CN115027682A - 包括可移动的空气动力学部件的发动机 - Google Patents

包括可移动的空气动力学部件的发动机 Download PDF

Info

Publication number
CN115027682A
CN115027682A CN202210196987.3A CN202210196987A CN115027682A CN 115027682 A CN115027682 A CN 115027682A CN 202210196987 A CN202210196987 A CN 202210196987A CN 115027682 A CN115027682 A CN 115027682A
Authority
CN
China
Prior art keywords
engine
aerodynamic
aircraft
movement
aerodynamic element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210196987.3A
Other languages
English (en)
Inventor
X·奥乔亚德埃里贝马丁内斯
I·乌加特艾兹曼迪
A·班萨尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lily Air Co ltd
Original Assignee
Lily Air Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lily Air Co ltd filed Critical Lily Air Co ltd
Publication of CN115027682A publication Critical patent/CN115027682A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B64C29/0008—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded
    • B64C29/0016—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers
    • B64C29/0033—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers the propellers being tiltable relative to the fuselage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00—Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/24—Transmitting means
    • B64C13/26—Transmitting means without power amplification or where power amplification is irrelevant
    • B64C13/28—Transmitting means without power amplification or where power amplification is irrelevant mechanical
    • B64C13/30—Transmitting means without power amplification or where power amplification is irrelevant mechanical using cable, chain, or rod mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00—Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/24—Transmitting means
    • B64C13/26—Transmitting means without power amplification or where power amplification is irrelevant
    • B64C13/28—Transmitting means without power amplification or where power amplification is irrelevant mechanical
    • B64C13/32—Transmitting means without power amplification or where power amplification is irrelevant mechanical using cam mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plants using steam or spring force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D33/00—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D33/00—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
    • B64D33/04—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of exhaust outlets or jet pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
    • F02K1/06—Varying effective area of jet pipe or nozzle
    • F02K1/11—Varying effective area of jet pipe or nozzle by means of pivoted eyelids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K5/00—Plants including an engine, other than a gas turbine, driving a compressor or a ducted fan
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/001—Shrouded propellers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/30—Blade pitch-changing mechanisms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F05D2220/323—Application in turbines in gas turbines for aircraft propulsion, e.g. jet engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/90—Application in vehicles adapted for vertical or short take off and landing (v/stol vehicles)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

本发明提供了一种垂直起降飞行器(300)的发动机(310)，其中该发动机配置成能够相对于飞行器(300)的飞行器部件(342)在用于起降的悬停位置和用于向前飞行的巡航位置之间移动，其中发动机(310)包括具有至少一个空气动力学元件(334)的空气动力学部件(332)，该空气动力学元件(334)在第一位置(336)和第二位置(338)之间可移动，该空气动力学元件限定与穿过发动机的气流接触的空气动力学表面。

Description

包括可移动的空气动力学部件的发动机
技术领域
本发明涉及一种垂直起降飞行器的发动机，其中该发动机配置为能够 相对于飞行器的飞行器部件在用于起降的悬停位置和用于向前飞行的巡 航位置之间移动，并且其中该发动机包括具有至少一个空气动力学元件的 空气动力学部件，该空气动力学元件限定与穿过发动机的气流接触的空气 动力学表面。此外，本发明涉及一种包括这种发动机的垂直起降飞行器。
背景技术
在过去的几年中，垂直起降飞行器(VTOL飞行器)因其能够在有限 大小的区域(诸如城市区域)起降而受到越来越多的关注。大量的研究和 开发工作致力于优化VTOL飞行器的发动机，以提高发动机在悬停模式(用 于起降)以及巡航模式(用于向前飞行)下的效率和性能。VTOL飞行器 发动机设计中的挑战之一是发动机的空气动力学，诸如导管内壁的形状、 进气部分和排放部分的流动面积、转子和定子叶片的形状和角度等，只能 针对单一流动条件进行优化。然而，特别是在VTOL飞行器中，一方面在 起降期间的悬停模式与另一方面在向前飞行期间的巡航模式之间，发动机 的运行要求和负载都有很大的不同。因此，VTOL飞行器的发动机通常尺 寸过大以允许在两种模式下都能可靠运行。
作为用于通过可移动空气动力学元件改变发动机内的空气动力学条 件的示例，可变面积排放喷嘴在过去已经被用于常规喷气式飞机的燃气涡 轮发动机，其改变发动机的排放喷嘴面积，以便针对不同的飞行情况优化 流动条件。这可以导致能量消耗的减少，同时能够产生适合于特定飞行情 况的特定需求的推力。特别地，可变面积排放喷嘴可以适应发动机排放部 分处的静压，以便为不同的运行条件产生优化的流动条件。常规地，可变面积排放喷嘴由专用致动器调节。
US 4176792A公开了一种收缩-扩张型喷嘴，其包括四杆联动系统和用 于多个夹爪的多个伺服致动器，以改变排放喷嘴面积。这样的一种可变面 积排放喷嘴具有多个复杂的联接部件，并且由于其重量大而消耗大量的燃 料。
另一种用于发动机的可变面积排放喷嘴从US 10570926B2中已知，并 且包括由专用致动器根据飞行模式进行调节的夹爪。同样，致动器给飞机 增加了相当大的重量并增加了燃料消耗。此外，喷嘴对安装空间的需求很 大。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种在不同运行模式下具有改进的空气动 力学条件，同时限制复杂性和/或重量的发动机。
该目的通过垂直起降飞行器的发动机实现，其中发动机配置为能够相 对于飞行器的飞行器部件在用于起降的悬停位置和用于向前飞行的巡航 位置之间移动，其中该发动机包括具有在第一位置和第二位置之间可移动 的至少一个空气动力学元件的空气动力学部件，该空气动力学元件限定与 穿过发动机的气流接触的空气动力学表面，其中发动机配置为当发动机处 于悬停位置时将空气动力学元件设置到第一位置并且当发动机处于巡航 位置时将空气动力学元件设置到第二位置。因此，根据本发明的重要特征， 提供了一种能够根据飞行模式移动的空气动力学元件，从而允许改变发动 机内的空气动力学条件并调整空气流以实现发动机在悬停模式和巡航模 式下的优化运行。特别地，移动空气动力学元件会移动空气动力学表面， 例如其相对于吸入气流的角度或气流与空气动力学表面碰撞的角度。另外 或可替代地，移动空气动力学元件可以改变发动机或发动机的一部分的流动区域或空气动力学横截面，从而根据飞行模式改变发动机的运行特性。 因此，可以调整空气动力学部件，从而确保相等或相似的流动系数和减少 的摩擦损失，以及发动机在悬停模式和巡航模式下均在有效运行点运行。
在本发明的优选实施例中，发动机可以包括具有连接到空气动力学部 件的第一端和适于连接到飞行器部件的第二端的传动装置，其中传动装置 适于将发动机相对于飞行器部件的移动转换成至少一个空气动力学元件 的移动中。因此，在使用这种发动机的垂直起降飞行器中，发动机在巡航 位置和悬停位置之间的移动可以直接传递到空气动力学部件的空气动力 学元件，从而移动空气动力学元件。因此，空气动力学部件可以设置为用于特定飞行模式(悬停或巡航)的合适配置。作为传动装置的第一个优点， 可以省略用于驱动空气动力学部件的单独致动器，从而可以降低发动机的 复杂性和重量。由于传动装置可以是完全的机械装置，因此可以避免额外 的电气或机电部件，诸如致动器控制系统。作为传动装置的第二个优点， 由于空气动力学部件的移动是由发动机的移动决定的，因此可以省去控制 和测试方面的一个自由度，这导致控制工作的减少和安全性的提高。此外， 不再需要针对发动机的每个位置对空气动力学部件的每个位置进行测试， 因此测试工作量也显著降低。
相对于其可移动地安装发动机的飞行器部件可以是机翼，诸如机翼或 鸭翼，或者可以是飞行器的机身或固定到飞行器的机翼或机身的部件。因 此，优选地选择相对于飞行器的主载体固定的结构作为控制空气动力学部 件的移动的参考点。
在本发明的优选实施例中，发动机相对于飞行器部件在悬停位置和巡 航位置之间的移动范围包括第一范围和第二范围，其中传动装置配置为当 发动机在第一范围内移动时具有第一传动比并且当发动机在第二范围内 移动时具有低于第一传动比的第二传动比。因此，根据发动机相对于飞行 器部件的位置，传动装置设有不同的传动比。例如，即使发动机以恒定的 角速度从悬停模式枢转到巡航模式，空气动力学元件的相关枢转移动也可 以根据发动机的位置以两种或更多种不同的速度执行。空气动力学部件的 位置因此可以根据发动机的每个位置的需要来设置。
此外，发动机相对于飞行器部件在悬停位置和巡航位置之间的移动范 围可以包括怠速范围，其中发动机在怠速范围内的移动不会转化为空气动 力学元件的移动。特别地，在发动机在怠速范围内的移动期间，空气动力 学元件相对于发动机的位置可以固定的。以这种方式，空气动力学部件的 调节可以在悬停位置和巡航位置之间的中间状态内进行调整。
为了用简单的机械装置实现怠速范围的功能，空气动力学元件或传动 装置可以保持与机械止动件邻接，以在怠速范围内固定空气动力学元件相 对于发动机的位置，和/或传动装置可以包括弹性构件，该弹性构件被布置 成适应发动机在怠速范围内相对于飞行器部件的移动，使得发动机的移动 不会转换为空气动力学部件的移动。
传动装置可以优选地包括联动装置，例如杆和/或凸轮机构，更特别地 是开槽凸轮。尤其是当使用凸轮机构时，通过选择凸轮机构的凸轮表面的 特定形状(诸如开槽凸轮的槽的形状)，空气动力学元件的移动可以被预 定为取决于发动机与飞行器部件之间的相对位置。此外，空气动力学元件 可以通过弹性构件(例如拉伸弹簧)朝向第一位置或朝向第二位置偏置， 从而通过使用简单的机械装置来移动空气动力学元件。
在本发明的另一个实施例中，空气动力学部件包括第一空气动力学元 件和第二空气动力学元件，其中第一空气动力学元件和第二空气动力学元 件通过连杆机构彼此连接，该连杆机构优选地包括联动件和/或开槽凸轮， 使得第一空气动力学元件的移动驱动第二空气动力学元件的移动。因此， 传动装置可以仅驱动第一空气动力学元件，而第二空气动力学元件(或任 何附加空气动力学元件)可以由所述第一空气动力学元件通过连杆机构驱 动。因此，可以省去用于第二空气动力学元件(或任何其他空气动力学元 件)的附加传动装置或致动器。
根据本发明的另一实施例，发动机可以包括空气动力学控制装置，该 空气动力学控制装置适于基于发动机相对于飞行器部件的移动来控制空 气动力学元件的移动。因此，由于通过控制装置的专用控制，空气动力学 元件的移动与发动机在悬停位置与巡航位置之间的移动直接相关。在这个 意义上，专用控制意味着控制装置在电子级和/或硬件级上运行，这确保至 少在飞行器的正常(非紧急)运行状态下，控制装置的运行不会被飞行器的飞行计算机和/或飞行员命令所支配。以这种方式，可以省去控制和测试 方面的一个自由度，这导致控制工作的减少和安全性的提高。此外，不再 需要针对发动机的每个位置对空气动力学部件的每个位置进行测试，因此 测试工作也显著减少。
例如，控制装置可被连接以接收来自发动机模式致动器的驱动发动机 在悬停位置与巡航位置之间移动的信号。附加地或可替代地，控制装置可 以是传动装置的一部分或连接到传动装置，诸如在上述各种实施例中描述 的传动装置。
在本发明的优选实施例中，空气动力学部件是安装到发动机的排放部 分的可变面积排放喷嘴，并且其中空气动力学元件是可变面积排放喷嘴的 挡板或夹爪，该挡板或夹爪适于偏转发动机的排放气流并限定发动机的排 放区域。通过调节发动机的排放区域，发动机内的静压可以适应当前的负 载和特定的飞行模式，从而允许发动机在悬停以及巡航期间都在相等或至 少相似的有效运行点上运行。
更具体地，如果当从发动机的推力方向观察时空气动力学元件可以是 大致C形的夹爪，这允许夹爪至少部分地围绕排放区域。例如，当夹爪被 布置成使得它们的C形彼此面对时，两个大致C形的夹爪可以限定排放区 域，并允许在喷嘴的打开位置与闭合位置之间改变排放区域。此外，根据 至少一个夹爪的特定C形形状，排放区域可以被配置成圆形形式，或者可 替代地，配置成大致多边形形式，例如大致矩形形式。为了减少湍流，大 致的多边形可以具有圆形边缘。
已经发现，如果巡航排放喷嘴面积(即喷嘴在闭合位置的排放横截面 面积)与悬停排放喷嘴面积(即喷嘴在打开位置的排放横截面面积)之间 的比在0.53至0.76的范围内，优选地在0.61至0.69的范围内，最优选地 设置为0.65，则发动机并且因此飞行器实现最佳性能。
在本发明的另一实施例中，空气动力学部件可以是发动机的转子，该 转子适于相对于定子围绕发动机转动轴线转动，其中空气动力学元件是转 子的转子叶片，其中转子叶片优选地安装到转子的毂部分，从而在第一位 置和第二位置之间可移动。特别地，转子叶片可以可枢转地安装到毂部分， 其中枢转轴线相对于发动机转动轴线径向地定向。因此，可以调节转子叶 片相对于吸入气流的角度，以允许流动条件适合于期望的负载和/或特定的 飞行模式。
本发明还提供了一种垂直起降的飞行器，其包括诸如机身、机翼等飞 行器部件，以及根据如上所述的本发明的实施例配置的一个或多个发动 机。该垂直起降飞行器可以包括机翼和多个发动机，优选地超过5个发动 机，更优选地超过10个发动机，它们彼此相邻地安装到机翼，以便形成 一排，以允许相邻发动机的气流合并并彼此支撑。这实现了分布式推进。
发动机中的每一者都能够独立于其他发动机相对于机翼枢转。特别 地，每个发动机可以相对于机翼枢转，以处于不同于其他发动机的位置(相 对于机翼的角度)，尤其是不同于其相邻发动机或所有其他发动机的位置。 以这种方式，可以增强操作的可操作性和冗余性。
可替代地，承载固定到其上的多个发动机(例如3个发动机)的发动 机装置可以用于通过枢转发动机装置来允许一致地枢转多个发动机。此 外，这样的发动机装置可以具有一个公共可变面积排放喷嘴，使得多个发 动机的所有发动机的排放区域由公共可变面积排放喷嘴控制。发动机装置 的多个发动机可以布置成排，特别是在横向方向上延伸的一排，使得发动 机彼此相邻并排放置。
在本发明的所有实施例中，至少一个发动机或至少一个发动机装置可 以安装到机翼的后缘，以便提供对机翼上的空气动力学负载的控制。此外， 至少一个发动机或至少一个发动机装置可以安装在机翼的上部，以控制机 翼上侧的气流。
附图说明
本发明将相对于参考所附附图的特定实施例进行更详细地描述，其 中：
图1示出了配备有根据本发明第一实施例的发动机装置和可变面积排 放喷嘴的飞行器的示意性布局。
图2a和图2b分别示出了配备有根据本发明的第一实施例和第二实施 例的可变面积排放喷嘴的发动机装置的横截面视图。
图3a和图3b示出了根据本发明的第三实施例的处于闭合位置(图3a) 和打开位置(图3b)的可变面积排放喷嘴。
图4示出了根据本发明的第四实施例的发动机的横截面。
具体实施方式
在整个本公开中，方向通常指在飞行器平行于地面停放或飞行的情 况。这意味着，飞行器的航向方向X沿着飞行器的翻滚轴线延伸，横向方 向Y沿着飞行器的横向轴线(俯仰轴线)水平延伸，而竖直方向Z沿着飞 行器的竖直轴线(偏航轴线)向上延伸。
在图1中，垂直起降飞行器(VTOL飞行器)通常由附图标记100表 示。飞行器100包括机身101和机翼102，例如布置在机身101后部部分 的一对机翼102a和位于机身101前部部分的一对鸭翼102b。每个机翼102 承载至少一个、优选多个发动机装置106，每个发动机装置包括至少一个 发动机110，特别是电动发动机，诸如电动涵道风扇。在图示的示例中，每个发动机装置106包括三个发动机110。
多个发动机110(优选地超过5个发动机)可以彼此相邻地布置成一 排，以便允许相邻发动机的气流合并并彼此支撑，从而形成在横向方向上 具有相对较大宽度的连续气流。在示出的示例中，尾翼102a中的每一者都 承载超过10个，特别是12个发动机，其中鸭翼102b中的每一者都承载 超过5个，特别是6个发动机，导致总数超过30个，特别是正好36个发 动机，使得飞行器能够以高冗余、高效率和低噪音运行。
每个发动机装置106可枢转地安装到其机翼102，以便能够围绕横向 发动机枢转轴线在适于起降的悬停位置与适于向前飞行的巡航位置之间 枢转，在悬停位置，发动机装置106的至少一个发动机110的推力方向定 向在竖直方向Z上，在巡航位置，发动机装置106的至少一个发动机110 的推力方向定向为基本上平行于航向方向X。
根据本发明的第一实施例，每个发动机装置106都包括安装到发动机 装置106的排放部分的可变面积排放喷嘴130。可变面积排放喷嘴130优 选地包括夹爪装置132，该夹爪装置132具有至少一个可移动夹爪134， 优选两个夹爪，其适于在限定相对大的排放喷嘴面积的打开位置与限定相 对小的排放喷嘴面积的闭合位置之间移动。
优选地，一个发动机装置仅具有一个可变面积排放喷嘴130，使得在 一个发动机装置106包括多个发动机(例如三个发动机110)的情况下， 所有发动机的排放区域由公共可变面积排放喷嘴控制。
根据本发明的优选特征，发动机110在悬停位置和巡航位置之间的移 动被转换为至少一个夹爪装置132在打开位置和闭合位置之间的移动。在 第一实施例中，这种转换可以受到可变面积排放喷嘴130的控制设备190 的影响。所述控制设备190可以通过互连单元190b与发动机110的控制设 备190a互连。该互连单元190b可以是电连接或信号连接。在这种情况下， 夹爪装置132由专用致动器调节，该致动器由控制设备190根据发动机110 的移动来控制。然而，可以通过机电连接或机械连接来实现相同的功能。
至少一个夹爪在打开位置和闭合位置之间可移动。根据图1的发动机 处于水平推力方向的巡航位置。夹爪装置132的夹爪134处于闭合位置。
可变排放喷嘴130可以被移动以限定不同的排放喷嘴面积，特别地， 当设置为关闭或巡航配置时为巡航排放喷嘴面积，且当设置为打开或悬停 配置时为悬停排放喷嘴面积。通过在巡航排放喷嘴面积与悬停排放喷嘴面 积之间改变排放喷嘴面积，排放部分处的静压被改变，因此在巡航和悬停 位置可以调整空气动力学特性。因此，发动机110可以根据需要有效地运 行，特别是在巡航和悬停飞行期间，在大约类似的性能操作点和/或类似的流动条件下有效地运行。已经发现，如果巡航排放喷嘴面积与悬停排放喷 嘴面积之间的比在0.53至0.76的范围内，优选地在0.61至0.69的范围内， 最优选地设定为0.65，则发动机实现最佳性能，并且因此飞行器实现最佳 性能。
图2a示出了处于巡航位置的第一实施例的发动机装置106的细节。发 动机110包括在航向方向X上从入口部分114伸长到排放部分116的发动 机壳体112。在发动机壳体112内，布置有具有转子叶片124和定子叶片 126的转子122。定子叶片126将转子122保持在发动机壳体112的中心。
邻近排放部分116，可变面积排放喷嘴130安装到发动机壳体112。可 变面积排放喷嘴130包括夹爪装置132，该夹爪装置132具有能围绕夹爪 枢转轴线134a移动的至少一个夹爪134，夹爪枢转轴线134a可以布置在 横向方向Y上。夹爪枢转轴线134a用点划线示出。夹爪装置132在打开 位置136(未示出)与闭合位置138之间可移动。
在闭合位置138，两个相邻夹爪134可以在基本上竖直的方向Z上彼 此邻接。此外，相邻夹爪134的外周表面135之间的距离133在翻滚轴线 X方向上从排放部分116处的一端朝向相对端减小。至少一个夹爪134可 以形成有当沿翻滚轴线X的方向上观察时的C形横截面。
图2b示出了发动机装置和可变面积排放喷嘴的第二实施例，其基本 上对应于图2a的实施例。因此，在图2b中，类似的部件具有与图2a中相 同的附图标记，但是增大了100。例如，图2b所示的闭合位置238对应于 图2a所示的闭合位置138。此外，发动机装置206和可变面积排放喷嘴230 仅在不同于图2a中第一实施例的可变面积排放喷嘴130和发动机装置106 时才在下文中进行描述，并且参考第一实施例关于所有其他特征和功能的 描述。
发动机装置206包括从入口部分214伸长到排放部分216的发动机壳 体212。此外，发动机壳体212容纳具有转子叶片224和定子叶片226的 转子222。
邻近发动机壳体212，布置有可变面积排放喷嘴230。可变面积排放 喷嘴230包括夹爪装置232，该夹爪装置232具有能围绕夹爪枢转轴线234a 移动的至少一个夹爪234。该夹爪枢转轴线234a可以沿横向方向Y布置。
根据第二实施例，夹爪装置可具有两个夹爪234，这两个夹爪234在 用虚线表示的闭合位置238彼此靠近，并且在它们之间形成闭合距离或巡 航排放喷嘴面积238a。处于由实线标记的打开位置236的夹爪装置232在 两个夹爪234之间形成打开距离或悬停排放喷嘴面积236a。至少一个夹爪 234可以具有在横向方向Y上观察的大致梯形的形状。
排放喷嘴面积238a、236a由可变面积排放喷嘴的横截面形状和距离d 来确定。可变面积排放喷嘴230可以具有在翻滚轴线X的方向上观察的矩 形横截面。
图3a和图3b示出了可变面积排放喷嘴的第三实施例，其基本上对应 于图2a和图2b的第一实施例和第二实施例。因此，在图3a和图3b中， 类似的部件具有与图2a中和图2b中相同的附图标记，但是分别增大了200 和增大了100(例如，夹爪枢转轴线334a类似于夹爪枢转轴线134a和夹 爪枢转轴线234a，飞行器300类似于飞行器100，发动机装置306类似于 发动机装置106)。此外，可变面积排放喷嘴330仅在不同于图2a的可变 面积排放喷嘴130和图2b的可变面积排放喷嘴230时才在下文进行描述。
第三实施例的夹爪装置332包括至少一个夹爪334，夹爪334通过安 装部分340安装到发动机310的排放部分316，尤其是发动机壳体312。 安装部分340可以是铰链或联动件等。至少一个夹爪334能在虚线所示的 打开位置336与实线所示的闭合位置338之间移动。
参考图3a和图3b，在巡航位置306a，发动机310的推力方向TH可 以平行于航向方向X或翻滚轴线，或者可以相对于航向方向X或翻滚轴线 倾斜小于15度的角度。此外，在悬停位置306b，发动机310的推力方向 TV可以平行于竖直方向Z，或者可以相对于竖直轴线Z倾斜小于15度的 角度。如果发动机310从巡航位置306a转动到悬停位置306b，则至少一 个夹爪334从闭合位置338移动到打开位置336。
发动机310能围绕发动机枢转轴线344相对于飞行器部件342移动。 发动机310的这种移动可以由马达(未示出)以公知的方式驱动。
为了将发动机310的移动转换成至少一个夹爪334的移动，提供了传 动装置350，其包括联动装置356和凸轮机构358。例如，联动装置356 是杆，凸轮机构358是开槽凸轮。所述传动装置350的第一端352连接到 夹爪装置332，且第二端354连接到飞行器部件342，飞行器部件342可 以是飞行器100的机翼302。
在第二端354处，联动装置356通过铰链接头以相对于发动机枢转轴 线344的偏移距离362连接到飞行器部件342。所述联动装置356通过另 一铰链接头连接到凸轮机构358。所述凸轮机构358连接到至少一个夹爪 334。凸轮机构358能围绕凸轮轴线366移动，凸轮轴线366用点划线表 示。
发动机310能相对于飞行器部件342在如图3b所示的悬停位置与如 图3a所示的巡航位置之间移动大约90°。当发动机310围绕发动机枢转 轴线344移动时，联动装置356也进行移动。由于铰链接头，当发动机310 转动时，凸轮机构358围绕凸轮轴线366转动。
根据第三实施例，凸轮机构358包括彼此接合的开槽凸轮370和销 364a。销364a与夹爪装置332固定连接。当开槽凸轮370移动时，销364a 根据开槽凸轮370的槽的形状完成移动。这个移动导致夹爪装置332和至 少一个夹爪334的移动。在发动机的制造过程中，槽的形状可以例如通过 将夹爪334(例如在模拟或几何计算中)转动到巡航模式与悬停模式之间 的发动机的每个位置下的期望角度并且确定销364a的相应路径(从而限定 槽的路径)来设计。在运行中，当发动机枢转时，销364a则被迫沿着这个 路径。
凸轮机构358(特别是开槽凸轮370的槽)可以包括具有限定第一传 动比的第一形状的第一部分372a和具有限定第二传动比的第二形状的第 二部分372b。销364a在第一部分372a内的移动可以导致夹爪334以较高 速度移动，销364a在第二部分372b内的移动可导致夹爪334以较低速度 移动。这意味着，就发动机310相对于飞行器部件342的移动而言，例如 在巡航位置或巡航位置附近提供了第一范围，在第一范围中夹爪334以相 对较高的速度打开或关闭，同时例如在悬停位置或悬停位置附近提供了第 二范围，在第二范围中夹爪334以相对较低的速度打开或关闭。因此，夹 爪334的移动速度与发动机的移动不是严格的线性关系，而是对于发动机 的不同位置可以是不同的。因此，排放喷嘴面积根据夹爪334的张开角度 α并相对于飞行器部件342与发动机310之间的发动机角度β来确定。
此外，开槽凸轮370的槽可以包括第三部分(未示出)，在第三部分 中槽沿着围绕凸轮轴线366的恒定半径的圆形截面，使得开槽凸轮370与 销364a之间在圆形截面内的相对移动不会导致销364a围绕夹爪轴线334a 的移动，因此保持夹爪334相对于发动机310的角度位置固定。换句话说， 只要销364a在槽的第三部分内移动，发动机310相对于飞行器部件342 的移动就不会被转换成夹爪334的移动。
夹爪装置332可以包括多个夹爪，例如两个夹爪334b、334c。这些夹 爪334b、334c可以通过连杆机构380彼此连接。所述连杆机构380可以是 与夹爪334b、334c固定在一起的铰链。一个夹爪334b的移动通过连杆机 构380传递到至少另一个夹爪334c。因此，根据发动机310的移动并由其 驱动，两个夹爪334b、334c例如从闭合位置338移动到打开位置336。两个夹爪334b、334c的移动可以基本上同时进行。可替代地，两个夹爪334b、 334c可以以交错的方式打开和闭合。
图4示出了根据本发明的第四实施例的发动机。在该实施例中，发动 机710包括基本上柱形的管道712，其限定对应于推力方向T的发动机中 心轴线E。管道712的内表面优选地设计成优化空气流动特性并降低发动 机710的噪音。管道712的外表面可以设计为辅助抬升，使得发动机与机 翼一起形成飞行器的升力结构的一部分。
发动机710还包括固定到管道712的定子726，其在管道712的中央 承载毂部分727。毂部分727包括电动机729，其驱动转子722以围绕发 动机轴线E转动。转子722包括在毂部分727和管道712的内表面之间延 伸的转子叶片724，使得叶片724的转动沿推力方向T推进通过发动机710 的吸入气流FI。气流在管道712的排放部分716处离开发动机710以形成 排放气流FE。
根据本发明，在第四实施例中，转子722形成本发明意义上的空气动 力学部件，并且至少一个转子叶片724、优选所有转子叶片724形成本发 明意义上的空气动力学元件。特别地，至少一个转子叶片724可以是可移 动的，从而改变叶片相对于吸入气流FI的倾斜度，如图4中的放大图B 所示。特别地，在巡航模式下，叶片724和吸入气流FI之间的角度可以更大，如放大图B中的虚线733所示，而在悬停模式下，吸入气流FI和叶 片724之间的角度可以更小，如放大图B中的实线735所示。为了改变角 度，叶片724可以安装成可围绕其纵向轴线r转动，该纵向轴线r可以是 相对于发动机中心轴线E的径向轴线。
通过如上所述改变叶片724和吸入气流FI之间的角度，可以改变发动 机710内的静压，并且因此，发动机710可以在巡航飞行和悬停飞行期间 在大约类似的有效操作点和/或类似的流动条件下有效地运行。
此外，转子叶片724在巡航模式和悬停模式之间的移动可以由致动器 737驱动，例如连接到控制设备的机电元件。优选地，致动器737接收来 自发动机控制设备(未示出)的控制发动机在巡航模式和悬停模式之间的移 动的控制信号，使得转子叶片724的移动与发动机的移动直接相关并且因 此与飞行器的飞行模式直接相关。该操作相关性优选地建立在不需要任何 飞行员交互或来自飞行器的飞行计算机的任何命令的硬件级或较低的软件级上，或者建立在甚至确保操作不会以任何方式由飞行员或飞行计算机 改变的硬件级或较低的软件级上。
作为专用机电致动器的替代方案，一个或多个转子叶片724在巡航模 式和悬停模式之间的移动可以通过传动装置由发动机710的枢转移动驱 动，例如，使用杆、凸轮机构或带轮机构的传动装置，诸如以上关于图3a 至图3b所描述的。
在图4所示的实施例中，可以省略在其他实施例中使用的可变面积排 放喷嘴，并且排放部分在悬停模式和巡航模式下都可以具有恒定的排放面 积。可替代地，可调整的转子叶片和可变面积排放喷嘴可以结合使用。

Claims (16)

1.一种垂直起降飞行器的发动机(110-710)，其中所述发动机配置为能够相对于所述飞行器的飞行器部件(102，342)在用于起降的悬停位置与用于向前飞行的巡航位置之间移动，
其特征在于，所述发动机包括具有至少一个空气动力学元件(134-334，724)的空气动力学部件(132-332，722)，所述空气动力学元件能够在第一位置和第二位置之间移动，所述空气动力学元件限定与穿过所述发动机的气流接触的空气动力学表面，
其中所述发动机配置为当所述发动机处于所述悬停位置时将所述空气动力学元件设置到所述第一位置，并且当所述发动机处于所述巡航位置时将所述空气动力学元件设置到所述第二位置。
2.根据权利要求1所述的发动机，包括传动装置(350)，所述传动装置具有连接到所述空气动力学部件的第一端和适于连接到所述飞行器部件的第二端，其中所述传动装置适于将所述发动机相对于所述飞行器部件的移动转换为所述至少一个空气动力学元件的移动。
3.根据权利要求1或2所述的发动机，其中所述飞行器部件是飞行器的机翼或机身，或固定到飞行器的机翼或机身的部件。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的发动机，其中所述发动机相对于所述飞行器部件在悬停位置和巡航位置之间的移动范围包括第一范围和第二范围，其中所述传动装置配置为当所述发动机在所述第一范围内移动时具有第一传动比，并且当所述发动机在所述第二范围内移动时具有低于所述第一传动比的第二传动比。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的发动机，其中所述发动机相对于所述飞行器部件在悬停位置和巡航位置之间的移动范围包括怠速范围(374b)，其中所述发动机(310)在所述怠速范围内的移动不会转化为所述空气动力学元件(334)的移动。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的发动机，其中所述传动装置(350、450)包括联动装置(356、456)，所述联动装置优选为杆和/或凸轮机构(358、458)，例如开槽凸轮。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的发动机，其中所述空气动力学元件(534)通过弹性构件(565)朝向所述第一位置(536)或朝向所述第二位置(538)偏置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中所述空气动力学部件(332)包括第一空气动力学元件和第二空气动力学元件，其中所述第一空气动力学元件和所述第二空气动力学元件通过连杆机构(380)彼此连接，所述连杆机构优选地包括联动件和/或开槽凸轮，使得所述第一空气动力学元件的移动驱动所述第二空气动力学元件的移动。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的发动机，包括空气动力学控制设备(190)，所述空气动力学控制设备适于基于所述发动机(110)相对于所述飞行器部件(102)的移动来控制所述空气动力学元件(134)的移动。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的发动机，其中所述空气动力学部件是安装到所述发动机的排放部分的可变面积排放喷嘴，并且其中所述空气动力学元件是所述可变面积排放喷嘴的挡板或夹爪，所述挡板或夹爪适于偏转所述发动机的排放气流并限定所述发动机的排放区域。
11.根据前述权利要求中至少一项所述的发动机，其中所述空气动力学部件是所述发动机的转子，所述转子适于相对于定子围绕发动机转动轴线转动，其中所述空气动力学元件是所述转子的转子叶片，其中所述转子叶片优选地安装到所述转子的毂部分，从而能够在所述第一位置和所述第二位置之间移动。
12.根据权利要求11所述的发动机，其中所述转子叶片能够枢转地安装到所述毂部分，其中枢转轴线相对于所述发动机转动轴线径向地定向。
13.根据前述权利要求中至少一项所述的发动机，其中所述发动机是电动发动机，优选为电动涵道风扇。
14.一种垂直起降飞行器，包括根据前述权利要求中至少一项所述的飞行器部件和发动机。
15.根据权利要求14所述的垂直起降飞行器，包括机翼和多个发动机，优选超过5个发动机，更优选超过10个发动机，所述发动机彼此相邻地安装到所述机翼以便形成一排。
16.根据权利要求14或15所述的垂直起降飞行器，其中所述发动机中的每一者都能够独立于其他发动机相对于所述机翼枢转。
CN202210196987.3A 2021-03-05 2022-03-02 包括可移动的空气动力学部件的发动机 Pending CN115027682A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21161128.0 2021-03-05
EP21161128.0A EP3998197A1 (en) 2021-03-05 2021-03-05 Engine comprising a movable aerodynamic component

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115027682A true CN115027682A (zh) 2022-09-09

Family

ID=74859724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210196987.3A Pending CN115027682A (zh) 2021-03-05 2022-03-02 包括可移动的空气动力学部件的发动机

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220281594A1 (zh)
EP (1) EP3998197A1 (zh)
JP (1) JP2024508176A (zh)
KR (1) KR20230152055A (zh)
CN (1) CN115027682A (zh)
BR (1) BR112023017928A2 (zh)
WO (1) WO2022184499A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3998194A1 (en) * 2021-02-19 2022-05-18 Lilium eAircraft GmbH Wing assembly for an aircraft

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB967780A (en) * 1962-03-15 1964-08-26 Power Jets Res & Dev Ltd Aircraft engine installation
US4176792A (en) 1977-07-11 1979-12-04 General Electric Company Variable area exhaust nozzle
US6808140B2 (en) * 2002-02-08 2004-10-26 Moller Paul S Vertical take-off and landing vehicles
US7458221B1 (en) * 2003-10-23 2008-12-02 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Variable area nozzle including a plurality of convexly vanes with a crowned contour, in a vane to vane sealing arrangement and with nonuniform lengths
DE102010021022A1 (de) * 2010-05-19 2011-11-24 Eads Deutschland Gmbh Kippflügel-Flugzeug
DE102015207445B4 (de) * 2015-04-23 2023-08-17 Lilium GmbH Tragfläche für ein Luftfahrzeug und Luftfahrzeug
US10570926B2 (en) 2015-12-03 2020-02-25 The Boeing Company Variable-geometry ducted fan
US10926874B2 (en) * 2016-01-15 2021-02-23 Aurora Flight Sciences Corporation Hybrid propulsion vertical take-off and landing aircraft
DE102018122280A1 (de) * 2017-09-12 2019-03-14 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Turbinentriebwerk mit multifunktionaler variabler Triebwerksdüse
GB201806277D0 (en) * 2018-04-17 2018-05-30 Flugauto Holding Ltd Vertical take-off and landing vehicle
CN108688803A (zh) * 2018-07-26 2018-10-23 杨福鼎 一种可垂直起降的飞行器
CA3133709A1 (en) * 2019-03-21 2020-09-24 AMSL Innovations Pty Ltd Vertical take-off and landing (vtol) aircraft
US20220018309A1 (en) * 2020-05-15 2022-01-20 Rohr, Inc. Passively actuated variable area nozzle for an aircraft propulsion system
US20220127011A1 (en) * 2020-10-27 2022-04-28 Wisk Aero Llc Power distribution circuits for electrically powered aircraft
KR20230152673A (ko) * 2021-03-05 2023-11-03 릴리움 게엠베하 가변 영역 배기 노즐을 포함하는 항공기 엔진

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024508176A (ja) 2024-02-22
BR112023017928A2 (pt) 2023-10-31
US20220281594A1 (en) 2022-09-08
EP3998197A1 (en) 2022-05-18
WO2022184499A1 (en) 2022-09-09
KR20230152055A (ko) 2023-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9162764B2 (en) Craft and method for assembling craft with controlled spin
EP2985220B1 (en) Apparatus and method for providing control and augmenting thrust at reduced speed and ensuring reduced drag at increased speed
US8020804B2 (en) Ground effect vanes arrangement
US8448905B2 (en) Aircraft with aerodynamic lift generating device
CN107848630B (zh) 包括含具有可移动翼部的输入定子的流线型后方推进器的飞行器
US9156549B2 (en) Aircraft vertical lift device
US11891163B2 (en) Axial flow ducted fan with a movable section
EP1344915B1 (en) A variable position intake for an aircraft mounted gas turbine engine
CN101374724A (zh) 具有适于气流驱动的冲压空气涡轮和能量转换器的飞机应急供能单元
WO2008034214A1 (en) Thrust reverser nozzle for a turbofan gas turbine engine
US5865398A (en) Multi-function engine air inlet control
US11125186B2 (en) Aircraft comprising two contra-rotating fans to the rear of the fuselage, with spacing of the blades of the downstream fan
US10001080B2 (en) Thrust reverse variable area fan nozzle
CN115027682A (zh) 包括可移动的空气动力学部件的发动机
US11939052B2 (en) Aircraft engine comprising a variable area exhaust nozzle
CN113260566A (zh) 推力换向式飞机和相关控制方法
EP3998196B1 (en) Aircraft engine comprising a variable area exhaust nozzle
CN114954899A (zh) 用于飞行器的机翼组件
WO2001004495A1 (en) Axial flow fan
US11867135B1 (en) Vectoring exhaust nozzle for an aircraft powerplant
US20240084762A1 (en) Vectoring exhaust nozzle for an aircraft powerplant
US11697493B2 (en) Rotary wing aircraft with a shrouded tail propeller
WO2023021095A1 (en) A system for lift, propulsion and control of an airborne craft
CN116788505A (zh) 变几何涵道风扇
GB2264679A (en) Vtol aircraft.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination