DE112013002003T5

DE112013002003T5 - Electric motor powered rotor drive for slow rotor wing aircraft

Info

Publication number: DE112013002003T5
Application number: DE112013002003.3T
Authority: DE
Inventors: Jay W. Jr. Carter; Jeffrey R. Lewis
Original assignee: Carter Aviation Technologies LLC
Current assignee: Carter Aviation Technologies LLC
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2014-12-31
Also published as: WO2013155402A1

Abstract

Ein Rotorluftfahrzeug besitzt einen Antrieb, einen Propeller, Flügel und einen Rotor. Ein Elektromotor ist mit der Rotorantriebswelle verbunden, um Drehmoment auf die Rotorantriebswelle auszuüben. Der Elektromotor ist so dimensioniert, dass er das gesamte Drehmoment zum Hochdrehen des Rotors auf eine gewählte Drehzahl vor dem Abheben des Luftfahrzeugs liefert. Die Flügel können im Wesentlichen den gesamten während des Vorwärtsflugs bei einer Reisegeschwindigkeit erforderlichen Auftrieb liefern. Der Rotor kann so eingestellt werden, dass er im Wesentlichen null Auftrieb liefert und automatisch bei Reisefluggeschwindigkeit rotiert. Sensoren erfassen Flugzustände des Luftfahrzeugs und liefern Signale an eine Steuerungseinrichtung, die den Elektromotor wählbar veranlasst, das Ausüben von Drehmoment auf die Rotorantriebswelle während Autorotation bei Reisegeschwindigkeit zu beenden. Die Steuerungseinrichtung veranlasst auch den Elektromotor, Drehmoment auf die Motorantriebswelle auszuüben, wenn die Sensoren anzeigen, dass zusätzliche Rotordrehzahl erforderlich ist.A rotor aircraft has a drive, a propeller, blades and a rotor. An electric motor is connected to the rotor drive shaft to apply torque to the rotor drive shaft. The electric motor is dimensioned in such a way that it delivers all of the torque required to turn the rotor up to a selected speed before the aircraft is lifted off. The wings can provide essentially all of the lift required during forward flight at cruising speed. The rotor can be adjusted to provide essentially zero lift and rotate automatically at cruise speed. Sensors detect flight conditions of the aircraft and deliver signals to a control device which selectively causes the electric motor to stop applying torque to the rotor drive shaft during autorotation at cruising speed. The controller also causes the electric motor to apply torque to the motor drive shaft when the sensors indicate that additional rotor speed is required.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Diese Erfindung betrifft im Wesentlichen ein Luftfahrzeug, das einen Rotor zum Erzeugen von Auftrieb bei Start und Landung und Flügel zum Liefern von Auftrieb bei Reisefluggeschwindigkeiten besitzt, wobei das Luftfahrzeug einen Elektromotor für den wählbaren Rotationsbetrieb des Rotors besitzt.This invention relates generally to an aircraft having a rotor for launch and landing lift and wings for providing lift at cruising speeds, the aircraft having an electric motor for the selectable rotational operation of the rotor.

Hintergrundbackground

Ein Typ eines langsamen Rotorluftfahrzeugs, welches manchmal als Gyroplan bzw. Tragschrauber bezeichnet wird, ist in US 5,727,754 dargestellt. Das Luftfahrzeug hat einen einem Helikopterblattrotor ähnelnden Rotor. Das Luftfahrzeug hat einen Propeller, der Vorwärtsschub liefert und Flügel zum Liefern im Wesentlichen des gesamten Auftriebs im Reiseflug. Die Rotorblätter haben mit Gewichten beschwerte Spitzen zum Erzeugen von Massenträgheit. Das Luftfahrzeug in dem '754 Patent führt einen Sprungstart durch Rotation des Rotors mit einer höheren Geschwindigkeit als der für einen stabilen Flugzustand erforderlichen durch, während die kollektive Blattanstellung bei Null liegt und die Fahrwerksbremsen betätigt sind. Der Propeller dreht sich ebenfalls vor dem Start. Die kollektive Blattanstellung des Rotors und Propellers werden dann auf einen Startwert erhöht und die Bremsen gelöst, was ein Abheben des Luftfahrzeugs bewirkt. Eine Kupplung trennt den Antrieb von dem Rotor in dem Moment des Starts, aber die Massenträgheit des Rotors bewirkt ein Weiterdrehen des Rotors nach dem Abheben.One type of slow rotor aircraft, sometimes referred to as a gyroplane, is known in U.S. Pat US 5,727,754 shown. The aircraft has a rotor blade similar to a helicopter blade rotor. The aircraft has a propeller that delivers forward thrust and wings to delivering substantially all the buoyancy in cruise. The rotor blades have weights weighted peaks for generating inertia. The aircraft in the '754 patent performs a jump start by rotating the rotor at a higher speed than required for a stable flight condition while the collective blade pitch is at zero and the landing gear brakes are applied. The propeller also rotates before starting. The collective blade pitch of the rotor and propeller are then increased to a starting value and the brakes released, causing the aircraft to lift off. A clutch separates the drive from the rotor at the moment of start, but the inertia of the rotor causes the rotor to continue rotating after lifting.

Während das Luftfahrzeug nach vorne beschleunigt und die Motordrehzahl abnimmt, wird der Rotor in Bezug auf den Luftstrom nach hinten gekippt, was den Rotor zur Autorotation veranlasst. Die Autorotation des Rotors erfolgt aufgrund des durch die Rotorblätter hindurchtretenden Luftstroms. Sobald das Luftfahrzeug Vorwärtsgeschwindigkeit gewinnt, beginnen die Flügel, einen größeren Anteil des Auftriebs zu liefern, der dafür erforderlich ist, das Luftfahrzeug am Fliegen zu halten. Sobald die Vorwärtsfluggeschwindigkeit des Luftfahrzeugs weiter zunimmt, liefern die Flügel im Wesentlichen den gesamten Auftrieb, wobei an diesem Punkt die kollektive Blattanstellung des Rotors auf Null oder nahezu Null reduziert worden ist.As the aircraft accelerates forward and the engine speed decreases, the rotor is tilted backward with respect to the airflow, causing the rotor to autorotate. The autorotation of the rotor is due to the passing through the rotor blades airflow. As the aircraft gains forward speed, the wings begin to deliver a greater portion of the lift needed to keep the aircraft flying. As the aircraft's forward flight speed continues to increase, the vanes provide substantially all of the lift, at which point the collective pitch of the rotor has been reduced to zero or nearly zero.

Die Rotordrehzahl wird bei einer geringen Drehzahl beibehalten, indem der Rotor in Bezug auf den Rumpf gekippt wird.The rotor speed is maintained at a low speed by tilting the rotor relative to the fuselage.

ZusammenfassungSummary

Das hierin beschriebene Rotorluftfahrzeug hat einen Antrieb und einen von dem Antrieb angetriebenen Propeller, um einen Vorwärtsschub für das Luftfahrzeug zu liefern. Flügel liefern einen Auftrieb während des Vorwärtsfluges. Ein Rotor mit einer Rotorantriebswelle ist für eine wählbare Lieferung von Auftrieb eingebaut. Ein Elektromotor übt wählbar ein Drehmoment auf die Rotorantriebswelle aus. Wenigstens ein Ruder ist in einem Propellerstrahlbereich des Propellers positioniert. Das Ruder ist so dimensioniert, dass es dem durch den Elektromotor zum Antreiben der Antriebswelle ausgeübten Drehmoment entgegenwirkt, während sich das Luftfahrzeug in der Luft befindet.The rotorcraft described herein has a drive and a propeller driven by the drive to provide forward thrust for the aircraft. Wings provide lift during the forward flight. A rotor with a rotor drive shaft is incorporated for a selectable supply of lift. An electric motor selectively applies torque to the rotor drive shaft. At least one rudder is positioned in a propeller jet area of the propeller. The rudder is dimensioned to counteract the torque applied by the electric motor to drive the drive shaft while the aircraft is in the air.

Der Elektromotor kann die alleinige Quelle zur Ausübung von Drehmoment auf die Rotorantriebswelle sein. Alternativ kann eine Kupplung zwischen dem Antrieb und der Rotorantriebswelle zum wählbaren Ankoppeln und Entkoppeln des Antriebs von der Rotorantriebswelle eingefügt sein. Die Kupplung ist so angeordnet, dass der Elektromotor Drehmoment an die Rotorantriebswelle liefern kann, während die Kupplung getrennt ist.The electric motor may be the sole source for applying torque to the rotor drive shaft. Alternatively, a clutch may be interposed between the drive and the rotor drive shaft for selectively coupling and decoupling the drive from the rotor drive shaft. The clutch is arranged so that the electric motor can supply torque to the rotor drive shaft while the clutch is disconnected.

Der Elektromotor kann so dimensioniert sein, dass er das gesamte Drehmoment für das Hochdrehen des Rotors auf eine gewählte Startdrehzahl vor dem Start des Luftfahrzeugs liefert. In diesem Falle kann eine Kupplung zwischen dem Antrieb und der Rotorantriebswelle nicht erforderlich sein. Alternativ kann der elektrische Motor so dimensioniert sein, dass er den Rotor vor dem Start auf einen gewählten Anteil einer Vorrotationsstartdrehzahl hochdrehen lässt, während die Kupplung getrennt ist. Wenn der gewählte Anteil erreicht wird, kann die Kupplung eingerückt werden, um dem Antrieb zu ermöglichen, ein Drehmoment auf die Rotorantriebswelle auszuüben, um die Vorrotationsstartdrehzahl zu erreichen.The electric motor may be sized to deliver all of the rotor spin-up torque to a selected starting speed prior to launch of the aircraft. In this case, a coupling between the drive and the rotor drive shaft may not be required. Alternatively, the electric motor may be sized to crank the rotor to a selected portion of a pre-rotation start speed prior to starting while the clutch is disconnected. When the selected portion is reached, the clutch may be engaged to allow the drive to apply torque to the rotor drive shaft to achieve the pre-rotation start speed.

Das Luftfahrzeug hat Sensoren zum Erfassen von Flugzuständen des Luftfahrzeugs. Eine Steuerungseinrichtung steuert den Elektromotor, während sich das Luftfahrzeug im Flugzustand befindet in Reaktion auf die Eingabe aus den Sensoren.The aircraft has sensors for detecting flight conditions of the aircraft. A controller controls the electric motor while the aircraft is in flight in response to the input from the sensors.

Die Flügel können im Wesentlichen den gesamten Auftrieb liefern, der während des Vorwärtsflugs bei einer Reisegeschwindigkeit erforderlich ist. Der Rotor kann so positioniert werden, dass er im Wesentlichen null Auftrieb liefert und Autorotation aufgrund der durch den Rotor bei Reisegeschwindigkeit hindurchströmenden Luft ausführt.The wings can provide substantially all of the lift needed during forward flight at a cruising speed. The rotor may be positioned to provide substantially zero lift and perform autorotation due to the air passing through the rotor at cruising speed.

Die Steuerungseinrichtung kann den Elektromotor veranlassen, die Ausübung von Drehmoment auf die Rotorantriebswelle während der Autorotation bei Reisegeschwindigkeit zu beenden. Die Steuerungseinrichtung kann den Elektromotor zum Ausüben von Drehmoment auf die Rotorantriebswelle während des Flugs veranlassen, wenn die Sensoren anzeigen, dass zusätzliche Rotordrehzahl benötigt wird.The controller may cause the electric motor to stop applying torque to the rotor drive shaft during autorotation at cruising speed. The controller may cause the electric motor to apply torque to the rotor drive shaft during flight when the Sensors indicate that additional rotor speed is needed.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist eine Draufsicht auf ein langsames Rotorflügel-Luftfahrzeug gemäß dieser Offenlegung. 1 FIG. 10 is a plan view of a slow rotor blade aircraft according to this disclosure. FIG.

2 ist eine schematische Darstellung, welche die Hauptantriebskomponenten für den Propeller und den Rotor des Luftfahrzeugs von 1 veranschaulicht und einen Elektromotor zum Aufbringen von Drehmoment auf die Rotorantriebswelle verwendet. 2 is a schematic representation of the main propulsion components for the propeller and the rotor of the aircraft of 1 illustrates and uses an electric motor for applying torque to the rotor drive shaft.

3 ist eine schematische Ansicht ähnlich der von 2, die aber eine alternative Ausführungsform darstellt, in welcher der Antrieb auch mit der Rotorantriebswelle verbunden ist, um Drehmoment auf die Rotorantriebswelle auszuüben. 3 is a schematic view similar to that of 2 but illustrating an alternative embodiment in which the drive is also connected to the rotor drive shaft to apply torque to the rotor drive shaft.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Gemäß 1 hat das Luftfahrzeug 11 einen Rumpf 13. Ein Paar von Flügeln 15 mit hohem Aspektverhältnis erstreckt sich von dem Rumpf 13 nach außen. Die Länge jedes Flügels 15 über der Sehne zwischen der Vorderkante und der Hinterkante ist ziemlich hoch, um für einen effizienten Flug bei hohen Höhen zu sorgen. Die Flügel 15 haben bevorzugt Querruder 17, die sich von der Spitze aus bis zu mehr als der Hälfte des Abstandes zu dem Rumpf 13 erstrecken.According to 1 has the aircraft 11 a hull 13 , A pair of wings 15 high aspect ratio extends from the hull 13 outward. The length of each wing 15 above the chord between the leading edge and the trailing edge is quite high to provide efficient flight at high altitudes. The wings 15 have preferred ailerons 17 extending from the top to more than half the distance to the fuselage 13 extend.

Jedes Querruder 17 hat eine Breite, die etwa ein Drittel der Sehnenlänge des Flügels 15 ist und ist aus einer ebenen Position bis auf volle 90 Grad in Bezug auf die Befestigungsposition jedes Flügels 15 bewegbar.Every aileron 17 has a width that is about one third of the chord length of the wing 15 is and is from a level position to full 90 degrees with respect to the mounting position of each wing 15 movable.

Das Luftfahrzeug 11 hat auch ein Paar von Seitenleitwerken 19, wovon jedes ein bewegliches Ruder 21 hat. Jedes Seitenleitwerk 19 ist an einem getrennten Träger oder Schwanzabschnitt 23 befestigt, der sich nach hinten aus dem Rumpf 13 erstreckt. Ein Höhenleitwerk 24 erstreckt sich zwischen den Seitenleitwerken 19.The aircraft 11 also has a pair of vertical stabilizers 19 , each of which is a moving oar 21 Has. Every rudder 19 is on a separate carrier or tail section 23 fastened, extending backwards from the fuselage 13 extends. A horizontal stabilizer 24 extends between the vertical stabilizers 19 ,

Ein Rotormast 25 erstreckt sich von dem Rumpf 13 aus nach oben und lagert einen Rotor 27, welcher wenigstens zwei Blätter aufweist. Bevorzugt kann der Rotormast in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung in Bezug auf den Rumpf 13 gekippt werden. Die Blätter des Rotors 27 sind an ihren Spitzen mit Gewichten beschwert, um die Steifigkeit bei hohen Drehzahlen zu erhöhen und um Massenträgheit zu erzeugen. Jedes Blatt des Rotors 27 kann eine Schale enthalten, die einen (nicht dargestellten) in Längsrichtung verdrehbaren Kohlefaserholm einschließt. Der Holm verläuft durch die gesamte Schale und ist an der Schale mit angenähert 40 Prozent seines Radius befestigt. Andere Rotorkonstruktionen sind möglich. Jedes Blatt des Rotors 27 ist für verschiedene kollektive Anstellungen um eine sich aus dem Rotormast 25 erstreckende Mittellinie schwenkbar.A rotor mast 25 extends from the hull 13 out to top and store a rotor 27 which has at least two leaves. Preferably, the rotor mast in the forward and backward direction with respect to the hull 13 be tilted. The leaves of the rotor 27 are weighted at their tips to increase stiffness at high speeds and to produce inertia. Each leaf of the rotor 27 may include a shell enclosing a longitudinally rotatable carbon fiber spar (not shown). The spar runs through the entire shell and is attached to the shell at approximately 40 percent of its radius. Other rotor designs are possible. Each leaf of the rotor 27 is for different collective jobs around a rotor mast 25 pivoting centerline pivoted.

Eine Vorwärtsschubvorrichtung, welche in diesem Beispiel ein einzelner Propeller 29 ist, ist in einem hinteren Abschnitt des Rumpfes 13 eingebaut und nach rückwärts gewandt. Ruder 21 sind hinter dem Propeller 29 in einem Bereich positioniert, der einen Austritts- oder Propellerstrahl von dem Propeller 29 empfängt. Selbst wenn sich das Luftfahrzeug 11 nicht vorwärts bewegt, strömt ein Teil des Luftstroms von dem Propeller 29 an jedem Ruder 21 vorbei. Der Propeller kann einen (nicht dargestellten) zusammenhängenden Kohlefaserholm haben, der von Blattspitze zu Blattspitze verläuft. Der Kohlefaserholm ist innerhalb einer Schale des Propellers 29 verdrehbar, um die kollektive Blattanstellung zu verändern. Andere Vorrichtungen und Anordnungen zur Erzeugung eines Vorwärtsschubs für das Luftfahrzeug 11 sind möglich.A forward thruster, which in this example is a single propeller 29 is in a rear section of the fuselage 13 installed and turned backwards. rudder 21 are behind the propeller 29 positioned in an area that has an exit or propeller jet from the propeller 29 receives. Even if the aircraft 11 not moving forward, part of the airflow flows from the propeller 29 at each oar 21 past. The propeller may have a contiguous carbon fiber spar (not shown) running from blade tip to blade tip. The carbon fiber spar is inside a shell of the propeller 29 rotatable to change the collective blade position. Other devices and arrangements for generating a forward thrust for the aircraft 11 are possible.

2 stellt schematisch eine Energiequelle 31 innerhalb des Rumpfes 13 dar, die den Propeller 29 antreibt. Die Energiequelle 31 kann eine Vielzahl von Antrieben einschließlich Gasturbinentriebwerken beinhalten. 2 schematically represents an energy source 31 inside the hull 13 representing the propeller 29 drives. The energy source 31 may include a variety of drives including gas turbine engines.

Die Begriffe ”Energiequelle” und ”Antrieb” können hierin vertauschbar verwendet werden. Die Energiequelle 31 hat eine Ausgangsantriebswelle 33, die direkt zum Propeller 29 führen kann, insbesondere wenn die Energiequelle 31 ein mit Benzin betriebener Verbrennungsantrieb ist. Wenn die Energiequelle 31 ein Gasturbinentriebwerk ist, ist normalerweise eine Getriebeanordnung zwischen der Ausgangsantriebswelle 33 und dem Propeller 29 aufgrund der wesentlich höheren Drehzahl des Gasturbinentriebwerks als die des Propellers 29 erforderlich.The terms "energy source" and "drive" may be used interchangeably herein. The energy source 31 has an output drive shaft 33 going directly to the propeller 29 can lead, especially if the energy source 31 is a gasoline powered combustion engine. When the energy source 31 is a gas turbine engine, is usually a gear assembly between the output drive shaft 33 and the propeller 29 due to the much higher speed of the gas turbine engine than that of the propeller 29 required.

Eine Rotorantriebswelle 35 erstreckt sich aus dem Rumpf 13 in einem Rotormast 25 (1) nach oben zu dem Rotor 27. Ein Elektromotor 37 ist mit der Rotorantriebswelle 35 zur Ausübung von Drehmoment auf die Rotorantriebswelle 35 verbunden. Der Elektromotor 37 kann einer von einer Anzahl von Typen sein und ist bevorzugt ein Typ mit variabler Drehzahl. Der Elektromotor 37 kann direkt mit der Rotorantriebswelle 35 verbunden sein oder über einen Mechanismus, der zum Lösen der Verbindung mit dem Elektromotor 37 verwendet wird, wenn er nicht mit Energie zum Drehen des Rotors 27 versorgt wird. Falls erforderlich, kann der Elektromotor 37 als ein Generator betrieben werden, was die Drehzahl des Rotors 27 verlangsamt.A rotor drive shaft 35 extends from the hull 13 in a rotor mast 25 ( 1 ) up to the rotor 27 , An electric motor 37 is with the rotor drive shaft 35 for applying torque to the rotor drive shaft 35 connected. The electric motor 37 may be one of a number of types, and is preferably a variable speed type. The electric motor 37 can directly with the rotor drive shaft 35 be connected or via a mechanism for releasing the connection with the electric motor 37 is used when he is not energized to turn the rotor 27 is supplied. If necessary, the electric motor 37 be operated as a generator, which is the speed of the rotor 27 slowed down.

In der Ausführungsform von 2 liegt keine Verbindung zwischen der Antriebsausgangswelle 33 und der Rotorantriebswelle 35 vor, und somit muss das gesamte auf die Rotorantriebswelle 35 ausgeübte Drehmoment vom Elektromotor 37 kommen. In der Ausführungsform von 2 hat der Elektromotor 37 ausreichend Drehvermögen, um den Rotor 27 auf eine gewählte Abhebedrehzahl hochzudrehen, während das Luftfahrzeug 11 noch auf dem Boden steht. Diese Vorrotations-Abhebedrehzahl kann in einem Bereich von 300 bis 400 UPM liegen. Eine Batterie 39 liefert Energie an den Elektromotor 37. Die Batterie 37 kann durch den Antrieb 31 oder ein irgendein anderes Verfahren geladen werden.In the embodiment of 2 there is no connection between the Drive output shaft 33 and the rotor drive shaft 35 before, and thus the whole thing on the rotor drive shaft 35 applied torque from the electric motor 37 come. In the embodiment of 2 has the electric motor 37 sufficient turning power to the rotor 27 Turn up to a selected take-off speed while the aircraft 11 still standing on the ground. This pre-rotation lift-off speed may be in the range of 300 to 400 rpm. A battery 39 provides energy to the electric motor 37 , The battery 37 can by the drive 31 or any other method.

Eine Steuerungseinrichtung 41 steuert den Elektromotor 37 beispielsweise durch Steuerungseinrichtung des von der Batterie 39 gelieferten Stroms. Eine Anzahl von Flugzustandssensoren 43 sind mit der Steuerungseinrichtung 41 verbunden. Diese Sensoren 43 können solche beinhalten, die Nachstehendes erfassen: Luftgeschwindigkeit; Anströmwinkel der Flügel 15; auf die Antriebswelle 35 ausgeübtes Drehmoment; vom Rotor 27 erzeugter Auftrieb; und Drehzahl der Rotorantriebswelle 35. Weitere Zustände können ebenfalls erfasst werden.A control device 41 controls the electric motor 37 for example, by control of the battery 39 delivered electricity. A number of flight condition sensors 43 are with the controller 41 connected. These sensors 43 may include those that detect the following: airspeed; Angle of attack of the wings 15 ; on the drive shaft 35 applied torque; from the rotor 27 generated buoyancy; and speed of the rotor drive shaft 35 , Other states can also be detected.

Die Steuerungseinrichtung 41 enthält einen Prozessor, der die gewünschte Drehzahl oder das an die Rotorantriebswelle 35 durch den Elektromotor 37 angelegte Drehmoment abhängig von den erfassten Luftzuständen berechnet.The control device 41 contains a processor that has the desired speed or that to the rotor drive shaft 35 through the electric motor 37 applied torque is calculated depending on the detected air conditions.

In Betrieb der Ausführungsform von 2 übt der Elektromotor 35 für den Start und noch auf dem Boden stehend Drehmoment zum Hochdrehen des Rotors 37 auf eine gewählte Abhebedrehzahl aus, während sich kollektive Anstellung bei oder nahezu bei Null befindet. Währenddessen dreht der Antrieb 31 den Propeller 29, während sich die kollektive Blattanstellung des Propellers nahezu bei Null befindet. Der Pilot betätigt die Bremsen. Wenn der Rotor 27 die volle Abhebedrehzahl erreicht, vergrößert entweder der Pilot oder die Steuerungseinrichtung 41 die kollektiven Anstellungen an dem Rotor 37 und dem Propeller 29 und löst die Bremsen. Das Luftfahrzeug 11 beschleunigt nach vorne und kommt zum Fliegen. Die mit Gewichten versehenen Spitzen des Rotors 27 stellen ausreichend Schwung zur Verfügung, um den Rotor 27 weiter drehen zu lassen.In operation of the embodiment of 2 exercises the electric motor 35 for starting and still standing on the ground torque for turning up the rotor 37 to a selected take-off speed while collective service is at or near zero. Meanwhile, the drive turns 31 the propeller 29 while the collective blade pitch of the propeller is almost zero. The pilot presses the brakes. If the rotor 27 reaches the full take-off speed increases either the pilot or the controller 41 the collective jobs on the rotor 37 and the propeller 29 and release the brakes. The aircraft 11 accelerates forward and comes to flying. The weighted tips of the rotor 27 provide sufficient momentum to the rotor 27 continue to turn.

Die Steuerungseinrichtung 41 könnte dafür programmiert sein, die Stromversorgung des Elektromotors 37 bei Abheben zu beenden. Der Elektromotor 37 übt jedoch bevorzugt weiter Drehmoment auf den Rotor nach dem Abheben aus, obwohl die Drehzahl des Rotors 27 absinkt. Während das Luftfahrzeug 11 Geschwindigkeit gewinnt, beginnt der Pilot oder die Steuerungseinrichtung 41 mit dem Kippen des Rotormastes 25 nach hinten, was das Strömen eines Luftstroms von der unteren Seite her durch den Rotor 27 bewirkt. Der Rotor 27 beginnt mit Autorotation in Reaktion auf den Luftstrom. Die Flügel 15 liefern zunehmend Auftrieb für das Luftfahrzeug 11, sobald die Vorwärtsgeschwindigkeit zunimmt. Die Steuerungseinrichtung 41 verringert allmählich die kollektive Blattanstellung des Rotors 27 und reduziert auch allmählich das durch den Elektromotor 37 auf den Rotor 27 ausgeübte Drehmoment.The control device 41 could be programmed to power the electric motor 37 to finish at take-off. The electric motor 37 However, it preferably continues to apply torque to the rotor after lifting, although the speed of the rotor 27 decreases. While the aircraft 11 Speed wins, the pilot or the controller begins 41 with the tilting of the rotor mast 25 to the rear, reflecting the flow of airflow from the lower side through the rotor 27 causes. The rotor 27 starts with autorotation in response to the airflow. The wings 15 increasingly provide lift for the aircraft 11 as soon as the forward speed increases. The control device 41 gradually reduces the collective blade pitch of the rotor 27 and gradually reduces this by the electric motor 37 on the rotor 27 applied torque.

Während Drehmoment auf die Rotorantriebswelle 35 durch den Elektromotor 37 ausgeübt wird, wird ein Gegendrehmoment gegenüber dem Rumpf 13 erzeugt. In der dargestellten Ausführungsform gibt es keinen Schwanzrotor. Der Pilot richtet die Ruder 21 aus, um ein Drehen des Rumpfes 17 in eine entgegengesetzte Richtung zu dem Rotor 27 zu verhindern. Noch bei niedriger Vorwärtsgeschwindigkeit widersteht der Propellerstrom über die Ruder 21 diesen Gegendrehmoment.While torque on the rotor drive shaft 35 through the electric motor 37 is exercised, a counter torque to the hull 13 generated. In the illustrated embodiment, there is no tail rotor. The pilot turns the oars 21 off to a turning of the trunk 17 in an opposite direction to the rotor 27 to prevent. Even at low forward speed, the propeller current resists over the rudders 21 this reaction torque.

Bei einer stabilen Reisegeschwindigkeit ist die kollektive Anstellung des Rotors 27 bei oder nahezu bei Null und die Kippung des Rotormastes 25 ist so platziert, dass der Rotor 27 bei niedriger Drehzahl, wie z. B. 100 bis 200 UPM, eine Autorotation ausführt. Die Steuerungseinrichtung 41 kann den Elektromotor 37 so steuern, dass er kein Drehmoment auf die Rotorantriebswelle 35 liefert. Unter diesen Bedingungen trägt der Rotor 27 nur sehr wenig für den Auftrieb des Luftfahrzeugs 11 bei.At a stable cruising speed is the collective employment of the rotor 27 at or near zero and the tilt of the rotor mast 25 is placed so that the rotor 27 at low speed, such as. B. 100 to 200 rpm, performs an autorotation. The control device 41 can the electric motor 37 so control that he does not have torque on the rotor drive shaft 35 supplies. Under these conditions, the rotor contributes 27 very little for the buoyancy of the aircraft 11 at.

Es können Bedingungen während des Flugs auftreten, die eine rasche Erhöhung der Drehzahl des Rotors 27 ohne signifikante Erhöhung seiner kollektiven Blattanstellung erfordern. Beispielsweise können während des Reiseflugs auftretende Turbulenzen zu einem Verlust von einem Teil des von den Flügeln 15 gelieferten Auftriebs führen. Eine Erhöhung der kollektiven Anstellung und der Kippung des Rotors 27 würde die Drehzahl des Rotors 27 erhöhen, wobei jedoch diese Schritte zu einem übermäßigen Flattern der Blätter des Rotors 27 führen könnten. Stattdessen veranlasst die Steuerungseinrichtung 41, wenn sie einen Bedarf für mehr von dem Rotor 27 zu liefernden Auftrieb erfasst, den Elektromotor 37 dazu, mit dem Ausüben von Drehmoment auf die Rotorantriebswelle 35 zu beginnen, was die Drehzahl des Rotors 27 rasch erhöht. Die Steuerungseinrichtung 41 kann das von dem elektrischen Rotor 27 gelieferte Drehmoment verringern oder vollständig abschalten, sobald die Bedingungen es bedingen. Eine ähnliche Notwendigkeit für eine rasche Erhöhung der Drehzahl des Rotors 27 würde im Falle auftreten, dass der Antrieb 31 ausfällt.There may be conditions during the flight that causes a rapid increase in the speed of the rotor 27 without significant increase in its collective leaf pitch. For example, turbulence occurring during cruise may result in loss of part of the wing 15 supplied buoyancy. An increase in the collective employment and the tilt of the rotor 27 would be the speed of the rotor 27 However, these steps cause excessive fluttering of the blades of the rotor 27 could lead. Instead, the controller causes 41 if you have a need for more of the rotor 27 to be delivered buoyancy detected, the electric motor 37 to do so, with the application of torque to the rotor drive shaft 35 to start what the speed of the rotor 27 increased rapidly. The control device 41 This can be done by the electric rotor 27 Reduce supplied torque or switch off completely as soon as conditions dictate. A similar need for a rapid increase in the speed of the rotor 27 would occur in the case of the drive 31 fails.

Während einer Kurzlandung liefern, sobald die Vorwärtsluftgeschwindigkeit des Luftfahrzeugs 11 abnimmt, die Flügel 15 weniger Auftrieb. Der Rotor 27 kann gekippt werden und die kollektive Anstellung erhöht werden, um mehr Auftrieb zu liefern. Falls erforderlich, kann die Steuerungseinrichtung 41 den Elektromotor 37 veranlassen, Drehmoment auf die Rotorwelle 35 während der Landung auszuüben, um die durch Autorotation bewirkte Drehzahl zu unterstützen und die Rotordrehzahl zu steuern.Deliver during a short landing as soon as the forward airspeed of the aircraft 11 decreases, the wings 15 less buoyancy. The rotor 27 can be tilted and the collective employment increased to provide more buoyancy. If necessary, the controller 41 the electric motor 37 induce torque on the rotor shaft 35 during landing in order to assist the rotation speed caused by autorotation and to control the rotor speed.

In der Ausführungsform von 3 werden dieselben Bezugszeichen für gemeinsame Komponenten verwendet. In dieser Ausführungsform ist ein Getriebe 45 zwischen der Ausgangswelle 47 des Motors 31 und dem Propeller 29 eingefügt.In the embodiment of 3 the same reference numbers are used for common components. In this embodiment, a transmission 45 between the output shaft 47 of the motor 31 and the propeller 29 inserted.

Eine Kupplung 49 ist zwischen den Elektromotor 37 und dem Getriebe 45 eingefügt. Wenn die Kupplung 49 eingerückt ist, liefert der Antrieb 31 Drehmoment auf die Rotorantriebswelle 35. Wenn die Kupplung 49 getrennt ist, kann die Steuerungseinrichtung 41 den Elektromotor 37 dazu veranlassen, Drehmoment auf die Antriebswelle 35 auszuüben. Die Anordnung von 3 ist insbesondere nützlich, wenn der Antrieb 31 ein Gasturbinentriebwerk ist. Ein Gasturbinentriebwerk kann typischerweise kein Drehmoment liefern, bis die Umdrehungszahl des Antriebs wenigstens 50 Prozent seiner Betriebsdrehzahl ist.A clutch 49 is between the electric motor 37 and the transmission 45 inserted. When the clutch 49 is engaged, provides the drive 31 Torque on the rotor drive shaft 35 , When the clutch 49 is disconnected, the control device 41 the electric motor 37 cause torque on the drive shaft 35 exercise. The arrangement of 3 is particularly useful when the drive 31 is a gas turbine engine. A gas turbine engine typically can not provide torque until the number of revolutions of the drive is at least 50 percent of its operating speed.

In der Ausführungsform von 3 wird der Elektromotor 37 für einen Kurzstart so dimensioniert, dass er den Rotor 37 ohne Unterstützung bis zu einem gewünschten Anteil seiner Abhebedrehzahl hochdrehen lassen kann. Beispielsweise kann der Elektromotor 37 eine Kapazität haben, um den Rotor 37 bis zu ca. 150 bis 200 UPM rotieren zu lassen, wenn die gewählte Vorrotations-Abhebedrehzahl 300 bis 400 UPM ist. Sobald der Elektromotor 37 die Teildrehzahl erreicht, wird die Kupplung 49 eingerückt, sodass der Antrieb 31 den Rotor 27 bis zu der gewählten Vorrotations-Abhebedrehzahl hochdreht. Der Elektromotor 37 könnte eingekuppelt bleiben, nachdem die Kupplung 49 den Antrieb 31 ankoppelt.In the embodiment of 3 becomes the electric motor 37 for a quick start so dimensioned that he has the rotor 37 without assistance, can rev up to a desired portion of its Abhebedrehzahl. For example, the electric motor 37 have a capacity to the rotor 37 Rotate up to approximately 150 to 200 rpm if the selected pre-rotation lift-off speed is 300 to 400 rpm. Once the electric motor 37 reaches the part speed, the clutch is 49 engaged, so the drive 31 the rotor 27 Turn up to the selected pre-rotation Abhebedrehzahl. The electric motor 37 could remain engaged after the clutch 49 the drive 31 couples.

Sobald der Pilot das Abheben einleitet, trennt die Kupplung 49 den Antrieb 31 ab und die Drehzahl des Rotors 27 beginnt abzunehmen. Die Steuerungseinrichtung 41 kann den Elektromotor 37 veranlassen, weiter Drehmoment auszuüben, bis stabile Vorwärtsflugzustand vorliegen. Die Steuerungseinrichtung 41 kann die Drehmomentabgabe des Elektromotors 37 auf die Rotorwelle 35 in derselben Weise wie in der Ausführungsform von 2 steuern.Once the pilot initiates the take-off, the clutch disconnects 49 the drive 31 from and the speed of the rotor 27 begins to decrease. The control device 41 can the electric motor 37 cause torque to continue until stable forward flight conditions exist. The control device 41 can the torque output of the electric motor 37 on the rotor shaft 35 in the same manner as in the embodiment of 2 Taxes.

Die erste Ausführungsform beseitigt das Erfordernis einer Kupplung zwischen dem Antrieb und dem Propeller. Wenn der Antrieb ein Verbrennungsantrieb ist, kann ein Getriebe eliminiert werden. In der zweiten Ausführungsform lässt der Elektromotor den Rotor auf einen gewählten Anteil der Abhebedrehzahl hochdrehen, bei welcher der Antrieb angekuppelt wird, um die Vorrotation zu vervollständigen. In beiden Ausführungsformen kann der Elektromotor während des Flugs, falls erforderlich, zur raschen Erhöhung der Drehzahl verwendet werden.The first embodiment eliminates the need for a coupling between the drive and the propeller. If the drive is a combustion drive, a transmission can be eliminated. In the second embodiment, the electric motor rotates the rotor to a selected portion of the lift-off speed at which the drive is coupled to complete the pre-rotation. In both embodiments, the electric motor may be used during the flight, if necessary, for rapidly increasing the speed.

Obwohl die Offenlegung nur in zwei ihrer Formen dargestellt wurde, dürfe es für den Fachmann ersichtlich sein, dass sie nicht diesbezüglich beschränkt ist, sondern für verschiedene Änderungen ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung offen ist.Although the disclosure has been presented in only two of its forms, it should be apparent to those skilled in the art that it is not so limited but is susceptible to various changes without departing from the scope of the invention.

Claims

Rotor aircraft, comprising: A drive; A propeller driven by the drive to give the aircraft forward thrust; - wings for providing lift in forward flight; - Built a rotor with a rotor drive shaft and the optional delivery of buoyancy; and - An electric motor for selectable application of torque to the rotor drive shaft.

The rotorcraft of claim 1, wherein the electric motor is the sole source for applying torque to the rotor drive shaft.

The rotorcraft of claim 1, further comprising: A clutch interposed between the drive and the rotor drive shaft to selectively connect and disconnect the drive to the rotor drive shaft; and - The clutch is arranged so that the electric motor can supply torque to the rotor drive shaft while the clutch is disconnected.

The rotorcraft of claim 1, wherein the electric motor is dimensioned to provide all of the torque to spin the rotor to a selected take-off speed prior to lifting the aircraft.

The rotorcraft of claim 1, wherein the aircraft further comprises: - At least one arranged in a propeller jet range of the propeller rudder; and - wherein the rudder is dimensioned so that it counteracts the force exerted by the electric motor on the motor drive shaft torque while the aircraft is in the air.

The rotorcraft of claim 1, further comprising: - Sensors for detecting flight conditions of the aircraft; and A controller that controls the electric motor in response to the input from the sensors while the aircraft is in the air.

A rotorcraft according to claim 1, wherein: - said wings are capable of delivering substantially all of the required lift required during flight at a cruising speed; - The rotor can be positioned so that it provides substantially zero lift and automatically rotates due to air flowing through the rotor at the cruising speed; and wherein the aircraft further comprises: sensors for detecting flight conditions of the aircraft; and a controller selectively causing the electric motor to cease the application of torque to the rotor drive shaft during autorotation at cruising speed and cause the electric motor to apply torque to the engine drive shaft during flight when the sensors indicate additional rotor speed is required.

The rotorcraft of claim 1, further comprising: A controller selectively causing the electric motor to cease the application of torque to the rotor drive shaft when the forward air velocity is sufficient to provide the vanes with substantially all of the required lift.

Rotor aircraft, further comprising: A clutch interposed between the drive and the rotor drive shaft to selectively connect and disconnect the drive to provide torque to the rotor drive shaft; in which - The clutch is arranged so that the electric motor can supply torque to the rotor drive shaft while the clutch is disconnected. - The electric motor is dimensioned so that it rotates the rotor to a selected portion of a Vorrotations Abhebedrehzahl while the clutch is disconnected; and - When the selected proportion is reached, the clutch can be connected to allow the drive to apply torque to the rotor drive shaft to achieve the pre-rotation Abhebedrehzahl.

Rotor aircraft, comprising: A drive with an output shaft; A propeller driven by the drive to give the aircraft forward thrust; - wings for providing lift in forward flight; A rotor with a rotor drive shaft and the optional supply of lift is installed; and An electric motor connected to the rotor drive shaft for applying torque to the rotor drive shaft; - wherein the electric motor is dimensioned so that it delivers all the torque for turning up the rotor to a selected speed before lifting the aircraft; The wings being capable of delivering substantially all of the lift required during forward flight at a cruising speed; - wherein the rotor can be adjusted so that it provides substantially zero lift and automatically rotates due to air flowing through the rotor at the cruising speed; - Sensors for detecting flight conditions of the aircraft; and A controller that selectively causes the electric motor to stop applying torque to the rotor drive shaft during autorotation at cruising speed and causes the electric motor to apply torque to the motor drive shaft when the sensors indicate additional rotor speed is required.

The rotorcraft of claim 10, wherein the electric motor is the sole source for applying torque to the rotor drive shaft.

The rotorcraft of claim 10, further comprising: A clutch interposed between the drive and the rotor drive shaft for selectively connecting and disconnecting the drive to and disengaging the rotor drive shaft for providing torque to the rotor drive shaft; and - The clutch is arranged so that the electric motor can supply torque to the rotor drive shaft while the clutch is disconnected.

A rotorcraft according to claim 12, wherein - The electric motor is dimensioned so that it delivers all the torque to spin the rotor to a selected take-off speed before lifting the aircraft; and - The clutch can be connected at the selected proportion to cause the drive to turn the rotor up to the pre-rotation Abhebedrehzahl

The rotorcraft of claim 10, wherein the aircraft further comprises: At least one rudder positioned in a propeller jet area of the propeller; and - wherein the rudder is dimensioned so that it counteracts the force exerted by the electric motor to the rotor drive shaft torque while the aircraft is in the air.

A method of flying a rotorcraft having a drive, a propeller driven by the drive, vanes, and a rotor having a rotor drive shaft, comprising the steps of: (a) connecting an electric motor to the rotor drive shaft; (b) applying torque from the electric motor to the rotor drive shaft to rotate the rotor to a selected speed prior to lifting the aircraft; (c) rotating the propeller with the drive while the rotor is turning up to cause the aircraft to lift off; and (d) once a selected airspeed is achieved, stopping the application of torque from the electric motor to the rotor drive shaft.

The method of claim 15, wherein step (d) further comprises: Causing autorotation of the rotor due to air flow through the rotor before termination of torque from the electric motor to the rotor drive shaft.

The method of claim 15, wherein step (d) further comprises: - at a selected cruising speed, positioning the rotor to cause the rotor to autorotate at a minimum rotational speed, with no torque being applied from the electric motor to the rotor drive shaft; and - If flight conditions require a higher rotor speed than the minimum speed, again causing the electric motor to apply torque to the rotor drive shaft.

The method of claim 15, wherein: The aircraft has a rudder positioned in the propeller beam area; and - The step (d) further includes the positioning of the rudder after lifting to counteract the torque exerted by the electric motor.

The method of claim 15, wherein step (b) comprises supplying all of the torque required by the electric motor to reach a selected lift-off speed.

The method of claim 15, wherein: The step (a) further comprises connecting the drive to the rotor drive shaft by means of a clutch; The step (b), while the clutch is disconnected, comprises rotating the rotor with the electric motor up to a selected portion of the lift-off speed; then - The clutch is connected and torque from the drive on the motor drive shaft exerts to turn the rotor up to the Abhebedrehzahl.