JP2024508933A - 推進翼後縁の排気領域制御 - Google Patents

Abstract

推進機および排気口領域制御機構を備える推進機システムが記載される。排気口領域制御機構は、推進機の出口に接続され、空気が推進機システムを出る面積を変化させるように構成される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年３月３日に出願された米国仮特許出願第６３／１５５，９６８号、２０２１年３月３日に出願された米国仮特許出願第６３／１５６，０６３号、２０２１年３月３日に出願された米国仮特許出願第６３／１５６，０６７号、および２０２１年３月３日に出願された米国仮特許出願第６３／１５６，０７６号の優先権を主張し、それぞれが参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本開示は、概して、可変排気口領域を有する、ダクト移送推進機に関する。

従来の推進機は、入口端および出口端の両方に円形またはその他の円状の断面を有する。円形形状の全体にわたる連続性によって推進機を通る滑らかな空気の流れが可能となり得るが、円形断面の出口を有することは出口領域を扱うことができる方法を制限する。円形出口断面を有するいくつかの従来例は、推進機の出口領域を制御するためにスライドプレートを用いる。しかしながら、出口が円形断面であるため、円形出口に沿ったスライドプレートの配置やスライドプレートの制御が複雑になる。

推進ファンシステムが開示される。一実施形態では、推進機ファンシステムには、排気制御システムおよび推進機ファンが含まれる。排気制御システムは、推進機ファンに接続され、推進機ファンシステムの排気面積を変化させるように構成される。排気面積を変化させることによって、推力の大きさおよび／または推力方向を調整することができる。

一実施形態では、排気制御システムは、第１の端部、第２の端部、および排気面積制御機構を含む。第１の端部は、推力を生成するように構成された推進機ファンの出口に接続されている。第１の端部は、推進機ファンの出口の断面形状に実質的に一致した第１の断面形状を有する。しかし、排気制御システムの第２の端部は、第１の断面形状とは異なる断面形状を有する。排気制御システムの第２の端部の断面形状によって、排気制御システムの第２の端部の面積を変化させるように構成された排気面積制御機構の複雑さが低減される。

一実施形態では、排気制御システムは、推進機ファンに接続され、可変長としている。推進機ファンに接続する排気制御システムの端部に配置された排気面積制御機構は、排気制御システムの長さを変化させるように構成されている。排気制御システムの長さが変化するにつれて、推進機ファンの排気面積が変化する。

図１は、一実施形態による推進機ファンの斜視図である。 図２Ａは、一実施形態による推進機ファンの第１の分解図である。 図２Ｂは、一実施形態による推進機ファンの第２の分解図である。 図３Ａは、一実施形態による推進機ファンのダクトリップの斜視図を示す。 図３Ｂは、一実施形態による推進機ファンのダクトリップの正面図を示す。 図３Ｃは、一実施形態による推進機ファンのダクトリップの側面図を示す。 図３Ｄは、一実施形態による推進機ファンのダクトリップの断面図を示す。 図４Ａは、一実施形態による、推進機ファンのノーズコーン断面の斜視図を示す。 図４Ｂは、一実施形態による、推進機ファンのノーズコーン断面の正面図を示す。 図４Ｃは、一実施形態による、推進機ファンのノーズコーン断面の断面図を示す。 図４Ｄは、一実施形態による、推進機ファンのノーズコーン断面の斜視図を示す。 図５Ａは、一実施形態による推進機ファンのハブの正面図を示す。 図５Ｂは、一実施形態による推進機ファンのハブの側面図を示す。 図６Ａは、一実施形態による推進機ファンのファン翼の斜視図を示す。 図６Ｂは、一実施形態による推進機ファンのファン翼の正面図を示す。 図７Ａは、一実施形態による、図６Ａおよび図６Ｂに示されるファン翼に含まれる翼板の斜視図を示す。 図７Ｂは、一実施形態による、図６Ａおよび図６Ｂに示されるファン翼に含まれる翼板の正面図を示す。 図７Ｃは、一実施形態による、図６Ａおよび図６Ｂに示されるファン翼に含まれる翼板の側面図を示す。 図７Ｄは、一実施形態による、図６Ａおよび図６Ｂに示されるファン翼に含まれる翼板の上面図を示す。 図８Ａは、一実施形態による推進機ファンの固定リングの斜視図を示す。 図８Ｂは、一実施形態による推進機ファンの固定リングの正面図を示す。 図８Ｃは、一実施形態による推進機ファンの固定リングの側面図を示す。 図９Ａは、一実施形態による推進機ファンの張力リングの斜視図を示す。 図９Ｂは、一実施形態による推進機ファンの張力リングの側面図を示す。 図１０Ａは、一実施形態による推進機ファンの内部ダクト本体のハウジングの斜視図を示す。 図１０Ｂは、一実施形態による推進機ファンの内部ダクト本体のハウジングの正面図を示す。 図１０Ｃは、一実施形態による推進機ファンの内部ダクト本体のハウジングの側面図を示す。 図１１Ａは、一実施形態による推進機ファンのステータの斜視図を示す。 図１１Ｂは、一実施形態による推進機ファンのステータの正面図を示す。 図１１Ｃは、一実施形態による推進機ファンのステータの側面図を示す。 図１１Ｄは、一実施形態による推進機ファンのステータの断面図を示す。 図１２Ａは、一実施形態による推進機ファンのテールコーンの斜視図を示す。 図１２Ｂは、一実施形態による推進機ファンのテールコーンの正面図を示す。 図１２Ｃは、一実施形態による推進機ファンのテールコーンの側面図を示す。 図１２Ｄは、一実施形態による推進機ファンのテールコーンの断面図を示す。 図１３Ａは、一実施形態による推進機ファンの周縁駆動システムの斜視図を示す。 図１３Ｂは、一実施形態による推進機ファンの周縁駆動システムの正面図を示す。 図１３Ｃは、一実施形態による推進機ファンの周縁駆動システムの側面図を示す。 図１４は、別の実施形態による推進機ファンの周縁駆動システムを示す。 図１５Ａは、一実施形態による配列した推進機ファンの正面図を示す。 図１５Ｂは、一実施形態による配列した推進機ファンの斜視図を示す。 図１６は、一実施形態による推進機ファン配列の例示的な適用を示す。 図１７Ａは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む、ホバリングするドローンの正面図を示す。 図１７Ｂは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む、ホバリングするドローンの側面図を示す。 図１７Ｃは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む、ホバリングするドローンの上面図を示す。 図１８Ａは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む映画ドローンの正面図を示す。 図１８Ｂは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む映画ドローンの側面図を示す。 図１８Ｃは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む映画ドローンの上面図を示す。 図１９Ａは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む輸送機の正面図を示す。 図１９Ｂは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む輸送機の側面図を示す。 図１９Ｃは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む輸送機の上面図を示す。 図２０Ａは、一実施形態による推進機ファン配列を含む垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機の正面図を示す。 図２０Ｂは、一実施形態による推進機ファン配列を含む垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機の側面図を示す。 図２０Ｃは、一実施形態による推進機ファン配列を含む垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機の上面図を示す。 図２１Ａは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む搬送ドローンの正面図を示す。 図２１Ｂは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む搬送ドローンの側面図を示す。 図２１Ｃは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む搬送ドローンの上面図を示す。 図２２は、第１の実施形態による排気制御システムを有する推進機ファンシステムの第１の斜視図を示す。 図２３は、第１の実施形態による排気制御システムを有する推進機ファンシステムの第２の斜視図を示す。 図２４は、第１の実施形態による排気制御システムを有する推進機ファンシステムの断面図を示す。 図２５Ａは、第１の実施形態による排気制御システムの異なる状態を示す。 図２５Ｂは、第１の実施形態による排気制御システムの異なる状態を示す。 図２５Ｃは、第１の実施形態による排気制御システムの異なる状態を示す。 図２６Ａは、第２の実施形態による排気制御システムを有する推進機ファンシステムの断面図を示す。 図２６Ｂは、第２の実施形態による排気制御システムを有する推進機ファンシステムの断面図を示す。 図２６Ｃは、第２の実施形態による排気制御システムを有する推進機ファンシステムの断面図を示す。 図２７は、第２の実施形態による排気制御システムの詳細図を示す。 図２８は、第３の実施形態による排気制御システムを有する推進機ファンシステムの断面図を示す。

図面および以下の説明は、例示のみを目的として特定の実施形態を説明するものである。当業者は、本明細書で示される構造および方法の代替的な実施形態が、本明細書に記載される原理から逸脱することなく用いられ得ることを以下の説明から容易に認識する。いくつかの実施形態を詳細に参照し、その例は、添付図面に図示される。実施可能な場合は、いつでも、同様または類似の参照番号が図で用いられ、同様または類似の機能を示す場合があることに留意されたい。

推進機ファンと駆動システム
一実施形態では、推進機ファンおよび駆動システムが開示される。一般に、推進機ファンおよび駆動システムは、推力を生成するように構成される。推進機ファンおよび駆動システムは、航空機からリーフブロワなどの手道具までの様々な用途のための推力を生成するものとすることができる。しかしながら、推進機ファンおよび駆動システムの用途は、本明細書に記載されるものに限定されない。

図１は、一実施形態による推進機ファン１００の斜視図を示す。一般に、推進機ファン１００は、推力生成中に推進機ファン１００から出されるノイズをトータルで低減する複数の構成要素を含む。従って、推進機ファン１００は、騒音公害を低減する。例えば、推進機ファン１００は、複数のファン翼板を含んだ、張力が作用するファン翼を含む。ファン翼に張力をかけることによって、推進機ファンが最大推力を生成しているか、または動作していない（例えば、静止している）かにかかわらず、ファン翼板の角度は実質的に同じ角度に維持される。その結果、従来の推進機ファンと比較して、騒音汚染が低減され、推力効率が向上する。推進機ファン１００は、ファン翼板の角度が所定の許容範囲内に維持されることを前提として騒音汚染を低減する。例えば、推進機ファン１００は、３００フィートのサイドライン／５，０００ｌｂｆで６５ｄＢＡ未満のノイズを放出する。

図２Ａは、一実施形態による推進機ファン１００の第１の分解図を示し、図２Ｂは、一実施形態による推進機ファン１００の第２の分解図を示す。推進機ファン１００は、図２Ａおよび図２Ｂに示されるように複数の異なる構成要素を含む。一実施形態では、推進機ファン１００は、ダクトリップ２０１、ノーズコーン２０３、ハブ２０５、ファン翼２０９、固定リング２１０（図８Ａ～図８Ｃに示される）、張力リング２１１、モータ２１５、本体ハウジング２１７、複数の外側ケーシング２１３Ａおよび２１３Ｂ、ステータ２１９、およびテールコーン２２１を含む。推進機ファン１００の他の実施形態は、図２Ａおよび図２Ｂに示される以外の他の構成要素を含むことができる。一実施形態では、ダクトリップ２０１、外側ケーシング２１３、およびステータ２１９の一部（例えば、２１９Ｃ）は、図１に示されるように、全体で、推進機ファンの構成要素を収容する循環ダクトを形成する。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄは、一実施形態による推進機ファン１００のダクトリップ２０１の斜視図、正面図、側面図、及び断面図をそれぞれ示す。一実施形態では、ダクトリップ２０１は、推進機ファン１００に空気の乱れのない流入を与えるように構成される。ダクトリップ２０１は、一実施形態では、本体ハウジング２１７に接続されるように構成される。ダクトリップ２０１は、図２Ｂに示されるように、ダクトリップ２０１の背面に複数の取り付け穴２２３を含むことができる。留め具（例えば、ナットおよびボルト、リベットなど）は、以下でさらに説明されるように、ダクトリップ２０１を本体ハウジング２１７の第１の端部１００１に接続するために、取り付け穴２２３に入れられる。

ダクトリップ２０１は、全体としてダクトリップ２０１を形成する複数のパネルを含むことができる。例えば、ダクトリップ２０１は、全体としてダクトリップ２０１の内面３０９を形成する第１の複数のパネルを含むことができ、また、ダクトリップ２０１が、空気をファン翼２０９に導く中空中心を有するように、ダクトリップ２０１の外面３０７を全体として形成する第２の複数のパネルを含むことができる。第１および第２の複数のパネルは、締結具（例えば、ネジ、ナット、ボルト）などの様々な締結手段を介して、または溶接を介して互いに接続され得る。第１および第２の複数のパネルは、アルミニウムまたはチタンなどの金属、または炭素繊維などの複合材料で作ることができる。代替として、ダクトリップ２０１は、単一の材料から作られてもよく、例えば、３Ｄプリントで作られてもよい。

一実施形態では、ダクトリップ２０１は、第１の端部３０３（例えば、入口）および第２の端部３０５（例えば、出口）を含む。第１の端部３０３は、空気を受け入れ、空気は、第２の端部３０５を出る。図３Ｃに示されるように、第１の端部３０３の直径は、第２の端部３０５の直径よりも小さいが、他の実施形態として同じであってもよい。ダクトリップ２０１の第１の端部３０３および第２の端部３０５の直径は、推進機ファン１００の用途に依る。例えば、ダクトリップ２０１の第１の端部３０３および第２の端部３０５の直径は、リーフブロア用途と比較して、航空機用途ではより大きい。

図３Ｄは、一実施形態による、図３Ｂに示される平面Ａ－Ａ’に沿ったダクトリップ２０１の断面図である。上述のように、ダクトリップ２０１は、外面３０７および内面３０９を含む。外面３０７および内面３０９は共に、ダクトリップ２０１の第１の端部３０３からダクトリップ２０１の第２の端部３０５に向かって延在する。空気は、ダクトリップ２０１の内面３０９を通って流れる。ダクトリップ２０１の内面３０９の曲率３１１Ａおよびダクトリップ２０１の外面３０７の曲率３１１Ｂは、異なる条件（例えば、クルーズ、離陸、および着陸などの飛行条件）およびレイノルズ数などの様々な要因のバランスをとるように設計されている。当業者は、注目する、速度状況や飛行モードにわたる好ましい圧力勾配のためにダクトリップ半径を適合させることができる。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄは、一実施形態による、推進機ファン１００のノーズコーン２０３の断面の斜視図、正面図、断面図、および斜視図をそれぞれ示す。ノーズコーン２０３は、近づいて来る気流の挙動に合せて、空気力学的抗力を低減するように構成される。ノーズコーン２０３はまた、広帯域または音ノイズに大きく影響を与えることなく、冷却空気流量で空気を流す羽根車を備えて構成することもできる。

一実施形態では、ノーズコーン２０３は、ノーズコーン２０３とモータ２１５との間に配置されたハブ２０５によってモータ２１５に接続するように構成される。ノーズコーン２０３は、図２Ｂに示されるように、ノーズコーン２０３の背面に複数の取り付け穴を含むことができる。締結具２０７（例えば、ナットとボルト、リベットなど）は、ノーズコーン２０３をハブ２０５の第１の端部に接続するために、取り付け穴に入れられる。以下でさらに説明されるように、締結具２０７は、ハブ２０５を通って延在し、モータ２１５の第１の端部に接続する。

一実施形態では、ノーズコーン２０３は、円錐形である。しかしながら、他の実施形態として、ノーズコーン２０３は異なる形状を有することができる。図４Ａから図４Ｄに示されるように、ノーズコーン２０３は、ノーズコーン２０３の第１の端部に開口部４０３（例えば、穴）を含む。ファン翼２０９が回転すると、空気がノーズコーン２０３の開口部４０３を通って引っ張られ、モータ２１５を冷却する。内部部品を冷却するために必要な二次流量は、ノーズコーン２０３の開口部４０３の内径を決定する。当業者は、この直径を、異なる電動モータの熱要件や、それらを最も制約的な条件、典型的には最大連続動作で、冷却するために必要な空気に依存して導出することができる。

図４Ｃは、一実施形態による、図４Ｂに示される平面Ｂ－Ｂ’に沿ったノーズコーン２０３の断面図である。一実施形態では、ノーズコーン２０３は中実ではなく、空洞を含んでいる。例えば、一実施形態では、ノーズコーン２０３は、空気経路４０５を備える。空気経路４０５は、ノーズコーン２０３の開口部４０３から、ノーズコーン２０３の第２の端部（例えば、背面）の円周の周りに配置された複数の開口部４０７まで延在する。空気は、開口部４０３から空気経路４０５を通って流れ、複数の開口部４０７を出て、モータ２１５を冷却する。一実施形態では、空気経路４０５は、図４Ｃおよび図４Ｄに示されるように、ノーズコーン２０３の外面４０９とノーズコーン２０３内に形成された突起部４１１との間に形成される。

一実施形態では、突起部４１１は、ノーズコーン２０３の第２の端部から、ノーズコーン２０３の開口部４０３に向かって内側に突出している。突起部４１１は、ノーズコーン２０３と同様の形状を有することができる。例えば、突起部４１１もまた、円錐形状である。しかしながら、他の実施形態として、突起部４１１は、ノーズコーン２０３とは異なる形状を有することができる。

概して、突起部４１１は、モータ２１５を冷却するための流量の空気流に合わせて調整されたサイズおよび形状を有する。一実施形態では、突起部４１１は、突起部４１１を通って形成された空気経路４１３を含み、この経路を通って、空気経路４１３の開口部４１５からノーズコーン２０３の第２の端部の開口部４１７に空気が流れる。一実施形態では、空気経路４１３の中心は、ノーズコーン２０３の開口部４０３の中心と整列している。

図５Ａおよび図５Ｂは、一実施形態による推進機ファン１００のハブ２０５の正面図および側面図をそれぞれ示す。ハブ２０５は、推進機ファン１００の中心部分であり、以下でさらに説明されるように、ファン翼２０９の中心に配置される。ハブ２０５は、一実施形態では、ノーズコーン２０３、固定リング２１０、およびモータ２１５に接続するように構成されている。

図５Ａから図５Ｂに示されるように、一例では、ハブ２０５は円筒形である。一実施形態では、ハブ２０５の第１の端部５０７の直径は、ノーズコーン２０３の第２の端部の直径と一致する。ハブ２０５の第１の端部５０７（例えば、前面）は、ハブ２０５の厚さ部分を貫くように形成される複数の取り付け穴５０１Ａ～５０１Ｆを含む。取り付け穴５０１の位置は、ノーズコーン２０３の第２の端部がハブ２０５の第１の端部５０７に接続するときに、取り付け穴５０１がノーズコーン２０３の取り付け穴と整列するようになっている。締結具２０７は、取り付け穴５０１Ａ～５０１Ｆを通り、モータ２１５の第１の端部（例えば、前面）に接続するように構成されている。例えば、締結具２０７は、モータ２１５の第１の端部のねじ穴２２５にねじ込まれる。

一実施形態では、ハブ２０５はまた、開口部５０３Ａおよび５０３Ｂなどの、ハブ２０５の厚み部分を通って延在する複数の開口部５０３を含む。複数の開口部５０３は、ノーズコーン２０３の後面の開口部４０７と合致する（例えば、同じである）形状およびサイズを有する。開口部５０３は、ノーズコーン２０３とハブ２０５が互いに接合するときに、ノーズコーン２０３の後面の開口部４０７と整列するように構成されている。従って、ノーズコーン２０３の開口部４０７から出た空気は、ハブ２０５の開口部５０３を通って流れる。一実施形態では、ハブにおける複数の開口部５０３は、異なるサイズを有する。例えば、開口部５０３Ａは、開口部５０３Ｂよりも小さい。

一実施形態では、ハブ２０５はまた、ハブ２０５の厚み部分を通って延在する開口部５０５を含む。開口部５０５は、ハブ２０５の中心に配置されている。一実施形態では、開口部５０５の中心は、ノーズコーン２０３の空気経路４１３の中心と整列するように構成されている。従って、ノーズコーン２０３の空気経路４１３から出た空気流は、ハブ２０５内の開口部５０５を通って流れ、モータ２１５を冷却する。

一実施形態では、第１の端部５０７の反対側にあるハブ２０５の第２の端部５１１は、ハブ２０５の第２の端部５１１の外周の周りに接続機構５０９を含む。接続機構５０９は、ハブ２０５を固定リング２１０に接続するように構成されている。一実施形態では、接続機構５０９は、ハブ２０５が固定リング２１０にねじ込まれるようなねじ山である。ハブ２０５が固定リング２１０に接続されると、固定リング２１０は、ハブ２０５の外周を取り囲む。モータ２１５は、ハブ２０５の第２の端部５１１の外面に接合するように構成されている。

一実施形態では、ハブ２０５は、ハブ２０５の第１の端部５０７と第２の端部５１１との間に配置された中間領域５１３を含む。一実施形態では、ファン翼２０９は、ハブ２０５がファン翼２０９の中心を通るよう配置されると同時に、中間領域５１３の円周の周りに位置されるように構成される。

図６Ａおよび図６Ｂは、一実施形態による推進機ファン１００のファン翼２０９の斜視図および正面図をそれぞれ示す。図６Ａ～図６Ｂに示されるように、ファン翼２０９は、複数の翼板６０１を含む。ファン翼２０９に含まれる翼板６０１の総数は、２～５枚の翼板を有する従来の推進機ファンにおける翼板の数よりも著しく多い。一実施形態では、ファン翼２０９は、２０枚から８４０枚までの範囲の翼板６０１を含み得る。しかしながら、５枚を超える数であれば任意の数の翼板を用いることができる。一般に、ファン翼２０９に含まれる翼板６０１の総数は用途に応じたものとなる。一実施形態では、多翼ファンの翼板用の材料は、多翼ファンの用途の種類にも依る。翼板は、アルミニウムまたはチタンなどの金属、または炭素繊維などの複合材料で作ることができる。

一実施形態では、ファン翼２０９は、ファン翼２０９が小さい先端速度（約３００～４５０フィート／秒）で回転するときに、全体的な翼ノイズを低減する。本明細書に記載されるように、張力が作用したファン翼２０９によって、より多くの翼板が機械的な材料限界内にあってなお、超音波シグネチャおよび小さい亜音速先端速度を達成することが可能となる。さらに、翼板６０１の数が多いと、音ノイズが人間の可聴性の上限（典型的な成人の場合は１６，０００Ｈｚ以上）を超えた超音波周波数に上昇する。さらに、より多い翼板数による低い翼板荷重はまた、広帯域ノイズを引き起こす渦と渦の衝突の程度を低減する。

図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、複数の翼板６０１は、ハブ２０５が配置される中空の中心を有した、円形の円環形状を形成するように配置される。それぞれの翼板６０１は、翼板６０１の前縁部と後縁部の少なくとも一部が、隣接する翼板６０１と重なるように配置される。例えば、翼板の前縁部は、その翼板の左側の翼板の後縁部と重なり、翼板の後縁部は、その右翼板の右側の翼板の前縁部と重なり合う。複数の翼板６０１の重なり合った配置は、流入する空気流に対して機能するための堅牢性を増す。この堅牢性の調整は、局所的な空力効果を考慮し、翼板内および翼板間の流れの層流付着に影響を与える可能性のあるレイノルズ数効果を考慮して調整することができる。

図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、および図７Ｄは、一実施形態による、図６Ａおよび図６Ｂに示されるファン翼２０９における翼板６０１の斜視図、正面図、側面図、および上面図をそれぞれ示す。一実施形態では、それぞれの翼板６０１は、第１の固定端部６０５、第２の固定端部６０３、および第１の固定端部６０５と第２の固定端部６０３との間に配置された翼部６０７を備える。翼板６０１は、他の実施形態として本明細書に記載されているもの以外の他の特徴部を含むことができる。

一実施形態では、第１の固定端部６０５は、翼板６０１の先端に位置する。第１の固定端部６０５は、張力リング２１１に挿入され、翼板６０１を、その先端が引張られるように張力リング２１１に固定するよう構成される。翼板６０１の先端を引っ張ることによって、翼板６０１の先端のピッチ（例えば、角度）は、推力生成中、または推進機ファン１００が停止している間に実質的に同じにすることができ、それによって騒音汚染を低減する。

図７Ａ～図７Ｄに示されるように、第１の固定端部６０５は、面取りされた縁部を有する長方形形状であるが、他の形状を第１の固定端部６０５に用いることができる。一実施形態では、第１の固定端部６０５は、翼部６０７の先端の幅および厚さよりも大きい幅および厚さを有する。しかしながら、他の実施形態では、第１の固定端部６０５は、翼板６０１の先端と同じ幅またはより狭くてもよい。当業者は、張力による局所的な応力およびひずみを考慮して、縁部、面取り、表面処理、およびベゼル処理を調整することができる。

一実施形態では、第２の固定端部６０３は、翼板６０１の根元に配置される。第２の固定端部６０３は、固定リング２１０に挿入され、翼板６０１を固定リング２１０に固定するように構成される。翼板６０１の根元を引っ張ることによって、翼板６０１の根元のピッチ（例えば、角度）は、推力生成中、または推進機ファン１００が停止している間、実質的に同じであり、それによって騒音汚染を低減することができる。図７Ａ～図７Ｄに示されるように、第２の固定端部６０３は、複数の異なる面（例えば、直線状の面および湾曲面）を有して、翼板のたわみを低減するように固定リング２１０に接触する面積を増加させる。一実施形態では、第２の固定端部６０３は、翼板６０１の根元部分よりも大きく、第１の固定端部６０５の幅よりも広い幅を有する。しかしながら、他の実施形態では、第２の固定端部６０３は、翼板６０１の根元と同じ幅または狭くてもよい。

翼部６０７は、第１の固定端部６０５と第２の固定端部６０３との間に位置する。一実施形態では、翼部６０７は、翼部６０７内に幾何学的ねじれ部６０９を有する。幾何学的ねじれ部６０９は、翼板６０１の根元を基準に測定される、翼部の入射角の変化である。すなわち、翼部６０７は、幾何学的ねじれ部６０９によって、翼部６０７の長さ方向にわたって複数の異なる入射角となる。例えば、翼部６０７は、幾何学的ねじれ部６０９の第１の側部（例えば、図７Ａ～図７Ｃの幾何学的ねじれ部６０９の下側）に第１の入射角を有し、幾何学的ねじれ部６０９の第２の側部（例えば、図７Ａ～図７Ｃの幾何学的ねじれ部６０９の上側）に第２の入射角を有し得る。

幾何学的ねじれ部６０９の結果として、第１の固定端部６０５および第２の固定端部６０９は、図７Ｄに示されるように、翼板６０１の上面から見たときに互いにずれている。一実施形態では、幾何学的ねじれ部６０９は、翼板６０１の先端よりも翼板６０１の根元に近い、翼部６０７の一部分から開始する。根元の翼弦と先端の翼弦との間の幾何学的ねじれ６０９は、４５度まで変化し得る。

図６Ａおよび図６Ｂに戻って参照すると、一実施形態では、翼板６０１は、第２の固定端部６０３が円周の周りで互いに対して平行に配置され、それによってファン翼２０９の中心に穴を形成する。その結果、第１の固定端部６０５も互いに平行に配置され、各翼板６０１の翼部６０７は、翼部６０７における幾何学的ねじれ部６０９によって、隣接する翼板６０１の他の翼部と重なる。

図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃは、一実施形態による推進機ファン１００の固定リング２１０の斜視図、正面図、および側面図をそれぞれ示す。一般に、固定リング２１０は、ファン翼２０９およびハブ２０５に接続するように構成され、翼板６０１の根元に有益な張力を作用する。従って、ファン翼２０９の翼板６０１には、動作中に翼板６０１の角度を維持するために、先端および根元の両方で張力が作用する。固定リング２１０は、アルミニウムまたはチタンなどの金属、または炭素繊維などの複合材料で作ることができる。

固定リング２１０は、第１の端部８０１および第２の端部８０３を含む。一実施形態では、第１の端部８０１は、第２の端部８０３の直径よりも小さい直径を有し、それによって円錐形状を形成する。この形状の調整は、ファンへの一次内部流（すなわち、冷却流ではない）の必要性によって行われ、また、ファンの存在下で中央本体に沿った任意の境界層圧力勾配を考慮してもよい。一実施形態では、固定リング２１０の第１の端部８０１は、ファン翼２０９を固定リング２１０に直接接続するように構成され、それによって、ファン翼２０９を固定リング２１０に固定することができる。固定リング２１０の第１の端部８０１は、複数の固定歯８０５を備える。一実施形態では、固定歯８０５は、固定リング２１０の本体から、固定リングの第２の端部８０３に垂直な基準に対してある角度で延在する突起である。

複数のスロット８０７は、固定歯８０５によって形成される。例えば、スロット８０７は、固定歯８０５Ａと固定歯８０５Ｂを含む一対の固定歯の間に形成される。スロット８０７は、ファン翼２０９における第２の固定端部６０３の寸法に合った幅および深さを有する。スロット８０７は、例えば、固定リング２１０の厚さの４分の３など、固定リング２１０の厚さ部分を部分的に通って延在する。

一実施形態では、複数のスロット８０７のそれぞれは、ファン翼２０９の複数における翼板６０１の対応する１つに接続するように構成される。特に、それぞれの翼板６０１の第２の固定端部６０３は、スロット８０７の１つに挿入され、それによって、第２の固定端部６０３の面とスロットを形成する固定歯８０５との直接接触を介して、翼板６０１を固定リング２１０に固定する。一実施形態では、エポキシなどの締結具もまた、各翼板６０１の第２の固定端部６０３に付与され、翼板６０１と固定リング２１０との間の接続をさらに強化する。翼板６０１の第２の固定端部６０３を固定リング２１０に固定することによって、翼板６０１の根元のピッチは、推力生成中または停止中に実質的に同じに維持され、それによって、ピッチの変化が人間の耳に知覚可能であるため、推進機ファン１００から放出される可聴ノイズを低減することができる。

一実施形態では、固定リング２１０の第２の端部８０３は、固定リング２１０の第２の端部８０３の内周に接続機構８０９を備える。接続機構８０９は、例えば、固定リング２１０を、ハブ２０５の接続機構５０９に接続するように構成されている。一実施形態では、接続機構８０９は、ハブ２０５の接続機構５０９のねじ山に合うねじ山であり、それによって、ハブ２０５が固定リング２１０にねじ込まれることが可能となる。モータ２１５がハブ２０５に接続されているので、ハブ２０５は回転し、それによって固定リング２１０およびファン翼２０９も回転する。

図９Ａおよび図９Ｂは、一実施形態による推進機ファン１００の張力リング２１１の斜視図および側面図をそれぞれ示す。張力リング２１１は、ファン翼２０９の円周の周りに配置されることによって、ファン翼２０９に接続するように構成されている。より具体的には、張力リング２１１は、一実施形態による、ファン翼２０９の第１の固定端部６０５の総てに接続するように構成されている。翼板６０１の第１の固定端部６０５を張力リング２１１に固定することによって、翼板６０１の先端のピッチは、推力生成中または停止中に実質的に同じ値に維持され、それによって、ピッチの変化が人間の耳に知覚可能であるため、推進機ファン１００から放出される可聴ノイズを低減することができる。従って、張力リング２１１を用いて翼板６０１に前もって張力を作用させることは、先端の隙間に起因する非効率性を低減する。一実施形態では、張力リング２１１は、アルミニウムまたはチタンなどの金属、または炭素繊維などの複合材料で作られる。しかしながら、他の実施形態として、他の材料を用いることもできる。

図９Ａおよび図９Ｂに示されるように、張力リング２１１は、第１の端部９０３および第２の端部９０５を備える。一実施形態では、第１の端部９０３は、第２の端部９０５の直径と実質的に同じ直径を有する。張力リング２１１の本体９０９は、第１の端部９０３と第２の端部９０５との間に配置される。

一実施形態では、張力リング２１１の本体９０９は、張力リング２１１の厚みの全体を通って延在する複数の開口部（例えば、スロット）９０７を含む。それぞれの開口部９０７は、複数の翼板６０１のうちの１つの第１の固定端部６０５に接続するように構成されている。従って、張力リング２１１のそれぞれの開口部９０７と翼板６０１との間には、１対１の関係がある。一実施形態では、エポキシなどの締結具もまた、各翼板６０１の第１の固定端部６０５に付与され、翼板６０１と張力リング２１０との間の接続をさらに強化する。

一実施形態では、複数の開口部９０７は、第１の端部９０３または第２の端部９０５に垂直な基準に対して角度を付けて形成される。開口部９０７が形成される角度は、翼板６０１の第１の固定端部６０５のピッチに合致する。開口部９０７の寸法は、第１の固定端部６０５が張力リング２１１の開口部９０７に挿入されて、第１の固定端部６０５が張力リング２１１と直接接触すると、第１の固定端部６０５が張力リング２１１に固定されるように、第１の固定端部６０５の寸法と実質的に一致する。

図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃは、一実施形態による推進機ファン１００の内部ダクト本体ハウジング２１７（以下、“本体ハウジング”と称する）の斜視図、正面図、および側面図をそれぞれ示す。一実施形態では、本体ハウジング２１７は、推進機ファン１００の構成要素を収容する（例えば、部分的に取り囲む）ように構成されている。例えば、一実施形態では、ファン翼２０９、ハブ２０５、張力リング２１１、固定リング２１０、およびモータ２１５は、本体ハウジング２１７内に収容される。他の実施形態では、推進機ファン１００の他の構成要素は、本体ハウジング２１７内に収容することができる。一実施形態では、本体ハウジング２１７は、アルミニウムまたはチタンなどの金属、または炭素繊維などの複合材料で作られる。しかしながら、他の実施形態として、他の材料を用いることもできる。

一実施形態では、本体ハウジング２１７は、円筒形状であり、第１の端部１００１（例えば、入口）および第２の端部１００３（例えば、出口）を含む。第１の端部１００１は、一実施形態では、第２の端部１００３の直径よりも大きい直径を有する。第１の端部１００１は、本体ハウジング２１７の第１の端部１００１の円周の周りに形成される複数の取り付け穴１００５を含む。一実施形態では、本体ハウジング２１７の第１の端部１００１は、ダクトリップ２０１の取り付け穴２２３が本体ハウジング２１７の取り付け穴１００５と整列するようにしてダクトリップ２０１の第２の端部３０５に接続するように構成されている。上述したように、締結具２０７は、ダクトリップ２０１をダクト本体ハウジング２１７の第１の端部１００１に固定するために用いることができる。

一実施形態では、本体ハウジング２１７の第２の端部１００３は、本体ハウジング２１７の第２の端部１００３の円周の周りに形成される複数の取り付け穴１００７を含む。一実施形態では、本体ハウジング２１７の第２の端部１００３は、ステータ２１９の第１の端部（例えば、入口）に接続するように構成されている。本体ハウジング２１７の第２の端部１００３がステータ２１９の第１の端部に接続されている間、本体ハウジング２１７の第２の端部１００３の取り付け穴１００７は、ステータ２１９の第１の端部の取り付け穴と整列している。締結具（例えば、ナット、ボルト、リベット）を用いて、本体ハウジング２１７の第２の端部１００３をステータ２１９の第１の端部に固定することができる。

一実施形態では、本体ハウジング２１７は、それぞれが推進機ファンの異なる構成要素を収容するように構成された複数の中間部分１００９を備える。複数の中間部分１００９は、第１の端部１００１から延在する第１の中間部分１００９Ａと、第２の端部１００３から延在する第２の中間部分１００９Ｂと、を含む。本体ハウジング２１７の中間部分１００９は、本体ハウジング２１７の第１の端部１００１と第２の端部１００３との間に位置する。

図１０Ｃに示されるように、第１の中間部分１００９Ａは、第２の中間部分１００９Ｂの直径とは異なる直径を有する。例えば、第１の中間部分１０００Ａの直径は、第２の中間部分１０００Ｂの直径よりも大きい。さらに、第１の中間部分１００９Ａは、第１の端部１００１よりも小さい直径を有し、第２の中間部分１００９Ｂは、第２の端部１００３よりも小さい直径を有する。

一実施形態では、第１の中間部分１００９Ａは、ハブ２０５、ファン翼２０９、固定リング２１０、および張力リング２１１を収容するように構成されている。張力リング２１１は、第１の中間部分１００９Ａに収容される構成要素のうち最大直径を有するため、第１の中間部分１００９Ａの直径は、張力リング２１１の直径に基づいている。一実施形態では、第１の中間部分１００９Ａの直径は、張力リング２１１の直径と実質的に同じであり、それによって、例えば、圧入によって、張力リング２１１が第１の中間部分１０００Ａ内にしっかりと固定されることが可能となる。

一実施形態では、第２の中間部分１００９Ｂは、モータ２１５およびステータ２１９の一部を収容するように構成されている。第２の中間部分１００９Ｂの長さは、モータ２１５の長さおよび中間部分に収容されるステータ２１９の部分の長さに基づいている。第２の中間部分１０００Ｂは、モータ２１５およびステータ２１９の一部を第２の中間部分１００９Ｂに含むようにするために、モータ２１５およびステータ２１９の一部と少なくとも同じ長さを有する。一実施形態では、第２の中間部分１００９Ｂの直径は、ステータ２１９に出入りする空気の流量に基づいている。当業者は、この直径を、流体の剥離または渦を最小限にするよう、複数の、目的の設計速度にわたって好ましい圧力勾配を誘導するために調整することができる。第２の中間部分１００９Ｂの内部空洞はまた、ノイズを低減するように調整することもできる。

図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、および図１１Ｄは、一実施形態による推進機ファン１００のステータ２１９の斜視図、正面図、側面図、および断面図をそれぞれ示す。一実施形態では、ステータ２１９は、複数のステータ翼板２１９Ａ、モータハウジング２１９Ｂ、およびステータハウジング２１９Ｃを備える。ステータ２１９は、他の実施形態では、図１１Ａ～図１１Ｄに示される構成要素以外の構成要素を含むことができる。

一実施形態では、モータハウジング２１９Ｂは、円筒形状であり、図１１Ｄに示されるように、第１の端部１１０１および第２の端部１１０３を含む。図１１Ｄは、一実施形態による、図１１Ｂの平面Ｃ－Ｃ’に沿ったステータ２１９の断面図を示す。図１１Ｄに示されるように、モータハウジング２１９Ｂは、第１の端部１１０１と第２の端部１１０３との間に位置する空洞１１０５を含む。空洞１１０５は、第１の端部１１０１から第２の端部１１０３に向かって延在し得るが、第２の端部１１０３までは延在していない。一実施形態では、空洞１１０５は、モータ２１５を収容するように構成されている。すなわち、モータ２１５は、モータハウジング２１９Ｂの空洞１１０５内に配置される。従って、空洞１１０５の形状およびサイズは、モータ２１５の形状およびサイズに依る。モータ２１５が空洞１１０５内に配置され、モータ２１５がハブ２０５に間接的に接続されるので、ステータ２１９はまた、ハブ２０５および推進機１００の他の構成要素を支持するための構造構成要素として機能する。

一実施形態では、モータハウジング２１９Ｂは、図１１Ｂおよび図１１Ｄに示されるように、モータハウジング２１９Ｂの中心を通る穴１１１３を含む。穴１１１３の直径は、モータ２１５が穴１１１３を通って落下するのを防ぐように、モータ２１５の直径よりも小さい。穴１１１３は、モータハウジング２１９Ｂ内に位置し、放熱を補助し、それによってモータ２１５を冷却する。

図１１Ｂを参照すると、ステータ２１９は、複数のステータ翼板２１９Ａを含む。ステータ翼板２１９Ａは、モータハウジング２１９Ｂから放射状に延在する。すなわち、それぞれの翼板２１９Ａの根元は、モータハウジング２１９Ｂに接続され、ステータ翼板２１９の翼は、モータハウジング２１９Ｂから外向きに延在する。一実施形態では、それぞれの翼板２１９Ａは、ステータ翼板２１９Ａが延在する、モータハウジング２１９Ｂ上の根元の点から垂直に延びる基準線を基準として測定された角度で、モータハウジング２１９Ｂから離れるように延在する。

一実施形態では、ステータ翼板２１９Ａは、モータ２１５から離れるように熱を伝導する。翼板２１９Ａは、モータ２１５を収容するモータハウジング２１９Ｂに接触しているので、翼板２１９Ａを通りすぎる空気は、モータ２１５によって生成された熱を放散する。一実施形態では、翼板２１９Ａの配置構成はまた、ファン翼２０９によって生成されるノイズを低減し、推進機ファン１００によって生成される推力を制御する。ステータ翼板２１９Ａの翼板数は、ステータの高調波がファン翼２０９の高調波を相殺するように選択することができる。超音波ファンの場合、翼板に沿った局所的に低いレイノルズ数のため、当業者は、ファン翼２０９が、好ましい音響のためにステータ翼板２１９Ａよりも総数（例えば、総量）が多い複数の翼板６０１を保持してもよいことを理解できる。これによって、特定の設計上の音の組に対して、翼板数が５０％から２００％の間のいずれかとすることができる。

一実施形態では、ステータハウジング２１９Ｃは、ステータ翼板２１９Ａおよびモータハウジング２１９Ｂを収容するように構成されている。すなわち、ステータ翼板２１９Ａは、ステータハウジング２１９Ｃが翼板２１９Ａの外周を取り囲むように、ステータハウジング２１９Ｃ内に配置される。一実施形態では、ステータハウジング２１９Ｃは、第１の端部１１０７（例えば、入口）および第２の端部１１０９（例えば、出口）を含む。図１１Ｃに示されるように、第１の端部１１０７は、第２の端部１１０９の直径よりも大きい直径を有する。このように、ステータハウジング２１９Ｃは円錐形状を有することができる。しかしながら、ステータハウジング２１９Ｃは、他の実施形態として、他の形状を有し得る。

図１１Ｄを参照すると、一実施形態では、翼板２１９Ａの先端は、ステータハウジング２１９Ｃの内面１１１１と接触している。このように、ステータの翼板２１９Ａは静止している。翼板２１９Ａをステータハウジング２１９Ｃの内面１１１１と接触させることによって、各翼板２１９Ａの位置は固定である。

図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、および図１２Ｄは、一実施形態による推進機ファン１００のテールコーン２２１の斜視図、正面図、側面図、および断面図をそれぞれ示す。テールコーン２２１は、一実施形態では、推進機ファン１００から出る空気と共に、ステータハウジング２１９Ｃの面積の適切な変化を生み出すように構成される。テールコーン２２１は、アルミニウムまたはチタンなどの金属で作られてもよく、または炭素繊維などの複合材料で作られてもよい。

テールコーン２２１は、第１の端部１２０１（例えば、入口）および第２の端部１２０３（例えば、出口）を含む。一実施形態では、第１の端部１２０１は、第２の端部１２０３の直径よりも大きい直径を有する。一実施形態では、テールコーン２２１の直径は、テールコーン２２１の長さ方向に沿って異なる。図１２Ｃに示すように、テールコーン２２１の直径は、中間の点１２０５に到達するまで、第１の端部１２０１から第２の端部１２０３に向かって減少する。中間点１２０５から第２の端部１２０３までは、テールコーン２２１の直径は比較的一定である。

一実施形態では、テールコーン２２１の第１の端部１２０１は、ステータ２１９のモータハウジング２１９Ｂの第２の端部１１０３に接続するように構成されている。このように、テールコーン２２１の第１の端部１２０１の直径は、ステータ２１９のモータハウジング２１９Ｂの第２の端部１１０３の直径と実質的に合致する。一実施形態では、テールコーン２２１の第１の端部１２０１は、モータハウジング２１９Ｂの第２の端部１１０３と接続（例えば、接触）する取り付け面１２０９を備える。取り付け面１２０９は、例えば、留め具を用いてモータハウジング２１９Ｂに取り付けることができる。しかしながら、他の実施形態として、他の取り付け機構を用いることもできる。

図１２Ｄを参照すると、図１２Ｂに示す平面Ｄ－Ｄ’に沿ったテールコーン２２１の断面図が示されている。一実施形態では、テールコーン２２１は、テールコーンの第１の端部１２０１から開始しテールコーンの第２の端部１２０３に至るテールコーン２２１の長さにわたって形成された空洞１２０７を含む。テールコーン２２１の後部形状は、翼板円盤および／またはステータに続くジェットの膨張に関して、テールコーン２２１の内部から排気された二次流によって調節される。

一実施形態では、推進機ファン１００は、中央ハブ駆動モータ２１５を含む。すなわち、一実施形態では、単一のモータ２１５を用いて推進機ファン１００を駆動する。推進機ファン１００に用いられる例示的なモータは、電動モータである。しかしながら、他の実施形態として、ガスモータまたはジェットタービンなどの他のタイプのモータを推進機ファン１００で用いることもできる。一般には、推進機ファン１００の用途に応じて、異なるモータタイプおよびサイズが用いることができる。

マルチモータ駆動システム
別の実施形態として、推進機ファン１００は、上述した単一のモータ２１５だけではなく、複数のモータによって駆動されてもよい。図１３Ａ、図１３Ｂ、および図１３Ｃは、一実施形態による推進機ファン１００の周縁マルチモータ駆動システムの斜視図、正面図、および側面図をそれぞれ示す。

単一のモータ２１５による推力駆動の代わりに、複数の補助モータ１３０１Ａ、１３０１Ｂ、１３０１Ｃ、および１３０１Ｄが本体ハウジング２１７内に配置され、リングギア１３０３を介してファン翼２０９を駆動する。複数の補助モータ１３０１は、一実施形態では、電気モータとすることができる。しかしながら、他のタイプのモータを用いてもよい。

一実施形態では、リングギア１３０３は、張力リング２１１に接続することができる。補助モータ１３０１が上述のモータ２１５に置き代わってもよく、またはモータ２１５と併せて用いられてもよい。マルチモータの冗長性によって、推進機ファン１００システムの格別なフォールトトレランスが可能となる。例えば、４つの補助モータ１３０１を用いると、一つの補助モータの損失は推進機の通常の動作には重要な影響をほぼ与えることはない。他のモータの損失があっても、残りの補助モータ１３０１は、十分な推力を生成するために制限を超えて速度を増すことができる。

図１３Ａ～図１３Ｃに示されるように、補助モータ１３０１Ａ～１３０１Ｄは、総てが、推進機のハブ２０５に配置される代わりに、推進機１００の外周の周りに半径方向に広がっている。それぞれの補助モータ１３０１の端部は、リングギア１３０３に接続されるギアを備える。放射状配置では、等しい角度間隔に限定される必要はない。例えば、ファンは、ダクトの下部象限に向かって偏った３つのモータによって駆動されてもよい。さらに、中央に収容されたモータ２１５を支持するためのハブ２０５を支持するためにステータ２１９を必要とせずに、推進機は、モータおよびその負荷に対処するためにダクト構造自体を利用することができる。これはまた、重量および抗力が除かれることに加えて、典型的には、ステータにおける流れの相互作用によって引き起こされる広帯域ノイズがより少なくなるという結果をもたらす。一実施形態では、補助モータ１３０１は、より高い２０，０００ｒｐｍで作動し、５ｋＷ／ｋｇの比出力でより重く、より低い速度のモータと比較して、より高い１５ｋＷ／ｋｇの比出力を生成することができる。補助モータ１３０１は、ギア滑り（軸方向および半径方向）を除外するために、リングギア１３０３を一斉に駆動する。この低い支持圧力は、より低いギアノイズをもたらす。

図１４は、他の実施形態による、推進機ファン１００の周縁駆動システムのさらに他の実施形態を示す。図１４に示される実施形態は、図１３に説明される例と同様である。但し、図１４に示される駆動システムは、中央の駆動モータ２１５が省かれ、推力生成を補助モータ１３０１に依存する。
推進機配列
図１５Ａおよび図１５Ｂは、一実施形態による配列した推進機ファンの正面図および斜視図をそれぞれ示す。一実施形態では、推進機ファンの配列１５００は、推進機ファンの列を形成するように横方向に配置された複数の推進機ファン１００を含む。図１５Ａおよび図１５Ｂに示される例では、推進機ファン配列１５００は、第１の推進機ファン１００Ａ、第２の推進機ファン１００Ｂ、および第３の推進機ファン１００Ｃを含む。複数の推進機ファン１００Ａ～１００Ｃの各々は、本明細書に記載される推進機ファン構造を含む。３つの推進機ファン１００が推進機ファン配列１５００に含まれるが、配列は、２つを超える任意の数の推進機ファンを含み得る。

図１６は、一実施形態による推進機ファン配列の例示的な用途を示している。図１６に示されるように、推進機ファン配列１６００は、本明細書に記載されるように、複数の推進機ファンを含む。一実施形態では、推進機ファン配列１６００は、航空機１６０５のダクトウイング１６０３に組み込まれる。複数の推進機ファンを横方向に組み合わせて、ダクトウイング１６０３を形成することができる。ダクトウイング１６０３は、必要に応じて、複葉のスタガー、スイープ、テーパ、およびダイヘドラルが追加され得る、受動のリフティング複葉を作成するように成形することができる。配列１６００に含まれる推進機ファンの総数および推進機ファンのサイズは、例えば、航空機に乗る乗客の数、航空機１６０５の速度条件、および高度条件などの航空機の条件に依る。

推進機ファンを配列に組み合わせることで、いくつかの制御および推力偏向の機会が開かれる。ヨーイング、ローリング、またはピッチングのモーメントを引き起こすために、推力を、それぞれの推進機ファン１００の間で単純に変化させることができる。推進機ファンの間の相対的なスパン方向のピッチ差を用いて、より速い上昇と降下を促進することができる。これは、後縁に設けられた追加の制御面によってさらに増強することができる。

ダクトのスパン方向の組み合わせは、翼に沿って、または複葉翼自体としてでも、組み合わせるのに適している。配列は、システムのニーズに合わせてスイープ、スタガー、ダイヘドラルおよびテーパを備えた複葉ウイングとして配置し、また延長することができる。推進機ファンの配列を完全な複葉ウイングとして組み込むという選択は、必要な推力量（負の抗力）と推進機ファンの相対的なサイズに依る。

推進機ファンの用途
図１７Ａ、図１７Ｂ、および図１７Ｃは、一実施形態による、ホバリングするドローンの正面図、側面図、および上面図をそれぞれ示す。ホバリングドローン１７００は、第１の推進機ファン１００Ａ、第２の推進機ファン１００Ｂ、および第３の推進機ファン１００Ｃを含む推進機ファンの配列を含んでいる。ホバリングドローン１７００には３つの推進機ファンのみが含まれるが、ホバリングドローン１７００は、図１７Ａ～図１７Ｃに示されるよりも、追加の推進機ファンまたはより少ない推進機ファンを含むことができる。

ホバリングドローン１７００は、本明細書に記載されるような推進機ファン配列を含む、静かな電動の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）ドローンである。ホバリングドローン１７００は、都市部などの近距離地域に用いることができる。ホバリングドローン１７００は、３６０度カメラおよびセンサを有することができ、例えば、１５分を超えるホバリング飛行時間に用いることができる。一例では、推進機ファン１００Ａ～１００Ｃは、それぞれ、６．４ｌｂ／ｆｔ^２の増大された円盤荷重の、１ｆの直径を有することができる。ホバリングドローン１７００は、３０ポンドの最大離陸重量を有することができる。

図１７Ａに示される例では、それぞれの推進機ファン１００Ａ～１００Ｃは、上述したように、ハ.ブを駆動する中央に位置したモータ２１５ならびに補助モータ１３０１を含む。しかしながら、ホバリングドローン１７００は、補助モータ１３０１を省いて中央に位置するモータ２１５のみを含んでもよく、または中央に位置するモータ２１５を省いて補助モータ１３０１のみを含んでもよい。

図１８Ａ、図１８Ｂ、および図１８Ｃは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む映画ドローン１８００の正面図、側面図、および上面図をそれぞれ示す。一般に、シネマドローン１８００は、シネマニーズに用いられる、静かな偏向後流のＶＴＯＬドローンである。シネマドローン１８００は、総て電気式あるいはハイブリッド式であってもよい。シネマドローン１８００は、例えば、最大３５ポンドのジンバルに搭載の機器（例えば、メインカメラ）を有することができる。シネマドローン１８００は、補助カメラやセンサを有してもよい。シネマドローン１８００は、２０分を超えるホバリング飛行時間に用いることができる。シネマドローンは、一実施形態では、５０ｍｐｈを超える最大巡航速度を有することができる。

一実施形態では、シネマドローン１８００は、複葉機であり、ずれのないスタガーを有している。図１８Ａに示されるように、シネマドローン１８００は、第１のウイング１８０１および第２のウイング１８０３を含む。第１のウイング１８０１および第２のウイング１８０３のそれぞれは、複数の推進機ファンを含む推進機ファンの配列を含む。例えば、ウイング１８０１に含まれる推進機ファン配列は、推進機ファン１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、および１００Ｄを含み、ウイング１８０３に含まれる推進機ファン配列は、推進ファン１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、および１００Ｈを含む。このように、推進機ファンの半分は、胴体１８０５の第１の側にあり、推進機ファンの残りの半分は、胴体１８０５の第２の側にある。図１８Ａ～図１８Ｃに示される例では、推進機配列は、８つの推進機を含むが、任意の数の推進機が用いられてもよい。

図１８Ａ～図１８Ｃに示されるシネマドローン１８００の各ウイング１８０１、１８０３は、胴体１８０５の前方に向かう、２つの翼の間に形成された角度スイープを有する。図１８～１８Ｃに示される例では、ウイング１８０１および１８０３は、２０度のアンヘドラル（下反角）翼を有し、３０度のスイープ翼（前進翼）を有し得る。しかしながら、他の実施形態として、他の角度とすることもできる。

一実施形態では、図１８Ａ～図１８Ｃに示されるシネマドローン１８００は、一例では、最大離陸重量７５ポンドで、目標最大積載重量３０ポンドである。それぞれの推進機ファン１００は、例えば６．０ｌｂ／ｆｔ^２の増大された円板荷重の１ｆｔのファン直径を有することができる。シネマドローン１８００の胴体１８０５は、５．５ｆｔの長さおよび０．６ｆｔの幅を有することができる。シネマドローン１８００の翼長は、例えば、４．３ｌｂ／ｆｔ^２の翼荷重、１７．４ｆｔ^２の翼面積で、８．８ｆｔとすることができる。

図１９Ａ、図１９Ｂ、および図１９Ｃは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む輸送機１９００の正面図、側面図、および上面図をそれぞれ示す。輸送機１９００は、任意選択で有人のＶＴＯＬ飛行機である。輸送機１９００は、ハイブリッド駆動または総電気駆動とすることができる。輸送機１９００は、例えば、１，０００～２，０００フィートの動作高度において、１３０～２５０ノットの巡航速度で２０～６０海里の範囲を飛行し得る。

一実施形態では、輸送機１９００は、複葉機であり、わずかな負のスタガーを有する。輸送機１９００は、第１のウイング１９０１および第２のウイング１９０３を含む。胴体１９０５の前方に向かうように、２つのウイング１９０１および１９０３の間に角度が形成される。図１９Ａ～図１９Ｃに示される例では、ウイングは、５度のダイヘドラル翼および－２５度のスイープ翼を有する。しかしながら、他の実施形態として、他の角度とすることもできる。

一実施形態では、推進機ファンの配列は、それぞれのウイング１９０１および１９０３に組み込まれる。推進機ファンの第１の配列は、胴体１９０５の第１の側にあって、ウイング１９０１に組み込まれ、推進機ファンの第２の配列は、胴体１９０５の第２の側にあって、ウイング１９０３に組み込まれる。例えば、ウイング１９０１に含まれる推進機ファン配列は、推進機ファン１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、および１００Ｄを含むのに対し、ウイング１９０３に含まれる推進機ファン配列は、推進ファン１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、および１００Ｈを含む。このように、推進機ファンの半分は、胴体１９０５の第１の側にあり、推進機ファンの残りの半分は、胴体１９０５の第２の側にある。図１９Ａ～図１９Ｃに示される例では、推進機の配列は、８つの推進機ファンを含むが、任意の数の推進機ファンを用いることができる。

一実施形態では、輸送機１９００は、一例として、最大離陸重量１，０００ポンド、および目標最大積載重量２２０ポンドを有する。それぞれの推進機ファン１００は、例えば６．０ｌｂ／ｆｔ^２の増大された円板荷重の、３ｆｔのファン直径を有することができる。輸送機１９００の胴体１９０５は、９．２フィートの長さおよび３．７５フィートの幅を有し得る。輸送機１９００の翼長は、９．４ｌｂ／ｆｔ^２の翼荷重で、１０６．３ｆｔ^２の翼面積の、２８．７ｆｔとすることができる。

図２０Ａ、図２０Ｂ、および図２０Ｃは、一実施形態による推進機ファン配列を含む垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機２０００の正面図、側面図、および上面図をそれぞれ示す。ＶＴＯＬ航空機２０００は、任意選択で有人のＶＴＯＬ飛行機である。ＶＴＯＬ航空機２０００は、ハイブリッド駆動または総電気駆動とすることができる。ＶＴＯＬ航空機２０００は、１，０００～２，０００フィートの動作高度において、１３０～２５０ノットの巡航速度で、２０～４００海里の範囲を飛行し得る。一実施形態では、ＶＴＯＬ航空機２０００は、ホバリングすることが可能である。

図２０Ａ～図２０Ｃに示される例では、ＶＴＯＬ航空機２０００は複葉機であり、わずかな負のスタガーを有している。ＶＴＯＬ航空機２０００は、第１のウイング２００１および第２のウイング２００３を含む。一実施形態では、２つのウイング２００１、２００３の間には、胴体２００５の前方に向かうような角度が形成される。ウイング２００１、２００３は、５度のダイヘドラル翼および－２５度のスイープ翼を有し得る。しかしながら、他の実施形態として、他の角度とすることもできる。

一実施形態では、推進機ファンの配列は、それぞれのウイング２００１および２００３に組み込まれる。推進機ファンの第１の配列は、胴体２００５の第１の側にあって、ウイング２００１に組み込まれ、推進機ファンの第２の配列は、胴体２００５の第２の側にあって、ウイング２００３に組み込まれる。例えば、ウイング２００１に含まれる推進機ファン配列は、推進機ファン１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、および１００Ｄを含むのに対して、ウイング２００３に含まれる推進機ファン配列は、推進ファン１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、および１００Ｈを含む。このように、推進機ファンの半分は、胴体２００５の第１の側にあり、推進機ファンの残りの半分は、胴体２００５の第２の側にある。図２０Ａ～図２０Ｃに示される例では、推進機の配列は、８つの推進機ファンを含むが、任意の数の推進機ファンを用いることができる。

ＶＴＯＬ航空機２０００は、一例として、最大離陸重量５，０００ポンドおよび目標最大積載重量１，０００ポンド（例えば、３～４人の乗客）を有するものである。それぞれの推進機ファン１００は、例えば１１．０ｌｂ／ｆｔ^２の増大された円板荷重の、５ｆｔのファン直径を有することができる。ＶＴＯＬ航空機２０００の胴体２００５は、例えば、２４．７フィートの長さおよび５フィートの幅を有し得る。ＶＴＯＬ航空機２０００の翼長は、例えば、１６．７ｌｂ／ｆｔ^２の翼荷重で、３００ｆｔ^２の翼面積の、４９ｆｔとすることができる。

図２１Ａ、図２１Ｂ、および図２１Ｃは、一実施形態による、推進機ファン配列を含む配送用ドローン２１００の正面図、側面図、および上面図をそれぞれ示す。配送用ドローン２１００は、３６０度カメラおよびセンサを有することができ、２０分を超えるホバリング飛行時間に用いることができる。配送用ドローン２１００は、一実施形態では、５０ｍｐｈを超える最大巡航速度を有する。

配送用ドローン２１００は、内部の荷物を配送するように構成された電気テールシッターＶＴＯＬドローンの例である。示される例では、配送用ドローン２１００は、複葉機であり、ずれの無いスタガーを有している。配送用ドローン２１００は、一実施形態では、胴体２１０５の後方に向かうように、２つの翼の間に形成された角度スイープを有した、第１のウイング２１０１および第２のウイング２１０３を含む。

一実施形態では、推進機ファンの配列は、それぞれのウイング２１０１および２１０３に組み込まれる。推進機ファンの第１の配列は、胴体２１０５の第１の側にあって、ウイング２１０１に組み込まれ、推進機ファンの第２の配列は、胴体２１０５の第２の側にあって、ウイング２１０３に組み込まれる。例えば、ウイング２１０１に含まれる推進機ファン配列は、推進機ファン１００Ａ、１００Ｂ、および１００Ｃを含むのに対し、ウイング２１０３に含まれる推進機ファン配列は、推進ファン１００Ｄ、１００Ｅ、および１００Ｆを含む。このように、推進機ファンの半分は、胴体２１０５の第１の側にあり、推進機ファンの残りの半分は、胴体２１０５の第２の側にある。図２１Ａ～図２１Ｃに示される例では、推進機の配列は、６つの推進機ファンを含むが、任意の数の推進機ファンを用いることができる。

一例では、配送用ドローン２１００は、最大離陸重量５５ポンド、および目標最大積載重量５．５ポンドである。それぞれの推進機ファン１００は、例えば６．０ｌｂ／ｆｔ^２の増大された円板荷重で、１ｆｔのファン直径を有することができる。配送用ドローン２１００の胴体２１０５は、６．７フィートの長さおよび１．３フィートの幅を有し得る。配送用ドローン２１００の翼長は、例えば、２．５ｌｂ／ｆｔ^２の翼荷重で、２１．９ｆｔ^２の翼面積の、８．８ｆｔとすることができる。

フリー翼板
本明細書に記載の推進機ファン１００は、１５０ｍｐｈを超えるより高い速度能力を有するので、翼板角度を可変とすることまたは質量流量調整のいずれかによって推進効率の増大をもたらすことが望ましい。上述したように、推進機ファン１００は、従来の推進機よりも著しく多い翼板数を含んでいる。典型的な可変ピッチプロペラ機構を実装することは、機械的複雑さの観点から過度に煩雑になり得る。

一実施形態では、上述のような推進機ファンの配列は、フリー翼板構造を用いて航空機に組み込まれる。フリー翼板構造は、例えば、図１７～図２１にて上述した航空機のいずれかに実装され得る。フリー翼板は、それぞれの翼板の空力中心より前方での質量バランスにより、放射軸で自由に回転できる推進機ファンである。すなわち、ファン翼２０９は、それぞれの翼板の空力中心の前方で質量バランスをとることにより、翼板の放射軸に関して自由に回転することができる。フリー翼板は、翼型設計、翼質量バランス、翼旋回軸を組み合わせて、総ての飛行条件にわたって一定のＣＬでピッチングモーメントがゼロに自己調整することで、翼が自由に旋回できる機能を実現する。

フリー翼板構造と推進機ファン１００との組み合わせによって、一定の翼板荷重を維持しながら、翼板の迎角（ＡｏＡ）の可変のためのパッシブシステムを作成する。このことは、電気モータが広範囲のＲＰＭ（回転速度）にわたって高効率で動作することができるため、電気モータ駆動の推進機ファン１００に独自の相乗効果をもたらし得る。電気モータは、異なる流入速度にわたって、より高いまたはより低い視線速度で動作することが可能あり、これと共に、翼板は“フローティング”によってＡｏＡを整列させ、調整された同じ揚力係数（ＣＬ）を維持する。この機能はまた、異なる飛行条件および乱流レベルで高いノイズをもたらす翼板ストールを回避する方法として、低ノイズを達成する価値をもたらし得る。

フリー翼板を用いることによって、多くの利点がもたらされる。例えば、フリー翼板は、前縁翼板の質量を加えることによって、それらのＬ／ＤｍａｘＣＬ（典型的には、０．５～１．０）に近いＡｏＡに常に存在するようにピッチバランスされる。これによって、翼板のＡｏＡが常に流入と合致するよう合わされ、剥離流がないことが保証される。さらに、周縁駆動であることから、内部ハブ領域が空である場合に推進機ファン１００において質量バランスが可能であり、最も軽い質量バランスのための釣り合い重りのために翼板の前方に（そして流れにさらされない）容積を提供することができる。これによって、推進機ファン１００は、異なる飛行部分で約５０％のオーダーでそのＲＰＭを変化させ、翼板が常にそれらの最適な前進比に近くなることを可能にする。電動機と組み合わせてフリー翼板を用いると、タービンやＩＣエンジンとは異なり、電動モータは高効率の広範囲のＲＰＭを有するため、特に利点がある。従って、タービンまたはＩＣエンジンは、所与の電力に対して固定のＲＰＭで動作する必要があるが、電気モータはそうではない。これによって、推進機は、異なる飛行部分で約５０％のオーダーでそのＲＰＭを変化させ、翼板が常にそれらの最適な前進比に近くなることが可能となる。最後に、フリー翼板は、より広い範囲のＡｏＡ変化および推力ニーズにより、より大規模なＶＴＯＬの統合を可能にするのにも役立ち得る。

流れダクト制御
一実施形態では、流れ制御機構は、ダクトリップ２０１に配置される。流れ制御機構は、ダクトリップ２０１で空気のジェットを吹くように構成される。ダクトリップ２０１おいて空気を加えることによって、ダクトリップ２０１が実現することができるリップ吸引量が増大する。一実施形態では、遠心圧縮機または軸流圧縮機と組み合わせた電気モータが、ダクトリップ２０１での流れ制御の吹くことおよび／または吸引を増加させるために、残りのダクト部分の容積に組み込まれ得る。ダクトリップ２０１で吹く内部流れ制御のために電気分散推進（ＤＥＰ）を適用することによって、推進機に追加の電力を加えるよりも低い電力で静的および低速の推力増強を達成することができる。ＤＥＰのこの内部適用は、推進機ファン１００と航空機統合レベルの両方で、航空機統合の利点を最大化する。ダクトリップ２０１に流れ制御を適用することにより、例えば、同じファン電力で静的推力が最大４０％増加する。

一実施形態では、流れ制御の高いジェット吹き速度（すなわち、ほぼ音波騒音のジェット）を必要とする、高いＰＲおよび吸気速度の非常用電源ラムの空気タービンである。静かな低速ジェット（～３００ｆｔ／秒）を用いることができ、小さな内部ダクト電気遠心ブロワによって動力を得ることができる。

より低い速度の流れ制御のジェットは、はるかに低いＰＲおよび静的なダクト流入速度を考慮すると、推進機の推力増強の点で同様に影響を与える可能性がある。流れ制御の有効性は、Ｖｊｅｔ／Ｖｉｎｔａｋｅの関数である。流れ制御ダクトリップ吹き出しの別の興味深い態様は、大きな迎角（すなわち、遷移中）でのダクト内リップにおける剥離の回避である。これは、ダクト式ｅＶＴＯＬの重要な考慮事項である。仮に吸気流がダクトリップで剥離する場合には、ファン翼板が、周期的な翼板への荷重をもたらす振動する流れ状態となるためノイズを大幅に増加する。

約３００ｆｔ／秒のジェット速度でダクトリップ２０１において吹き出す流れ制御を適用することによって、ダクトリップ吸引力は増加して、総静的推力の約７５％を占めることができる。ダクトリップ２０１で空気を吹き出すことは、ダクトリップに効果的に空気力学的形状の変形をもたらして、周囲の空気を追加的に取り込む。吹き出しをオンにすると、流入空気は静的な状態で望まれるよりはるかに大きな受け口ダクトリップを“見る”ことになる。実際の受け口ダクトの吸気口を用いる場合は、巡航時に大きな抵抗が発生する。ダクト流れ制御吹き出しは、吹き出しが比較的効果的でない、巡航飛行中にはオフとすることができる。コンパクトな高速遠心吹き出し機は、超音波の翼板通過周波数で動作し、内部吹き出しをもたらす。流れ制御吹き出しは、高いノズルジェット速度（音速付近が最適）で最も効果的であるが、出願人のノズルジェットは、低ノイズを実現するために低ジェット速度用に設計されている（ジェットノイズはノズル速度の１０乗で変化する）。このダクトの先端への適用では、流入転向角を最大化し、ダクト先端リップでの失速を防ぐことが目的である。

一実施形態では、流れ制御ダクトは、本明細書に記載される航空機の実施形態のいずれかにおいて、ダクトリップ２０１に適用することができる。

排気口領域制御システム
前述したように、ステータハウジング２１９Ｃの第２の端部１１０９は、推進機ファン１００の排気口（例えば、出口）である。排気口は、一実施形態では、空気が推進機ファン１００から流出し、開放環境に流入する領域である。例えば、排気口は、推進機ファン１００から空気が流出するノーズコーン２０３から最も遠い、ステータ本体２１９Ｃの第２の端部１１０９によって画定される断面である。

一実施形態では、排気制御システムは、推進機ファン１００に接続されて、推進機ファン１００の排気口の面積（排気面積）を変化させる。排気制御システムは、推進機ファン１００の排気面積を変化させて質量流量を調節し、それによって、個々の推進機ファン１００の推力の大きさおよび／または推力の方向を調節する。例えば、空気が推進機ファン１００を出る排気面積を増加させると、初期設定の排気面積推力に対して推力が増加し、一方、空気が推進機ファンを出る排気面積を減少させると、初期設定の排気面積推力に対して推力が減少する。排気制御システムの異なる構成を以下にさらに説明する。以下の説明は、個々の推進機ファン１００に結合された排気制御システムの異なる実施形態に関するものであるが、排気制御システムは、前述の推進機ファンの配列に追加され得る。

図２２は、第１の実施形態による排気制御システム２２０１を有する推進機ファンシステム２２００の第１の斜視図を示し、図２３は、第１の実施形態による排気制御システム２２０１を有する推進機ファンシステム２２００の第２の斜視図を示す。推進機ファンシステム２２００は、一実施形態では、前述したような推進機ファン１００と、推進機ファン１００の排気口に接続された排気制御システム２２０１とを含む。

上述したように、ステータ２１９の第２の端部１１０９は、推進機ファン１００の排気口である。推進機ファン１００の排気領域の断面は、円などの第１の形状を有する。推進機ファンシステム２２００の第１の実施形態では、排気制御システム２２０１は、第１の形状とは異なる第２の形状を有するように推進機ファンシステム２２００の排気口の断面の形状を変更するべく、ステータ２１９の第２の端部１１０に接続される。一実施形態では、第２の形状は、第１の形状の面積を変化させることと比較して排気口の面積を変化させることがより容易である任意の形状である。例えば、第２の形状は、正方形、長方形、平行四辺形、または三角形などの閉鎖領域を形成する直線の縁部を有する任意の形状である。円の湾曲した性質のため、円の面積を制御することは、矩形の面積を制御することよりも複雑である。

第１の実施形態では、排気制御システム２２０１は、移行部２２０２、複数のフラッペロン２２０５、およびフラッペロン制御機構（例えば、モータ２４０１およびロッド２４０３）を含む。排気制御システム２２０１は、本明細書に記載されている以外の構成要素を有し得る。一実施形態では、移行部２２０２は、推進機ファン１００の排気口に対応する第１の形状から排気制御システム２２０１の排気口に対応する第２の形状に排気口形状を移行するように構成される。

一実施形態では、移行部２２０２は、ステータ本体２１９Ｃの第２の端部１１０９に接続された第１の端部２２０３を含む。移行部２２０２の第１の端部２２０３は、ステータ本体の第２の端部１１０９の形状（例えば、第１の形状）に一致した形状を有する。例えば、移行部２２０２の第１の端部２２０３は、ステータ本体の第２の端部１１０９の直径に一致した直径の円形状を有する。移行部２２０２の第２の端部２２０４は、推進機ファンシステム２２００の排気口であり、第２の形状を有する。

いくつかの実施形態では、移行部２２０２の第１の端部２２０３の面積は、移行部２２０２の第２の端部２２０４の面積と実質的に同じ（例えば、１０％以内）であり、空気の流れが移行部２２０２全体にわたって定常流を保つことを確保している。滑らかでノイズのない流れを確保するために、移行部２２０２は、内部の合わせ目または端を有さないように、または少なくとも内部の合わせ目または端の数を減少させるように成形される。移行部２２０２は、第１の形状（例えば、円形断面）を有する第１の端部２２０３から第２の形状（例えば、矩形断面）を有する第２の端部２２０４まで緩やかに傾斜しまたは広がる。移行部２２０２は、ステータ本体２１９Ｃと同じ材料で作られ、例えば、金属または複合材料とすることができる。従って、移行部２２０２は、推進機ファンシステム２２０１の排気領域形状を変更するための滑らかな移行をもたらす。

一実施形態では、細長いダクトが、推進機ファン１００および排気制御システム２２０１の構成要素から形成される。図２２および図２３に示すように、細長いダクトは、ダクトリップ２０１、外側ケーシング２１３Ａおよび２１３Ｂ、ステータ本体２１９Ｃ、および移行部２２０２を備える。

図２３は、排気制御システム２２０１に含まれる複数のフラッペロン２２０５を示している。フラッペロン２２０５は、推進機ファンシステム２２００の排気口面積を変化させるように調整される排気面積制御機構の例である。図２３に示されるように、複数のフラッペロン２２０５は、移行部２２０２の第２の端部２２０４に接続される。図２３に示される例では、複数のフラッペロン２２０５は、合計４つのフラッペロンを含む。しかしながら、排気制御システム２２０１には任意の数のフラッペロン２２０５が含まれ得る。

一実施形態では、それぞれのフラッペロン２２０５は、前縁部および後縁部を有する翼である。フラッペロン２２０５は、矩形断面を有し、例えば、金属または複合材料で作られているが、他の断面形状であってもよい。複数のフラッペロン２２０５のそれぞれの前縁は、移行部２２０２の第２の端部２２０４に接続される。一実施形態では、それぞれのフラッペロン２２０５の前縁は、ヒンジ２４０５（図２４に示される）によって移行部２２０２の第２の端部２２０４に接続され、それにより、フラッペロン２２０５の位置または状態の角度が変化し、それによって推進機ファンシステム２２００の排気口面積が変化することが可能になる。すなわち、フラッペロン２２０５は、それらが移動するにつれて、フラッペロン２２０５が排気領域の一部を遮断し、面積を収縮させ得るか、または排気領域を制限しない位置に移動し得るように作動することができる。

このように、推進機ファンシステム２２００の第１の実施形態では、空気は、ダクトリップ２０１を通って推進機ファン１００内に流れ、ファン翼２０９（図示せず）、テールコーン２２１、およびステータ２１９Ａを通って、移行部２２０２内を流れ、移行部２２０２の第２の端部によって作られた第２の形状を有する移行部２２０２の排気領域から流れ出る。移行部２２０２の第２の端部２２０４に接続されるフラッペロン２２０５は、それらが移動するにつれて、推力および／または推力方向の大きさを制御するために推進機ファンシステム２２００の排気口面積が変化するように作動することができる。

いくつかの実施形態では、フラッペロン２２０５は、それぞれのフラッペロンの位置が他のフラッペロンとは独立して変化することができるように、個別に制御可能である。例えば、フラッペロン２２０５Ａ、２２０５Ｂ、２２０５Ｃ、および２２０５Ｄのそれぞれは、互いに異なる方向に移動することができる。他の実施形態では、平行なフラペロン２２０５が、例えば、上部フラッペロン２２０５Ａがテールコーン２２１に向かって内側に移動すると、下部フラッペロン２２０５Ｃがテールコーン２２１に向かって同じ量で内側に移動し、左側フラッペロン２２０５Ｄがテールコーン２２１に向かって内側に移動すると、右側フラッペロン２２０５Ｂがテールコーン２２１に向かって同じ量で内側に移動するように、共に動作することができる。それぞれが排気制御システム２２０１を有する推進機ファンの配列がある実施形態では、それぞれの排気制御システム２２０１のフラッペロン２２０５は、個別に制御することができる。他の実施形態では、同じ位置にあるフラッペロン２２０５（例えば、配列における各推進機の上部フラッペロン２２０５Ａ）は、一緒に動作可能とすることもできる。

図２４は、一実施形態による、図２２に示される平面Ａ－Ａ’に沿った推進機ファンシステム２２００の断面図を示す。フラッペロン２２０５は、ダクトの翼型の形状を滑らかに継続するように成形される。一実施形態では、それぞれのフラッペロン２２０５は、モータ２４０１およびロッド２４０３を含むフラッペロン制御機構によって作動される。モータ２４０１は、ロッド２４０３を押してロッド２４０３を延ばし、それによってフラッペロン２２０５をテールコーン２２１に向かって内側に移動させるか、またはロッド２４０３を引っ張ってロッド２４０３を収縮させ、それによってフラッペロン２２０５をテールコーン２２１から外側に移動させる、トルクモータまたはサーボモータである。

示される実施形態では、モータ２４０１がロッド２４０３を押すと、フラッペロン２２０５はヒンジ２４０５の周りで回転し、その結果、フラッペロンが内側（例えば、テールコーン２２１に向かって）傾斜する。モータ２４０１がロッド２４０３を収縮させるためにそのロッドを引っ張ると、フラッペロンは、ヒンジ２４０５の周りで回転して、外向きに（例えば、テールコーンから離れるように）角度が付けられる。このように、フラッペロン２２０５が内側に移動するにつれて、推進機ファンシステム２２００の排気口領域の断面積が減少し、それによって、ファン翼２０９が一定のＲＰＭ（回転速度）で回転すると仮定した場合に、推力が減少する。同様に、フラッペロン２２０５が外側に移動するにつれて、推進機ファンシステム２２００の排気口領域の断面積が増加し、それによって、ファン翼２０９が一定のＲＰＭで回転すると仮定した場合に推力が増加する。このように、排気制御システム２２０１を作動させるのに必要な動力よりも多くの動力を消費することになる、より大きい推力を生成する場合に、ファン翼２０９の速度を増加させるための追加の電力が必要とされないことから、動力を節約することができる。

フラッペロン２２０５ごとの一つのモータ２４０１が簡略化のために図に示されているが、フラッペロン２２０５を有する推進機の他の実施形態は、モータまたはサーボの故障の場合にフラッペロンが依然として制御可能であることを保証するために、フラッペロン２２０５ごとに少なくとも２つのモータ２４０１またはサーボモータを含むことができる。いくつかの実施形態では、ロッド２４０３は、モータ２４０１が回転するときに、モータ２４０１の回転方向に応じて前方または後方に並進するスクリューである。

一実施形態では、各フラッペロン２２０５のモータ２４０１は、ステータ本体２１９Ｃの空洞（例えば、中空空間）に収容され、ロッド２４０１は、中空のステータ本体２１９Ｃからフラッペロン２２０５の中空部に延び、フラッペロン２２０５の端に固定される。現在示されているロッド２４０３は、フラッペロン２２０５の内側の縁部に取り付けられていることに留意されたい。代わりに、ロッド２４０３がフラッペロン２２０５の外向きの縁部に固定されている他の実施形態では、ロッド２４０３の伸長および収縮は、フラッペロン２２０５を上述した方向とは反対の方向に移動させる（例えば、伸長は外向きの回転とし、収縮は内向きの回転とする）。

一実施形態では、ヒンジ２４０５は、ピンがステータ本体２１９Ｃに接続されたソケットおよびフラッペロン２２０５に接続されたソケットが通されるドアヒンジと同様であり、それによってステータ本体２１９Ｃおよびフラッペロン２２０５をヒンジ２４０５で一緒に保持する。ヒンジ２４０５は、フラッペロン２２０５の内向き縁部または外向き縁部のいずれかに配置され得る。ボールおよびソケット結合などの他の回転手段も用いることができる。

フラッペロン２２０５を作動させることによって、排気口領域のサイズを変化させて推力を変化させることができ、さらに、気流の方向を変化させて揚力を変化させるように作動させることができる。図２５Ａ、図２５Ｂ、および図２５Ｃは、一実施形態によるフラッペロン２２０５の異なる位置を示している。簡略化のために、ノーズコーン２０３、モータハウジング２１９Ｂ、およびテールコーン２２１は、単一の中央部分２５０３として図２５Ａ～図２５Ｃにおいて示されている。図２５Ａでは、上部フラッペロン２２０５Ａは中央部分２５０３に向かって内側に傾斜し、下部フラッペロン２２０５Ｃは外側に傾斜している。推進機が水平である使用例では、図２５Ａにおけるフラッペロン２２０５の位置は、垂直離陸など、空気が下向きに導かれて揚力を増加させるものである。

逆に、図２５Ｂのフラッペロン２２０５の位置（上部フラペロン２２０５Ａは外向きに傾斜し、下部２２０５Ｃは内向きに傾斜している）は、空気が上向きに押されて、航空機を低下させおよび／または回転させるなどの、下向きの推力および正味のモーメントを引き起こすものである。フラッペロン２２０５の外向きの回転はαで表され、最大９０度とすることができ、内向きの回転はβで表され、最大９０度とすることができる。

図２５Ｃは、フラッペロン２２０５の両方がほぼ最大角度で内側に回転し、推進機ファンシステム２２００に関して可能な最小の排気口面積をもたらし、従って、空気が推進機ファンシステム２２００を出るときに最低推力をもたらすことを示している。一実施形態では、フラッペロンの最大内向き角度は約６０度であるが、他の最大内向き角度であってもよい。

一実施形態では、フラッペロン２２０５は、信号がモータに送信されないときにフラッペロンが初期位置に位置するように、０度の初期位置を有することができる。例として、フラッペロンの初期位置を図２４に示す。

図２６Ａ、図２６Ｂ、および図２６Ｃは、第２の実施形態による推進機ファンシステム２６００の断面図を示す。一実施形態では、推進機ファンシステム２６００は、推進機ファン１００および排気制御システム２６０１を含む。第１の実施形態による排気制御システム２２０１とは対照的に、第２の実施形態の排気制御システム２６０１は、作動可能なテールコーン２６０９および作動可能なテールコーン２６０９のための制御機構を含む。第２の実施形態では、作動可能なテールコーン２６０９は、第２の実施形態による作動可能なテールコーン２６０９の長さを変化させることによって、推進機ファンシステム２６００の排気口面積を変化させるように構成されている。

第２の実施形態では、作動可能なテールコーン２６０９は、上述したテールコーン２２１にとって代わる。図２７は、第２の実施形態による作動可能なテールコーン２６０９の詳細図を示している。作動可能なテールコーン２６０９は、第１の端部２７０１および第２の端部２７０３を含み、第２の端部は、前述したテールコーン２２１と同様の方法でステータ２１９に接続される。一実施形態では、テールコーン２６０９の第２の端部は、複数の同心円状環部２６０７を含み、各環部２６０７は、同心円状環部の別の１つによって少なくとも部分的に重なり合う少なくとも１つの端部を含む。複数の同心円状環部２６０７は、以下でさらに説明されるように、排気領域制御機構と見なされ得る。各対の環部の間には、空気がテールコーン２６０９の中空部に入るのを防ぐ可撓性シールが存在する。

例示的な作動可能なテールコーン２６０９では、複数の同心円状環部は、第１の環部２６０７Ａおよび第２の環部２６０７Ｂを含む。第１の環部２６０７Ａは、作動可能なテールコーン２６０９の第１の端部２７０１に対応し、ステータ２１９に接続する第１の端部と、第２の環部２６０７Ｂの第１の端部に接続する第２の端部とを有する。第１の環部２６０７Ａの第２の端部は、第１の環部２６０７Ａの第２の端部が第２の環部２６０７Ｂ内に配置されるように、第２の環部２６０７Ｂの第１の端部と部分的に重なり合っている。以下でさらに説明されるように、同心円状環部２６０７の間の重なり量は変化することができ、それによって作動可能なテールコーン２６０９の長さを変更して、推進機ファンシステム２６００の排気口面積を変更する。

一実施形態では、作動可能なテールコーン２６０９は、作動可能なテールコーン２６０９の、第１の端部２７０１と第２の端部２７０３との間の中間部分２７０５を含み、この部分は、第１の端部および第２の端部の直径よりも大きい直径を有している。従って、作動可能なテールコーン２６０９の中間部分２７０５は、ボウリングピンの下半分のものと同様の広がった形状を有する。作動可能なテールコーン２６０９が延びると、最大直径を有する中間部分２７０５がステータ２１９に向かって排気口領域に移動し、それによって排気口面積が減少し、推力が減少する。

図２６Ａを参照すると、作動可能なテールコーン２６０９は、第２の実施形態による完全に引っ込んだ状態（例えば、位置）で示されている。完全に引っ込んだ状態では、同心円状環部２６０７の位置は、同心円状環部２６０７の間に最大量の重なりが生じるように調整される。完全に引っ込んだ状態では、排気制御システム２６０１は、推進機ファンシステム２６００の排気口面積を、推進機ファンシステム２６００の最大推力に対応する面積まで増加させる。例えば、推力は、最も制約のある設計速度で増加される。作動可能なテールコーン２６０９の中間部分２７０５がステータ２１９に向かって内側に移動するので、排気口面積が増加する。

図２６Ｃは、第２の実施形態による、完全に伸長した状態の作動可能なテールコーン２６０９を示している。完全に伸長した状態では、同心円状環部２６０７の位置は、同心円状環部２６０７の間に最小量の重なりが生じるように調整される。完全に伸長した状態では、排気制御システム２６０１は、推進機ファンシステム２６００の排気口面積を、推進機ファンシステム２６００の最小推力に対応する面積まで減少させる。例えば、推力は、制約のある設計速度で減少させられる。作動可能なテールコーン２６０９の中間部分２７０５がステータ２１９から離れて外側に移動し、それによって排気口面積が減少するので、排気口面積は減少する。

図２６Ｂは、第２の実施形態による、完全に伸長された状態と完全に引っ込んだ状態との間の中間状態にある作動可能なテールコーン２６０９を示している。中間状態では、同心円状環部２６０７の位置は、同心円状環部２６０７の間に中間的な量の重なりが生じるように調整される。中間量の重なりは、完全に伸長された状態での最小量の重なりよりも大きいが、完全に収縮した状態での最大量の重なりよりも小さい。ただ一つの中間状態が示されているが、作動可能なテールコーン２６０９は、完全に伸長された状態と完全に収縮した状態との間にある複数の異なる中間状態に位置することができる。

一実施形態では、作動可能なテールコーン２６０９の最小および最大の長さは、それが用いられる用途によって変化する。例えば、推進機ファンシステム２６００が小型ドローンで用いられる場合、作動可能なテールコーン２６０９は、人を輸送するように構成された航空機で用いられる作動可能なテールコーン２６０９の長さ範囲よりも短い長さ範囲を有し得る。

推進機ファンシステム２６００の第２の実施形態では、図２６に示される実施形態のダクト２６０３の端部は、図２５に示される推進機ファンシステム２２００のダクト２５０１とは形が異なる。推進ファンシステム２６００の第２の実施形態におけるダクト２６０３の排気口領域は、推進機ファン１００の出口と同様の形状または同じ形状を有し得るものである。このように、推進機ファンシステム２６００の排気口領域は円形でもよいが、推進機ファンシステム２６００の排気口領域は例えば矩形であってもよい。一実施形態では、ダクト２６０３の内面は、作動可能なテールコーン２６０９の中間部分２７０５の外面の形状に基づいて（例えば、テールコーン２６０９が凸状である場合にダクト２６０３の内面が凹状であるように）成形（例えば、輪郭に合せる）される。

上述したように、第２の実施形態の排気制御システム２６０１は、作動可能なテールコーン２６０９を作動させるための制御機構を含む。制御機構は、例えば、モータ２６０５およびロッド２６１１を含むことができる。制御機構は、他の実施形態として、他の構成要素を含むことができる。

モータ２６０５は、例えば、サーボモータまたはトルクモータとすることができる。ロッド２６１１の第１の端部は、モータに接続され、ロッド２６１１の第２の端部は、作動可能なテールコーン２６０９の先端に接続される。ロッド２６１１は、例えば、スクリューとすることができる。モータ２６０５は、ロッドがテールコーン２６０９の第２の端部を押したり引いたりするようにロッド２６１１を移動させ、環部２６０７を相互にスライドさせてテールコーン２６０９の長さを変化させる。ただ一つのモータ２６０５が示されているが、他の実施形態では、モータ故障の場合に制御の損失を低減するために、一つのテールコーン２６０９を作動させる複数のモータ２６０５が存在する。

図２８は、第３の実施形態による推進機ファンシステム２８００の断面図を示す。推進機ファンシステム２８００の第３の実施形態は、複数の排気制御システムを含んでいる。例えば、推進機ファンシステム２８００の第３の実施形態は、図２２～図２５に示されるような、フラッペロン２２０５を有する排気制御システム２２０１と、図２６～図２７に示されるような、作動可能なテールコーン２６０９を有する排気制御システム２６０１の両方を含む。

排気制御システム２２０１および排気制御システム２６０１は、第３の実施形態では、推進機ファンシステム２８００の排気口の面積を変化させるように個別に制御され得る。例えば、図２８は、排気制御システム２２０１に含まれるフラッペロン２２０５および排気制御システム２６０１に含まれる作動可能なテールコーン２６０９が個別に作動可能であることを示している。両方またはいずれか一方を変更して、排気制御システム２２０１、２６０１の第１および第２の実施形態に関して上述したように推力を変更することができる。いくつかの使用例では、フラッペロン２２０５を用いて揚力を変更する一方、テールコーン２６０９を用いて推力を変更することができる。他の例では、例えば、大きな推力が必要とされる離陸中など、テールコーン２６０９およびフラッペロン２２０５の両方を作動させて、排気口面積を可能な限り増大させることができる。

結び
本明細書における“一実施形態”または“実施形態”への言及は、特定の特徴、構造、または特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の様々な箇所に現れる“一実施形態において”という語句は、必ずしも同じ実施形態を指しているとは限らない。

本開示は、１つの実施形態およびいくつかの代替実施形態を参照して特に示され、説明されているが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更を行うことができることは、関連技術分野の当業者によって理解されることになる。

Claims (20)

1. 推力を生成するように構成された推進機ファンの出口に接続するように構成された第１の端部であって、推進機ファンの出口の断面形状と実質的に一致する第１の断面形状を有する第１の端部と、
   前記第１の断面形状とは異なる第２の断面形状を有する第２の端部であって、推進機ファンによって生成された排気を排気制御システムの前記第２の端部から出るように構成された第２の端部と、
   前記排気制御システムの前記第２の端部の面積を第１の面積から前記第１の面積よりも小さい第２の面積に変化させるように構成された排気口領域制御機構と、
   を備える、排気制御システム。
2. 前記排気口領域制御機構は、前記排気制御システムの前記第２の端部に接続された複数のフラッペロンを備える、請求項１に記載の排気制御システム。
3. 前記排気制御システムが、前記第１の断面形状を有する前記第１の端部から、前記第１の断面形状とは異なる前記第２の断面形状を有する前記第２の端部に移行するように構成された移行部であって、前記移行部が、前記第１の端部および前記第２の端部を含む、移行部、をさらに備え、
   前記複数のフラッペロンのそれぞれは、前記移行部の前記第２の端部における複数の縁部の１つに接続される、請求項２に記載の排気制御システム。
4. 前記複数のフラッペロンの少なくとも１つが、前記複数のフラッペロンの別の１つとは独立に作動するように構成される、請求項２に記載の排気制御システム。
5. 前記複数のフラッペロンは同時に作動するように構成される、請求項２に記載の排気制御システム。
6. 前記複数のフラッペロンは、前記第２の端部の面積が減少し、それによって推進機ファンの推力が減少するように、前記第２の端部の中心に向かって作動するように構成され、前記複数のフラッペロンは、前記第２の端部の面積が増加し、それによって推進機ファンの推力が増加するように、前記第２の端部の前記中心から離れるよう作動するように構成される、請求項２に記載の排気制御システム。
7. 前記第１の断面形状が円形断面を含み、前記第２の断面形状が矩形断面を含む、請求項２に記載の排気制御システム。
8. 推力を生成する推進機ファンに接続するように構成された第１の端部と、
   前記第１の端部の反対側の第２の端部と、
   前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された中間部であって、前記中間部が、前記第１の端部の直径および前記第２の端部の直径よりも大きい直径を有する、中間部と、
   前記第１の端部に配置された排気口領域制御機構であって、前記排気口領域制御機構は、推進機ファンの出口内の前記中間部の位置が変化し、それによって推進機ファンの出口の面積が変化するように、排気制御システムの長さを調整するように構成される、前記排気口領域制御機構と、
   を備える、排気制御システム。
9. 前記排気口領域制御機構は、
   前記第１の端部に配置された複数の重なる同心円状の環部であって、前記複数の同心円状環部の各々の少なくとも一部が、前記複数の同心円状環部の別の１つの一部と重なる、前記複数の重なる同心円状環部と、を備え、
   前記排気制御システムの前記長さは、前記複数の同心円状環部の間の重なりの量の調整に対応して調整される、請求項８に記載の排気制御システム。
10. 前記第２の端部に接続された制御機構であって、前記複数の同心円状環部の間の前記重なりの量を調整して、推進機ファンの出口の面積を変化させるように構成される、制御機構、をさらに備える、請求項９に記載の排気制御システム。
11. 前記制御機構は、前記中間部が前記第１の端部により近くなるよう、前記排気制御システムの前記長さを短くするために、前記複数の同心環部間の前記重なりの量を増加させるように構成され、それによって、推進機ファンの出口の面積を増加させて推力を増加させる、請求項１０に記載の排気制御システム。
12. 前記制御機構は、前記中間部が前記第１の端部から遠くなるよう、前記排気制御システムの長さを増加させるために、前記複数の同心環部間の前記重なりの量を減少させるように構成され、それによって、推進機ファンの出口の面積を減少させて推力を減少させる、請求項１０に記載の排気制御システム。
13. 推力を生成するように構成された推進機ファンであって、第１の断面形状を有する出口を含む推進機ファンと、
    推進機システムの出口の面積を変化させるように構成された排気制御システムであって、前記排気制御システムは、
    前記推進機ファンの前記出口に接続された入口であって、前記推進機ファンの前記出口と前記排気制御システムの前記入口が第１の断面形状を有する、入口と、
    前記第１の断面形状とは異なる第２の断面形状を有する出口であって、前記推進機ファンによって生成された排気を、前記排気制御システムの前記出口から出るように構成された出口と、
    前記排気制御システムの前記出口の面積を第１の面積から前記第１の面積よりも小さい第２の面積に変化させるように構成された第１の排気口領域制御機構と、
    を備える、推進機システム。
14. 前記第１の排気口領域制御機構は、前記排気制御システムの前記出口に接続された複数のフラッペロンを備える、請求項１３に記載の推進機システム。
15. 前記排気制御システムは、
    前記排気制御システムが、第１の断面形状を有する前記入口から、前記第１の断面形状とは異なる第２の断面形状を有する前記出口に移行するように構成された移行部、を備え、
    前記複数のフラッペロンのそれぞれは、前記移行部の前記出口における複数の縁部の１つに接続される、請求項１４に記載の推進機システム。
16. 前記複数のフラッペロンの少なくとも１つが、前記複数のフラッペロンの別の１つとは独立に作動するように構成される、請求項１４に記載の推進機システム。
17. 前記複数のフラッペロンはそれらが同時に作動するように構成される、請求項１４に記載の推進機システム。
18. 前記複数のフラッペロンは、前記排気制御システムの前記出口の中心に向かって作動し、それによって前記排気制御システムの前記出口の面積が減少して、前記推進機ファンの推力が減少するように構成され、前記複数のフラッペロンは、前記排気制御システムの前記出口の前記中心から離れるよう作動し、それによって前記排気制御システムの前記出口の前記面積が増加して、前記推進機ファンの推力が増加するように構成される、請求項１４に記載の推進機システム。
19. 前記第１の断面形状が円形断面を含み、前記第２の断面形状が矩形断面を含む、請求項１３に記載の推進機システム。
20. 前記推進機ファンの前記出口内に配置された第２の排気制御システムをさらに備え、前記第２の排気制御システムの長さは、前記推進機ファンの前記出口の面積を変化させるように調整される、請求項１３に記載の推進機システム。

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