CN114074758B - 飞行器和飞行器的生产 - 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(10)，该机翼具有整合的涵道螺旋桨；并且这些涵道螺旋桨各自具有涵道，该涵道具有刚性环，该刚性环由刚性盒和圆弧状的子环(19)组合而成。本发明还涉及一种用于生产这种飞行器的方法。

Description

飞行器和飞行器的生产
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，以及一种用于生产这种飞行器的有利的方法。
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。
EP 2 193 993 A2公开了一种螺旋桨涵道，该螺旋桨涵道大体上由两个环形的构件组合而成。
WO 2005/032939 A1提出，根据模块化系统来生产一种呈部段结构方式的螺旋桨涵道。
US 7,712,701 B1以及CN 205770158 U描述了由单独的周向部段生产的螺旋桨涵道。
发明内容
本发明提供一种飞行器(尤其全电动的、如上所述可垂直地起飞和降落的飞行器)、以及一种用于生产这种交通工具的方法。
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飞行器需要在不同的位置和取向上的驱动单元，这些驱动单元一方面能够应对每个飞行阶段(起飞、爬升、巡航以及降落)并且能够在负荷下抵抗任何弹性变形，然而另一方面不超过可操作的单独部件的数量。
在此，为了向上推进飞行器，代替自由运转的旋翼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。空气通道(duct)——下文被称作涵道——的圆柱形的壳体减小了由于在这样的涵道螺旋桨的叶尖处的涡流而产生的推进损耗。
根据本发明，涵道承载模块式地——即根据组合原则或模块化原则——构造的刚性环，该刚性环由刚性盒和圆弧状的子环组合而成，以便节省成本并且赋予涵道高的几何精度和刚性。
本发明的其他有利的设计方案在下文中给出。因此，可以设置涵道的多个结构变体，其中涵道在每个变体中均承载两个相同的子环。刚性环的通用件的数量可以以此方式被最大化。
总体上，本发明在此公开下述1和10的技术方案，下述2-9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，并且
-这些涵道螺旋桨各自具有涵道，该涵道具有刚性环，该刚性环由刚性盒和圆弧状的子环(19)组合而成。
2.根据前述1所述的飞行器，
其特征在于：
-所述刚性盒包括第一刚性盒(17)和第二刚性盒(18)，并且
-所述第一刚性盒(17)和所述第二刚性盒(18)在其高度上不同。
3.根据前述2所述的飞行器，
其特征在于：
-这些涵道螺旋桨包括具有不同结构的涵道，并且
-所述第一刚性盒(17)、所述第二刚性盒(18)、以及所述子环(19)各自在所有的涵道结构中均是相同的。
4.根据前述2或3所述的飞行器，
其特征在于：
-在每种结构中，该涵道承载所述第一刚性盒(17)中的一个第一刚性盒、所述第二刚性盒(18)中的一个第二刚性盒、以及所述子环(19)中的两个子环，并且
-这两个子环(19)在该涵道的彼此正相对的侧面上将该第一刚性盒(17)与该第二刚性盒(18)相连接。
5.根据前述4所述的飞行器，
其特征在于：
-具有不同的结构的两个相邻的涵道彼此被定向成使得这两个涵道的第一刚性盒(17)朝向彼此。
6.根据前述2至5之一所述的飞行器，
其特征在于：
-所述第一刚性盒(17)、所述第二刚性盒(18)、以及所述子环(19)具有通用地可组合的连接点。
7.根据前述1至6之一所述的飞行器，
其特征在于：
-这些涵道相应地由入口模块(11)和出口模块(14)组合而成，并且
-所述出口模块(14)承载所述刚性环。
8.根据前述1至7之一所述的飞行器，
其特征在于：
-所述涵道具有带有插入件的蜂窝芯，并且
-所述涵道多层地被涂覆以碳纤维增强的塑料。
9.根据前述1至8之一所述的飞行器，
其特征在于：
-这些涵道螺旋桨各自包括导向格栅(12)和由该导向格栅(12)承载的电动马达(13)，并且
-所述出口模块(14)具有凹口(20)，这些凹口用于将该导向格栅(12)嵌入到相应的涵道中。
10.一种用于生产根据前述1至9之一所述的飞行器的方法，其特征在于：
-涵道各自由刚性盒和子环(19)组合而成，并且
-涵道螺旋桨在不同的安装位置被插入到机翼(10)中。
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示出具有半透明的板和外蒙皮的机翼的等距视图。
图2示出不具有马达的机翼的涵道螺旋桨的等距视图。
图3示出与图2相对应的从高处看的视图。
图4示出具有部分透明的入口和出口的螺旋桨的等距视图。
图5示出在不同的结构变体中的两个涵道部件的正视图。
图6示出具有部分透明的入口和出口的两个涵道的等距视图。
图7至图9示出涵道与导向格栅之间的接合连接。
具体实施方式
图1展示了用于选择性地完全自主的或手动控制的飞行器的机翼(10)的结构，该机翼被梁和肋部大致分成四个象限。在这四个象限中的三个象限中各自整合有涵道螺旋桨，该涵道螺旋桨的布置在涵道内的导向格栅(12)承载中央的电动马达(13)。为此，这三个圆柱形的电动马达(13)均径向地与相应的导向格栅(12)相拧接，其方式为使得该导向格栅的由碳纤维增强的塑料(CFK)制成的支柱能够以轴对称且旋转对称的布置方式从相对的侧面承载电动马达(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所属的电动马达(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。如可以隐约从图示中看到的，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2和图3展示了涵道的不同的结构变体(X，Y)。根据本发明，该变体方案可以通过在图4中借助结构变体Y所展示的模块化系统来实现，根据该模块化系统在本发明中由入口模块(11)和出口模块(14)组合而成的涵道藉由多件式的环被加固。
刚性环进而由相对较高的第一刚性盒(17)、更扁平的第二刚性盒(18)、以及两个圆弧状的子环(19)组合而成，这些子环在涵道的彼此正相对的侧面上将第一刚性盒(17)与第二刚性盒(18)相连接。
借助根据图5的图示来展示第一刚性盒(17)和第二刚性盒(18)高度不同的理由：在此可以清楚地看到，出口模块(14)还具有在其圆周上可变的高度，该高度决定了需对设置在相反的周向位置上的第一刚性盒(17)和第二刚性盒(18)的形状进行适配。
图6展示了在两种不同的结构变体(X，Y)中将所描述的单独元件组合成刚性环的可能性。因此，这三个模块的通用的接口允许以自由选择的布置方式针对这些涵道中的每个涵道将这些相同的子环(19)中的两个子环与第一刚性盒(17)和第二刚性盒(18)中的各一个刚性盒相连接。例如在本发明的配置中，不同的结构变体(X，Y)的两个相邻的涵道彼此被定向成使得这两个涵道的第一刚性盒(17)朝向彼此，而其第二刚性盒(18)背离彼此。
结合图7、图8以及图9展示了：借助这两个结构变体的两个示例性涵道，最终可以如何将所属的导向格栅(12)借助于出口模块(14)的径向凹口(20)根据图示从下方接合到该径向凹口中。
螺旋桨的单独的涵道例如能够由带有插入件(insert)的蜂窝芯组合而成并且然后优选多层地被涂覆以碳纤维增强的塑料(CFK)。就本发明而言，CFK可以被理解成如下任何复合材料：在该复合材料中，碳纤维被嵌入到塑料基质中，该塑料基质用于连接纤维以及填充间隙。在此，在不背离本发明的范围的情况下，除了常规的环氧树脂，也可以考虑将其他的硬质塑料或热塑料作为基质。
在本实施方式中，电动马达(图1中的13)被实施为具有整合的控制器的、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 (8)

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，并且
-这些涵道螺旋桨各自具有涵道，该涵道具有刚性环，该刚性环由刚性盒和圆弧状的子环(19)组合而成，
-所述刚性盒包括第一刚性盒(17)和第二刚性盒(18)，并且
-所述第一刚性盒(17)和所述第二刚性盒(18)在其高度上不同，
-这些涵道螺旋桨包括具有不同结构的涵道，并且
-所述第一刚性盒(17)、所述第二刚性盒(18)、以及所述子环(19)各自在所有的涵道结构中均是相同的。
2.根据权利要求1所述的飞行器，
其特征在于：
-在每种结构中，该涵道承载所述第一刚性盒(17)中的一个第一刚性盒、所述第二刚性盒(18)中的一个第二刚性盒、以及所述子环(19)中的两个子环，并且
-这两个子环(19)在该涵道的彼此正相对的侧面上将该第一刚性盒(17)与该第二刚性盒(18)相连接。
3.根据权利要求2所述的飞行器，
其特征在于：
-具有不同的结构的两个相邻的涵道彼此被定向成使得这两个涵道的第一刚性盒(17)朝向彼此。
4.根据权利要求1至3之一所述的飞行器，
其特征在于：
-所述第一刚性盒(17)、所述第二刚性盒(18)、以及所述子环(19)具有通用地可组合的连接点。
5.根据权利要求1至3之一所述的飞行器，
其特征在于：
-这些涵道相应地由入口模块(11)和出口模块(14)组合而成，并且
-所述出口模块(14)承载所述刚性环。
6.根据权利要求1至3之一所述的飞行器，
其特征在于：
-所述涵道具有带有插入件的蜂窝芯，并且
-所述涵道多层地被涂覆以碳纤维增强的塑料。
7.根据权利要求5所述的飞行器，
其特征在于：
-这些涵道螺旋桨各自包括导向格栅(12)和由该导向格栅(12)承载的电动马达(13)，并且
-所述出口模块(14)具有凹口(20)，这些凹口用于将该导向格栅(12)嵌入到相应的涵道中。
8.一种用于生产根据权利要求1至7之一所述的飞行器的方法，
其特征在于：
-涵道各自由刚性盒和子环(19)组合而成，并且
-涵道螺旋桨在不同的安装位置被插入到机翼(10)中
-所述刚性盒包括第一刚性盒(17)和第二刚性盒(18)，并且
-所述第一刚性盒(17)和所述第二刚性盒(18)在其高度上不同，
-这些涵道螺旋桨包括具有不同结构的涵道，并且
-所述第一刚性盒(17)、所述第二刚性盒(18)、以及所述子环(19)各自在所有的涵道结构中均是相同的。
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