CN101878153B - 航空装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空装置，其包括结构体和旋转元件，该旋转元件具有至少一个桨叶，该桨叶被设计成相对于该结构体围绕旋转轴线旋转，其中，该装置具有允许驱动该旋转元件相对于该结构体旋转的设备，并且其中，这些设备包括气体发生器和导管，该导管能够将气体导向距离该旋转轴线一定距离的孔，以便借助由该孔喷射的气体来驱动该旋转元件旋转，其特征在于，该发生器的输出端和该导管形成旋转元件的一部分并且被设计成围绕该旋转轴线相对于该结构体旋转。

Description

航空装置

技术领域

本发明涉及一种航空装置，其包括结构体和旋转元件，所述旋转元件具有至少一个浆叶，该桨叶适于相对于该结构体围绕旋转轴线旋转。 

该航空装置适于通过旋转元件产生空气动力。根据本发明的装置自身或者连接负载的该装置可以作为飞行器操作。 

背景技术

在下文中，通过词“飞行器”来表示能够在地球大气中行进的设备。飞行器本身比空气重，但是其升力由航空动力、通过一个或多个桨叶产生的升力保证。 

根据本发明的装置自身或连接负载的该装置以与直升机的飞行方式相似的飞行方式飞行。与具有固定机翼的传统飞行器比较，直升机具有明显的优点。直升机可以实现静止飞行。这意味着直升机可以在飞行时可以保持在固定位置。这使得直升机能够到达具有固定机翼的飞行器不能进入的地方，该具有固定机翼的飞行器几乎总是使用跑道。 

然而，与飞机进行比较，直升机具有更复杂的设计。直升机在购买和使用上更昂贵。此外，传统直升机具有主旋翼，该主旋翼的轴线基本上是竖直的。该旋翼确保升力并且还确保控制直升机的幅度、俯仰和左右摆动。 

在主旋翼用在直升机上的情况下，主旋翼的旋转通过发动机来实现。该行为在直升机结构体上产生扭矩。为了抵消该扭矩，直升机需要第二旋翼，通称将其称为“尾部旋翼(或尾桨)”或“反扭矩旋翼”。该第二旋翼的轴线基本上是水平的。当主旋翼旋转时，该第二旋翼阻止直升机自身旋转并能够确保偏航控制。 

在现有技术中，公开了多个解决方案，以便避免伴随主旋翼和尾部旋翼的相对复杂的构造。第一个解决方案由俄罗斯制造商Kamov提出。带有该制造商名字的直升机使用两个在相反方向旋转的同心升力旋翼。 

被提供的第二个解决方案是使用两个串联式配置的升力旋翼。第一个旋翼被定位在另一个旋翼后面。两个旋翼在相反方向旋转。该系统已经由美国的Frank Piaseki开发。 

另一种可以在没有尾部旋翼的情况下运行的直升机以名称“K-Max”投入市场。其具有两个主旋翼。这两个旋翼被安装在直升机的驾驶舱上，并且形成角度，该角度允许通过使用第二旋翼来抵消由第一旋翼产生的力矩。 

根据现有技术，直升机已经证明可以通过不具有尾部旋翼的直升机飞行，该尾部旋翼安装在直升机的后部，以便抵消由所述直升机的主旋翼产生的力矩。 

然而，根据现有技术的解决方案的明显缺点在于，其构造相对复杂，因此成本高。 

发明内容

根据以上内容，本发明的目的是提供一种航空装置，该航空装置本身可以飞行，或者连接负载且以与传统直升机相同的方式飞行，但是，相对地，该装置具有相对较轻且简单的构造。 

本发明的目的是提供一种航空装置，其包括结构体和旋转元件，所述旋转元件具有至少一个桨叶，所述桨叶适于相对于所述结构体围绕旋转轴线旋转，其中，所述装置具有允许驱动所述旋转元件相对于所述结构体旋转的设备，并且其中，这些设备包括气体发生器和导管，所述导管能够将气体导向距离所述旋转轴线一定距离的孔，以便借助由所述孔喷射的气体来驱动所述旋转元件旋转，其特征在于，所述装置具有至少一个发动机臂，所述发动机臂在与旋转轴线基本垂直的方向上延伸，并且其中，所述导管被定位在所述发动机臂中，以便将气体导向所述发动机臂的距离旋转轴线一定距离的孔中，其中，负责分配由所述发生器产生的气体的所述发生器 的输出端和所述发动机臂属于旋转元件的一部分并且适于围绕所述旋转轴线相对于所述结构体旋转，以便将所述发生器排出的气体直接喷射到所述发送机臂中。 

在本文中，引用“发生器输出端”。通过该词，表示负责分配由发生器产生的气体的元件。 

根据该实施方式，在用于形成空气动力面积且由此创建升力的桨叶之间实现分隔，该升力用于根据本发明的装置，并且发动机臂本身用于距离旋转元件的旋转轴线一定距离喷射气体。 

该解决方案的第一个优点是由发生器喷射的气体的热量保持距离桨叶一定距离。这意味着制造商对于桨叶的制造保持完全的自由度，而无需使用能够耐高温的材料。此外，由于具有发动机臂，因此桨叶可以通过固定的方式连接旋转元件。为了控制升力，桨叶的入射角是可变的。这意味着桨叶被安装在旋转元件上，以便允许桨叶相对于结构体旋转。发动机臂不是入射角变化所必需的。 

应当注意，在本文中引用“发动机臂”。通过该短语，表示适于朝向允许气体喷射的孔引导由发生器产生的气体的管。这种发动机臂可以通过任何适于耐热的材料(如不锈钢)来制造。 

根据优选实施方式，发生器通过其与旋转元件的旋转轴线同心的中心轴线定位在所述装置中。 

该实施方式的结果是所述旋转元件通过由导管末端的孔排出的气体喷射来驱动。该气体喷射是旋转元件自身产生和引导的气流的产物。这意味着该气体喷射的产生在由附加旋翼抵消之前不产生合成力矩。此外，气体发生器的输出端相对于结构体旋转。这具有的优点是：根据本发明的装置不需要复杂的连接来引导发生器的气流，该发生器属于装置的静止元件的一部分且朝向旋转元件。 

为此，根据本发明的装置的构造可以相对简单，并且因此相对经济。 

由于系统相对简单，且因此相对经济，根据本发明的装置可以通过准确且自动的方式用于运输负载，该负载例如可以是人、救济品、食物、用于救火的水、军需品、搜寻系统等。 

因此，根据本发明的装置尤其适于农业工作，例如适于向地面喷洒肥料。 

此外，根据本发明的装置可以竖直地起飞和降落，这意味着该装置可以在难以通行的或敌方的地面上使用。根据本发明装置的构造的大的优点是该装置不具有通常构成直升机的任何重的、复杂的和贵的元件。这意味着诸如用于主旋翼和尾部旋翼的离合器、机身的反扭矩旋翼等元件不再是必需的。 

根据本发明，该装置可以使用齿轮减速箱( 

de réduction engranage)。 

应当注意，在现有技术中，存在一种名为“DJINN”的商业化直升机。其具有螺旋桨，该螺旋桨具有至少两个桨叶，所述桨叶在其端部具有能够使空气喷射通过的孔。然而，在这种“DJINN”直升机上的气流的产生实现在直升机的静止部分中。这意味着该直升机需要复杂的连接来使发生器的气流通向直升机的螺旋桨端部。 

根据优选实施方式，旋转元件具有至少一个发动机臂，该发动机臂在与旋转轴线基本垂直的方向上延伸，并且其中，导管被定位在发动机臂中以便将气体导向发动机臂中的距离旋转轴线一定距离的孔中。 

在优选实施方式中，发动机臂被成型以便分担由旋转元件产生的升力。具有空气动力学外形的发动机臂可以协助产生升力。 

在优选实施方式中，旋转元件通过万向节与结构体连接。由该方法导致的结果是避免了科氏力。 

可替代地，桨叶通过等速万向节与旋转元件连接。 

根据优选实施方式，结构体适于将航空装置固定在负载上。该负载可以表现为机舱的形式，该机舱与根据本发明的装置结合，这与传统直升机相似。 

可替代地，根据本发明的装置可以固定在任何类型的负载上。例如： 

-集装箱， 

-陆地或海上交通工具， 

-建筑材料， 

-大量的水，在根据本发明的装置用于针对火灾的情况下。 

应当理解，根据本发明的装置可以用于移动大量的其它负载。 

根据优选实施方式，该装置具有遥控器，以便远程控制由旋转元件产生的升力。应当注意，根据本发明的装置可独立地工作。在这种情况下，该装置例如通过由计算机协助的管理来控制。该方法意味着无需在必须运有人的情况下使用根据本发明的装置。 

附图说明

通过参照附图阅读本文，根据本发明装置的细节和优点将会更清楚地显现出来，其中：

图1示出了根据现有技术的传统直升机； 

图2示出了“K-Max”直升机； 

图3示出了根据本发明的航空装置； 

图4详细地示出了根据本发明第一实施方式的航空装置中的气体发生器的定位； 

图5示出了根据本发明航空装置的第二实施方式。 

图6示出了根据图5的装置的气体发生器和发动机臂之间的连接； 

图7示出了固定在负载上的根据图3的航空装置； 

图8示出了固定在汽车上的根据图3的航空装置； 

图9示出了具有多个根据本发明的航空装置的刚性结构体； 

图10示出了具有多个根据本发明的航空装置的结构体组件，该结构体组件连接氦气瓶； 

图11示出了根据本发明的航空装置的第三实施方式； 

图12示出了具有根据本发明第二实施方式的航空装置的直升机； 

图13示意性地示出了地面区域，根据本发明的航空装置安置在该地面区域上，该地面区域可以用于针对森林火灾的行为上。 

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的传统直升机。直升机1具有主旋翼2并且在直升机后部具有附加的尾部旋翼(或尾桨)3。主旋翼2在直升机上产生合成力矩(A)。直升机1需要第二旋翼3以便在方向(B)上产生力矩，从而抵消主旋翼的合成力矩(A)。 

主旋翼2和尾部旋翼3中的每一个都需要重的且复杂的元件，例如离合器、传动箱、机身等。这意味着根据现有技术的具有主旋翼2和尾部旋翼3的直升机的构造表现为相对昂贵的构造。 

图2示出了根据“K-Max”原理的直升机。直升机10具有第一旋翼11和第二旋翼12。旋翼11和12彼此成角度地安装。 

旋翼11产生合成力矩(A)，该合成力矩(A)由旋翼12产生的力矩(B)抵消。 

图3示出了根据本发明的航空组件30的第一实施方式。航空装置30包括结构体31，该结构体用于将装置30固定在诸如负载的支撑体上。该结构体31具有固定元件32，该固定元件允许装置30与负载连接。 

此外，结构体31本身具有元件33，该元件33能够容纳装置30的推进元件，诸如气体发生器(见图4)。结构体31适于形成根据本发明的装置30的静止元件。 

另外，根据图3的航空装置30包括旋转元件34。旋转元件34适于围绕旋转轴线相对于结构体31旋转。旋转元件34包括气体分配装置35。该气体分配装置35直接连接在位于元件33内部的气体发生器上。 

两个发动机臂36直接固定在气体分配装置35上，这两个发动机臂中的每一个在其端部都具有孔37，该孔37适于在与发动机臂36的纵向轴线基本垂直的方向上喷射气体。 

发动机臂36用于在旋转元件34的旋转轴线和允许喷射气体的孔37之间形成一距离。旋转元件34还包括桨叶38。每个桨叶38都安装在旋转元件34上，以便允许桨叶38的入射角的变化。桨叶38具有对称或非对称的外形并且根据与飞机机翼相同的原理可转动地相互作用。旋转元件34总是以恒定的角速度旋转，桨叶38的入射角的变化，即桨叶38的弦(corde)和相关风之间形成的角度的变化引起飞行器位置的变化。为了通过装置30以恒定速度上升，可以增大桨叶的入射角。相反地，为了下降，可以减小桨叶38的入射角。 

根据图3的装置30的构造证明装置30可以通过桨叶38产生升力，而反作用力矩不会施加在结构体31上。这是因为，根据图3的装置30可以直接固定在诸如负载的支撑体上，并且整体无需借助用于抵消该力矩的装置可以飞行。 

为此，图3所示的机构31可以被用作推进装置，其相对简单且因此相对经济。 

为了更好地控制装置30产生的力，并且为了在飞行期间控制装置30，气体反应器、气体分配装置35、发动机臂36和桨叶38的整体可以安装在万向节上。这意味着可以相对于结构体31调节旋转元件34的位置，同时避免科氏力(force de Coriolis，或科里奥利力)。可替代地，桨叶38的整体可以安装在等速万向节上。 

在图4中，更详细地示出了根据图3的装置30的几个元件。标号40示意性地表示气体发生器。气体发生器产生气流，该气流用于驱动旋转元件34相对于结构体31旋转。气体发生器由连接件41包围，以便将气体发生器固定在结构体31的元件33中。由气体发生器40产生的气体被强迫朝向气体分配装置35。如参照图3所描述的，该气体分配装置35属于旋转元件34的一部分。 

属于旋转元件34的气体分配装置35的构造允许气体朝向发动机臂36通向孔37，而无需任何复杂且昂贵的连接。 

根据图3和4的装置示出了反应器基本竖直定位，且与桨叶38的支柱同心。排出的气体直接喷射在发动机臂36中。 

应当注意，在优选实施方式中，发动机臂36还被形成为具有产生附加的空气动力表面，从而有助于借助于发动机臂36的升力的产生。 

对于如图4所示的构造，进气口41位于气体反应器40的下部。在优选实施方式中，另一个进气口位于旋转壳或旋转柱的壁的底部或沿着旋转壳或旋转柱的壁。装置具有允许使空气沿着发动机杆(motor mast)定向的滚筒(godets)或叶片。空气围绕热气被喷射，这允许将热气冷却且由此减小有声的撞击。在反应器和旋转柱之间如此定向的空气可以冷却大约300至400度的气体。这意味着气体在其中传输的任何部件很少收到气体热量的刺激。 

在图5中，示出了航空组件300的第二实施方式。航空装置300包括结构体31，该结构体允许将装置300固定在诸如负载的支撑体上。该结构体31如图3所示的第一实施方式一样具有固定元件32。 

航空组件300包括气体发生器33，该气体发生器被实现为杆的轴和气体发生器的轴是一致的。根据图5的航空组件300包括第一和第二桨叶38。此外，航空装置包括第一和第二发动机臂36。 

气体发生器33和发动机臂36之间的连接在图6中被更详细地示出。图6示出了具有第一元件350和第二元件351的气体分配装置35，第一元件350和第二元件351中的每一个都形成气体发生器33和发动机臂36之间的连接。为了更清楚，仅有一个臂36在图6中可见。 

图6示出了装置300的构造提供简单且牢固的连接，该连接允许将气体从气体发生器33传送至发动机臂36。 

在图7中，示出了根据图3和4的航空装置被固定在负载50上。应当理解，诸如图7、8、9和10示出的航空装置30可以由根据图5和6的装置300替代。由装置30和负载50形成的整体能够飞行。将负载50固定在装置30上的可能性是极大的。负载可以是任意类型，如集装箱、陆地或海上交通工具等。可以通过高度的大的变化使负载50移动几公里。 

理论上，可以将装置30安装在车辆上，如图3和4所示。这种使用的可能性在图8中示出。 

图8示出了具有根据图3的装置30的汽车60。装置30和汽车60之间的连接可以相对简单且不贵。 

应当理解，根据本发明的装置30的众多优点中的一个是其大的模块性。在图9中，示出了刚性结构体70，其与根据图3的第一和第二组件30接合。 

图9所示的构造具有使用一个刚性结构体和多个组件30的可能性，以便通过整体增加提升力。在这种刚性结构体70下面，负载50可以被提升。使用一个刚性结构体和多个根据本发明的航空装置30的另一个可能性在图10中示出。在图10中，示出了四个根据本发明的航空装置30安装在结构体80上。根据图10的结构体可以用于极大的(extrême)负载。为了抵消负载50的质量，氦气瓶81被安装在结构体80上。使用氦气瓶81意味着使整体飞行所需的燃料损耗可以减小。此外，可以提起的最大重量可以增大。 

根据本发明的航空装置320的第三实施方式在图11中示出。根据图11，航空装置320包括结构体31，该结构体允许将航空装置320固定在诸如负载的支撑体上。通过该结构体31旋转的旋转部分包括第一和第二桨叶38。此外，旋转部分包括第一发动机臂360和第二发动机臂361。 

根据图11，发动机臂360连接第一气体发生器330，第二发动机臂361连接第二气体发生器331。两个气体发生器330和331集成在航空装置320的旋转部分上。这意味着气体发生器330和331的气体部分可以直接连接发动机臂360和361的入口。因此，气体发生器330和发动机臂360之间的连接以及气体发生器331和发动机臂361之间的连接是直接的、简单的且牢固的。 

如果两个气体发生器330和331集成在航空装置320的旋转部分上，用于气体发生器的燃烧室也可以集成在航空装置320的旋转部分上。这意味着燃烧室伴随着两个气体发生器和连接气体发生器的发动机臂旋转。 

在根据本发明的航空装置的第四实施方式中，气体发生器直接定位在桨叶的内部或者与桨叶连在一起。用于实现直升机的这种装置在图12中示出。直升机90包括机舱91，该机舱具有根据本发明的航空装置30’。装置 30’包括第一和第二桨叶38’。气体发生器40’位于桨叶38’内部。桨叶38’在其端部具有孔37’。 

在图12所示的构造中，气体发生器40’属于桨叶38’的一部分。这意味着气体发生器随着桨叶围绕旋转轴线旋转。气流借助桨叶38’建立。通过该构造，根据本发明的航空装置30’不需要复杂的连接来将气体发生器40’产生的气体导向它们各自的目的地37’。 

在图12中，示出了直升机90包括两个桨叶38’。根据图12的系统是模块化的；也就是说如果需要更大的升力，可以增加桨叶38’的数量。系统可以装备有四至六个桨叶。 

根据本发明的装置30和30’与负载结合可以用于多种目的。这些目的中的一个是使用该装置而不需要人。这意味着根据本发明的装置30和30’可以通过遥控器来控制。可替代地，根据本发明的装置30和30’可以连接管理系统，以便被预编程且独立执行任务。在这种情况中，借助传感器，可以辨别需要介入装置30和30’的情况。传感器向自动控制装置的管理系统发送信号，以便确保装置30和30’所需的接入。 

装置30和30’的不同使用在图13中示出。在图13中，地面部分包括降落基地101，该地面部分示意性地示出。在该基地中，根据本发明的装置30和30’被准备和预备使用。 

如果火灾被标明在该基地附近，根据本发明的装置30和30’通过遥控器或被自动地引导至火灾地点102。根据本发明的装置30和30’，例如，具有能够攻击火灾起源的原始储备的水。根据本发明的装置30和30’的遥控器可以通过“自动模式”调节，而无需人的介入。这意味着一有警报就可以快速的介入，可立即使用直升机。在第一次空投水以后，根据本发明的装置30和30’可以沿着路线103被导向基地附近的仓库，到达一个新的有水的基地104并且重新装满水以便再一次空投。 

如果水基地104不再供应水，那么根据本发明的装置30和30’可以沿着路线105到达新的水基地106并且由此继续执行任务。 

根据本发明的装置30和30’可以通过遥控器或自动化引导实现所有这些轮作(rotation)，例如可以在火灾开始三十分钟内立即投入使用。在该时间间隔以后，消防飞机和消防员可以接替。 

应当注意，对于灭火，根据本发明的装置30和30’的使用在图13中仅示出了该装置的不同种使用的一种。 

Claims (8)

1.一种航空装置，其包括结构体和旋转元件，所述旋转元件具有至少一个桨叶，所述桨叶适于相对于所述结构体围绕旋转轴线旋转，其中，所述装置具有允许驱动所述旋转元件相对于所述结构体旋转的设备，并且其中，这些设备包括气体发生器和导管，所述导管能够将气体导向距离所述旋转轴线一定距离的孔，以便借助由所述孔喷射的气体来驱动所述旋转元件旋转，其特征在于，所述装置具有至少一个发动机臂，所述发动机臂在与旋转轴线基本垂直的方向上延伸，并且其中，所述导管被定位在所述发动机臂中，以便将气体导向所述发动机臂的距离旋转轴线一定距离的孔中，其中，负责分配由所述发生器产生的气体的所述发生器的输出端和所述发动机臂属于旋转元件的一部分并且适于围绕所述旋转轴线相对于所述结构体旋转，以便将所述发生器排出的气体直接喷射到所述发动机臂中。

2.根据权利要求1所述的航空装置，其中，所述发生器通过其与所述旋转元件的旋转轴线同心的中心轴线定位在所述装置中。

3.根据权利要求1所述的航空装置，其中，所述发动机臂被成形为有助于由所述旋转元件产生的升力。

4.根据权利要求1所述的航空装置，其中，所述旋转元件通过万向节与所述结构体连接。

5.根据权利要求1所述的航空装置，其中，所述桨叶通过等速万向节与所述旋转元件连接。

6.根据权利要求1所述的航空装置，其中，所述结构体适于将所述航空装置固定在负载上。

7.根据权利要求1所述的航空装置，其中，所述装置具有遥控器，以便远程控制由所述旋转元件所产生的升力。

8.一种具有根据权利要求1至7中任一项所述的航空装置的重航空器。

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