[001] A presente invenção faz referência a uma superfície de controle longitudinal de aeronaves, particularmente aeronaves turboélices/propfan com motores montados na porção traseira da fuselagem. Essa superfície de controle longitudinal é posicionada na estrutura de ligação do motor com a fuselagem. A invenção refere-se, ainda, a um sistema de controle longitudinal para aeronaves com motores dispostos em uma porção traseira da fuselagem e empenagens de controle convencionais, que pode ser usado em conjunto com as superfícies de comando convencionais para distribuição do controle longitudinal da aeronave. Por fim, a invenção refere-se a uma aeronave compreendendo tal sistema.

Descrição do estado da técnica

[002] Aeronaves com motores de elementos rotativos expostos como por exemplo, mas não limitados a turboélices e propfans, são usualmente utilizadas quando se procura uma aeronave com baixo consumo, para operação em pistas curtas, pequenas rotas e/ou possibilidade de operação em pistas não preparadas.

[003] No entanto, para uma melhor aceitação destas aeronaves em rotas regionais, os motores foram deslocados para a porção traseira da fuselagem da aeronave, com o objetivo de diminuir a exposição da cabine de passageiros aos elementos rotativos dos motores, tais como as grandes hélices, e reduzir o ruído na cabine de passageiros.

[004] Além disso, para proporcionar um aumento na eficiência propulsiva deste tipo de aeronave, o diâmetro das hélices foi aumentado resultando em uma ampliação nas dimensões dos pilones, que são as estruturas responsáveis pela integração da propulsão (motores) com a fuselagem da aeronave.

[005] Todas essas alterações na configuração das aeronaves turboélice resultaram em uma elevada estabilidade da configuração, prejudicando o controle longitudinal da aeronave, isto é, a configuração dificulta a retirada da aeronave de equilíbrio para que esta responda aos comandos de arfagem durante manobras em voo, requerendo grandes deflexões das superfícies de comando como o profundor, por exemplo. Além disso a elevada estabilidade exige grandes deflexões do estabilizador horizontal para que ocorra a compensação (trimagem) da aeronave em voo.

[006] Para tentar sanar esse problema, é possível a utilização de um canard, superfície sustentadora instalada na parte dianteira da fuselagem, que contribui para a diminuição da estabilidade da configuração e consequentemente no aumento do controle longitudinal deste modelo de aeronave. Entretanto, para aeronaves da categoria de transporte, a introdução de tal superfície na fuselagem dianteira atrapalha a operação da aeronave em solo como a utilização de fingers para o embarque e desembarque de passageiros, assim como operações básicas de movimentação e transporte de bagagens.

[007] Considerando que o profundor é a superfície de comando acionada para o controle de arfagem da aeronave (controle de elevação e abaixamento do nariz da aeronave), vários são os desenvolvimentos conhecidos para esse elemento com o objetivo de melhorar o seu desempenho e facilitar o seu comando. O documento WO98/21092, por exemplo, descreve flaps móveis dispostos nos pilones dos motores a jato montados na fuselagem traseira. Esses flaps são usados para gerar momentos de arfagem para baixar o nariz da aeronave, evitando o estol profundo. Nesse caso, o flap do pilone fornece momentos adicionais auxiliando na recuperação da inclinação do nariz da aeronave para baixo para diminuir o ângulo de ataque em uma condição de estol profundo, condição esta que faz com que a aeronave perca sustentação nas asas por estar em uma condição de elevação muito acentuada do nariz.

[008] Por esse motivo, a deflexão descrita pelo documento WO 98/21092 acontece apenas em uma direção e é utilizada apenas para uma condição específica (estol profundo).

[009] O documento WO2017114732, por sua vez, descreve uma aeronave com motores traseiros montados no estabilizador horizontal. O estabilizador horizontal compreende uma parte interna fixa ligada à fuselagem e contendo o profundor, duas partes externas móveis, cada uma posicionada de cada lado do estabilizador horizontal e longe da fuselagem, de modo que a parte interna fixa e as partes externas móveis são, pelo menos parcialmente, submetidas ao fluxo de ar vindo dos motores quando estes estão em uso. As partes móveis externas atuam de forma integral, ou seja, não são divididas em parte fixa e móvel, e têm a função de auxiliar a trimagem.

[010] Deste modo, o estado da técnica não conseguiu apresentar uma solução eficiente para a diminuição da estabilidade de aeronaves com a propulsão posicionada na porção traseira da fuselagem e estruturas de ligação do motor com a fuselagem de grandes proporções, assim como também não apresentou alternativas que possam aumentar o controle longitudinal em aeronaves com essa configuração.

Objetivos da invenção

[011] Assim, é um objetivo da presente invenção prover uma superfície de controle longitudinal de aeronaves posicionada na estrutura de ligação do motor com a fuselagem para aumento do controle longitudinal e garantir um balanço ótimo entre estabilidade e controle em aeronaves com motores de elementos rotativos expostos como por exemplo, mas não limitados a turboélices e propfans, com motores posicionados na porção traseira da fuselagem.

[012] A presente invenção também tem como objetivo, prover um sistema de controle longitudinal para aeronaves com motores dispostos em uma porção traseira da fuselagem e empenagens de controle convencionais, proporcionando uma distribuição do controle longitudinal e de estabilidade da aeronave entre as superfícies de controle longitudinal (objeto desta invenção), a empenagem horizontal e as superfícies de comando da aeronave.

[013] É também um objetivo desta invenção prover uma aeronave do tipo turboélice/propfan, com motores posicionados na porção traseira da fuselagem e compreendendo uma superfície de controle longitudinal posicionada na estrutura de ligação do motor com a fuselagem.

Breve descrição da invenção

[014] Portanto, a presente invenção compreende uma superfície de controle longitudinal de aeronaves com motores dispostos em uma porção traseira da fuselagem, a superfície de controle longitudinal sendo posicionada junto a uma borda traseira de uma estrutura de ligação do motor na fuselagem em uma junção articulável para cima e para baixo em relação à estrutura de ligação em resposta a um cornado de controle longitudinal da aeronave.

[015] É também um objeto dessa invenção um sistema de controle longitudinal para aeronaves com motores dispostos em uma porção traseira da fuselagem e empenagens de controle convencionais, o sistema compreendendo: estruturas de ligação dos motores na fuselagem de modo a posicionar um motor em cada lado da fuselagem; e empenagem horizontal e superfícies de controle horizontais ligadas a esta empenagem; o sistema de controle longitudinal compreende, ainda, superfícies de controle longitudinal da aeronave posicionadas junto às bordas traseiras da estrutura de ligação dos motores, ditas superfícies de controle longitudinal sendo articuláveis para cima e para baixo em relação à estrutura de ligação; e meios de controle das superfícies de controle longitudinal e das superfícies de comando para distribuição do controle longitudinal e de estabilidade da aeronave entre as duas superfícies.

[016] Outro objeto desta invenção é uma aeronave com motores dispostos em uma porção traseira da fuselagem, compreendendo o sistema de controle longitudinal.

Descrição detalhada das figuras

[017] Figura 1 - é uma vista esquemática superior de uma aeronave com motores de elementos rotativos expostos como por exemplo, mas não limitados a turboélices e propfans, com os motores posicionados na porção traseira da fuselagem e compreendendo uma superfície de controle longitudinal objeto desta invenção; e

[018] Figura 2 - é uma vista esquemática da superfície de controle longitudinal de aeronaves objeto desta invenção.

Descrição detalhada da invenção [019] O controle longitudinal, ou controle de arfagem, de uma aeronave é o comando que controla a elevação do nariz da aeronave de acordo com a etapa de voo. Essa movimentação é provida por superfícies de comando conhecidas como profundores, usualmente dispostas na empenagem horizontal das aeronaves. São superfícies móveis que defletem para cima e para baixo, de acordo com o comando inserido pelo piloto ou pelo computador de controle de voo, conduzindo a aeronave para uma rota ascendente ou descendente.

[020] O excesso de estabilidade em uma aeronave torna difícil a execução de manobras durante o voo, como a mudança na atitude do nariz. Essa característica exige deflexões bastante acentuadas dos profundores para que a aeronave responda satisfatoriamente a esse comando de arfagem e, com isso, o controle longitudinal dessa aeronave é prejudicado.

[021] Essa situação de controle longitudinal prejudicado pode ser encontrada em aeronaves turboélices/propfan que possuem os motores montados em grandes estruturas de pilone posicionadas na porção traseira de sua fuselagem, próximos à empenagem vertical e horizontal. Tais superfícies de pilone montadas na parte traseira da aeronave aumentam a estabilidade da configuração sem prover controle. Dessa forma essa configuração de aeronave apresenta elevada estabilidade causando prejuízos ao seu controle longitudinal.

[022] Nesse sentido e de acordo com uma concretização preferencial ilustrada nas figuras 1 e 2, a presente invenção refere-se a um sistema de controle longitudinal para aeronaves, particularmente aeronaves turboélices/propfan, com os motores 12 dispostos em uma porção traseira da fuselagem 11 , próximos a sua empenagem vertical 13. Este sistema de controle longitudinal para aeronaves compreende estruturas de ligação 20 dos motores 12 na fuselagem 11 , também conhecidas como pilones, que posicionam um motor 12 turboélice/propfan em cada lado da fuselagem 11. O sistema compreende, ainda, as superfícies de comando de arfagem 40, ou profundores, ligadas à empenagem horizontal 41 , que por sua vez podem também mover-se para realizar controle longitudinal.

[023] As estruturas de ligação 20 dos motores 12 na fuselagem 11 , dispostas uma em cada lado da fuselagem, são dotadas, cada uma, de uma superfície de controle longitudinal 30 da aeronave posicionada junto às suas bordas traseiras 21 , em uma junção articulada.

[024] Além disso, o sistema de controle longitudinal para aeronaves também compreende meios de controle das superfícies de controle longitudinal 30 e das superfícies de comando 41 , com o objetivo de distribuir a compensação longitudinal da aeronave entre estas duas superfícies, atribuindo robustez ao controle longitudinal dessa aeronave e alcançando um balanço ótimo entre controle e estabilidade. Com a superfície de controle 30 atuando como superfícies de controle secundário juntamente com a superfície 41 na aeronave, é possível encontrar um balanço ótimo no equilíbrio que minimize o arrasto da aeronave com momentos compensados.

[025] Essa superfície de controle longitudinal 30, ilustrada em detalhes na figura 2 e objeto da presente invenção, é posicionada junto à borda traseira 21 da estrutura de ligação 20 em uma junção articulada como já descrito. Desta forma, essa superfície de controle longitudinal 30 é articulável para cima e para baixo em relação à estrutura de ligação 20, em ângulos de deflexão (d) variáveis para cima ou para baixo, em resposta a um comando de controle longitudinal provido pelo piloto ou pelo sistema de controle automático da aeronave e executado pelos atuadores de controle que atuam nessa superfície. Em resumo, as principais funções são de controle longitudinal, através do momento aerodinâmico criado no centro de gravidade (CG) da aeronave pela sua deflexão em resposta aos controles de arfagem impostos pelo piloto ou pelo sistema de controle automático da aeronave e no auxílio da compensação da aeronave para obtenção do voo em equilíbrio, com menores deflexões da principal superfície de comando 41 secundária da aeronave.

[026] Em conjunto com a superfície de comando 41 , a superfície de controle longitudinal 30 é capaz de gerar forças e momentos suficientes para equilibrar a aeronave em voo trimado e também distribuir estas forças e momentos entre as superfícies para que a melhor condição global de sustentação, arrasto e tração seja atingida. É possível, por exemplo, gerar forças em sentidos diferentes entre as superfícies de controle longitudinal 30 e a superfície de comando 41 , para aproveitar o melhor desempenho aerodinâmico de cada superfície em uma determinada condição de voo.

[027] Desta forma, através da compensação da aeronave em uma condição de deflexão da superfície de controle longitudinal 30 e da superfície de comando 41 que proporciona um menor arrasto global da aeronave para cada condição de voo, é possível obter uma redução ativa de arrasto em todo o envelope de voo.

[028] Além disso, uma outra vantagem da presente invenção está na otimização da integração airframe e propulsão, em todas as fases de voo e condições do envelope da aeronave. Nesse sentido, o consumo da aeronave estará atrelado à eficiência do airframe e à eficiência do sistema propulsivo. Uma vez que a eficiência do sistema propulsivo é afetada pela sustentação gerada no conjunto formado pelas superfícies de controle longitudinal 30 e superfície de comando 41 , a mudança da deflexão da superfície de controle longitudinal 30 afeta a eficiência do sistema propulsivo, proporcionado a possibilidade da busca de uma eficiência ótima em todas as fases de voo. Tal característica não é possível no arranjo tradicional já conhecido do estado da técnica, com incidência do motor e das superfícies fixas em relação à fuselagem.

[029] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitadas tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.