CN114056556B - 飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种飞行器，该飞行器具有以下特征：该飞行器具有机翼，该机翼具有经整合的涵道螺旋桨和肋部(14)；这些涵道螺旋桨各自包括涵道环、被布置在该涵道环内部的导向格栅(12)以及由该导向格栅(12)承载的电动马达；并且这些肋部(14)被整合到该导向格栅(12)中。

Description

飞行器
技术领域
本发明涉及一种飞行器，尤其一种全电动的、可垂直地起飞和降落(verticaltake-off and landing，VTOL)的飞行器。
背景技术
VTOL在航空航天技术中跨语言地指如下任何类型的飞机、无人机或火箭，其能够基本垂直地且无需起飞和降落跑道的情况下升起和再次着陆。这个通称术语在下文中被广义地使用，其不仅包括带有机翼的固定翼飞机，而且同样包括旋翼飞机(如直升旋翼机、自转旋翼机、螺旋桨旋翼机)和混合式飞机(如复合式直升旋翼机或组合式旋翼机)以及可垂直升降的飞机。此外，还包括能够在特别短的距离内起飞和降落(short take-off andlanding，STOL)、在短的距离内起飞但垂直地降落(short take-off and verticallanding，STOVL)、或垂直地起飞但水平地降落(vertical take-off and horizontallanding，VTHL)的飞行器。
US10,543,905B1、EP 3 492 377 A1以及CN 104691751 A分别公开了一种由定子或单独的转子的支撑臂构成的支撑复合件。
US2020/0148354 A1提出，将转子紧固在平行延伸的定子上。
发明内容
本发明提供一种飞行器，尤其一种全电动的、按上述意义可垂直地起飞和降落的飞行器。
在此，根据本发明的方案基于这样的认识，即：可以在城市环境中使用的VTOL飞行器需要能够应对每个飞行阶段(起飞、爬升、巡航以及降落)的驱动单元，然而同时应满足结构轻质结构和系统轻质结构的构造原则。
因此，为了提升飞行器，代替自由运转的转子而提出被整合到机翼中的涵道螺旋桨(ducted fans)，该涵道螺旋桨在航空技术之外例如是从气垫船或风扇艇已知的。在此，包围相应的升降旋翼的圆柱形壳体(所谓的涵道环)在常规的螺旋桨中能够减小由于叶尖上的涡流而产生的推进损耗。
为此，根据本发明，涵道螺旋桨被插入到以梁-肋结构方式构造的机翼中，使得涵道螺旋桨的肋部与螺旋桨的导向格栅(定子)部分地形成为单件式的。
通过这种功能性整合可以省去单独的肋部，这显著地降低了飞行器的重量和成本。此外，这种功能性整合可以更好地将马达力和马达力矩导入机翼结构中。
本发明的其他有利的设计方案在下文中给出。因此，除了飞行器的完全自主的运行之外，在资格足够的情况下也考虑允许人类飞行员手动控制，这使得所提出的飞行器在操纵中被赋予最大可能的灵活性。
总体上，本发明在此公开下述1的技术方案，下述2-10为本发明的优选技术方案：
1.一种飞行器，
其特征在于：
-该飞行器具有机翼(10)，该机翼具有整合的涵道螺旋桨(11，12，13)和肋部(14)；
-所述涵道螺旋桨(11，12，13)各自包括涵道环(11)、被布置在该涵道环(11)内部的导向格栅(12)以及由该导向格栅(12)承载的电动马达(13)；并且
-所述肋部(14)被整合到该导向格栅(12)中。
2.根据前述方案1所述的飞行器，
其特征在于：
-所述电动马达(13)是圆柱形的，并且
-所述肋部(14)切向地沿所述电动马达(13)延伸。
3.根据前述方案2所述的飞行器，
其特征在于：
-所述肋部(14)彼此平行地延伸，并且
-由所述肋部(14)中的两个肋部切向地封装所述电动马达(13)中的每个电动马达。
4.根据前述方案3所述的飞行器，
其特征在于：
-所述电动马达(13)中的至少两个电动马达被相同的肋部(14)封装。
5.根据前述方案1至4之一所述的飞行器，
其特征在于以下特征中的至少一个特征：
-所述涵道螺旋桨(11，12，13)中的至少两个涵道螺旋桨关于该机翼(10)的所设置的流动方向相继布置，或者
-所述涵道螺旋桨(11，12，13)中的至少两个涵道螺旋桨关于该机翼(10)的所设置的流动方向并排布置。
6.根据前述方案5所述的飞行器，
其特征在于：
-所述肋部(14)在流动方向上穿过该机翼(10)。
7.根据前述方案1至6之一所述的飞行器，
其特征在于：
-该飞行器包括大体上竖直的螺旋桨，这些螺旋桨用于产生推进力。
8.根据前述方案1至7之一所述的飞行器，
其特征在于：
-这些竖直的螺旋桨是另外的涵道螺旋桨。
9.根据前述方案1至8之一所述的飞行器，
其特征在于：
-所述电动马达(13)中的每个电动马达均包括整合的控制器。
10.根据前述方案1至9之一所述的飞行器，
其特征在于：
-该飞行器能够选择性地被完全自主地控制。
附图说明
在附图中展示并且在下文中更详细地描述本发明的实施例。
图1示出机翼的透视图。
图2示出根据图1的机翼的俯视图。
图3示出经改进的机翼的与图2相对应的俯视图。
具体实施方式
实施例配备有：在机头两侧的两个自由运转的且可折叠的升降旋翼(在下文中：“机头升降单元”)、在两侧的机翼中的被包裹的且设置有片的总计六个升降旋翼(在下文中：“机翼升降单元”)、以及带有伸长的涵道的两个后侧螺旋桨(在下文中：“巡航推进单元”)。(就此而言，术语“螺旋桨”始终在广义的词义上被使用，该术语同样包括：一方面主要用于向前推进的巡航推进单元并且另一方面主要用于向上推进的机头升降单元和机翼升降单元；对应地，被包裹的推进单元和升降单元同样被称为“涵道螺旋桨”。)在巡航配置和地面配置中，机翼升降单元的片闭合并且机头升降单元折叠在机身下方或机身中；而在悬停时，机翼升降单元的片打开并且两个机头升降单元在侧向展开。
基于这种配置，图1展示了具有呈半开放的梁-肋结构方式的、以半透明的板和外蒙皮展示的机翼(10)的结构。以空气动力学的方式成形的这三个肋部(14)沿作为机翼升降单元而被整合到机翼(10)中的三个涵道螺旋桨等距地且彼此平行地延伸，这些肋部的被布置在涵道环(11)下方的导向格栅(12)各自承载中央的电动马达(13)。在此，术语“肋部”例如在下文中可以被理解成广义的词义，该术语包括机翼(10)的在扭转杆(D-box)与可能的端部板条(Endleiste)之间大体上横向于翼梁(spars)延伸的所有结构部件。符合航空交通规则的任何构件进而都被视为“结构部件”，该构件本质上有利于吸收飞行负荷、地面负荷或压力负荷并且该构件的失效可能导致飞行器完全损坏。
如图2的俯视图可以看出，这三个圆柱形的电动马达(13——图1)中的每个电动马达均径向地与相应的导向格栅(12)相拧接，该导向格栅的由碳纤维增强的塑料(CFK)制成的支柱以轴对称且旋转对称的布置方式从相对的侧面支撑电动马达(13)。在所展示的配置中，每个导向格栅(12)的这些支柱中的两个支柱彼此平行地沿机翼(10)的流动方向延伸并且切向地置于相关联的电动马达(13)两侧。连接至颊板的各两个梁与相应其他颊板的与电动马达(13)正相对的梁互相补充形成英式十字或倾斜十字并且加固电动马达(13)，使得导向格栅(12)吸收在马达平面上的所有水平力。如可以从图1清楚地得出的，导向格栅(12)的支柱为此具有与电动马达(13)的高度大约相对应的宽度。
图3将观察者的注意力转向对本发明必要的导向格栅(12)和肋部(14)的功能性整合。为此目的，在本实施方式中设置有与机翼(10)的主梁和端部板条成直角地延伸的四个肋部(14)，这些肋部分别成对地封装电动马达(13)中的一个或两个电动马达并且因此替代根据图2的导向格栅(12)的切向地延伸的支柱。在此，在翼展方向上在内部的、根据图示在下方的两个电动马达(13)关于流动方向相继布置，从而使得邻接的肋部(14)在其纵向方向上同时置于两个电动马达(13)两侧。在此期间，在翼展方向上在外部的且根据图示因此在上方的两个肋部(14)仅置于唯一的、与端部板条邻接的涵道螺旋桨的电动马达(13)两侧。
在根据图示的俯视图中，机翼因此大约可以被分成四个象限，这些象限中仅三个象限被轴向平行地定向的涵道螺旋桨占据。
在本实施方式中，电动马达(13)被实施为具有经整合的控制器的、空气冷却的内部转子。应理解的是，在替代性设计方案中例如可以在不背离本发明的范围的情况下使用外部转子或液体冷却装置。例如DUFFY,Michael等人公开了另外的示例性的选项：Propulsion scaling methods the era of electric flight(电动飞行时代的推进缩放方法).见：2018AIAA/IEEE Electric Aircraft Technologies Symposium(EATS.IEEE，2018.第1-23页。

Claims (10)

1.一种飞行器，
其特征在于：
-该飞行器具有机翼(10)，该机翼具有整合的涵道螺旋桨(11，12，13)和肋部(14)；
-所述涵道螺旋桨(11，12，13)各自包括涵道环(11)、被布置在该涵道环(11)内部的导向格栅(12)以及由该导向格栅(12)承载的电动马达(13)；并且
-所述肋部(14)被整合到该导向格栅(12)中。
2.根据权利要求1所述的飞行器，
其特征在于：
-所述电动马达(13)是圆柱形的，并且
-所述肋部(14)切向地沿所述电动马达(13)延伸。
3.根据权利要求2所述的飞行器，
其特征在于：
-所述肋部(14)彼此平行地延伸，并且
-由所述肋部(14)中的两个肋部切向地封装相应的所述电动马达(13)。
4.根据权利要求3所述的飞行器，
其特征在于：
-所述电动马达(13)中的至少两个电动马达被相同的肋部(14)封装。
5.根据权利要求1至4之一所述的飞行器，
其特征在于以下特征中的至少一个特征：
-所述涵道螺旋桨(11，12，13)中的至少两个涵道螺旋桨关于该机翼(10)的所设置的流动方向相继布置，或者
-所述涵道螺旋桨(11，12，13)中的至少两个涵道螺旋桨关于该机翼(10)的所设置的流动方向并排布置。
6.根据权利要求5所述的飞行器，
其特征在于：
-所述肋部(14)在流动方向上穿过该机翼(10)。
7.根据权利要求1至4之一所述的飞行器，
其特征在于：
-该飞行器包括大体上竖直的螺旋桨，这些螺旋桨用于产生推进力。
8.根据权利要求7所述的飞行器，
其特征在于：
-这些竖直的螺旋桨是另外的涵道螺旋桨。
9.根据权利要求1至4之一所述的飞行器，
其特征在于：
-所述电动马达(13)中的每个电动马达均包括整合的控制器。
10.根据权利要求1至4之一所述的飞行器，
其特征在于：
-该飞行器能够选择性地被完全自主地控制。
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