KR102150743B1 - 수직 이착륙（ｖｔｏｌ） 공중 비행체 - Google Patents

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Abstract

고정익 항공기를 위한 비행 조종 장치는 제1포트 날개(115) 및 제1스타보드 날개(120), 제1포트 로터(155)와 제1포트 전동기(135) 사이에 연결되는 제1포트 스와시 판(145), 제1포트 날개(115)에 연결되는 제1포트 전동기(135), 제1스타보드 로터(130)와 제1스타보드 전동기(140) 사이에 연결되는 제1스타보드 스와시 판(150), 제1스타보드 날개(120)에 연결되는 제1스타보드 전동기(140)를 포함한다.

Description

수직 이착륙（ＶＴＯＬ） 공중 비행체{VERTICAL TAKEOFF AND LANDING (VTOL) AIR VEHICLE}
본 발명은 항공기 비행 조종에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 회전 고정익(fixed-wing) 항공기의 항공기 비행 제어에 관한 것이다.
활주로의 혜택 없이 이륙, 로이터링(loiter) 및 착륙할 수 있는 원격 또는 자체적으로 조정되는 무인 비행기(unmanned aerial vehicles(UAVs))를 위한 많은 애플리케이션이 존재한다. 수직 이착륙(VTOL) 비행체는 이 한계를 다루고, 주 날개와 수직/수평 꼬리 날개 조종면 또는 수직으로 이착륙하도록 조정가능한 3개 또는 4개의 로터 콥터(rotor copter)를 갖는, 손으로 발사하는(hand-launched) 항공기의 형태가 된다. 주 날개와 수직/수평 꼬리 날개 조종면을 갖는 항공기는 더 효율적으로 빠르게 운항하는 경향이 있는 반면, 로터 콥터는 전진 비행(forward flight)에는 덜 효율적이나 이착륙에 이점을 갖는다.
운항에 효율적이고 수직으로 이착륙할 수 있는 항공기를 설계하고 제조하는 것에 대한 필요성은 계속 존재하고 있다.
상기한 바와 같은 항공기와 관련된 발명에 대하여, 아래와 같은 선행기술이 제안된 바 있다.
선행문헌: 미국 공개번호 US20110042509A1　(2011.02.24 공개)
위와 같은 선행기술에 의하면, 고정익 항공기의 제어 방법이 개시된다.
제1포트 날개와 제2스타보드 날개, 제1포트 로터와 제1포트 전동기 사이에 연결된 제1포트 스와시 판, 제1포트 날개에 연결되는 제1포트 전동기, 제1스타보드 로터와 제1스타보드 전동기 사이에 연결되는 제1스타보드 스와시 판, 제1스타보드 날개에 연결되는 제1스타보드 전동기를 포함하는, 고정익 항공기를 위한 비행 조종 장치가 개시된다. 장치는 또한, 제2포트 날개와 제2스타보드 날개, 제2포트 로터와 제2포트 전동기 사이에 연결되는 제2포트 스와시 판, 제2포트 날개에 연결되는 제2포트 전동기, 제2스타보드 로터와 제2스타보드 전동기 사이에 연결되는 제2스타보드 스와시 판, 제2스타보드 날개에 연결되는 제2스타보드 전동기를 포함한다. 일 실시형태에서, 장치는, 제1포트 날개와 제2스타보드 날개 사이에 연결되는, 동체에 연결되는 수평 안정판과 수평 안정판에 회전가능하게 연결되는 엘리베이터를 포함할 수 있고, 제1포트 날개의 트레일링 에지 상에 회전가능하게 배치되는 포트 에일러론과 제1스타보드 날개의 트레일링 에지 상에 회전가능하게 배치되는 스타보드 에일러론을 포함할 수 있다. 장치는 제1포트 날개와 제1스타보드 날개에 각각 부착되는 제1 및 제2착륙 장치를 포함할 수 있고, 수평 안정판에 부착되는 제3착륙 장치를 포함할 수 있다.
또한 고정익 항공기를 비행 조종하는 방법을 개시하며, i) 제1포트 스와시 판의 작동에 응답하여 포지티프 회전 모멘트를, 제1포트 날개에 회전가능하게 연결되는 제1포트 로터에 생성하고, ii) 제1스타보드 스와시 판의 작동에 응답하여 네거티브 회전 모멘트를, 제1스타보드 날개에 회전가능하게 연결되는 제1스타보드 로터에 생성하는 단계에 응답하여, 제1포트 날개와 제1스타보드 날개 사이에 연결되는 동체의 오른쪽 롤링을 유도하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에서, 상기 방법은 동체에 대한 요 모멘트를 유도하기 위해 제1포트 로터와 제1스타보드 로터 사이에 비대칭 콜렉티브 조종을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 비대칭 콜렉티브 조종과 함께 사용될 경우, 포지티브 회전 모멘트와 네거티브 회전 모멘트는 포트 날개와 스타보드 날개의 턴을 조정할 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 방법은, 제1포트 스와스 판의 작동에 응답하여 네거티브 회전 모멘트를 제1포트 로터에 생성하고, 제1스타보드 스와시 판의 작동에 응답하여 포지티브 회전 모멘트를 스타보드 로터에 생성하는 단계에 응답하여 동체의 왼쪽 롤링을 유도하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한, 제2포트 날개에 회전가능하게 연결된 제2포트 로트와 제1포트 로터 사이에 적어도 마련되는 비대칭 콜렉티브 조종에 응답하여 동체의 피치 조종을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있고, 제2포트 날개는 동체에 연결된다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 동체에 연결되는 제2포트 날개에 회전가능하게 연결되는 제2포트 로터와 제1포트 로터 사이의 상이한 각속도(RPM)를 제공하는 단계에 응답하여 동체의 피치 조종을 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 제2스타보드 날개에 회전가능하게 연결되는 제2스타보드 로터와 제1스타보드 로터 사이의 상이한 각속도(RPM)를 제공하는 단계에 응답하여 동체의 피치 조종을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시형태는 피칭 모멘트에 추가적인 피칭 모멘트를 보충하기 위해 피치 조종을 제공하는 단계를 보완하는 엘리베이터 조종을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 엘리베이터의 작동에 응답하여 동체의 피치 조종을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 동체의 오른쪽 롤링은, 제2포트 날개에 회전가능하게 연결되는, 제2포트 로터에 제2포트 스와시 판의 작동에 응답하여 포지티브 회전 모멘트를 생성하는 단계, 및 제2스타보드 날개에 회전가능하게 연결되는, 제2스타보드 로터에 제2스타보드 스와시 판의 작동에 응답하여 네거티브 회전 모멘트를 생성하는 단계에 응답하여 유도될 수 있어, 제2포트 로터와 제2스타보드 로터에 생성된 힘의 포지티브 모멘트 및 네거티브 모멘트는 제2포트 날개 및 제2스타보드 날개의 오른쪽 롤링을 유도한다. 상기 방법은 제2포트 날개와 제2스타보드 날개에 각각 회전가능하게 연결되는 포트 에일러론 및 스타보드 에일러론을 작동하는 단계에 응답하여 동체의 오른쪽 롤링을 보충하는 단계를 포함할 수 있다.
고정익 항공기의 수직 이륙 및 수평 비행의 추가적인 방법은, 제1포트 날개와 제1스타보드 날개 사이에 연결되는 동체의 수직 이륙을 유도하기 위해, 제1포트 날개 상의 제1포트 전동기로 구동되는 제1포트 로터 및 제1스타보드 날개 상의 제1스타보드 모터로 구동되는 제1스타보드 로터에 추력을 생성하는 단계를 개시한다. 이 개시된 방법에서, 상기 방법은 수직 이륙에서 수평 비행까지 제1포트 날개 및 제1스타보드 날개의 천이를 달성하기 위해 주기적인 로터 블레이드 조종을 사용하는 제1스타보드 로터 및 제1포트 로터에 네거티브 회전 모멘트를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 제2포트 날개 상의 제2포트 전동기로 구동되는 제2포트 로터 및 제2스타보드 날개 상의 제2스타보드 모터로 구동되는 제2스타보드 로터에 추력을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 동체는, i) 일측 상의 제1포트 로터와 제2스타보드 로터와 타측 상의 제2포트 로터와 제2스타보드 로터 사이의 비대칭 콜렉티브 조종에 응답하고, ii) 일측 상의 제1포트 로터와 제2스타보드 로터와 타측 상의 제2포트 로터와 제2스타보드 로터 사이의 상이한 로터 각속도(RPM) 조종에 응답하는 것을 포함하는, 개시된 실시형태의 수로, 수직 이륙에서 수평 비행으로 이행될 수 있다. 수평 추력은 제1포트 로터, 제1스타보드 로터, 제2포트 로터 및 제2스타보드 로터의 대칭 주기적 조종을 생성하는 단계에 응답하거나, i) 일측 상의 제1 및 제2포트 로터와 타측 상의 제1 및 제2스타보드 로터, ii) 일측 상의 제1포트 로터 및 제1스타보드 로터와 타측 상의 제2포트 로터 및 제2스타보드 로터로 구성되는 그룹에서 선택되는 적어도 한 쌍의 로터의 상이한 추력을 생성하는 단계에 응답하여 제공될 수 있다. 일 실시형태에서, 동체의 피치 및 롤링의 정위치를 유지하는 조종은, 수평 추력을 제공하기 위해 제1포트 로터, 제1스타보드 로터, 제2포트 로터 및 제2스타보드 로터의 대칭 주기적 조종을 생성하는 단계, 및 i) 일측 상의 제1 및 제2로터와 타측 상의 제1 및 제2스타보드 로터, ii) 일측 상의 제1포트 로터 및 제1스타보드 로터와 타측 상의 제2포트 로터 및 제2스타보드 로터로 구성되는 그룹으로 부터 선택되는 적어도 한 쌍의 로터의 상이한 추력을 생성하는 단계에 응답하여 제공될 수 있어, 대칭 주기적 조종을 생성하는 단계와 합동하여 상이한 추력을 생성하는 단계는 동체가 수평 방향에 대한 피치 또는 롤링 각도로 부동 상태를 유지하도록 한다.
고정익 항공기 제어의 다른 방법은, 제1포트 날개에 연결되는 제1포트 로터에 로터 블레이드 피치 조종을 제공하는 단계를 포함하고, 제1포트 로터용 로터 블레이드 피치 조종은 피치, 롤링 요 모멘트를 각각 유도하기 위해, 길이방향 주기적 조종, 횡방향 주기적 조종, 콜렉티브 피치 조종으로 구성되는 그룹에서 선택되고, 제1스타보드 날개에 연결되는 제1스타보드 로터에 로터 블레이트 피치 조종을 제공하는 단계를 포함하며, 제1스타보드 로터용 로터 블레이드 피치 조종은 피치, 롤링, 요 모멘트를 각각 유도하기 위해 길이방향 주기적 조종, 횡방향 주기적 조종 및 콜렉티브 피치 조종으로 구성되는 그룹에서 선택된다. 이러한 방법을 통해, 고정익 항공기의 피치, 요 및 롤링 모멘트는 날개 상의 조종면의 혜택이 없이도 달성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 상기 방법은 제2포트 날개에 연결되는 제2포트 로터에 로터 블레이트 피치 조종을 제공하는 단계를 포함하고, 로터 블레이트 피치 조종은 길이방향 주기적 조종, 횡방향 주기적 조종 및 콜렉티브 피치 조종으로 구성되는 그룹에서 선택되고, 제2스타보드 날개에 연결되는 제2스타보드 로터에 로터 블레이트 피치 조종을 제공하는 단계를 포함하며, 주기적 조종은 길이방향 주기적 조종, 횡방향 주기적 조종 및 콜렉티브 피치 조종으로 구성되는 그룹에서 선택된다.
또한, 고정익 항공기는 동체, 동체의 대항하는 측으로 연장하는 제1포트 날개와 제1스타보드 날개, 기내의 제어가능한 면이 없는 제1포트 날개 및 제1스타보드 날개; 제1포트 날개에 연결되고 제1전동기로 구동되며 제1스와시 판을 갖는 제1포트 로터; 및 제1스타보드 날개에 연결되고 제2전동기로 구동되며 제2스와시 판을 갖는 제1스타보드 로터를 포함한다. 이 항공기의 일 실시형태에서, 제1 및 제2스와시 판은, 길이방향 주기적 조종, 횡방향 주기적 조종 및 콜렉티브 피치 조종으로 구성되는 그룹에서 선택되고 각각 독립적인 제1포트 로터 블레이드 피치 조종 및 제1스타보드 로터 블레이트 피치 조종을 가능하게 할 수 있다. 또한, 항공기는 동체의 대항하는 측으로부터 연장하는 제2포트 날개와 제2스타보드 날개, 제2포트 날개에 연결되고 제3전동기로 구동되며 제3스와시 판을 갖는 제2포트 로터, 제2스타보드 날개에 연결되고 제4전동기로 구동되며 제4스와시 판을 갖는 제2스타보드 로터를 포함할 수 있다.
도면의 구성요소는 크기가 변경되고 강조되는 대신에 본 발명의 주요한 사항을 도시하도록 위치된다. 상이한 도면에 걸쳐 상응하는 부분에는 동일한 도면부호가 부여된다.
도 1은 수직 이륙에서 수평 비행으로 천이하는 2개의 로터 고정익 항공기의 일 실시형태를 도시한다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 각각 도 1에 도시된 2개의 로터 고정익 항공기의 스타보드 평면도, 상면도 및 사시도이고, 피치 업, 요 라이트 및 롤링 비행 조종 입력을 각각 도시한다.
도 3a는 피치, 롤링, 요 및 추력 이펙터 입력과 도 1 및 도 2에 도시된 2개의 로터 고정익 항공기의 관련된 그래픽 표시를 도시하는 테이블이다.
도 3b는 도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된 2개의 로터 고정익 항공기용 이펙터 조종의 실시형태를 설명하는 테이블이다.
도 3c는 도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된 2개의 로터 고정익 항공기용 이펙터 조종의 실시형태를 설명하는 다른 테이블이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 4개의 로터를 갖고 수직 이착륙으로 동작가능한 고정익 항공기의 다른 실시형태의 정면 평면도, 상부 평면도 및 포트 평면도를 각각 도시한다.
도 5는 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 4개의 로터 고정익 항공기의 수직 비행 배향 모드 및 관련된 조종 이펙터의 실시형태를 설명하는 테이블이다.
도 6은 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 4개의 로터 고정익 항공기의 수평 비행 배향 모드 및 관련된 조종 이펙터의 실시형태를 설명하는 테이블이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 바람이 없는 상태, 수평-벡터 바람 상태 및 갑판 롤링 상태 동안 각각 4개의 로터 고정익 항공기의 비행체 배향 및 조종의 일 실시형태를 도시한다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 4개의 로터 고정익 항공기의 다른 실시형태의 상면도, 정면도 및 사시도를 각각 도시한다.
도 9는 갑판 발사되고 위성 통신을 사용하는 육지 주변에서 배회하는 온 스테이션으로 동작가능한 4개의 로터 또는 2개의 로터(미도시) 고정익 항공기로 사용하기 위한 시스템의 일 실시형태이다.
도 10은 4개의 전동기를 갖는 4개의 로터 고정익 항공기로 사용하기 위한 발전소 및 에너지 저장의 일 실시형태를 도시하는 블록 다이어그램이다.
공중 비행체를 수직으로 위쪽으로 들어올리고, 공중 비행체를 수평 비행으로 천이한 후, 공중 비행체가 수직으로 아래쪽으로 착륙하도록 수직 비행으로 되돌리도록 동작가능한, 2개 이상의 로터(rotor)를 사용하는 수직으로 이착륙할 수 있는 하나 이상의 날개를 갖는 수직 이착륙(VTOL) 공중 비행체가 개시된다. 수직 비행 동안, 날개는 수직하게 배항되어 비행체가 위 또는 아래로 움직이는 동안 수직 리프트에 기여하지 않는다(예를 들어, 날개가 위쪽을 향해있다). 비행 중인 경우, 공중 비행체는, 적어도 실질적으로(예를 들어, 좌우로 슬라이딩), 그 수직 배향을 유지하면서 수평하게 천이할 수 있고, 공중 비행체를 적어도 대체적으로 수직한 배향에서 적어도 대체적으로 수평한 배항으로 회전하기 위한 로터를 사용하여 전진 비행(forward flight)으로 천이된 후, 착륙을 위해 적어도 대체적으로 수평 비행에서 적어도 대체적으로 수직 비행으로 되돌아올 수 있다. 전진 비행에서, 하나 이상의 날개는 리프트(lift)를 생성하고 로터는 비행체가 대체적으로 앞으로 나아가도록 한다. 이러한 방식으로, 공중 비행체는 지구력을 최대화하기 위한 전진 비행 동안 날개에서 생성된 리프트의 효율을 이용할 수 있고, 수직으로 이착륙하기 위한 역량이 주어져 이착륙을 위한 아주 긴 수평 활주로가 필요하지 않다.
실시형태에서, 비행체의 고도 제어(attitudinal control)는 에일러론(ailerons), 엘리베이터 또는 방향키(rudder)와 같은, 공기 역학적 조종면(aerodynamic control surfaces)의 혜택 없이 전체적으로 추진 수단으로부터 온다. (통상 안전판(stabilizer) 또는 날개의 트레일링 에지(trailing edges)에 놓이는) 비행체의 구조 상의 조종면 없이, 비행체는 더 가볍고, (공기 역학적으로) 더 효율적이고, 더욱 안정적이고 덜 복잡하며 일반적으로 더 튼튼하다(rugged). 더 튼튼하다는 것은 공중 비행체가, 조종면을 갖는 비행체가 일반적이지 않은 물리적 조건을 받아들이고 핸들링하도록 하거나, 그 조종 및 동작에 손상이나 잠재적 부작용이 없도록 하는 것이다. 예를 들어, 그 구조 상에 조종면이 없는 공중 비행체는 비행 조종면의 손상에 기인한 잠재적인 추후 비행 조종 문제 없이 덤불이나 암석이 많은 지역으로 수직으로 착륙할 수 있다. 유사하게, 조종면이 없는 공중 비행체는 유지보수가 덜 필요하고, 예를 들어 배의 갑판 위에서 움직여야 할 때, 조작(handling)에서 손상에 덜 민감하다. 공중 비행체 상의 조종면이 없으면, 항력(drag)이 감소된다. 다른 실시형태에서, 일부 조종면이 추진 수단으로 마련되는 보충 고도 제어를 위해 마련될 수 있다.
실시형태에서, 추진 수단은 각각 전동기를 통해 날개에 회전가능하게 부착되고, 각각 주기적 또는 콜렉티브(collective) 피치 조종(pitch control)과 같은, 블레이드 회전비(rpm) 및/또는 블레이드 피치를 가변하여 공중 비행체의 피치(pitch), 요(yaw) 및 롤링(roll) 조종을 제공할 수 있는 스와시 판(swash plate)을 포함하는 적어도 2개의 로터이다. 수직(또는 적어도 대체적으로 수직인) 비행에서, 리프트, 고도 제어 및 추진의 대부분은 적어도 2개의 프로펠러로 생성되고, 수평(또는 적어도 대체적으로 수평인) 비행에서, 리프트의 대부분은 날개면에서 생성될 수 있고 비행체 고도 제어 및 추진은 적어도 2개의 로터에서 생성된다. 즉, 수평 비행을 위해, 공중 비행체의 피치, 요 및 롤링 조종은 적어도 2개의 로터에서 생성되는 상이한 추력 및 회전 모멘트를 통해 제공되고, 각 로터는, 예를 들어 2개 또는 3개의 조종 축을 갖는 스와시 판을 사용하여 조종가능한 가변 피치를 갖는 적어도 2개 또는 3개의 회전가능한 로터 블레이트로 구성된다. 실시형태에서, 엘리베이터 또는 에일러론과 같은, 공기 역학적 조종면에는 수직 및 수평 비행에서 보충 고도 제어가 마련된다.
도 1은 포트 및 스타보드 날개(115, 120) 사이에 연결되고 포트 및 스타보드 로터(125, 130)를 포함하는 동체(110)를 갖는 2개의 로터 고정익 공중 비행체(100)의 일 실시형태를 도시한다. 포트 및 스타보드 로터(125, 130)는 콜렉티브 조종 및 바람직하게는 로터 블레이드(155)의 단일축 주기적 피치 조종을 제공하는 각 포트 및 스타보드 스와시 판(145, 150)을 통해 각 포트 및 스타보드 전동기(135, 140)에 결합되고 구동된다. 다른 실시형태에서, 스와시 판(135, 150)은 로터 블레이드(155)의 콜렉티브 조종 및 2축 주기적 피치 조종을 위해 마련된다. 또 다른 실시형태에서, 포트 및 스타보드 날개(115, 120)는 항공기(100)의 보충적 피치 및/또는 롤링 고도 제어를 위해, 각각 포트 및 스타보드 로터(125, 130) 뒤에서 대략 로터 워시(rotor wash)를 스패닝(spanning)하는 포트 및 스타보드 엘레본(elevons, 160, 165)을 갖는다. 예를 들어, 수직 비행과 수평 비행 사이의 천이에 사용되는 것과 같이, 보충 피치 조종이 바람직하면, 엘레본(160, 165)은 항공기에 피치-전진 모멘트를 유도하도록 "플랩-다운(flap-down)" 구성으로 작동된다. 유사하게, 보충 롤링 조종이 바람직하면, 엘레본(160, 165)은 에일러론이 종래의 날개 및 수직/수평 안정판 항공기 상에 있도록 동작될 수 있다. 수직 비행 동안 공중 비행체의 전진 및 후진 천이를 위해, 엘레본(160, 165)은 프로펠러 와류(prop wash)에 기인한 기류를 갖는 날개에 의해 생성된 리프트에 대응하는 모멘트를 생성하여 공중 비행체의 수직 배향을 (적어도 대체적으로) 유지하도록 사용될 수 있다.
항공기는 초기에 그 착륙 장치(170)가 지면에 놓이고 착륙된 위치(A)에서 수직 위치로 배향되도록 도시된다. 항공기(100)의 수직 이륙은 수직 추력이, 각각 제1포트 전동기 및 제1스타보드 전동기(135, 140)로 구동되는, 제1포트 로터(125) 및 제1스타보드 로터(130)에 의해 공급되어 이루어진다. 로터(125, 130)는, 피치, 롤링, 요 및 수직/수평 가속을 수집적으로 가능하도록 하기 위해, 각속도 조종 또는 콜렉티브 조종 입력을 사용하는 대칭적 또는 차등적 추력(X1, X2)과, 주기적 조종 입력을 사용하는 대칭적 또는 차등적 회전 모멘트를 생성하도록 동작가능하다. 본 출원의 목적을 위해, 기준 관성 프레임이 도 2c에 제공되고 도 1에 수직/수평 방향이 제공된다.
공중 비행체는 착륙 위치(위치 A)에서 수직 비행으로, 그 후 리프트의 대부분이 날개(115, 120)에 의해 제공되는 수평 비행(위치 B)으로 천이된다. 고도 제어(피치, 롤링, 요)는, 로터 블레이드(155)의 각 피치가 스와시 판(145, 150)에 의해 안내되고 로터(125, 130)가 전동기(135, 140)에 의해 순환적으로 구동됨에 따라, 로터(125, 130)에 의해 수직 비행 및 수평 비행 동안 제공된다. 수평 비행 동안 수평 추력(Y1, Y2)은 순항, 로이터링(loitering) 및 다른 수평적 구성 상승 동안 동체(110) 및 날개(115, 120)에 기생하고 유도된 항력을 극복하기에 충분하다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 2개 로터 항공기의 피치 업, 요 라이트(yaw right), 롤링 비행 조종 힘을 각각 도시하는 스타보드 평면도, 상면도 및 사시도이다. 도 2a의 측면도에 도시된 바와 같이, 전진 비행하는 공중 비행체(100)에는, 스와시 판(145, 150)에 의해 로터(125, 130)의 주기적 조종을 사용하는 공중 비행체(100)의 질량(M) 중심 및 로터의 중심 위에 생성되는 추력(T2)보다 더 큰 추력(T1)이 로터의 중심 아래 및 그에 따른 공중 비행체(100)의 질량(M) 중심 아래에 생성된다. 일부 실시형태에서, 허브 및/또는 로터 블레이드가 힌지(hinged)되거나 짐벌(gimbaled)될 수 있어, 스와시 판(145, 150)이 이동됨에 따라, 초기 위치(예를 들어, 바로 전진)에 대해 각이 진 추력 벡터의 결과로, 스와시 판의 배치와 관련하여, 로터가 그 초기 위치(또는 공중 비행체)에 대한 각도로 배치되고, 이 각이진 힘 벡터의 구성성분은 회전(예를 들어, 피치)을 야기하는 공중 비행체 상에 힘을 줄 것이다. 회전 모멘트의 결과로 생성된 차등 힘은, 주기적 조종 입력으로부터 네거티브 회전 모멘트가 생성되면 공중 비행체(100)를 피치 업하고, 주기적 조종 입력으로부터 포지티브 회전 모멘트가 생성되면 피치 다운할 것이다. 유사하게, 포트 로터(125)가 포트 스와시 판(145)의 작동에 응답하여 포지티브 회전 모멘트를 생성하고 스타보드 로터(130)가 스타보드 스와시 판(150)의 작동에 응답하여 네거티브 회전 모멘트를 생성하면, 동체(110)의 오른쪽 롤링이 야기될 수 있다.
도 2b에는, 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 차등 추력(XPORT, XSTARBOARD)에 의해 영향을 받는 요 조종과 함께, 그 수평 비행 배향에서 전진 비행하는 동안의 공중 비행체가 도시된다. 수평 비행 배향에서, 로터(125, 130)의 차등 추력(XPORT, XSTARBOARD)은 포트 및 스타보드 스와시 판(145, 150)에 의해 제공되는 비대칭 콜렉티브 조종을 통해 이루어질 수 있고, 및/또는, 바람직하지 않은 실시형태에서는, 포트 및 스타보드 전동기(135, 140)의 조종을 사용하는 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 차등 모터 각속도 제어(로터 RPM)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 우측 요 모멘트(스타보드측 요)는 i) 포트 로터(125)에서 생성되는 추력을 증가시키거나, ii) 스타보드 로터(130)에서 생성되는 추력을 감소시키거나, iii) 포트 로터(125)에서 생성되는 추력을 증가시키고 스타보드 로터(130)에서 생성되는 추력을 감소시켜 유도될 수 있다. 특정 로터에 의해 생성되는 증가된 추력은 콜렉티브 작동을 통해 관련된 로터 블레이드(155)의 피치 각도를 증가시켜 이룰 수 있거나, 바람직하지 않은 실시형태에서, 관련 전동기로 구동되는 특정 로터의 각속도(RPM)을 증가시켜 이룰 수 있다. 유사하게, 특정 로터에서 생성되는 감소된 추력은 콜렉티브 작동을 통해 관련된 로터 블레이드(155)의 피치 각도를 감소시키거나 관련된 전동기로 구동되는 특정 로터의 각속도(RPM)을 감소시켜 이룰 수 있다.
대안적인 실시형태에서, 대칭적 주기 조종은 모멘트의 전체 요 라이트(net yaw right)를 생성하기 위해 비대칭적 좌우 위치된 블레이트 추력(점선으로 도시)을 생성하도록 포트 로터(125) 및 스타보드 로터(130)에 의해 제공될 수 있다. 더욱 구체적으로, 포트 스와시 판(145)은 포트 로터(125)에 비대칭 블레이드 피치를 작동하여, 포트 로터(125)의 왼쪽(영역 155a)을 통과하는 블레이드가 포트 로터(125)의 오른쪽(영역 155b)을 통과하는 블레이드보다 더 큰 추력을 생성한다. 유사하게, 모든 블레이드는 포트 및 스타보드 날개(115, 120)를 통해 동체(110)의 전체 요 라이트를 수집적으로 생성하면서, 스타보드 로터(130)의 왼쪽(영역 155a)을 통과하는 블레이드는 스타보드 로터(130)의 오른쪽(영역 155b)을 통과하는 블레이드보다 더 큰 추력을 생성한다.
도 2c는 동체의 왼쪽 롤링을 생성하는 로터의 주기적 조종을 도시하는 사시도이다. 일 실시형태에서, 동체의 왼쪽 롤링은 제1포트 스와시 판(145)의 작동에 응답하여 제1포트 로터(125)에 네거티브 회전 모멘트(MPORT)을 생성하고 제1스타보드 스와시 판(150)의 작동에 응답하여 제1스타보드 로터(130)에 포지티브 회전 모멘트(MSTARBOARD)를 생성하는 것에 따라 유도된다. 유사하게, 동체의 오른쪽 롤링에 영향을 미치기 위해, 포지티브 회전 모멘트가 제1포트 스와시 판의 작동에 응답하여 제1포트 로터에 생성되고 네거티브 회전 모멘트가 제1스타보드 스와시 판의 작동에 응답하여 스타보드 로터에 생성된다. 오른쪽 날개의 업 피치와 왼쪽 날개의 다운 피치는 공중 비행체(100)가 왼쪽으로(뒤쪽에서 볼 때) 롤링하도록 한다. 유사하게, 이 피치 힘을 역으로 하면 공중 비행체(100)를 오른쪽으로 롤링하도록 한다. 또한 도 2c에 도시된 추력 구성성분(T3, T4, T5 및 T6)은, 관련된 수직 추력 벡터 구성성분 Z1(스타보드 날개), Z2(포트 날개)와 함께, 도시된 로터 블레이트 위치에서 관련된 블레이드(155)의 추력 크기(magnitude)를 나타낸다.
도 3a는 도 1 및 도 2에 도시된 2개의 로터 고정익 항공기의 그래픽 표시와 관련된 힘 백터와 함께 피치, 롤링, 요 및 추력 이펙터(effector) 입력의 실시형태를 설명한다. 도 3a의 행 1에는, 포트 및 스타보드 날개(115, 120)를 통해 동체(110)의 기수 올림(nose up) 포지티브 피치 조종의 일 실시형태를 도시하기 위해 항공기(100)의 정면도가 마련된다. 피치 업은 2개의 수직 힘 라인으로 나타낸 바와 같이 피치 업 힘의 결과로, 각각 포트 및 스타보드 스와시 판의 작동에 응답하여 포트 및 스타보드 로터(125, 130)에 각 포지티브(및 동일한) 회전 모멘트를 생성하는 것과 같은, 대칭 피치 주기적 조종을 사용하여 유도된다. 공중 비행체(100)의 좌측 평면도와 우측 평면도도 기수 올림 대칭적 피치 주기 조종으로부터 생성된 전체 기수 올림 힘 벡터를 도시하여 제공된다.
도 3a의 행 2에는, 동체의 오른쪽 (포지티브) 롤링을 도시하기 위해 항공기(100)의 정면도가 마련된다. 오른쪽 (포지티브) 롤링은, 포트 스와시 판의 적절한 작동에 응답하여 포트 로터(125)에 포지티브 회전 모멘트를 생성하고 스타보드 스와시 판의 적절한 작동에 응답하여 스타보드 로터에 네거티브 회전 모멘트를 생성하는 것과 같이, 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 비대칭 주기적 조종을 사용하여 유도된다. 도 3a에는 도시되지 않았으나, 동체의 왼쪽 롤링도 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 비대칭 주기적 조종을 사용하여 제공될 수 있다. 예를 들어, 동체(110)의 왼쪽 롤링의 결과로, 네거티브 회전 모멘트가 포트 스와시 판의 적절한 작동에 응답하여 포트 로터에 생성되고 포지티브 회전 모멘트가 스타보드 스와시 판의 적절한 작동에 응답하여 스타보드 로터에 생성된다. 엘레본의 비대칭 조종은, 포트 날개(115) 상의 리프트를 감소하기 위해 포트 엘레본(160)을 위로 연장하고 스타보드 날개(165) 상의 리프트를 증가하기 위해 스타보드 엘레본(165)을 아래로 연장하는 것과 같이, 동체의 왼쪽 롤링을 보충한다(도 2b 참조).
도 3a의 행 3에는, 동체의 오른쪽 (포지티브) 요를 도시하기 위해 항공기(100)의 상면도가 마련된다. 요는 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 차등 추력을 사용하여 유도된다. 이러한 차등 추력은 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 비대칭 콜렉티브 조종 또는 차등 회전 속도 조종으로 제공될 수 있다. 도 3a의 라인 3에 도시된 바와 같이, 기수(nose) 오른쪽 요 (포지티브)가 스타보드 로터(130)보다 더 큰 추력을 제공하는 포트 로터(125)에 의해 동체에 대해 유도된다. 유사하게, 기수 왼쪽 요 (네거티브)가 콜렉티브 로터(130)보다 더 작은 추력을 제공하는 포트 로터(125)에 의해 동체에 대해 유도된다. 일 실시형태에서, 차등 추력이, 상이한 분당 회전수(RPM)로 포트 및 스타보드 로터(125, 130)를 구동하는 포트 및 스타보드 전동기(135, 140)에 의해 제공되는 바와 같이, 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 차등 회전률을 사용하여 제공된다. 도 3a에 도시된 다른 실시형태에서, 로터(125, 130)의 비대칭 콜렉티브 조종이, 상대적으로 더 큰 포트 로터(125)의 콜렉티브 보종과 상대적으로 적은 스타보드 로터(130)의 콜렉티브 조종을 제공하는 것과 같이, 차등 추력을 제공하는데 사용된다.
도 3a의 행 4에는, 추력 애플리케이션의 일 실시형태를 도시하기 위해 항공기(100)의 상면도가 마련된다. 일 실시형태에서, 추력 조정이 로터(125, 130)의 대칭적 콜렉티브 (전진 포지티브) 조종을 사용하여 이루어진다. 로터(125, 130)는 포트 및 스타보드 전동기(135, 140)에 의해 일정한 각 회전율로 구동되고, 콜렉티브 블레이드 피치 조정으로 가변되는 로터 추력이 각 포트 및 스타보드 스와시 판(145, 150)으로 이루어진다. 전진 추력을 증가하기 위해, 포트 및 스타보드 스와시 판(145, 150)은 대칭적인 방식으로 각 블레이드(155)의 피치를 증가하도록 각 콜렉티브 조종 입력을 증가한다. 전진 추력을 감소하기 위해, 포트 및 스타보드 스와시 판(145, 150)은 대칭적인 방식으로 각 블레이드(155)의 피치를 감소하도록 각 콜렉티브 조종 입력을 감소한다.
도 3b 및 도 3c는, 관련된 힘을 도시하는 관련된 그래픽과 함께, 도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된 2개의 로터 고정익 항공기를 위한 수평 또는 수직 비행, 롤링, 요 및 조정된 턴(coordinated turn)에서 피치를 달성할 수 있는 차등 비행 조종 이펙터 실시형태를 설명하는 테이블이다. 수직 비행으로부터/수직 비행으로의 피치 조종은 적어도 2개의 이펙터 실시형태에 의해 달성된다. 실시형태 1(라인 1)에는, 대칭적 주기 조종 입력이 포트 및 스타보드 로터(125, 130) 사이에 마련된다. 예를 들어, 동체(110)의 피치 업 조종은 각 포트 및 스타보드 스와시 판(145, 150)의 적절한 대칭적 작동에 응답하여 각 포트 및 스타보드 로터(125, 130)에 포지티브 회전 모멘트(즉, 대칭적 주기 로터 조종)를 생성하는 것에 따라 유도된다. 유사하게, 동체(110)의 피치 다운 조종은 각 포트 및 스타보드 스와시 판(145, 150)의 적절한 대칭적 작동에 응답하여 각 포트 및 스타보드 로터(125, 130)에 네거티브 회전 모멘트를 생성하는 것에 따라 유도된다. 도 3c에 도시된 수직 비행 조종으로부터/으로의 피치-피치의 실시형태 2에서, 이러한 피치 이펙터 조종이 포트 및 스타보드 엘레본(160, 165)의 대칭적 작동을 사용하여 보충된다. 예를 들어, 포트 및 스타보드 로터(125, 130)가 동체(110)의 피치 업을 유도하면, 포트 및 스타보드 엘레본은 추가적인 동체 피치-업 힘을 제공하기 위해 대칭적으로(즉, 실질적으로 이펙터 조종 입력과 유사한) 작동된다.
롤링 조종은 적어도 2개의 차등 이펙터 조종 실시형태에서 달성된다. 도 3b에 도시된 실시형태 1에서(라인 2), 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 비대칭 주기 조종이 동체의 롤링을 유도한다. 예를 들어, 동체(110)의 왼쪽 롤링은 포트 및 스타보드 스와시 판(145, 150)의 작동에 각각 응답하여, 포트 및 스타보드 로터(125, 130)에 각각 네거티브 및 포지티브 회전 모멘트를 생성하는 것에 의해 유도된다. 유사하게, 동체의 오른쪽 롤링은 포트 및 스타보드 스와시 판(145, 150) 각각의 작동에 응답하여, 포트 및 스타보드 로터(125, 130)에 각각 포지티브 및 네거티브 회전 모멘트를 생성하여 유도된다. 도 3c에 도시된 항공기의 롤링 이펙터 조종의 실시형태 2에서, 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 비대칭 주기 조종은 포트 및 스타보드 엘레본(160, 165)의 상보적인 비대칭 작동에 의해 보충된다. 예를 들어, 포트 및 스티보드 로터(125, 130)가 왼쪽 롤링을 유도하면, 더 일반적인 에일러론 및 핀/엘리베이터 조종면을 갖는 항공기에서 에일러론 조종의 동작과 유사하게, 그 후 포트 및 스타보드 엘레본(160, 165)은 추가적인 동체 왼쪽 롤링 힘을 제공하기 위해 비대칭적으로 작동된다.
요 조종은 적어도 3개의 차등 이펙터 조종 실시형태로 달성된다. 도 3b에 설명된 실시형태 1(라인 3)에서, 요 모멘트는 포트 및 스타보드 로터(125, 130) 사이의 비대칭적 콜렉티브 조종(대안적으로 "비대칭 콜렉티브" 조정이라고 언급)을 생성하는 것에 따라 동체(110)에 대해 유도된다. 예를 들어, 오른쪽(포지티브) 요는 직선 및 정상 상태 초기 비행 고도를 가정하는 스타보드 로터(130)의 상대적 콜렉티브 조종을 감소 및/또는 포트 로터(125)의 상대적 콜렉티브 조종을 증가하여 유도된다. 유사하게, 왼쪽(네거티브) 요는 포트 로터(125)의 상대적 콜렉티브 조종을 감소 및/또는 스타보드 로터(130)의 상대적 콜렉티브 조종을 증가하여 동체(110)에 대해 유도된다.
도 3c에 도시된 실시형태 2(라인 3)에서, 요 조종은 각각 포트 및 스타보드 로터(125, 130)를 구동하는 포트 및 스타보드 전동기(135, 140)의 차등 모터 RPM 제어를 사용하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 오른쪽(포지티브) 요는, 포트 전동기(135)의 RPM의 비례적 증가에 의해 포트 로터(125)의 RPM을 증가 및/또는 스타보드 전동기(140)의 RPM의 비례적 감소에 의해 스타보드 로터(130)의 RPM을 감소시켜, 동체(110)에 대해 유도될 수 있다. 유사하게, 왼쪽(네거티브) 요는, 포트 전동기(135)의 RPM의 비례적 감소에 의해 포트 로터(125)의 RPM을 감소 및/또는 스타보드 전동기(140)의 RPM의 비례적 증가에 의해 스타보드 로터(130)의 RPM을 증가시켜, 동체(110)에 대해 유도될 수 있다.
도 3c에 도시된 실시형태 3(라인 3)에서, 요 조종은 포트 및 스타보드 전동기(135, 140)의 차등 모터 RPM 제어와 함께 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 비대칭 콜렉티브 조종을 사용하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 오른쪽(포지티브) 요는 포트 전동기(135)의 증가된 모터 RPM 제어 및/또는 스타보드 전동기(140)의 감소된 모터 RPM 제어와 관련하여 포트 로터(125)의 콜렉티브 조종을 증가 및/또는 스타보드 로터(130)의 상대적인 콜렉티브 조종을 감소하여 동체(110)에 유도될 수 있다. 유사하게, 왼쪽(네거티브) 요는 포트 전동기(135)의 감소된 모터 RPM 제어 및/또는 스타보드 전동기(140)의 증가된 모터 RPM 제어와 관련하여 포트 로터(125)의 콜렉티브 조종의 감소 및/또는 스타보드 로터(130)의 상대적인 콜렉티브 조종의 증가로 동체(110)에 유도될 수 있다.
도 3b 및 도 3c는 여기에 설명된 본 발명의 시스템을 사용하는 조정된 턴(coordinated turns)을 달성하기 위해 사용되는 적어도 4개의 차등 이펙터 조종 실시형태를 설명한다.도 3b(라인 4)에 설명된 실시형태 1에서, 포트 및 스타보드 날개의 조종된 턴은 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 비대칭 콜렉티브 조종과 거의 동시에 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 비대칭 주기적 조종을 사용하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 조정된 우회전을 달성하기 위해, 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 비대칭 주기적 조종은, 각각 포트 로터(125)의 콜렉티브 조종의 증가 및/또는 스타보드 로터(130)의 콜렉티브 조종의 감소와 거의 동시에, 포지티브 회전 모멘트를 포트 로터(125)에 생성하고 네거티브 회전 모멘트를 스타보드 로터(130)에 생성하여 이룰 수 있다. 다른 실시예에서, 조종된 좌회전을 달성하기 위해, 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 비대칭 주기적 조종은, 각각 포트 로터(125)의 콜렉티브 조종의 감소 및/또는 스타보드 로터(130)의 콜렉티브 조종의 증가와 거의 동시에, 포트 로터(125)에 네거티브 회전 모멘트를 생성하고 스타보드 로터(130)에 포지티브 회전 모멘트를 생성하여 이룰 수 있다.
도 3c에 도시된 실시형태 2(라인 4)에서, 조종된 턴은 비대칭 포트 및 스타보드 엘레본(160, 165)과 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 비대칭 주기적 조종을 거의 동시에 사용하여 이룰 수 있다. 예를 들어, 조종된 우회전을 달성하기 위해, 각각 포트 로터(125)의 증가된 콜렉티브 조종 및/또는 스타보드 로터(130)의 감소된 상대적인 콜렉티브 조종과 거의 동시에, 포트 엘레본(160)은 포트 날개(115)에 증가된 리프트를 유도하기 위해 작동되고 스타보드 엘레본(165)은 스타보드 날개(120)에 감소된 리프트를 유도하기 위해 작동된다. 유사하게, 조종된 좌회전을 달성하기 위해, 각각 포트 로터(125)의 감소된 콜렉티브 조종 및/또는 스타보드 로터(130)의 증가된 상대적인 콜렉티브 조종과 거의 동시에, 포트 엘레본(160)은 포트 날개(115)에 감소된 리프트를 유도하도록 작동되고 스타보드 엘레본(165)은 스타보드 날개(120)에 증가된 리프트를 유도하기 위해 작동된다.
도 3c에 도시된 실시형태 3(라인4)에서, 조정된 턴은 i) 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 비대칭 주기적 조종과 ii) 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 비대칭 주기적 조종을 거의 동시에 사용하고, iii) 포트 및 스타보드 엘레본(160, 165)의 비대칭 조종을 사용하여 이룰 수 있다. 예를 들어, 조정된 우회전은, 포트 및 스타보드 스와시 판(145, 150)의 작동에 응답하여, 각각 포트 및 스타보드 로터(125, 130)에 포지티브 및 네거티브 회전 모멘트를 생성하는 것과 같은 것에 의해, 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 추가적인 비대칭 주기적 조종과 함께, 실시형태2에 대해 상술한 우회전에 따라 이룰 수 있다. 유사하게, 조정된 좌회전은, 포트 및 스타보드 스와시 판(145, 150)의 작동에 응답하여 각각 포트 및 스타보드 로터(125, 130)에 네거티브 및 포지티브 회전 모멘트를 생성하는 것과 같은 것에 의해, 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 추가적인 비대칭 주기적 조종과 함께, 실시형태 2에 대해 상술한 좌회전에 따라 이룰 수 있다.
도 3c의 실시형태 4(라인 4)에서, 조정된 조종은 i) 포트 및 스타보드 로터(125, 130)의 비대칭 주기적 조종과 ii) 포트 및 스타보드 엘레본(160, 165)의 비대칭 작동을 거의 동시에 사용하고; iii) 포트 및 스타보드 전동기(135, 140)의 차등 모터 RPM 조종을 사용하여 이룰 수 있다.
도 3b 및 도 3c는 여기서 설명한 본 발명의 시스템을 사용하는 느린(slow) 수평 천이를 달성하기 위해 사용되는 적어도 3개의 차등 이펙터 조종 실시형태를 설명한다. 실시형태 1(라인 5)에서, 느린 수평 천이는 포트 및 스타보드 로터의 대칭 주기적(비-제로) 로터 조종을 사용하여 이룰 수 있다. 도 3c에 도시된 실시형태 2(라인 5)에서, 느린 수평 천이는 i) 모든 로터의 대칭 주기적(비-제로) 로터 조종 및 ii) 항공기의 더욱 수직 배향을 유지하는 엘레본 조종을 사용하여 이룰 수 있다. 도 3c에 도시된 실시형태 3(라인 5)에서, 수평 천이는 포트 로터 대 스타보드 로터의 비대칭 콜렉티브 조종을 사용하여 이룰 수 있다.
도 3a 및 도 3b가 2개의 로터 고정익 항공기(100)에 대해 주로 설명하나, 이펙터 조종 입력과 같은 바람직하지 않은 실시형태에서는, 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 수평 안정판/엘리베이터 구성 및 2개의 날개를 갖는 4개의 로터 고정익 항공기의 고도 및 추력 제어를 제공하도록 사용될 수 있다. 이러한 애플리케이션에서, 이펙터 조종은 4개의 로터 고정익 항공기의 2개의 주 날개 중 하나에 존재하는 것이 바람직하다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 4개의 로터를 갖고 수직 이착륙을 위해 동작가능한 고정익 항공기의 다른 실시형태의 정면도, 상면도 및 포트 평면도를 각각 도시한다. 꼬리(aft) 주 날개(401)는 동체(406)에서 연결되는 꼬리 포트 날개 및 꼬리 스타보드 날개(402, 404)를 갖는다. 전진 주요 날개(408)는 동체(406)에서 연결되는 전진 포트 날개 및 전진 스타보드 날개(410, 412)를 갖는다. 꼬리 포트 스와시 판(414)은 꼬리 포트 로터(416)와 꼬리 포트 전동기(418) 사이에 연결되고, 꼬리 포트 전동기(418)는 꼬리 포트 날개(402)에 연결된다. 꼬리 스타보드 스와시 판(420)은 꼬리 스타보드 로터(422)와 꼬리 스타보드 전동기(424) 사이에 연결되고, 꼬리 스타보드 전동기(420)는 꼬리 스타보드 날개(404)에 연결된다. 전진 포트 스와시 판(426)은 전진 포트 로터(428)와 전진 포트 전동기(430) 사이에 연결되고, 전진 포트 전동기(430)는 전진 포트 날개(410)에 연결된다. 전진 스타보드 스와시 판(432)은 전진 스타보드 로터(434)와 전진 스타보드 전동기(436)사이에 연결되고, 전진 스타보드 전동기(436)는 전진 스타보드 날개(412)에 연결된다. 일 실시형태에서, 수평 안전판(438)은 동체(406)에 연결되고, 엘리베이터(440)는, 전진 포트 날개(410)와 전진 스타보드 날개(412) 사이에 연결된 동체(406)와 함께, 수평 안정판(438)에 회전가능하게 연결된다. 포트 에일러론(442)은 꼬리 포트 날개(402)의 트레일링 에지(444)에 회전가능하게 배치되고; 스타보드 에일러론(446)은 꼬리 스타보드 날개(404)의 트레일링 에지(448)에 회전가능하게 배치된다. 꼬리 및 전진 착륙 장치(450, 452)는 각각 꼬리 포트 날개(402) 및 꼬리 스타보드 날개(404)에 부착된다. 제3착륙 장치(454)는, 수평 안정판(438)의 대항하는 길이 방향 측과 같은, 수평 안정판(438)에 부착된다.
이전의 논의 및 이하의 테이블 설명을 위해, "대칭" 및 "차등" 주기적 로터 조종, 콜렉티브 로터 조종 및 로터 RPM에 의한 설명한 피치, 요 및 롤링 이동은, 공중 비행체의 질량 중심에 대해 대칭 또는 근 대칭적 로터 배치를 추정하고, 동일 또는 거의 동일한 전동기 출력을 추정하고, 수평 및 수직 비행 모드에서 질량 중심에 대해 항공기 구조의 대칭 또는 근 대칭적 기생 항력을 추정한다. 실제 응용에서, 바이어스 또는 트림(trim) 이펙터 입력이 이하의 이펙터 조종의 유효성을 유지하기 위해, 중량 중심(weight-balance) 편차 및 항공기 구조의 비-대칭적 기생 항력을 보상하기 위해 마련된다:
대칭 콜렉티브 이펙터 조종 - 2세트 로터 사이에 동일하거나 유사한 로터 힘 벡터를 야기하는 각 스와시 판에 의한 2세트의 로터 사이(세트는 단일 로터일 수 있음)의 동일하거나 유사한 콜렉티브 조종 입력의 응용.
비대칭 콜렉티브 이펙터 조종 - 2세트 로터 사이에 상이한 로터 힘 진폭 및 동일하거나 유사한 벡터 힘 방향을 야기하는 각 스와시 판에 의한 2세트의 로터 사이(세트는 단일 로터일 수 있음)의 상이한 콜렉티브 조종 입력의 응용.
비대칭 주기적 이펙터 조종 - 2세트의 로터 사이에 상이한 로터 회전 모멘트 진폭 및 대항하는 회전 모멘트 방향을 야기하는 각 스와시 판에 의한 2세트의 로터 사이(세트는 단일 로터일 수 있음)의 상이한 주기적 조종 입력의 응용.
대칭 주기적 이펙터 조종 - 2세트의 로터 사이에 동일하거나 유사한 로터 회전 모멘트 진폭 및 방향을 야기하는 각 스와시 판에 의한 2세트의 로터 사이(세트는 단일 로터일 수 있음)의 동일하거나 유사한 주기적 조종 입력의 응용. 대칭 주기적 이펙터 조종은 동일하거나 유사한 회전 모멘트 방향에서 동일한 회전 모멘트 진폭을 갖는 모든 로터에 대해 사용될 수 있다.
차등 모터 RPM - 2세트의 모터(세트는 단일 모터일 수 있음) 사이의 상이한 회전 속도의 응용으로, 이러한 모터 세트는 상이한 회전 속도를 동일하거나 유사한 벡터 힘 방향에서 세트 사이에 비례적으로 상이한 로터 힘 진폭으로 전환하도록 구성된다.
도 5는 이륙 및 호버링(hover) 동안과 같이, 비행체의 수직 비행 배향 동안 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 4개의 로터 고정익 항공기의 피치, 요 및 롤링 조종에 각각 영향을 미치게 하는데 사용되는 3개의 비행 조종 구성 실시형태를 설명한다. 수직 배향에서 수평 배향으로의 피치는 적어도 2개의 이펙터 실시형태로 이루어질 수 있다. 실시형태1(라인 1)의 비행 조종 구성에서, 동체(406)의 피치 조종은 일측 상의 꼬리 포트 로터(416) 및/또는 꼬리 스타보드 로터(422)와 타측 상의 전진 포트 로터(428) 및/또는 전진 스타보드 로터(434) 사이 사이에 차등 모터 RPM 조종을 제공하는 것에 따라 마련될 수 있다. 실시형태2(라인 1)에서, 동체의 피치 조종은 일측 상의 꼬리 포트 로터(416) 및 꼬리 스타보드 로터(422) 사이와 타측 상의 전진 포트 로터(428) 및 전진 스타 보드 로터(434) 사이에 비대칭 콜렉티브 조종을 제공하는 것에 따라 마련될 수 있다.
도 5는 공중 비행체(400)가 수직 배향 모드에 있는 경우 느린 수평 천이를 달성하는데 사용되는 2개의 차등 이펙터 조종 실시형태를 도시한다. 실시형태1(라인 2)에서, 꼬리 및 전진 포트 날개(402, 410)와 꼬리 및 전진 스타보드 날개(404, 412)의 느린 수평 천이는 모든 로터(416, 428, 422 및 434)의 대칭 주기적 조종을 제공하여 유도된다. 실시형태 2(라인 2)에서, 수직 배향 모드에서 느린 수평 천이는 일측 상의 꼬리 포트 및 스타보드 로터(416, 422)와 타측 상의 전진 포트 및 스타보드 로터(428, 434) 사이에 차등 콜렉티브를 발생하여 마련된다. 대안적인 실시형태에서, 수평 천이는 일측 상의 꼬리 및 전진 포트 로터(416, 428)와 타측 상의 꼬리 및 전진 스타보드 로터(422, 434) 사이의 차등 콜렉티브를 생성하여 마련된다.
동체의 정적 비-제로 롤링 정위치 유지 조종은 적어도 2개의 이펙터 실시형태에 의해 호버링/수직 배향 모드 동안 이루어질 수 있다. 실시형태 1(라인 3)에서, 비대칭 콜렉티브 조종은, 각 로터(422, 434, 416, 428)의 대칭적 주기적 조종과 거의 동시에, 일측 상의 꼬리 및 전진 스타보드 로터(424, 434)와 타측 상의 꼬리 및 전진 포트 로터(416, 428) 사이에서 생성될 수 있다. 실시형태 2(라인 3)에서, 차등 모터 RPM 조종은, 모든 로터(422, 434, 416, 428) 각각의 비-제로 대칭 주기적 조종과 거의 동시에, 일측 상의 꼬리 및 전진 스타보드 로터(422, 412)와 타측 상의 꼬리 및 전진 포트 로터(416, 428) 사이에 마련될 수 있다.
동체의 정적 비-제로 피치 각도 정위치 유지 조종도 적어도 2개의 이펙터 실시형태에 의해 호버링/수직 배향 모드 동안 이루어질 수 있다. 도 5에 도시된 실시형태 1(라인 4)에서, 비대칭 콜렉티브 조종은, 일측 상의 꼬리 및 전진 포트 로터(416, 428)과 타측 상의 꼬리 및 전진 스타보드 로터(422, 434)의 대칭 주기적 조종과 거의 동시에, 일측 상의 꼬리 포트 및 꼬리 스타보드 로터(416, 422)와 타측 상의 전진 포트 및 전진 스타보드 로터(416, 434) 사이에 생성될 수 있다. 실시형태 2(라인 4)에서, 피치 각도 정위치 유지는, 꼬리 포트 로터(416), 전진 포트 로터(428), 꼬리 스타보드 로터(422) 및 전진 스타보드 로터(434)의 대칭 주기적 조종과 거의 동시에, 일 측 상의 꼬리 포트 로터(416) 및 꼬리 스타보드 로터(422)와 타측 상의 전진 포트 로터(428) 및 전진 스타보드 로터(434) 사이의 차등 모터 RPM 조종을 생성하여 마련될 수 있다.
요 모멘트는 적어도 2개의 이펙터 실시형태에 의해 호버링/수직 배향 모드 동안 동체에 대해 유도될 수 있다. 도 5의 실시형태 1(라인 5)에서, 요 모멘트는 일측 상의 꼬리 및 전진 포트 로터(416, 428)와 타측 상의 꼬리 및 전진 스타보드 로터(422, 434)의 비대칭 주기적 조종에 따라 유도될 수 있다. 실시형태 2(라인 5)에서, 요 모멘트는 일측 상의 꼬리 포트 로터(416) 및 전진 스타보드 로터(434)와 타측 상의 전진 포트 로터(428) 및 꼬리 스타보드 로터(422)의 차등 모터 RPM 조종에 따라 유도될 수 있다.
수직 이륙은 적어도 2개의 이펙터 실시형태에 의해 제공될 수 있다. 실시형태 1(라인 6)에서, 이륙은 모든 로터(422, 434, 416, 428)의 대칭적 모터 RPM 조종에 따라 유도될 수 있다. 도 5의 실시형태 2(라인 6)에서, 이륙은 모든 로터(422, 434, 416, 428)의 대칭적 콜렉티브 조종에 따라 동체에 유도될 수 있다.
도 5가 다양항 항공기 고도 및 천이 조종에 영향을 미치는 2개의 항공기 구성 실시형태를 설명하나, 하나의 항공기 구성 실시형태의 이펙터 조종이 다른 실시형태에 사용될 수 있다. 예를 들어, 임의의 특정 항공기 구성 실시형태에서, 느린 수평 천이는, 도 2의 라인 2에 설명된 바와 같이, 대칭 주기적(비-제로) 로터 조종 또는 비대칭 콜렉티브 로터 조종으로 이루어질 수 있다.
도 6은 꼬리 및 전진 주 날개(401, 408)가 순항 또는 로이터링하는 동안 모든 또는 실질적으로 모든 수직 리프트를 제공하는 경우와 같이, 비행체의 수평 비행 배향 동안 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 4개의 로터 고정익 항공기의 피치, 요 및 롤링 조종에 전체적으로 영향을 미치는데 사용되는 3개의 비행 조종 실시형태를 설명한다. 착륙 또는 호버링의 준비와 같이, 수평 비행 배향에서 수직 비행 배향으로 천이하기 위한 동체의 피치 조종은, 도 6에 설명된 적어도 3개의 차등 항공기 조종 구성 실시형태에 의해 그 수평 비행 배향에서 비행 동안 동체에 대해 유도된다. 실시형태 1의 비행 조종에서, 수직 비행의 피치는 일측 상의 꼬리 포트 및 꼬리 스타보드 로터(416, 422)와 타측 상의 전진 포트 및 전진 스타보드 로터(428, 434) 사이의 비대칭 콜렉티브 조종을 제공하고 대략적인 전류 및 상보적인 엘리베이터 작동을 제공하여 유도될 수 있다. 실시형태 2(라인 2)의 비행 조종에서, 항공기의 피치 조종은, 엘리베이터 작동의 사용없이, 일측 상의 꼬리 포트 및 꼬리 스타보드 로터(416, 422)와 타측 상의 전진 포트 및 전진 스타보드 로터(428, 434) 사이의 비대칭 콜렉티브 조종을 제공하는 것에 응답하여 이루어진다. 실시형태 3(라인 1)의 비행 조종에서, 동체의 피치 조종은 일측 상의 꼬리 포트 및 꼬리 스타보드 모터(418, 424)와 타측 상의 전진 포트 및 전진 스타보드 로터(428, 434) 사이에 차등 모터 RPM 조종을 제공하여 유도될 수 있다.
동체의 피치 조종은 도 6에 설명된 적어도 3개의 차등 항공기 조종 구성 실시형태를 사용하는 항공기의 수평 배향에서 비행하는 동안 제공될 수 있다. 실시형태 1(라인 2)의 비행 조종에서, 피치는 비대칭 콜렉티브 로터 조종을 사용하지 않고 엘리베이터 조종을 제공하여 유도될 수 있다. 실시형태 2(라인 2)에서, 피치 조종은, 바람직하게는 엘리베이터 작동을 사용하지 않고, 일측 상의 꼬리 포트 및 꼬리 스타보드 로터(416, 422)와 타측 상의 전진 포트 및 전진 스타보드 로터(428, 434) 사이의 비대칭 콜렉티브 조종을 제공하여 유도될 수 있다. 실시형태 3(라인 2)에서, 동체의 피치 조종은, 바람직하게는 엘리베이터 작동 또는 비대칭 콜렉티브 로터 조종의 혜택없이, 일측 상의 꼬리 포트 및 꼬리 스타보드 모터(418, 424)와 타측 상의 전진 포트 및 전진 스타보드 로터(428, 434) 사이에 차등 모터 RPM 조종을 제공하여 유도될 수 있다.
롤링 모멘트는 도 6에 설명된 적어도 3개의 차등 항공기 조종 구성 실시형태에 의해 그 수평 비행 배향에서 비행하는 동안 동체에 대해 유도될 수 있다. 실시형태 1(라인 3)의 비행 조종에서, 롤링은 꼬리 포트 날개(402)와 꼬리 스타보드 날개(404)에 각각 회전가능하게 연결되는 포트 및 스타보드 에일러론(442, 446)의 작동을 제공하여 유도될 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 포트 및 스타보드 에일러론은 전진 포트 및 스타보드 날개(410, 412) 상에 또는 전진 및 주 날개(401, 408) 상에도 마련될 수 있다. 실시형태 2(라인 3)에서, 롤링 조종은 일측 상의 꼬리 및 전진 포트 로터(416, 428)와 타측 상의 꼬리 및 전진 스타보드 로터(422, 434)의 비대칭 주기적 로터 조종을 제공하여 유도될 수 있다. 실시형태 3(라인 3)에서, 롤링 조종은 일측 상의 전진 및 꼬리 포트 로터(430, 418)와 타측 상의 전진 및 꼬리 스타보드 모터(436, 424)의 차등 모터 RPM 조종에 의해 마련될 수 있다.
요 모멘트는 도 6에 설명한 적어도 3개의 차등 항공기 조종 구성 실시형태에 의해 그 수평 비행 배향에서 비행하는 동안 동체에 대해 유도될 수 있다. 실시형태 1 및 2(라인 4)의 비행 조종에서, 요 모멘트는 일측 상의 꼬리 및 전진 포트 로터(416, 428)와 타측 상의 꼬리 및 전진 스타보드 로터(422, 434) 사이의 비대칭 콜렉티브 조종에 응답하여 동체에 대해 유도될 수 있다. 실시형태 3(라인 4)에서, 요 모멘트는 일측 상의 꼬리 및 전진 포트 로터(416, 428)와 타측 상의 꼬리 및 전진 스타 보드 로터(422, 434) 사이의 차등 모터 RPM에 따라 유도될 수 있다.
전진 및 꼬리 주 날개의 조정된 턴도 도 6에 설명된 적어도 3개의 차등 항공기 조종 구성 실시형태에 의해 그 수평 비행 배향으로 비행하는 동안 이루어질 수 있다. 실시형태 1(라인 5)의 비행 조종에서, 항공기(400)의 조정된 턴은, 일측 상의 꼬리 및 전진 포트 로터(416, 428)와 타측 상의 꼬리 및 전진 스타보드 로터(422, 434) 사이의 비대칭 콜렉티브 로터 조종과 동시에, 포트 에일러론(424)과 스타보드 에일러론(446) 사이의 비대칭 에일러론 조종을 제공하여 이루어질 수 있다. 실시형태 2(라인5)의 항공기 구성에서, 항공기(400)의 조정된 턴은, 일측 상의 꼬리 및 전진 포트 로터(416, 428)와 타측 상의 꼬리 및 전진 스타보드 로터(422,434) 사이의 비대칭 콜렉티브 조종을 제공하는 것과 거의 동시에, 일측 상의 꼬리 및 전진 포트 로터(416, 428)와 타측 상의 꼬리 및 전진 스타보드 로터(422,434) 사이의 비대칭 주기적 조종을 제공하여 이루어질 수 있다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 이동하는 배 갑판면 상에 착륙을 시도할 때 겪게될 수 있는 상이한 날씨 상태에서 사용하기 위한 도 5에 설명한 몇몇 이펙터 조종 모드의 영향을 도시한다. 더욱 구체적으로, 도 7a는 잔잔한 바람 상태에서 배 갑판(700) 위를 호버링하는 동안 수직 배향에 있는 항공기(400)를 도시한다. 꼬리 및 전진 포트 로터(416, 428)와 꼬리 및 전진 스타보드 로터(422, 434)는, 각 로터(416, 422, 428, 434)의 대칭 콜렉티브 조종 및/또는 모터 RPM 조종과 수직축에 대해 0°로 각 로터(416, 422, 428, 434)의 대칭 주기적 조종의 사용에 의한 것과 같이, 정적인 호버링 위치 및 수평 비행(level flight)(즉, 수평면에 대해 피치 및 롤링 각도가 0°)에서 항공기(400)를 유지한다. 도 7b에서, 바람은, 호버링/수직 배향하는 동안 동체의 느린 수평 천이 조종을 설명하는, 도 5의 라인 2의 실시형태 1 및 2에 설명된 바와 같은 능동 비행 조종을 필요로 하는, 항공기(400)의 포트 날개(402, 410)로부터 도시된다. 대안적인 실시형태에서, 바람이 전진 위치/배향에서 수평하게 불어오는 경우와 같이, 도 5의 라인 2의 실시형태 1 및 2는 전진 (x-축) 방향에서 추력을 제공하도록 대칭 주기를 조정하여 배 갑판 위의 정적인 측 위치(lateral postion)을 유지하도록 항공기 상에 영향을 주는 풍력에 대응하도록 사용된다. 도 7c에서, 바람이 없는 것으로 도시되었으나, 배 갑판은, 예를 들어 도 5의 라인 3 및 4에 설명된 실시형태로부터 선택되는 조종 입력의 조합을 사용하는, 착륙을 이루기 위해 항공기(400)의 동적 피치 및 롤링 이펙터 조종의 사용을 제안하는 레벨로부터 순간 피치 및 롤링 각도로 도시된다. 예를 들어, 능동 피치 및 롤링 각도 관리는, 내려오는 동안 바람직하지 않은 측 방향 천이를 감소하고, 배 갑판이 롤링하는 경우라도 배 갑판(700)과 접촉할 때 착륙 장치(450, 452, 454)의 적절한 배향을 허용하도록, 항공기(400)가 내려옴에 따라 동체(446)에 유도될 수 있다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 파워를 로터를 구동하는 전동기에 제공하는 배터리를 충전하기 위해 터빈 및 내연기관("ICE")을 갖는 4개의 로터 고정익 항공기의 다른 실시형태를 도시한다. 항공기(800)는 동체(815) 내에 배치된 내연기관(805) 및 터빈(810)을 갖는다. 내연기관은, 예를 들어, 디젤 또는 제트 연료 스토리지를 제공하는 터빈 및 ICE(810, 805)에 이용가능한 하나 이상의 연료 탱크(820)를 갖는, 디젤 또는 제트 연료 엔진일 수 있다. ICE 및 터빈은 배터리(825)에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 발전기를 구동한다. 항공기의 원격 통신 및 제어를 위해, 예를 들어 센서를 갖는, 페이로드(payload, 830) 및 에어비오닉스(avionics, 835)는 동체(815)에 배치된다. 각 로터(840)는, ICE(805)나 터빈(810)에서 발전된 전력, 배터리(825)로부터 직접 전력을 얻거나 배터리, ICE 또는 터빈(825, 805, 810) 중 일부 조합을 통해 전력을 얻는 각 전동기(845)와 함께, 각 스와시 판(850)으로 안내됨에 따라 각 전동기(845)로 구동된다. 예를 들어, 순항 또는 로이터링하는 동안, 각 전동기(845)는 ICE(805)로부터 전력을 얻을 수 있다. 수직 이륙하는 동안, 각 전동기(845)는 ICE(805) 및 터빈(810)으로부터 전력을 얻거나, ICE, 터빈 및 배터리(805, 810, 825)로부터 전체적으로 전력을 얻을 수 있다.
항공기(800)에는 중심에서 동체(815)와 X-날개 구성으로 4개의 날개(860)가 마련된다. 로터는 각 날개(860) 상에 하나의 로터가 동체(815)에 대해 대칭적으로 배열되고, 바람직하게는 각 날개(860)를 따라 동체(815)로부터 등간격으로 이격되어 있다. 일 실시형태에서, 각 로터(840)는 동체(815)의 향상된 고도 조종을 위해 각 날개 끝(wingtip, 865)에 배치된다. 2개의 블레이드(870)가 각 로터(840)에 마련되나, 각 로터는 3개 또는 4개의 블레이드된 로터(840)일 수 있다. 4개의 착륙 장치(875)는 항공기(800)의 수직 이착륙을 가능하게 하기 위해 엔진 덮개(engine nacelles) 또는 다른 지지부(880)로부터 연장한다. 착륙 장치(875)는 또한 2개 이상의 날개(860)로부터 동체(815)로 또는 동체(815), 날개(860) 또는 지지부(88)의 일부 조합으로부터 연장할 수 있다.
도 9는 갑판 발사를 통해 수직 이착륙하고 위성 통신을 사용하는 육지 주변에서 로이터링하는 온 스테이션으로 구성되는 복수의 로터의 주기적 및 콜렉티브 조종을 갖는 고정익 항공기를 사용하기 위한 시스템의 일 실시형태를 도시한다. 항공기(900)는 내연기관 발전기, 터빈 발전기 및 보충 전력을 위해 기 저장된 배터리 파워의 조합을 사용하는 전동기에 제공된 이륙 전력으로, 모터 RPM 조종과 콜렉티브 로터 조종 중 하나 이상으로 제어된 추력을 사용하는 배 갑판(905)으로부터 수직 비행 배향으로 수직하게 이륙한다. 항공기(900)는 i) 차등 모터 RPM 조종 또는 ii) 비대칭 콜렉티브 조종을 포함하는 비행 조종 구성 실시형태를 사용하는 수평 비행 배향(910)을 달성하기 위해 앞으로 피칭(pitch)한다(도 5의 라인 1 참조).
수평 비행 배향이 이루어짐에 따라, 항공기는, 로이터 스테이션(910)으로 비행을 위해 항공기의 날개에 의해 제공되는 주요 리프트와 함께, 바람직하게는 로터를 구동하기 위해 내연기관 발전기로부터만 전력을 사용하는(도 8a, 도 8b, 도 8c 참조), 연료 효율이 좋은 수평 배향 순항 모드(915)(수직 배향 순항과 대조적)로 들어간다. 대안적인 실시형태에서, 순항 파워를 위해 사용되는 터빈 발전기와 배터리 중 어느 하나 이상은 불충분하거나 이용불가능하거나 추가적인 전력이 필요한 내연기관 발전기여야 한다. 항공기 조종 실시형태에서, 동체에 대한 피치 조종은 i) 엘리베이터 작동, ii) 비대칭 콜렉티브 조종 또는 iii) 도 6의 라인 2에 설명된 바와 같은 차등 모터 RPM 조종을 사용하여 이룰 수 있다. 동체에 대한 롤링 조종은 a) 에일러론, b) 비대칭 주기적 로터 조종 또는 c) 도 6의 라인 3에 설명된 바와 같은 차등 모터 RPM 조종을 사용하여 이룰 수 있다. 동체에 대한 요 조종은 도 4의 라인 4에 설명된 바와 같은 차등 모터 RPM 조종 또는 비대칭 콜렉티브 조종을 사용하여 이룰 수 있다. 조정된 턴은 x) 에일러론과 비대칭 콜렉티브 로터 조종, y) 비대칭 주기적 로터 조종과 비대칭 콜렉티브 로터 조종 또는 z) 차등 모터 RPM 조종을 사용하기 위해 수평 배향 순항하는 동안 유용하다.
배(920)와 같은, 명령 및 제어 스테이션과의 통신은 위성(925)을 통해 가능하다.
온-스테이션 로이터(910)의 종료시, 항공기는, 예를 들어 배 갑판(905)과 같은, 착륙장으로 되돌아온다(930). 착륙장에 이를 때, 항공기는, 이펙터 실시형태가 도 5의 라인 1에 설명된 바와 같이, 비행 배향을 변경하기 위해, 예를 들어 차등 모터 RPM 조종 또는 비대칭 콜렉티브 조종을 사용하는 수평 비행 배향(935)으로 피칭할 수 있다. 항공기의 느린 수평 천이는 도 5의 라인 2에 설명한 바와 같이 비대칭 콜렉티브 로터 조종 또는 대칭 주기적(비-제로) 로터 조종을 사용하는 최종 착륙 위치 조종을 위해 사용될 수 있다. 착륙장이 편평하지 않거나 배 갑판가 들썩거리는 경우, 항공기가 도 5의 라인 3 및 4에 설명된 이펙터 조종 실시형태를 사용하여 내려옴에 따라, 항공기는 배 갑판(905)의 피칭 및 롤링 각도를 매칭한다.
대안적인 실시형태에서, 항공기(900)는 도 3a 및 도 3b에 구성된 바와 같은 이펙터를 갖는 도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같은 2개의 로터 항공기이다. 도 9에서와 같이, 고정익 항공기는 모터 RPM 조종과 콜렉티브 로터 조종 중 하나 이상에 의해 제어된 추력을 사용하는 배 갑판(905)으로부터 수직 비행 배향으로 수직하게 이륙한다. 항공기는 i) 대칭 주기적 조종 또는 ii) 대칭 엘레본 작동을 갖는 대칭 주기적 조종(도 3b의 라인 1 참조)을 포함하는 비행 조종 구성 실시형태를 사용하는 수평 비행 배향(910)을 이루기 위해 앞으로 피칭한다. 수평 비행 배향이 이루어짐에 따라, 항공기는 로이터 스테이션(910)으로 비행하기 위해 그 날개(115, 120)로부터 주로 생성되는 수직 리프트와 함께(도 1 참조), 연료 효율적인 수평 배향 순항 모드(915)(수직 배향 순항과 대조적)로 들어간다. 항공기 조종 실시형태에서, 동체에 대한 피칭 조종은 i) 대칭 주기적 조종 또는 ii) 대칭 로터 조종 및 대칭 엘레본 작동을 사용하여 이룰 수 있다. 동체에 대한 롤링 조종은 a) 비대칭 주기적 로터 조종 또는 b) 비대칭 주기적 조종을 사용하여 이룰 수 있다. 동체에 대한 요 조종은 x) 비대칭 주기적 로터 조종 또는 y) 비대칭 주기적 조터 조종 및 비대칭 엘레본 작동을 사용하여 이룰 수 있다. 조정된 턴은 I) 비대칭 콜렉티브 로터 조종을 갖는 비대칭 주기적 로터 조종, II) 비대칭 콜렉티브 로터 조종을 갖는 비대칭 엘레본 작동, III) 비대칭 콜렉티브 및 비대칭 엘레본 작동을 갖는 비대칭 주기적 로터 조종 또는 IV) 차등 RPM 조종 및 비대칭 엘레본 작동을 갖는 비대칭 주기적 로터 조종을 사용하여 이루어질 수 있다.
2개의 로터 항공기에 의해 온-스테이션 로이터(910)의 종료시, 예를 들어 배 갑판(905)와 같은 착륙장으로 되돌아갈 수 있다(930). 착륙장에 이를 때, 항공기는, 예를 들어 대칭적 엘레본 작동을 갖는 대칭 주기적 로터 조종 또는 대칭 주기적 로터 조종을 사용하는 수평 비행 배향으로 피칭될 수 있다.
도 10은 4개의 전동기를 갖는 4개의 로터 고정익 항공기에 사용하기 위한 에너지를 저장하고 발전소를 갖는 하이브리드 파워 시스템의 일 실시형태를 도시하는 블록 다이어그램이다. 항공기(1000)는 호버링 배터리(1015), 내연기관 발전기(1020) 및 터빈 발전기(1025)로 구성되는 하이브리드 파워 시스템(1010)과 전기적으로 통신하는 4개의 전동기(1005)를 갖는 것으로 도시된다. 디젤 및 제트 연료 탱크(1035, 1040)는 내연기관 발전기 및 터빈 발전기(1020, 1025)와 각각 액체 통신한다.
이미지 또는 열 센서, 트랜시버 또는 대기 센서와 같은, 페이로드(1045)는 하이브리드 파워 시스템(1005)과 전기적으로 통신한다.
본 발명의 다양한 실시형태가 설명되었으나, 다양한 실시형태와 변형이 본 발명의 범위 내에서 가능함은 당업자에게 자명하다.

Claims (32)

  1. 고정익 항공기용 비행 조종 장치로,
    제1포트 날개 및 제1스타보드 날개;
    상기 제1포트 날개에 연결되는 제1포트 전동기;
    제1포트 로터와 상기 제1포트 전동기 사이에 연결되며, 상기 제1포트 로터에 단일축 주기적 피치 조종을 제공하는 제1포트 스와시 판;
    상기 제1스타보드 날개에 연결되는 제1스타보드 전동기; 및
    제1스타보드 로터와 상기 제1스타보드 전동기 사이에 연결되며, 상기 제1스타보드 로터에 단일축 주기적 피치 조종을 제공하는 제1스타보드 스와시 판을 포함하고,
    상기 제1포트 날개와 상기 제1스타보드 날개 사이에 동체가 연결되는 비행 조종 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1스타보드와 제1포트 로터의 피치, 요 및 롤링 모멘트는 날개 상의 조종면의 혜택 없이 달성되는 비행 조종 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    제2포트 날개 및 제2스타보드 날개;
    제2포트 날개에 연결되는 제2포트 전동기와 제2포트 로터와 사이에 연결되는 제2포트 스와시 판;
    제2스타보드 날개에 연결되는 제2스타보드 전동기와 제2스타보드 로터 사이에 연결되는 제2스타보드 스와시 판; 및
    상기 동체에 연결되는 수평 안정판을 더 포함하는 비행 조종 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1포트 날개와 상기 제1스타보드 날개는 상기 동체의 제1단부에 연결되고, 상기 제2포트 날개와 상기 제2스타보드 날개는 상기 동체의 제2단부에 연결되고, 상기 제1단부는 상기 제2단부로부터 멀리 위치하는 비행 조종 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1포트 날개의 꼬리 부분에 부착되는 제1착륙 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 조종 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1스타보드 날개의 꼬리 부분에 부착되는 제2착륙 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 조종 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1포트 날개의 트레일링 에지에 회전가능하게 배치되는 포트 에일러론; 및
    상기 제1스타보드 날개의 트레일링 에지에 회전가능하게 배치되는 스타보드 에일러론을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 조종 장치.
  8. 고정익 항공기의 비행 조종 방법으로,
    제1포트 스와시 판의 작동에 따라 네거티브 회전 모멘트를 제1포트 로터에 발생시키며, 상기 제1포트 스와시 판은 상기 제1포트 로터에 단일 축 주기적 피치 조종을 제공하는 단계; 및
    제1스타보드 스와시 판의 작동에 따라 포지티브 회전 모멘트를 제1 스타보드 로터에 발생시키며, 상기 제1포트 스와시 판은 상기 제1스타보드 로터에 단일 축 주기적 피치 조종을 제공하는 단계에 응답하여:
    제1포트 날개와 제1스타보드 날개 사이에 연결된 동체의 왼쪽 롤링을 유도하는 단계를 포함하고,
    상기 동체의 왼쪽 롤링은 상기 제1포트 날개 및 상기 제1스타보드 날개 상의 조종면의 혜택 없이 달성되는 비행 조종 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1포트 로터와 상기 제1스타보드 로터 사이의 비대칭 콜렉티브 조종을 생성하는 단계에 응답하여:
    상기 동체에 대해 요 모멘트를 유도하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 조종 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비대칭 콜렉티브 조종을 생성하는 단계, 상기 제1포트 로터에 포지티브 회전 모멘트를 생성하는 단계 및 상기 제1스타보드 로터에 네거티브 회전 모멘트를 생성하는 단계는, 포트 날개 및 스타보드 날개의 조정된 턴을 함께(collectively) 완수하는 것을 특징으로 하는 비행 조종 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    제1포트 스와시 판의 작동에 따라 제1포트 로터에 포지티브 회전 모멘트를 생성하는 단계; 및
    제1스타보드 스와시 판의 작동에 따라 제1스타보드 로터에 네거티브 회전 모멘트를 생성하는 단계에 응답하여:
    상기 동체의 오른쪽 롤링을 유도하는 단계를 더 포함하고,
    상기 동체의 오른쪽 롤링은 상기 제1포트 날개 및 상기 제1스타보드 날개 상의 조종면의 혜택 없이 달성되는 것을 특징으로 하는 비행 조종 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 동체에 연결되는 제2포트 날개에 회전가능하게 연결되는, 적어도 제2포트 로터와 상기 제1포트 로터 사이에 비대칭 콜렉티브 조종을 제공하는 단계에 응답하여:
    상기 동체의 피칭 조종을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 조종 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 동체에 연결되는 제2포트 날개에 회전가능하게 연결되는, 적어도 제2포트 로터와 상기 제1포트 로터 사이에 차등 모터 RPM 조종을 제공하는 단계에 응답하여:
    상기 동체의 피칭 조종을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 조종 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    제2스타보드 날개에 회전가능하게 연결되는 제2스타보드 로터와 상기 제1스타보드 로터 사이에 차등 모터 RPM 조종을 제공하는 단계에 응답하여:
    상기 동체의 피칭 조종을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 조종 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    피칭 모멘트를 추가 피칭 모멘트로 보충하기 위해 피칭 조종을 제공하는 것을 보완하도록 엘리베이터 조종을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 조종 방법.
  16. 제8항에 있어서,
    엘리베이터의 작동에 응답하여 동체의 피칭 조종을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 조종 방법.
  17. 제8항에 있어서,
    제2포트 스와시 판의 작동에 따라 제2포트 날개에 회전가능하게 연결되는 제2포트 로터에 네거티브 회전 모멘트를 생성하는 단계; 및
    제2스타보드 스와시 판의 작동에 따라 제2스타보드 날개에 회전가능하게 연결되는 제2스타보드 로터에 포지티브 회전 모멘트를 생성하는 단계에 등답하여:
    상기 동체의 오른쪽 롤링을 유도하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2포트 로터 및 상기 제2스타보드 로터에 생성된 힘의 포지티브 모멘트 및 네거티브 모멘트는 상기 제2포트 날개 및 상기 제2스타보드 날개의 오른쪽 롤링을 날개 상의 조종면의 혜택 없이 유도하는 것을 특징으로 하는 비행 조종 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2포트 날개와 상기 제2스타보드 날개에 각각 회전가능하게 연결되는 포트 에일러론 및 스타보드 에일러론의 작동에 따라 상기 동체의 오른쪽 롤링을 보충하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 조종 방법.
  19. 제8항에 있어서,
    제1스타보드 스와시 판의 작동에 따라 상기 제1스타보드 로터에 포지티브 회전 모멘트를 생성하는 단계; 및
    상기 제1스타보드 스와시 판의 작동에 따라 상기 제1포트 로터에 포지티브 회전 모멘트를 생성하는 단계에 응답하여:
    상기 동체의 피치업 조종을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 조종 방법.
  20. 제8항에 있어서,
    상기 동체의 왼쪽 롤링은 상기 제1포트 날개 및 상기 제1스타보드 날개 상의 조종면의 혜택 없이 달성되는 비행 조종 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
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  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
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