar o peso do VTOL 200 na grade 230. A suspensão na cúpula 202 mantém o VTOL 200 em tensão antes da decolagem. A propulsão sendo localizada na cúpula 202 mantém o VTOL 200 em tensão durante a decolagem e o vôo. Manter o VTOL 200 em tensão permite mudanças benéficas no projeto de redução de peso tanto na estrutura quanto nos materiais. A localização do trator do sistema de propulsão também fornece maior estabilidade e controle em todo o envelope de vôo. A grade 230 pode ser permanentemente montada no solo, em trilhos, em uma pista magnética, em uma plataforma com rodas ou em qualquer outra base adequada.

[114] Uma vez lançada, a trajetória de vôo do VTOL 200 é controlada via vetorização de empuxo da cúpula de propulsão 202 através de estrangulamento independente dos bocais aerospike localizados em torno do perímetro da cúpula. A atitude da lança espacial 210 e da carga em relação à cúpula 202 é mantida por meio de empenamento das asas delta alongadas 74 localizadas em ambos os lados da fuselagem. O desprendimento da borda de ataque das asas da fuselagem permite que a asa se dobre na reentrada, proporcionando vôo controlado de volta à zona de pouso. Alternativamente, o VTOL 200 pode saltar de pára-quedas de volta à terra. Em uma modalidade, a carga se separa do VTOL 200 e cada paraquedas ou vôo planado desliza de volta para a Terra individualmente.

[115] Com o escudo térmico 214 fixado à parte inferior da carga montada no gimbal, o VTOL 200 pode reentrar na cúpula da atmosfera da Terra 202 primeiramente ou carregar primeiro. As asas 74 podem permanecer na configuração delta bloqueado durante a reentrada para controlar o voo.

[116] Embora uma ou mais modalidades da presente invenção tenham sido ilustradas em detalhes, o versado na técnica apreciará que modificações e adaptações poderão ser feitas sem se afastar do escopo da presente invenção, conforme estabelecido a seguir.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aeronave, caracterizada pelo fato de que ela compreende: uma lança; um conjunto de propulsão acoplado a uma primeira extremidade da lança; de uma primeira asa acoplada a uma segunda extremidade da lança.

2. Aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o conjunto de propulsão é acoplado à lança por uma junta rotativa.

3. Aeronave, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que ela inclui ainda uma segunda asa acoplada à junta rotativa.

4. Aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira asa é acoplada à lança por uma junta rotativa.

5. Aeronave, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a primeira asa é acoplada à junta rotativa por uma dobradiça.

6. Aeronave, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que ela inclui ainda um mecanismo de retenção de ponta de asa disposto na lança e configurado para facilitar o empenamento da primeira asa.

7. Aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ela inclui ainda uma carroceria de veículo acoplada à segunda extremidade da lança.

8. Aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a lança aloja uma fonte de energia para alimentar o conjunto de propulsão.

9. Aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ela inclui ainda um leme acoplado à segunda extremidade da lança.

10. Aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o conjunto de propulsão compreende uma cúpula de foguete com um motor aerotérmico integral capaz de impulsionar a aeronave além da atmosfera terrestre.

11. Método de transporte, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecimento de uma aeronave de decolagem e pouso vertical (VTOL) incluindo, uma lança um conjunto de propulsão acoplado a uma primeira extremidade da lança, uma primeira asa acoplada a uma segunda extremidade da lança e um conector de carga útil acoplado à segunda extremidade da lança; e fornecimento de um veículo terrestre compreendendo uma carroceria de veículo e uma doca disposta na carroceria de veículo; e coleta da carroceria do veículo com a aeronave VTOL fixando o conector de carga útil à doca.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ele inclui ainda coleta do veículo terrestre enquanto o veículo terrestre está em marcha.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ele inclui ainda coleta da carroceria do veículo com o VTOL enquanto um chassi do veículo terrestre é desconectado da carroceria do veículo.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ele inclui ainda estacionamento da aeronave VTOL em um silo de armazenamento, em que a aeronave VTOL é recarregada ou reabastecida.

15. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ele inclui ainda: vôo da aeronave VTOL verticalmente para coletar a carroceria do veículo; e transição para vôo horizontal após coletar a carroceria do veículo.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a transição para o voo horizontal inclui girar o conjunto de propulsão em relação à lança.

17. Método, de acordo com a norma 15, caracterizado pelo fato de que ele inclui ainda: orientação da primeira asa paralela à lança durante o voo da aeronave VTOL em sentido vertical; e orientação da primeira asa perpendicular à lança durante o vôo horizontal.

18. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ele inclui ainda coleta da carroceria do veículo com a aeronave VTOL e uma segunda aeronave VTOL em tandem.

19. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o veículo terrestre inclui uma suspensão inclinada de longo curso ativa.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que ele inclui ainda o sobrepreenchimento de um lado de líquido de um atuador de choque da suspensão inclinada de longo curso ativa para transmissão de um atributo de controle desejado.

21. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que ele inclui ainda o uso da suspensão inclinada de longo curso ativa para posicionar ativamente o veículo para proteger um ocupante do veículo e um pedestre em derredor.

22. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que ele inclui ainda o uso de um torque de roda em precessão do veículo terrestre para controlar uma atitude do veículo terrestre durante o voo, em que o veículo terrestre inclui direção em todas as rodas e tração em todas as rodas para controlar individualmente o torque de roda em precessão de cada roda.

23. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ele inclui ainda uma segunda asa acoplada à primeira extremidade da lança, em que a segunda asa é montada na lança em uma orientação reversa da primeira asa.