CN115667067A - 飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种飞行器，其具有以下特征：所述飞行器包括具有集成涵道风扇(20)的机翼(10)；所述涵道风扇(20)可选地配备有入口叶片(13)和出口叶片(14)；并且所述入口叶片(13)和所述出口叶片(14)能够在打开位置与关闭位置之间调整。

Description

飞行器
本发明涉及一种飞行器，特别是一种全电垂直起降(VTOL)飞行器。
背景技术
在航空航天技术中，术语VTOL是指能够基本上垂直起降而不需要起降跑道的任何类型的飞行器、无人机或火箭。此集合术语随后在广义上使用，所述术语不仅包括具有机翼的固定翼飞行器，而且还包括旋翼飞行器，诸如直升机、旋翼机、旋翼式螺旋桨飞机；和混合飞行器，诸如组合直升机或组合旋翼机以及推力换向式飞机。此外，本文包括能够短距起降(STOL)、短距起飞和垂直降落(STOVL)或垂直起飞和水平降落(VTHL)的飞行器。
DE 10 2009 048 201 A1公开了一种能够垂直起降的飞行器，所述飞行器包括垂直定向的涵道风扇，所述涵道风扇在出口侧具有推力矢量叶片，并且集成在机身中。升力风扇的出口开口又具有横向于飞行器的纵轴对准的可枢转叶片，以便影响出口排气射流的方向。此推力矢量控制允许绕俯仰轴控制运动。
WO 2016/066848 A1涉及一种飞行汽车，所述飞行汽车具有在飞行期间在叶轮轴之间一起滚动的两个静止叶轮和叶片。推进力通过叶片的位移来实现。
GB 2 146 298 B描述了一种喷嘴通道，所述喷嘴通道的壁由铰接的叶片制成，所述叶片在导轨中被引导的同时随着缆线牵引而移动，以便能够沿导轨占据不同的位置。
发明内容
本发明提供根据独立权利要求1的飞行器，具体地说，一种在上述意义上的全电飞行器，所述全电飞行器能够垂直起降。
本发明方法基于以下认识：旨在用于起升和巡航飞行的VTOL飞行器需要能够操控每个飞行阶段(起飞、过渡、巡航和降落)的推进单元。
因此，为了推进飞行器，提供一种集成在机翼中的涵道风扇，而不是自由运转的转子，这在航空航天技术之外是已知的，例如来自气垫运载工具或飞艇。风扇周围的圆柱形外壳可显著减少由叶片尖湍流造成的推力损失。
本发明的一个变型还基于以下发现：在巡航状态期间，用于能够起升且能够巡航的VTOL飞行器的涵道风扇不仅应被关闭，而且应被空气动力学密封。有鉴于此，在过渡期间产生水平封闭轮廓的一种可能性是由入口和出口处的叶片覆盖涵道风扇，尤其是在水平飞行中。
除了改进的性能以外，此解决方案的另一个优点是飞行器的引人注目的外观，因为这不允许在巡航期间观察到打开的旋翼。
在涵道风扇的吸入侧，尤其重要的是确保优化的气流，同时提供利用合适的运动系统打开和关闭集成叶片的能力。
因此，本发明的一个实施方案公开了在维持涵道风扇的圆形流动通道的基底表面的同时致动集成入口叶片的可能性，这对于其流动引导和偏转功能(进入流动通道)是必不可少的。为此目的，使用可进行空气动力学优化的杆。
另一实施方案还基于以下发现：在巡航时的机翼轮廓在机翼上方产生相当大的负压，并且在机翼下方产生正压。因此，对于根据本发明的涵道风扇，有利的是将上翼表面相对于下翼表面密封，以避免在巡航期间的压力补偿。
因此，对应实施方案的优选之处在于实现上翼与下翼的密封，同时对外部护套的损害最小，以便使对集成有机翼的涵道风扇的性能的任何损害最小化。
另一实施方案考虑到以下事实：这种集成有机翼的涵道风扇应同等适用于悬停、过渡和巡航的操作状态。在过渡阶段期间，单元同时产生升力和推力是至关重要的。为此，空气以大约90°的角度偏转两次：首先偏转90°进入穿过机翼的通道，以便利用嵌入式涵道风扇加速气流，这可以通过顶侧流动引导叶片来辅助，并且最后偏转90°离开机翼通道，以便产生向前的推力。
通过推力矢量化，出口叶片可有利于后一次偏转。同时，机翼中的涵道风扇受益于机翼通道中的压缩，这为根据本发明的飞行器提供了额外整体推进。因此，可能的通道扩大支持悬停和过渡期间的总升力。
另一实施方案基于以下发现：在过渡操作的加速期间，气流(由于飞行器周围的喷射速度增加)并未沿入口唇缘均匀地加速进入通道中。因此，气流最初在涵道风扇的弓侧边缘处分离。
鉴于此，对应实施方案的优点在于在过渡到巡航期间改善了涵道风扇中的压缩。此外，其减小了在此过渡期间由涵道风扇吸入的紊流空气的比例。最后，气流分离在弓侧进给唇缘处在朝后方向上重新定位。
从属权利要求中指定本发明的其他有利实施方案。例如，飞行器可配备有弯曲的或甚至可选地可弯曲机翼。对应变型扩大了水平飞行中的有效机翼表面，但没有扩展飞行器的直立表面。
此外，飞行器可具有快速充电的电池系统，所述电池系统为垂直起飞、降落和水平飞行提供推进力，并且允许飞行器在直立时短期充电。
最后，除了具有足够资格的飞行器的优选完全自主操作以外，还考虑将手动控制授权给人类飞行员，这使得根据本发明的装置在操控上具有最大可能的灵活性。
附图说明
本发明的示例性实施方案在附图中展示，并且在下文进一步详细描述。
图1展示机翼的横截面。
图2展示根据图1的视图的第一细节15。
图3展示根据图1的视图的第二细节16。
图4展示悬停和过渡。
图5以偏离视图展示机翼的横截面。
图6展示根据图5的视图的第一细节22。
图7展示机翼的入口叶片的横截面。
图8展示根据图5的视图的第二细节23。
图9展示另一机翼的横截面，所述机翼的入口和出口叶片处于打开位置。
图10展示根据图9的视图的第一细节25。
图11展示根据图9的视图的第二细节26。
图12展示机翼的横截面，其中入口和出口叶片处于关闭位置。
图13展示根据图12的视图的第一细节29。
图14展示根据图12的视图的第二细节30。
图15展示机翼的涵道风扇的俯视图。
图16借助于示例示出具有旋转驱动器的操作概念。
具体实施方式
图1展示飞行器的机翼(10)的轮廓。如在图式中可见，机翼(10)被涵道风扇(20)垂直穿透，所述涵道风扇根据图式在其顶侧上具有入口叶片(13)，并且在其底侧上具有用于流动控制的出口叶片(14)。出口叶片(14)可以附加于推力矢量控制以及由此飞行器的导航使用，叶片并且所述出口叶片还能够完全关闭涵道风扇(20)的底部。
如图2中所示出，入口叶片(13)因此用作流动引导叶片，所述流动引导叶片在其打开位置(17)中将气流引入涵道风扇(20)中。(应理解，尤其是在入口侧上，在不脱离本发明范围的情况下，其他关闭机构是可能的。)
在图3中可以更好地看到的出口叶片(14)以对应方式用作用于控制飞行器的推力矢量叶片，并且用作流动引导叶片，以便朝后偏转流动，并且在从起飞阶段过渡到巡航阶段(参见图4)时产生增加的水平推力。
图5展示机翼(10)的替代视图，所述视图将观察者的注意力吸引到两个细节(图6的22、图7的23)，这将在下文予以解释。
图6示出入口叶片(13)与风扇涵道的入口唇缘之间的密封。为此目的，所述密封包括具有至少部分地围绕涵道风扇(20)的柔性区域(24)的入口唇缘，使得关闭的入口叶片(13)通过压靠此区域(24)来密封机翼(10)。
当组合时，图7和图8示出入口叶片(13)的前边缘或流入边缘与后边缘或流出边缘之间的密封。因此，后者在其相应流出边缘处具有柔性区域(24)，使得关闭的入口叶片(13)通过在相应下游入口叶片(13)的流入边缘下方弯曲流出边缘来密封机翼(10)。
图9展示机翼(10)的实施方案，所述机翼的在顶侧上包括涵道风扇(20)的入口唇缘是空气动力学优化的：如在图10和图11的详细视图中以比较形式清楚地展示，前述入口唇缘在弓形侧上具有平坦的曲率(27)，在后侧上具有显著更强的曲率(28)。
图12展示相同机翼(10)，其中顶侧入口叶片(13)和底侧出口叶片(14)现在处于完全关闭的位置。以此方式，在飞行器的巡航飞行阶段中，通过涵道风扇(20)在机翼(10)上方占主导的负压(11)与机翼(10)下方占主导的正压(12)之间的压力平衡在很大程度上被避免。
如图13中所示出，入口叶片(13)因此用作流动引导叶片，所述流动引导叶片在其打开位置(17)中将气流引入涵道风扇(20)中。(应理解，尤其是在入口侧上，在不脱离本发明范围的情况下，其他关闭机构是可能的。)
在图14中更容易看到的出口叶片(14)用作用于控制飞行器的推力矢量叶片，并且以对应方式用作流动引导叶片，以朝后偏转流动，并且在从起飞阶段过渡到巡航阶段时产生增加的水平推力。
在本实施方案中，平行横跨涵道风扇的两个杆(21)(其构形在图15和图16中示出)用作至少入口叶片(13)的致动机构。如后续附图所展示，这些杆(21)由偏移90°的旋转致动器(33)驱动，所述旋转致动器布置在杆(31)之间的机翼通道的外部。在本实施方案中，两个行星齿轮(35)用以在两侧上平移和接合旋转致动器(33)的连续轴。
每个杆(21)与径向杠杆(34)相关联，所述径向杠杆在本案例中经由中间件将由传动装置(35)转换的旋转运动转换成驱动推杆(32)的平移运动。所述推杆又支撑多个叶片杠杆(31)，所述多个叶片杠杆中的每个叶片杠杆与叶片(13)中的一个叶片相关联。
在叶片(13)的关闭状态下，两个杠杆(34)优选地处于自锁位置，从而不对旋转致动器(33)施加任何力。

Claims (10)

1.一种飞行器，
其特征在于以下特征：
-所述飞行器包括具有集成涵道风扇(20)的机翼(10)，
-所述涵道风扇(20)可选地配备有入口叶片(13)和出口叶片(14)，并且
-所述入口叶片(13)和所述出口叶片(14)能够在打开位置(17)与关闭位置(18)之间调整。
2.根据权利要求1所述的飞行器，
其特征在于以下特征：
-所述入口叶片(13)和所述出口叶片(14)能够以大于90°的开度角(19)调整。
3.根据权利要求1或2所述的飞行器，
其特征在于以下特征：
-所述涵道风扇(20)包括转子以及布置在所述转子下游的定子。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的飞行器，
其特征在于以下特征：
-所述飞行器包括全电驱动器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的飞行器，
其特征在于以下特征：
-所述飞行器包括可快速充电电池系统。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的飞行器，
其特征在于以下特征：
-所述涵道风扇(20)是基本上水平的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的飞行器，
其特征在于以下特征：
-所述飞行器包括用于产生推进力的基本上垂直的风扇。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的飞行器，
其特征在于以下特征：
-所述垂直的风扇是附加涵道风扇。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的飞行器，
其特征在于以下特征：
-所述叶片被配置成避免在所述飞行器的巡航阶段通过所述涵道风扇(20)在所述机翼(10)上方占主导的负压(11)与所述机翼(10)下方占主导的正压(12)之间的压力补偿。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的飞行器，
其特征在于以下特征：
-所述飞行器可选地是完全自主可控的。
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