偏转翼旋翼的垂直起降

申请号 CN201180045183.3 申请日 2011-09-16 公开(公告)号 CN103180208A 公开(公告)日 2013-06-26
申请人 约翰内斯·赖特; 发明人 约翰内斯·赖特;
摘要 本 发明 涉及一种用于垂直起降的航空器(110)。该航空器包括第一机翼(101),第二机翼(102)和 机身 (103)。第一机翼(101)包括第一纵向机翼轴线(104),并且第二机翼(102)包括第二纵向机翼轴线(104)。第一机翼(101)沿着第一纵向机翼轴线(104)从机身(103)延伸,而第二机翼(102)沿着第二纵向机翼轴线(104)从机身(103)延伸。第一机翼(101)可绕着第一纵向机翼轴线(104)以第一旋转方向倾斜,并且第二机翼(102)可绕着第二纵向机翼轴线(104)以第二旋转方向倾斜。机翼(101、102)适于在固定翼飞行模式下机翼(101、102)并不绕着第二轴线(105)旋转。机翼(101、102)还适于在 悬停 飞行模式下绕着纵向机翼轴线(104)相对于其在固定翼飞行模式下的定向而倾斜,并且机翼(100)绕着第二轴线(105)旋转。
权利要求

1.一种用于垂直起降航空器的机翼(100),
其中,所述机翼(100)安装到机身(103),以使所述机翼(100)可绕着所述机翼(100)的纵向机翼轴线(104)倾斜,并且以使所述机翼(100)可绕着不同于所述纵向机翼轴线(104)的第二轴线(105)旋转,
其中,所述机翼(100)以这种方式适应,即在固定翼飞行模式下所述机翼(100)并不绕着所述第二轴线(105)旋转,以及
其中,所述机翼(100)还以这种方式适应,即在悬停飞行模式下所述机翼(100)可相对于其在固定翼飞行模式下的定向而绕着所述纵向机翼轴线(104)倾斜,并且所述机翼(100)绕着所述第二轴线(105)旋转。
2.如权利要求1所述的机翼(100),
其中,所述机翼(100)包括轴承环(301),
其中,形成所述轴承环(301)用于被夹紧到所述机身(103)的表面,用于将所述机翼(100)安装到所述机身(103)。
3.如权利要求2所述的机翼(100),
其中,所述轴承环(301)可滑动地安装到所述机身(103),以沿着所述机身(103)的表面在所述第二轴线(105)的方向上可滑动,
其中,所述机翼(100)包括第一螺栓(501)和第二螺栓(502),以及
其中,所述机翼(100)可通过所述第一螺栓(501)安装到所述机身(103),并且所述机翼(100)可通过所述第二螺栓(502)而安装到所述轴承环(301),以便通过所述轴承环(301)沿着所述第二轴线(105)的预定运动,所述机翼(100)可在固定翼飞行模式和悬停飞行模式之间倾斜。
4.一种用于垂直起降航空器的机身(103),
其中,所述机身以这种方式适应,即如权利要求1到3中任一项所述的机翼(100)可安装到所述机身(103)。
5.如权利要求4所述的机身(103),
其中,所述机翼的轴承环(301)可滑动地安装到所述机身(103),以沿着所述机身(103)的表面在纵向机身轴线(105)方向上可滑动,
其中,所述第一螺栓(501)连接到所述机身(103),以将所述机翼(100)安装到所述机身(103),以及
其中,所述机身(103)适于保持所述轴承环(301),所述机翼(100)通过所述第二螺栓(502)而安装到所述轴承环。
6.如权利要求4或5所述的机身(103),
其中,所述机身(103)包括尾翼(106),其用于在固定翼飞行模式和悬停飞行模式下控制飞行方向。
7.如权利要求6所述的机身(103),
其中,所述尾翼(106)可旋转地安装到所述机身(103),以便所述尾翼(106)在悬停飞行模式下可绕着所述纵向机身轴线(105)旋转,以减小所述机身(103)中旋转机翼(100)所导致的扭矩
8.一种用于垂直起降的航空器(110),所述航空器(110)包括
如权利要求1到3中任一项所述的第一机翼(101),
如权利要求1到3中任一项所述的第二机翼(102),以及
如权利要求4到7中任一项所述的机身(103),
其中,所述第一机翼(101)包括第一纵向机翼轴线(104),并且所述第二机翼(102)包括第二纵向机翼轴线(104),其中,所述第一机翼(101)沿着第一纵向机翼轴线(104)从所述机身(103)延伸,所述第二机翼(102)沿着第二纵向机翼轴线(104)从所述机身(103)延伸,
其中,所述第一机翼(101)可绕着第一纵向机翼轴线(104)以第一旋转方向而倾斜,以及
其中,所述第二机翼(102)可绕着第二纵向机翼轴线(104)以第二旋转方向而倾斜。
9.如权利要求8所述的航空器(110),
其中,所述第一旋转方向不同于所述第二旋转方向。
10.如权利要求8和9所述的航空器(110),还包括:
推进系统,其用于产生推,以便所述航空器(110)在固定翼飞行模式和/或悬停飞行模式下被驱动。
11.如权利要求10所述的航空器(110),
其中,所述推进系统可安装到所述机身(103)。
12.如权利要求10或11所述的航空器(110),
其中,所述推进系统可安装在所述机身(103)的尾部中。
13.如权利要求10到12中任一项所述的航空器(110),还包括:
空气分配系统,其安装到所述机身(103)的内部和所述第一机翼(101)和/或所述第二机翼(102)的内部,
其中,所述第一机翼(101)和/或所述第二机翼(102)包括至少一个喷嘴部分(402),用于吹出空气从而产生推力,
其中,所述推进系统包括吸气单元(401),其安装到所述航空器(110),以便空气被吸入到所述机身(103)内并且供给到所述空气分配系统,
其中,所述空气分配系统布置在所述第一机翼(101)和/或所述第二机翼(102)的内部,以便所供给的空气被引导到所述喷嘴部分(402)。
14.如权利要求13所述的航空器(110),
其中,所述第一机翼(101)和/或所述第二机翼(102)包括多个喷嘴部分(402),其连接到所述空气分配系统,以吹出空气从而可产生推力。
15.如权利要求14所述的航空器(110),
其中,所述多个喷嘴部分(402)中的每一个以这种方式可控制,即可分别调节由所述多个喷嘴部分(402)中的每一个产生的推力。
16.如权利要求10到15中任一项所述的航空器(110),
其中,所述推进系统包括第一推进单元(107)和第二推进单元(108),所述第一推进单元安装到所述第一机翼(101)以产生第一推力,所述第二推进单元安装到所述第二机翼(102)以产生第二推力,以使所述航空器(110)在固定翼飞行中是可驱动的。
17.如权利要求16所述的航空器(110),
其中,所述第一推进单元(107)和所述第二推进单元(108)可被安装到所述第一机翼(101)和/或所述第二机翼(102),使得所述第一推力和所述第二推力产生所述第一机翼(101)和/或所述第二机翼(102)绕着所述第二轴线(105)的旋转,以启动悬停飞行。
18.如权利要求16或17所述的航空器(110),
其中,所述第一推进单元(107)和所述第二推进单元(108)以这种方式可控制,即所述第一推力和所述第二推力被彼此分别地调节。
19.如权利要求16到18中任一项所述的航空器(110),
其中,所述第一推进单元(107)和所述第二推进单元(108)以所述第一推进单元(107)和所述第二推进单元(108)中至少一个可倾斜的方式安装到所述第一机翼(101)和/或所述第二机翼(102),使得所述第一推力的方向和所述第二推力的方向可相对于彼此调节。
20.如权利要求8到19中任一项所述的航空器(110),还包括:
驱动单元,
其中,所述驱动单元以这种方式布置至所述航空器(110)处,即驱动力矩施加到所述第一机翼(101)和/或所述第二机翼(102),从而绕着所述第二轴线105旋转所述第一机翼(101)和所述第二机翼(102),来启动悬停飞行。
21.如权利要求8到20中任一项所述的航空器(110),还包括:
控制单元,其用于在固定翼飞行模式与悬停飞行模式下控制所述航空器(110)。
22.如权利要求21所述的航空器(110),
其中,所述控制单元被设计成用于远程控制。
23.如权利要求21或22所述的航空器(110),
其中,所述控制单元可被编程,以使所述航空器(110)遵循所编程的预定飞行路线。
24.如权利要求21到23中任一项所述的航空器(110),还包括:
至少一个传感器,其用于测量所述航空器(110)的飞行参数和/或所述航空器(110)的环境参数,其中,所述传感器连接到所述控制单元,以将所测量的传感器数据传送到所述控制单元。
25.一种用于垂直起落的航空器(110)的控制方法,所述方法包括:
通过相对于彼此布置所述机翼(100)和所述机身(103)而将所述航空器(110)转换到固定翼飞行模式下,从而启动固定翼飞行,以及
通过将所述机翼(100)绕着纵向机翼轴线(104)倾斜以及通过将所述机翼(100)绕着第二轴线(105)旋转,而将所述航空器(110)转换到悬停飞行模式下,以启动悬停飞行。
26.一种用于垂直起落的航空器(110)的生产方法,所述方法包括:
将机翼(100)安装到机身(103),以使所述机翼(100)可绕着所述机身(103)的第二轴线(105)旋转,
将所述机翼(100)安装到所述机身(103),以使所述机翼(100)可绕着机翼(100)的纵向机翼轴线(104)倾斜。

说明书全文

偏转翼旋翼的垂直起降

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于垂直起降航空器的机翼,以及一种用于垂直起降航空器的机身。此外,本发明涉及一种用于垂直起降的航空器,其包括机翼和机身。此外,本发明涉及一种控制用于垂直起降的航空器的方法,以及涉及一种生产用于垂直起降航空器的方法。

背景技术

[0002] 本发明的目的在于,获得能够例如在没有跑道情况下起飞和降落的航空器。因此,过去已经进行了对于所谓垂直起降航空器(VTOL)的若干研制。传统垂直起降航空器需要垂直推,用于产生垂直升降。用于垂直起飞的最终推力是通过较大的螺旋桨或喷气发动机所产生的。由于较高的阻力,螺旋桨在航空器移动飞行中存在不利之处。
[0003] 此外,如果垂直起降航空器被构造成固定翼航空器,该主翼可在悬停飞行中干扰气流,从而甚至必须需要更多的推力。而且,驾驶非常复杂。
[0004] 垂直起降航空器成为现实的示范性概念为“Harrier(鹞式战斗机)”或者“F-35LightningII(F-35闪电II)”。两者由于需要复杂的控制系统和较高的油消耗而是非常低效的。
[0005] 对于能够悬停飞行的航空器,有效解决方案通过直升机完成,使用例如较大的机翼面积。在已知的系统中,航空器包括用于垂直提升航空器的发动机(例如螺旋桨)以及用于产生在移动模式中加速航空器到期望移动速度的另一发动机。取决于所预定的速度,可使用喷气式或螺旋桨式发动机。

发明内容

[0006] 本发明的一个目的是,提供一种更高效的垂直起降航空器。
[0007] 该目的通过根据独立权利要求的主题实现。通过从属权利要求描述本发明有利的实施方式。
[0008] 根据本发明的第一方面,提出一种用于垂直起降航空器的机翼。该机翼可安装到机身,从而机翼可绕着机翼纵向机翼轴线倾斜,并且机翼可绕着第二轴线旋转,该第二轴线并不同于纵向机翼轴线。该机翼适于在固定翼飞行模式中机翼并不绕着第二轴线旋转。该机翼还适于在悬停飞行模式中该机翼相对于其在固定翼飞行模式中的定向而绕着纵向机翼轴线倾斜,并且该机翼绕着第二轴线旋转。
[0009] 根据另一示范性实施方式,提出一种用于垂直起降航空器的机身。该机身适于上述机翼被安装到该机身。
[0010] 根据本发明的另一方面,提出一种用于垂直起降的航空器。该航空器包括:根据上述机翼的第一机翼,和根据上述机翼的第二机翼。此外,该航空器包括如上所述的机身。第一机翼包括第一机翼纵向轴线,且第二机翼包括第二机翼纵向轴线,其中,第一机翼沿着第一机翼纵向轴线从机身延伸,并且第二机翼沿着第二机翼纵向轴线从机身延伸。第一机翼可绕着第一机翼纵向轴线以第一旋转方向而倾斜,并且第二机翼可绕着第二机翼纵向轴线以第二旋转方向而倾斜。
[0011] 在另一示范性实施方式中,航空器可包括第三机翼或更多机翼。第三或更多机翼例如可伸缩。在固定翼模式下,这些机翼例如可形成双层。这些机翼可绕着第二轴线顺时针或逆时针旋转。
[0012] 根据本发明的另一方面,提供一种控制用于垂直起降的航空器的方法。该方法包括:通过将机翼和机身相对于彼此布置以启动固定翼飞行,而将航空器转换到固定翼飞行模式。此外,该方法包括:通过将机翼绕着纵向机翼轴线倾斜以及通过将机翼绕着第二轴线旋转以启动悬停飞行,而将航空器转换到悬停飞行模式。
[0013] 根据本发明的另一方面,提供一种生产用于垂直起降的航空器的方法。该方法包括将机翼安装到机身,使得机翼可绕着机身的第二轴线而旋转。此外,本方法包括将机翼安装到机身,使得机翼可绕着机翼的纵向机翼轴线而倾斜。
[0014] 在固定翼飞行模式中,在没有机翼与机身之间相对运动的情况下将机翼固定到机身,从而通过航空器的向前运动由穿过空气运动的机翼产生提升。在悬停飞行模式中,机翼绕着第二轴线旋转,从而由于机翼旋转穿过空气,即使在没有航空器穿过空气的相对运动的情况下,产生了提升。由此,通过旋转机翼穿过空气,可实现悬停飞行模式,例如直升机。机身可与机翼一起绕着第二轴线旋转。可选地,机翼可相对于机身旋转,从而在悬停飞行模式下仅机翼旋转以产生提升。此外,如果机翼在悬停飞行模式下旋转,则产生用于稳定航空器的稳定力矩(例如回转力矩,即动量守恒)。
[0015] 因此,通过本发明提供了一种垂直升降的航空器,其将固定翼飞行模式航空器与悬停飞行模式航空器的概念组合在一起。因此,可以结合每种飞行模式的各自优点。例如,固定翼飞行航空器在巡航飞行期间更高效,即当航空器穿过空气运动的时候。另一方面,在航空器的悬停模式中,机翼旋转,诸如机翼或直升机的叶片,从而机翼自身在悬停飞行模式中产生升力。与已知垂直起落航空器中产生提升的推进发动机相比,由于具有较大的机翼长度,这更加高效。例如,已知的垂直起落航空器通过发动机功率以及通过机翼旋转的气动升力产生提升。
[0016] 机翼包括纵向机翼轴线,其中,纵向机翼轴线是例如连接翼根与翼尖的轴线。例如,机翼可通过翼根安装到机身,其中,翼尖限定了机翼的自由端。纵向机翼轴线可例如与机翼的前缘或后缘平行。此外,纵向机翼轴线可以是大约垂直于机身纵向轴线的轴线。该机翼可包括空气动力的翼轮廓,其包括迎空气的前缘以及空气流远离其的机翼后缘。
[0017] 上述航空器可包括第一机翼和第二机翼,其中,每个机翼通过其根端连接到航空器的机身。第一机翼和第二机翼中的每个机翼包括单个且分开的第一纵向轴线和第二纵向轴线。在悬停飞行模式中,第一纵向机翼轴线和第二纵向机翼轴线可定向为基本上平行。在固定翼飞行模式中,第一纵向机翼轴线和第二纵向机翼轴线也可彼此平行地延伸。在另一实施方式中,第一纵向机翼轴线和第二纵向机翼轴线可彼此非平行地延伸,从而在第一纵向机翼轴线与第二纵向机翼轴线之间设置角度。如果第一纵向机翼轴线和第二纵向机翼轴线包括彼此之间的角度,则第一机翼和第二机翼可包括后掠翼,尤其是前掠翼,掠翼、斜翼或可变掠翼(可变翼)。
[0018] 此外,该机翼可包括控制表面,例如副翼。
[0019] 根据本发明的航空器可以是有人驾驶的航空器,或者无人驾驶航空器(UAV)。该航空器可例如为无人驾驶飞机(drone),其例如包括大约1m到4m(米)的翼展,该翼展具有大约4kg到6kg(千克)的重量。
[0020] 机身展现了航空器的主体,其中,通常航空器的重心位于机身的区域中。根据本发明,该机身可以是机翼安装到其的较小本体,从而航空器可以定义为所谓的飞翼式航空器。尤其地,机身可以是机翼的一部分,并且机身可包括等于机翼的翼弦线(例如宽度)的宽度。
可选地,机身包括长于连接前缘和后缘的机翼翼弦线(例如宽度)的长度。该机身包括机头和尾部部分。
[0021] 在一个示范性实施方式中,第二轴线可以是机身的纵向机身轴线。在一个示范性实施方式中,第二轴线可包括纵向轴线之间的角度,并且可不平行于纵向机身轴线地延伸。
[0022] 机翼可固定到机身,以便机翼并不相对于机身绕着第二轴线旋转。由此,在悬停飞行模式中,机翼和机身绕着第二轴线旋转,来产生提升。尤其地,在悬停飞行模式中,机翼和机身一起绕着第二轴线旋转,来产生提升。在一替选实施方式中,机翼安装到机身,从而机翼绕着第二轴线相对于机身旋转,进而在悬停飞行模式中,机翼可旋转来产生提升,并且机身并不绕着第二轴线旋转。此外,另一机翼可沿着纵向机身轴线附接到机身。
[0023] 根据另一示范性实施方式,该机翼包括轴承环和/或支承环,其中,形成该轴承环/支承环用来被夹紧到机身的表面,以将机翼安装到机身。
[0024] 当产生机翼绕着机身的旋转时,需要机翼的一些部分围绕机身并且不贯穿机身,例如用于固定的目的。该机以可旋转固定到机身的圆周表面。尤其地,所必要的是,在机翼与机身的表面之间形成可移动(例如滑动)的连接。这种可移动连接可通过使用轴承环和/或支承环而实现。该轴承环可以是用于被固定到机翼的闭合或开口环。该轴承环可滑动地夹紧到机身的外表面,其中,轴承环与机身之间形成了滑动轴承。除了滑动轴承之外,轴承环与机身的外表面可适于形成球轴承,以便减小磨损。该轴承环可相对于支承环滑动,其中,该支承环可固定到机身,不可滑动。
[0025] 根据另一个示范性实施方式,轴承环可滑动安装到机身,可沿着机身的表面在第二轴线的方向上滑动。该机翼包括第一螺栓和第二螺栓。该机翼通过第一螺栓被安装到机身,并且该机翼通过第二螺栓安装到轴承环,从而通过轴承环沿着第二轴线的预定运动机翼可在固定翼飞行模式与悬停飞行模式之间倾斜。
[0026] 本示范性实施方式描述了坚固的机械系统,其用于在固定翼飞行模式与悬停飞行模式之间转换机翼。该第一螺栓被安装到机翼以及机身。该机翼可绕着第一螺栓旋转。此外,第一螺栓也可绕着机身旋转。第二螺栓被安装到轴承环和机翼,其中,第二螺栓可相对于机翼和轴承环旋转。由此,如果第一螺栓和第二螺栓被固定至机翼上的隔开位置,则第一螺栓相对于第二螺栓的相对运动导致机翼绕着纵向机翼轴线的倾斜。由此,通过沿着第二轴线(纵向机身轴线)移动轴承环,第一螺栓和第二螺栓由于绕着共同旋转中心的不同固定点而相对于彼此移动,从而机翼可倾斜。通过将机翼螺栓固定到机身,实现了可调的且坚固的机械系统。
[0027] 根据另一示范性实施方式,机翼包括伺服电动机。该机翼可通过螺栓连接到机身。伺服电机例如可通过转动螺栓而控制机翼的倾斜。
[0028] 根据另一示范性实施方式,轴承环可滑动地安装到机身,可沿着机身的表面在纵向机身轴线(例如第二轴线)的方向上滑动。机身的导向槽适于可滑动接合机翼的第一螺栓。机身适于保持轴承环,该机翼通过第二螺栓安装至该轴承环,其中,轴承环可沿着纵向机身轴线而滑动地安装到机身。导向槽由此形成,以便第二螺栓沿着导向槽路线可移动预定运动。可替换地或可附加地,另一导向槽可布置在轴承环中,从而机翼的第二螺栓通过另一导向槽接合。第一螺栓可直接且不滑动地固定到机身,或者第一螺栓可移动地固定到机身的上述导向槽中。
[0029] 例如,在导向槽的第一末端处,机翼处于启动固定翼飞行模式的位置,其中,如果第一螺栓沿着导向槽的路线而滑动到导向槽的第二末端,机翼处于启动悬停飞行模式的位置。为了实施机械螺栓-槽连接,导向槽可在第一末端处并且在第二末端处各设置第二凹槽,其中,第一螺栓卡在第一或第二凹槽中,以便产生坚固的机械连接。未拴上机构(unlatch mechanism)可迫使第一螺栓离开第一凹槽或第二凹槽,以将机翼位置从悬停飞行模式改变到固定翼飞行模式。
[0030] 根据另一示范性实施方式,机身包括尾翼,其用于控制在固定翼飞行和悬停飞行下的飞行方向。
[0031] 尾翼可包括平尾翼和/或垂直尾翼,其中,每个尾部元件包括可控制的控制表面。由此,在固定翼飞行模式下,越过尾翼的气流可用来控制航空器的飞行方向。此外,在悬停飞行模式下,旋翼可将气流引导到尾翼,其中,该尾翼可使用通过的空气,以在悬停飞行模式下稳定和控制航空器。
[0032] 例如,尾翼可布置在机身机头或机身尾部处。
[0033] 在另一示范性实施方式中,尾翼可旋转地安装到机身,从而尾翼在悬停飞行模式下可绕着纵向机身轴线旋转,用来减小由机身中旋转机翼所导致的扭矩。尤其地,在悬停飞行模式中机翼的旋转对机身产生扭矩,从而由于机翼的旋转,机身自身开始旋转。因此,通过尾翼的旋转产生了反向的扭矩,从而平衡旋转机翼所导致的扭矩。因而,可防止在悬停飞行模式下机身的旋转。
[0034] 根据航空器的另一示范性实施方式,第一机翼的第一旋转方向不同于第二机翼的第二旋转方向。尤其地,如果第一机翼从机身的一侧延伸,并且第二机翼从机身的相反侧延伸,以及第一机翼和第二机翼绕着纵向机身轴线旋转,则所必需的是,各自的机翼边缘,也就是机翼的前缘,移动穿过空气,从而通过翼轮廓产生提升。因此,为了航空器从固定翼飞行模式转换到悬停飞行模式,第一机翼可绕着第一机翼纵向轴线在第一旋转方向上旋转大约60°(度)到120°,尤其是大约90°,并且第二机翼绕着第二机翼纵向轴线在第二旋转方向上倾斜大约60°(度)到120°,优选大约90°,该第二旋转方向是与第一旋转方向相反的方向。
[0035] 在可替换的实施方式中,同样可能的是,第一旋转方向和第二旋转方向是相同的。
[0036] 根据本发明的另一示范性实施方式,航空器包括用于产生推力的推进系统,从而航空器在固定翼飞行模式和/或悬停飞行模式下被驱动。
[0037] 推进系统可包括螺旋桨发动机,涡轮螺旋桨发动机,火箭推进单元和/或喷气式发动机。推进系统的推进装置中的每个可位于和安装到机身或机翼。一个或多个推进装置和/或推进单元可安装到机身和/或每个机翼。此外,螺旋桨发动机可通过电能燃料驱动,例如氢或者煤油。必要的燃料箱或者电池可安装在机身中或机翼中。可安装供给线路系统,从而尤其是电力或燃料可直接从燃料箱或电池被引导到各推进装置。由此,电池或燃料箱可被安装到所期望的位置,与推进装置间隔开,从而可实现航空器的有利平衡点调整。
[0038] 此外,航空器被设计成提供自旋转特性。自旋转指的是通过机翼产生提升,甚至当航空器并不由推进系统驱动时。尤其地,如果推进装置发生故障,航空器可使用机翼的自旋转提升,以减慢其下降并且以可控的方式降落。为了启动航空器的自旋转特性,航空器的控制单元可在自旋转机动期间控制由自旋转机翼产生的提升和航空器空速。尤其地,控制单元例如控制机翼的倾斜位置(斜角)和/或转速。自旋转特性依赖于悬停飞行模式下穿过机翼的空气速度的保持。在自旋转机动期间,通过航空器的下降提供空速。
[0039] 在一个示范性实施方式中,推进系统的推进装置可安装在机身的尾部中。在推进装置是螺旋桨或涡轮螺旋桨的情况下,有利的是,将推进装置安装到机身机头或安装到机翼。
[0040] 根据另一示范性实施方式,航空器包括空气分配系统,其安装在机身的内部以及第一机翼和/第二机翼的内部。第一机翼和/或第二机翼包括至少一个喷嘴部分,其用于将吹出空气,从而可产生推力。由此产生了叶端喷口设置。该推进系统包括吸气单元,其安装到航空器,从而空气被吸入到机身内部并且供给到空气分配系统。该空气分配系统布置在机翼和/或第二机翼的内部,从而所供给的空气被引导到喷嘴部分。
[0041] 通过本示范性实施方式,吸入单元可安装到相对于航空器的平衡点有利的位置。在产生推力的喷嘴部分处,仅需要安装非常轻的和小型的喷嘴,所压缩的供给空气可通过空气分配系统而被引导至该喷嘴。例如,如果喷嘴部分布置在各机翼的尖端处,重的空气吸入单元可安装到机身。没有更重和复杂的安装装置必须安装到机翼,除了包含或形成喷嘴的小孔。由此,可产生非常轻的且平衡的推进系统。
[0042] 例如,喷嘴所产生的推力可导致在固定翼飞行模式下航空器的推进。在该模式中,喷嘴部分的推力方向可以是平行的,以及可包含基本上相同的推力方向。在悬停飞行模式下,机翼可在相反的方向上倾斜,从而例如两个喷嘴部分在彼此相反的方向上产生推力,一个喷嘴部分安装到左第一机翼处,另一个喷嘴部分安装到第二右机翼处。因而,如果例如在第一方向上在第一机翼尖端处产生推力,并且在第二机翼的相反尖端处在与第一机翼处的第一推力方向的相反方向上产生推力,则产生第一机翼和第二机翼绕着纵向机身轴线的旋转。通过旋转,可启动悬停飞行模式。
[0043] 尤其地,没有大质量必须安装到机翼以及机翼的尖端。因此,由机翼的旋转以及固定到机翼的这些质量所导致的离心力可被减小,从而可使用较好且较轻的材料。
[0044] 根据另一示范性实施方式,第一机翼和/或第二机翼包括多个喷嘴部分,其连接到空气分配系统,用于吹出空气,从而可产生推力。多个喷嘴部分中的每一个可通过这种方式控制,即,可分别调节由多个喷嘴部分中每个喷嘴所产生的推力。因此,每个喷嘴的推力方向可独立地调节,从而固定翼飞行模式以及悬停飞行模式下航空器的飞行方向和稳定性可被控制和稳定。尤其地,在悬停飞行模式与固定翼飞行模式之间的过渡状态中,可以是其中航空器仍旧非常慢的位置,从而没有产生固定翼的倾斜,并且机翼的旋转可能已经非常慢,从而通过机翼的旋转未产生足够的提升。因此,为了稳定过渡状态中的航空器,喷嘴的推力方向可产生航空器的稳定性,直到机翼的旋转在悬停飞行模式中足够高,或者直到在固定翼飞行模式下航空器穿过空气的速度足够快以产生提升。
[0045] 根据另一示范性实施方式,该推进系统包括第一推进单元和第二推进单元,第一推进单元安装到第一机翼用于产生第一推力,第二推进单元安装到第二机翼用于产生第二推力,从而航空器在固定翼飞行模式下可被驱动。该第一推进单元和第二推进单元可通过螺旋桨发动机、火箭推进单元、上述喷嘴或涡轮螺旋桨发动机所形成,它们可由燃料、压缩空气或电能所驱动。该电能可由太阳能所产生。此外,推进单元可由喷气式发动机所形成,该喷气式发动机可例如由煤油或氢所驱动。如果第一推进单元安装到第一(右)机翼并且第二推进单元例如安装到第二(左)机翼,两个推进单元可用来在固定翼飞行模式下产生航空器的推力和推进。该推进系统可还包括安装到机翼的多个推进单元。
[0046] 根据航空器的另一示范性实施方式,第一推进单元和第二推进单元可安装到第一机翼和/或第二机翼,从而第一推力和第二推力产生第一机翼和/或第二机翼绕着纵向机身轴线或第二轴线的旋转,来启动悬停飞行。
[0047] 根据另一示范性实施方式,第一推进单元和第二推进单元可如此控制,即,第一推力和第二推力可独立于彼此而被调节。尤其地,如果第一推进单元安装到第一机翼而第二推进单元安装到第二机翼,以及如果第一推进单元在第一方向上产生第一推力而第二推进单元在相反于第一方向的第二方向上产生第二推力,则可产生机翼绕着纵向机身轴线或第二轴线的旋转。
[0048] 通过将推进单元(例如上述喷嘴)安装到机翼,通过所谓的"叶端喷口"设置可产生机翼的旋转。由此,按照这种叶端喷口设置,通过将推进单元和/或喷嘴安装到机翼,在机翼中产生推进力(推力)。尤其地,无转动扭矩(驱动力矩)必须从例如机身或航空器的另一中央部分转移到各机翼的尖端,该尖端通常与该中央部分间隔开。由此,并不需要尾部旋翼来抑制由布置在中央位置的推进装置或单元的驱动力矩所产生的转矩影响。
[0049] 此外,如果在第一推进单元和第二推进单元绕着第二轴线的圆周路线的一个部分中产生更少的动力,则产生了迫使航空器在预定方向漂移的推进力。尤其地,为了在悬停飞行模式中产生这种漂移,在推进单元绕着机身的圆周路线的一个期望部分处,当各推进单元每次经过该期望部分时,第一推进单元和第二推进单元可被关掉或者减少,从而在该预定期望的部分中产生较少的推力。术语"漂移"可在本发明中表示航空器在基本上水平的方向上的运动,该基本上水平方向例如垂直于提升方向或垂直方向。此外,悬停飞行模式中航空器的漂移也可通过改变纵向机翼轴线相对于纵向机身轴线的角度而实现。例如,如果该纵向机翼轴线垂直于该纵向机身轴线,则可实现垂直提升。如果纵向机翼轴线包括除了90°之外的角度,则可通过机翼绕着机身的旋转而产生提升,其中,该提升方向包括垂直分量和水平分量,从而取决于纵向机翼轴线与纵向机身轴线之间的角度而可实现悬浮模式下航空器的漂移和运动。
[0050] 例如,可设置位置传感器,其中,该位置传感器检测第一推进单元的位置和第二推进单元的位置。在该圆周的期望部分处,传感器顺序地降低各经过第一或第二推进单元的推进功率。
[0051] 根据另一示范性实施方式,第一推进单元和第二推进单元可安装到第一机翼和/或第二机翼,从而第一推进单元与第二推进单元中的至少一个是可倾斜的,例如绕着纵向机翼轴线而倾斜,从而第一推力的方向和第二推力的方向可相对于彼此而被调节。由此,在悬停飞行模式或者固定翼飞行模式以及尤其在悬停飞行模式与固定翼飞行模式之间的状态下,该航空器可通过可调节的推力方向而被稳定。通过调节第一推进单元和第二推进单元,同样也可以在悬停飞行模式下调节机翼的旋转,以及在悬停飞行模式下产生水平方向上的漂移。
[0052] 根据另一示范性实施方式,航空器包括驱动单元,其中,该驱动单元如下地被布置在航空器处,即,驱动力矩施加到第一机翼和/或第二机翼,使第一机翼和第二机翼绕着纵向机身轴线旋转,以启动悬停飞行。
[0053] 驱动单元可限制不产生推力的电机。例如,该驱动单元可以是电动机,该电动机绕着机身驱动机翼。例如,第一机翼和第二机翼可附接到轴承环。例如,轴承环可形成电动机的转子部件。该机身可形成电动机的定子。由此,通过分别将动力提供给转子和/或定子,而实现了轴承环的旋转以及因此机翼绕着机身的旋转。通过使用驱动单元来产生机翼绕着机身的旋转,可减轻重量并降低噪音。
[0054] 根据另一示范性实施方式,该航空器还包括控制单元,其用来在固定翼飞行模式和悬停飞行模式下控制该航空器。例如,该控制单元可由航空器中的飞行员控制。此外,该控制单元可设计为用于远程控制。由此,航空器的操作者可处于地面上并且例如可通过远程控制来控制该航空器。此外,在另一示范性实施方式中,控制单元可被编程,以便航空器(自动地)遵循程序预定飞行路线。由此,操作者并不是必须的,从而航空器自己找到其路线。为了提供冗余的系统,可采用多个控制单元。进而,可实现更加坚固的系统。
[0055] 为了提供一种坚固的远程控制系统,航空器可包括超过一个的接收器,其用来接收来自操作者的控制信号。例如,一个接收器可安装到第一推进单元,而第二接收器可安装到第二推进单元,从而每个接收器分别接收来自操作者的控制信号。因此,不必在例如机身中设置中央接收器,例如这将需要至推进单元的较长信号线路和复杂控制机构。
[0056] 根据另一示范性实施方式,航空器还包括至少一个传感器,其用于测量航空器的飞行参数和/或航空器的环境参数,其中,该传感器可连接到控制单元,以将所测量的传感器数据传送到控制单元。通过测量航空器的飞行参数和环境参数,航空器可自动飞行,并且可例如响应飞行参数和环境参数的改变而自动修正飞行力学(flight mechanics)。例如,如果向已经改变的话,航空器可自动修正飞行路线。此外,用于环境参数的传感器可包括照相机、红外照相机或其他记录装置,从而航空器例如可用作为侦察机。尤其地,该航空器可用作为无人驾驶飞机。
[0057] 为了在航空器飞行期间提供从固定翼飞行模式到悬停飞行模式的平滑转换,机翼倾斜并且机翼(以及例如机身)开始绕着第二轴线旋转。在转换期间,航空器可在垂直方向上飞行,直到机翼的旋转足够快(例如200到300rpm),以产生足够的提升,来防止航空器失速。为了提供从悬停飞行模式到固定翼飞行模式的平滑转换,机翼的旋转可被降低,并且航空器例如通过航空器的失速而被加速。在失速期间,机翼是倾斜的。当达到足够的速度时,机翼通过其空气动力轮廓而产生提升。代替通过重力加速航空器,推进系统可加速航空器来防止失速。
[0058] 按照另一示范性实施方式,该航空器包括重量稳定系统。该重量稳定装置可包括重量部件,其可相对于机翼和/或机身而被移动。因此,航空器的重心可被调节。例如,重量部件可移动到机身的机头部分或者移动到机身的尾部部分,从而机身可包括相对于机翼的相对对准和预定倾斜角度。由此,可实现期望的飞行形态和适当的飞行稳定性。例如,在悬停飞行模式与固定翼飞行模式之间的改变期间,重心可被移动,用于稳定航空器。尤其地,在悬停飞行模式下在机身的尾部部分中可更多地调整重心,从而机身通常垂直对准并且机翼包括倾斜位置,其中,绕着第二轴线的旋转产生了期望的提升。在固定翼飞行模式下,重心可更多移动到机身的机头部分,以在固定翼模式下实现稳定飞行形态,从而机身通常水平对准并且机翼倾斜以产生期望的冲角(即,固定翼模式下机翼弦和迎面流之间的角度)。此外,为了通过安装到机身的照相机记录景观,可能将机身对准到期望位置,从而也优化照相机的对准。
[0059] 航空器可在悬停飞行模式或者固定翼飞行模式下降落和起飞。在悬停飞行模式下,并不必需跑道。航空器可包括例如安装到机身和/或安装到机翼的起落架。起落架包括简单的静态支撑架,用于在不移动航空器的情况下将航空器支撑在地面上。此外,起落架可包括轮子,从而航空器可在地面上被驱动。由此,在固定翼模式下在跑道上常规起飞或者降落是可能的。此外,起落架可包括使得航空器能够水面起飞和降落的单元。这些单元可包括空气缓冲器或其他提升体。
[0060] 在另一示范性实施方式,机身包括潜水舱,其是用于注入水的管接头,从而航空器也在水下被驱动。然后,悬停飞行模式下旋转机翼可形成船用推进器,来在水下驱动航空器。
[0061] 此外,根据另一示范性实施方式,该机身和/或机翼包括用于存储附加负载的存储空间,例如货物或附加设备。
[0062] 此外,设置了传输系统,燃料、电能和数据通过该传输系统而从机翼传送到机身,反之亦然。燃料和电能可机械地传送,例如通过电传导环离合器。数据被光地或无线地传输。
[0063] 必须注意的是,已经参照不同的主题描述了本发明的实施方式。尤其地,参照装置型权利要求描述了一些实施方式,而参照方法型权利要求描述了其他的实施方式。然而,除非另外说明,除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外,本领域的技术人员从上面和下面的描述中将推断出,不同主题特征之间的任意组合,尤其地,装置型权利要求的特征和方法型权利要求的特征通过本申请被公开。附图说明
[0064] 本发明上述方面以及另外的方面从将在下面描述的实施方式的示例中更加明显,并且参照实施方式的示例进行说明。将参照实施方式的示例更加详细地描述本发明,但是本发明并不仅限于此。
[0065] 图1图释了根据本发明的示范性实施方式的航空器,其中,航空器处于悬停飞行模式;
[0066] 图2示意性图释了根据本发明的航空器,其中,航空器处于固定翼飞行模式;
[0067] 图3示出了根据本发明的示范性实施方式的航空器的一个示范性实施方式,其中,示出了机翼和机身的机械连接系统;
[0068] 图4示出根据本发明的一个示范性实施方式的航空器的叶端喷口推进系统的示意图;
[0069] 图5是根据本发明的一个示范性实施方式的具有处于固定翼飞行模式的机翼的航空器;
[0070] 图6示出了根据本发明的一个示范性实施方式的具有处于悬停飞行模式的机翼的航空器;以及
[0071] 图7示出了根据本发明的一个示范性实施方式的航空器的整体视图。

具体实施方式

[0072] 附图中的图释是示意性的。注意,在不同的附图中,类似或相同的部件具有相同的附图标记。
[0073] 图1示出了用于垂直起降运载工具110的机翼100。机翼100可安装到机身103,以便机翼100可绕着机翼100的纵向机翼轴线104倾斜,以及该机翼100可绕着不同于该纵向机翼轴线104的第二轴线105(例如,其可以是纵向机身轴线105)而旋转。在固定翼飞行模式下,机翼100适于不绕着第二轴线105旋转,并且其中,在悬停飞行模式下,机翼100适于相对于其在固定翼飞行模式下的定向而绕着纵向机翼轴线104倾斜,并且机翼100绕着第二轴线105旋转。
[0074] 尤其地,图1示出了用于在悬停模式下垂直起降的航空器110。在图1的示范性实施方式中,机翼100包括第一(左)机翼101和第二(右)机翼102。第一机翼101包括纵向机翼轴线,且第二机翼102包括第二纵向机翼轴线。在图1中所示的悬停飞行模式中,第一机翼纵向轴线和第二机翼纵向轴线与纵向机翼轴线104平行。换句话说,在悬停飞行模式下,第一机翼101和第二机翼102形成了旋翼,例如直升机旋翼。第一机翼101从机身沿着第一纵向机翼轴线延伸,并且第二机翼102从机身103沿着第二纵向机翼轴线延伸。第一机翼101通过第一旋转方向可绕着第一纵向机翼轴线104倾斜,而且第二机翼102通过第二旋转方向可绕着第二纵向机翼轴线104倾斜。
[0075] 第一机翼101和第二机翼102绕着各纵向机翼轴线104的倾斜由绕着纵向机翼轴线104的箭头表示。此外,在图1中示出了第一机翼101和第二机翼102包括各自的前缘,其中,该前缘被定向在机翼101、102的旋转方向上,相反于后缘。机翼100、101、102的圆周运动(旋转方向)由图1中的箭头表示。
[0076] 为了在悬停飞行模式下产生提升,机翼100、101、102可与机身103一起绕着第二轴线105旋转,或者独立于机身103而旋转。然后,与机翼100、101、102相比,机身103可不具有转速或者具有较低的转速。
[0077] 此外,在图1中,第一推进单元107靠近第一机翼101的尖端被安装,而第二推进单元108被安装到第二机翼102的尖端部分。在图1的示范性实施方式中,推进单元107、108是螺旋桨。在其他示范性实施方式中,例如也可使用喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机。
如图1中所示,推进单元107、108的螺旋桨产生推力,其中,第一推进单元107的第一推力方向在相对于由第二推进单元108产生的第二推力方向的相反方向上。
[0078] 由此产生了扭矩,这使得机翼101、102绕着第二轴线105旋转,例如,绕着机身103的纵向机身轴线105。转速可大约是200到300 rpm(转/分),以在悬停飞行模式下产生用于提升航空器110的提升。
[0079] 此外,图1示出了机身103,其包括尾翼106,例如其具有四个控制表面。尾翼106可在悬停飞行模式和/或固定翼飞行模式下平衡该机身110。此外,尾翼106可控制航空器110的飞行方向。在示范性实施方式中,尾翼106可绕着纵向轴线105旋转。尾翼106的这种旋转可产生扭矩,其抑制由机翼101、102旋转对机身103产生的扭矩。
[0080] 图2示出了处于固定翼飞行模式下的航空器110。在固定翼飞行模式下,第一机翼101和第二机翼102绕着纵向机翼轴线104倾斜,由此例如第一机翼101的翼弦线504(见图5)和第二机翼102的翼弦线504例如分别基本上与机身103的纵向机身轴线105相平行。相比于如图1所示的悬停飞行模式,第一推进单元107和第二推进单元108同样绕着各自的第一翼101或各自的第二翼102倾斜。第一推进单元107和第二推进单元08也可独立于机翼101、102倾斜。在固定翼飞行模式下,第一推进单元107产生第一推力,且第二推进单元108产生第二推力,其中,第一推力和第二推力通常彼此平行地指向。由此,产生用于驱动航空器100的推进。在该固定翼飞行模式下,与悬停飞行模式下漂移或运动相比,航空器110更加高效地飞行穿过空气。尾翼106用于控制航空器110的飞行方向。
[0081] 图3示出了处于悬停飞行模式下的航空器110。第一机翼101和第二机翼102每个安装到轴承环301。轴承环301可封套机身103的表面。因此,并不必需提供机翼100、101、102穿过机身103的运行路线(run),由于机翼100、101、102相对于机身103旋转,这导致了一些问题并且需要复杂的机械解决办法。轴承环301可将机翼100、101、102夹紧到机身103的表面。因此,可实现机翼100、101、102到机身103的轻且坚固的固定。
[0082] 此外,可产生用于使机翼100在悬停飞行模式与固定翼飞行模式之间倾斜的机械系统。两个螺栓,即第一螺栓501(见图5)和第二螺栓502(见图5)可在机翼100的根端处安装到机翼100的前端。每个螺栓501、502从前端朝着机身103的方向而延伸到机身103。第一螺栓501可旋转地安装到机身103,并且第二螺栓502可旋转的安装到轴承环301。第一螺栓501可固定到机身103,由此机身103的导向槽302封套第一螺栓501。导向槽302的路线被描述为在悬停飞行模式与固定翼飞行模式之间的机翼110、101、102运动期间第一螺栓501的期望路线。
[0083] 如果轴承环301可滑动地沿着机身103被移动,第一螺栓501沿着导向槽302的路线移动。在轴承环301沿着机身103的运动期间,导向槽302限定了第一螺栓501的限定运动。当沿着机身103移动轴承环301时,第一螺栓501在导向槽302内部移动,以便机翼100、101、102倾斜到期望位置。由此,导向槽302的路线限定了各机翼100、101、102的倾斜运动。
[0084] 图4示意性图释了处于固定翼飞行模式下的航空器110。此外,示出了用于航空器110的叶端喷口推进系统。
[0085] 在机身103的机头部分可形成进气口,其中,吸气单元401将空气吸入机身103内部。空气分配系统可将被吸入的空气引导至喷嘴部分402,这些喷嘴部分位于机翼100、101、102的后缘。喷嘴部分402将所吸入的空气吹到周围,以便产生推力。通过所产生的推力,产生了航空器110的推进。当在悬停飞行模式下倾斜机翼100时,右机翼101的喷嘴部分402和左机翼102的喷嘴部分402可产生相反方向的推力,从而实现了机翼100、101、
102绕着机身的旋转。
[0086] 可附加或者可替换地,机身推进单元403可安装在机身103的尾部中。例如,机身推进单元403为喷气发动机,涡旋螺旋桨发动机或螺旋桨发动机。示出尾翼106处于机身103的尾部部分中,以便可控制航空器110。
[0087] 图5和图6图释了航空器110的配合机构,用于相对于机身103而倾斜机翼100。图5示出了固定翼模式下的航空器设置,其中,机翼100的翼弦线504通常平行于第二轴线
105,例如纵向机身轴线。图6示出了处于悬停飞行模式下的航空器设置,其中,翼弦线504包括相对于第二轴线105的大约60°到120°的角度。
[0088] 如图5所示,第一螺栓501可枢转地将机翼100固定到机身103,其中,在图5的示范性实施方式中,第一螺栓501相对于机身103不可横向移动。如图3中所示的实施方式中所示,可选地或另外地,通过机身103的导向槽302,第一螺栓501被滑动地接合。第二螺栓502将机翼100固定到轴承环301。因此,轴承环301可包括环状部件,其具有另一导向槽503,第二螺栓502可滑动地接合到该导向槽503。
[0089] 当沿着机身103移动轴承环301时,机翼100绕着第一螺栓501和第二螺栓502旋转,其中,第二螺栓502可另外地沿着另一导向槽503通常在垂直于第二轴线105的方向上滑动。为此,机翼进行绕着旋转轴线的旋转,该旋转轴线对应于第一螺栓501的旋转轴线,直到到达机翼100的期望位置。
[0090] 另一导向槽503的边缘限制了第二螺栓在另一导向槽503中的相对运动,从而轴承环301相对于机身103的相对运动也被限制。因此,另一导向槽503的长度限定了轴承环301相对于机身103的运动长度,从而可调节机翼100相对于机身103所限定的旋转和所限定的开始和结束位置。
[0091] 此外,轴承环301包括导向槽505,其具有通常平行于轴承环301沿着机身103的路线。导向槽505接合第一螺栓501。如果轴承环301沿着机身朝向第一螺栓501的方向而移动,导向槽505的边缘限制轴承环沿着机身103的另一运动,从而也限制机翼100的另一旋转。由此,导向槽505的尺寸确定了机翼100的倾斜角度。
[0092] 图6示出了处于悬停飞行模式的航空器110。机翼100以这种方式倾斜,即通过机翼100的旋转以及例如轴承环301绕着第二轴线105的旋转,产生提升。尤其地,翼弦线504包括相对于第二轴线105的大约60°到120°的倾斜角度。
[0093] 图7示出了如图5和6中所示的航空器110的整体视图。该机身103包括耦接部件702,机翼100、轴承环301和/或机身环701耦接到该耦接元件。轴承环301可安装到机身环701(支承环)。机身环701可旋转地连接到机身103。第一螺栓501被固定到机身环701。机身环701尤其可绕着耦接部件702旋转。
[0094] 此外,概括地说,机翼100可包括第一机翼101和第二机翼102,这些机翼可例如通过各第一螺栓501而安装到机身环701,并且通过各第二螺栓502而例如安装到轴承环301。如图5和6中所示,第一机翼101可根据轴承环301沿着第二轴线105的运动方向而顺时针旋转。第二机翼102相对于第一机翼101从机身103在相反的方向上延伸,并且可根据轴承环301沿着第二轴线105的运动方向而逆时针地旋转,反之亦然。换句话说,第一机翼101所安装到的第二螺栓502可沿着第一方向在另一导向槽503的内部移动,并且第二机翼102所安装到另一第二螺栓502可沿着第二方向在另一导向槽503的内部移动。
[0095] 此外,如图7中所示,尾翼106可固定到机身103的尾部部分。
[0096] 将注意的是,术语"包括"并不排除其他部件或者步骤,并且"一"或者"一个"并不排除多个。同样,可将与不同实施方式相关联描述的元件进行结合。应当注意的是,权利要求中的附图标记将并不看作是对权利要求范围的限制。
[0097] 附图标记列表:
[0098] 100 机翼
[0099] 101 第一机翼
[0100] 102 第二机翼
[0101] 103 机身
[0102] 104 纵向机翼轴线
[0103] 105 纵向机身轴线,第二轴线
[0104] 106 尾翼
[0105] 107 第一推进单元
[0106] 108 第二推进单元
[0107] 110 航空器
[0108] 301 轴承环
[0109] 302 导向槽
[0110] 401 吸气单元
[0111] 402 喷嘴部分
[0112] 403 机身推进单元
[0113] 501 第一螺栓
[0114] 502 第二螺栓
[0115] 503 另一导向槽
[0116] 504 翼弦线
[0117] 505 导向槽
[0118] 701 支承环
[0119] 702 耦接部件
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