CN111315655A - 用于空中、水上、陆上或太空交通工具的三个复合翼的组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用或不用边缘板连接的三个翼的组件，用于空中、水上、陆上或太空交通工具，以减小诱导阻力和干涉阻力，同时提供更大的可操纵性、机身设计的独立性、推进装置系统的可选安装、起落架的可选系统、增大的最大速度和减小的最小速度，其可以达到零速或悬停。所述组件还允许向前、向后、侧向、向上和向下飞行或绕交通工具的轴线旋转。
Description
技术领域
本发明涉及三个复合翼的组件，用于空中、水上、陆上或太空交通工具。
背景技术
在本发明的领域内，有一与本申请为同一发明人的阿根廷专利AR247163，发明名称为“飞机复合翼组件(ASSEMBLY OF COMPOSITE WINGS FOR AIRCRAFT)”，其示出了位于一个或多个机身下部前方位置上的前翼，前翼向后、向上移动并在其外部区域与另两个翼连接；位于一个或多个机身上部中央区域的中央翼，中央翼在其外部区域与另两个翼连接；位于方向舵-机身(可以是多个)上部后方位置上的后翼，后翼向前、向下移动并在其外部区域与另两个翼连接。因此，在此专利中，所述三个翼总是位于三个不同的平面上，并位于三个不同位置上。各个翼在其各自翼尖的连接是通过边缘板实现的。
发明内容
本发明涉及用于空中/水上/陆上或太空交通工具的三个翼的组件，其用或不用边缘板连接，该组件用于减小诱导阻力和干涉阻力，同时提供更大的可操纵性、机身设计的独立性、推进装置系统的可选式安装、起落架的可选系统、增大的最大速度和减小的最小速度，其可达到零速值或悬停。本发明的组件还允许向前、向后、侧向、向上和向下飞行或围绕所述交通工具的轴线旋转。
本发明的用或不用边缘板连接的翼组件可应用于不同类型的交通工具，例如，空中交通工具(如飞机、无人驾驶飞机、模型(model)、无人机(drones)、航模、直升机等)、水上交通工具(如水陆两栖飞机、两栖直升机等)、陆上交通工具(如飞行汽车(car-plane)、飞行摩托车等)或太空交通工具(如宇宙飞船、航天飞机等)，用于运输任务(如货物、乘客、设备等)、进行工作(如烟熏、监视等)等；所述交通工具能够进行有人驾驶、无人驾驶或自动驾驶等；所述交通工具具有三个翼。
因此，本发明描述了一种用于空中、水上、陆上或太空交通工具的三个翼的组件，其由以下部件形成：
-前复合翼；
-中央复合翼；及
-后复合翼；
其中，所述前复合翼位于所述交通工具的一个或多个机身的下部前方位置上，向后、向上移动；
其中，所述前复合翼在其外部区域与所述中央复合翼和所述后复合翼连接；
其中，所述前复合翼为扫掠式，具有正二面角，并由位于其内的动力装置(1)、倾斜面(2)、升降舵-副翼和高升力装置(3)形成，以连接所述中央复合翼和所述后复合翼；
其中，所述中央复合翼位于所述交通工具的一个或多个机身的上部区域；
其中，所述中央复合翼在其外部区域与所述后复合翼和所述前复合翼连接；
其中，所述中央复合翼为扫掠式，具有二面角，并由位于其内的动力装置(11)、倾斜面(12)、升降舵-副翼和高升力装置(4)及翼尖(5)形成；
其中，所述后翼位于所述交通工具的机身-方向舵(可为一个或多个)的上部后方位置上，向前、向下移动；
其中，所述后翼在其外部区域与所述前翼和所述中央复合翼连接；
其中，具有负二面角的所述扫掠后复合翼由位于其内及与一个或多个方向舵(7)的接头内的动力装置(6)的系统、倾斜面(8)、升降舵-副翼和高升力装置(9)形成，以与所述中央复合翼和所述后复合翼连接。
可以看出，与现有技术方案不同，借由本发明，通过不同的特定配置，空中、水上、陆上或太空交通工具可获得改进或优点，例如：
·通过各翼自身的接头而不使用板或利用其椭圆形/圆形形状提高了结构刚度，从而可减轻交通工具的重量，由此可获得更多航程或使同一航程需更少的能源。
·通过各翼自身的接头而不使用板或利用其椭圆形/圆形形状提高了气动清洁度，即，更多的航程或同一航程需更少的能源。锥度和伸长率的变化改进了气动性能。通过所述三个复合翼的伸长率和/或锥度的变化，能够实现不同类型的飞行的设计构型。
·通过中央翼扫掠的变化提高了在低速和高速下的稳定性。并且，通过中央翼扫掠的变化还增大和减小了高速和低速。此外，通过中央翼二面角的变化能够提高稳定性。
·通过增大中央翼和后翼的升力，可以获得交通工具CG的显著变化。
·通过在方向舵(可以为多个)和后翼的接头内放置动力装置系统，提高了气动清洁效果，从而使其具有更多航程或使同一航程需更少的能源。
·除了机身外，还能在机翼上安装动力装置，这使得我们能够执行诸如以下动作：垂直起降；以“机身”的正/负角、正/负倾斜(banking)、左/右方向舵向前和向后运动；以“机身”的正/负角、正/负倾斜绕其360°轴线向左或向右旋转；以“机身”的正/负角、正/负倾斜、左/右方向舵侧向运动。这些动作及其组合。换句话说，其它设计无法执行的动作。
·能够在保持结构刚性的同时使机翼表面增大，使得我们能够安装太阳能充电系统来为电气系统(电池、发动机等)供电。
·鉴于设计的结构刚性，能够使用不同类型的材料进行制造来优化重量。
·鉴于各翼自身为自支撑结构，因此实现了要安装为用于承载货物(乘客、设备等)的空中、陆地、水上或太空运输系统的独立性。
·根据设计能够实现的动作的多功能性，可以安装不同类型的起落架或类似装置。
根据本发明具体实施方式中的内容，上述及其它优点将是明显的。
附图简要说明
图1为可由本发明实现的构型的立体示意图。
具体实施方式
在此具体实施方式部分限定的元件用于帮助对本发明有全面了解。因此，本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明范围和构思的情况下，可对本文所述实施例进行各种变型和修改。此外，为了清楚、简洁起见，省略了对充分已知的功能和元件的详细描述。
本发明涉及由三个连接的翼形成的系统，所述翼具有倾斜面、升力元件(liftelements)、位于翼内及方向舵(可以为多个)内的动力装置，不具有边缘板，该系统以下述方式形成：
具有正二面角的扫掠前翼由位于其内的动力装置(1)、倾斜面(2)、升降舵-副翼和高升力装置(3)及其翼尖形成，所述翼尖弯曲以与中央翼连接。具有倾斜面和二面角的扫掠中央翼由升降舵-副翼和高升力装置(4)及翼尖(5)形成。具有负二面角的扫掠后翼由位于其内及与方向舵(7)(可以为多个)的接头中的动力装置系统(6)、倾斜面(8)、升降舵-副翼和高升力装置(9)及其翼尖形成，所述翼尖弯曲以与中央翼连接。机身-方向舵与相同的机翼(10)连接。
下面对本发明的不同实施例进行描述。
在一个实施例中，三组复合翼(前、中和后)不用边缘板连接在一起，而是利用前、后复合翼的翼尖的曲率或不用其曲率与中央复合翼连接；并且，三组复合翼(前、中和后)在其锥度和/或伸长度上可以变化或不变化。
利用前、后复合翼的相同曲率进行连接使得无需用板可以减小气动干涉阻力，即，减少了推动能耗。此外，通过减小应力集中点并将应力分布在相同的接触面上减小了结构应力通量，即，减轻了重量并由此减小了推动能。
此外，通过能够改变每个翼面的翼根弦和翼尖弦之间的关系，可以减小诱导阻力，即，减少了推动能耗。类似地，如果增大每个翼面的翼展，可以减小诱导阻力，即，减少了推动能耗。
在另一实施例中，不使用边缘板的可能配置之一是在正视图中前、后复合翼在接头处具有椭圆形和/或圆形形状。
前、后复合翼在连接到其上的中央复合翼中形成椭圆形或圆形，这样一方面可以减小诱导阻力，即，减少推动能耗，另一方面可以减小结构应力，从而可减轻重量，并由此减少推动能。
在另一实施例中，具有或不具有边缘板的可能配置之一是在中央复合翼上，可在边缘添加高升力元件，即，左侧中央翼上具有左高升力装置，并且，右侧中央翼上具有右高升力装置。
通过在中央复合翼上安装所述高升力元件，可以增大所述翼的升力，减小起飞和着陆速度，由此缩短跑道长度。
在另一实施例中，具有或不具有边缘板的可能配置之一是在后复合翼上，可在前缘安装高升力元件，即，左侧后翼上具有左高升力装置，并且，右侧后翼上具有右高升力装置。
与中央复合翼类似，通过在后翼上安装高升力元件，也可以增大所述翼的升力，减小起飞和着陆速度，由此缩短跑道长度。
在另一实施例中，具有或不具有边缘板的可能配置之一是中央翼的翼展大于另两个翼的翼展，这可以以固定方式(即在设计中)或以动态方式在交通工具运行之前它们可拆卸和装配一延伸部(或扩展部)的方式来实现。
在所述固定或可移动翼展的所述扩展情况下，其可通过以下方式之一进行：
·翼尖(翼梢小翼、板等)可以或可以不安装在扩展翼的尖端上。
·高升力元件可以或可以不安装在扩展翼的前缘上。
·升降舵-副翼元件可以或可以不安装在扩展翼的后缘上。
中央复合翼具有更大的翼展，即，中央翼翼展伸出与另两个翼(前和后)的接头，并鉴于另两个翼除了翼之外还变成中央复合翼的翼支撑件，使得可增大中央翼翼展，并且可以在减小诱导阻力的同时减小翼载。在交通工具运行之前可将延伸部拆卸下来的情况下，其使得可将两种类型的交通工具合而为一：一种具有高翼载(例如，特技飞机)，另一种具有低翼载(例如，滑翔机)。
在所述延伸部可移动的情况下，在交通工具运行期间翼展可延伸和/或缩回。
在这种情况下，能够在运行期间扩展中央复合翼是一个改进，因为其使得能够在需要时在中央复合翼缩回的情况下起飞，从而在运行期间具有低摩擦阻力，使得爬升和扩展中央翼会在很小程度上增大摩擦阻力，但会显著减小诱导阻力(其在高海拔处由于空气密度低占主导地位)。例如，为了在起飞时获得特技飞机而在高空获得滑翔机，这种情况是有用的。
本文提出以下三种用于可移动扩展的实施选项：
·翼尖(翼梢小翼、板等)可以或可以不安装在扩展翼的尖端。
·高升力元件可以或可以不安装在扩展翼的前缘上。
·升降舵-副翼元件可以或可以不安装在扩展翼的后缘上。
在中央复合翼的延伸部上放置翼尖可减小诱导阻力，并且在安装翼梢小翼作为翼尖的情况下，可进一步配合向前的推力。
同时，通过在其后缘上设置升降舵-副翼，可以获得更大的升力，并以最小副翼偏转及由此导致的阻力减小进一步提高可操纵性。类似地，使中央复合翼伸出与另两个翼的接头以及能够在中央延伸翼的前缘安装高升力元件可增大翼组件的升力，减小起飞和着陆速度，由此，除了减小诱导阻力外，还可缩短跑道长度。
在另一关系中，具有或不具有边缘板的可能配置之一是在中央复合翼上，其扫掠可以变化，即，它向后掠和/或向前掠，其具有以下实施选项：
·固定的，即，在设计中，或者可在交通工具运行之前进行调整。
能够改变扫掠，例如，后掠位置，使得可通过将冲击波移开来获得更高的最大速度。对于前掠的情况，其使得可通过使得能够在低速下运行(换言之，提高低速下的稳定性)来减少损失。这在这种设计中是更可行的，因为翼尖与前、后翼的接头固定在一起，消除了前掠的辐散效应(divergent effect)；类似地，在中央翼具有大于前、后翼的翼展的情况下，其使得前掠中央翼的大部分(因为其与前、后翼的接头固定在一起)不具有辐散效应，并且在中央翼的延伸部上，所述辐散效应可控。也可以设计成中央翼的内部前掠，延伸部后掠，这样可获得最大速度。
·可移动的，即，其扫掠可经由在交通工具运行期间扫掠“0”前掠和/或后掠变化，反之亦然。当中央翼(右和左)在机翼根部(机身)移动且其旋转轴为三个翼的接头时将进行这种运动。
在前一点中已详细说明了能够后掠和前掠，因此，在这里，其强调了这样的事实：鉴于交通工具运行期间中央翼会在其位于机身内的根部移动并且绕与中央翼和后翼的接头的轴线旋转，中央翼的扫掠可以向前和向后移动，这可使所述交通工具具有最大速度，并使其可控制低速、降低最小速度，同时减小了诱导阻力。
在另一实施例中，具有或不具有边缘板的可能配置之一是在中央复合翼上，二面角可变化，使得其为正、零和/或负，按照设计中的设想固定。
因此，正、负二面角是一种改进，使得可在低速和高速下进行更好的控制。
另一实施例在一个或多个方向舵与一个后翼的接头内或多个方向舵与后翼(多于一个的方向舵或多于一个的“机身-方向舵”、正常方向舵、V形尾部等)的接头内具有一个动力装置或多个动力装置。
如果要具有推力/动力装置系统，在后复合翼与一个方向舵或多个方向舵的接头内的定位使得可实现推力及气动清洁交通工具。此外，由于动力装置系统固定在三个结构区域内(一个/多个方向舵、左后翼和右后翼)，而这些结构又是连接结构系统的一部分，因此，其使得可减小应力，由此减少重量和推力能。
在另一实施例中，具有或不具有边缘板的可能配置之一是利用以下三个选项之一或其组合在一个或多个复合翼上安装动力装置系统：
·动力装置可以或可以不安装在前复合翼上，但相同的动力装置可固定和/或倾斜。当它们倾斜时，它们在含有它的翼的相同的平面上倾斜，或者它们与包含它的相同翼面或翼面的一部分一起倾斜。
·动力装置可以安装或不安装在中央复合翼上，但相同的动力装置可固定和/或倾斜。当它们倾斜时，它们在包含它的翼的相同的平面上倾斜，或者它们与包含它的相同翼面或翼面的一部分一起倾斜。类似地，在扫掠变化的情况下，能够旋转或不旋转以根据飞行方向定向。
·动力装置可以安装或不安装在中央复合翼上，但相同的动力装置可固定和/或倾斜。当它们倾斜时，它们在包含它的翼的相同的平面上倾斜，或者它们与包含它的相同翼面或翼面的一部分一起倾斜。
所述动力装置系统可安装在前、中央、后复合翼或其组合上。
在前、中央和后复合翼上放置固定动力装置系统使得可具有向前的推力，并控制或补偿旋转给交通工具的CG。
在前、中央和后可移动倾斜复合翼上放置动力装置系统使得可具有向前、向后、侧向、向上和向下的推力，绕其轴旋转，即，在全部方向上，并且机身的行为对其不明了。进一步强调，当其与主要飞行方向对齐时，可实现最大速度。其是飞机和直升机的结合，但比直升机具有更多的机动动作，同时具有与飞机相同的速度。
借由可移动系统倾斜包含相同动力装置系统的平面，可以实现与上述段落(可移动倾斜相同的动力装置系统)所列改进相同的改进，但鉴于平面在用动力装置系统移动时该些平面使得可减小这些平面随交通工具朝着期望方向前进运动时的干扰和阻力，使得可实现更好的能量效率。
此外，在表示动力装置系统时，可将其定义为推力系统，例如，但不限于：涡轮喷气发动机、涡轮螺桨发动机、螺旋桨、推力喷嘴、可定向或不可定向、超音速燃烧冲压喷气发动机、冲压式喷气发动机、火箭发动机、电机、燃料发动机等。
在另一实施例中，具有或不具有边缘板的可能配置之一是安装使得可使用太阳光线作为能源的元件，例如，太阳能板或其它元件，其在翼表面上不明了。
其能够在保持连接结构刚度和低翼载的同时具有较大机翼表面(具有其延伸部的前、后和中央翼表面)的事实使得其可具有用于交通工具的太阳能系统。
在另一实施例中，具有或不具有边缘板的可能配置之一是用航空、水、陆地或太空材料来构造设计，例如，但不限于：铝、钢、木材、复合材料、石墨烯等。
三个复合翼和机身的接头的结构使得可大大减小扭应力，还可以大大减小弯曲应力的事实意味着可以使用几乎任何类型的材料。
在另一实施例中，机身或支撑结构可能的配置之一是能够安装或不安装后部货门、能够具有较大门和窗户以及能够快速移除和安装机身-集装箱或客舱，结构类似于附接到三个翼的自支撑结构上的陆地车辆(汽车、摩托车等形状)。
在另一实施例中，可能的配置之一是能够在机翼组和/或一个或多个机身安装或不安装：起落架(传统式、三点式(tricycle)、自行车式、四点式(quadricycle)等)和/或支腿和/或滑板-雪橇板(skates-skis)和/或浮筒和/或支撑件等。
三个翼和机身的接头的结构使得可大大减小扭应力的事实使得可增大机身的门和窗户的尺寸。并且，因为机身尾锥的弯曲应力由于它们吸收它并通过方向舵与后翼的接头将其转移至结构剩余部分而减小了，因此其使得可具有货门(需要时，在飞行中货门可打开)。此外，因为各翼组成了连接的独立组，因此其使得可制作机身-集装箱或客舱，以能够将其快速连接至机身上，而无需改变所述货物的运输交通工具。
此外，所述交通工具可以像直升机或飞机那样进行垂直起飞动作，这一事实允许灵活地互换安装起落架、支腿等的不同系统。
可以推断，这些实施例可以唯一或孤立的方式来实施，或通过将其中的若干个或全部组合来实施。
Claims (10)
1.一种用于空中、水上、陆上或太空交通工具的三个复合翼的组件，其特征在于其由以下部件形成：
-前复合翼；
-中央复合翼；及
-后复合翼；
其中，所述前复合翼位于所述交通工具的一个或多个机身的下部前方位置上，向后、向上移动；
其中，所述前复合翼在其外部区域与所述中央复合翼和所述后复合翼连接；
其中，所述前复合翼为扫掠式，且具有正二面角，并由位于其内的动力装置(1)、倾斜面(2)、升降舵-副翼和高升力装置(3)形成，以连接所述中央复合翼和所述后复合翼；
其中，所述中央复合翼位于所述交通工具的一个或多个机身的上部区域；并且，二面角变化使得其为正、零或负，其中，所述变化以固定的方式在所述交通工具的设计中或在所述交通工具运行之前进行；
其中，在所述中央复合翼中，其扫掠变化，即，其向后扫掠和/或向前扫掠；其中，所述变化可以是固定的，即，在所述交通工具的设计中或在所述交通工具运行之前对其进行调整；和/或动态的，即，其在所述交通工具运行期间沿一个方向或另一个方向变化；
其中，所述中央复合翼在其外部区域与所述后复合翼和所述前复合翼连接；
其中，所述中央复合翼由位于其内的动力装置(11)、倾斜面(12)、升降舵-副翼和高升力装置(4)及翼尖(5)形成；
其中，所述后翼位于所述交通工具的一个或多个机身和一个或多个方向舵(7)的上部后方位置上，向前、向下移动；
其中，所述后翼在其外部区域与所述前翼和所述中央复合翼连接；
其中，具有负二面角的所述扫掠后复合翼由位于其内及与一个或多个方向舵(7)的接头内的动力装置(6)的系统、倾斜面(8)、升降舵-副翼和高升力装置(9)形成，以与所述中央复合翼和所述后复合翼连接。
2.根据权利要求1所述的用于空中、水上、陆上或太空交通工具的三个复合翼的组件，其特征在于所述三个复合翼的组件，即，前、中央和后复合翼的组件彼此连接或与边缘板连接，前、后复合翼利用翼的曲率或弯曲以与所述中央复合翼连接；并且，所述三个复合翼的组件改变或不改变其锥度和/或伸长率。
3.根据权利要求1所述的用于空中、水上、陆上或太空交通工具的三个复合翼的组件，其特征在于，从所述前、后复合翼的正视图来看，所述前、后复合翼在其端部是直的或大概形成椭圆形或圆形。
4.根据权利要求1所述的用于空中、水上、陆上或太空交通工具的三个复合翼的组件，其特征在于，所述中央复合翼的翼展大于另两个翼的翼展，其可通过以下两种方式实现：固定方式，即在设计中，或在所述交通工具运行之前它们可拆卸和装配的方式；或动态方式，在此方式中，所述翼展在交通工具运行期间伸展或缩回。
5.根据权利要求4所述的用于空中、水上、陆上或太空交通工具的三个复合翼的组件，其特征在于所述翼展延伸部由以下组成：
-位于所述扩展复合翼上的尖端，例如，翼梢小翼、板等；
-位于扩展中央复合翼的前翼上的高升力元件；和/或
-位于扩展中央复合翼的后缘上的升降舵-副翼元件。
6.根据权利要求1所述的用于空中、水上、陆上或太空交通工具的三个复合翼的组件，其特征在于位于所述三个复合翼，即中央、前或后复合翼的至少一个中、位于与一个或多个方向舵(7)的接头中的所述动力装置系统是倾斜的，其中，其在与包含它的翼的相同的平面上倾斜，或其与包含它的翼的相同平面或平面的一部分一起倾斜。
7.根据权利要求1所述的用于空中、水上、陆上或太空交通工具的三个复合翼的组件，其特征在于所述复合翼中的至少一个包括用于向所述交通工具提供能量的太阳能系统。
8.根据权利要求1所述的用于空中、水上、陆上或太空交通工具的三个复合翼的组件，其特征在于所述三个复合翼的组件构造成包含以下材料中的一种或多种：铝、钢、木材、织物、丙烯酸纤维、复合材料或石墨烯。
9.根据权利要求1所述的用于空中、水上、陆上或太空交通工具的三个复合翼的组件，其特征在于所述交通工具的所述一个或多个机身或结构包括一个或多个门、窗户、集装箱、或客舱和/或货舱。
10.根据权利要求1所述的用于空中、水上、陆上或太空交通工具的三个复合翼的组件，其特征在于所述三个翼的组件或所述交通工具的一个或多个机身包括起落架、支腿、滑板或雪橇板、浮筒或另一类型的当交通工具在表面上时用于所述交通工具的支撑件。
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