專利名稱：私人飛機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種私人飛機(jī)，其能夠提供安全操作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效控制。特別是，本發(fā)明包括具有垂直起飛和降落能力的飛機(jī)，并以用于盤旋、過渡和巡航飛行的控制方式提供垂直和水平推力。
背景技術(shù)：
代替使用跑道來為機(jī)翼提供足夠的地面速度從而提供足夠提升，垂直起飛和降落需要飛機(jī)提供垂直和向前推力。垂直方向上產(chǎn)生的推力為飛行器提供提升；水平產(chǎn)生的推力提供向前運(yùn)動(dòng)。垂直起飛和降落(VTOL)飛機(jī)可以產(chǎn)生垂直和水平推力，并能夠以平衡方式控制這些力。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)翼的飛機(jī)或直升機(jī)是一種常見類型的VTOL飛機(jī)。直升機(jī)具有大型旋翼，其提供垂直和水平推力。為了使得旋翼在一定空氣速度范圍上執(zhí)行這種雙重功能，旋翼通常非常復(fù)雜。根據(jù)飛行器的飛行條件，旋翼葉片必須圍繞360度轉(zhuǎn)動(dòng)方位角處于不同取向角度上以提供需要的推力。因此，旋翼具有葉片取向角度的總體和輪轉(zhuǎn)的變化。總體變化相同地改變了每個(gè)葉片的角度，而與360度轉(zhuǎn)動(dòng)方位角無關(guān)。輪轉(zhuǎn)的變化作為360度轉(zhuǎn)動(dòng)方位角的函數(shù)來改變?nèi)~片攻角。輪轉(zhuǎn)的控制允許旋翼在多個(gè)方向上傾斜，并且因此向前、向后、向左或向右引導(dǎo)旋翼的推力。這種方向提供控制力，以便在水平平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)直升機(jī)，并響應(yīng)于例如陣風(fēng)的干擾。直升機(jī)旋翼非常大，并未被保護(hù)，會(huì)撞擊到附近的障礙物。另外，它們利用機(jī)械上復(fù)雜的系統(tǒng)來控制總體和輪轉(zhuǎn)的葉片角度。這種旋翼在機(jī)械上很復(fù)雜，并需要維護(hù)。旋翼通常以低速轉(zhuǎn)動(dòng)，這造成旋翼和馬達(dá)之間的沉重的傳動(dòng)裝置。這種傳動(dòng)裝置或齒輪箱減小了飛行器的有效載荷潛力以及飛行器的安全性。由于整個(gè)飛行器系統(tǒng)上的機(jī)械復(fù)雜性，許多部件是單點(diǎn)失效。由于缺少冗余，需要經(jīng)常檢查和維護(hù)來保持飛行器安全。

發(fā)明內(nèi)容
描述的實(shí)施方式提供一種私人飛機(jī)，其具有安全、安靜和有效以及容易控制、高度緊湊的構(gòu)型，其能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起飛并過渡到向前飛行，且從向前飛行過渡到降落。在一種實(shí)施方式中，飛機(jī)構(gòu)型包括多個(gè)旋翼，其被取向?yàn)樵谄痫w、向向前飛行的過渡和從向前飛行的過渡以及降落過程中提供用于提升的垂直推力和控制。旋翼沿著機(jī)身的左舷側(cè)和右舷側(cè)縱向定位，兩個(gè)或更多個(gè)旋翼定位在每側(cè)。機(jī)身承載可變重量的有效載荷。飛機(jī)在飛行器的前部和后部具有串聯(lián)的機(jī)翼，其組合的提升中心靠近飛機(jī)的重力中心(CG)。機(jī)翼在巡航過程中提供提升和控制，一個(gè)或多個(gè)后部定位的推進(jìn)器提供向前推力。垂直提升旋翼和前后串聯(lián)機(jī)翼的組合限制了旋翼，允許飛機(jī)的重力中心運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還使得飛行器保持垂直和水平飛行控制。前后機(jī)翼還被定位成提供界限，以避免外界物體對于提升旋翼的損害(FOD)。除了改變攻角和姿態(tài)之外，包括升降舵和副翼的控制表面能夠通過調(diào)節(jié)提升中心補(bǔ)償飛行過程中飛機(jī)CG中的變化。垂直提升旋翼圍繞CG布置，并且每個(gè)旋翼的推力是可以調(diào)節(jié)的，如果CG變化，在垂直飛行中允許提升中心重新定位。由于垂直提升旋翼的多個(gè)數(shù)量和獨(dú)立性，垂直推力是冗余的，并且推力和控制即使在任何單個(gè)旋翼失效時(shí)也保持可用。由于具有提供大控制力的多個(gè)垂直旋翼，旋翼能夠較小，即使在陣風(fēng)條件下，對于操作也具有較快的響應(yīng)速度。在一種實(shí)施方式中，單獨(dú)的電動(dòng)馬達(dá)和控制器為每個(gè)垂直提升旋翼供能，從而為提升系統(tǒng)針對一個(gè)或多個(gè)提升旋翼的失效提供冗余。在一些實(shí)施方式中，垂直推力旋翼嵌入使其隱藏的導(dǎo)管中，并提供增加的提升。在其他實(shí)施方式中，保護(hù)外罩防止與其他物體的接觸，并避免對于旋翼的F0D。保護(hù)外罩與直線垂直提升旋翼相結(jié)合為有效飛行提供了低的巡航拖曳。在多個(gè)實(shí)施方式中使用低末端速度垂直提升旋翼，以便在起飛、過渡和降落過程中產(chǎn)生低的城市噪音水平。包括低前機(jī)翼和具有小翼的聞后機(jī)翼的實(shí)施方式提供了聞的空氣動(dòng)力效率，同時(shí)還為飛機(jī)提供了偏航穩(wěn)定性。在一些實(shí)施方式中，機(jī)翼折疊以便在盤旋或在地面上時(shí)提供緊湊的飛機(jī)占用面積。機(jī)翼的一些實(shí)施方式只在機(jī)翼折疊的內(nèi)部具有控制表面，從而不需要鉸接的控制連桿機(jī)構(gòu)。由于用于垂直提升的提升旋翼與前推推進(jìn)器分開，可以分別對于具體操作條件進(jìn)行優(yōu)化。針對一定范圍的乘客尺寸或有效載荷，這種飛機(jī)可用于有駕駛員或無駕駛員的實(shí)施方式。


圖1是根據(jù)一種實(shí)施方式的私人飛機(jī)飛行器的頂視圖。圖2示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的私人飛機(jī)飛行器的第二視圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的私人飛機(jī)飛行器的前視圖。圖4示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的私人飛機(jī)飛行器的左側(cè)視圖。圖5示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的具有帶導(dǎo)管旋翼的私人飛機(jī)的視圖。圖6示出了根據(jù)替代實(shí)施方式的帶導(dǎo)管旋翼的私人飛機(jī)的視圖。圖7示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的帶折疊機(jī)翼的私人飛機(jī)的視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的私人飛機(jī)100。飛機(jī)100包括垂直提升旋翼101 ；向前飛行推進(jìn)器103 ;前機(jī)翼104 ;具有小翼106的后機(jī)翼105 ;保護(hù)外罩102 (還公知為防護(hù)裝置)以及機(jī)身107。機(jī)身107還包括降落裝置和動(dòng)力源(未示出)。圖2示出了包括左舷側(cè)主要降落裝置和前部降落裝置205的私人飛機(jī)100的第二視圖。圖3示出了私人飛機(jī)100的前視圖，其中可以看到左舷降落裝置、右舷降落裝置和前部降落裝置205。圖4示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的飛機(jī)100的左(左舷)側(cè)的視圖。在多種實(shí)施方式中，飛機(jī)100的尺寸設(shè)置成容納單個(gè)駕駛員和私人貨物。例如，在多種實(shí)施方式中，飛機(jī)從前部到其最后表面的長度在15和20英尺之間，并且其翼展在15和20英尺之間。在替代實(shí)施方式中，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，飛機(jī)可以更長或更短、更寬或更窄，而不偏離這里描述的原理。飛機(jī)100在多種實(shí)施方式中主要由合成材料構(gòu)造。機(jī)身107和機(jī)翼104、105由碳纖維合成材料制造。在替代實(shí)施方式中，機(jī)翼可具有附接到碳纖維合成機(jī)翼表皮的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的金屬配件和凸肋。在一些實(shí)施方式中，機(jī)翼表皮可包括由碳纖維與例如凱夫拉爾的其他合成材料相結(jié)合制造的合成材料。在其他替代實(shí)施方式中，機(jī)身可包括由例如但不局限于鋼或鋁的材料制成的金屬構(gòu)架，并且合成表皮覆蓋構(gòu)架。合成機(jī)身表皮在此實(shí)施方式中由碳纖維、凱夫拉爾或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的其他合成材料制成。駕駛艙窗口在一種實(shí)施方式中是聚碳酸酯，盡管也可使用其他輕質(zhì)透明塑料。在一些實(shí)施方式中，防護(hù)裝置110由凱夫拉爾和碳纖維合成物制造。在替代實(shí)施方式中，它們只由碳纖維或只由凱夫拉爾或類似纖維制造。旋翼101在一種實(shí)施方式中具有16英寸的半徑，并且由碳纖維合成材料制造，并且在替代實(shí)施方式中，由附接到鋁輪轂的碳纖維合成葉片制造。在其他實(shí)施方式中，旋翼由附接到鋁輪轂的木質(zhì)葉片或附接到碳纖維合成輪轂的木質(zhì)葉片制造。旋翼可以是通過螺栓接合到馬達(dá)組件的單個(gè)部件。飛機(jī)100包括如機(jī)翼104和后機(jī)翼105。后機(jī)翼后掠并在其端部具有小翼106。小翼提供橫向穩(wěn)定性并減小由于后機(jī)翼上的提升造成的拖曳。機(jī)翼后掠改善了飛機(jī)的俯仰穩(wěn)定性并增加了小翼對于橫向穩(wěn)定性的益處。在一些實(shí)施方式中，后機(jī)翼可以折疊，并因此保持與具有非后掠后機(jī)翼的飛機(jī)相同的總體飛行器長度。另外，后機(jī)翼的后掠為放入其中的旋翼提供了更多空間。在多種實(shí)施方式中，前機(jī)翼104同樣在大致低于后機(jī)翼105的位置處附接到機(jī)身107。非平面的機(jī)翼提升系統(tǒng)使得機(jī)翼能夠在巡航飛行過程中提供有效提升。如果與機(jī)身的附接受到限制，兩個(gè)機(jī)翼的垂直分離被選擇為盡可能地大。通過使得機(jī)翼垂直分離最大，減小了前機(jī)翼和后機(jī)翼之間的不利的空氣動(dòng)力作用。因此，由于飛機(jī)提升造成的拖曳被顯著降低，例如與單個(gè)平面機(jī)翼提升系統(tǒng)相比降低了 15-20%。小翼106定位在后機(jī)翼105的末端，以便減小由于后機(jī)翼上的提升造成的拖曳，并提供偏航或方向穩(wěn)定性和控制。出于足夠的穩(wěn)定性，建立特殊的小翼形狀，這是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的。在一些實(shí)施方式中，小翼向下延伸并通過減小飛機(jī)的側(cè)滑角和空氣流在飛機(jī)上產(chǎn)生的偏航力矩之間的關(guān)聯(lián)來提供改善的可控性。在其他實(shí)施方式中，如圖2所示，小翼106向上延伸。在一種實(shí)施方式中，串聯(lián)的機(jī)翼系統(tǒng)具有結(jié)合部，每個(gè)機(jī)翼上的機(jī)翼末端在此折疊，允許飛機(jī)100在受限制的空間內(nèi)裝配。例如，在一種實(shí)施方式中，折疊機(jī)翼使得飛機(jī)100可以存放在8' XT X16'的空間或者由單個(gè)典型機(jī)庫提供的空間內(nèi)。在一種實(shí)施方式中，后機(jī)翼105具有8. 4度的二面角。在其他實(shí)施方式中，二面角的范圍在-10和10度之間。垂直提升旋翼組件101安裝在飛機(jī)100的每側(cè)上。在一種實(shí)施方式中，推進(jìn)構(gòu)架114被固定在機(jī)身107的每側(cè)。垂直提升旋翼組件101被安裝在構(gòu)架114的頂部。推進(jìn)構(gòu)架114通過支柱116附接到機(jī)身107。支柱116被定位成使得來自旋翼的下降氣流不沖擊在支柱上。在一些實(shí)施方式中，有3個(gè)支柱將每個(gè)構(gòu)架連接到機(jī)身。在替代實(shí)施方式中，有2個(gè)或I個(gè)支柱將每個(gè)構(gòu)架連接到機(jī)身。在其他實(shí)施方式中，支柱可以是前掠、后掠、上掠或下掠的，以改善構(gòu)架與機(jī)身的附接。在一種實(shí)施方式中，垂直取向的支承結(jié)構(gòu)在盤旋過程中提供來自垂直提升旋翼負(fù)載的增加彎曲剛性。每個(gè)垂直提升旋翼組件101包括旋翼和馬達(dá)。旋翼可包括附接到輪轂的葉片或可以制成具有一體輪轂的單個(gè)部件。輪轂提供與葉片連接的中央結(jié)構(gòu)，并且在一些實(shí)施方式中，制成包圍馬達(dá)的形狀。馬達(dá)包括轉(zhuǎn)動(dòng)部件和固定部件。在一種實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固定部件同心，公知為徑向磁通馬達(dá)。在此實(shí)施方式中，固定部件可形成馬達(dá)的外環(huán)，公知為肉轉(zhuǎn)子馬達(dá)，或者固定部件可形成馬達(dá)的內(nèi)環(huán)，公知為外轉(zhuǎn)子馬達(dá)。在其他實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)動(dòng)和固定部件是平的，并且彼此相對布置，公知為軸向磁通馬達(dá)。旋翼附接到馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件上。馬達(dá)的固定部件附接到推進(jìn)構(gòu)架114。在一些實(shí)施方式中，馬達(dá)是永磁馬達(dá)，并且通過電子馬達(dá)控制器控制。電子馬達(dá)控制器以準(zhǔn)確的順序發(fā)送電流到馬達(dá)，允許馬達(dá)以希望速度或以希望扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)。注意到，飛機(jī)100的每側(cè)包括多個(gè)旋翼組件101。垂直提升旋翼被構(gòu)造成在水平巡航過程中產(chǎn)生獨(dú)立于向前飛行推進(jìn)器103產(chǎn)生的推力的推力。垂直提升旋翼提供足夠的推力，使得飛機(jī)提升離開地面，并保持控制。在一種實(shí)施方式中，每個(gè)旋翼產(chǎn)生比盤旋所需的多的推力(例如多40%)，以在飛行包線的所有部分內(nèi)保持控制。旋翼通過選擇直徑、葉片弦和葉片沖角分布來優(yōu)化，以便在盤旋和低速飛行條件下提供具有最小消耗功率的所需推力。在多種實(shí)施方式中，一半的旋翼在一個(gè)方向上轉(zhuǎn)動(dòng)，并且另一半在相反方向上轉(zhuǎn)動(dòng)，從而平衡飛機(jī)上的反作用轉(zhuǎn)矩。在圖1所示的實(shí)施方式中，示出了每側(cè)的四個(gè)垂直提升旋翼組件101。在替代實(shí)施方式中，更多或更少的垂直提升旋翼提供垂直提升和控制。在每側(cè)具有至少兩個(gè)旋翼時(shí)，產(chǎn)生關(guān)于重力中心平衡的垂直力的能力即使在一個(gè)旋翼失效時(shí)也得到保持。這通過減小失效旋翼相對象限上的推力來實(shí)現(xiàn)。在每側(cè)具有三個(gè)旋翼時(shí)，可以得到飛行的所有三個(gè)軸線或方向上的控制。隨著每側(cè)上的旋翼數(shù)量增加，任一旋翼的損失造成垂直推力的總體損失減小。但是，對于每對額外的旋翼，增加了復(fù)雜性和造成失效的可能性,并增加了成本和重量。在一種實(shí)施方式中，每側(cè)的兩個(gè)垂直提升旋翼組件101定位在CG前面，并且兩個(gè)定位在CG后面。以此方式，盤旋中的旋翼提升中心與飛機(jī)100的重力中心相關(guān)定位。這種配置允許有效載荷在機(jī)身107中的縱向或橫向定位變化，因?yàn)槊總€(gè)獨(dú)立的垂直提升旋翼能夠調(diào)整其推力，以便提供平衡的垂直提升，或替代地，提供不平衡的提升以提供控制。向前飛行推進(jìn)器103提供用于過渡到向前飛行、爬升、下降和巡航的推力。在一種實(shí)施方式中，兩個(gè)或更多個(gè)前推推進(jìn)器103沿著后機(jī)翼105的跨度安裝。替代地，單個(gè)前推推進(jìn)器在該跨度中央處安裝在機(jī)身107的后部上。推進(jìn)器可以在相反方向上轉(zhuǎn)動(dòng)，使得使其轉(zhuǎn)動(dòng)所需的扭矩不在飛機(jī)上產(chǎn)生凈扭矩。同樣，兩個(gè)推進(jìn)器的推力可差別地改變，以便產(chǎn)生偏航控制力矩。定位在機(jī)翼上對于推進(jìn)器造成較小的入流干擾。在機(jī)身上使用單個(gè)推進(jìn)器允許較少的部件和較小的重量，但是需要不同尺寸的馬達(dá)，并且具有包括來自機(jī)身的干擾的入流。在一種實(shí)施方式中，單個(gè)推進(jìn)器用于具有小型基于碳?xì)浠衔锶剂习l(fā)動(dòng)機(jī)的混合電系統(tǒng)中，以便在向前飛行中提供功率，和/或?yàn)殡姵叵到y(tǒng)重新充電。機(jī)身107在飛行器的重力中心附近提供有效載荷體積以及用于垂直提升旋翼101、前機(jī)翼104和后機(jī)翼105的附接結(jié)構(gòu)。向前飛行推進(jìn)器103也附接到機(jī)身的后部。其他實(shí)施方式具有以提供與旋翼空氣流干涉最少并同時(shí)經(jīng)受彎曲載荷的方式附接到機(jī)身的保護(hù)外罩或?qū)Ч堋４怪碧嵘砗拖蚯巴七M(jìn)器通過由動(dòng)力系統(tǒng)供能的電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。在一種實(shí)施方式中，動(dòng)力系統(tǒng)包括附接到用于每個(gè)馬達(dá)的一個(gè)馬達(dá)控制器的電池。電池提供DC電壓和電流，馬達(dá)控制器將其轉(zhuǎn)換成AC信號，使得馬達(dá)響應(yīng)于來自飛行計(jì)算機(jī)或其他來源的控制輸入而轉(zhuǎn)動(dòng)。在替代實(shí)施方式中，旋翼和推進(jìn)器通過包括具有小型基于碳?xì)浠衔锶剂习l(fā)動(dòng)機(jī)和較小電池的混合電系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)供能。碳?xì)浠衔锇l(fā)動(dòng)機(jī)在向前飛行中提供擴(kuò)展范圍，并且可為電池系統(tǒng)重新充電。在多種實(shí)施方式中，垂直提升旋翼組件101通過導(dǎo)管或保護(hù)外罩102保護(hù)，以避免意外的葉片撞擊。在一種實(shí)施方式中，如圖5所示，旋翼葉片通過導(dǎo)管502完全和緊密環(huán)繞，其還提供增量提升。這種附加提升通過由于旋翼前部空氣的增加速度而作用在導(dǎo)管表面上的抽吸力來產(chǎn)生。在另一實(shí)施方式中，旋翼只通過保護(hù)外罩102或防護(hù)裝置寬松地環(huán)繞。參考圖6，在使用垂直提升導(dǎo)管的那些實(shí)施方式中，導(dǎo)管包括具有或不具有導(dǎo)管罩601的實(shí)施方式，導(dǎo)管罩在巡航飛行過程中將導(dǎo)管相對于空氣流密封，以減小飛行器拖曳。垂直提升旋翼101在水平巡航過程中產(chǎn)生獨(dú)立于向前飛行旋翼103產(chǎn)生的推力的推力。在一些實(shí)施方式中，這允許對于旋翼和推進(jìn)器使用固定節(jié)距。這獨(dú)立的推力產(chǎn)生，與相同的旋翼產(chǎn)生垂直和水平推力不同，允許旋翼101對于零空氣速度的飛行性能和低噪音進(jìn)行優(yōu)化，而不需要可變節(jié)距機(jī)構(gòu)。通過在盤旋和低速飛行條件下設(shè)計(jì)單節(jié)距葉片設(shè)置來優(yōu)化旋翼。向前飛行推進(jìn)器103針對巡航空氣速度飛行性能進(jìn)行優(yōu)化，同樣不需要可變節(jié)距機(jī)構(gòu)。針對巡航操作，這些葉片設(shè)計(jì)有最佳節(jié)距、扭轉(zhuǎn)、錐度和rpm。由于旋翼和推進(jìn)器是完全獨(dú)立的，它們能夠具有不同性能，例如末端速度、每分鐘轉(zhuǎn)速(rpm)和直徑，使其在它們的具體操作條件下最佳。這減小了推進(jìn)系統(tǒng)的機(jī)械復(fù)雜性。多個(gè)垂直提升旋翼101的縱向配置允許俯仰，滾轉(zhuǎn)和偏航力矩以及垂直力直接經(jīng)由旋翼組合上的直接推力或差分轉(zhuǎn)矩的組合來產(chǎn)生。通過改變飛行器上的不同位置中的旋翼的推力，增加了控制力矩。通過改變一些旋翼上的推力，可以控制高度。直接推力和差分轉(zhuǎn)矩的使用提供了可預(yù)測的控制力。結(jié)果是更快的響應(yīng)速度和陣風(fēng)響應(yīng)能力，這通過小直徑的垂直提升旋翼101的低慣性力矩以及電動(dòng)馬達(dá)的高轉(zhuǎn)矩和響應(yīng)速度來提高。組合地，此系統(tǒng)使得控制系統(tǒng)準(zhǔn)確并易響應(yīng)于駕駛員的控制輸入。注意到，多個(gè)獨(dú)立控制旋翼的使用提供了冗余的提升系統(tǒng)。例如包括六個(gè)或更多個(gè)旋翼的系統(tǒng)在安全操作下允許盤旋和垂直上升，而沒有向前的空氣速度，即使一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)部件失效。垂直提升旋翼101沿著與飛機(jī)飛行方向成直線地縱向配置，以減小巡航拖曳。其他實(shí)施方式使得旋翼以其他方式偏置，與主體空氣流對準(zhǔn)，或者提供更加緊湊的覆蓋區(qū)域。一種實(shí)施方式具有與附接到機(jī)身107的水平取向的支承結(jié)構(gòu)成直線的配置。注意到，機(jī)翼104和105在一些實(shí)施方式中折疊。一些實(shí)施方式使得機(jī)翼折疊定位在載荷很小的位置，例如跨度的50%的外側(cè)，以允許更加輕質(zhì)的鉸鏈。在其他實(shí)施方式中，前機(jī)翼不折疊。在其他實(shí)施方式中，機(jī)翼折疊，從而飛機(jī)可放入8'寬的空間內(nèi)，例如典型的單個(gè)機(jī)庫內(nèi)。替代實(shí)施方式還包括以其他方式折疊前機(jī)翼，例如以機(jī)身下方或者沿著機(jī)身的側(cè)部的剪刀式運(yùn)動(dòng)。這種剪刀式折疊經(jīng)由前機(jī)翼的中心處的樞軸和銷來實(shí)現(xiàn)，允許圍繞中央樞轉(zhuǎn)點(diǎn)向后轉(zhuǎn)動(dòng)。這種實(shí)施方式允許機(jī)翼圍繞單個(gè)點(diǎn)鉸接，以減小機(jī)翼結(jié)構(gòu)深度最大位置處的重量，以及使得前機(jī)翼通過電機(jī)械致動(dòng)器完全折疊到飛機(jī)側(cè)部，從而促進(jìn)駕駛員在盤旋或地面上時(shí)的更好可視性。在包括剪刀式折疊前機(jī)翼的實(shí)施方式中，降落裝置包括單個(gè)前輪，并具有兩個(gè)主要后降落裝置輪。后機(jī)翼105還在向前飛行的過程中提供一部分的飛機(jī)提升。在一種實(shí)施方式中，并參考圖7A和7B,后機(jī)翼折疊302允許后機(jī)翼結(jié)構(gòu)向下樞轉(zhuǎn)，以允許地面操作或存放在更加緊湊的空間內(nèi)。對于飛行器的寬度和高度來說，向下折疊允許小翼303放入小的門開口或停放存儲(chǔ)空間內(nèi)。在其他實(shí)施方式中，后機(jī)翼不折疊。替代實(shí)施方式還包括以其他方式折疊后機(jī)翼，例如如果希望較長的跨度，并且不能在清潔地面的同時(shí)折疊，則向上折疊并在后機(jī)翼的頂部。在一種實(shí)施方式中，飛機(jī)100能夠在前機(jī)翼和后機(jī)翼折疊的情況下起飛和降落。在垂直飛行中在機(jī)翼折疊的情況下起飛和降落，通過減小機(jī)翼提升性能和縮短機(jī)翼跨度，減小了飛行器由于不穩(wěn)定的風(fēng)況造成的陣風(fēng)響應(yīng)。由于在盤旋飛行中不需要機(jī)翼提升，而只在向前飛行中需要，可以等待展開機(jī)翼，直到離開地面實(shí)現(xiàn)足夠的高度。避免地面機(jī)翼展開對于地面起飛和降落空間可用且風(fēng)況不利的一些操作是有利的。電機(jī)械致動(dòng)器提供致動(dòng)力，使得機(jī)翼在開始向前飛行之前展開。在一種實(shí)施方式中，控制表面定位在前機(jī)翼折疊301和后機(jī)翼折疊302的內(nèi)部，以允許折疊，而控制線不需要在折疊鉸鏈機(jī)構(gòu)的外側(cè)，從而通過較少的運(yùn)動(dòng)部件提供較小的機(jī)械復(fù)雜性?？刂票砻嬖谙蚯帮w行過程中空氣動(dòng)力學(xué)地提供俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航控制，使得垂直提升旋翼不需要控制，除非處于低或零向前速度。需要更大向前飛行控制響應(yīng)的其他實(shí)施方式也具有位于機(jī)翼折疊機(jī)構(gòu)外側(cè)的控制表面。其他實(shí)施方式只具有位于機(jī)翼外側(cè)區(qū)段上的控制表面。降落裝置205設(shè)置輪，以允許飛機(jī)在位于地面上的同時(shí)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)前主要降落裝置204和兩個(gè)后主要降落裝置202在前機(jī)翼上提供較小的拖曳和較小的提升干涉。在其他實(shí)施方式中，降落裝置是滑軌，而沒有輪，因?yàn)轱w機(jī)能夠在沒有向前運(yùn)動(dòng)的情況下起飛和降落。替代的實(shí)施方式包括兩個(gè)前主要降落裝置和一個(gè)后主要降落裝置，以出于地面穩(wěn)定性允許前降落裝置分開很寬。在一些實(shí)施方式中，一些或所有的輪安裝有電動(dòng)馬達(dá)，允許輪被驅(qū)動(dòng)。這種馬達(dá)允許飛行器在位于地面上的同時(shí)自動(dòng)推進(jìn)。除了以上具體描述的實(shí)施方式之外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到本發(fā)明可另外以其他實(shí)施方式實(shí)施。例如，在替代實(shí)施方式中，飛機(jī)100被設(shè)計(jì)成容納兩個(gè)或多個(gè)乘員。在這種實(shí)施方式中，機(jī)翼跨度更大，旋翼具有更大直徑，并且機(jī)身107更寬。在替代實(shí)施方式中，飛機(jī)100是無人飛行器，其能夠在沒有駕駛員或乘客的情況下飛行。沒有乘客的實(shí)施方式具有另外的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)代替駕駛員經(jīng)由地面鏈接或經(jīng)由預(yù)定飛行路徑軌跡來提供方向控制輸入。雖然在具體實(shí)施方式
的上下文中提供了此描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到許多替代實(shí)施方式可從所提供的教導(dǎo)中得到。另外，在書面的描述中，部件的特定命名、術(shù)語的利用等不是強(qiáng)制性或重要的，除非另外說明，并且執(zhí)行本發(fā)明或其特征的機(jī)構(gòu)可具有不同的名稱、格式或樣板。最后，應(yīng)該注意到說明書中所使用的語言主要選擇用于閱讀和指導(dǎo)目的，并不選擇成限制或限定本發(fā)明的主題。因此，本公開旨在是說明性的，而不限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種飛機(jī)，包括: 機(jī)身； 前機(jī)翼，其聯(lián)接到所述機(jī)身并定位在重力中心的前部； 后機(jī)翼，其聯(lián)接到所述機(jī)身并定位在重力中心的后部； 第一安裝構(gòu)架，其聯(lián)接到所述機(jī)身的左舷側(cè)； 第二安裝構(gòu)架，其聯(lián)接到所述機(jī)身的右舷側(cè)； 多個(gè)第一提升旋翼，每個(gè)此旋翼在所述機(jī)身的左舷側(cè)上在所述前機(jī)翼和所述后機(jī)翼之間安裝到所述第一安裝構(gòu)架，并能夠獨(dú)立于其他旋翼產(chǎn)生的垂直推力水平而產(chǎn)生垂直推力； 多個(gè)第二提升旋翼，每個(gè)此旋翼在所述機(jī)身的右舷側(cè)上在所述前機(jī)翼和所述后機(jī)翼之間安裝到所述第二安裝構(gòu)架，并能夠獨(dú)立于其他旋翼產(chǎn)生的垂直推力水平而產(chǎn)生垂直推力；以及 聯(lián)接到所述后機(jī)翼的左舷側(cè)的第一推進(jìn)器和聯(lián)接到所述后機(jī)翼的右舷側(cè)的第二推進(jìn)器，所述這些推進(jìn)器能夠提供向前推力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)，其中，所述安裝構(gòu)架通過多個(gè)支柱聯(lián)接到所述機(jī)身。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)，還包括: 第一外罩，其聯(lián)接到所述機(jī)身并與所述多個(gè)第一旋翼共面，且大致圍繞所述多個(gè)第一旋翼的外側(cè)部分延伸；以及 第二外罩，其聯(lián)接到所述機(jī)身并與所述多個(gè)第二旋翼共面，且大致圍繞所述多個(gè)第二旋翼的外側(cè)部分延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)，其中，所述后機(jī)翼還包括聯(lián)接到所述后機(jī)翼的外側(cè)左舷邊緣的第一小翼和聯(lián)接到所述后機(jī)翼的外側(cè)右舷邊緣的第二小翼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)，其中，所述多個(gè)第一提升旋翼是4個(gè)，并且所述多個(gè)第二提升旋翼是4個(gè)。
6.一種飛機(jī)，包括: 機(jī)身； 前機(jī)翼，其聯(lián)接到所述機(jī)身并定位在重力中心的前部； 后機(jī)翼，其聯(lián)接到所述機(jī)身并定位在重力中心的后部，所述后機(jī)翼和前機(jī)翼不位于相同的水平平面內(nèi)； 第一安裝構(gòu)架，其聯(lián)接到所述機(jī)身的左舷側(cè)； 第二安裝構(gòu)架，其聯(lián)接到所述機(jī)身的右舷側(cè)； 多個(gè)第一提升旋翼，每個(gè)此旋翼在所述機(jī)身的左舷側(cè)上在所述前機(jī)翼和所述后機(jī)翼之間安裝到所述第一安裝構(gòu)架，并能夠獨(dú)立于其他旋翼產(chǎn)生的垂直推力水平而產(chǎn)生垂直推力； 多個(gè)第二提升旋翼，每個(gè)此旋翼在所述機(jī)身的右舷側(cè)上在所述前機(jī)翼和所述后機(jī)翼之間安裝到所述第二安裝構(gòu)架，并能夠獨(dú)立于其他旋翼產(chǎn)生的垂直推力水平而產(chǎn)生垂直推力；以及 推進(jìn)器，其聯(lián)接到所述機(jī)身并能夠提供向前推力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的飛機(jī)，其中，所述多個(gè)第一提升旋翼和第二提升旋翼中的提升旋翼通過電動(dòng)馬達(dá)驅(qū) 動(dòng)。
全文摘要
一種安全、安靜、容易控制、有效和緊湊的飛機(jī)構(gòu)型通過多個(gè)垂直提升旋翼、串聯(lián)機(jī)翼和前推推進(jìn)器的組合來實(shí)現(xiàn)。垂直提升旋翼與前后機(jī)翼相結(jié)合使得提升中心與重力中心平衡，從而用于垂直和水平飛行。這種機(jī)翼和多個(gè)旋翼的系統(tǒng)具有允許用于盤旋、過渡或巡航飛行的有效載荷的重量相對大地變化，同時(shí)還提供豎直推力冗余的能力。推進(jìn)系統(tǒng)使用具有足夠小尺寸的多個(gè)提升旋翼和前推推進(jìn)器，從而避免可能的葉片沖擊，并為乘客提供增加的感知安全性和實(shí)際安全性。使用多個(gè)獨(dú)立旋翼提供了冗余，并且消除了會(huì)使得飛行器在飛行中不能操作的單點(diǎn)失效模式。
文檔編號B64D41/00GK103079955SQ201180042776
公開日2013年5月1日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月19日
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