CN110035954A - 用于私人飞机的通风旋翼安装臂架 - Google Patents

Abstract

所述实施例提供了一种用于私人飞机的旋翼安装臂架组件。旋翼安装臂架组件包括可释放地附接到私人飞机的机翼的旋翼安装臂架、一个或多个垂直提升旋翼，以及一个或多个旋翼控制器组件。用于每个旋翼的控制器组件定位在旋翼安装臂架上，使得来自旋翼的下洗引起增加的穿过控制器组件的气流以冷却控制器组件的构件。旋翼控制器外壳包括空气入口和空气出口，以允许气流通过外壳以冷却控制器构件。空气入口相对于旋翼叶片的路径定位，使得来自流入空气入口的旋翼的下洗最大化。外壳的结构包括用于增加通过外壳的气流的特征。

Description

用于私人飞机的通风旋翼安装臂架

技术领域

本公开大体上涉及用于私人飞机的旋翼安装臂架，其构造成提供安全操作，同时实现稳健控制和高效维护。具体而言，所描述的实施例包括用于具有垂直起飞和降落能力的飞机的旋翼安装臂架。旋翼安装臂架包括旋翼和通过旋翼下洗通风的控制器组件。

背景技术

替代使用跑道在地面上产生足够的速度以使机翼提供足够的升力，垂直起飞和降落需要飞机提供垂直推力和前向推力两者。在垂直方向上产生的推力为交通工具提供升力；水平产生的推力提供向前移动。垂直起飞和降落(VTOL)飞机可产生垂直推力和水平推力两者，并且能够以平衡的方式控制这些力。

旋翼飞机或直升机是一种常见类型的VTOL飞机。直升机有大型旋翼，其可提供垂直和水平推力。为了使旋翼在一定范围的空速下执行这种双重功能，旋翼通常非常复杂。根据交通工具飞行条件，旋翼叶片必须围绕360度的方位旋转处于不同定向角，以提供所需的推力。因此，旋翼具有叶片定向角的共同和周期变化两者。共同同样地改变每个叶片的角度，与360度旋转方位角无关。作为360度旋转方位角的函数，循环改变叶片迎角。循环控制允许旋翼在各个方向上倾斜，并因此向前、向后、向左或向右引导旋翼的推力。该方向提供控制力以使直升机在水平面内移动并响应诸如阵风之类的干扰。

直升机旋翼很大并且不能避免撞击附近的障碍物。此外，它们利用机械复杂系统来控制共同和循环叶片角度。这种旋翼机械上复杂并需要维护。旋翼通常以低速旋转；这导致旋翼和马达之间的重型传动。传动机构或变速箱降低了交通工具有效载荷潜力以及交通工具安全性。由于整个交通工具系统之上的机械复杂性，故许多零件都是单点故障。由于缺乏冗余，故需要频繁检查和维护以保证交通工具安全。

其它类型的VTOL飞机具有多个旋翼以减少单点故障。然而，许多重要构件(如马达控制器)不会重复，并因此仍然是单点故障。由于设计复杂性、重量问题和维护问题，这些构件不会重复。例如，马达控制器通常需要被冷却，并且在飞机上包括多个常规冷却系统会增加设计复杂性和飞机重量。另外，包括多个常规冷却系统增加了飞机停飞而进行维护的机会。

发明内容

所述的实施例提供了一种用于私人飞机的旋翼安装臂架，其具有安全且有效且易于维护的构造。在一个实施例中，多个旋翼安装臂架联接到私人飞机的机翼并且可拆卸和可更换以便维护。每个旋翼安装臂架包括前旋翼组件和后旋翼组件，这使得飞机能够以到向前飞行的过渡和从向前飞行的过渡实现垂直起飞和降落。在一个实施例中，每个旋翼安装臂架包括一个或多个旋翼控制器组件，用于通过向旋翼发送控制信号来控制旋翼操作。旋翼安装臂架包括用于附接到私人飞机机翼的附接接口。在一个实施例中，附接接口允许使用可释放的紧固件(如螺钉或螺栓)将旋翼安装臂架附接到机翼，使得可容易地从机翼移除旋翼安装臂架以进行有效的修理或更换。

在一个实施例中，飞机构造包括在多个旋翼安装臂架上的多个旋翼，多个旋翼安装臂架定向成在起飞、过渡到向前飞行和从向前飞行过渡和降落期间提供用于升力和控制的垂直推力。旋翼以固定的非平面定向附接到旋翼安装臂架上。旋翼的定向提供飞机的横向(并且在一些实施例中，前和后)控制，而在不需要改变姿态，并且在飞机巡航时最小化对流动的干扰。在各种实施例中，旋翼具有向前、向后、向左和向右的定向，并且沿着机翼的前缘和后缘定位，其中两个或更多个旋翼位于机身的每一侧。由于垂直提升旋翼的较多数量和独立性，垂直推力是冗余的，即使任何单个旋翼发生故障，仍然可获得推力和控制。由于有多个垂直旋翼提供较大的控制力，因此旋翼较小，即使在强风条件下也有较快操作响应速率。在一个实施例中，单独的电马达和控制器为每个垂直提升旋翼提供动力，以提供升力系统冗余以防止一个或多个提升旋翼的故障。

用于每个旋翼的控制器组件定位在旋翼安装臂架上，使得来自旋翼的下洗引起增加的穿过控制器组件的气流，这允许更有效的控制器组件构件的冷却和更有效的控制器操作。在一个实施例中，控制器组件包括容纳和保护控制器构件的外壳。外壳包括空气入口和空气出口，以允许气流通过外壳来冷却控制器构件。在一个实施例中，诸如折叠翅片式热交换器的热交换器包括在控制器构件中，以利用流过外壳的空气促进其它构件的冷却。空气入口相对于旋翼叶片的路径定位，使得来自旋翼的流入空气入口的下洗最大化。在一个实施例中，外壳的结构包括用于增加通过外壳的气流的特征。例如，外壳可包括入口罩和鼻锥，以引导气流通过外壳。另外，外壳可包括空气入口后部的凸起部分，其升高空气入口周围的空气压力以增加进入空气入口的气流。

附图说明

图1为根据一个实施例的私人飞机的俯视图。

图2示出了根据一个实施例的私人飞机的透视图。

图3示出了根据一个实施例的私人飞机的前视图。

图4示出了根据一个实施例的私人飞机的左(左舷)侧的视图。

图5A示出了根据一个实施例的旋翼安装臂架的左侧视图。

图5B示出了根据一个实施例的旋翼安装臂架的俯视图。

图5C示出了根据一个实施例的旋翼安装臂架的前视图。

图5D示出了根据一个实施例的旋翼安装臂架的透视图。

图5E示出了根据一个实施例的用于旋翼控制器组件的示例性外壳的透视图。

图5F示出了根据一个实施例的用于旋翼控制器组件的示例性外壳的截面透视图。

图5G示出了根据一个实施例的用于旋翼控制器组件的示例性外壳的截面视图。

图5H示出了图5G的示例性外壳的截面视图，其中虚线箭头指示通过外壳的气流。

图6示出了根据第二实施例的侧视旋翼安装臂架。

图7示出了根据第三实施例的侧视旋翼安装臂架。

图8示出了根据第四实施例的侧视旋翼安装臂架。

图9示出了根据第五实施例的侧视旋翼安装臂架。

图10A示出了根据一个实施例的侧视旋翼安装臂架。

图10B示出了根据一个实施例的侧视旋翼安装臂架。

图11是根据一个实施例的飞行计算机1100的框图。

具体实施方式

图1示出了根据一个实施例的私人飞机100。飞机100包括：具有固定定向的前垂直提升旋翼组件101a-f(大体上为101)；后垂直提升旋翼组件102a-f(大体上为102)；向前飞行螺旋桨103；机翼104；水平稳定翼105；垂直稳定翼106；旋翼安装臂架114；驾驶舱区域112和机身107。机身107还包括起落架、飞行计算机和电源(未示出)，其中每个将在下面进一步描述。图2示出了私人飞机100的透视图，包括腹翅202、向下成角的翼尖204和臂架附接接口206。图3示出了私人飞机100的前视图。图4示出了根据一个实施例的飞机100的左(左舷)侧的视图。

在各种实施例中，飞机100的尺寸适于容纳单个飞行员和个人货物。例如，在各种实施例中，飞机从机头到其最后表面的长度在15到20英尺之间，并且其翼展在15到20英尺之间。在备选实施例中，如本领域技术人员将理解的，飞机可更长或更短，更宽或更窄，而不脱离这里描述的原理。

飞机100在各种实施例中主要由复合材料构成。机身107和机翼104由碳纤维复合材料制成。在备选实施例中，机翼可具有金属配件和肋，其附接到碳纤维复合材料机翼蒙皮的内侧和外侧。在一些实施例中，机翼蒙皮可包括由碳纤维与其它复合材料(如凯夫拉(Kevlar))组合制成的复合材料。在其它备选实施例中，机身可包括由钢或铝制成的金属桁架，以及覆盖桁架的复合蒙皮。该实施例中的复合机身蒙皮可由碳纤维、凯夫拉或本领域技术人员理解的其它复合材料制成。在一个实施例中，驾驶舱窗口是聚碳酸酯，但是也可使用其它轻质透明塑料。

旋翼组件101,102包括旋翼，其在一个实施例中具有16英寸的半径，并且其由碳纤维复合材料制成，并且在备选实施例中，由附接到铝毂的碳纤维复合叶片制成。在其它实施例中，旋翼由附接到铝毂的木质叶片或附接到碳纤维复合毂的木质叶片制成。旋翼可为螺栓连接在马达组件上的单件。旋翼组件101在下面进一步描述。

飞机100包括机翼104。机翼104在其端部具有向下成角的翼尖204。向下成角的翼尖提供横向稳定性并减少由于机翼上的升力引起的阻力。如本领域技术人员将理解的，建立特定的翼尖形状以获得足够的稳定性。

垂直提升旋翼组件101,102安装在飞机100的每一侧。在一个实施例中，旋翼安装臂架114(图2)经由臂架附接接口206固定到机翼104。在该实施例中，前垂直提升旋翼组件101和后垂直提升旋翼组件102附接到每个旋翼安装臂架114。在一个实施例中，臂架附接接口206(图2)允许旋翼安装臂架114使用可释放的紧固件(例如螺钉或螺栓)附接到机翼104，使得旋翼安装臂架可容易地从机翼移除，以有效修理或替换。

图5A示出了根据一个实施例的包括垂直提升旋翼组件101,102和旋翼控制器组件506的旋翼安装臂架114的左侧视图。图5B示出了根据一个实施例的包括空气入口514的旋翼安装臂架114的顶部的视图。图5C示出了旋翼安装臂架114的前视图。图5D示出了旋翼安装臂架114的透视图。图5E示出了包括空气入口514的示例性外壳510的透视图。图5F示出了示例性外壳510的截面透视图。图5G示出了示例性外壳510的截面视图。图5H示出了图5G的示例性外壳510的截面视图，其中箭头指示进出外壳的气流。

返回图5B，每个垂直提升旋翼组件101,102包括旋翼和马达。旋翼可包括附接到毂566的叶片560，或者可与一体的毂制造为单件。当旋翼旋转时，叶片560通过移动空气来提供升力。叶片旋转通过旋翼路径550,552。毂566提供叶片566连接到其的中心结构，并且在一些实施例中，制成包围马达的形状。马达包括旋转部分和静止部分。在一个实施例中，旋转部分与静止部分同心，称为径向磁通马达。在该实施例中，静止部分可形成马达的外环，称为内转马达，或静止部分可形成马达的内环，称为外转马达。在其它实施例中，旋转部分和静止部分是平的并且彼此相对地布置，称为轴向磁通马达。在一些实施例中，马达部分是低剖面的，使得整个马达装配在旋翼的毂内，当向前飞时对空气流具有较低的阻力。旋翼附接到马达的旋转部分。马达的静止部分附接到旋翼安装臂架114。在一些实施例中，马达是永磁马达并且由电子马达控制器控制。电子马达控制器以精确的顺序向马达发送电流，以允许旋翼以期望的速度或以期望的扭矩转动。在一个实施例中，前旋翼和后旋翼沿相反方向旋转，以在飞机飞行时平衡每个旋翼的扭矩的影响。

旋翼控制器组件506包括用于控制旋翼组件101,102的马达操作的装置，并且可包括计算机或其它控制系统。如图5A所示，在一个实施例中，每个旋翼安装臂架114具有两个旋翼控制器组件506，用于控制垂直提升旋翼组件101,102。在另一个实施例中，每个旋翼安装臂架114具有一个旋翼控制器组件506，用于控制旋翼安装臂架上的两个旋翼。来自旋翼控制器组件506的控制信号经由有线或无线连接发送到垂直提升旋翼组件101,102。在图5A的示例性构造中，旋翼控制器组件506在旋翼安装臂架114上的位置具有使控制信号必须在旋翼控制器组件506和垂直提升旋翼组件101,102之间行进的距离最小化的优点，这提供更好的信号稳定性和效率。

在一个实施例中，旋翼控制器组件506包括外壳510，外壳510包围旋翼控制器组件的构件。在各种实施例中，旋翼控制器组件506包括热交换器570，如折叠翅片热交换器，以从旋翼控制器组件的其它构件散热。外壳510可包括一个或多个通风开口，以允许空气更有效地在外壳内循环，从而允许热交换器570的提高的性能。外壳510还可包括气流通道，以引导外壳内的空气。在一个实施例中，一个或多个空气入口514和一个或多个空气出口516设置在外壳510上，以促进气流通过外壳。

在一个实施例中，旋翼控制器组件506定位在旋翼安装臂架114上，使得来自旋翼的下洗导致增加的进入空气入口514的气流。例如，如图5B所示，旋翼控制器组件506可定位在旋翼路径550,552下方。外壳510可具有多个开口，例如如图5E-H所示，以允许空气流过外壳并增加热交换器性能。例如，在图5E-F的外壳510中，空气可经由空气入口514流入外壳并经由空气出口516流出外壳。在其它实施例中，如下面参照图6更详细地讨论的，空气入口514沿臂架位于与旋翼控制器组件506不同的位置。

旋翼路径与每个空气入口514之间的垂直间隔距离设计成使来自旋翼的进入空气入口514的下洗最大化。在一个实施例中，分离距离大致等于旋翼的弦长。在一个实施例中，分离距离约等于旋翼弦长的一半。空气入口514沿着旋翼路径550,552的半径的位置也设计成使来自旋翼的进入空气入口514的下洗最大化。作为旋翼路径半径的函数的旋翼下洗强度与作为半径的函数的升力大致成比例。最大升力是在距旋翼中心距离为半径的三分之二处实现的，因此在该位置也存在最大的下洗。因此，在一个实施例中，空气入口514位于旋翼路径半径的外部50％的下方，使得产生最多下洗的旋翼部分直接位于空气入口上方。

外壳510的结构可进一步增加通过外壳的气流并因此增加热交换器的效率。转到图5E，外壳510可形成为使得空气入口514的后部554升高到前部544上方，这增加了空气入口514周围区域中的空气压力，从而增加了通过外壳510的气流。在一个实施例中，外壳510内的通道进一步引导气流并改善热交换器570的效率。在各种实施例中，通风开口可布置成使得即使一个或多个旋翼停用，空气也在飞行期间流过外壳510。

图5G示出了示例性外壳510的截面视图。外壳510包括空气入口514、空气出口516、入口罩520、控制器构件524和热交换器550。入口罩520将气流(例如，下洗)引导到空气入口514中。鼻锥522将进入空气入口514的气流引导到热交换器550所在的外壳内的区域。控制器构件524联接到热交换器550，使得热从控制器构件传递到热交换器以冷却控制器构件。通过外壳510的气流从热交换器550移除热以改善冷却效率。在一个实施例中，控制器构件524联接到臂架114，并且在热交换器550内存在用于允许空气通过控制器构件附近的通道。已经穿过外壳510的空气经由空气出口516离开外壳。图5H示出了图5G的示例性外壳510的截面视图，其中虚线箭头指示进入空气入口514，通过外壳510和离开空气出口516的气流。

图6示出了根据第二实施例的旋翼安装臂架的侧视图。图6的安装臂架包括垂直提升组件101,102和控制器外壳610。控制器外壳610包围类似于控制器组件506的控制器组件。图6的控制器组件通过有线或无线连接向垂直提升旋翼组件101,102提供控制信号。图6的安装臂架的控制器组件可包括热交换器，如折叠翅片式热交换器。控制器外壳610类似于控制器外壳510包括空气通道，以允许空气穿过外壳以如上所述冷却控制器组件的构件。气流由图6的虚线表示。

图6的旋翼安装臂架包括位于旋翼路径下方的空气入口614A,B，其类似于空气入口514。每个空气入口614联接到管道650A,B，使得气流流入空气入口614并继续进入管道650。管道650设置在安装臂架上或其内部，并且将气流引导向控制器外壳610。控制器外壳610包括一个或多个管道接口615，其允许气流从管道650行进到控制器外壳中以冷却控制器构件。在一个实施例中，控制器外壳610包括一个或多个空气出口616A,B，气流通过空气出口616A,B离开外壳。在另一个实施例中，气流通过将空气引导到空气出口的一个或多个管道离开控制器外壳610。类似于外壳510，空气入口614可包括增加进入空气入口的气流的结构构件。例如，图6中所示的凸起区域640可包括在空气入口614的结构中，以增加入口周围的空气压力，这增加了进入入口的气流。

在各种实施例中，关于图6描述的构件的布置可与图6中所示的布置不同。例如，在一个实施例中，旋翼安装臂架包括一个或多个管道650，其将空气引导到两个或更多个控制器组件或控制器外壳610。在另一个实施例中，旋翼安装臂架包括一个空气入口614，用于向一个或多个控制器组件提供气流。在又一个实施例中，垂直提升旋翼组件101,102可不同地定向，例如在旋翼安装臂架的底部上，而不是旋翼下洗增加通入空气入口614的气流，旋翼可通过将空气牵引通过设置在旋翼路径附近的空气出口614来增加气流。

图7示出了根据第三实施例的旋翼安装臂架的侧视图。图7的安装臂架包括垂直提升组件101,102、前控制器外壳710A和后控制器外壳710B。控制器外壳710包住类似于控制器组件506的控制器组件。控制器外壳710由屏障760分开。图7的控制器组件通过有线或无线连接向垂直提升旋翼组件101,102提供控制信号。在一个实施例中，使用高压线缆进行连接。图7的控制器组件可包括一个或多个热交换器705A,B，例如折叠翅片式热交换器。如上所述，控制器外壳710类似于控制器外壳510包括空气通道，以允许空气穿过外壳以冷却控制器组件的构件。气流由图7的虚线表示。

图7的旋翼安装臂架包括驱动轴740A和740B，驱动轴740A和740B分别联接到垂直提升组件101,102，使得驱动轴随着垂直提升组件的旋翼旋转而旋转。驱动轴740联接到辅助风扇745A,B，使得驱动轴的旋转使辅助风扇转动。辅助风扇745定位在空气入口714A,B附近，使得辅助风扇745的旋转将空气牵引到空气入口中。空气入口714联接到管道750，使得流入空气入口714的气流继续进入管道750A,B。管道750设置在安装臂架上或其内部，并且引导气流朝向控制器外壳710。每个控制器外壳710联接到管道750，使得气流从管道750行进到控制器外壳中以冷却控制器构件。在一个实施例中，控制器外壳710包括一个或多个空气出口716A,B，气流通过空气出口716A,B离开外壳。在另一个实施例中，气流通过将空气引导到空气出口的一个或多个管道离开控制器外壳710。类似于外壳510，空气入口714可包括增加进入空气入口的气流的结构构件。

图8示出了根据第四实施例的旋翼安装臂架的侧视图。图8的安装臂架包括垂直提升组件101,102和控制器外壳810。控制器外壳810包围类似于控制器组件506的控制器组件。图8的控制器组件通过有线或无线连接向垂直提升旋翼组件101,102提供控制信号。在一个实施例中，使用高压线缆815A和815B进行连接。图7的控制器组件可包括一个或多个热交换器，如折叠翅片式热交换器。控制器外壳810类似于控制器外壳510包括空气通道，以允许空气穿过外壳以如上所述冷却控制器组件的构件。

图8的旋翼安装臂架包括位于臂架前端处的空气入口814。空气入口814联接到前管道850A，使得流入空气入口814的气流继续进入前管道850A。前管道850A联接到控制器外壳810，使得通过前管道的气流穿过控制器外壳。外壳810联接到后管道850B，使得穿过控制器外壳的空气穿过后管道850B。后管道850B联接到空气出口816，使得通过后管道850B的气流穿过空气出口816并离开臂架。通过臂架的气流由图8的虚线表示。

图8的旋翼安装臂架包括驱动轴840A和840B，驱动轴840A和840B分别联接到垂直提升组件101,102，使得驱动轴随着垂直提升组件的旋翼旋转而旋转。驱动轴840联接到辅助风扇845，使得驱动轴的旋转使辅助风扇转动。每个辅助风扇845的旋转轴线相对于相应的驱动轴840的旋转轴线基本上成90度角并且基本上平行于管道850定位，使得辅助风扇845使空气移动通过管道850。驱动轴通过齿轮组件844A,B连接到辅助风扇845。在一个实施例中，齿轮组件844是斜齿轮，其中轴相隔90度，使得驱动轴840的旋转传递到辅助风扇845。

图9示出了根据第五实施例的旋翼安装臂架的侧视图。图9的安装臂架包括垂直提升组件101,102、前控制器外壳910A和后控制器外壳910B。每个控制器外壳910包围类似于控制器组件506的控制器组件。图9的控制器组件通过有线或无线连接向垂直提升旋翼组件101,102提供控制信号。图9的安装臂架的控制器组件可包括热交换器，如折叠翅片式热交换器。控制器外壳910类似于控制器外壳510包括空气通道，以允许空气穿过外壳以如上所述冷却控制器组件的构件。气流由图9的虚线表示。

图9的旋翼安装臂架包括位于旋翼路径下方的空气入口914A,B，类似于空气入口514。每个空气入口914联接到管道950A,B，使得气流流入空气入口914并继续进入管道950。管道950设置在安装臂架上或其内部，并且将气流引导向控制器外壳910。空气入口914联接到管道950，使得流入空气入口914的气流继续进入管道950A,B。在一个实施例中，每个控制器外壳910包括一个或多个空气出口，气流通过空气出口离开外壳。在另一个实施例中，气流通过一个或多个管道915离开控制器外壳910，一个或多个管道915将空气引导到空气出口916A,B。类似于外壳510，空气入口914可包括增加进入空气入口的气流的结构构件。

如上所述，飞机100每侧包括多个旋翼安装臂架114和旋翼组件101,102。垂直提升旋翼产生推力，其与水平巡航期间向前飞行螺旋桨103产生的推力无关。垂直提升旋翼提供足够的推力以将飞机抬离地面并保持控制。在一个实施例中，每个旋翼产生比悬停所需的推力更多，例如多40％的推力，以保持对飞行包线的所有部分的控制。通过选择直径、叶片弦长和叶片入射分布来优化旋翼，以在悬停和低速飞行条件下提供具有最小消耗功率的所需推力。在各种实施例中，一半旋翼沿一个方向旋转，而另一半沿相反方向旋转以平衡飞机上的反作用扭矩。在一些实施例中，安装在同一旋翼安装臂架上的旋翼具有相反的旋转方向。在其它实施例中，安装在同一旋翼安装臂架上的旋翼具有相同的旋转方向。在一些实施例中，可单独调谐旋翼以考虑旋翼之间或者机身和旋翼之间的不同相互作用。在此实施例中，调谐包括调整叶片上的入射或弦分布以考虑有利或不利的相互作用并实现来自旋翼的必要的性能。在图1所示的实施例中，示出了每侧三个前垂直提升旋翼组件101和三个后垂直提升旋翼组件102。在备选实施例中，更多或更少的垂直提升旋翼提供垂直提升和控制。当每侧至少有两个旋翼时，即使一个旋翼发生故障，也能保持产生围绕重心平衡的垂直力的能力。这是通过减小与故障旋翼相对的象限的推力来实现的。当每侧有三个旋翼时，可得到对所有三个轴或飞行方向的控制。随着每侧旋翼数量的增加，任何一个旋翼的损失都会导致垂直推力的整体损失减少。然而，每增加一对旋翼，就会增加复杂性和导致故障的概率，以及增加的成本和重量。

在一个实施例中，前垂直提升旋翼组件101位于CG前部，并且后垂直提升旋翼组件位于CG后部。以这种方式，悬停中的旋翼的升力中心与飞机100的重心位于同一位置。这种布置允许有效载荷在机身107中的纵向或横向定位的变化。飞行计算机独立地修改每个垂直提升旋翼产生的推力，提供平衡的垂直升力或备选地提供不平衡升力以提供控制。

在一些实施例中，旋翼定向提供飞机的横向和纵向控制，而不需要改变姿态。因为旋翼组件101,102各自安装成向外、向内、向前或向后倾斜，所以旋翼推力的适当组合导致水平面中的净力以及所需的垂直升力。例如，当在地面附近操纵时，这很有用。另外，在叶片变得损坏或分离的旋翼故障的情况下，不同的倾斜角度使得另一个旋翼不太可能被损坏，从而使设计更加故障容差。还选择定向以最小化飞机巡航时对流动的干扰。在一些实施例中，旋翼的定向向前、向后、向左和向右变化，使得飞机能够在任何方向上操纵而不改变姿态。在其它实施例中，定向仅左右变化，使巡航期间对流动的干扰最小化，但意味着飞机只可在不改变姿态的情况下左右操纵，而不可向前和向后操纵。

向前飞行螺旋桨103提供用于向前飞行、爬升、下降和巡航的过渡的推力。在一个实施例中，两个或更多个向前推进螺旋桨103沿着水平稳定翼105的翼展安装。在备选实施例中，单个向前推进螺旋桨在翼展的中心处安装在机身107的后部上。在其它实施例中，一个或多个螺旋桨安装在机翼104或推进吊架的前部作为拉进式螺旋桨。螺旋桨可沿相反方向旋转，使得转动螺旋桨所需的扭矩不会在飞机上产生净扭矩。而且，两个螺旋桨的推力可不同地变化以提供偏航控制力矩。定位在机翼上导致减少对螺旋桨的流入干扰。在机身上使用单个螺旋桨允许更少的构件和更轻的重量，但是具有不同尺寸的马达并且具有包括来自机身的干扰的流入。在一个实施例中，向前螺旋桨是固定桨距的。当交通工具缓慢移动并通过旋翼的推力支承在空中并且当飞机快速移动并且由机翼的升力完全支承时，弦和入射分布优化以提供用于加速和爬升两者的足够推力。另外，选择弦和入射分布以在飞机的巡航速度下提供有效的推力。在其它实施例中，向前螺旋桨利用可变桨距机构，其允许取决于飞行条件调整每个叶片的入射。

垂直提升旋翼和向前螺旋桨可由马达驱动，马达由动力系统提供动力。在一个实施例中，动力系统包括电池，该电池附接到每个马达的一个马达控制器。在一个实施例中，电池包括位于飞机机身内的一个或多个模块。在其它实施例中，电池模块位于推进吊架中。电池提供DC电压和电流，电机控制器将其转换为使电机旋转的AC信号。在一些实施例中，电池包括并联和串联连接在一起的锂聚合物电池，以产生所需的电压和电流。备选地，可使用其它化学电池。在一个实施例中，电池连接成93个电池串联串，并且这些串中的6个并联连接。在其它实施例中，电池与更多或更少的电池串联连接并且与更多或更少的电池并联连接。在备选实施例中，旋翼和螺旋桨由动力系统提供动力，该动力系统包括具有小型烃基燃料发动机和较小电池的混合动力系统。碳氢化合物发动机提供向前飞行的扩展范围并且可对电池系统再充电。

如上所述，多个独立控制的旋翼的使用提供了冗余升力系统。例如，包括六个或更多旋翼的系统允许悬停和垂直上升/下降，其中在没有向前空速的情况下安全操作，即使一个或若干单独的构件故障。

图10A示出了根据一个实施例的旋翼安装臂架的侧视图。图10A的安装臂架1000包括安装在安装臂架下侧的垂直提升组件101,102。在各种实施例中，垂直提升组件101,102将空气吸入和/或穿过图10A的安装臂架，以提供如本文所公开的冷却。在所示的示例中，如从入口1002,1004处开始的大向下箭头所示，冷却空气分别通过垂直提升组件101,102拉过安装臂架1000，经由臂架1000的顶部处的入口1002,1004，并通过臂架1000的底部离开。

图10B示出了根据一个实施例的旋翼安装臂架的侧视图。图10B的安装臂架包括安装在安装臂架下侧的垂直提升组件101,102。在各种实施例中，垂直提升组件101,102将空气吸入和/或穿过图10A的安装臂架，以提供如本文所公开的冷却。在所示的示例中，垂直提升组件101,102经由图10B的臂架组件的下侧上的入口1006,1008将空气吸入图10B的臂架组件中，如始于入口1006,1008且结束于位于垂直提升组件101,102上方的出口处的箭头所示。

图11是根据一个实施例的飞行计算机1100的框图。飞行计算机1100位于飞机100上，通常位于机身107内。飞行计算机1100包括旋翼控制模块1102、螺旋桨控制模块1104、位置传感器接口1106和数据库1108。位置传感器接口1106通信地联接到飞机的仪器并且在一个实施例中接收传感器数据，其包括飞机的位置、高度、姿态和速度。旋翼控制模块1102从位置传感器接口1106和驾驶舱中的控制输入接收数据，并确定从每个垂直提升旋翼组件101,102需要多少推力以实现命令响应。旋翼控制模块1102独立地命令每个旋翼组件101,102以产生所确定的所需推力。在旋翼故障的情况下，旋翼控制模块1102调整推力要求补偿失去的旋翼。螺旋桨控制模块1104从位置传感器接口1106和驾驶舱中的控制输入接收数据，确定每个螺旋桨103需要多少前向推力，并命令螺旋桨产生所需的推力。如本领域技术人员将理解的，数据库1108包括用于在过渡期间使用的上升和下降的编程轨迹，并且还可包括用于飞机100的导航和控制的附加特征。飞行计算机1100还包括执行导航和飞行操作的其它组件和模块，并且这些组件和模块是本领域技术人员已知的，但与本说明书没有密切关系。

起落架设有轮以允许飞机在地面上时移动。当飞机在飞行中时，起落架可缩回到机身107中。在其它实施例中，起落架是滑块并且没有轮，因为飞机能够在没有向前运动的情况下起飞和降落。在一些实施例中，一些或所有轮装配有允许轮被驱动的电马达。这种马达允许交通工具在地面上自行推进。

除了上面具体描述的实施例之外，本领域技术人员将理解，本发明可另外在其它实施例中实施。例如，在备选实施例中，飞机100设计成容纳两个或更多个乘员。在这样的实施例中，翼展较大，旋翼具有较大的直径，并且机身107较宽。在备选实施例中，飞机100是无人驾驶交通工具，其能够在没有飞行员或乘客的情况下飞行。没有乘客的实施例具有附加的控制系统，其通过地面链路或通过预定的飞行路径轨迹来代替飞行员提供方向控制输入。

尽管已经在特定实施例的背景下提供了该描述，但本领域技术人员将理解，可从所提供的教导中推断出许多备选实施例。此外，在该书面描述中，除非另有说明，否则构件的特定命名、用语的大写、属性、数据结构或任何其它结构或编程方面不是强制性的或重要的，并且实现所描述的发明的机制或其特征可能具有不同的名称、格式或协议。此外，包括飞行计算机700的构件的系统的一些方面可通过硬件和软件的组合或完全以硬件元件来实现。此外，这里描述的各种系统构件之间的特定功能划分不是强制性的；由单个模块或系统构件执行的功能可改为由多个构件执行，并且由多个构件执行的功能可改为由单个构件执行。同样，除非另有说明或逻辑上要求，否则执行方法步骤的顺序不是强制性的。

除非另有指示，否则利用诸如"选择"或"计算"或"确定"等用语的讨论指的是操纵和转换表示为计算机系统存储器或寄存器或其它此类信息存储、传输或显示装置内的物理(电子)量的数据的计算机系统或类似电子计算装置的动作和过程。

所描述的实施例的电子构件可为所需目的而专门构造，或者可包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的一个或多个通用计算机。这样的计算机程序可存储在计算机可读存储介质中，如但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁或光卡、专用集成电路(ASIC)，或适用于存储电子指令的任何类型的介质，并且每个都联接到计算机系统总线。

最后，应该注意，说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导目的而选择的，并且可能未被选择来描绘或限制本发明的主题。因此，本公开旨在示范性的，而非限制本发明的范围。

Claims (19)

1.一种用于私人飞机的旋翼安装臂架组件，所述旋翼安装臂架组件包括：

臂架，其能够通过臂架附接接口联接到所述私人飞机的机翼；

垂直提升旋翼组件，其联接到所述臂架，所述垂直提升旋翼组件具有旋翼；

空气入口，其位于所述臂架上，使得由所述旋翼产生的气流被引导通过所述空气入口；

旋翼控制器组件，其设置在所述臂架上，所述旋翼控制器组件包括：

旋翼控制器，其用于将控制信号发送到所述垂直提升旋翼组件；以及

控制器外壳，其围绕所述旋翼控制器设置，所述控制器外壳与所述空气入口和空气出口流体连通，以允许空气流过所述控制器外壳。

2.根据权利要求1所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述臂架使用能够释放的紧固件联接到所述私人飞机的机翼。

3. 根据权利要求1所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述旋翼安装臂架组件还包括：

第二垂直提升旋翼组件，其联接到所述臂架，所述第二垂直提升旋翼组件包括第二旋翼，所述第二旋翼具有相关的第二旋翼叶片路径; 以及

第二空气入口，其定位于所述第二旋翼叶片路径下方的所述臂架上。

4.根据权利要求3所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述旋翼安装臂架组件还包括：

第二旋翼控制器组件，其设置在所述臂架上，所述第二旋翼控制器组件包括：

第二旋翼控制器，其用于将控制信号发送到所述第二垂直提升旋翼；以及

第二控制器外壳，其围绕所述第二旋翼控制器设置，所述第二控制器外壳与所述第二空气入口和第二空气出口流体连通，以允许空气流过所述第二控制器外壳。

5.根据权利要求4所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述垂直提升旋翼位于所述臂架附接接口的前方，并且所述第二垂直提升旋翼位于所述臂架附接接口的后方。

6.根据权利要求1所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述旋翼控制组件还包括联接到所述旋翼控制器的热交换器，所述热交换器适于从所述旋翼控制器散热。

7.根据权利要求6所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述热交换器是折叠翅片式热交换器。

8.根据权利要求1所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述机翼联接到所述私人飞机的机身，并且所述臂架基本上平行于所述机身定向。

9.根据权利要求1所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述空气入口定位于所述旋翼路径下方的距离基本上等于所述垂直提升旋翼的叶片的一个弦长。

10.根据权利要求1所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述空气入口定位于所述旋翼路径下方的距离基本上等于所述垂直提升旋翼的叶片的弦长的一半。

11.根据权利要求1所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述空气入口沿所述臂架定位的位置在所述旋翼路径的外部50％的下方。

12.根据权利要求1所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述控制器外壳包括所述空气入口后方的凸起区域，以增加所述空气入口周围的空气压力。

13.根据权利要求1所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述控制器外壳包括入口罩，以将空气引导到所述空气入口中。

14.根据权利要求1所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述控制器外壳组件还包括鼻锥，以引导所述控制器外壳内的气流。

15.根据权利要求1所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述控制器外壳组件还包括用于引导所述控制器外壳内的气流的通道。

16.根据权利要求1所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，管道设置在进气口和所述控制器外壳之间，所述管道能够将空气从所述进气口引导到所述控制器外壳。

17.根据权利要求1所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述旋翼安装臂架组件还包括辅助风扇，所述辅助风扇联接到所述垂直提升旋翼组件，使得所述垂直提升旋翼组件驱动所述辅助风扇，其中所述辅助风扇引导气流通过所述空气入口。

18.根据权利要求17所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述辅助风扇由联接到所述垂直提升旋翼组件和所述辅助风扇的驱动轴驱动。

19.根据权利要求18所述的旋翼安装臂架组件，其特征在于，所述旋翼安装臂架组件还包括齿轮组件，所述齿轮组件设置在所述驱动轴和所述辅助风扇之间，使得所述辅助风扇的旋转轴线不平行于所述驱动轴的旋转轴线。