CN110785350B - 用于为混合动力和电动飞行器降低噪声的***和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于混合动力和电动飞行器的降噪***和方法，该飞行器具有可控制螺距的螺旋桨或者旋翼(或多个)，该螺旋桨或者旋翼具有多个叶片。螺旋桨或者旋翼(或多个)由驱动***驱动，以向飞行器提供推力，螺旋桨或者旋翼(或多个)的叶片进一步可以绕枢转轴线移动以改变其螺距。飞行器机载的控制器可操作以使螺旋桨或旋翼(或多个)的叶片绕其枢转轴线旋转或者移动，以改变和/或聚焦螺旋桨产生的噪声的至少一个方面，以减少或降低这种噪声，同时保持飞行器的基本恒定的推力、高度和/或飞行速度。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求先前于2017年5月10日提交的共同待审的美国临时专利申请号62/504,169的权益。
援引加入
在2017年5月10日提交的美国临时专利申请号62/504,169的说明书和附图通过引用明确并入本文，如同整体陈述。
技术领域
本公开涉及混合动力和电动飞行器，特别地，涉及用于降低来自这种飞行器运行的噪声的***和方法。
背景技术
混合动力和电动飞行器推进技术能够减少碳排放、化石燃料使用、运行成本和现代飞行器的噪声幅度(footprint)影响。然而，飞行器噪声不是一个微不足道的问题，预期飞行器噪声对于混合动力和电动飞行器会成为主要设计问题。例如，当针对推进力和/或动力的需求达到平衡时，例如需要为飞行保持恒定推力，由飞行器的螺旋桨产生的噪声作为转速、叶片螺距、飞行速度和其他因素的函数。因此，本公开解决本领域中的上述问题以及其他相关的和不相关的问题。
发明内容
简要地描述，在一个方面中，本公开涉及用于降低由混合动力和电动飞行器产生的噪声的***和方法。
在一个示例方面，飞行器(例如，混合动力飞行器)将包括飞行器驱动或者推进***，该驱动或者推进***包括电动马达，进一步还可以包括内燃机。可替代地，飞行器可以包括由电动马达驱动的或者提供动力的飞行器，其中驱动***包括电动马达，而不一定需要或者具有由燃气提供动力的内燃机或者其他内燃机，并且不脱离本公开的范围。
飞行器将进一步包括一个或者多个可旋转的翼面或者叶片，该翼面或者叶片是可移动的或者以其他方式重新构造的以改变或者控制其螺距或者角度。在一个实施例中，飞行器可以包括可控制螺距的螺旋桨并且由该可控制螺距的螺旋桨驱动，可控制螺距的螺旋桨通常将具有多个可旋转、可枢转或者可以在多个位置之间以其他方式移动的翼面或者叶片，以根据需要改变混合动力和/或电动飞行器相对于驱动***的驱动轴在地面上的噪声覆盖区，同时在电动马达的运行期间，还在飞行中保持基本恒定的推力和高度。附加地或者可替代地，飞行器可以包括一个或者多个旋翼或者螺旋桨旋翼并且由其驱动，所述一个或者多个旋翼或者螺旋桨旋翼具有可控制的螺距，或者在其他情况下是可移动的/可重新构造的，以改变其角度或者定向，以允许控制由其发出的噪声，而不脱离本公开的范围。
飞行器进一步可以包括控制器或者其他合适的机构，该控制器或者其他合适的机构可操作以在飞行期间在不同位置之间调整螺旋桨的叶片，以改变螺旋桨叶片的螺距或者角度或者旋翼/螺旋桨旋翼叶片的螺距或者角度。控制器可以自动地调整叶片和/或控制器可以有助于由飞行员或者飞行器的其他操作者手动地调整叶片。叶片的这种变化可以独立于发动机的运行而得以控制，以改变或者聚焦由叶片旋转产生的噪声的峰值噪声的方向，同时还保持基本恒定的推力和基本恒定的飞行速度。
在一方面，控制器可以包括可操作的编程，以使用系列噪声图输入来确定和/或绘制螺旋桨和观测者之间的距离和方位角度，该噪声图输入包括螺旋桨或者旋翼、动力和基于飞行器的飞行路径的其他因素的特征、构造信息，例如确定的姿态、方位角度和/或飞行器的位置，以创建或者生成噪声模式或者噪声图。图的噪声敏感区域进一步可以通过相对灵敏度/噪声水平与飞行器的动力设置或者速度对比的指标来标记。
控制器可以至少部分地基于所产生的噪声模式/噪声图、确定的噪声敏感区域和/或其他合适的信息自动地改变叶片的螺距或者角度。附加地或者可替代地，控制器可以构造成在飞行器的一个或者多个显示器上显示噪声图，例如在监视器、平视显示器、仪器或者在飞行器控制面板上的其他仪表上显示，或者通过在飞行器的驾驶舱或者机舱中的任何其他合适的显示器上显示。所显示的噪声图可以由飞行员使用，例如在非正常情况下，作为改变叶片螺距的引导，以在高度敏感区域上减少或者斜移飞行器噪声，而不改变飞行器的飞行路径或者飞行速度。
此外，用于降低混合动力和/或电动飞行器的噪声覆盖区的方法可以包括使用具有电动马达和可控制螺距的螺旋桨的推进***。该方法可以包括独立于发动机运行而改变螺旋桨叶片角度，从而改变峰值噪声方向，同时保持飞行器基本恒定的推力和飞行速度。
该方法可以包括基于飞行器的高度、姿态和/或位置来确定和/或绘制螺旋桨和观测者之间的距离和方位角度，并将这些结果与附加的因素或者参数一起应用，以生成用于飞行器的噪声图，该噪声图具有由该特定区域的相对敏感指标标记的噪声敏感区域。
噪声图可以由飞行器驾驶员使用，以控制飞行器螺旋桨的螺距的变化，从而能够减少在高度敏感区域上的噪声，而不是显著改变飞行器的飞行路径或者飞行速度。
在具有根据本公开的原理的***和方法的情况下，可以允许飞行员飞越人口稠密或者噪声敏感的区域，例如国家公园、城市等等，并且当他们接近这些区域时可以减少飞行器的噪声幅度，而不以推进效率为代价改变其飞行计划或者航线。此外，可以开发和显示噪声敏感图，以提供飞行员需要调整飞行设置以最好地符合噪声限制的区域的视觉引导或指示，该噪声敏感地图进一步可以在飞行器的显示器上呈现给飞行员。
对于本领域技术人员来说，在与附图结合时，本发明的各种对象、特征和优点在对以下详细描述进行回顾后将变得明显。
附图说明
本文包括附图以提供对本公开的实施例的进一步理解，附图被并入并且构成本说明书的一部分，附图示出了本公开的实施例，并且与详细描述一起服务于解释本文讨论的实施例的原理。没有尝试示出比用于对本文所讨论的示例性实施例以及实施它们的各种方式的基础理解所必须的程度更加详细的本公开的结构细节。根据惯例，下面讨论的图的各种特征不一定按比例绘制。图中各种特征和元件的尺寸可能放大或者缩小以更清楚地示出本公开的实施例。
图1示意性地示出了根据本公开的原理的示例性飞行器。
图2示出了图1的飞行器在高叶片螺距位置和低叶片螺距位置的可控制螺距的螺旋桨。
图3示出了根据本公开的一个方面示出在恒定推力下的飞行器噪声的示例性曲线。
图4示出了根据本公开的一个方面的另一示例性曲线，该示例性曲线示出了在恒定推力下作为叶片螺距角度的函数的飞行器噪声的方向性质。
图5示出了飞行期间与图1的飞行器相关的方位角度的表示图。
图6示出了根据本公开的一个方面的示例性螺旋桨噪声图。
图7示出了具有恒定推力曲线的图6的示例性噪声图。
图8示出了具有恒定推力曲线和高、低螺旋桨速度设置的图6的示例性噪声图。
图9示出了根据本公开的一个方面的飞行器的噪声观测距离和方位的示例性表示。
图10A示出了根据本公开的一个方面的代表性的地理图。
图10B示出了应用于图10A的地理图的噪声敏感区域和应用指标。
图11示出了根据本公开的一个方面的用于具有可控制螺距的电动螺旋桨的电动马达的净效率推进图。
图12示出了用于在本公开的***和方法中使用的示例性飞行器和在地面上的标记。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的原理构造成和/或可操作以使噪声降低的飞行器100。应当理解，以下描述是作为本公开的实施例的使能教学而提供的。相关领域的技术人员将认识到，可以对所描述的实施例进行许多改变，同时仍然获得有益的或者期望的结果。同样显然的是：通过选择实施例的一些特征而不利用其他特征，可以获得所述实施例的一些期望的益处。因此，本领域的工作人员将认识到，对所述实施例的许多修改和改型是可能的，在某些情况下甚至是期望的。因此，提供以下描述作为对用于为飞行器提供噪声降低的***和方法的实施例的原理的说明，而不是对其的限制。
如图1所示，飞行器100包括由驱动***或者推进***104驱动的在前安装的螺旋桨102。驱动***104可以包括具有一个或者多个电动马达106的混合推进***，也可以包括内燃机108，每个马达都能够与螺旋桨102联通地耦合或者连结，例如通过可操作地连接到飞行器螺旋桨102的螺旋桨驱动轴110，以使得动力能够在电动马达106和/或内燃机108与螺旋桨102之间传输。电动马达106和/或内燃机108可以通过一个或者多个齿轮组件或者滑轮组件和/或使用其他合适的驱动耦合机构或者连接装置连接至螺旋桨驱动轴110或者螺旋桨102，而不脱离本发明的范围。
附加地或者可替代地，飞行器100可以包括一个或者多个旋翼或者螺旋桨旋翼并且由其驱动，所述一个或者多个旋翼或者螺旋桨旋翼具有多个叶片或者翼面，这些叶片或者翼面具有可控制的螺距，或者以其他方式可移动/可重新构造，以改变其角度或者方向，而不脱离本公开的范围。
在一个示例中，混合推进***104进一步可以包括一个或者多个机构，例如离合器或者其他合适的机构或者装置，其允许选择性地将电动马达106或者内燃机108与螺旋桨102接合和分离，例如：使得飞行器100可以以混合动力模式运行，在混合动力模式中螺旋桨102由电动马达106和内燃机108驱动；使得飞行器100可以以电动模式运行，造电动模式中螺旋桨102仅仅由电动马达驱动，而内燃机与螺旋桨分离；和/或使得飞行器100可以仅有内燃机模式，在内燃机模式中螺旋桨102仅仅由内燃机108驱动，而电动马达106与螺旋桨分离。在美国专利号9,102,326和9,254,992中示出和描述了用于混合动力飞行器的示例性组件，这些专利通过引用并入本文，如同整体陈述一样。
在另一示例中，电动马达106和内燃机108可以以串行构造布置，其中内燃机108可操作地耦合到电动马达106或者电动马达的动力源113(即，一个或者多个电池)，并且其中内燃机108主要仅仅服务于发电以给电动马达106提供动力和/或为向电动马达106提供动力的动力源113充电。
在另外又一示例中，飞行器100可以包括可以省略内燃机108的电动力飞行器，并且其中飞行器的螺旋桨102由一个或者多个电动马达106提供动力。这种电动马达(或多个)可以通过一个或者多个齿轮组件或者滑轮组件或者其他合适的装置/机构连接至螺旋桨102。
对于本公开的实施例，螺旋桨和电动马达之间的示例性齿轮或者滑轮比率可以是1:1，但是在不脱离本公开的情况下，任何合适的比率都是可能的，例如1.5:1、2:1、3:1、1:3、1:2、1:1.5等等。电动马达还可以直接连接到螺旋桨102，例如，其中螺旋桨附接到电动马达的驱动轴，此种方式不脱离本公开的范围。
电动马达106通常使用电作为其主要动力源。例如，电动马达106可以与一个或者多个动力源113(例如一个或者多个电池)和/或其他合适的发电装置联通。内燃机108进一步可以连接到发电机，以便能够在飞行期间对动力源113进行充电。电动马达的使用扩展了性能，并且能够提供燃气发动机不能提供的益处，因为电动马达天然地比较安静、效率高、不产生碳排放，并且可以具有较少的运动部件，从而减少运行成本和维护量。通过说明和示例的方法，电动马达106可以包括由英国基德林顿的雅莎有限公司(YASA Ltd.ofKidlington)提供的YASA 750，并且可以理解，还可以使用其他能够传送几百马力、具有高比扭矩动力的合适电动马达，例如合适用于轻型飞行器运行的电动马达，而不脱离本公开。电动马达的其他示例可以包括英国伍斯特郡的吉凯恩公司(GKN,plc of Worcestershire)提供的AF-130、AF-140、AF-230或者AF-240电动马达；印度的Remy International,Inc.ofPendleton公司的HVH410-075或者HVH410-150电动马达；和/或哥伦比亚的UQMTechnologies of Longmont公司的PowerPhase HD 220或者PowerPhase HD 250电动马达。
螺旋桨102通常包括围绕基座115布置的多个叶片114。叶片114中的每个可以绕旋转轴线RA旋转以给飞行器100提供推力(图1至图2、图5)，该旋转轴线延伸穿过基座115并且沿着飞行器的驱动轴/螺旋桨轴110延伸。例如，图1、图2示出包括两个叶片114的螺旋桨102。然而，螺旋桨102也可以以其他形式构造，例如，具有三个或者四个叶片，而不脱离本公开的范围。在一个实施例中，螺旋桨102可以在螺旋桨叶片的端部之间具有约6英尺的跨度、直径或者总长度，但是其他不脱离本公开范围的跨度、直径或者长度也是可能的，例如直径在从约5英尺至约25英尺的范围内。
总体如图1和图2所示，螺旋桨102将包括可控制螺距的螺旋桨，该螺旋桨可以包括德国的MT-Propeller Entwicklung of Atting公司提供的多叶片螺旋桨，该多叶片螺旋桨将是可操作的，以使螺旋桨的叶片114能够枢转、旋转或者以其他方式绕螺距轴线PA和相对于旋转轴线RA移动，以改变或者变化叶片114的叶片螺距或者角度。例如，如图1和图2所示，螺距轴线PA可以是横向于或者斜向于旋转轴线RA，如图所示。
此外，飞行器100包括控制器112，该控制器通常位于飞行器的驾驶舱内或者其他合适位置，并且与可控制螺距的螺旋桨102联通，并且是可操作的以控制可控制螺距的螺旋桨的调整或者变化，使飞行员或副飞行员能够通过在多个位置之间移动螺旋桨叶片改变螺旋桨叶片的螺距，例如高叶片螺距位置116和低叶片螺距位置118(图2)。在一些实施例中，控制螺旋桨102的叶片的螺距变化的驱动器(或多个)或者致动器可以通过飞行器的电动马达106的运行提供动力，或者通过使用其他合适的装置，例如附加的电动马达(或多个)或者其他合适的致动器(或多个)提供动力，例如液压致动器。因此，在飞行器以燃气发动机模式运行期间，控制器112或者飞行员还可以在飞行中改变螺旋桨叶片114的角度或者螺距，以改变扭矩和飞行器速度，以有助于改进在一定飞行速度范围上的性能，此外还有助于减少螺旋桨产生的噪声。然而，螺旋桨102可以类似地在混合动力模式或者电动模式中运行但却没有扭矩和马达速度限制。
电动推进马达106和可控制螺距的螺旋桨102的组合进一步可以提供超越传统飞行器内燃机的额外的自由度。例如，与发动机速度和扭矩曲线通常是固定的传统发动机不同，上述组合可以独立于马达速度而改变扭矩，并且可以通过改变叶片螺距角度并且因此改变扭矩来允许保持飞行器在以多个发动机速度飞行时的基本恒定的推力。在使用这种方法来降低噪声时，还可以在基本不改变飞行器加速度或者性能的情况下，进一步维持基本恒定的推力。
当内燃机108运行时，螺旋桨和内燃机两者将产生噪声。例如，在较低的内燃机运行速度，内燃机在噪声输出中占主要地位，而在较高的运行速度，螺旋桨将开始在被感知的噪声水平中占主要地位。在混合动力和/或电动模式中，或者在电动飞行器使用电动马达而不使用内燃机的情况下，通常只有螺旋桨噪声考虑是个问题，因为与对于大多数运行速度的螺旋桨产生的噪声相比，电动马达实际上是无声的。为了解决这种螺旋桨噪声，可以改变螺旋桨102的叶片114的螺距或者位置，以改变或者降低如下面讨论的飞行中和地面上的噪声覆盖区。
图3示出了示例性曲线119，该示例性曲线示出飞行器在恒定推力的噪声特征。在与螺旋桨102隔开的一些位置处检测到/经受的来自螺旋桨102的噪声可以表示为其速度、叶片螺距(产生特定扭矩)、真实飞行速度、以及相对于螺旋桨的旋转轴线的距离和位置的函数。在恒定推力由螺旋桨102产生的噪声的总幅度可以概括为，由于音速末端速度的原因，因此在高旋转速度产生高噪声。高噪声还可以通过在恒定推力减少旋转速度，同时产生导致分离(即，失速条件)的叶片螺距角度产生。噪声最小值在这两个极值之间，总体如图3所示。
因此，噪声可以表示为旋转速度和叶片角度的函数。然而，噪声通常不会作为点源均匀地向外辐射。图4进一步示出来自螺旋桨的噪声是方向性的，因此，存在比其他方向经受更大的噪声幅度的方向。最大噪声的方向可以表示为真实飞行速度(true airspeed)、旋转速度和叶片角度的函数。
总体如图5所示，还可以定义方位角度δ，该方位角度δ从螺旋桨的旋转轴线RA或者从机头、零度持续到约90度、螺旋桨盘的位置。然而，方位角度可以在从约0度到约180度的范围内，并且可以进一步定义为与机头的方向相对，例如，在飞行器后面，或者具有任何其他合适的布置/构造，而不偏离本公开的范围。
在具有根据本公开的可控制螺距的螺旋桨102和电动推进马达106的组合的情况下，基本恒定的推力可以通过控制叶片螺距来维持，控制叶片螺距以移动最大噪声的点位，以形成由螺旋桨在不同螺距产生的噪声幅度的图形表示。
总体如图6至图8所示，进一步可以依据螺旋桨扭矩和旋转速度来生成噪声图120和任意恒定推力曲线122。这样的图还可以示出高噪声和低噪声的螺旋桨速度设置(图8)。例如，使用限定的输入(例如，如下面的表1所示的输入)，可以生成噪声图，该图也可以与电动马达效率以类似的通用格式显示。在一个示例中，Hamilton标准可以用于经验噪声计算。表1提供示例性输入以生成示例性噪声图。
表1
| 输入 | 值 | 单位 |
| 螺旋桨直径 | 6 | 英尺 |
| 叶片的数量 | 2 | - |
| 螺旋桨的数量 | 1 | - |
| 每个螺旋桨的动力输入 | ***** | Hp |
| 飞行速度 | 100 | KTAS |
| 周围温度 | 59 | ℉ |
| 方位角度 | 105 | 度 |
| 限定噪声的距离 | 1000 | 英尺 |
每个螺旋桨的动力输入的值可以是任意的，和/或可以是由于扭矩对比旋转速度图的性质而变化。
可以生成对于在限定的包络线内的所有动力设置的噪声图120，其中可以计算出限定的噪声水平，并且每个动力设置可以对应于单个推力值，允许选择任意推力值用于该计算。例如，如图7和图8所示，可以使用500磅力的推力。
通过限定的噪声图，并且通过选定的或者已知的巡航推力，可以确定在飞行器的飞行期间对于在不同位置、高度和速度使噪声最小化所需的变化的螺旋桨叶片角度(或者旋翼/螺旋桨旋翼叶片角度)。这些噪声图120可以由飞行器的控制器112生成，并且飞行器的控制器112可以在布置在飞行器驾驶舱内的一个或者多个显示器121上显示噪声图120。然而，本公开不受此限制，并且噪声图(或多个)可以使用计算机或者其他合适的装置(例如，飞行控制中心)在机外生成，并且可以在飞行之前或者飞行期间通信给飞行器。
因此，基于这些生成的噪声图120，飞行器控制器112可以在多个发动机速度或者马达速度保持恒定的推力，并且可以通过改变螺旋桨叶片102的角度(或者旋翼/螺旋桨旋翼叶片的角度)和由此产生的扭矩来控制螺旋桨的螺距，以允许飞行器控制器112在具有改变螺旋桨噪声幅度能力的情况下保持基本恒定的飞行速度(airspeed)。附加地或者可替代地，飞行器的飞行员或者其他操作者可以基于生成的噪声图120来控制/改变螺旋桨叶片114的角度/螺距、推力和/或扭矩，以在选定的区域上使噪声最小化。
在一个示例中，还可以为在其使用中的每个飞行器推进***生成噪声相关变量的图，例如螺旋桨旋转速度、叶片螺距、攻角和真实飞行速度。根据纬度、经度和噪声敏感指标还可以在地球的表面上生成噪声敏感区域图。这些也可以由控制器生成并显示在显示器上，或者可替代地，由非机载计算机(例如在飞行控制中心)在飞行前或者飞行期间生成。
螺旋桨噪声作为点源不会均匀地向外辐射，一些方向的噪声可能比其他方向的更大。使用噪声方向性图和在北-东-下(NED或NEU)***中的噪声敏感区域图，可以通过飞行器100的姿态(Euler角度)和位置(例如，来自位置装置或者定位装置，例如与飞行器控制器通信的IMU或者GPS)将其映射来预测地面噪声。
使用飞行器的预期飞行路径，可以通过在恒定推力下改变叶片的螺距(例如，由飞行员改变或者由控制器自动改变)来在整个飞行期间通过噪声敏感区域时降低噪声。例如，已知飞行器的噪声图、地理图和状态向量，可以使用优化算法。飞行器的最大噪音位置可以迅速移动或者跳过噪音敏感区域，留到在非敏感区域徘徊。
因此，电动马达106和可控制螺距的电动螺旋桨102的示例性实施例可以在噪声敏感区域中最小化噪声，同时基本避免可能地牺牲飞行器的性能或者导致乘客和机组人员的实质性的不适。
另外总体如图9所示，被感知的噪声可以表示为相对于螺旋桨轴线在向前方向上的与螺旋桨102的距离和方位角度δ的函数。能够基于飞行器相对于在地面上的观测者或者测量装置(例如，噪声观测或者参考点124)的位置和姿态来确定距离和方位可能是理想的。位置可以根据纬度、经度和高度来确定，而姿态是俯仰角度θ，坡度角φ和航向ψ。可以假设坡度角φ绕飞行器的纵向轴线或者旋转轴线RA旋转，该旋转轴线可以平行于所述纵向轴线。
一对纬度和经度之间的距离或者弧长L可以计算，例如，使用如下所示的Haversine公式：
(3)L＝2R*b
定义的距离尚未考虑飞行器和观测者位置之间的高度差，可按如下方式计算，其中R是地球的半径，A是地球的中心角：
然后可以计算方位角度δ来完成函数。使用飞行器位置作为原点，可以生成和/或图形地表示两个三维向量，一个指向观测者，另一个指向飞行器的行进方向。这些矢量之间的角度是方位角度，计算如下：
其中：
例如，可以使用Haversine公式计算
内的纬度项和经度项，而无需任何高度校正，因为目标是在NED中确定分量向量。在每个向量中的第一项表示“北”分量，第二项表示“东”分量，第三项表示“下”分量。为了计算dlat，可以将恒定经度应用于Haversine公式来确定两条纬度线之间的距离。为了计算dlon，可以将恒定纬度应用于Haversine公式来确定两条经度线之间的距离。最后，为了计算dh，可以减去用于飞行器和观察员的两个高度。如果飞行器在观测者的北面或者东面，则需要负修正系数来计算正确的方位角度。如果飞行器在观测者的北面，则dlat＝-dlat；如果飞行器在观测者的东面，则dlon＝-dlon。只有在使用图9所示的变量分配时，才应用该修正，其中位置A是飞行器，位置B是观测者。
噪声敏感指标进一步可以在1到10的标度上进行评级，其中1被定义为对噪声最不敏感，10是对噪声最敏感。当在地球的特定地理区域中限定噪声敏感区域时，该指标开始起作用。例如，海洋很可能具有噪声敏感指标1，而大城市很可能具有噪声敏感指标10。
可以生成与地理图组合或叠加在地理地图上的采样噪声图，并将其重叠在选定区域上。例如，图10A和图10B示出了佛罗里达州代托纳海滩(Daytona Beach,FL region)区域的图，该图具有产生并加在地球表面上的噪声敏感区域，如图10A所示。如图10B的图上所示，还可以提供噪声敏感区域和应用指标。这样的组合采样噪声地理图可以由控制器112生成并且显示在驾驶舱中的显示器上，尽管这样的地图也可以非机载地(例如，在飞行控制中心)生成，而不脱离本公开。
使用确定的或者已知的敏感地带和相应的指标，控制器112可以自动地改变以在特定区域(例如，具有指标9的区域)上使噪声最小化或者产生最小化的噪声，通常可以在具有指标1的区域上使用任何叶片螺距或者角度。附加地或者可替代地，飞行器的飞行员或者其他操作员可以基于飞行器100正在其上行进的区域、敏感地带和/或相应的指标手动地改变叶片的螺距或者角度。这允许减少主要人口区域上的噪声，并且包括过渡区，因此当飞行器接近高敏感地带时可以具有减少的噪声。
图11示出了为YASA 750电动马达开发的推进图，该电动马达具有可控制螺距的电动螺旋桨(例如，MT螺旋桨)。在图11中，等位线126是以百分比表示的恒定推进效率的线。点线128表示Hamilton标准恒定远场噪声(dBA)。虚线130是电动马达上的最小电压的线，并且表示包络线。实线132是用于高保真螺旋桨数据的包络线。点划线134是表示恒定推力的线。这是对于HK-36“圣路易斯精神(Spirit of St.Louis)”构造的数据，该机现存于EFRC中。在混合动力-电动应用中，可以在线134上选择/选定任何区域，以促进远场噪声释放、推进效率或者两者的组合的主动优化。这可以以恒定飞行速度完成。这是用于主动地面(远场)噪声降低的算法。
此外，可以提供用于降低混合动力和/或电动飞行器的噪声幅度的方法，该方法可以包括提供具有电动马达和电动可控制螺距的螺旋桨的推进***。该方法进一步可以包括独立于发动机而改变螺旋桨叶片角度，从而在保持恒定的推力和飞行速度的同时改变峰值噪声方向。该方法进一步可以包括通过映射飞行器的姿态和/或位置来映射螺旋桨和观测者之间的距离和方位角度，并且将这些结果应用于具有通过该特定区域的相对敏感性指标标记的噪声敏感区域的噪声图，以有助于在高敏感区域上减少噪声，而不改变飞行器的飞行路径和飞行速度。
示例
下面的例子演示了使用Cessna 172S(在图12中的200)的数据从Daytona Beach国际机场爬升期间在地面水平之上约500英尺处的低噪声或高噪声。虽然Cessna 172S不具有电动马达或者可控制螺距的螺旋桨，但是该示例假设情况是这样的，同时保持螺旋桨的几何形状和性能特征。还假设马达和螺旋桨之间的传动是1:1。
图12示出了Daytona Beach国际机场的东侧地面规划区域。
表2
图12示出了作为观测者(在此测量噪声)的参考点的位于地面上的标记202。纬度、经度和在平均海平面上的高度使用Google Earth获得。
上述过程用于确定飞行器与观测者之间的距离以及方位角度，假设地球半径R为20902232英尺：
(11)L＝2(209022312)*1.67e-5
＝771.34ft
(13)d2＝(20902232+500)2+(20902232+32)2-2(20902232+500)(20902232+32(cos(0.0021))
＝8.14e5
现在可以计算方位角度：
现在可以生成该飞行条件下的噪声图。
表3总结了该图的结果。500磅力推力是任意选择的，不一定表示在给定飞行条件下产生的实际推力值。
表3
| 参数 | 高噪声 | 低噪声 | 单位 |
| 螺旋桨旋转速度 | 2700 | 2000 | 转/分钟 |
| 螺旋桨扭矩 | 220 | 300 | 英尺-磅力 |
| 螺旋桨噪声 | 86.1 | 76.4 | 分贝 |
| 推力 | 500 | 500 | 磅力 |
根据螺旋桨设置，测量值可以是86.1分贝或者76.4分贝。由于假设的电动马达和可控制螺距的螺旋桨的组合，86.1分贝或者76.4分贝两者在具有恒定推力和飞行速度的单个点处都是可实现的。如果噪声敏感指标高，类似图10B所示，则期望较低的噪声值。
上述描述总体上示出和描述本发明的各种实施例。然而，本领域技术人员将理解，在不脱离本文公开的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的上述结构进行各种改变和修改，并且旨在将上述描述所包含的或者在附图中所示出的所有内容解释为说明性的，而非理解为限制性的。此外，本公开的范围应当被解释为涵盖上述的和对上述实施例的各种修改、组合、添加、改变等等，这些应当被视为在本发明的范围内。因此，本文所讨论的本发明的各种特性和特征可以选择性地互换，并且应用于本发明的其他示出的和未示出的实施例，并且可以在不脱离所附权利要求中所陈述的本发明的精神和范围的情况下对其进一步进行许多变型、修改和添加。
Claims (15)
1.一种飞行器，所述飞行器包括：
可控制螺距的螺旋桨或者旋翼，所述可控制螺距的螺旋桨或者旋翼包括多个叶片，所述多个叶片能够绕至少一个轴线移动以改变其叶片螺距；
驱动***，所述驱动***具有联接至驱动轴的电动马达，所述驱动***能够操作以驱动所述多个叶片围绕所述驱动轴的轴线旋转，以提供用于推进所述飞行器的推力；和
控制器，所述控制器与所述驱动***联通，所述控制器能够操作以通过同时地改变所述多个叶片的所述叶片螺距以及所述电动马达的扭矩来改变所述飞行器的可控制螺距的螺旋桨或者旋翼所产生的噪声的至少一个方面，以在可控制螺距的螺旋桨或者旋翼的旋转速度在高旋转速度和低旋转速度之间变化的同时保持所述飞行器的恒定的推力、恒定的高度和/或恒定的飞行速度。
2.根据权利要求1所述的飞行器，其中，所述叶片能够在多个位置之间旋转，所述多个位置包括高叶片螺距位置和低叶片螺距位置。
3.根据权利要求1所述的飞行器，进一步包括一个或者多个显示器，其中，所述控制器能够操作以产生至少一个噪声图，并且将所述至少一个噪声图在所述飞行器的所述一个或者多个显示器上显示。
4.根据权利要求3所述的飞行器，其中，所述至少一个噪声图包括辨识显示于其上的噪声敏感区域或者噪声敏感地带的地理图，并且其中，当所述飞行器通过或者靠近所述噪声敏感区域或者所述噪声敏感地带时通过在所述飞行器的整个飞行过程中在所述飞行器的恒定推力下改变所述叶片螺距来降低所述飞行器的噪声。
5.根据权利要求4所述的飞行器，其中，所述噪声敏感区域或者所述噪声敏感地带使用噪声敏感指标来限定。
6.一种混合动力飞行器，所述混合动力飞行器包括：
可改变螺距的螺旋桨或者旋翼，所述可改变螺距的螺旋桨或者旋翼包括基座和绕所述基座布置的多个叶片，其中，所述多个叶片能够绕延伸通过所述基座的旋转轴线旋转，所述多个叶片能够绕横向于所述旋转轴线的螺距轴线移动，以改变与所述螺距轴线相关的所述多个叶片的叶片螺距；
驱动***，所述驱动***包括联接到所述可改变螺距的螺旋桨或者旋翼的轴、内燃机和电动马达，所述内燃机和所述电动马达能够选择性地与所述轴接合和分离以驱动所述轴旋转，用于驱动所述多个叶片围绕所述旋转轴线旋转，以提供用于推进所述混合飞行器的推力；和
控制器，所述控制器与所述驱动***联通，所述控制器能够操作以改变所述可改变螺距的螺旋桨或者旋翼的所述多个叶片的叶片螺距，以改变和/或聚焦所述混合动力飞行器的可改变螺距的螺旋桨或者旋翼所产生的噪声的至少一个方面，并同时控制所述电动马达的扭矩和旋转速度以将所述多个叶片的叶片螺距与所述电动马达的扭矩和旋转速度平衡到足以在飞行中保持所述混合动力飞行器的恒定的推力、恒定的高度和/或恒定的飞行速度。
7.根据权利要求6所述的混合动力飞行器，所述混合动力飞行器进一步包括动力源，所述动力源与所述电动马达联通，并且能够操作以向所述电动马达提供电力，其中，所述内燃机能够操作地耦合至所述动力源并且构造成在飞行期间为动力源充电。
8.根据权利要求6所述的混合动力飞行器，所述混合动力飞行器进一步包括一个或者多个显示器，其中所述控制器能够操作以产生至少一个噪声图，并且将所述至少一个噪声图在所述飞行器的所述一个或者多个显示器上显示。
9.根据权利要求8所述的混合动力飞行器，其中，所述至少一个噪声图包括具有显示于其上的噪声敏感区域或者噪声敏感地带的地理图，并且其中，当所述混合动力飞行器通过或者靠近所述噪声敏感区域或者所述噪声敏感地带时通过改变所述可改变螺距的螺旋桨或者旋翼的叶片螺距来降低所述飞行器的噪声，同时在所述飞行器的整个飞行过程中为所述飞行器提供恒定推力。
10.根据权利要求9所述的混合动力飞行器，其中，基于所述混合动力飞行器的所述可改变螺距的螺旋桨或者旋翼与在地面上的参考点之间的确定的距离和方位角度计算所述噪声敏感区域或者所述噪声敏感地带经受的地面噪声。
11.一种用于降低噪声的方法，所述噪声由具有可改变螺距的螺旋桨或者旋翼和包括用于驱动所述可改变螺距的螺旋桨或者旋翼旋转的电动马达的驱动***的飞行器产生，所述方法包括：
生成包括系列噪声敏感区域或者系列噪声敏感地带的噪声图；
在所述飞行器的一个或者多个显示器上显示所述噪声图；和
当飞行通过所述系列噪声敏感区域或者所述系列噪声敏感地带中的一个时、或者当在所述系列噪声敏感区域或者所述系列噪声敏感地带中的一个附近飞行时，改变所述飞行器的所述螺旋桨或者旋翼的角度或者螺距，以改变和/或聚焦所述飞行器的可改变螺距的螺旋桨或者旋翼所产生的噪声的至少一个方面，并同时控制所述电动马达的扭矩和旋转速度以将所述可改变螺距的螺旋桨或者旋翼的螺距与所述电动马达的扭矩和旋转速度平衡到足以在飞行期间保持恒定的推力、恒定的高度和/或恒定的飞行速度。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在包括高叶片螺距位置和低叶片螺距位置的多个位置之间移动所述飞行器的所述可改变螺距的螺旋桨或者旋翼。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述系列噪声敏感区域或者所述系列噪声敏感地带中的每个使用噪声敏感指标来限定。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，生成所述噪声图包括将所述系列噪声敏感区域或者所述系列噪声敏感地带中的每个应用于地理图。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，使用所述飞行器的所述可改变螺距的螺旋桨或者旋翼和在地面上的参考点之间的距离和方位角度确定用于所述噪声图的所经历的地面噪声。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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