CN101102931A - 货运飞机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运载至少一个刚性集装箱飞机，包括一个横梁结构，以及附着横梁结构前部机身和附着横梁结构后端的尾部。机翼和发动机安装在横梁结构上，流线机身外壳产生的机舱能够接收标准尺寸的联合运输集装箱。轻质并且具有刚性结构的联合运输集装箱放置在机舱内并牢固地固定在其中。横梁结构被设计用于飞机空载时支撑其飞行、起飞和降落着陆，但飞机载重时需要牢固地固定到横梁结构的集装箱提供附加的强度。所述的飞机被设计为无人驾驶飞机。

Description

货运飞机
技术领域
【0001】本发明的领域是用于运输模块化集装箱的货运飞机。
背景技术
【0002】运输货物的基本单元是卡车。作为基本单元，卡车已经对联合运输的集装箱做了很多限制，以使集装箱能典型地被船、火车和卡车运输。高度商业化的今天，使用联合运输集装箱最方便的是大体积、低重量的产品，如计算机就是一个例子。因此，体积替代了重量作为设计联合运输集装箱的限制因素。因而，集装箱已经发展到了作为基本单元的卡车的最大的体积承载能力。同样地，联合运输的集装箱受限于高速公路系统各部分允许的尺寸所限制。
【0003】上述联合运输的集装箱已经非常便利并且降低了货物运输的费用。然而，空运货物通常被排除在参与联合运输的货物系统之外。有搬运大量货物能力的飞机已经典型地被首先设计为乘客飞机。在所述的乘客飞机中，其圆筒形的机身和缺乏大尺寸通路的舱门限制了此类飞机作为实际联合运输的货物系统的使用。更确切地，飞机必须使用非常规外形且尺寸较小的集装箱以组成基本单元。其结果是，为了有效率地分配空运货物，即使用集装箱装运货物，卡车也必须装载多个单独的集装箱。这种飞机被设计成速度高但成本昂贵。军事运输飞机与货物联合运输系统也不是特别地兼容，因为它们被设计为用于特大尺寸货物如滚装货物，坦克和卡车，托盘化船运货物，不规则形状货物。大多数专门设计用于军事的飞机也是以任务为导向的，而并不是首要考虑货物运输整体效率上的竞争。
【0004】飞机不能参于联合运输集装箱货物系统对国际商业是不利的。例如即时供给的商业规则和包括了快速的全球化互联网沟通的变化的商业环境产生的对更快速的国际海运的需求超出了传统船舶能够提供的能力。但是，空运货物系统仍然花费昂贵且不便于与海运联合运输。
发明内容
【0005】本发明涉及一种具有能够接受至少一个刚性货物集装箱的横梁结构的飞机，所述的横梁结构具有集成在所述至少一个刚性货物集装箱上的可拆卸的支架，所述的支架作为横梁结构的一部分给飞行中的飞机提供结构上的刚性。
【0006】在本发明第一个独立的方面中，飞机包括一个前部机身和附着到横梁结构的任一侧的尾部。还提供了机翼和发动机。
【0007】在本发明第二个独立的方面中，和横梁结构关联的支架位于横梁结构的最顶侧上，在其上可拆卸地支撑至少一个刚性集装箱。
【0008】在本发明第三个独立的方面中，支架在横梁结构的下侧上，从那里可拆卸地悬挂至少一个刚性货物集装箱。
【0009】在本发明第四个独立的方面中，至少一个刚性货物集装箱是联合运输集装箱的尺寸并且由复合轻质结构组成。
【0010】在本发明第五个独立的方面中，多个集装箱及其定位是规划好的。
【0011】在本发明第六个独立的方面中，尾翼被构造成可以从飞机的后方纵向地提供直接的通道至横梁。
【0012】在本发明第七个独立的方面中，一个前部机身枢转地相对于框架连接以容许完全的通路至框架前端。
【0013】在本发明第八个独立的方面中，飞机是无人驾驶飞机。作为无人驾驶飞机，有效低速度以及相应地没有机组人员的较长途飞行是成本有效合算的并有利的。
【0014】在本发明第九个独立的方面中，前部机身、尾翼、机翼和发动机每个都可以从框架联合体上拆卸为单独的单元。
【0015】在本发明第十个独立的方面中，任何前述的单独的方面可以考虑进行结合以获得更大优点。
【0016】因此，本发明的一个目的是提供一种改良的货运飞机。其它的和进一步的目的和优点将会在下述的过程清晰可见。
附图说明
【0017】图1是飞机的第一个实施例的透视图。
【0018】图2是为清楚显示图1中飞机而部分拆除后的部分透视图。
【0019】图3是横截过图1中飞机的机身的截面图。
【0020】图4是货舱的透视图和集装箱的组合图。
【0021】图5是图1中飞机的部分分解透视图。
【0022】图6是图5中飞机的机身的详细的透视图。
【0023】图7是集装箱就位时图1中飞机的流线型框架的侧视图。
【0024】图8是图1中的飞机正在装货或卸货时的透视图。
【0025】图9是图1中飞机升起前部机身时的透视图。
【0026】图10是货物集装箱的框架结构的透视图。
【0027】图11是货物集装箱的较长框架结构的透视图。
【0028】图12是货物集装箱的分解组装的透视图。
【0029】图13是图12所示嵌板的部分截面图。
【0030】图14是在货物集装箱上的装配后的嵌板的细节截面图。
【0031】图15是在横梁结构和集装箱之间的支架的截面图。
【0032】图16是转角附件和连接器的分解透视图。
【0033】图17是飞机第二实施例的透视图。
【0034】图18是图17中飞机为清楚显示而部分拆除后的部分透视图。
【0035】图19是横截过图17中飞机的机身的截面图。
【0036】图20是并排有集装箱的飞机的透视图。
【0037】图21是图20的飞机机身的截面图。
【0038】图22是图21的改进横梁结构的截面图。
【0039】图23是图20中飞机为清楚显示而部分拆除后的部分透视图。
【0040】图24是飞机第四实施例的透视图。
【0041】图25清楚显示了图24中飞机的被分解后的部分透视图。
【0042】图26是图24中飞机机身的截面图。
【0043】图27是另外一个实施例的机身截面图。
【0044】图28是进一步的实施例的飞机的透视图。
【0045】图29是图7的流线型框架带有第一种导轨系统附件的部分侧视图。
【0046】图30是图7的流线型框架带有第二种导轨系统附件的部分侧视图。
具体实施例
【0047】图1表示第一种飞机设计，其具有一个整合和支撑横梁结构30，横梁结构30有两端部。横梁结构30的细节更好地在图2和3中说明。横梁结构30包括底板32，其包括滚筒和/或减磨擦装置以便于货物集装箱沿着底板32表面纵向运动。限位边缘33沿着底板32的每个纵向侧边延伸。除了底板32，横梁结构30包括I形状的梁34，其附带的舱壁36、38周期性地沿着横梁结构30放置且附于底板32和I形状的梁34。横梁结构30为一种刚性结构，其更适宜充分地支撑空载时飞行的飞机，但是不能支撑满载时飞行的飞机。
【0048】前部机身40位于横梁结构30的一端。前部机身40被显示为一种没有驾驶员座舱的无人驾驶飞机的前部机身。自从航天飞机的SRTM测绘任务以来，将商业飞行扩展到无需人类干涉已经成为可能。无人驾驶货机能以低速度长距离飞行而不必考虑机组人员的时间和乘客的疲劳。飞机因此能被设计为高效飞行外形，而不必考虑容纳组员机组人员和乘客。
【0049】如图9中所示，前部机身40相对于横梁结构30进行枢轴地安装，以完全地暴露出从飞机的前端开始的横梁结构30上面的内部空间，用于装载货物集装箱。飞机的导向和控制设备可以位于前部机身40内；但是，假设没有驾驶员座舱，就可以在位于任何其他同等便利的地方。前部机身40可以从横梁的联合体拆卸下来作为一个单元。
【0050】尾部42被附着到横梁结构30的另一端。尾部42包括横向延伸的水平尾翼44和位于水平尾翼44外端的一对垂直尾翼46。如图8所示，形成部分尾部42的后机身48可以被垂直地分离且枢轴地安装到主机身的任一侧。这样，横梁结构30尾端形成通路，其穿过由包括水平尾翼44的尾部42所限定的滑轨。尾部42可以作为一个单元从横梁联合体拆卸下来。
【0051】机翼50也在结构上和横梁结构30关联。机翼50和横梁结构30一样可以包含燃料箱。起落架52设置在机翼50之下；而且一个前部起落装置54设置在横梁结构30之下。机翼50可以作为一个单元从与横梁的联合体中拆卸下来。
【0052】图1的实施例中显示的发动机56直接安装到横梁结构30上。预期的是每侧一个、对称性地安装发动机。可选地，如图28所示，发动机56安装在机翼50的顶上。这种设置可以理解为增加了飞机的效率。发动机56可以作为一个单元从横梁的联合体中拆卸下来。
【0053】图5和6表示用于支撑气动力学嵌板的框架。框架包括垂直元件58和水平元件60以及在飞机横向平面的转角元件62。这种框架63在图7、29和30中被更详细地表示出来。这些元件58、60典型地是如传统的飞机结构中具有减重孔的I形横截面梁。转角元件64在垂直元件58和水平元件60的交叉处纵向地延伸。这些转角元件64可以提供结构的刚性以增加横梁结构30的强度，并且无疑提供了充足的刚性以将流线型部件保持在框架62上的适当位置。在图5中，示出了顶部流线型的嵌板66和侧面流线型的嵌板68。当然，第二侧的流线型嵌板68也被配置在飞机的另一侧。
【0054】如此限定的飞机提供一个货舱，其尺寸被设计为紧密接受形成直角平行六面体的刚性集装箱70，此平行六面体的尺寸等于联合运输集装箱的尺寸。这种联合运输的集装箱典型地是给定高度和宽度而在长度上逐渐增加变化。在前部机身40和尾部42之间限定一个货舱的流线型外壳结构的替代方案是通过具有气动力学的表面来限定联合运输集装箱的装载空间。前部机身40和尾部42会转变为具有气动力学表面的前部机身40和尾部42。无论它们具有或不具有气动力学的表面，集装箱70都将被设计为与卡车运输相兼容。
【0055】在各个实施例中，刚性的货物集装箱70为横梁结构30提供强度。横梁结构30设计成尽可能轻。同样地，横梁结构30能够支撑起飞负荷、飞行负荷和飞机空载时的着陆负荷。另外，横梁结构30必须足以支撑即使是满载时的着陆压缩负荷。然而，当刚性集装箱或多个这种集装箱在飞机中就位时，横梁结构30不需要在飞行、着陆和起飞中完全支撑弯曲和扭转负荷。所需的附加的刚性由刚性集装箱70提供。为此，集装箱70用足够结构和刚性进行构并固定安装到横梁结构30上，以致将由横梁结构30经受的弯力和扭力施加到牢固安装的集装箱或集装箱组70上。
【0056】在横梁结构30上提供支架72。这些支架可以被闩住或者以其它方式保持在底板32上。进一步地，当支架容纳不同长度和位置的集装箱时，提供逐渐增加的调整以使支架72可以附着到集装箱或集装箱组70上。这种逐渐增加的调整可以通过在底板32中的附着洞的样式提供，以允许集装箱或集装箱组70一旦就位后侧向或纵向地重新定位支架72。图15中表示的支架72中，一个肩部螺栓72在横梁结构30和集装箱70之间延伸。这种螺栓72提供基本的剪切阻力和拉力载荷。支架72可以沿着底板32的整个长度或者在递增位置上进行定位或设置，以反映标准集装箱的大小。支架可以从底板32的侧面朝向内。可以提供穿过流线型外壳的通道口，以允许通向支架72。可选地，可以使用自动或远程致动的机构。
【0057】图16中表示的附件74为成形的盒体76，槽孔78经过该盒体76延伸。通过使用成形的盒体76，槽孔78终止并提供一个内表面。附件74位于刚性集装箱或集装箱组70的结构之内。同样地，附件74与带有槽孔78穿过其壁的成形盒体76协同工作。成形的盒体76可以在外部的一侧或底部包括厚壁以接受支架72。
【0058】连接器84被用于彼此固定附件74。每个连接器84包括两个连接头86，其从连接器主体88向相对的方向延伸。连接头86在主体88和每个连接头86之间被切去下部，以便在连接头86的内侧形成相对的接合表面。连接头86在一个方向上也适配在槽孔76内。连接头86具有一个凸面，易于与关联槽孔76的定位。
【0059】连接器84可以如此形成，使得连接头86位于主体88内的可旋转轴上。通过成形的盒体76的侧壁厚度和轴环90大体具有足够的直径，使得轴环90不能安装在槽孔78里面，从而将轴环90和每个连接头86分开。轴环90也提供了定位方法，当连接头86旋转一个锁定方向进入槽孔78后，连接头86就被定位在槽孔78中。主体88具有足够的大小并且包括平坦的侧面92，这样它被底板32禁止转动。一旦连接头86已经正确定位，一组螺栓94可以被放置以确保连接头86将不会相对于附件74转动。相同的机构用于毗连的集装箱70上的附件74之间。
【0060】支架72可以配合于附件74且使用如图16中所示的相同机构。底板32的同一槽孔78或限位边缘33能与槽孔78共同作用于集装箱70和连接器84，以限定集装箱70且将其结构与横梁结构30集成为一体。
【0061】每个刚性集装箱70被构造为如图10到16所示。集装箱的第一个内部结构如图10所示。这种结构包括四个立柱96和八个横梁98，其通过图10所示的转角附件74固定在一起以形成一个直角平行六面体。然后，嵌板100被装配到纵梁102上形成集装箱70的顶部、底部和侧面。一个代表性的嵌板100在图13中示出。嵌板100由轻质材料形成。在这个实施例中，嵌板100由蜂窝结构108隔开的两张薄板104、106限定。内部的纵梁110也被放置在薄板104、106之间并且附着在其上。围绕每张嵌板100的周边，薄板104、106会合到一起形成附着边缘112。每个这些嵌板100都可以是铝薄板104、106和成形蜂窝结构108的复合材料或混合物。
【0062】图13表示完整集装箱70的侧面、顶部和底部以及相关联的由四个立柱96和八个横梁98限定的结构。两块嵌板100关联在一起，而纵梁102置于其间。附着边缘112固定到转角立柱96和横梁98上，为此目的转角立柱96和横梁98包括平行边缘114。
【0063】在计划放置较长集装箱的地方，可以附加使用中间立柱96和横梁98。这样，通过立柱96位于集装箱组的整个长度上(为图10中所示的集装箱的若干倍)的适当位置，所有嵌板100可以是相同的大小。可改变长度的多个集装箱可以用于为一架给定长度的飞机装载全部的负载量。图4表示了这种设置，六十英尺长的货物区域和集装箱组70被打散成多个十英尺长度。
【0064】图8表示使用了第一实施例的货物集装箱70的配置情况。其中显示一辆卡车116与飞机的载货区域对齐。在这种情况下，后机身48被以气动力学形状延伸的舱门限定，并且可以打开到完全暴露出流线型外壳结构的内部，用于刚性货物集装箱70的装入或卸出。这个集装箱70可以是，如图4所示，一个单一的集装箱或预先装配好的集装箱组70。绞盘和其他的机构可以用于协助重新定位飞机中或卡车116上的集装箱或集装箱组70。可选地，前部机身40可以转动出如图9所示的通路，并且集装箱70可以通过飞机的前面从卡车116装载或卸货到卡车116上。另外，起落架52和/或前部起落架54可以伸出或收回，或者其支架能够上下移动以适应卡车116的底盘的高度。
【0065】在此描述的关于第一个实施例的一般原则也适用于被提及的几个其他的实施例。第二实施例如图17到19所示。在此实施例中，横梁结构30被安排在飞机的顶端，而刚性货物集装箱或集装箱组70通过横梁结构30下面的附件悬挂在其下方。在第二实施例中，横梁结构被有效地转化并由与第一实施例非常相似的结构形成。机翼50相应地与飞机的顶部关联，以作为横梁结构起支撑作用。进一步地，发动机56也如此加以定位。
【0066】横梁结构30的重新定位使得集装箱通过尾部42的载入和卸出变得更困难。然而，通过前部机身40转动出通路，前部机身40持续提供装载能力。可选地，货舱门118，如图19所示，可以给集装箱或集装箱组70的装载从下面提供通路。为了要适应这种在横梁结构30头上的布置，起落架52必须以比第一个实施例所需的更大的距离支撑。起落架52、54本身或结构119可以在附加的流线型外壳120里延伸到机身的任何一侧。
【0067】图20到23表示了另一配置，其具有加倍宽度结构的横梁结构30，以容纳并排的刚性货物集装箱70。如果没有空间的变化和对横梁结构30内附加结构刚性的需求，前面的讨论可以适用于本实施例。图21和22表示了I形横梁34的两种不同结构，用于支撑不同的预期重量需求。这些附图也表示出了设置在并排集装箱之间的中央立柱，其可以是一个舱壁或一系列独立的立柱。可选地，并排集装箱70可以如上面讨论过的方式连接在一起，并且位于或邻接所述接头的集装箱70也附着到与中央转角元件34关联的支架上，而目前没有中央立柱。
【0068】图24到26也表示了另外一个实施例，其设计用于容纳刚性货物集装箱70的不同设置。在这个实施例中，两个集装箱高的集装箱组并排放置以达到第一个实施例中容纳货物截面区域的四倍。关于图26中集装箱70之间所示的中央立柱、图21和22所用的同样方法应用于此实施例。
【0069】图27提供第一和第二实施例之间的一个混合实施例。两组并排的集装箱70被放置在横梁结构30的上面和下面。关于图27中集装箱70之间所示的中央立柱、图21和22所用的同样方法应用于此实施例。
【0070】图29和30也表示出了能增大系统结构的另外特征。一个导轨122在二个位置和框架62连接，如两附图所示。一个对应的沟道124显示位于集装箱70中。沟道124可以是联锁配合，如图所示其只在集装箱70的转角或完全穿过集装箱，沿其提供附加的支撑。所示的导轨机构与流线型外壳关联但也可以和横梁结构30关联。
【0071】因此，已经公开了改良的货运飞机。虽然显示并描述了本发明的实施例和应用，但显而易见的是，本领域的技术人员可以做出更多可能的改进而不偏离本发明的原理。因此，除了在附加的权利要求的精神之外，本发明是不受限制的。

Claims (21)

1、一种用于运载至少一个刚性集装箱(70)的飞机，包括：
一个前部机身(40)；
一个尾部(42)；
机翼(50)；
横梁结构(30)，其包括一个附着所述前部机身(40)的第一端，一个附着所述尾部(42)的第二端，以及结构上接合与所述第一端和所述第二端之间的所述横梁结构(30)并列的所述至少一个刚性集装箱(70)的支架(72)，所述机翼(50)安装在所述横梁结构(30)上；
相对于所述横梁结构(30)固定的发动机(56)；
其特征在于所述支架(72)可拆卸地集成在作为一部分所述横梁结构(30)的所述至少一个刚性集装箱(70)上，以在飞行中给所述横梁结构(30)提供结构上的刚性。
2、根据权利要求1所述的飞机，所述横梁结构(30)下面的所述支架(72)可拆卸地悬挂在所述至少一个刚性集装箱(70)上。
3、根据权利要求1所述的飞机，在所述横梁结构(30)的顶面上的所述支架(72)可拆卸地支撑其上的至少一个刚性集装箱(70)。
4、根据权利要求1所述的飞机，所述发动机(56)被安装到所述机翼(50)的上面。
5、根据权利要求1所述的飞机，进一步地包括附着到所述支架(72)的至少一个刚性集装箱(70)。
6、根据权利要求5所述的飞机，所述刚性集装箱(70)进一步包括四个立柱(96)和八个横梁(98)，其形成一个整体结构平行六面体的边棱和转角，所述六面体具有至少两块侧面嵌板(100)、一顶面嵌板(100)和一底面嵌板(100)。
7、根据权利要求6所述的飞机，所述侧面嵌板(100)为带有薄板表面(104，106)的复合材料，所述薄板表面具有其间的蜂窝结构(108)和横跨其间的周期性纵梁。
8、根据权利要求5所述的飞机，所述至少一个刚性集装箱(70)为多个集装箱(70)，该集装箱(70)包括用以结构上彼此接合的附件(74)，所述附件(74)刚性地固定到转角处。
9、根据权利要求8所述的飞机，所述集装箱(70)的大小为一个或多个递增长度的联合运输的集装箱的大小。
10、根据权利要求8所述的飞机，进一步包括：
连接器(84)，在所述集装箱(70)的端部上的附件(74)使用所述连接器(84)来将彼此整体接合。
11、根据权利要求10所述的飞机，彼此间整体可接合的所述附件(74)和支架(72)包括底切沟槽(78)和锁销(72，86)，所述锁销(72，86)具有与毗连附件(74)和支架(72)的底切沟槽(78)可接合的相对接合表面。
12、根据权利要求8所述的飞机，所述集装箱(70)每个都在所述横梁结构(30)上纵向地延伸，并排安置且与所述支架(72)接合。
13、根据权利要求8所述的飞机，所述集装箱(70)首尾相连地安置，沿横梁结构(30)纵向地延伸，并包括附件(74)以便结构上彼此接合，所述集装箱通过所述支架(72)附着到所述横梁结构(30)上。
14、根据权利要求1所述的飞机，进一步包括：
流线型外壳(66，68)，其可附着到横梁结构(30)上并包括一个内部空腔，该空腔紧密地容纳所述至少一个刚性集装箱(70)。
15、根据权利要求1所述的飞机，所述至少一个刚性集装箱(70)是至少四个集装箱(70)，所述至少四个刚性集装箱(70)中的两个都在所述横梁结构(30)顶部纵向地延伸并且并排安置，并且所述至少四个刚性集装箱(70)中的两个都纵向地延伸且悬挂在所述横梁结构(30)且并排安置，所述至少四个集装箱(70)通过所述支架(72)进行接合。
16、根据权利要求1所述的飞机，所述至少一个刚性集装箱(70)是至少四个集装箱(70)，所述至少四个刚性集装箱(70)中的第一两个集装箱每个都在所述横梁结构(30)顶部纵向地延伸并且与所述横梁结构(30)接合且并排安置，所述至少四个刚性集装箱(70)中的第二两个集装箱每个都在所述第一两个集装箱顶部纵向地延伸，所述的四个刚性集装箱(70)包括附件(74)，所述至少四个刚性集装箱(70)中的所述第二两个集装箱并排安置且通过所述附件(70)附着到所述至少四个刚性集装箱(70)中的所述第一两个集装箱上。
17、根据权利要求1所述的飞机，所述尾部(42)包括；一条大体上与所述横梁结构(30)的上表面等高延伸的斜道(44)，从所述斜道(44)向外延伸的水平尾翼(44)，以及从所述斜道(44)横向偏置的一对垂直尾翼(46)。
18、根据权利要求17所述的飞机，所述尾部(42)进一步包括位于所述斜道(44)上方以气动力学形式向后延伸的舱门(48)，其安装成选择性地给所述斜道(44)提供完全的通路。
19、根据权利要求1所述的飞机，所述前部机身(40)是无人驾驶飞机的前部机身类型。
20、根据权利要求1所述的飞机，所述前部机身(40)相对所述横梁结构(30)可枢转地安装，以便选择性地给所述横梁结构(30)提供完全的通路。
21、根据权利要求1所述的飞机，所述前部机身(40)、所述尾部(42)、所述机翼(50)和所述发动机(56)每个都可以作为一个单元从所述横梁结构(30)的联合体上拆卸下来。
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