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ITAR20130041A1 - AUXILIARY PROPULSION SYSTEM FOR TAKE OFF AND VERTICAL LANDING OF AIRPLANES THAT USES RECHARGEABLE ENERGY STORAGE SYSTEMS - Google Patents

AUXILIARY PROPULSION SYSTEM FOR TAKE OFF AND VERTICAL LANDING OF AIRPLANES THAT USES RECHARGEABLE ENERGY STORAGE SYSTEMS

Info

Publication number
ITAR20130041A1
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Authority
IT
Italy
Prior art keywords
thrust
additional
generators
airplane
energy
Prior art date
Application number
IT000041A
Other languages
Italian (it)
Inventor
Mario Burigo
Mascio Fabrizia Di
Marco Matteoni
Gianni Santarelli
Marcello Vignoli
Original Assignee
Navis S R L
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Navis S R L filed Critical Navis S R L
Priority to IT000041A priority Critical patent/ITAR20130041A1/en
Priority to PCT/IB2014/064961 priority patent/WO2015056124A1/en
Publication of ITAR20130041A1 publication Critical patent/ITAR20130041A1/en

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B64C29/0008Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded
    • B64C29/0016Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers
    • B64C29/0025Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers the propellers being fixed relative to the fuselage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02Aircraft characterised by the type or position of power plants
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    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64D27/00Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
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Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Fittings On The Vehicle Exterior For Carrying Loads, And Devices For Holding Or Mounting Articles (AREA)
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Description

TITOLO: Sistema di propulsione ausiliario per il decollo e l’atterraggio verticale di aeroplani che utilizza sistemi ricaricabili di accumulo energetico. TITLE: Auxiliary propulsion system for vertical take-off and landing of airplanes that uses rechargeable energy storage systems.

CAMPO DI APPLICAZIONE DELL’INVENZIONE FIELD OF APPLICATION OF THE INVENTION

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di propulsione ausiliaria per aeroplani pilotati o UAV (Unmanned Aerial Vehicle) con motore primario termico basato su uno o più sistemi di accumulo di energia ricaricabili in grado di fornire alte potenze specifiche per un tempo sufficientemente lungo di scarica da utilizzare con generatori di spinta dedicati, che diano livelli di spinta verticale superiori al peso dell’aereo, in modo che esso possa decollare ed atterrare verticalmente o quasi verticalmente. In tale ampia accezione il sistema totale di potenza dell’aeroplano viene qui definito “ibrido” in quanto costituito da almeno un motore aeronautico primario e da motori addizionali non endotermici che utilizzano energia accumulata sotto forma cinetica, elettrochimica, elettrica. The present invention refers to an auxiliary propulsion system for piloted airplanes or UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) with primary thermal engine based on one or more rechargeable energy storage systems capable of providing high specific powers for a sufficiently long discharge time. to be used with dedicated thrust generators, which give vertical thrust levels higher than the weight of the aircraft, so that it can take off and land vertically or almost vertically. In this broad sense, the total power system of the airplane is here defined as "hybrid" as it consists of at least one primary aircraft engine and additional non-endothermic engines that use stored energy in kinetic, electrochemical, electrical form.

BACKGROUND BACKGROUND

Uno degli elementi che più impatta sia economicamente che logisticamente sia sul tempo totale di viaggio nell’utilizzo di aeroplani è la necessaria presenza di aeroporti o comunque aviosuperfici che devono rispondere a precisi criteri ed essere adatti al tipo di aereo che li deve utilizzare. One of the elements that most impact both economically and logistically and on the total travel time in the use of airplanes is the necessary presence of airports or airfields that must meet specific criteria and be suitable for the type of aircraft that must use them.

In particolare è assai vincolante la lunghezza delle piste, che è funzione di diversi parametri sia ambientali (altezza s.l.m., ventosità, …) sia specifici di ogni aereo (velocità, peso,…) e che comunque, anche nel caso di piccoli aerei da turismo, non è mai inferiore ad alcune centinaia di metri. Inoltre tipicamente i velivoli leggeri capaci di operare da spazi ridotti, necessitano di grandi superfici alari e quindi hanno basse velocità di crociera. In particular, the length of the runways is very binding, which is a function of various environmental parameters (height above sea level, windiness, ...) and specific to each aircraft (speed, weight, ...) and that in any case, even in the case of small touring aircraft , is never less than a few hundred meters. Furthermore, typically light aircraft capable of operating from confined spaces require large wing surfaces and therefore have low cruising speeds.

Le superfici di decollo/atterraggio in genere sono abbastanza distanti da abitazioni, uffici o altri punti di interesse del viaggiatore e quindi comportano un allungamento del tempo di viaggio penalizzando le caratteristiche di crociera veloce e di economia dei mezzi aerei. The take-off / landing surfaces are generally quite distant from homes, offices or other points of interest for the traveler and therefore lead to an extension of the travel time, penalizing the fast cruising and economy characteristics of air vehicles.

Parallelamente per gli UAV (Unmanned Aerial Vehicle) che superano un ragionevole peso per essere lanciati a mano, non è sempre disponibile una superficie adatta per il decollo e l’atterraggio. Anche gli UAV leggeri lanciabili a mano presentano spesso un problema analogo in atterraggio. In parallel, for UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) that exceed a reasonable weight to be launched by hand, a suitable surface for take-off and landing is not always available. Hand-launching light UAVs also often have a similar problem on landing.

Al contempo gli elicotteri, aeromobili con un rapporto spinta verticale/peso superiore ad uno che consente loro di decollare ed atterrare verticalmente senza necessità di piste e aeroporti, non si sono diffusi in modo massiccio perché hanno costi di acquisizione e di esercizio molto elevati. Infatti, il rotore o i rotori dei quali sono dotati (eliche con due o più pale), per poter effettuare efficacemente il sostentamento e la traslazione, necessitano, oltre a vari accorgimenti costruttivi, di meccanismi per la rotazione delle pale lungo il loro asse e per l’inclinazione del piano del rotore con la continua e ciclica variazione del loro passo, che richiedono meccanismi di precisione fortemente sollecitati a fatica che quindi comportano elevati costi di revisione e manutenzione. Inoltre la potenza del o dei motori (alternativi o turbine) è relativamente più elevata degli aeroplani perché devono garantire una spinta superiore al peso mentre in condizioni di crociera la tipica configurazione aerodinamica del rotore ne limita la velocità operativa e ne peggiora il consumo per chilometro limitandone quindi il raggio d’azione. Il rotore richiede inoltre di essere collegato al propulsore tramite un grosso riduttore e una lunga trasmissione sollecitata da un momento torcente molto elevato e pulsante. Gli elicotteri sono perciò usati quando non vi sono mezzi alternativi o comunque quando non ci sono problemi di costo. In sostanza l’elicottero, per poter operare e decollare/atterrare verticalmente, ha elevati costi di produzione e manutenzione mentre non può avere la velocità, l’efficienza e l’autonomia degli aeroplani di costo comparabile. At the same time, helicopters, aircraft with a vertical thrust / weight ratio higher than one that allows them to take off and land vertically without the need for runways and airports, have not spread massively because they have very high acquisition and operating costs. In fact, the rotor or rotors with which they are equipped (propellers with two or more blades), in order to effectively carry out the support and translation, require, in addition to various constructive devices, mechanisms for the rotation of the blades along their axis and for the inclination of the rotor plane with the continuous and cyclical variation of their pitch, which require precision mechanisms highly stressed with fatigue which therefore entail high overhaul and maintenance costs. Furthermore, the power of the engine (s) (reciprocating or turbines) is relatively higher than the airplanes because they must guarantee a thrust higher than the weight while in cruising conditions the typical aerodynamic configuration of the rotor limits its operating speed and worsens its consumption per kilometer by limiting it. hence the range of action. The rotor also needs to be connected to the propeller by means of a large reduction gear and a long transmission stressed by a very high and pulsating torque. Helicopters are therefore used when there are no alternative means or in any case when there are no cost problems. In essence, the helicopter, in order to operate and take off / land vertically, has high production and maintenance costs while it cannot have the speed, efficiency and autonomy of airplanes of comparable cost.

Per ovviare ad alcune di queste difficoltà sono stati costruiti negli anni degli aerei a decollo verticale sia per usi civili sia per usi militari. Tale sperimentazione iniziata negli anni ’30 per l’elicottero e negli anni ’60 per velivoli VTOL (Vertical Takke-Off and Landing) a getto e convertiplani con motori endotermici ha avuto modesti successi pur a fronte di un elevatissimo costo in termini di vite umane e perdita di investimenti. L’aeroplano VTOL/STOL (Short Take-Off and Landing) si è diffuso poco a causa dei costi di gestione e dei consumi molto elevati. A parte gli elicotteri solo alcuni velivoli militari VTOL e Convertiplani sono operativi: L’Harrier AV8B e recentemente una versione del nuovo F-35 (F-35B capace di decollo corto ed atterraggio verticale entrambi con motori turbofan a getto) e il Bell Boeing V 22 Osprey tipico convertiplano a rotori capace di manovrare anche in volo stazionario (pur con varie limitazioni rispetto ad un elicottero convenzionale) mentre è tuttora in sperimentazione un convertiplano civile, l’ Agusta Westland AW 609, già in collaudo da alcuni anni e di cui è prevista la certificazione nel 2016. Tutte queste macchine oltre a costi di gestione estremamente elevati hanno alcune criticità per un normale impiego civile che ne rendono problematica e comunque estremamente costosa la certificazione. To overcome some of these difficulties, vertical take-off aircraft have been built over the years for both civil and military uses. This experimentation started in the 30s for the helicopter and in the 60s for VTOL (Vertical Takke-Off and Landing) jet aircraft and tiltrotors with internal combustion engines has had modest successes despite a very high cost in terms of human lives. and loss of investment. The VTOL / STOL (Short Take-Off and Landing) airplane did not spread much due to very high operating costs and consumption. Apart from the helicopters, only some military VTOL and Convertiplani aircraft are operational: the Harrier AV8B and recently a version of the new F-35 (F-35B capable of short take-off and vertical landing both with jet turbofan engines) and the Bell Boeing V 22 Typical Osprey tiltrotor with rotors capable of maneuvering even in stationary flight (albeit with various limitations compared to a conventional helicopter) while a civil tiltrotor is still being tested, the Agusta Westland AW 609, already in testing for some years and of which it is certification expected in 2016. In addition to extremely high operating costs, all these machines have some critical issues for normal civil use that make certification problematic and in any case extremely expensive.

Sinteticamente la produzione di una spinta sostentatrice superiore al peso si riduce tra la scelta tra motori endotermici estremamente potenti, relativamente alle esigenze di crociera, che accelerano ad altissima velocità una portata d’aria relativamente limitata tramite un certo numero di ugelli di dimensioni contenute e la scelta di accelerare una grandissima portata d’aria accelerandola con un modesto incremento di velocità tramite un motore moderatamente più potente rispetto a quello tipico di un velivolo convenzionale di pari peso totale. La prima soluzione è tipica dei velivoli VTOL mentre la seconda è tipica degli elicotteri. I convertiplani rappresentano una soluzione intermedia con grandi eliche orientabili con carico sul disco alquanto superiore a quello degli elicotteri in modo da consentire discrete velocità di crociera. Briefly, the production of a sustaining thrust greater than the weight is reduced between the choice between extremely powerful endothermic engines, relative to cruising requirements, which accelerate a relatively limited air flow rate to very high speed through a certain number of small nozzles and the choice of accelerating a very large air flow by accelerating it with a modest increase in speed by means of a moderately more powerful engine than that typical of a conventional aircraft of the same total weight. The first solution is typical of VTOL aircraft while the second is typical of helicopters. Tiltrotors represent an intermediate solution with large steerable propellers with somewhat higher disc load than helicopters in order to allow moderate cruising speeds.

Mentre negli elicotteri l’area del flusso propulsivo (area del rotore o dei rotori) è molto elevata e le pressioni dinamiche generate dal rotore sono di solito comprese tra 10 e 40 Kg/m2 (98-392 Pascal), che permettono ottimi rendimenti propulsivi (i.e. bassi valori di potenza installata rispetto al peso del aeromobile) nei convertiplano le aree propulsive sono ridotte e le pressioni variano tra 70 e 150 Kg/m2 (680-1470 Pascal) con una riduzione del rendimento propulsivo particolarmente a bassa velocità dove per altro è richiesta la massima spinta verticale. E nei velivoli a decollo verticale, con spinta ottenuta dal getto dei motori, le aree di flusso sono limitate e le pressioni raggiungono valori di 1 kg/cm2 (100 kPascal) con rendimenti propulsivi estremamente modesti particolarmente nelle operazioni a velocità bassa o nulla. While in helicopters the area of the propulsive flow (area of the rotor or rotors) is very high and the dynamic pressures generated by the rotor are usually between 10 and 40 Kg / m2 (98-392 Pascal), which allow excellent propulsive efficiency (i.e. low values of installed power with respect to the weight of the aircraft) in convertiplanes the propulsive areas are reduced and the pressures vary between 70 and 150 Kg / m2 (680-1470 Pascal) with a reduction in propulsive efficiency particularly at low speed where, for more maximum vertical thrust is required. And in vertical take-off aircraft, with thrust obtained from the jet of the engines, the flow areas are limited and the pressures reach values of 1 kg / cm2 (100 kPascal) with extremely modest propulsive efficiency, particularly in low or zero speed operations.

E’ evidente che se vi fosse la disponibilità di aerei a decollo verticale con costi di acquisto e gestione accettabili ed estremamente sicuri ed affidabili si potrebbero diffondere rapidamente. It is clear that if there were the availability of vertical take-off aircraft with acceptable and extremely safe and reliable purchase and management costs, they could spread rapidly.

Va anche rilevato che, diversamente da un elicottero, ad un aeroplano da turismo o da trasporto leggero capace di operare da ridottissime superfici non è richiesta una piena operatività in volo stazionario (ad es. per soccorrere naufraghi o alpinisti in difficoltà o per operazioni con carichi appesi, come con un elicottero) ma ad essi è richiesta solo la capacità di atterrare e decollare in sicurezza da piccole superfici e che tale fase, che può anche essere gestita automaticamente da un sistema di guida adeguato, in cui è necessaria una forte spinta verticale, è limitata a poche decine di secondi e richiede un modesto surplus di energia (pochi KWh) pur necessitando potenze notevoli per breve tempo. Va anche evidenziato che i convertiplani attualmente volanti pur potendo operare in volo stazionario non sono adatti al recupero con verricello di persone in difficoltà o cose per l’eccessiva violenza del getto dei rotori, molto più elevata di quella di un elicottero. Discorso analogo pur con richieste di accumulo energetico molto inferiori vale per gli UAV con capacità VTOL. It should also be noted that, unlike a helicopter, a tourist or light transport aircraft capable of operating from very small surfaces is not required to be fully operational in hovering (e.g. to rescue shipwrecked people or mountaineers in difficulty or for operations with loads hanging, as with a helicopter) but they are only required to be able to land and take off safely from small surfaces and that this phase, which can also be managed automatically by an adequate guidance system, in which a strong vertical thrust is required , is limited to a few tens of seconds and requires a modest surplus of energy (a few KWh) while requiring considerable power for a short time. It should also be noted that currently flying tiltrotors, although they can operate in hovering flight, are not suitable for the recovery of people in difficulty or things with a winch due to the excessive violence of the jet of the rotors, much higher than that of a helicopter. The same goes for UAVs with VTOL capability even with much lower energy storage requirements.

Recenti sviluppi tecnologici nell’ambito delle batterie, dei condensatori e delle ruote di inerzia appaiono rendere fattibile e conveniente l’utilizzo di sistemi di accumulo ad alta densità di energia (Wh/kg) che possono dare anche l’elevata potenza richiesta dagli aeroplani per generare la spinta richiesta nelle fasi di decollo e atterraggio verticali. Tali sistemi potranno essere ricaricati dal sistema di propulsione termica del velivolo, da un generatore ausiliario di bordo, da generatori a terra o dalla rete tramite appositi adattatori. Recent technological developments in the field of batteries, capacitors and inertia wheels appear to make it feasible and convenient to use high energy density (Wh / kg) storage systems that can also give the high power required by airplanes to generate the thrust required in the vertical take-off and landing phases. These systems can be recharged by the aircraft's thermal propulsion system, by an on-board auxiliary generator, by ground-based generators or by the network using suitable adapters.

Settori che promuovono un vivace sviluppo di tali tecnologie sono quello automobilistico agonistico e in particolare la Formula 1 o le gare di velocità endurance come la 24 ore di Le Mans ed il settore delle energie rinnovabili. Sectors that promote a lively development of these technologies are the competitive car industry and in particular Formula 1 or endurance speed races such as the 24 Hours of Le Mans and the renewable energy sector.

Negli ultimi anni, infatti, si sono sviluppati per le auto dei sistemi KERS (Kinetic Energy Recovery System) con un rapporto potenza/peso molto elevato che consentono di recuperare parte dell’energia cinetica generata durante le frenate per restituirla poi nelle fasi di accelerazione accrescendone così le prestazioni ed al contempo diminuendone i consumi. Un sostanziale impulso a questa tecnologia è stato dato dalla Formula 1, dove dal 2009 è possibile utilizzare dei KERS con una potenza addizionale massima di 60 kW per 6.6s. In fact, in recent years, KERS (Kinetic Energy Recovery System) systems have been developed for cars with a very high power / weight ratio that allow to recover part of the kinetic energy generated during braking to then return it in the acceleration phases, increasing it thus performance and at the same time decreasing consumption. A substantial boost to this technology has been given by Formula 1, where since 2009 it is possible to use KERS with an additional maximum power of 60 kW for 6.6s.

Esistono alcuni tipi di KERS; quello elettrico a batterie e/o condensatori (Ultracapacitors), meccanico a volano e CVT (Continuos Variable Transmisssion), e quello elettromeccanico a volano e motori / generatori elettrici ad alta velocità che si differenziano per come l’energia viene immagazzinata e restituita. There are some types of KERS; the electric one with batteries and / or capacitors (Ultracapacitors), the mechanical one with flywheel and CVT (Continuos Variable Transmisssion), and the electromechanical one with flywheel and high-speed electric motors / generators that differ in how the energy is stored and returned.

Come accennato oltre alle batterie e volani si possono usare come sistemi di accumulo anche dei condensatori o dei sistemi combinati batterie e condensatori. In particolare secondo una pubblicazione del DOE /EPRI (Department of Energy /Electrical Power Research Institute), Electricity Storage Handbook del Luglio 2013, le tecnologie attuali per elevate densità di potenza e di energia sono oltre ai volani ad alta velocità (High Speed flywheels), i nuovi condensatori basati su nanotecnologie (Nano Supercapacitors), le nuove batterie al Litio (Li-Ion , Li-Air) o in genere le batterie metallo aria (Metal-Air) As mentioned, in addition to batteries and flywheels, capacitors or combined coil and capacitor systems can also be used as storage systems. In particular, according to a DOE / EPRI (Department of Energy / Electrical Power Research Institute) publication, Electricity Storage Handbook of July 2013, current technologies for high power and energy densities are in addition to High Speed flywheels , the new capacitors based on nanotechnologies (Nano Supercapacitors), the new Lithium batteries (Li-Ion, Li-Air) or in general the metal-air batteries (Metal-Air)

In vista del nuovo regolamento della F1 per il 2014 sono già stati sviluppati sistemi di recupero chiamati ERS (Energy Recovery System) capaci di produrre 120 kW per 33s, immagazzinando cioè circa 1,1 kWh di energia, 10 volte maggiore rispetto al “vecchio” KERS del regolamento attuale. In view of the new F1 regulation for 2014, recovery systems called ERS (Energy Recovery System) have already been developed capable of producing 120 kW for 33s, that is, storing approximately 1.1 kWh of energy, 10 times greater than the "old" KERS of the current regulation.

Questi nuovi ERS pesano circa 8 kg, consentendo densità di potenza di 15 kW/ kg, ed hanno la possibilità di recuperare, oltre all’energia meccanica delle frenate attraverso una unità che viene ora chiamata MGUK (Motor Generator Unit – Kinetic), anche parte dell’energia termica dissipata dal motore termico, attraverso una unità chiamata per analogia MGUH (Motor Generator Unit – Heat). These new ERS weigh about 8 kg, allowing power density of 15 kW / kg, and have the possibility of recovering, in addition to the mechanical energy of braking through a unit that is now called MGUK (Motor Generator Unit - Kinetic), also part of the thermal energy dissipated by the heat engine, through a unit called by analogy MGUH (Motor Generator Unit - Heat).

Anche il settore delle energie rinnovabili richiede capacità di accumulo di energia per accrescere l’utilità di fonti energetiche rinnovabili, tipicamente discontinue, come i generatori solari e quelli eolici. Tali sistemi devono avere grandi capacità di accumulo a costi moderati garantendo eccellenti prestazioni e bassi costi di gestione per moltissimi cicli e per molti anni di servizio, a tal fine molte ricerche sono in atto e si stanno definendo sistemi con caratteristiche eccellenti. The renewable energy sector also requires energy storage capacity to increase the usefulness of renewable energy sources, typically discontinuous, such as solar and wind generators. Such systems must have large storage capacities at moderate costs, guaranteeing excellent performance and low operating costs for many cycles and for many years of service, for this purpose a lot of research is underway and systems with excellent characteristics are being defined.

Le prestazioni delle batterie stanno migliorando nel tempo mentre si preannunciano rapidi e radicali progressi sia nei sistemi di accumulo meccanici che utilizzano volani in materiali speciali e macchine elettriche reversibili capaci di elevatissime velocità sia nei sistemi di accumulo basati in tutto od in parte su ultracapacitors di nuova generazione. Battery performance is improving over time while rapid and radical progress is expected both in mechanical storage systems that use flywheels in special materials and reversible electric machines capable of very high speeds and in storage systems based entirely or in part on new ultracapacitors. generation.

Utilizzando questi elementi ricaricabili, cinetici e/o elettrici/elettrochimici e accoppiandoli opportunamente sia alla parte motrice dell’aeroplano (per derivare l’energia necessaria per la carica prima del decollo e prima dell’atterraggio e anche parte della sua potenza durante la fase iniziale del decollo e quella finale dell’atterraggio) sia a quella operatrice (trasferimento dell’energia, attraverso delle giranti di ventole, compressori o soffianti e/o a delle eliche, all’aria circostante, accelerandola e facendola fluire nella direzione o nelle direzioni volute) si può ottenere la necessaria spinta propulsiva, superiore in modulo al peso dell’aereo, per il tempo necessario al decollo e all’atterraggio verticali dell’aeromobile, garantendone anche eccellenti capacità di controllo degli assetti e degli spostamenti lungo i tre assi eliminando così la necessità di un aeroporto convenzionale. Using these rechargeable, kinetic and / or electrical / electrochemical elements and matching them appropriately to both the engine part of the airplane (to derive the energy required for charging before takeoff and before landing and also part of its power during the initial phase take-off and final landing) and to the operating one (transfer of energy, through impellers of fans, compressors or blowers and / or propellers, to the surrounding air, accelerating it and making it flow in the desired direction or directions) it is possible to obtain the necessary propulsive thrust, higher in modulus than the weight of the aircraft, for the time necessary for the vertical take-off and landing of the aircraft, also guaranteeing excellent ability to control the attitude and movements along the three axes, thus eliminating the need for a conventional airport.

Le grandezze in gioco sono già ora compatibili con l’impiego a livello dimostrativo degli attuali sistemi di immagazzinamento dell’energia sviluppati nell’automobilismo agonistico che sono capaci di fornire la potenza ausiliaria richiesta per le fasi di decollo ed atterraggio verticale o ultracorto di aeroplani da trasporto leggero e/o di UAV. The quantities involved are already compatible with the use at demonstration level of the current energy storage systems developed in competitive motoring which are capable of providing the auxiliary power required for the vertical or ultrashort take-off and landing phases of aircraft from light transport and / or UAVs.

Inoltre l’attività in corso sia nel settore dell’automobile che in quello delle energie rinnovabili sta portando alla costruzione in grande serie e quindi a costi contenuti elementi quali batterie, condensatori, volani, cuscinetti magnetici e motori/generatori ad alta velocità. Diversi costruttori stanno già proponendo dei prodotti molto adatti ad essere usati nella presente invenzione. A titolo di esempio la SKF sta commercializzando sia i cuscinetti magnetici sia un motore elettrico reversibile a magnete permanente per campi di velocità fino a 70,000 rpm. In addition, the ongoing activity both in the automobile sector and in the renewable energy sector is leading to mass-production and therefore cost-effective construction of elements such as batteries, capacitors, flywheels, magnetic bearings and high-speed motors / generators. Several manufacturers are already proposing products which are very suitable for use in the present invention. As an example, SKF is marketing both magnetic bearings and a permanent magnet reversible electric motor for speed ranges up to 70,000 rpm.

SOMMARIO SUMMARY

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di propulsione ausiliaria per aeroplani dotati di motore primario tradizionale, pilotati o UAV, che verrà chiamato RAPS (Rechargeable Auxiliary Propulsion System) basato principalmente su dispositivi ricaricabili di accumulo dell’energia ad alta densità e che possano fornire elevate potenza per unità di peso, il quale è costituito da: The present invention refers to an auxiliary propulsion system for airplanes equipped with a traditional primary engine, piloted or UAV, which will be called RAPS (Rechargeable Auxiliary Propulsion System) based mainly on rechargeable high-density energy storage devices and which can provide high power per unit of weight, which consists of:

• una sezione di accumulo con uno o più dispositivi ricaricabili di accumulo di energia RRSU (RAPS Rechargeable Storage Unit) sia in forma cinetica (volani), sia in forma elettrochimica o elettrica (batterie e/o super-condensatori). Una sezione di accumulo può essere costituita anche da una combinazione delle varie tipologie di unità; • a storage section with one or more RRSU (RAPS Rechargeable Storage Unit) rechargeable energy storage devices both in kinetic form (flywheels), and in electrochemical or electrical form (batteries and / or super-capacitors). An accumulation section can also consist of a combination of the various types of units;

• una sezione di ricarica costituita da uno o più dispositivi RRU (RAPS Recharge Units) capaci di derivare energia meccanica dal motore dell’aeroplano o da turbine ausiliarie, energia elettrica dal motore dell’aeroplano, da generatori esterni, da celle fotovoltaiche, dalla rete o dal recupero di energia termica dal motore termico primario; • a recharging section consisting of one or more RRU devices (RAPS Recharge Units) capable of deriving mechanical energy from the airplane engine or from auxiliary turbines, electrical energy from the airplane engine, from external generators, from photovoltaic cells, from the network o from the recovery of thermal energy from the primary heat engine;

• Uno o più generatori di spinta RTG (RAPS Thrust Generator) in grado di trasformare l’energia che gli viene fornita in un’accelerazione di un flusso di aria per ottenere una spinta totale superiore al peso dell’aeroplano. Le unità RTG saranno essenzialmente delle eliche e/o ventole anche intubate e/o controrotanti e avranno delle aree di flusso sufficientemente elevate per garantire una buona efficienza propulsiva, saranno collocate nelle posizioni più convenienti dell’aereo e potranno essere sia fisse che dispiegabili nelle fasi di decollo e di atterraggio per poi essere ripiegate e/o schermate da opportuni portelli al termine di tali fasi per non penalizzare l’aerodinamica dell’aeromobile durante le fasi di volo normale. L’aeroplano avrà quindi una configurazione per il decollo e l’atterraggio con le RTG aperte e/o dispiegate e una configurazione di crociera con le RTG chiuse e/o ripiegate. Il flusso propulsivo di ciascun RTG potrà essere orientato attorno ad assi paralleli all’asse di beccheggio dell’aeroplano e/o modulato in modulo per poter generare la spinta totale voluta e le coppie di rotazione attorno agli assi di beccheggio, rollio ed imbardata per controllare l’assetto dell’aeromobile e la sua traiettoria. Data la leggerezza e compattezza dei suoi componenti, le RTG potranno essere azionate da un doppio motore ed essere eventualmente controrotanti, e connesse ai motori in modo da tollerare l’avaria di un motore ed avere coppie di reazione trascurabili. Il sistema RAPS potrà consentire anche di interrompere in qualsiasi fase la manovra di atterraggio o di decollo e riportare il velivolo a condizioni operative sicure. I generatori di spinta potranno essere sia di tipo meccanico azionati tramite un albero motore, sia di tipo elettrico e quindi azionati da un motore elettrico dedicato. • One or more RTG thrust generators (RAPS Thrust Generator) capable of transforming the energy supplied to it into an acceleration of an air flow to obtain a total thrust greater than the weight of the airplane. The RTG units will essentially be propellers and / or fans also ducted and / or counter-rotating and will have sufficiently high flow areas to ensure good propulsive efficiency, they will be placed in the most convenient positions of the aircraft and can be both fixed and deployable in the phases take-off and landing and then be folded and / or screened by suitable hatches at the end of these phases in order not to penalize the aerodynamics of the aircraft during normal flight phases. The airplane will therefore have a take-off and landing configuration with the RTGs open and / or deployed and a cruise configuration with the RTGs closed and / or folded. The propulsive flow of each RTG can be oriented around axes parallel to the pitch axis of the airplane and / or modulated in module in order to generate the desired total thrust and the rotation torques around the pitch, roll and yaw axes to control the aircraft attitude and its trajectory. Given the lightness and compactness of its components, the RTGs can be driven by a double motor and possibly be counter-rotating, and connected to the motors in order to tolerate engine failure and have negligible reaction torques. The RAPS system will also allow you to interrupt the landing or take-off maneuver at any stage and bring the aircraft back to safe operating conditions. The thrust generators can be either of the mechanical type activated by means of a motor shaft, or of the electric type and therefore activated by a dedicated electric motor.

Una sezione di controllo RCU (RAPS Control Unit) costituito da tutti quegli elementi necessari per gestire il sistema in totale autonomia e / o parziale e / o totale controllo diretto del pilota che comprendono sensori ed attuatori per: An RCU (RAPS Control Unit) control section consisting of all those elements necessary to manage the system in total autonomy and / or partial and / or total direct control of the pilot which include sensors and actuators for:

o passare dalla configurazione di crociera alla configurazione di decollo ed atterraggio, o switch from the cruise configuration to the take-off and landing configuration,

o controllare l'assetto del velivolo e la sua traiettoria durante il decollo e l'atterraggio, o check the attitude of the aircraft and its trajectory during take-off and landing,

o passare dalla configurazione di decollo e di atterraggio alla configurazione di crociera, o switch from take-off and landing configuration to cruising configuration,

o monitorare e caricare le unità di accumulo RAPS. o monitor and charge the RAPS storage units.

Può essere previso anche un sistema APTOL (Assisted Precision Take Off and Landing) al quale il pilota può sovrapporre moderati cambiamenti o correzioni e, se necessario, abortire la manovra assistita. Le superfici portanti del velivolo potranno essere dotate di opportuni ipersostentatori in modo da facilitare la transizione dal volo verticale a quello orizzontale e viceversa. An APTOL (Assisted Precision Take Off and Landing) system can also be provided to which the pilot can superimpose moderate changes or corrections and, if necessary, abort the assisted maneuver. The bearing surfaces of the aircraft may be equipped with suitable flaps in order to facilitate the transition from vertical to horizontal flight and vice versa.

Parte della potenza per alimentare le RTG durante la prima fase del decollo e la fase finale dell’atterraggio potrà essere anche derivata dal motore endotermico dell’aeroplano analogamente ai sistemi ibridi usati nell’autotrazione e questo consentirà anche di avere maggiori margini sia sulla potenza che sull’energia richiesta per il decollo e l’atterraggio. La sezione di accumulo (e la sua capacità) è la parte più importante della presente invenzione e sono quindi opportune necessarie ulteriori considerazioni quantitative e qualitative: essa comprende almeno un dispositivo ricaricabile di accumulo di energia (RRSU) di capacità molto superiore sia in termini di energia accumulata che di potenza disponibile di quello che hanno di solito gli aeroplani (per avviare i motori e per alcune funzioni di bordo). In particolare gli elicotteri, che tra gli aeromobili a decollo verticale sono quelli che hanno la maggiore efficienza propulsiva grazie all’area molto elevata del disco (o dei dischi) rotore (il rapporto tra l’area totale di flusso propulsivo e il peso massimo al decollo è di circa 0,025 mq/kg), hanno un rapporto tra potenza installata del motore o dei motori che raramente scende sotto il valore di 0,30 kW/kg. Per i convertiplani che hanno aree di flusso inferiori (in questo caso il rapporto tra l’area totale di flusso e il peso massimo al decollo è di circa 0,008 mq/kg) si hanno rapporti potenza installata su peso di circa 0,35 kW/kg. Naturalmente i valori di potenza installata sugli elicotteri e convertiplani sono superiori a quelli strettamente necessari per decollare ed atterrare verticalmente. Per la presente invenzione, come già accennato, non si potranno realisticamente avere aree di flusso elevate come per gli elicotteri ma potendo disporre di più unità propulsive anche dispiegabili ci si potrà realisticamente avvicinarsi ai valori dei convertiplani (rapporti area totale di flusso rispetto al peso massimo al decollo di circa 0,008 mq/kg) ed avere rapporti tra la potenza che andrà ad alimentare le unità di propulsione RTG della presente invenzione ed il peso massimo al decollo dell’aeroplano simili a quelli dei convertiplani. Inoltre tale potenza dovrà essere fornita per un tempo sufficiente per garantire manovre di decollo e di atterraggio verticali o quasi verticali con un certo margine. Considerando inoltre che negli aeroplani leggeri si hanno in genere dei valori del rapporto tra la potenza installata del o dei motori endotermici in kW e il peso massimo al decollo che varia mediamente tra 0,10 e 0,20 kW/kg, si può pensare di sfruttare anche questa potenza, in aggiunta a quella fornita dagli accumulatori, durante la fase iniziale di decollo o finale di atterraggio, per alimentare le RTG. Per poter sfruttare anche la potenza del motore primario per azionare le unità RTG è opportuno che vi siano generatori elettrici di bordo in grado di trasformare buona parte della potenza meccanica generata dal motore in potenza elettrica o un accoppiamento meccanico tra il motore endotermico e almeno una unità propulsiva RTG. E quindi può anche essere necessario per sfruttare la potenza del motore primario in fase di decollo che i generatori di spinta orizzontale o le eliche propulsive tradizionali possano essere disinserite o fatte girare a passo praticamente nullo durante la prima fase del decollo e quella finale dell’atterraggio. Part of the power to power the RTGs during the first phase of take-off and the final phase of landing can also be derived from the internal combustion engine of the airplane similarly to the hybrid systems used in automotive and this will also allow for greater margins both on power and on the energy required for take-off and landing. The storage section (and its capacity) is the most important part of the present invention and therefore further quantitative and qualitative considerations are necessary: it includes at least one rechargeable energy storage device (RRSU) of much higher capacity both in terms of stored energy and available power than airplanes usually have (to start engines and some onboard functions). In particular helicopters, which among the vertical take-off aircraft are those that have the greatest propulsive efficiency thanks to the very high area of the rotor disc (or discs) (the ratio between the total area of propulsive flow and the maximum weight at take-off is about 0.025 m2 / kg), have a ratio between the installed power of the engine or engines that rarely falls below the value of 0.30 kW / kg. For convertiplanes that have smaller flow areas (in this case the ratio between the total flow area and the maximum take-off weight is about 0.008 m2 / kg), installed power to weight ratios of about 0.35 kW / kg. Naturally the installed power values on helicopters and tiltrotors are higher than those strictly necessary to take off and land vertically. For the present invention, as already mentioned, it will not be possible to realistically have high flow areas as for helicopters but being able to dispose of several propulsion units, also deployable, it will be possible to realistically approach the values of convertiplanes (total flow area ratios with respect to the maximum weight at take-off of about 0.008 m2 / kg) and have ratios between the power that will feed the RTG propulsion units of the present invention and the maximum take-off weight of the airplane similar to those of tiltrotors. Furthermore, this power must be supplied for a sufficient time to guarantee vertical or near vertical take-off and landing maneuvers with a certain margin. Furthermore, considering that in light airplanes there are generally values of the ratio between the installed power of the internal combustion engine (s) in kW and the maximum take-off weight which varies on average between 0.10 and 0.20 kW / kg, one can think of also exploit this power, in addition to that supplied by the accumulators, during the initial take-off or final landing phase, to power the RTGs. In order to also exploit the power of the primary motor to drive the RTG units, there should be on-board electrical generators capable of transforming a large part of the mechanical power generated by the motor into electrical power or a mechanical coupling between the endothermic engine and at least one unit. propulsive RTG. And therefore it may also be necessary to exploit the power of the primary engine during take-off that the horizontal thrust generators or traditional propellers can be disengaged or rotated at practically zero pitch during the first phase of take-off and the final phase of landing. .

La presente invenzione può assumere diverse configurazioni date dalle possibili combinazioni degli elementi che la compongono; ciò tuttavia non influisce sulla dinamica delle fasi decollo ed atterraggio, che restano pressoché immutate quale che sia la configurazione adottata. The present invention can assume different configurations given by the possible combinations of the elements that compose it; however, this does not affect the dynamics of the take-off and landing phases, which remain practically unchanged whatever the configuration adopted.

Utilizzando il RAPS si possono considerare tre fasi per il decollo: Using RAPS, three take-off phases can be considered:

a. una prima fase di volo verticale o quasi verticale fino ad una certa altezza, che dipende dagli ostacoli circostanti presenti, dalle condizioni meteo (velocità del vento in particolare) e da eventuale traffico aereo durante la quale è in azione il RAPS che fornisce una spinta risultante, rivolta prevalentemente verso l’alto, controllata in modulo e direzione. In questa fase si potrà sfruttare anche la potenza del propulsore primario tradizionale per azionare le unità di propulsione dedicate RTG; to. a first phase of vertical or almost vertical flight up to a certain height, which depends on the surrounding obstacles present, on the weather conditions (wind speed in particular) and on any air traffic during which the RAPS is in action which provides a resulting thrust , mainly facing upwards, controlled in module and direction. In this phase it will also be possible to exploit the power of the traditional primary engine to drive the dedicated RTG propulsion units;

b. una fase successiva di transizione nella quale, raggiunta una certa altezza, mantenendo in funzione il RAPS si utilizza anche il sistema propulsivo tradizionale dell’aereo per accelerare il velivolo fino a quando si raggiunge una velocità di traslazione sufficiente per avere la portanza necessaria delle ali per sostenere il velivolo. Durante questa fase la spinta totale fornita dal RAPS potrà essere orientata progressivamente dalla direzione verticale a quella orizzontale in quanto la progressiva portanza delle ali ridurrà progressivamente la necessità della spinta verticale generata dal RAPS. Alternativamente si potrà ridurre il modulo della spinta del RAPS e mantenendone l’orientamento prevalentemente verso l’alto. b. a subsequent transition phase in which, once a certain height has been reached, while maintaining the RAPS in operation, the traditional propulsion system of the aircraft is also used to accelerate the aircraft until a sufficient translation speed is reached to have the necessary lift of the wings to support the aircraft. During this phase the total thrust provided by the RAPS can be progressively oriented from the vertical to the horizontal direction as the progressive lift of the wings will progressively reduce the need for the vertical thrust generated by the RAPS. Alternatively, it is possible to reduce the thrust module of the RAPS and maintain its orientation mainly upwards.

c. la fase di volo tradizionale con il solo sistema di propulsione tradizionale. c. the traditional flight phase with only the traditional propulsion system.

Per quanto riguarda le reazioni e gli effetti inerziali del sistema RAPS sull’aeromobile essi dipendono dal numero di volani e giranti presenti, dalla loro disposizione e dagli accoppiamenti rotante/controrotante che si realizzeranno e che potranno essere gestiti a vantaggio della manovrabilità e della stabilità dell’aeroplano stesso. As for the reactions and inertial effects of the RAPS system on the aircraft, they depend on the number of flywheels and impellers present, on their arrangement and on the rotating / counter-rotating couplings that will be created and which can be managed to the advantage of the maneuverability and stability of the aircraft. airplane itself.

La quantità di energia da immagazzinare può essere ottenuta utilizzando, prima del decollo, il motore del velivolo per un certo tempo (ad esempio 30 kW per 5 min, o 50 kW per 3 min) e/o recuperando parte del calore prodotto dalla combustione attraverso unità tipo MGUH recentemente sviluppate per le competizioni automobilistiche. L’energia necessaria per caricare gli accumuli prima del decollo può anche essere ottenuta con l’uso di un dispositivo esterno di carica. The amount of energy to be stored can be obtained by using, before take-off, the engine of the aircraft for a certain time (for example 30 kW for 5 min, or 50 kW for 3 min) and / or by recovering part of the heat produced by combustion through MGUH type units recently developed for motor racing. The energy required to charge the accumulations before take-off can also be obtained with the use of an external charging device.

Le Figg. 1 e 2 danno un esempio, indicativo solo a fini dimostrativi di bilancio energetico necessario, della capacità del RAPS di prossima introduzione in Formula 1 di ottenere le traiettorie di decollo, ipotizzate per un aereo del peso di circa 500 kg, con spinta del propulsore primario di 1,000 N e velocità minima accettabile di 100 km/h e per un aereo del peso di 3000 kg, con spinta tradizionale di 7,500 N e velocità minima accettabile di 150 km/h. Figs. 1 and 2 give an example, indicative only for demonstration purposes of the necessary energy balance, of the ability of the RAPS soon to be introduced in Formula 1 to obtain the take-off trajectories, assumed for an aircraft weighing about 500 kg, with thrust from the primary engine of 1,000 N and minimum acceptable speed of 100 km / h and for an aircraft weighing 3000 kg, with traditional thrust of 7,500 N and minimum acceptable speed of 150 km / h.

Negli esempi riportati nelle figure 1 e 2 per evidenziare i buoni margini consentiti dall’invenzione, si è ipotizzato un valore del rapporto potenza / peso di circa 0,50 kW/kg molto maggiore di quello degli elicotteri e convertiplani. Per l’aereo da 500 kg si è quindi considerato nelle analisi un RAPS comprendente 2 unita di accumulo da 120 kW / 33 s per dare una spinta propulsiva addizionale massima di 6,000 N e per quello di 3,000 kg un RAPS comprendente 4 unità da 360 kW / 33 s per ottenere una spinta propulsiva addizionale massima di 36,000 N In the examples shown in Figures 1 and 2, to highlight the good margins allowed by the invention, a power / weight ratio of about 0.50 kW / kg was assumed to be much higher than that of helicopters and tiltrotors. For the 500 kg aircraft, the analyzes therefore considered a RAPS comprising 2 storage units of 120 kW / 33 s to give a maximum additional thrust of 6,000 N and for that of 3,000 kg a RAPS comprising 4 units of 360 kW / 33 s to obtain a maximum additional propulsive thrust of 36,000 N

La traiettorie di decollo scelte in questi esempi sono di gran lunga più estreme e vincolanti di quelle che abitualmente vengono utilizzate dagli elicotteri e questo per evidenziare i vantaggi dell’idea innovativa proposta e i margini che essa consentirebbe per il decollo verticale di aeroplani. The take-off trajectories chosen in these examples are far more extreme and binding than those usually used by helicopters and this to highlight the advantages of the innovative idea proposed and the margins it would allow for the vertical take-off of airplanes.

Una volta in volo e prima dell’atterraggio è possibile ricaricare le unità attraverso due modalità: Once in flight and before landing, the units can be recharged in two ways:

• Per mezzo del motore del velivolo stesso, utilizzando una parte della sua potenza disponibile (in genere i motori dispongono di potenze maggiori rispetto a quelle necessaria per la crociera) e/o recuperando attraverso unità MGUH parte dell’energia termica prodotta dal motore. • By means of the engine of the aircraft itself, using part of its available power (generally the engines have higher powers than those required for cruising) and / or by recovering part of the thermal energy produced by the engine through MGUH units.

• Per mezzo di generatori di bordo. Può trattarsi quindi di turbine montate appositamente come le RAT (Ram Air Turbine), comunemente installate sui grandi aerei e usate come sorgenti di alimentazione di emergenza in caso di perdita totale dei motori. Le RAT solitamente sono estratte solo in caso ne sia richiesto l’uso, generando energia grazie al flusso d'aria che le investe dovuto alla velocità del velivolo. Si possono anche usare celle fotovoltaiche montate sull’aereo, soluzione ritenuta utile principalmente in alcuni tipi di UAV. • By means of on-board generators. It can therefore be specially mounted turbines such as RATs (Ram Air Turbines), commonly installed on large aircraft and used as emergency power sources in the event of total engine loss. The RATs are usually extracted only if their use is required, generating energy thanks to the air flow that hits them due to the speed of the aircraft. It is also possible to use photovoltaic cells mounted on the plane, a solution considered useful mainly in some types of UAVs.

La potenza utilizzata per ricaricare in volo gli accumulatori dovrà essere compatibile con il tempo di volo e dipenderà anche dal livello di carica residuo degli accumulatori dopo il decollo. The power used to recharge the batteries in flight must be compatible with the flight time and will also depend on the remaining charge level of the batteries after take-off.

Analogamente per quanto riguarda l’atterraggio si possono considerare tre fasi: Similarly, with regard to landing, three phases can be considered:

a. La prima fase di volo tradizionale nella quale è comunque necessario scendere ad una altezza e ad una velocità compatibile con le caratteristiche dell’aeroplano, con eventuale traffico aereo locale e con gli ostacoli circostanti; to. The first traditional flight phase in which it is still necessary to descend to a height and speed compatible with the characteristics of the airplane, with any local air traffic and surrounding obstacles;

b. Una fase successiva nella quale il sistema di propulsione addizionale è portato in configurazione di decollo/atterraggio e poi attivato per fornire, modulandone il valore, una spinta addizionale tale da realizzare la traiettoria di volo desiderata nella decelerazione fino al volo stazionario realizzando poi il rateo di discesa desiderato eventualmente anche derivando energia dal motore primario. Durante il passaggio dalla configurazione di crociera a quella di decollo/atterraggio a seconda delle soluzioni scelte si avranno delle variazioni di portanza e resistenza dell’aeroplano che vanno adeguatamente considerata per mantenere sicuro il volo durante questa transizione; b. A subsequent phase in which the additional propulsion system is brought into take-off / landing configuration and then activated to provide, by modulating its value, an additional thrust such as to achieve the desired flight trajectory in deceleration up to stationary flight, then realizing the rate of flight. desired descent possibly also deriving energy from the primary motor. During the transition from the cruise configuration to the take-off / landing configuration, depending on the chosen solutions, there will be variations in the lift and drag of the airplane which must be adequately considered to keep the flight safe during this transition;

c. Una fase finale nella quale si disattiva il sistema di propulsione primario e si diminuisce gradualmente la spinta addizionali del RAPS, in modo da far scendere l’aeroplano seguendo la traiettoria con la velocità di discesa desiderata, controllando assetto e direzione mediante i meccanismi di manovra. Analogamente alla fase iniziale di decollo in questa fase sarà possibile sfruttare anche la potenza del motore primario per azionare le RTG. c. A final phase in which the primary propulsion system is deactivated and the additional thrust of the RAPS is gradually decreased, in order to make the airplane descend following the trajectory with the desired descent speed, controlling attitude and direction through the maneuvering mechanisms. Similarly to the initial take-off phase, in this phase it will also be possible to exploit the power of the primary engine to operate the RTGs.

Le Figg.3 e 4 riportano come puro esempio della capacità del RAPS di prossima introduzione in Formula 1 di ottenere le traiettorie di atterraggio desiderate per un aereo di 500 kg, che si porta in volo normale fino all’altezza di 100 m con velocità di 100 km/h e per un aereo di 3000 kg, che si porta analogamente fino all’altezza di 150 m con velocità di 150 km/h. Figs. 3 and 4 report as pure example of the ability of the RAPS soon to be introduced in Formula 1 to obtain the desired landing trajectories for a 500 kg aircraft, which is carried in normal flight up to a height of 100 m with a speed of 100 km / h and for an airplane of 3000 kg, which is similarly raised up to a height of 150 m with a speed of 150 km / h.

Anche in questo caso le traiettorie scelte di atterraggio sono molto più ampie di quelle che vengono fatte abitualmente dagli elicotteri per evidenziare i vantaggi dell’idea innovativa proposta e i margini che essa consentirebbe per l’atterraggio verticale di aeroplani. Also in this case, the chosen landing trajectories are much wider than those usually made by helicopters to highlight the advantages of the innovative idea proposed and the margins it would allow for the vertical landing of airplanes.

Il sistema RAPS consentirà anche di interrompere in qualsiasi fase la manovra di atterraggio o di decollo e riportare il velivolo a condizioni operative sicure. The RAPS system will also make it possible to interrupt the landing or take-off maneuver at any stage and return the aircraft to safe operating conditions.

Pur non essendo necessario, in linea teorica, specificare un numero minimo di elementi propulsivi, si farà riferimento nel testo e nei disegni, a solo scopo descrittivo e senza alcuna perdita di generalità, a delle versioni con quattro o sei unità RTG opportunamente disposte in modo da consentire una agevole gestione dell’aeromobile durante il decollo e l’atterraggio senza incidere in maniera troppo rilevante sulla complessità costruttiva. Although it is not theoretically necessary to specify a minimum number of propulsive elements, reference will be made in the text and drawings, for descriptive purposes only and without any loss of generality, to versions with four or six RTG units suitably arranged in a to allow easy management of the aircraft during take-off and landing without affecting too much on the construction complexity.

In una prima versione dell’invenzione, l’aeroplano è equipaggiato con: In a first version of the invention, the airplane is equipped with:

• un numero di RRSU di tipo cinetico in numero pari a quello dei generatori di spinta addizionali; • a number of kinetic type RRSUs equal to that of the additional thrust generators;

• una o più RTG meccaniche anche di tipo dispiegabile; • one or more mechanical RTGs, also of the deployable type;

• una o più RRU; • one or more RRUs;

• una RCU; • an RCU;

I volani sono posizionati nelle immediate vicinanze dei generatori di spinta (RTG) (idealmente in posizione coassiale). La configurazione è completata da un motore elettrico e un CVT per ogni volano. The flywheels are positioned in the immediate vicinity of the thrust generators (RTGs) (ideally in a coaxial position). The configuration is completed by an electric motor and a CVT for each flywheel.

In fase di carica, l’energia elettrica proveniente dalle RRU è trasferita ai motori elettrici e trasformata in energia cinetica; quindi attraverso i CVT viene inviata ai volani per l’accumulo. During the charging phase, the electricity from the RRUs is transferred to the electric motors and transformed into kinetic energy; then through the CVT it is sent to the flywheels for accumulation.

In fase di scarica, l’energia meccanica prelevata dai volani tramite i CVT è inviata alle eliche o ventole. Il controllo della stessa velocità è effettuato controllando la coppia meccanica scambiata tra l’ingresso e l’uscita del variatore. During the discharge phase, the mechanical energy taken from the flywheels through the CVTs is sent to the propellers or fans. The control of the same speed is carried out by checking the mechanical torque exchanged between the input and output of the variator.

In un’altra versione dell’invenzione, l’aereo è equipaggiato con: In another version of the invention, the aircraft is equipped with:

• Un numero di RRSU di tipo cinetico mossi da motori elettrici in numero pari a quello dei generatori di spinta addizionali; • A number of kinetic RRSUs driven by electric motors equal to that of the additional thrust generators;

• Una o più RTG elettriche anche di tipo dispiegabile; • One or more electrical RTGs, also of the deployable type;

• Una o più RRU; • One or more RRUs;

• Una RCU; • An RCU;

La configurazione è completata da un numero di unità MGU (Motor Generator Unit) in numero pari a quello dei generatori di spinta addizionali e da dispositivi di power management per il controllo dell’energia elettrica tra le componenti del sistema. The configuration is completed by a number of MGU units (Motor Generator Units) equal to that of the additional thrust generators and by power management devices for controlling the electrical energy between the system components.

Anche in questo caso i volani sono posizionati nelle immediate vicinanze dei propulsori (idealmente e se opportuno coassiali). Also in this case the flywheels are positioned in the immediate vicinity of the thrusters (ideally and if appropriate coaxial).

In fase di carica, l’energia elettrica proveniente dalla RRU viene inviata alle singole MGU per essere convertita in energia cinetica ed immagazzinata nei volani. During the charging phase, the electricity from the RRU is sent to the individual MGUs to be converted into kinetic energy and stored in the flywheels.

In fase di scarica, le unità MGU attuano la trasformazione inversa sull’energia prelevata dai volani ed essa, previo trattamento operato dai dispositivi di power management è trasferita ai generatori elettrici di spinta addizionali RTG’s. During the discharge phase, the MGU units carry out the reverse transformation on the energy taken from the flywheels and it, after treatment operated by the power management devices, is transferred to the additional electrical thrust generators RTG's.

In questa versione, la distribuzione dell’energia viene effettuata tramite collegamenti elettrici, il che permette di distribuire i generatori di spinta nelle posizioni più idonee essendo particolarmente agevole il loro collegamento. In this version, the energy distribution is carried out through electrical connections, which allows the thrust generators to be distributed in the most suitable positions, as their connection is particularly easy.

In un’altra versione dell’invenzione, l’aeroplano è equipaggiato con: In another version of the invention, the airplane is equipped with:

• Una o più RRSU di tipo cinetico; • One or more kinetic RRSUs;

• Una o più RTG elettriche anche di tipo dispiegabile; • One or more electrical RTGs, also of the deployable type;

• Una o più RRU; • One or more RRUs;

• Una RCU; • An RCU;

In tal caso il volano, o il banco di volani, saranno collocati possibilmente vicino alle unità di ricarica. In this case the flywheel, or the bank of flywheels, will be placed as close to the reloading units as possible.

E’ prevista anche una sola unità MGU che, in fase di carica, trasforma l’energia elettrica proveniente dalla RRU in energia meccanica per essere accumulata nel volano (o nei volani). There is also a single MGU unit which, during the charging phase, transforms the electrical energy from the RRU into mechanical energy to be stored in the flywheel (or flywheels).

In fase di scarica, l’MGU preleva energia meccanica dal volano (o dai volani) e la converte in energia elettrica. Quest’ultima, previo trattamento operato dai dispositivi di power management è quindi inviata ai generatori di spinta addizionali. During the discharge phase, the MGU takes mechanical energy from the flywheel (or flywheels) and converts it into electrical energy. The latter, after being treated by the power management devices, is then sent to the additional thrust generators.

In questa versione, come nella precedente, la distribuzione dell’energia viene effettuata tramite collegamenti elettrici, il che permette di distribuire i generatori di spinta ad nelle posizioni più idonee essendo particolarmente agevole il loro collegamento. In this version, as in the previous one, the energy distribution is carried out through electrical connections, which allows the thrust generators to be distributed in the most suitable positions, as their connection is particularly easy.

In un’altra versione dell’invenzione, l’aereo è equipaggiato con: In another version of the invention, the aircraft is equipped with:

• Una o più RRSU di tipo elettrochimico o elettrico; • One or more RRSU of electrochemical or electrical type;

• Una o più RTG elettriche anche di tipo dispiegabile; • One or more electrical RTGs, also of the deployable type;

• Una o più RRU; • One or more RRUs;

• Una RCU; • An RCU;

Anche in questo caso le unità di accumulo possono essere posizionate nelle immediate vicinanze delle unità di ricarica. Also in this case the storage units can be positioned in the immediate vicinity of the charging units.

La configurazione è completata da un numero adeguato di dispositivi di power management per il controllo del trasferimento di energia elettrica tra le componenti del sistema. The configuration is completed by an adequate number of power management devices to control the transfer of electrical energy between the system components.

In fase di carica, l’energia elettrica proveniente dalle RRU viene opportunamente trattata dai dispositivi di power management e quindi immagazzinata nella RRSU. During the charging phase, the electricity from the RRUs is suitably treated by the power management devices and then stored in the RRSU.

In fase di scarica, l’energia elettrica prelevata dalle RRSU, viene adattata alle esigenze dei carichi mediante dispositivi di power management e inviata ai generatori di spinta addizionali. Essendo, come in precedenza, la distribuzione di energia realizzata mediante collegamenti elettrici, i generatori di spinta addizionali possono essere distribuiti sulla superficie dell’aeroplano nelle posizioni più idonee risultando particolarmente agevole la loro connessione al resto del sistema. During the discharge phase, the electricity taken from the RRSU is adapted to the needs of the loads by means of power management devices and sent to the additional thrust generators. Since, as before, the distribution of energy is achieved through electrical connections, the additional thrust generators can be distributed on the surface of the airplane in the most suitable positions, making their connection to the rest of the system particularly easy.

In un’altra versione dell’invenzione, l’aereo è equipaggiato con: In another version of the invention, the aircraft is equipped with:

• Due o più RRSU di tipo sia cinetico che elettrochimico/elettrico; • Two or more RRSU of both kinetic and electrochemical / electrical type;

• Una o più RTG elettriche anche di tipo dispiegabile; • One or more electrical RTGs, also of the deployable type;

• Una o più RRU; • One or more RRUs;

• Una RCU; • An RCU;

In fase di carica quindi l’energia elettrica delle RRU, viene in parte o del tutto convertita in meccanica da unità MGU integrate con i volani in modo da ricaricarli, e in parte o del tutto adattata dai dispositivi di power management per essere immagazzinata negli accumulatori elettrochimici. La ripartizione dell’energia fra le RRSU sarà decisa dall’utente o dalla stessa unità di controllo, in base a parametri preferenziali predefiniti, alla capacità disponibile delle singole RRSU, etc… During the charging phase, therefore, the electrical energy of the RRUs is partially or completely converted into mechanics by MGU units integrated with the flywheels in order to recharge them, and partially or completely adapted by the power management devices to be stored in the accumulators electrochemicals. The distribution of energy between the RRSUs will be decided by the user or by the control unit itself, based on predefined preferential parameters, the available capacity of the individual RRSUs, etc ...

In fase di scarica: While discharging:

• l’MGU preleva energia cinetica dai volani, la trasforma in energia e, opportunamente condizionata dalle unità di power management, è inviata ai generatori di spinta addizionali (RTG); • the MGU takes kinetic energy from the flywheels, transforms it into energy and, suitably conditioned by the power management units, is sent to the additional thrust generators (RTG);

• gli accumulatori elettrochimici forniscono direttamente energia elettrica che, eventualmente adattata dalle unità di power management, è inviata ai generatori di spinta addizionali. • the electrochemical accumulators directly supply electricity which, possibly adapted by the power management units, is sent to the additional thrust generators.

Anche in questo caso, la distribuzione di energia avviene unicamente mediante collegamenti elettrici e i generatori di spinta addizionali possono quindi essere distribuiti sulla superficie dell’aeroplano nelle posizioni più idonee. Also in this case, the distribution of energy takes place only through electrical connections and the additional thrust generators can therefore be distributed on the surface of the airplane in the most suitable positions.

In tutte le versioni descritte precedentemente si potrà utilizzare anche la potenza fornita dal motore o dai motori primari tradizionali dell’aeroplano durante la prima fase del decollo e quella finale di atterraggio. Questo è possibile qualora esista un dispositivo che consenta di disinserire il sistema di spinta orizzontale tradizionale o consenta di portare l’elica al passo al minimo per poter sfruttare la potenza meccanica generata dal motore endotermico per azionare il generatore elettrico. In all the versions described above, it will also be possible to use the power supplied by the engine or the traditional primary engines of the airplane during the first phase of take-off and the final landing phase. This is possible if there is a device that allows you to disconnect the traditional horizontal thrust system or allows you to bring the propeller to a minimum pitch in order to take advantage of the mechanical power generated by the internal combustion engine to drive the electric generator.

In tutte le versioni descritte precedentemente la disposizione dei vari elementi potrà essere, compatibilmente con le loro dimensioni e ingombri, quella che meglio si adatta alle caratteristiche dell’aeroplano. A solo scopo illustrativo nella descrizione del brevetto e nelle tavole allegate verranno riportate alcune delle possibili soluzioni. In all the versions described above, the arrangement of the various elements may be, compatibly with their dimensions and overall dimensions, the one that best suits the characteristics of the airplane. For illustrative purposes only, some of the possible solutions will be reported in the description of the patent and in the attached tables.

In tutte le versioni precedenti le unità RTG potranno essere fisse o sistemate su supporti dispiegabili. In ogni caso esse potranno essere in una configurazione di atterraggio /decollo aperte e pronte per il funzionamento oppure in una configurazione di crociera chiuse. In all previous versions, the RTG units can be fixed or placed on deployable supports. In any case, they may be in an open and ready-to-operate landing / take-off configuration or in a closed cruise configuration.

DESCRIZIONE DESCRIPTION

In una prima versione dell’invenzione, il sistema di propulsione addizionale prevede un accumulo energetico di tipo cinetico e può essere schematizzato come in Fig. 5: complessivamente si hanno un numero di volani 100 pari al numero generatori di spinta addizionali 106 ad azionamento meccanico e la configurazione è completata da opportuni dispositivi di conversione dell’energia e di controllo della velocità. In a first version of the invention, the additional propulsion system provides for an energy storage of the kinetic type and can be schematized as in Fig. 5: overall there are a number of flywheels 100 equal to the number of additional thrust generators 106 with mechanical drive and the configuration is completed by suitable energy conversion and speed control devices.

In fase di carica, l’unità (o le unità) di ricarica 105 generano energia elettrica attraverso le modalità correntemente disponibili sull’aeroplano e che prevedono: During the charging phase, the charging unit (or units) 105 generate electricity through the methods currently available on the airplane and which include:

• prelievo di energia elettrica dal sistema di propulsione primario dell’aereo, da generatori o da celle fotovoltaiche; • withdrawal of electricity from the primary propulsion system of the aircraft, from generators or from photovoltaic cells;

• conversione di energia termica generata dal propulsore primario dell’aereo in energia elettrica; • conversion of thermal energy generated by the aircraft's primary engine into electrical energy;

• prelievo di energia meccanica dal sistema di propulsione primario o da turbine ausiliarie; • withdrawal of mechanical energy from the primary propulsion system or from auxiliary turbines;

Se vi è oltre ad energia elettrica, anche (o solo) energia meccanica che in questo caso viene convertita in energia elettrica tramite un generatore 102. L’energia elettrica viene quindi inviata verso le unità di accumulo. Immediatamente prima di esse sono posizionati dei motori elettrici 103 la cui funzione è quella di convertire l’energia elettrica in meccanica e quest’ultima viene utilizzata per ricaricare i volani (aumentarne la velocità di rotazione) mediante un variatore continuo di velocità CVT 104. If there is, in addition to electricity, also (or only) mechanical energy which in this case is converted into electricity by a generator 102. The electricity is then sent to the storage units. Immediately before them, 103 electric motors are positioned whose function is to convert electrical energy into mechanics and the latter is used to recharge the flywheels (increase their rotation speed) by means of a CVT 104 continuous speed variator.

In fase di scarica si preleva energia dai volani 100 tramite il variatore continuo di velocità 104 e la si invia direttamente verso i rispettivi generatori di spinta 106, controllando la potenza inviata tramite il controllo della coppia erogata. During the discharge phase, energy is taken from the flywheels 100 by means of the continuous speed variator 104 and sent directly to the respective thrust generators 106, controlling the power sent by controlling the torque delivered.

In questa fase è possibile inoltre utilizzare anche la potenza del motore (o dei motori) primario 101 dell’aeroplano. In this phase it is also possible to use the power of the airplane's primary engine (or engines) 101.

Le operazioni indicate si svolgono mediante i sensori e gli attuatori dell’unità di controllo che costituisce l’interfaccia tra utente e sistema. The operations indicated are carried out using the sensors and actuators of the control unit which constitutes the interface between the user and the system.

Come detto in precedenza, ci sono molte alternative per la disposizione dei generatori di spinta addizionali e degli altri componenti del sistema. Esse saranno funzione del loro numero, della struttura e del tipo di aeroplano oltre che della configurazione del sistema prescelta. A solo titolo di esempio e senza perdita di generalità, se ne illustreranno alcune. As mentioned earlier, there are many alternatives for the arrangement of the additional thrust generators and other system components. They will depend on their number, on the structure and type of aircraft as well as on the chosen system configuration. By way of example only and without loss of generality, some of them will be illustrated.

In particolare per la versione dell’invenzione appena descritta, sono possibili varie installazioni. Una possibile installazione è rappresentata in Fig. 6a, in cui è mostrata la disposizione dei vari elementi che costituiscono un sistema RAPS su un aeroplano 200. In questo caso i generatori di spinta addizionali 106 sono montati su degli appositi bracci dispiegabili 201, che possono ruotare attorno ad assi paralleli all’asse y per passare dalla configurazione di decollo/atterraggio illustrata nel Fig. 6a alla configurazione di crociera illustrata nella Fig. 6b con i dispositivi di propulsione addizionale in una posizione di riposo che, anche utilizzando appositi portelli, consenta di mantenere una buona efficienza aerodinamica dell’aeroplano. In particular, for the version of the invention just described, various installations are possible. A possible installation is shown in Fig. 6a, which shows the arrangement of the various elements that make up a RAPS system on an airplane 200. In this case the additional thrust generators 106 are mounted on special deployable arms 201, which can rotate around axes parallel to the y axis to pass from the take-off / landing configuration illustrated in Fig.6a to the cruise configuration illustrated in Fig.6b with the additional propulsion devices in a rest position which, even using suitable hatches, allows maintain good aerodynamic efficiency of the airplane.

Un’altra possibile installazione può essere con i generatori di spinta addizionali 106 montati su degli appositi bracci dispiegabili 201, che possono ruotare attorno ad assi paralleli all’asse z per passare dalla configurazione di decollo/atterraggio illustrata nel Fig. 7a alla configurazione di crociera illustrata nella Fig. 7b con i dispositivi di propulsione addizionale in una posizione di riposo che consenta di mantenere una buona efficienza aerodinamica dell’aeroplano. Another possible installation can be with the additional thrust generators 106 mounted on special deployable arms 201, which can rotate around axes parallel to the z axis to switch from the take-off / landing configuration shown in Fig.7a to the cruise configuration. shown in Fig. 7b with the additional propulsion devices in a rest position which allows to maintain good aerodynamic efficiency of the airplane.

In una ulteriore installazione illustrata in Fig. 8a i generatori di spinta addizionali 106 sono montati su bracci mobili 201, incernierati alle ali 202 con possibilità di ruotare lungo l’asse x (pitch). Ciò consente loro, in configurazione di crociera, di posizionarsi entro o sotto le ali stesse in modo da non inficiare l’aerodinamicità dell’aeroplano, eventualmente tramite portelli richiudibili (Fig. 8b). Possono inoltre essere eventualmente presenti dei piccoli generatori di spinta addizionali di coda. In a further installation illustrated in Fig. 8a the additional thrust generators 106 are mounted on movable arms 201, hinged to the wings 202 with the possibility of rotating along the x axis (pitch). This allows them, in a cruise configuration, to position themselves within or under the wings themselves so as not to affect the aerodynamics of the airplane, possibly through reclosable hatches (Fig. 8b). In addition, small additional tail thrust generators may also be present.

In tutti questi casi nella configurazione di decollo/atterraggio si potrà controllare la rotazione dei bracci 201 intorno all’asse x (pitch) e la velocità delle ventole 106 (in modo indipendente per ciascuna) per controllare l’assetto dell’aeroplano; In all these cases, in the take-off / landing configuration it is possible to control the rotation of the arms 201 around the x axis (pitch) and the speed of the fans 106 (independently for each) to control the attitude of the airplane;

E possibile anche una installazione come illustrato in Fig. 9. In questo caso i generatori di spinta 106 sono integrate nella struttura stessa dell’aeroplano 200 e sono fissi (sulle ali 202 e sulla fusoliera 203). In particolare, in questa configurazione, le aperture per le eliche/ventole sono dotate di appositi meccanismi di chiusura per le fasi di crociera e che invece nella configurazione di decollo/atterraggio nella parte di uscita hanno elementi che possono orientare i flussi d’aria per il controllo dell’aeroplano. La Fig. 10a mostra una sezione laterale di un profilo alare in corrispondenza di un generatore di spinta: il meccanismo di copertura 204 è completamente aperto, con le alette 204a che lo costituiscono disposte in verticale. Il flusso di aria 204b generato dalle pale è quindi diretto perpendicolarmente all’ala. An installation is also possible as illustrated in Fig. 9. In this case the thrust generators 106 are integrated into the structure of the airplane 200 and are fixed (on the wings 202 and on the fuselage 203). In particular, in this configuration, the openings for the propellers / fans are equipped with special closing mechanisms for the cruise phases and which, on the other hand, in the take-off / landing configuration in the exit part have elements that can direct the air flows to control of the airplane. Fig. 10a shows a lateral section of an airfoil in correspondence with a thrust generator: the covering mechanism 204 is completely open, with the fins 204a that constitute it arranged vertically. The air flow 204b generated by the blades is therefore directed perpendicular to the wing.

Variando l’angolazione delle alette 204a si può cambiare la direzione del flusso d’aria come mostrato in Fig. 10b. Quando l’aeroplano è in fase di volo di crociera (o comunque quando non è richiesto l’uso dei generatori di spinta addizionali) le alette 204a vengono portate in orizzontale, chiudendo l’apertura (Fig.10c). By varying the angle of the fins 204a you can change the direction of the air flow as shown in Fig. 10b. When the airplane is in a cruise flight phase (or in any case when the use of additional thrust generators is not required) the flaps 204a are brought horizontally, closing the opening (Fig.10c).

Le unità di accumulo 100 con il loro corredo di motori 103 e CVT 104, visto il loro limitato ingombro, sono montate immediatamente sopra i generatori di spinta addizionali 106. The storage units 100 with their set of engines 103 and CVT 104, given their limited size, are mounted immediately above the additional thrust generators 106.

L’unità di controllo 109 è collocata nella cabina di pilotaggio, ad integrare la strumentazione di bordo. Attraverso questa unità sarà possibile effettuare il passaggio dalla configurazione di decollo/atterraggio alla configurazione di crociera, controllare lo stato di carica e la carica degli accumulatori 100 e controllare la velocità di rotazione e l’orientamento del flusso di ciascun generatore di spinta 106. The control unit 109 is located in the cockpit, to integrate the on-board instrumentation. Through this unit it will be possible to switch from the take-off / landing configuration to the cruise configuration, check the state of charge and the charge of the accumulators 100 and control the rotation speed and flow orientation of each thrust generator 106.

Una seconda versione dell’invenzione prevede dispositivi di accumulo di tipo cinetico in numero pari ai generatori di spinta addizionali azionati, in questo caso, elettricamente, ed è mostrata in Fig. 11: rispetto al caso precedente non si interagisce con i volani tramite un variatore di velocità ma tramite delle unità Motore/Generatore (MGU, Motor/Generator Unit) 107. A second version of the invention provides for accumulation devices of the kinetic type in a number equal to the additional thrust generators operated, in this case, electrically, and is shown in Fig. 11: compared to the previous case there is no interaction with the flywheels by means of a variator speed but through Motor / Generator Units (MGU) 107.

Una unità MGU è un macchina elettrica reversibile in grado di funzionare sia come motore elettrico (e quindi trasformare energia elettrica in meccanica) sia come generatore (e trasformare energia meccanica in elettrica). An MGU unit is a reversible electric machine capable of functioning both as an electric motor (and therefore transforming electrical energy into mechanical energy) and as a generator (and transforming mechanical energy into electrical energy).

In fase di carica, l’unità (o le unità) di ricarica 105 funzionano esattamente come nel caso precedente, compresa l’eventuale conversione di energia meccanica in elettrica ad opera del generatore 102. L’energia elettrica risultante viene convertita in energia cinetica dalle singole MGU 107 e immagazzinata nei volani. During the charging phase, the charging unit (or units) 105 operate exactly as in the previous case, including the possible conversion of mechanical energy into electrical by the generator 102. The resulting electrical energy is converted into kinetic energy by the individual MGU 107 and stored in flywheels.

In fase di scarica, le MGU 107 prelevano energia cinetica dai rispettivi volani e la convertono in energia elettrica: prima che questa venga usata per azionare i generatori di spinta addizionali 106 transita in una unità di elettronica di potenza (power management) 108 che ne regola opportunamente i parametri in modo che sia compatibile con il carico (adeguamento dei livelli di tensione, di corrente, livellamento delle forme d’onda, etc…). During the discharge phase, the MGU 107 take kinetic energy from their respective flywheels and convert it into electrical energy: before this is used to drive the additional thrust generators 106 it passes through a power management unit 108 which regulates it suitably parameters so that it is compatible with the load (adjustment of voltage levels, current levels, smoothing of waveforms, etc…).

Come nel caso precedente in questa fase è possibile inoltre usare la potenza del motore (o dei motori) primario 101 dell’aeroplano. As in the previous case, in this phase it is also possible to use the power of the airplane's primary engine (or engines) 101.

Anche questa versione dell’invenzione si presta ad una disposizione degli elementi simile alla prima, con le unità di accumulo 100 (comprese di MGU 107 ed elettronica di potenza 108) nelle immediate vicinanze dei generatori di spinta addizionali 106. Also this version of the invention lends itself to an arrangement of the elements similar to the first, with the storage units 100 (including MGU 107 and power electronics 108) in the immediate vicinity of the additional thrust generators 106.

Come detto in precedenza, anche per questa versione i generatori di spinta addizionali e gli altri componenti del sistema potranno essere collocati nelle posizioni più convenienti. La configurazione scelta sarà funzione del numero di unità, della struttura e del tipo di aeroplano. As previously mentioned, also for this version the additional thrust generators and the other components of the system can be placed in the most convenient positions. The configuration chosen will depend on the number of units, the structure and the type of airplane.

In un’altra versione dell’invenzione, il sistema ha un volano (o un banco di volani) situato nelle immediate vicinanze (o comunque, quanto più possibile vicino) della sezione di ricarica, mentre i generatori addizionali di spinta sono azionati elettricamente come mostrato in Fig. 12. In another version of the invention, the system has a flywheel (or a bank of flywheels) located in the immediate vicinity (or in any case as close as possible) to the charging section, while the additional thrust generators are electrically operated as shown. in Fig. 12.

In fase di carica l’energia elettrica proveniente dalla sezione di ricarica, viene convertita in energia meccanica dalla MGU 107 e accumulata nel volano o nei volani 100. During the charging phase, the electricity from the charging section is converted into mechanical energy by the MGU 107 and stored in the flywheel or flywheels 100.

In fase di scarica, l’MGU 107, preleva energia meccanica dal volano 100, per inviarla ai generatori di spinta addizionali 106, a cui arriva dopo essere stata opportunamente elaborata dall’elettronica di potenza 108. During the discharge phase, the MGU 107 takes mechanical energy from the flywheel 100, to send it to the additional thrust generators 106, to which it arrives after being suitably processed by the power electronics 108.

Come nei casi precedenti in questa fase è possibile utilizzare anche la potenza del motore (o dei motori) primario 101 dell’aeroplano. As in the previous cases, in this phase it is also possible to use the power of the airplane's primary 101 engine (or engines).

Come per le precedenti versioni, ci sono diverse possibilità di collocare i generatori di spinta addizionali e gli altri componenti del sistema. As with previous versions, there are several possibilities to place additional thrust generators and other system components.

In un’altra versione dell’invenzione, la sezione di accumulo è di tipo elettrochimico/elettrico (ad esempio batterie o ultra-condensatori) mentre i generatori di spinta addizionali sono azionati elettricamente. Lo schema è visibile in Fig.13: in fase di carica, la sezione di ricarica 105 con eventuale generatore 102 funziona in modo analogo alle versioni precedenti. L’energia elettrica proveniente da essa viene debitamente condizionata da dispostivi di power management 108a dedicati per poi essere immagazzinata nel dispositivo di accumulo elettrochimico/elettrico 100a. In another version of the invention, the storage section is of the electrochemical / electrical type (for example batteries or ultra-capacitors) while the additional thrust generators are electrically operated. The diagram can be seen in Fig. 13: during the charging phase, the charging section 105 with possible generator 102 operates in the same way as the previous versions. The electricity coming from it is duly conditioned by dedicated power management devices 108a and then stored in the electrochemical / electrical storage device 100a.

In fase di scarica, l’accumulatore elettrochimico/elettrico 100a eroga energia elettrica ai generatori di spinta addizionali 106 a cui arriva previo trattamento nelle unità di power management 108 (presenti in numero pari a quello delle eliche). During the discharge phase, the electrochemical / electric accumulator 100a delivers electricity to the additional thrust generators 106 which it reaches after treatment in the power management units 108 (present in a number equal to that of the propellers).

Come nei casi precedenti è possibile utilizzare la potenza del motore (o dei motori) primario 101 dell’aeroplano. As in the previous cases, it is possible to use the power of the airplane's primary 101 engine (or engines).

Come nelle precedenti versioni sarà possibile collocare i generatori di spinta addizionali e degli altri componenti del sistema nei posti più convenienti ed essi potranno essere sia fissi che dispiegabili come illustrato nelle Figg.6, 7, 8 e 9. As in the previous versions it will be possible to place the additional thrust generators and the other components of the system in the most convenient places and they can be both fixed and deployable as illustrated in Figs. 6, 7, 8 and 9.

Una soluzione particolarmente adatta a quest’applicazione ma che può essere utilizzata da tutte le versioni illustrate può essere costituita da particolari elementi propulsivi raffigurati in Fig. 14. E’ costituita da un’elica o ventola 203 con un certo numero di pale 203a, collocata in uno spazio circolare che può essere fisso con l’aereo o montato su supporti dispiegabili. All’interno di questo spazio vi è un avvolgimento di tipo statorico 203b, mentre le punte delle pale sono collegate tra loro per mezzo di un anello metallico 203c su cui sono fissati dei magneti permanenti 203d. Viene quindi a costituirsi un motore elettrico esterno che può consentire risparmi di peso e che può raggiungere elevate velocità di rotazione. A solution particularly suitable for this application but which can be used by all the versions illustrated can be constituted by particular propulsive elements shown in Fig. 14. It consists of a propeller or fan 203 with a certain number of blades 203a, located in a circular space that can be fixed with the aircraft or mounted on deployable stands. Within this space there is a stator-type winding 203b, while the tips of the blades are connected to each other by means of a metal ring 203c on which permanent magnets 203d are fixed. An external electric motor is therefore formed which can allow weight savings and which can reach high rotation speeds.

Ovviamente tale soluzione tecnologica per le eliche/ventole è applicabile anche in tutti gli altri casi. Altrimenti il motore elettrico può essere collocato nel mozzo della ventola eventualmente tramite riduttore. Obviously, this technological solution for the propellers / fans is also applicable in all other cases. Otherwise the electric motor can be placed in the hub of the fan possibly by means of a reducer.

In un’altra versione dell’invenzione il sistema di accumulo è costituito sia da accumulatori cinetici, sia da accumulatori elettrochimici/elettrici ed è mostrata in Fig.15. In another version of the invention, the storage system consists of both kinetic accumulators and electrochemical / electrical accumulators and is shown in Fig. 15.

In fase di carica, l’energia elettrica proveniente dalla sezione di ricarica 105 viene convogliata in proporzioni stabilite dall’utente o, in automatico, dall’unità di controllo (in base a parametri quali carica residua dei singoli accumulatori, etc…) verso il volano (o i volani) 100 e verso gli accumulatori elettrochimici/elettrici 100a. Per quanto riguarda l’accumulo cinetico, l’unità MGU 107 si fa carico di convertire l’energia elettrica per poterla immagazzinare nel volano (o nei volani) 100. Per quanto riguarda l’accumulo elettrochimico/elettrico, l’energia elettrica può necessitare di essere opportunamente condizionata da una unità di power management 108a prima di essere raccolta nelle batterie o nei condensatori. During the charging phase, the electricity coming from the charging section 105 is conveyed in proportions established by the user or, automatically, by the control unit (based on parameters such as residual charge of the individual accumulators, etc ...) towards the flywheel (or flywheels) 100 and towards the electrochemical / electrical accumulators 100a. As for the kinetic accumulation, the MGU 107 unit takes care of converting the electrical energy in order to be able to store it in the flywheel (or flywheels) 100. As regards the electrochemical / electrical accumulation, the electrical energy may require to be suitably conditioned by a power management unit 108a before being collected in the batteries or capacitors.

In fase di scarica, l’energia viene richiesta ad una o entrambe le sezioni di accumulo su decisione dell’utente o dell’unità di controllo in base agli stessi parametri che ne regolano l’afflusso. Quella proveniente dai volani 100 ha bisogno di essere riconvertita in energia elettrica dall’unità MGU 107. La risultante viene indirizzata verso i generatori di spinta addizionali 106 a cui arriva dopo opportuno trattamento nelle unità di power management 108. During the discharge phase, energy is requested from one or both of the storage sections on the decision of the user or the control unit based on the same parameters that regulate the flow. The one coming from the flywheels 100 needs to be converted into electricity by the MGU 107 unit. The resulting one is directed towards the additional thrust generators 106 which it arrives after appropriate treatment in the power management units 108.

Come nelle precedenti versioni sarà possibile collocare i generatori di spinta addizionali e degli altri componenti del sistema nei posti più convenienti ed essi potranno essere sia fissi che dispiegabili come illustrato nelle Figg.6, 7, 8 e 9. As in the previous versions it will be possible to place the additional thrust generators and the other components of the system in the most convenient places and they can be both fixed and deployable as illustrated in Figs. 6, 7, 8 and 9.

Come nei casi precedenti è possibile inoltre utilizzare anche la potenza del motore (o dei motori) primario 101 dell’aeroplano nelle fasi in cui non è richiesta una elevata trazione orizzontale. As in the previous cases, it is also possible to use the power of the airplane's primary engine (or engines) 101 in the phases in which high horizontal traction is not required.

In Fig. 16a è mostrata una fase di decollo utilizzando il sistema oggetto della presente invenzione. Fig. 16a shows a take-off phase using the system object of the present invention.

L’aeroplano 200 è posizionato nel punto di decollo. Si predispone il sistema di propulsione addizionale nella configurazione di decollo/atterraggio e, alimentandolo, si genera una spinta 111a superiore al peso dell’aeroplano stesso (A), ottenendo il suo innalzamento lungo la perpendicolare al suolo fino ad un altezza h1 (B), compatibile con la manovra di transizione al volo di crociera e dipendente anche da eventuali ostacoli o traffico aereo presente nella zona. The 200 airplane is positioned at the take-off point. The additional propulsion system is set up in the take-off / landing configuration and, by feeding it, a thrust 111a greater than the weight of the airplane itself is generated (A), obtaining its elevation along the perpendicular to the ground up to a height h1 (B) , compatible with the maneuver of transition to the cruise flight and also dependent on any obstacles or air traffic present in the area.

Raggiunta tale quota si attiva il sistema di propulsione primario che dà luogo ad una forza orizzontale 111c il cui scopo è quello di aumentare la velocità traslazionale dell’aereo e quindi la portanza delle ali (C). Durante tutta questa fase, la spinta del sistema propulsivo addizionale resta orientata sempre verso l’alto anche se può essere ridotta in modulo. Quando la velocità lungo l’asse Y è tale da permettere il raggiungimento della condizione di autosostentamento, inizia la normale fase di crociera a carico del solo sistema di propulsione primario (D), mentre quello addizionale viene disattivato e riportato in configurazione di crociera chiuso. Once this altitude is reached, the primary propulsion system is activated which gives rise to a horizontal force 111c whose purpose is to increase the translational speed of the aircraft and therefore the lift of the wings (C). Throughout this phase, the thrust of the additional propulsion system always remains oriented upwards even if it can be reduced in modulus. When the speed along the Y axis is such as to allow the achievement of the self-supporting condition, the normal cruise phase begins with the primary propulsion system only (D), while the additional one is deactivated and returned to the closed cruise configuration.

Sempre in Fig. 16a è mostrata anche l’altra possibilità offerta dalla presente invenzione: una volta raggiunta la quota h1 e attivato il sistema di propulsione primario, al crescere della velocità orizzontale e quindi della portanza delle ali, la spinta del sistema addizionale può essere gradualmente orientata in avanti e posizionata come in 111b (andando cioè a formare un angolo α con la verticale). In tal modo essa dà luogo a due componenti: una verticale che eguaglia pressappoco la differenza tra peso dell’aeroplano e portanza delle ali in quel momento ed una orizzontale che va a sommarsi a quella del sistema di propulsione primario e quindi ad aumentare la velocità di traslazione orizzontale, permettendo il raggiungimento dell’autosostentamento in un minor tempo. Also shown in Fig.16a is the other possibility offered by the present invention: once the height h1 has been reached and the primary propulsion system is activated, as the horizontal speed and therefore the lift of the wings increase, the thrust of the additional system can be gradually oriented forward and positioned as in 111b (ie forming an angle α with the vertical). In this way it gives rise to two components: a vertical one that roughly equals the difference between the weight of the airplane and the lift of the wings at that moment and a horizontal one that adds to that of the primary propulsion system and therefore increases the speed of horizontal translation, allowing the achievement of self-sufficiency in a shorter time.

In Fig. 16b è rappresentata ancora una manovra di decollo in cui viene evidenziato come variando i vari flussi propulsivi si può variare l’assetto dell’aeroplano. In questo caso si potrebbero avere flussi propulsivi che non necessitano di meccanismi per orientarli rispetto all’aeroplano (orientando i generatori stessi nel caso essi siano dispiegabili o deviandone il flusso nel caso di generatori di spinta fissi) in quanto l’orientamento dei flussi rispetto alla verticale può essere ottenuto variando l’assetto stesso dell’aeroplano. In Fig. 16b another take-off maneuver is shown in which it is highlighted how by varying the various propulsive flows, the attitude of the airplane can be varied. In this case there could be propulsive flows that do not require mechanisms to orient them with respect to the airplane (orienting the generators themselves if they are deployable or diverting the flow in the case of fixed thrust generators) as the orientation of the flows with respect to the vertical can be obtained by varying the attitude of the airplane itself.

In Fig. 17a è mostrata una fase di atterraggio utilizzando il sistema oggetto della presente invenzione. Fig. 17a shows a landing phase using the system object of the present invention.

Mentre l’aeroplano 100, è in volo mosso dalla forza 111c del solo sistema propulsivo primario (A), il sistema propulsivo addizionale viene predisposto nella configurazione di decollo/atterraggio. L’aeroplano inizia la discesa verso una quota h2 compatibile con la manovra di transizione dal volo di crociera, con eventuale traffico aereo locale e con gli ostacoli circostanti, rallentando contestualmente la velocità (B) fino ad una condizione sicura di volo lento; si attiva quindi il sistema propulsivo addizionale che genera una spinta 111a. While the airplane 100 is in flight moved by the force 111c of the primary propulsion system only (A), the additional propulsion system is set up in the take-off / landing configuration. The airplane begins the descent towards a h2 altitude compatible with the transition maneuver from the cruise flight, with any local air traffic and the surrounding obstacles, simultaneously slowing down the speed (B) until a safe condition of slow flight; the additional propulsion system is then activated which generates thrust 111a.

L’intensità di questa spinta 111a sarà modulata per permettere una discesa alla velocità desiderata. Una volta a terra il sistema propulsivo addizionale viene disattivato e riportato nella configurazione di crociera (posizione di riposo). The intensity of this thrust 111a will be modulated to allow a descent at the desired speed. Once on the ground, the additional propulsion system is deactivated and returned to the cruise configuration (rest position).

Sempre in Fig. 17a è mostrata un’altra possibilità della presente invenzione: nella prima fase della manovra di atterraggio, il sistema di propulsione addizionale può essere attivato e orientato in modo (111b ) da contribuire al rallentamento dell’aeroplano (B). Con il diminuire della velocità orizzontale, la spinta 111b viene gradualmente orientata verso l’alto, formando un angolo α con la verticale (C), per contribuire al sostentamento del mezzo, per poi procedere alla discesa a velocità controllata. Durante questa ultima fase di discesa, i flussi prodotti dal sistema propulsivo addizionale non saranno obbligatoriamente verticali ma potranno essere orientati secondo necessità per mantenere il giusto assetto dell’aereo (D). Also in Fig. 17a another possibility of the present invention is shown: in the first phase of the landing maneuver, the additional propulsion system can be activated and oriented in a way (111b) to contribute to the slowdown of the airplane (B). As the horizontal speed decreases, the thrust 111b is gradually oriented upwards, forming an angle α with the vertical (C), to help support the vehicle, and then proceed to descend at a controlled speed. During this last phase of descent, the flows produced by the additional propulsion system will not necessarily be vertical but can be oriented as needed to maintain the correct attitude of the aircraft (D).

Nella Fig. 17b è ancora rappresentato una manovra di atterraggio in cui si mostra come modificando le varie spinte è possibile cambiare l'assetto dell'aereo. Come indicato in precedenza per la Fig. 16b anche in questo caso si possono avere flussi di propulsione che non richiedono meccanismi per orientarli rispetto all’aereo (orientando i generatori stessi nel caso siano dispiegabili o deviare il flusso nel caso di generatori di spinta fissi) ma l'orientamento del flussi propulsive dalla verticale può essere ottenuto variando l’assetto In Fig. 17b a landing maneuver is again represented in which it is shown how by modifying the various thrusts it is possible to change the attitude of the aircraft. As previously indicated for Fig.16b, also in this case it is possible to have propulsion flows that do not require mechanisms to orient them with respect to the aircraft (orienting the generators themselves if they are deployable or divert the flow in the case of fixed thrust generators) but the orientation of the propulsive flows from the vertical can be obtained by varying the attitude

stesso dell’aereo. same as the plane.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

La Fig. 1 mostra la traiettoria di decollo di un aereo del peso di 500 kg, equipaggiato con un propulsore primario di 1000N e con un sistema di propulsione addizionale composto da 2 unità di accumulo da 120kW/33s, fino al raggiungimento di una velocità orizzontale di 100 km/h. Fig. 1 shows the take-off trajectory of an aircraft weighing 500 kg, equipped with a primary propeller of 1000N and with an additional propulsion system consisting of 2 storage units of 120kW / 33s, until reaching a horizontal speed of 100 km / h.

La Fig. 2 mostra la traiettoria di decollo di un aereo del peso di 3000 kg, equipaggiato con un propulsore primario di 7500N e con un sistema di propulsione addizionale composto da 4 unità di accumulo da 360kW/33s, fino al raggiungimento di una velocità di 150 km/h. Fig. 2 shows the take-off trajectory of an airplane weighing 3000 kg, equipped with a primary thruster of 7500N and with an additional propulsion system consisting of 4 storage units of 360kW / 33s, until reaching a speed of 150 km / h.

La Fig. 3 mostra la traiettoria di atterraggio di un aereo che viaggia alla velocità di 100 km/h, del peso di 500 kg, equipaggiato con un propulsore primario di 1000N e con un sistema di propulsione addizionale composto da 2 unità di accumulo da 120kW/33s. Fig. 3 shows the landing trajectory of an aircraft traveling at a speed of 100 km / h, weighing 500 kg, equipped with a primary propeller of 1000N and with an additional propulsion system consisting of 2 storage units of 120kW. / 33s.

La Fig. 4 mostra la traiettoria di atterraggio di un aereo che viaggia alla velocità di 150 km/h, del peso di 3000 kg, equipaggiato con un propulsore primario di 7000N e con un sistema di propulsione addizionale composto da 4 unità di accumulo da 360kW/33s. Fig. 4 shows the landing trajectory of an airplane traveling at a speed of 150 km / h, weighing 3000 kg, equipped with a primary propeller of 7000N and with an additional propulsion system consisting of 4 storage units of 360kW. / 33s.

La Fig. 5 mostra una versione dell’invenzione con unità di accumulo di tipo cinetico in numero pari al numero di generatori di spinta addizionali azionati meccanicamente. Fig. 5 shows a version of the invention with kinetic type storage units equal to the number of additional mechanically operated thrust generators.

Le Figg. 6a e 6b mostrano una possibile installazione dell’invenzione utilizzando bracci ripiegabili e orientabili rispettivamente nella configurazione di decollo/atterraggio e in quella di crociera. Figs. 6a and 6b show a possible installation of the invention using foldable and adjustable arms respectively in the take-off / landing and in the cruise configuration.

Le Figg. 7a e 7b mostrano una possibile installazione dell’invenzione per aerei canard rispettivamente nella configurazione di decollo/atterraggio e in quella di crociera. Figs. 7a and 7b show a possible installation of the invention for canard aircraft respectively in the take-off / landing and in the cruise configuration.

Le Figg.8a e 8b mostrano un’altra possibile installazione dell’invenzione. Figs 8a and 8b show another possible installation of the invention.

La Fig. 9 mostra una possibile installazione dell’invenzione con i generatori di spinta addizionali fissi integrati nella struttura dell’aereo. Fig. 9 shows a possible installation of the invention with the additional fixed thrust generators integrated into the aircraft structure.

Le Figg. 10a, 10b, 10c mostrano un possibile meccanismo inferiore di copertura dei generatori di spinta addizionali nella posizione aperta, parzialmente aperta per deviare il flusso di aria, chiusa. Figs. 10a, 10b, 10c show a possible lower mechanism for covering the additional thrust generators in the open, partially open position to divert the air flow, closed.

La Fig. 11 mostra una versione dell’invenzione con unità di accumulo di tipo cinetico in numero pari al numero di generatori di spinta addizionali azionati elettricamente. Fig. 11 shows a version of the invention with kinetic type storage units equal to the number of additional electrically operated thrust generators.

La Fig. 12 mostra una versione dell’invenzione con unità di accumulo di tipo cinetico centralizzate e generatori di spinta addizionali azionati elettricamente. Fig. 12 shows a version of the invention with centralized kinetic type storage units and additional electrically operated thrust generators.

La Fig. 13 mostra una versione dell’invenzione con unità di accumulo di tipo elettrochimico/elettrico centralizzate e con generatori di spinta addizionali azionati elettricamente. Fig. 13 shows a version of the invention with centralized electrochemical / electrical storage units and with additional electrically operated thrust generators.

La Fig.14 mostra un particolare tipo di generatore di spinta che può essere utilizzato nella presente invenzione. Fig. 14 shows a particular type of thrust generator which can be used in the present invention.

La Fig. 15 mostra una versione dell’invenzione con unità di accumulo sia cinetico sia elettrochimico/elettrico centralizzate e con generatori di spinta addizionali azionati elettricamente. Fig. 15 shows a version of the invention with both kinetic and electrochemical / electrical centralized storage units and with additional electrically operated thrust generators.

La Fig.16a mostra manovra di decollo utilizzando il sistema rivendicato. Fig.16a shows take-off maneuver using the claimed system.

La Fig. 16b mostra l’esecuzione della manovra di decollo controllando anche l’assetto dell’aereo per orientare i flussi propulsivi. Fig. 16b shows the execution of the take-off maneuver also controlling the attitude of the aircraft to direct the propulsive flows.

La Fig. 17a mostra l’esecuzione della manovra di atterraggio utilizzando il sistema rivendicato. Fig. 17a shows the execution of the landing maneuver using the claimed system.

La Fig. 17b mostra l’esecuzione della manovra di atterraggio controllando anche l’assetto dell’aeroplano per orientare i flussi propulsivi. Fig. 17b shows the execution of the landing maneuver also controlling the attitude of the airplane to direct the propulsive flows.

Claims (1)

RIVENDICAZIONI 1. Un sistema di propulsione addizionale per la generazione di una spinta prevalentemente verticale per aeroplani, pilotati o senza pilota, dotati di motore o motori primari endotermici, che consenta decolli e atterraggi VTOL/STOL e che sia basato su un sistema ad accumulo di energia, usato anche in combinazione con il motore o i motori primari per alimentare dei generatori di spinta addizionali opportunamente posizionati, comprendente: a. almeno un dispositivo ricaricabile per l’accumulo di energia; b. uno o più generatori di spinta, distinti da quelli primari dell’aeroplano e costituiti da eliche e/o ventole anche intubate e controrotanti, alimentati da energia meccanica o elettrica, fissi e/o montati su elementi dispiegabili, in grado essere aperti in configurazione di decollo/atterraggio per produrre un’accelerazione del flusso di aria ed ottenere una spinta totale superiore al peso dell’aeroplano, anche orientando i flussi, e di poter essere chiusi in configurazione di crociera con chiusura delle aperture e/o il ripiegamento degli elementi apribili in modo da mantenere buone caratteristiche aerodinamiche dell’aereo per il volo con portanza alare; c. una unità di controllo per la gestione in totale autonomia, in parziale autonomia o su totale controllo del pilota, dotata di sensori ed attuatori per effettuare le manovre di decollo ed atterraggio; d. almeno una sezione di ricarica in cui si deriva potenza meccanica e/o termica e/o elettrica dal motore primario endotermico dell’aeroplano e/o da generatori ausiliari in dotazione all’aeroplano o esterni per ricaricare il dispositivo di accumulo di energia; 2. Un sistema definito secondo la rivendicazione 1) in cui: a. il/i dispositivo/i di accumulo dell’energia è costituito da volani; b. i generatori di spinta addizionali sono alimentati da energia meccanica; c. i generatori di spinta sono fissi; 3. Un sistema definito secondo la rivendicazione 1) in cui: a. il/i dispositivo/i di accumulo dell’energia è costituito da volani; b. i generatori di spinta sono alimentati da energia elettrica; c. i generatori di spinta sono fissi; 4. Un sistema definito secondo la rivendicazione 1) in cui: a. il/i dispositivo/i di accumulo dell’energia è costituito da batterie elettrochimiche o ultra-capacitori; b. i generatori di spinta addizionali sono alimentati da energia elettrica; c. i generatori di spinta sono fissi; 5. Un sistema definito secondo la rivendicazione 1) in cui: a. il/i dispositivo/i di accumulo sono una combinazione di volani, batterie e ultracapacitori; b. i generatori di spinta addizionali sono alimentati da energia elettrica o da energia meccanica; c. i generatori di spinta sono fissi; 6. Un sistema definito secondo le rivendicazioni 2), 3), 4) o 5)in cui i generatori di spinta invece di fissi sono dispiegabili; 7. Un metodo per effettuare il decollo verticale di aeroplani pilotati o senza pilota dotati di sistema primario di propulsione, pilotati o senza pilota, aventi uno più dispositivi ricaricabili per l’accumulo di energia, uno o più generatori di spinta addizionali, uno o più meccanismi di ricarica, una unità di controllo, comprendente: a. ricarica a terra dei dispositivi di accumulo di energia, utilizzando i dispositivi di ricarica in dotazione derivando energia dal motore endotermico primario o da generatori esterni; b. predisposizione della configurazione di decollo/atterraggio dell’aereo con i generatori di spinta addizionali aperti; c. azionamento dei generatori di spinta addizionali, utilizzando l’energia disponibile nei dispositivi di accumulo, eventualmente anche derivando potenza dal motore endotermico primario, per generare una spinta verticale superiore al peso dell’aeroplano fino al raggiungimento di una quota compatibile con la manovra di transizione al volo di crociera, con eventuale traffico aereo locale e con gli ostacoli circostanti, controllando opportunamente i vari flussi propulsivi per mantenere l’assetto e la traiettoria voluti; d. attivazione del sistema di propulsione primario per poter raggiungere la velocità traslazionale necessaria a generare una sufficiente portanza delle ali; e. Disattivazione del sistema di propulsione addizionale, chiusura dei generatori di spinta addizionali per passare alla configurazione di crociera; f. proseguimento del volo utilizzando il sistema di propulsione primario; g. ricarica dei dispostivi di accumulo, utilizzando i dispositivi di ricarica e derivando energia dal motore primario dell’aeroplano e/o da generatori ausiliari di bordo comprendenti anche eventuali unità di recupero di energia termica o celle fotovoltaiche; 8. Un metodo per effettuare l’atterraggio verticale di aeroplani dotati di sistema primario di propulsione, pilotati o senza pilota, aventi uno più dispositivi ricaricabili per l’accumulo di energia, uno o più generatori di spinta addizionali, uno o più meccanismi di ricarica, una unità di controllo, comprendente: a. verifica, tramite l’unità di controllo, dello stato di carica dei sistemi di accumulo; b. se necessario, ricarica dei dispostivi di accumulo, utilizzando i dispositivi di ricarica e derivando energia dal motore primario dell’aeroplano e/o da generatori ausiliari di bordo comprendenti anche eventuali unità di recupero di energia termica o celle fotovoltaiche; c. inizio della discesa verso una quota compatibile con la manovra di transizione dal volo di crociera, con eventuale traffico aereo locale e con gli ostacoli circostanti, rallentando contestualmente la velocità dell’aeroplano fino ad una condizione sicura di volo lento; d. predisposizione della configurazione di decollo/atterraggio con i generatori di spinta addizionali aperti e attivazione del sistema di propulsione addizionale per fornire una spinta addizionale, modulandone il valore e la direzione dei flussi propulsivi, tale da realizzare la traiettoria di volo desiderata con decelerazione fino al volo stazionario, con il voluto rateo di discesa, disattivare il propulsore principale eventualmente anche derivando potenza dal motore primario; e. graduale diminuzione della spinta verticale dei propulsori addizionali, in modo da far scendere l’aeroplano seguendo la traiettoria e la velocità di discesa desiderate, controllando assetto e traiettoria mediante i meccanismi di manovra; f. compiuto l’atterraggio, disattivazione del sistema propulsivo addizionale. 9. Metodo secondo la rivendicazione 7) in cui in fase di decollo la direzione della spinta dei propulsori addizionali non viene mantenuta costante ma, all’attivazione del sistema di propulsione primario, viene gradualmente orientata o deflessa in direzione orizzontale così da contribuire ad aumentare la velocità traslazionale dell’aeroplano, riducendo contestualmente la componente verticale man mano che cresce la portanza complessiva delle ali; 10. Metodo secondo la rivendicazione 8) in cui in fase di atterraggio, la spinta dei propulsori addizionali è inizialmente rivolta in avanti per contribuire al rallentamento dell’aeroplano, per poi essere gradualmente orientata verso il basso, fino a diventare verticale nel momento in cui deve iniziare la discesa verticale;CLAIMS 1. An additional propulsion system for the generation of a predominantly vertical thrust for airplanes, piloted or unmanned, equipped with internal combustion engines or primary engines, which allows VTOL / STOL take-offs and landings and which is based on an energy storage system , also used in combination with the primary motor or motors to power additional suitably positioned thrust generators, comprising: to. at least one rechargeable device for energy storage; b. one or more thrust generators, distinct from the primary ones of the airplane and consisting of propellers and / or fans also ducted and counter-rotating, powered by mechanical or electrical energy, fixed and / or mounted on deployable elements, capable of being opened in the configuration of take-off / landing to produce an acceleration of the air flow and obtain a total thrust greater than the weight of the airplane, also by orienting the flows, and to be able to be closed in the cruise configuration with closing of the openings and / or the folding of the opening elements so as to maintain good aerodynamic characteristics of the aircraft for wing lift flight; c. a control unit for the management in total autonomy, in partial autonomy or on total control of the pilot, equipped with sensors and actuators to perform take-off and landing maneuvers; d. at least one charging section in which mechanical and / or thermal and / or electrical power is derived from the primary endothermic engine of the airplane and / or from auxiliary generators supplied to the airplane or external to recharge the energy storage device; 2. A system defined according to claim 1) wherein: to. the energy storage device (s) consists of flywheels; b. the additional thrust generators are powered by mechanical energy; c. the thrust generators are fixed; 3. A system defined according to claim 1) wherein: to. the energy storage device (s) consists of flywheels; b. the thrust generators are powered by electricity; c. the thrust generators are fixed; 4. A system defined according to claim 1) wherein: to. the energy storage device (s) consists of electrochemical or ultra-capacitor batteries; b. the additional thrust generators are powered by electricity; c. the thrust generators are fixed; 5. A system defined according to claim 1) wherein: to. the storage device (s) are a combination of flywheels, batteries and ultracapacitors; b. the additional thrust generators are powered by electrical energy or mechanical energy; c. the thrust generators are fixed; 6. A system defined according to claims 2), 3), 4) or 5) in which thrust generators instead of fixed ones are deployable; 7. A method for performing vertical take-off of piloted or unmanned airplanes equipped with a primary propulsion system, piloted or unmanned, having one or more rechargeable energy storage devices, one or more additional thrust generators, one or more charging mechanisms, a control unit, comprising: to. ground recharging of energy storage devices, using the recharging devices supplied, deriving energy from the primary internal combustion engine or from external generators; b. preparation of the aircraft take-off / landing configuration with the additional thrust generators open; c. activation of the additional thrust generators, using the energy available in the storage devices, possibly also deriving power from the primary internal combustion engine, to generate a vertical thrust greater than the weight of the airplane until reaching a height compatible with the transition maneuver to cruise flight, with any local air traffic and surrounding obstacles, appropriately controlling the various propulsive flows to maintain the desired attitude and trajectory; d. activation of the primary propulsion system in order to reach the translational speed necessary to generate sufficient lift of the wings; And. Deactivation of the additional propulsion system, closing of the additional thrust generators to switch to the cruise configuration; f. continuation of the flight using the primary propulsion system; g. recharging the storage devices, using the recharging devices and deriving energy from the primary engine of the airplane and / or from on-board auxiliary generators including any thermal energy recovery units or photovoltaic cells; 8. A method of vertical landing of airplanes equipped with a primary propulsion system, piloted or unmanned, having one or more rechargeable energy storage devices, one or more additional thrust generators, one or more recharging mechanisms , a control unit, comprising: to. verification, through the control unit, of the state of charge of the storage systems; b. if necessary, recharge the storage devices, using the recharging devices and deriving energy from the primary engine of the airplane and / or from on-board auxiliary generators including any thermal energy recovery units or photovoltaic cells; c. beginning of the descent towards an altitude compatible with the transition maneuver from the cruise flight, with any local air traffic and surrounding obstacles, simultaneously slowing the speed of the airplane up to a safe condition of slow flight; d. preparation of the take-off / landing configuration with the additional thrust generators open and activation of the additional propulsion system to provide additional thrust, modulating the value and direction of the propulsive flows, such as to achieve the desired flight path with deceleration up to flight stationary, with the desired rate of descent, deactivate the main engine possibly also deriving power from the primary engine; And. gradual decrease in the vertical thrust of the additional thrusters, in order to make the airplane descend following the desired trajectory and descent speed, controlling attitude and trajectory through the maneuvering mechanisms; f. after landing, deactivation of the additional propulsion system. Method according to claim 7) in which during take-off the direction of the thrust of the additional thrusters is not kept constant but, upon activation of the primary propulsion system, is gradually oriented or deflected in a horizontal direction so as to help increase the thrust. translational speed of the airplane, simultaneously reducing the vertical component as the overall lift of the wings increases; 10. Method according to claim 8) in which, during the landing phase, the thrust of the additional thrusters is initially directed forward to contribute to the slowing of the airplane, and is then gradually oriented downwards, until it becomes vertical when the vertical descent must begin;
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