TWI643790B - 推力向量控制器 - Google Patents

Abstract

一種推力向量控制器包括氣流導引件、連接構件、第一驅動裝置以及第二驅動裝置。氣流導引件鄰近於排氣開口，氣流導引件包括本體、第一驅動部、第二驅動部以及連接部，氣流通過本體並被本體所導引，第一驅動部、第二驅動部以及連接部連接於本體，連接構件可移動地連接著連接部與排氣推進裝置，本體經由連接部以及連接構件可移動地連接於排氣推進裝置，第一驅動裝置連接於第一驅動部且驅動第一驅動部使氣流導引件朝第一方向移動，第二驅動裝置，連接於第二驅動部且驅動第二驅動部使氣流導引件朝第二方向移動，其中第一方向與第二方向不平行。

Description

推力向量控制器

本發明係有關於一種氣流方向導引裝置，特別是有關於一種推力向量控制器。

飛上天空不僅是人類的夢想，也是一種極有效率的交通模式，具有快速到達目的地的效能，因此，可移除了因空間而對人所造成的隔閡，所以，飛行不僅是具有娛樂及商務性質，對於其它應用更有極大的需求。

對於固定翼飛行器而言，固然可以搭載大量人員及貨物，但是這類載具需要很長的跑道以及大量相關的起降設備，因此只侷限於機場起降，為克服此項限制，另外發展出旋翼飛行器，例如直昇機，可以在小面積的範圍垂直起降。但是，即使是可以垂直起降的旋翼飛行器，仍要設置相當面積的停機坪，並不能像地面的車輛隨地上、下載客，且在密集建築物的大都會中，直昇機仍然難進入狹窄巷道及普通樓頂。

因此，目前已有研發團隊著手研發單人垂直升降飛行器，可以在建築物密集而空間狹窄的都會區使用，單人飛行器由於體積小，不具有像定翼飛行器般的較大型的機翼，因此也就不具備定翼飛行器上控制升降及方向的升降翼及尾翼，因此如何控制單人飛行器的方向，成為單人飛行器的重要課題。

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種推力向量控制器，對於使用排氣推進裝置的飛行器而言，本發明的推力向量控制器可裝設在排氣推進裝置的排氣開口，當排氣推進裝置經由排氣開口排出氣流產生推力時，本發明的推力向量控制器可導引氣流而改變氣流方向並進而改變推力的方向，藉此使飛行器轉向或升降。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明所提供的推力向量控制器的一實施例可用於飛行器的排氣推進裝置，排氣推進裝置具有排氣開口且可產生氣流自排氣開口排出而產生推力，本發明的推力向量控制器的一實施例包括氣流導引件、連接構件、第一驅動裝置以及第二驅動裝置。氣流導引件鄰近於排氣開口並環繞排氣開口，氣流通過氣流導引件並被氣流導引件所導引，連接構件可移動地連接氣流導引件與排氣推進裝置，第一驅動裝置驅動氣流導引件相對於排氣推進裝置朝第一方向移動，第一方向為由氣流導引件的周面通過氣流導引件的中心，第二驅動裝置驅動氣流導引件相對於排氣推進裝置朝第二方向移動，第二方向為由氣流導引件的周面通過氣流導引件的中心，其中第一方向與第二方向不平行。

在本發明的一實施例中，氣流導引件包括本體、第一驅動部、第二驅動部以及連接部，氣流通過本體並被本體所導引，連接構件可轉動地連接於連接部，本體經由連接部以及連接構件可轉動地連接於排氣推進裝置，第一驅動部、第二驅動部以及連接部連接於本體，第一驅動裝置連接於第一驅動部且驅動第一驅動部，進而驅動氣流導引件朝第一方向移動， 第二驅動裝置連接於第二驅動部且驅動第二驅動部，進而驅動氣流導引件朝第二方向移動。

在本發明的一實施例中，本體包括第一導流部以及支持部，第一導流部環繞排氣開口，使氣流由第一導流部導引而朝一方向排出，支持部支持於第一導流部的內壁而維持第一導流部環繞排氣開口的狀態。

在本發明的一實施例中，支持部包括第一支持構件以及第二支持構件，第一支持構件的相對的兩端連接於第一導流部的內壁面，第二支持構件的相對的兩端連接於第一導流部的內壁面，且第一支持構件與第二支持構件係彼此交叉連接。

在本發明的一實施例中，本體更包括第二導流部，第二導流部與第一導流部呈同心設置並連接支持部。

在本發明的一實施例中，第一導流部與第二導流部均呈管狀。

在本發明的一實施例中，連接部設於第一支持構件與第二支持構件的交叉連接處。

在本發明的一實施例中，第一支持構件與第二支持構件的交叉連接處是位於第一導流部的幾何中心。

在本發明的一實施例中，第一驅動部以及第二驅動部設於第一導流部，且第一驅動部以及第二驅動部相對於第一導流部的幾何中心彼此相距90度中心角。

在本發明的一實施例中，第一支持構件以及第二支持構件係彼此垂直地交叉設置，且第一驅動部係設於第一支持構件與第一導流部的連接處，第二驅動部係設於第二支持構件與第一導流部的連接處。

在本發明的一實施例中，連接構件包括萬向接頭。

在本發明的一實施例中，第一驅動裝置與第二驅動裝置係設置於排氣推進裝置上。

在本發明的一實施例中，第一方向與第二方向係垂直。

本發明的推力向量控制器，設置在排氣推進裝置的排氣開口處，可將從排氣推進裝置排出的氣流導引至所希望的方向，藉此使排氣推進裝置的推力可以不只是沿著軸心作用，也可以作用於其他方向，如此對於裝設排氣推進裝置的飛行器可以產生轉向與升降的效果。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

10‧‧‧氣流導引件

12‧‧‧本體

14‧‧‧第一驅動部

16‧‧‧第二驅動部

18‧‧‧連接部

20‧‧‧連接構件

30‧‧‧第一驅動裝置

40‧‧‧第二驅動裝置

100‧‧‧推力向量控制器

120‧‧‧第一支持部

122‧‧‧第一導流部

124‧‧‧第一支持構件

126‧‧‧第二支持構件

128‧‧‧第二導流部

F‧‧‧氣流

L‧‧‧軸心

P‧‧‧排氣推進裝置

P1‧‧‧氣流通道

P2‧‧‧殼體

Pi‧‧‧進氣開口

Po‧‧‧排氣開口

圖1為本發明的推力向量控制器的一實施例安裝於一排氣推進裝置的示意圖。

圖2為本發明的推力向量控制器的一實施例的立體示意圖。

圖3為圖2的俯視示意圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

請參閱圖1、圖2及圖3，圖1表示本發明的推力向量控制器的一實施例安裝於一排氣推進裝置，圖2、圖3表示本發明的推力向量控制器的一 實施例。本發明的推力向量控制器100，可用於飛行器的排氣推進裝置P，排氣推進裝置P具有進氣開口Pi以及排氣開口Po，在進氣開口Pi以及排氣開口Po之間形成一氣流通道P1，空氣自進氣開口Pi進入排氣推進裝置P，排氣推進裝置P可以用例如螺旋槳在氣流通道P1中產生氣流F，並使氣流F自排氣開口Po排出，推力向量控制器100包括氣流導引件10、連接構件20、第一驅動裝置30以及第二驅動裝置40。氣流導引件10設置於鄰近於排氣開口Po，氣流導引件10經由連接構件20可移動地連接於排氣推進裝置P，而且對準排氣開口Po，自排氣開口Po排出的氣流會通過氣流導引件10，在本實施例中，連接構件20可以是例如一端固定於排氣推進裝置P的排氣開口Po，另一端與氣流導引件10可旋轉地連接，使得氣流導引件10可相對於排氣開口Po在與排氣開口Po平行的一平面上的360度的任意方向上擺動，第一驅動裝置30以及第二驅動裝置40可推移氣流導引件10分別在第一方向與第二方向上移動，其中，第一方向與第二方向可以是上述360度的任意方向中的兩個不平行的方向，第一方向為由氣流導引件10的周面通過氣流導引件10的中心的方向，第二方向也是由氣流導引件10的周面通過氣流導引件10的中心的方向，但是第一方向與第二方向不平行，同時藉由改變在上述第一方向與第二方向上推移氣流導引件10的推移量，使氣流導引件10在周邊360度的範圍內的各方向上都可以相對於排氣推進裝置P的軸心L產生傾斜，而且在任一方向上可以相對於排氣推進裝置P的軸心L形成不同的傾斜角度，而將氣流F導引所希望的方向上。

第一驅動裝置30以及第二驅動裝置40設置於排氣推進裝置P上，在本實施例中，第一驅動裝置30以及第二驅動裝置40是設置於排氣推進裝置P的殼體P2與氣流通道P1之間所形成的空間P3中。在本實施例中，第一驅動裝置30包括一步進馬達以及一控制線，控制線連接步進馬達的輸 出軸以及氣流導引件10，控制步進馬達的輸出軸轉動而拉動控制線，使氣流導引件10在一方向上擺動，第二驅動裝置40也具有一步進馬達與一控制線，控制步進馬達的輸出軸轉動而拉動控制線，使氣流導引件10在另一方向上擺動，如此可以控制氣流導引件10在其周邊360度的範圍內的各方向上相對於排氣推進裝置P的軸心L產生傾斜，而將氣流F導引所希望的方向上。

如圖2及圖3所示，氣流導引件10包括本體12、第一驅動部14、第二驅動部16以及連接部18，氣流F通過本體12並被本體12所導引，第一驅動部14、第二驅動部16以及連接部18連接於本體12，連接構件20可移動地連接著連接部18與排氣推進裝置P(請參閱圖1)，本體12經由連接部18以及連接構件20可移動地連接於排氣推進裝置P，在本實施例中，連接構件20可以是萬向接頭，因此本體12及連接部18可以連接構件20為中心的360度的範圍朝任一方向擺動而與排氣推進裝置P的軸心L產生傾斜，第一驅動裝置30連接於第一驅動部14且驅動第一驅動部14使氣流導引件10朝第一方向移動，第二驅動裝置40連接於第二驅動部16且驅動第二驅動部16使氣流導引件10朝第二方向移動，在本實施例中，第一方向與第二方向是不平行，如此才能使氣流導引件10朝以連接構件20為中心的360度的範圍內的任一方向擺動而與排氣推進裝置P的軸心L產生傾斜，而且藉由改變氣流導引件10在第一方向與第二方向上的移動量可以調整氣流導引件10與排氣推進裝置P的軸心L之間的傾斜角度。較佳的是，第一方向與第二方向是垂直的，如此可以適配於以直角座標為基礎的控制方式。

在本實施例中，本體12包括第一導流部122以及第一支持部120。第一導流部122環繞排氣開口Po，使氣流F由第一導流部122導引而朝一 方向排出，第一支持部120支持於第一導流部122的內壁而維持第一導流部122的形狀，並藉此維持第一導流部122環繞排氣開口Po的狀態。第一支持部120包括第一支持構件124以及第二支持構件126，第一支持構件124的相對的兩端連接於第一導流部122的內壁面，第二支持構件126的相對的兩端連接於第一導流部122的內壁面，且第一支持構件124與第二支持構件126係彼此交叉連接。在本實施例中，第一支持構件124與第二支持構件126為長條形構件，藉由第一支持構件124的相對兩端連接於第一導流部122的內壁面以及第二支持構件126的相對兩端連接於第一導流部122的內壁面，使得第一導流部122的內壁面由第一支持構件124與第二支持構件126支持，可保持第一導流部122的形狀，而維持第一導流部122環繞排氣開口Po的狀態。較佳的是，第一支持構件124與第二支持構件126的交叉連接處是位於第一導流部122的幾何中心，第一導流部122對準排氣推進裝置P的排氣開口Po，較佳的是，在氣流導引件10未產生位移時排氣推進裝置P的軸心L通過第一導流部122的幾何中心。在本實施例中，本體12更包括第二導流部128，第二導流部128與第一導流部122呈同心設置並連接第一支持構件124以及第二支持構件126。從排氣推進裝置P的排氣開口Po排出的氣流F通過第一導流部122與第二導流部128，因此藉由使第一導流部122與第二導流部128於第一方向與第二方向上產生移動量，可以控制第一導流部122與第二導流部128在其周邊360度的範圍內的各方向上相對於排氣推進裝置P的軸心L產生傾斜，而將氣流F導引到所希望的方向上。在本實施例中，第一導流部122與第二導流部128呈管狀，較佳的是，第一導流部122與第二導流部128呈圓管狀，因此第一導流部122的幾何中心為其圓心。

在本實施例中，第一驅動部14以及第二驅動部16設於第一導流部122，且第一驅動部14以及第二驅動部16相對於第一導流部122的幾何中心彼此相距90度中心角。如圖3所示，第一驅動部14以及第二驅動部16是設於第一導流部122的外周壁，在本實施例中，第一驅動部14以及第二驅動部16是突肋，沿第一導流部122的軸向延伸且設於第一導流部122的外周壁。在本實施例中，第一驅動部14是設於第一支持構件124與第一導流部122的連接處，第二驅動部16是設於第二支持構件126與第一導流部122的連接處。

本發明的推力向量控制器100，設置在排氣推進裝置P的排氣開口Po處，可將從排氣推進裝置P排出的氣流F導引至所希望的方向，藉此使排氣推進裝置P的推力可以不只是沿著軸心L作用，也可以作用於其他方向，如此對於裝設排氣推進裝置P的飛行器可以產生轉向與升降的效果。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為准。

Claims (13)

1. 一種推力向量控制器，用於一排氣推進裝置，該排氣推進裝置具有一排氣開口且產生一氣流自該排氣開口排出，該推力向量控制器包括：一氣流導引件，鄰近於該排氣開口並環繞該排氣開口，該氣流通過該氣流導引件並被該氣流導引件所導引；一連接構件，可動地連接該氣流導引件與該排氣推進裝置；一第一驅動裝置，驅動該氣流導引件相對於該排氣推進裝置朝一第一方向移動，該第一方向為由該氣流導引件的周面通過該氣流導引件的中心；以及一第二驅動裝置，驅動該氣流導引件相對於該排氣推進裝置朝一第二方向移動，該第二方向為由該氣流導引件的周面通過該氣流導引件的中心，其中該第一方向與該第二方向不平行。
2. 如申請專利範圍第1項所述之推力向量控制器，其中該氣流導引件包括一本體、一第一驅動部、一第二驅動部以及一連接部，該氣流通過該本體並被該本體所導引，該連接構件可轉動地連接該連接部，該本體經由該連接部以及該連接構件可轉動地連接於該排氣推進裝置，該第一驅動部、該第二驅動部以及該連接部連接於該本體，該第一驅動裝置連接於該第一驅動部且驅動該第一驅動部，進而驅動該氣流導引件朝該第一方向移動，該第二驅動裝置連接於該第二驅動部且驅動該第二驅動部，進而驅動該氣流導引件朝該第二方向移動。
3. 如申請專利範圍第2項所述之推力向量控制器，其中該本體包括一第一導流部以及一支持部，該第一導流部環繞該排氣開口，使該氣流由該第一導流部導引而朝一方向排出，該支持部支持於該第一導流部的內壁而維持該第一導流部環繞該排氣開口的狀態。
4. 如申請專利範圍第3項所述之推力向量控制器，其中該支持部包括一第一支持構件以及一第二支持構件，該第一支持構件的相對的兩端連接於該第一導流部的內壁面，該第二支持構件的相對的兩端連接於該第一導流部的內壁面，且該第一支持構件與該第二支持構件係彼此交叉連接。
5. 如申請專利範圍第3項所述之推力向量控制器，其中該本體更包括一第二導流部，該第二導流部與該第一導流部呈同心設置並連接該支持部。
6. 如申請專利範圍第5項所述之推力向量控制器，其中該第一導流部與該第二導流部均呈管狀。
7. 如申請專利範圍第4項所述之推力向量控制器，其中該連接部設於該第一支持構件與該第二支持構件的交叉連接處。
8. 如申請專利範圍第4項所述之推力向量控制器，其中該第一支持構件與該第二支持構件的交叉連接處是位於該第一導流部的幾何中心。
9. 如申請專利範圍第3項所述之推力向量控制器，其中該第一驅動部以及該第二驅動部設於該第一導流部，且該第一驅動部以及該第二驅動部相對於該第一導流部的幾何中心彼此相距90度中心角。
10. 如申請專利範圍第9項所述之推力向量控制器，其中該第一支持構件以及該第二支持構件係彼此垂直地交叉設置，且該第一驅動部係設於該第一支持構件與該第一導流部的連接處，該第二驅動部係設於該第二支持構件與該第一導流部的連接處。
11. 如申請專利範圍第1項所述之推力向量控制器，其中該連接構件包括一萬向接頭。
12. 如申請專利範圍第1項所述之推力向量控制器，其中該第一驅動裝置與該第二驅動裝置係設置於該排氣推進裝置上。
13. 如申請專利範圍第1項所述之推力向量控制器，其中該第一方向與該第二方向係垂直。