使用固定前倾旋翼来模拟刚性机翼空气动力学的垂直起降飞行器制造技术

一种垂直起飞和降落的飞行器，其使用固定的旋翼进行垂直起降和向前飞行操作。旋翼形成合成机翼并且被定位成可实现高翼展效率。旋翼被定位成可以使跨越合成机翼翼展的升力均匀。合成机翼也可以具有狭窄的前后翼型，其可以提供结构支撑并在向前飞行期间提供升力，或者可以具有单个中央机翼。机翼旋翼向前倾斜并且在水平飞行期间提供一些向前推进力。水平飞行期间提供一些向前推进力。水平飞行期间提供一些向前推进力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用固定前倾旋翼来模拟刚性机翼空气动力学的垂直起降飞行器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年5月21日申请的Mikic的美国临时专利申请第62/850,943号的优先权，其通过完整引用合并到此。本申请是2017年11月2日申请的Mikic等人的美国专利申请第15/802,386号的部分接续申请，所述美国专利申请第15/802,386号要求2016年11月2日申请的Mikic等人的美国临时专利申请第62/416,168号的优先权，它们通过完整引用合并到此。


[0003]本专利技术涉及航空载具，一种使用旋翼来模拟刚性机翼空气动力学的航空载具。
附图说明
[0004]图1A
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图1D是根据本专利技术一些实施例的具有使用堆叠反向旋转螺旋桨的合成机翼的航空载具的阴影效果图。
[0005]图2A
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图2D是根据本专利技术一些实施例的具有使用堆叠反向旋转螺旋桨的合成机翼的航空载具的绘图。
[0006]图3是根据本专利技术一些实施例的向前飞行中的航空载具的解决方案图。
[0007]图4A
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图4B是根据本专利技术一些实施例的具有合成机翼的航空载具的阴影效果图。
[0008]图5A
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图5C是根据本专利技术一些实施例的具有合成机翼的航空载具的绘图。
[0009]图6A
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图6G是各种参数值的升力阻力曲线。
[0010]图7是根据本专利技术一些实施例的具有使用纵向交错旋翼的合成机翼的航空载具的视图。
[0011]图8是根据本专利技术一些实施例的具有使用垂直交错旋翼的合成机翼的航空载具的视图。
[0012]图9A
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图9E是说明用于不同载具配置的升力的均匀性的示意图。
[0013]图10A
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图10B是根据本专利技术一些实施例的旋翼的视图。
[0014]图11A
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图11D是根据本专利技术一些实施例的具有翼尖旋翼的航空载具视图。
[0015]图12A
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图12B是根据本专利技术一些实施例的具有翼尖旋翼的航空载具侧视图。
[0016]图13A
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图13C是根据本专利技术一些实施例的旋翼整流罩的视图。
[0017]图14A
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图14C是根据本专利技术一些实施例的具有整流罩和叶片的旋翼视图。
[0018]图15A
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图15E是根据本专利技术一些实施例的翼梁和旋翼组件的视图。
[0019]图16A
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图16D是根据本专利技术一些实施例的具有堆叠旋翼的航空载具视图。
[0020]图17A
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图17D是根据本专利技术一些实施例的具有前后翼尖旋翼的航空载具的视图。

技术实现思路

[0021]一种垂直起飞和降落的飞行器，其使用固定的旋翼进行垂直起降(VTOL)和向前飞
行操作。旋翼形成合成机翼并且被定位成可实现高翼展效率。旋翼被定位成可以使跨越合成机翼翼展的升力均匀。机翼旋翼向前倾斜并且在水平飞行期间提供一些向前推进力。机翼旋翼可以固定在向前倾斜的配置中。
具体实施方式
[0022]在本专利技术的一些实施例中，一种航空载具，其具有被配置为用作合成机翼或伪机翼(pseudo
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wing)的旋翼的阵列。旋翼相对于航空载具主体并且相对于彼此定位，使得旋翼阵列的升力沿着伪机翼的翼展具有相对均匀的升力。合成机翼产生(相对)均匀的升力和相对均匀的尾部垂直速度(气流下洗)。脱落涡度(shed vorticity)集中在机翼尖端，类似于传统翼型机翼。
[0023]在一些实施例中，旋翼固定地安装到连结到航空载具主体的结构。旋翼可以沿着航空载具的纵向轴线交错，使得沿着纵向轴线的差别推力允许载具向前倾斜，以便从旋翼提供向前推力分量。在一些方面，俯仰控制也可以使用其它方式来实现，例如升降舵控制。在一些实施例中，旋翼可以具有一些可铰接的方面。在一些方面，飞行器通过区别对待旋翼的推力而无需其它控制表面来控制俯仰、侧倾和偏航。在一些方面，飞行器没有用于姿态控制的其它可控表面。
[0024]在一些实施例中，组成合成机翼的旋翼阵列可以在旋翼前面具有短弦前部机翼。由于航空载具在起飞期间使用旋翼获得垂直推力，因此航空载具在起飞操作期间不需要来自传统机翼的显著升力。在较高空速操作期间，短弦长的前部机翼允许向前飞行期间的升力。航空载具也可以在旋翼后面具有短的后部机翼。具有短弦长的后部机翼可以在较高速度向前飞行操作期间提供升力。后部机翼也可以使伪机翼的气流下洗更加均匀。前部机翼和后部机翼可以用作支撑支柱的结构元件，所述支柱支撑旋翼。前部机翼和后部机翼可以在外侧端接合，这样可以增加强度和稳定性。此外，位于旋翼阵列外侧(在水平平面内)周围的前部机翼和后部机翼为用户和地面人员提供了安全元素，作为旋翼旋转叶片周围的防护罩。
[0025]在一些实施例中，可能只有尾部机翼。在一些实施例中，可能只有前缘机翼。在一些实施例中，既有前部机翼也有尾部机翼。在一些实施例中，存在中央机翼，其可以在中央机翼的前面和后面具有旋翼。
[0026]在一些实施例中，一个或多个旋翼用来提供向前推力。在一些方面，可以在航空载具的后部使用单个推进器旋翼。在一些实施例中，机翼旋翼的旋转轴可以相对于垂直方向倾斜。在一些实施例中，机翼旋翼可以向前倾斜。向前倾斜的机翼旋翼有助于向前飞行期间航空载具的向前推力。在一些实施例中，向前飞行期间的总向前推力来自向前倾斜的机翼旋翼和其旋转轴线平行于航空载具侧倾轴线的一个或多个传统旋翼的组合。
[0027]航空载具可以构造成使得在向前飞行中由机翼和机翼旋翼提供升力，并且由尾部螺旋桨和向前倾斜的机翼旋翼提供向前推进力。
[0028]在平衡其它飞行器参数的同时，可以寻求向前飞行期间飞行器的效率(升力/阻力比)尽可能高。例如，向前飞行期间旋转的机翼旋翼的尖端速度与向前飞行期间飞行器的速度的比率是设计效率时要考虑的重要比率。而且，由机翼旋翼提供的升力相对于总升力(机翼加机翼旋翼)的百分比是设计效率时要考虑的重要比率。此外，机翼旋翼之间的功率分布
与传递到机翼旋翼和传统向前推进螺旋桨(例如尾部旋翼)的总功率的比率是设计效率时要考虑的重要比率。这些比率之间的相互作用可能是复杂的并且进行明显的优化。一个基本的设计参数是机翼旋翼在垂直起飞和降落期间提供足够的垂直推力，以使飞行器安全地起飞和降落。
[0029]根据本专利技术实施例的航空载具适于使用机翼旋翼进行垂直起飞和降落。起飞时，机翼旋翼旋转到它们的悬停转速(rmp)范围内的速度。在机翼旋翼的旋转轴相对于航空载具的水平轴线向前倾斜的实施例中，航空载具将在起飞和降落期间向上倾斜，使得机翼旋翼的平面是水平的。起飞后，航空载具可以使向前推动(或拉动)螺旋桨(例如尾部旋翼)旋转起来，而机翼旋翼仍处于动力状态。随着航空载具获得前进速度，升力由前部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种适用于垂直起飞和水平飞行的航空载具，其使用旋翼来模拟传统机翼空气动力学，所述航空载具包括：载具主体；右侧机翼组件，所述右侧机翼组件包括：右侧机翼；多个右侧机翼旋翼组件，其中每个所述右侧机翼旋翼组件的旋转轴线在相对于飞行器结构的固定位置向前倾斜，所述多个右侧机翼旋翼组件适于在向前飞行期间保持动力，所述多个右侧机翼旋翼组件包括：在所述右侧机翼前面的右侧前部内侧旋翼组件，所述右侧前部内侧旋翼组件连结到所述右侧机翼的内侧部分；在所述右侧机翼后面的右侧后部内侧旋翼组件，所述右侧后部内侧旋翼组件连结到所述右侧机翼的内侧部分；以及右侧外侧旋翼组件，其连结到所述右侧机翼的尖端；以及左侧机翼组件，所述左侧机翼组件包括：多个左侧机翼旋翼组件，其中每个所述左侧机翼旋翼组件的旋转轴线在相对于飞行器结构的固定位置向前倾斜，所述多个左侧机翼旋翼组件适于在向前飞行期间保持动力，所述多个左侧机翼旋翼组件包括：在所述左侧机翼前面的左侧前部内侧旋翼组件，所述左侧前部内侧旋翼组件连结到所述左侧机翼的内侧部分；在所述左侧机翼后面的左侧后部内侧旋翼组件，所述左侧后部内侧旋翼组件连结到所述左机翼的内侧部分；以及左侧外侧旋翼组件，其连接到所述左侧机翼的尖端；以及水平推进后部旋翼组件，其适于在常规飞行期间提供水平推力。2.根据权利要求1所述的航空载具，其中，所述右侧机翼旋翼组件的旋转轴线与标称向前飞行中的航空载具的水平飞行线的法线成8
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12度范围内的角度向前倾斜，并且所述左侧机翼旋翼组件的旋转轴线与标称向前飞行中的航空载具的水平飞行线的法线成8
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12度范围的角度向前倾斜。3.根据权利要求1所述的航空载具，其中，所述右侧机翼旋翼组件的旋转轴线与标称向前飞行中的航空载具的水平飞行线的法线成5
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15度范围内的角度向前倾斜，并且所述左侧机翼旋翼组件的旋转轴线与标称向前飞行中的航空载具的水平飞行线的法线成5
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15度范围的角度向前倾斜。4.根据权利要求1所述的航空载具，其中，所述右侧机翼旋翼组件的旋转轴线与标称向前飞行中的航空载具的水平飞行线的法线成5
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20度范围内的角度向前倾斜，并且所述左侧机翼旋翼组件的旋转轴线与标称向前飞行中的航空载具的水平飞行线的法线成5
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20度范围的角度向前倾斜。5.根据权利要求2所述的航空载具，其中，所述航空载具没有可控的控制表面。6.根据权利要求2所述的航空载具，其中，所述右侧旋翼组件和所述左侧旋翼组件包括：电动马达；
连结到所述电动马达的旋转部分的顶部中心轮毂；以及连结到所述中心轮毂的多个叶片。7.根据权利要求6所述的航空载具，其中，所述顶部中心轮毂是扁平轮毂。8.根据权利要求6所述的航空载具，其中，所述顶部中心轮毂的直径与所述多个叶片的扫掠直径之比大于0.25。9.根据权利要求6所述的航空载具，其中，所述顶部中心轮毂的直径与所述多个叶片的扫掠直径之比大于0.30。10.根据权利要求6所述的航空载具，其中，所述右侧旋翼组件和所述左侧旋翼组件还包括在所述顶部中心轮毂后面延伸的下整流罩。11.根据权利要求9所述的航空载具，其中，所述右侧旋翼组件和所述左侧旋翼组件还包括在所述顶部中心轮毂后面延伸的下整流罩。12.根据权利要求1所述的航空载具，其中，所述多个右侧旋翼组件中的每一个具有配对的左侧旋翼组件，该配对的左侧旋翼组件在通过所述航空载具的大致质心的线上离所述飞行器的中心线大致等距。13.根据权利要求2所述的航空载具，其中，所述多个右侧旋翼组件中的每一个具有配对的左侧旋翼组件，该配对的左侧旋翼组件在通过所述航空载具的大致质心的线上离所述飞行器的中心线大致等距。14.根据权利要求4所述的航空载具，其中，所述多个右侧旋翼组件中的每一个具有配对的左侧旋翼组件，该配对的左侧旋翼组件在通过所述航空载具的大致质心的线上离所述飞行器的中心线大致等距。15.一种适用于垂直起飞和水平飞行的航空载具，其使用旋翼来模拟传统机翼空气动力学，所述航空载具包括：载具主体；右侧机翼组件，所述右侧机翼组件包括：右侧机翼；多个右侧机翼旋翼组件，其中每个所述右侧机翼旋翼组件的旋转轴线在相对于飞行器结构的固定位置向前倾斜，所述多个右侧机翼旋翼组件适于在向前飞行期间保持动力，所述多个右侧机翼旋翼组件包括：在所述右侧机翼前面的右侧前部内...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔本，
申请(专利权)人：杰欧比飞行有限公司，
类型：发明
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