CN110997487A - 竖直起降飞行器配置 - Google Patents

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Abstract

一种竖直起降(VTOL)飞行器配置有安装在前机翼上的前推进器组和安装在后机翼上的后推进器组，其中推进器可以通过使它们分别围绕前推力矢量轴线和后推力矢量轴线旋转来重新定位。推进器相对于推力矢量轴的定位以及推力矢量轴相对于乘客舱的上下限的定位确保在推进器从竖直推力位置旋转到水平推力位置时，推进器的旋转平面绝不会与乘客舱的那部分相交，在此处推进器部件的故障会导致碎屑渗入乘客舱并造成伤害。

Description

竖直起降飞行器配置
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2017年8月18日提交的美国临时专利申请No.62/547,216的权益，其全部内容通过引用整体结合于此。
技术领域
本公开涉及一种竖直起降飞行器，其配置成在由机翼支撑的同时竖直起降并水平巡航。
背景技术
竖直起降(VTOL)飞行器通常用于从没有跑道的小区域起降，同时仍具有由机翼提供的巡航效率。
发明内容
在一实施方式中，飞行器配置有两个机翼，一个机翼位于重心的前方，一个机翼位于重心的后方，每个机翼具有附接到其上的四个推进器。机翼在旋转轴上安装到飞行器的机身，使得机翼可以定位成水平、竖直或在水平与竖直之间的任何位置。前机翼上的推进器安装在前机翼的前方，后机翼上的推进器安装在后机翼的后方。在向前飞行中，前机翼上的推进器正在拉动飞行器，而后机翼上的推进器正在推动飞行器。在飞行器减速以竖直降落时，机翼和所附接的推进器开始围绕其旋转轴旋转。前机翼旋转，从而使得附接到其的推进器的旋转平面向上和向后转移。后机翼旋转，从而使得附接到其的推进器的旋转平面向下和向前转移。附接到前机翼的推进器安装在前机翼的旋转轴线的充分前方，从而使得当旋转到竖直飞行位置时，它们就会移动到乘客舱的顶部上方的位置。附接到后机翼的推进器安装在后机翼的旋转轴线的充分后方从而使得当旋转到竖直飞行位置时，它们会移动到乘客舱的底部下方的位置。因此，推进器的旋转平面绝不会穿过乘客舱或包含重要***的机身部分。起落架的长度使得后推进器在起降期间具有足够的离地间隙。
在另一实施方式中，飞行器的机翼安装在固定位置，并且附接到推进器的电机机舱从水平旋转到竖直，其中机舱的旋转轴和推进器的定位配置成使得推进器的旋转平面绝不会穿过乘客舱。
在又一实施方式中，利用了柔性驱动轴配置，从而使得包含电机的机舱保持在固定位置，并且仅推进器在水平与竖直推力位置之间旋转。
在各种实施方式中，在飞行器的前部和后部的推进器的数量在每一端可以大于或小于四个。
在各个实施方式中，机身的下后部上的防护罩用于保护乘客和重要的飞行器***免受推进器故障所造成的损害，从而使得飞行器的后部上的推进器的平面当它们旋转到竖直推力位置时与机身的下部受防护部分相交，但是在飞行器的任何配置中，任何推进器旋转平面都不会与机身的上部相交。
附图说明
图1是根据说明性实施方式的竖直起降飞行器的等距视图，其中推进器处于水平推力位置。
图2是根据说明性实施方式的竖直起降飞行器的侧视图，其中推进器处于水平推力位置。
图3是根据说明性实施方式的竖直起降飞行器的侧视图，其中推进器处于水平与竖直推力位置之间。
图4是根据说明性实施方式的竖直起降飞行器的侧视图，其中推进器处于竖直推力位置。
图5是根据说明性实施方式的具有四个旋转的电机机舱和固定翼的竖直起降飞行器的等距视图，其中推进器处于水平推力位置。
图6是根据说明性实施方式的具有四个旋转的电机机舱和固定翼的竖直起降飞行器的侧视图，其中推进器处于竖直推力位置。
图7是根据说明性实施方式的具有四个旋转的电机机舱和固定翼的竖直起降飞行器的侧视图，其中推进器处于水平推力位置。
图8是根据说明性实施方式的竖直起降飞行器的侧视图，其中增强的下部机身和推进器处于竖直推力位置。
具体实施方式
本文公开了用于竖直起降飞行器的各种实施方式，其配置成在由机翼支撑的同时竖直起降并水平巡航。在本公开中详细描述的配置允许转子从竖直推力配置运动到水平推力配置，而转子的平面在任何点都不与乘客舱相交。这在任何转子***在操作时发生机械故障的情况下提高乘客安全性。
期望竖直起降(VTOL)飞行器能够从没有跑道的小区域起降。附加地，VTOL飞行器具有可以提供巡航效率的机翼。从竖直飞行配置向水平飞行配置的过渡可以涉及使推力轴线围绕垂直于推力轴线的轴线旋转，这涉及相对于飞行器的机身改变转子或推进器的平面。为了本公开的目的，如果发生机械故障，则转子或推进器在飞行器乘员的安全性方面具有相同的问题，因此出于本公开的目的，转子或推进器将被可互换地处理。当推进器发生故障时，作用在旋转部件上的力通常会导致它们沿垂直于推进器旋转轴线的方向(例如推进器的旋转平面)从推进器离开。在飞行器的某些配置中，存在从故障的推进器离开的部件可能对乘员造成伤害或损坏飞行器***(如果他们位于旋转平面内)的风险。在某些飞行器配置中，在推力轴线发生旋转时，推进器的平面穿过乘客舱。
一些飞行器具有旋转平面与乘客舱相交的推进器，如果在错误的时间发生机械故障，则会产生这些安全隐患。当快速旋转的推进器和发动机部件故障时，存在巨大风险。飞行器上的故障的旋转硬件的碎片与重要***或乘客之间的碰撞已经导致多起致命事故。
有利地，本文公开的飞行器配置包括推进器，该推进器具有在任何时候都不与飞行器的乘客舱相交的旋转平面。本文公开的飞行器配置的其他优点包括推进器/转子配置，其提供飞行器的改进的可控制性和稳定性。本文公开的配置解决的问题是如何在保持推进器/转子平面不与乘客舱相交的同时避免基于将推进器/转子定位成远离飞行器的重心而可能发生的可控制性和稳定性问题。例如，某些***(诸如Burrage的美国专利申请公开No.2007/0158494中所示的***)示出这样一种***，其在推进器从飞行器的重心正上方的点移动到整个乘客舱的前方或后方的点时相对于飞行器的重心显著转移。本文公开的各种配置避免此类问题，允许与诸如Burrage中所示的常规***相比提高的控制和稳定性。
图1-4展示根据各种实施方式的竖直起降飞行器100。机身2包含乘客舱8，飞行器的乘员就座在该乘客舱中。乘客舱8具有乘客舱的上限60，该上限被定义为机身2的被乘客占据的部分的上限。乘客舱8还具有乘客舱的下限62，该下限被定义为机身2的被乘客占据的部分的下限。
倾斜的前机翼4附接到机身2，并且可以围绕向前推力矢量轴线68枢转。倾斜的后机翼6附接到机身2，并且可以围绕向后推力矢量轴线70枢转。前推进器20机翼安装在倾斜的前机翼4的前侧。后推进器30安装在倾斜的后机翼6的后侧。竖直稳定器10附接到机身2上，以提高偏航稳定性。前推进器20配置成通过拉动飞行器来提供向前推力，并且后推进器30配置成通过推动飞行器来提供向前推力。
在巡航飞行中，倾斜的前机翼4和倾斜的后机翼6配置在水平位置，以使机翼能够提供升力。这种配置在图1和2中可见。在这种配置中，从前推进器20和后推进器30使用的推力被最小化，从而使得竖直起降飞行器100有利地使用较少的能量来维持飞行。在巡航飞行中，前推进器20定位在乘客舱8的前方，并且后推进器30定位在乘客舱8的后方。
当竖直起降飞行器100接近着陆位置时，前向速度减小，并且倾斜的前机翼4围绕前推力矢量轴线68旋转，而倾斜的后机翼6基本上同时地围绕后推力矢量轴线70旋转，改变前推力轴线72和后推力轴线74以提供推力的水平分量和推力的竖直分量。图3示出竖直起降飞行器100，其中倾斜的前机翼4和倾斜的后机翼6处于在水平和竖直配置之间的中间位置。
随着竖直起降飞行器100进一步减速，倾斜的前机翼4和倾斜的后机翼6过渡到图4中所见的竖直位置中。在这种配置中，飞行器通过由前推进器20和后推进器30产生的推力保持在空中。
为了增加安全性，前推进器20、后推进器30、前推力矢量轴线68、后推力矢量轴线70、乘客舱的上限60和乘客舱的下限62配置成使得在图2中所见的水平飞行配置与图4中所见的竖直飞行配置之间的过渡期间，前推进器的平面64和后推进器的平面66绝不与乘客舱8相交。前推进器的平面64与前推力矢量轴线68之间的距离大于前推力矢量轴线68与乘客舱的上限60之间的距离。后推进器的平面66与后推力矢量轴线70之间的距离大于后推力矢量轴线70与乘客舱的下限62之间的距离。这些距离之间的关系确保推进器64围绕前推力矢量轴线68旋转，前推进器的平面64始终位于乘客舱8的前方或乘客舱8的上方。这些距离之间的关系还确保在后推进器的平面66围绕后推力旋转时在矢量轴线70旋转时，后推进器的平面66始终位于乘客舱8的后方或其下方。
图5-7展示竖直起降飞行器200的替代实施方式。固定的前机翼40和固定的后机翼50刚性地附接到机身2。倾斜的前机动舱42附接到固定的前机翼40，从而使得其可以围绕前推力矢量轴线80旋转。倾斜的后机动舱52附接到固定的后机翼50，从而使得其可以围绕后推力矢量轴线82旋转。
前推进器的平面84与前推力矢量轴线80之间的距离大于前推力矢量轴线80与乘客舱的上限60之间的距离。后推进器的平面86与后推力矢量轴线82之间的距离大于后推力矢量轴线与乘客舱的下限62之间的距离。
图8展示根据各种实施方式的用于竖直起降飞行器300的附加配置。机身2的围绕乘客舱8、在乘客舱的下限62上方并且在机身的加固部分的上限90下方的部分被增强，以在后推进器94的机械故障的情况下保护乘员免受碎屑的侵害。后推进器94和倾斜的后机动舱92围绕后推力矢量轴线98旋转。后推进器的平面96与后推力矢量轴线98之间的距离大于后推力矢量轴线98与机身的加固部分的上限90之间的距离。该配置防止后推进器的平面96在后推进器的位置94围绕后推力矢量轴线98旋转时与乘客舱8的在加固机身的上限90上方的部分相交。这种配置还允许上部非加固机身中的在机身的加固部分的上限上方的窗口与需要防止由故障的推进器产生的碎屑进入乘客舱8的情况相比更轻。

Claims (20)

1.一种竖直起降飞行器，包括：
机身；
机身内的乘客舱；
定位在飞行器的重心前方的至少两个前推进器，其中在机身的每一侧上定位有所述前推进器中的至少一个；以及
定位在飞行器的重心后方的至少两个后推进器，其中在机身的每一侧上定位有所述后推进器中的至少一个；其中：
所述至少两个前推进器中的每一个前推进器的前推力轴线基本上垂直于前推力矢量轴线，其中在水平飞行模式中，所述至少两个前推进器定位在前推力矢量轴线前方，并且其中所述至少两个前推进器中的每一个前推进器的前推力轴线配置成围绕前推力矢量轴线旋转；
所述至少两个后推进器中的每一个后推进器的后推力轴线基本上垂直于后推力矢量轴线，其中在水平飞行模式中，所述至少两个后推进器定位在后推力矢量轴线后方，并且其中所述至少两个后推进器中的每一个后推进器的后推力轴线配置成围绕后推力矢量轴线旋转；
前推力偏移距离被限定在所述至少两个前推进器的旋转平面与前推力矢量轴线之间，其中前推力偏移距离大于从前推力矢量轴线到乘客舱的顶部的竖直距离；以及
后推力偏移距离被限定在所述至少两个后推进器的旋转平面与后推力矢量轴线之间，其中后推力偏移距离大于从后推力矢量轴线到乘客舱的底部的竖直距离。
2.根据权利要求1所述的竖直起降飞行器，其中所述至少两个前推进器安装在前机翼上，并且所述至少两个后推进器安装在后机翼上。
3.根据权利要求2所述的竖直起降飞行器，其中前机翼围绕前推力矢量轴线旋转，并且后机翼围绕后推力矢量轴线旋转。
4.根据权利要求3所述的竖直起降飞行器，其中在前机翼围绕前推力矢量轴线旋转时，所述至少两个前推进器也围绕前推力矢量轴线旋转。
5.根据权利要求3所述的竖直起降飞行器，其中在后机翼围绕后推力矢量轴线旋转时，所述至少两个后推进器也围绕后矢量轴线旋转。
6.根据权利要求2所述的竖直起降飞行器，其中所述至少两个前推进器的机舱独立于前机翼围绕前推力矢量轴线旋转。
7.根据权利要求6所述的竖直起降飞行器，其中前机翼相对于机身固定。
8.根据权利要求2所述的竖直起降飞行器，其中所述至少两个后推进器的机舱独立于后机翼围绕后推力矢量轴线旋转。
9.根据权利要求8所述的竖直起降飞行器，其中后机翼相对于机身固定。
10.根据权利要求2所述的竖直起降飞行器，其中前机翼在飞行器的重心前方的一点处附接到机身，并且后机翼附接到飞行器机身上的在飞行器的重心后方的一点。
11.根据权利要求1所述的竖直起降飞行器，其中所述至少两个前推进器和/或所述至少两个后推进器是转子或推进器。
12.根据权利要求1所述的竖直起降飞行器，其中所述至少两个前推进器包括四个前推进器，并且所述至少两个后推进器包括四个后推进器。
13.根据权利要求1所述的竖直起降飞行器，其中所述至少两个前推进器中的每一个前推进器的前推力轴线定位在乘客舱的前方，并且所述至少两个后推进器中的每一个后推进器的后推力轴线定位在乘客舱的后方。
14.一种竖直起降飞行器，包括：
机身；
机身内的乘客舱；
定位在飞行器的重心前方的至少两个前推进器，其中在机身的每一侧上定位有所述前推进器中的至少一个；
定位在飞行器的重心后方的至少两个后推进器，其中在机身的每一侧上定位有所述后推进器中的至少一个；其中：
所述至少两个前推进器中的每一个前推进器的前推力轴线基本垂直于前推力矢量轴线，其中所述至少两个前推进器定位在前推力矢量轴线前方，并且其中所述至少两个前推进器中的每一个前推进器的前推力轴线配置成围绕前推力矢量轴线旋转；
所述至少两个后推进器中的每一个后推进器的后推力轴线基本垂直于后推力矢量轴线，其中所述至少两个后推进器定位在后推力矢量轴线后方，并且其中所述至少两个后推进器中的每一个后推进器的后推力轴线配置成围绕后推力矢量轴线旋转；
机身的加固部分的上限，其中机身的在上限下方的第一部分被加固以防止来自推进器故障的碎屑对机身内的乘员造成损害，并且其中机身在上限上方的第二部分不被加固以防止来自推进器故障的碎屑对机身内的乘员造成损害；
前推力偏移距离被限定在所述至少两个前推进器的旋转平面与前推力矢量轴线之间，其中前推力偏移距离大于从前推力矢量轴线到乘客舱的顶部的竖直距离；以及
后推力偏移距离被限定在所述至少两个后推进器的旋转平面和后推力矢量轴线之间，其中后推力偏移距离大于从后推力矢量轴线到机身的第一加固部分的上限的竖直距离。
15.根据权利要求14所述的竖直起降飞行器，其中所述至少两个前推进器和/或所述至少两个后推进器是转子或推进器。
16.根据权利要求14所述的竖直起降飞行器，其中所述至少两个前推进器中的每一个前推进器的前推力轴线定位在乘客舱前方，并且所述至少两个后推进器中的每一个后推进器的后推力轴线定位在乘客舱后方。
17.根据权利要求14所述的竖直起降飞行器，其中所述至少两个前推进器安装在前机翼上，并且所述至少两个后推进器安装在后机翼上。
18.根据权利要求17所述的竖直起降飞行器，其中前机翼围绕前推力矢量轴线旋转，并且后机翼围绕后推力矢量轴线旋转。
19.根据权利要求17所述的竖直起降飞行器，其中所述至少两个前推进器的机舱独立于前机翼围绕前推力矢量轴线旋转，并且所述至少两个后推进器的机舱独立于后机翼围绕后推力矢量轴线旋转。
20.一种竖直起降飞行器，包括：
机身；
机身内的乘客舱；
定位在飞行器的重心前方的前推进器；以及
定位在飞行器的重心后方的后推进器；其中：
前推进器配置成围绕前推力矢量轴线旋转；
后推进器配置成围绕后推力矢量轴线旋转；
前推力偏移距离被限定在前推进器的旋转平面与前推力矢量轴线之间，其中前推力偏移距离大于从前推力矢量轴线到乘客舱的顶部的竖直距离；以及
后推力偏移距离被限定在后推进器的旋转平面与后推力矢量轴线之间，其中后推力偏移距离大于从后推力矢量轴线到乘客舱的底部的竖直距离。
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