TWI742057B - 飛行器機翼移位裝置 - Google Patents
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Abstract
一種航空載具包括機身、機翼及機翼移位裝置。該機翼移位裝置經組配來耦接至該機身。該機翼移位裝置包含用於將該機翼耦接至該航空載具之多個孔隙。該等多個孔隙經組配來准許該機翼基於該航空載具之重心沿著該機身在向前或向後方向上移位。
Description
發明領域 本揭示案大體而言係關於飛行器，且更具體而言，係關於飛行器機翼移位裝置。
發明背景 飛行器之平衡及穩定性受飛行器之升力中心及重心影響。為維持平衡及穩定性，重心之最佳位置在飛行器之升力中心處或附近。因此，當其升力中心及重心在平衡範圍內對準時，使飛行器平衡。
一般而言，升力中心由主要升力面設定，該主要升力面通常為飛行器之主機翼。飛行器之重心的位置取決於飛行器之重量分佈而變化。更具體而言，飛行器之重心相對於機身向前或向後(aft)移動至集中所有重量之點。
發明概要 根據一個實施例，無人航空載具(「UAV」)包含機身、機翼及機翼移位裝置。機翼移位裝置經組配來耦接至機身，且包含用於將機翼耦接至UAV之多個孔隙。該等多個孔隙經組配來准許機翼基於UAV之重心沿著機身在向前或向後方向上移位。
某些實施例之技術優點可包括提供增加的酬載容量及增加的飛行器效能。熟習此項技術者將自以下圖式、描述及申請專利範圍容易地明白其他技術優點。此外，雖然上面已列舉了特定優點，但各種實施例可包括所列舉優點中之所有、一些，或不包括該等優點。
較佳實施例之詳細說明 為促進對本揭示案之較好理解，給出某些實施例之以下實例。以下實例不應被理解為限制或界定本揭示案之範圍。參考圖1至4D最佳地理解本揭示案之實施例及其優點，其中相同數字用來指示相同或對應部分。
包括無人航空載具(「UAV」)之飛行器通常攜帶呈燃料、旅客、行李、設備等形式之機載重量。機載重量藉由將重心自其最佳位置移動至不安全位置(亦即，飛行器之平衡範圍以外)使飛行器失衡。為對抗此效應，飛行器可能需要壓艙物。壓艙物為添加至飛行器以便使重心再定位至其最佳位置(亦即，飛行器之平衡範圍內)處之配重材料。壓艙物一般添加於飛行器之機頭或機尾中，但可沿著飛行器添加到任何地方。雖然壓艙物可成功地使飛行器再平衡，但使用壓艙物存在某些缺點。例如，壓艙物減小了酬載容量，因為其降低了飛行器內可用空間之量。使用壓艙物之另一缺點在於，壓艙物顯著地降低了飛行器效能。重量使飛行器效能負重，因為飛行器之總重量必須由升力抵消以便使飛行器升空。因此，攜帶壓艙物之飛行器必須產生額外的升力來補償額外的、不可用的機載重量。相應地，需要用來平衡飛行器之解決方案，該解決方案不減小酬載容量或顯著降低飛行器效能。
本揭示案之教示認識到，典型飛行器之此等及其他問題可藉由使用飛行器機翼移位裝置來減少或消除，以便適應酬載及重心的變化。下面描述用於提供此等及其他所要特徵之機翼移位裝置。
圖1例示根據本揭示案之某些實施例的耦接至飛行器100之示例性機翼移位裝置150。飛行器100包括攜帶酬載130之機身120。在此實施例中，機翼移位裝置150耦接至機身120之頂部部分。機翼110附連至機翼移位裝置150之遠端表面。
一般而言，機翼移位裝置150耦接至機身120及飛行器100之機翼110，且准許機翼110沿著機身120向前或向後移位，以便適應酬載130及重心160的變化。機翼移位裝置150可耦接至飛行器100之任何適當部分，如以下參考圖4a至4d更詳細地描述。飛行器100可為任何適當飛行器，包括但不限於UAV。
如以上所描述，機翼110界定用於飛行器100之升力中心170。在一些實施例中，機翼110為飛行器100之主機翼。如圖1中所描繪，用於飛行器100之升力中心170由機翼110設定。圖1展示具有高機翼架(亦即，機翼110耦接至機身120之頂部部分)之飛行器100。本揭示案設想包括具有中機翼架、低機翼架及側機翼架之飛行器的額外實施例，如以下參考圖4A至4D詳細地解釋。
在一些實施例中，機身120為飛行器100之中心結構或主體。在典型飛行器中，機身120耦接至機翼110，且為飛行器的含有或支撐酬載130之區段。在所例示之實施例中，機身120為魚雷形(亦即，具有錐形端部之管形)。然而，本揭示案認識到，機身120可具有任何適當形狀或尺寸。
在一些實施例中，飛行器100包括酬載130。一般而言，應仔細考慮酬載130之定位，因為如以上所解釋，需要飛行器100的良好平衡以便確保飛行器在飛行期間之可操縱性、可控制性及效率。在大多數情況下，酬載130取決於飛行器之飛行本質而改變。例如，在一些商用飛行器實施例中，酬載130可包括機組人員、旅客、行李、燃料及設備。在UAV實施例中，酬載130可包括電源(例如，蓄電池)、控制器及攝影機。如所描繪，酬載130耦接至機身120的接近飛行器100之機尾的下側面。雖然在圖1中將酬載130描繪在特定位置中，但熟習此項技術者將認識到，酬載130可沿著機身120定位在任何地方或定位在機身120內的任何地方。此外，酬載130可貫穿機身120分佈。例如，飛行器100之酬載130可包括貨物及機組人員，其中貨物經定位成接近機尾，且機組人員經定位成接近飛行器100之機頭。因此，本揭示案認識到，酬載130可取決於飛行器100之飛行本質而改變，且添加、改變或移除酬載130影響飛行器100之重量的分佈。
一般而言，機翼移位裝置150可藉由任何適當手段耦接至機身120之任何適當部分。雖然機翼移位裝置150在圖1中例示為安裝至機身120之頂部，但本揭示案設想將機翼移位裝置150安裝至機身120之任何合適部分(例如，圖4A至4D中所例示之實施例)。在一些實施例中，機翼移位裝置150永久地耦接至機身120。永久安裝可包括藉由黏合劑或將機翼移位裝置150永久地錨固至機身120的任何其他合適方法焊接、釺焊、熔合、膠接、接合。
在一些實施例中，機翼移位裝置150可移除地耦接至機身120。緊固件115 (例如，115a至115d)可用來將機翼移位裝置150耦接至機身120。緊固件115可包括螺栓、按鈕、帶扣、繫繩、夾子、扣環、釘子、栓釘及/或螺釘。緊固件115亦可包括將機翼移位裝置150機械地附連至機身120之任何其他合適裝置。在一些實施例中，可使用低成本、易於使用及有效的指撚螺釘115。在其他實施例中，使用重型緊固件115。在一些實施例中，緊固件115可能需要工具或設備來確保可靠耦接。所採用緊固件115之類型可基於飛行器涉及問題(例如，飛行器或其組件之重量、飛行器之用途等)。
一般而言，機翼移位裝置150用來將機翼110附連至飛行器100。機翼110可永久地或可移除地附連至機翼移位裝置150。緊固件115可用來將機翼110耦接至機翼移位裝置150。
在一些實施例中，機翼移位裝置150可由碳纖維、碳奈米管、纖維素奈米晶體、克維拉(kevlar)、塑膠、金屬及/或此等材料之任何組合構造。本揭示案認識到由任何合適材料構造機翼移位裝置150。較佳地，機翼移位裝置150由堅實且輕型的材料製成。
機翼移位裝置150之形狀及大小可根據飛行器100之不同用途及組態而變化。例如，飛行器上重250公克的機翼移位裝置150可為正方形的且具有2吋的長度。比較而言，飛行器上重750公斤的機翼移位裝置150可為矩形的且具有2英尺的長度。本揭示案認識到，飛行器具有各種形狀及大小，且機翼移位裝置150可根據利用機翼移位裝置150之飛行器為任何適當形狀及大小。
如圖2至3中所例示，機翼移位裝置150可包括多個孔隙215及305，該等多個孔隙用於將機翼移位裝置150耦接至機身120，且用於將機翼110耦接至機翼移位裝置150。孔隙215及305之大小及形狀可根據飛行器涉及問題(例如，飛行器之大小、飛行器之重量、飛行器之用途、所使用之緊固件等)而變化。在一些實施例中，孔隙215經預組配以用於特定酬載130。例如，當飛行器100攜帶包含攝影機之酬載130時，機翼110可附連至機翼移位裝置150之預組配第一組孔隙215。作為另一實例，當飛行器100攜帶包含全球定位系統(「GPS」)之酬載130時，機翼110可附連至機翼移位裝置150之預組配第二組孔隙215。當沿著機翼移位裝置150調整機翼110時，預組配可導致增加的效率。
在一些實施例中，機翼移位裝置150可包括各種實用性及/或設計特徵。例如，在一些實施例中，機翼移位裝置150可包括航空裙(aeroskirt) 230。航空裙230可由機翼移位裝置150之輪廓界定。一般地，航空裙230可防止空氣在機翼移位裝置150與機身120之間行進。因此，航空裙230可減少阻力，從而增加飛行器效能。作為另一實例，在一些實施例中，機翼移位裝置150可包括儲存解決方案(storage solution)。諸如隔室240之儲存解決方案亦可由機翼移位裝置150之輪廓界定。作為一個實例，隔室240可適應與機翼110相關聯之電氣或氣動連接器。建立儲存解決方案與機翼移位裝置150成一體可進一步增加飛行器100之酬載容量。
如以上所描述，機翼110可耦接至機翼移位裝置150。在一些實施例中，機翼110永久地耦接至機翼移位裝置150。在其他實施例中，機翼110可移除地耦接至機翼移位裝置150。在一些實施例中，機翼110使用緊固件115耦接至機翼移位裝置150。如圖2至3中所例示，機翼移位裝置150可包括多個孔隙215，該等多個孔隙准許將機翼110附連至機翼移位裝置150之頂部表面310或附連至機翼移位裝置150之側表面320。
為適應酬載130及重心160的變化，可能有利的是，藉由使用機翼移位裝置150之孔隙215或305沿著機身120使其移位來改變機翼110之位置。因此，在一些實施例中，機翼110基於飛行器100之重心160的變化來移位且固定至機翼移位裝置150。例如，在圖1中，酬載130可固定至機身120接近飛行器100之機尾。因此，飛行器100之重心160向後移位，且致使升力中心170及重心160之未對準。因為升力中心170由機翼110設定，所以調整機翼110之位置就調整了飛行器100之升力中心170的位置。因此，沿著機翼移位裝置150向後移動機翼110移動了飛行器100之升力中心170。機翼110之合適定位使重心160與升力中心170再對準，且確保飛行器100之平衡。
可手動達成將機翼110耦接至機翼移位裝置150。在一些實施例中，機翼110可包括多個孔隙，該等多個孔隙對應於機翼移位裝置150之孔隙215或305。在一些實施例中，機翼110之孔隙與機翼移位裝置150之孔隙215對準，以便將機翼110可靠地耦接至機翼移位裝置150。以此方式，機翼110可向前(亦即，朝飛行器之機頭)或向後(亦即，朝飛行器之機尾)移位，且由於機翼移位裝置150之孔隙215、305及機翼110之孔隙的佈置，在特定位置處固定至機翼移位裝置150。
本揭示案亦設想，機翼110可沿著機翼移位裝置150機械地移位。在一些實施例中，飛行器100包括控制器(未例示)，該控制器可通訊地耦接至一或多個馬達(未例示)，該等一或多個馬達經組配來沿著機身120向前及向後移動機翼100。控制器可經組配來經由任何適當的通訊鏈路(例如，有線或無線)向馬達提供指令。在一些實施例中，控制器包括電腦系統或為電腦系統。作為實例，回應於自控制器接收指令，機翼110沿著機翼移位裝置150自第一位置自動移位至第二位置，該第二位置為飛行器之升力中心170與其重心160對準之位置。因此，本揭示案認識到由於酬載130及重心160的變化，再定位機翼110之自動化。
在操作中，機翼移位裝置150在沿著機身120或機身120內之所要位置處耦接至機身120。在一些實施例中，機翼移位裝置150使用緊固件115耦接至機身120。例如，機翼移位裝置150可藉由穿過機翼移位裝置150之孔隙215固定緊固件115來耦接至機身120。然後，飛行器100可負載或固定有酬載130(例如，機組人員、旅客，貨物、設備等)。酬載130於飛行器100上或飛行器100內之位置可改變重心160之位置。然後機翼110可在對準飛行器100之升力中心170與重心160的位置處耦接至機翼移位裝置150(例如，藉由使用緊固件115)。此對準使飛行器100平衡，且飛行器100正準備飛行。
飛行器100可針對不同目的用於後續飛行中，但可能需要再平衡來確保安全及有效。此是因為酬載130之重量或酬載130之定位的變化可導致飛行器之重心160及升力中心170的未對準。例如，在圖1中，酬載130可固定至飛行器100接近其機尾。藉由沿著機身120將酬載130固定至此位置，飛行器100之重心160向後(朝飛行器100之機尾)移位，且不再與飛行器100之升力中心170對準。因此，飛行器100不具有最佳平衡。因此，重心160可藉由沿著機翼移位裝置150使機翼110向後移位來再對準，以便適應酬載130及重心160的變化。
使用如本文中所闡述之機翼移位裝置150可消除飛行器100對壓艙物之需要，且提高其效能及酬載容量。飛行器100可在每次飛行之前簡單地經歷快速再組配，以便考慮到酬載130及重心160之任何變化。此與在每次飛行之前再佈置酬載(例如，人、設備、燃料等)及/或將計算量的壓艙物添加至飛行器100之繁重及時間密集型任務形成對比。
圖4A至4D例示根據本揭示案之某些實施例的機翼移位裝置150之示例性用途。機翼移位裝置150可與飛行器100之各種組態一起使用，該等組態包括具有高機翼架(亦即，耦接至機身120之頂部部分的機翼110)、中機翼架(亦即，耦接至機身120之內部部分的機翼110)、低機翼架(亦即，耦接至機身120之底部部分的機翼110)及側機翼架(亦即，耦接至機身120之側面部分的機翼110)之彼等組態。以下關於圖4A至4D更詳細地描述此等組態中之每一者。
圖4A例示安裝於高機翼架飛行器100A上之機翼移位裝置150。在此類實施例中，機翼移位裝置150可耦接至機身120之頂部部分，且機翼110可耦接至機翼移位裝置150之遠端表面(例如，頂部表面310)。在一些實施例中，機翼110使用緊固件115附連至機翼移位裝置150之頂部表面310。在一些實施例中，如本文中所論述的將升力中心170與重心160再對準可能需要沿著機翼移位裝置150之遠端表面使機翼110在向前或向後的方向上移位。
圖4B例示安裝於中機翼架飛行器100B上之機翼移位裝置150。在此類實施例中，機翼移位裝置150可耦接至機身120之內部部分。中機翼架飛行器100B之整流罩及機身120包括充足的空間來適應機翼110沿著機翼移位裝置150之移位。
中機翼架飛行器100B上之機身120可包含多個孔隙410，該等多個孔隙經組配來准許機翼110穿過機身120。在一些中機翼架飛行器實施例中，機翼110可耦接至機翼移位裝置150之頂部表面310。在一些其他中機翼架飛行器實施例中，機翼110可耦接至機翼移位裝置150之底部表面315。雖然機翼110耦接至機身120之內部部分，但在一些實施例中，機身120經組配來准許機翼110沿著機翼移位裝置150容易地移位。例如，中機翼架飛行器100B之機身120可包含頂部半部分及底部半部分。在此類實施例中，機身半部分可彼此分離。將頂部機身半部分與底部機身半部分分離暴露機翼移位裝置150，且允許機翼110取決於重心160或酬載130的變化在機翼移位裝置150上向前或向後移位。一旦已達成再對準，機身半部分可經再耦接以便飛行。雖然此實例例示特定組態，但設想到允許機翼120在中機翼架飛行器100B中沿著機翼移位裝置150之移位的其他合適機身組態。
圖4C例示安裝於低機翼架飛行器100C上之機翼移位裝置150。在此類實施例中，機翼移位裝置150可耦接至機身120之底部部分，且機翼110可耦接至機翼移位裝置150之遠端表面(例如，頂部表面310)。在一些實施例中，如本文中所論述的將升力中心150與重心160再對準可能需要沿著機翼移位裝置150之遠端表面使機翼110在向前或向後的方向上移位。
圖4D例示安裝於側機翼架飛行器100D上之機翼移位裝置150。在一些側機翼架實施例中，機翼110包括兩個部分，第一側機翼450a及第二側機翼450b。側機翼450可為對稱的且使用孔隙305耦接至機翼移位裝置150之側表面320。在其他實施例中，側機翼450可為對稱的且使用孔隙215耦接至機翼移位裝置150之遠端表面(例如，頂部表面310)。
例如，如圖4D中所描繪，飛行器100D之機翼110包括側機翼450a及側機翼450b。機翼移位裝置150耦接至機身120之頂部部分。緊固件115可用來將側機翼450耦接至機翼移位裝置150。緊固件115可沿著機翼移位裝置150之側表面320穿過孔隙305固定側機翼450。在一些實施例中，將側機翼450附連至機翼移位裝置150之側表面320導致緊固件115之水平取向。雖然圖4D例示側機翼450附連至機翼移位裝置150之側表面320，但可使用用於側機翼450之任何合適安裝位置。例如，側機翼450可穿過孔隙215附連至機翼移位裝置150之遠端表面(例如，頂部表面310)。在一些實施例中，將側機翼450附連至機翼移位裝置150之遠端表面導致緊固件115之垂直取向。
另外，雖然圖4D描繪機翼移位裝置150耦接至機身120之頂部部分，但本揭示案認識到，機翼移位裝置150可耦接至機身120之任何合適部分。例如，在一些實施例中，側機翼架飛行器100D上之機翼移位裝置150可耦接至機身120之底部部分。在其他實施例中，側機翼架飛行器100D上之機翼移位裝置150可耦接至機身120之內部部分。
在本文中，除非另外明確地指示或由上下文另外指示，否則「或」為包括的且非排他的。因此，在本文中，除非另外明確地指示或由上下文另外指示，否則「A或B」意味「A、B或兩者」。此外，除非另外明確地指示或由上下文另外指示，否則「及」為共同的及個別的。因此，在本文中，除非另外明確地指示或由上下文另外指示，否則「A及B」意味「A及B，共同地或個別地」。
本揭示案之範疇涵蓋對一般技藝人士將瞭解的本文中所描述或例示之示例性實施例的所有改變、置換、變化、更改及修改。本揭示案之範疇不限於本文中所描述或例示之示例性實施例。此外，雖然本揭示案將本文中之各個實施例描述及例示為包括特定組件、元件、功能、操作或步驟，但任何此等實施例可包括一般技藝人士將瞭解的本文中任何地方所描述或例示之任何組件、元件、功能、操作或步驟之任何組合或排列。此外，所附申請專利範圍中對適合於、經佈置來、能夠、經組配來、經附能來、可操作來或操作來執行特定功能之設備或系統或者設備或系統之組件的引用涵蓋無論其或彼特定功能是否經激活、開啟或解鎖，只要設備、系統或組件經如此調適、佈置、能夠、組配、賦能、可操作或操作之設備、系統、組件。
100‧‧‧飛行器100A‧‧‧高機翼架飛行器100B‧‧‧中機翼架飛行器100C‧‧‧低機翼架飛行器100D‧‧‧側機翼架飛行器110‧‧‧機翼115、115a-115d‧‧‧緊固件120‧‧‧機身130‧‧‧酬載150‧‧‧機翼移位裝置160‧‧‧重心170‧‧‧升力中心215、305、410‧‧‧孔隙230‧‧‧航空裙240‧‧‧隔室310‧‧‧頂部表面315‧‧‧底部表面320‧‧‧側表面450a‧‧‧第一側機翼450b‧‧‧第二側機翼
為更完整地理解本揭示案及其優點，現在結合隨附圖式參考以下描述，該等圖式中：
圖1例示根據本揭示案之實施例的耦接至航空載具之示例性機翼移位裝置。
圖2為根據本揭示案之實施例的圖1之機翼移位裝置的平面視圖。
圖3為根據本揭示案之實施例的圖1之示例性機翼移位裝置的另一視圖。
圖4A至4D例示根據本揭示案之實施例的圖1之機翼移位裝置的示例性用途。
100‧‧‧飛行器
110‧‧‧機翼
115‧‧‧緊固件
120‧‧‧機身
130‧‧‧酬載
150‧‧‧機翼移位裝置
160‧‧‧重心
170‧‧‧升力中心
Claims (20)
- 一種無人航空載具(UAV)，其包含：一機身；一機翼；以及一機翼移位裝置，其經組配來耦接至該機身，該機翼移位裝置大致上為矩形且包含用於將該機翼耦接至該UAV之多個孔隙，其中該等多個孔隙係沿著該機翼移位裝置之一第一側及一第二側定位，該第一側及該第二側大致上彼此平行；以及該等多個孔隙經組配來准許該機翼基於該UAV之一重心沿著該機身在一向前或向後方向上移位。
- 如請求項1之UAV，其中該機翼可自該UAV拆卸，且經組配來待使用一或多個緊固件耦接至該機翼移位裝置。
- 如請求項1之UAV，其中該機翼移位裝置可移除地耦接至該機身。
- 如請求項1之UAV，其中該機翼移位裝置耦接至該機身之一頂部部分。
- 如請求項1之UAV，其中該機翼移位裝置耦接至該機身之一底部部分。
- 如請求項1之UAV，其中：該機翼移位裝置耦接至該機身之一內部部分；以及該機身包含多個孔隙，該等多個孔隙經組配來准許該 機翼穿過該機身。
- 如請求項1之UAV，其中該機翼移位裝置進一步包含一航空裙，該航空裙經組配來減少阻力。
- 如請求項1之UAV，其中該UAV經組配來在不具有壓艙物的情況下飛行。
- 如請求項1之UAV，其中該機翼在將該UAV之該重心與該機翼之一升力中心對準的一位置處附連至該機翼移位裝置。
- 如請求項1之UAV，其中：該機翼包含一第一部分及一第二部分；該機翼移位裝置包含一第一側面及一第二側面；以及該第一機翼部分耦接至該機翼移位裝置之該第一側面，且該第二機翼部分耦接至該機翼移位裝置之該第二側面。
- 一種飛行器，其包含：一機翼；以及一機翼移位裝置，其經組配來耦接至該飛行器，該機翼移位裝置大致上為矩形且包含用於將該機翼耦接至該飛行器之多個孔隙，其中該等多個孔隙係沿著該機翼移位裝置之一第一側及一第二側定位，該第一側及該第二側大致上彼此平行；以及該等多個孔隙經組配來准許該機翼基於該飛行器之一重心在一向前或向後方向上移位。
- 如請求項11之飛行器，其中該機翼可自該飛行器拆卸，且經組配來待使用一或多個緊固件耦接至該機翼移位裝置。
- 如請求項11之飛行器，其中該機翼移位裝置可移除地耦接至該飛行器。
- 如請求項11之飛行器，其中該機翼移位裝置耦接至該飛行器之一頂部部分。
- 如請求項11之飛行器，其中該機翼移位裝置耦接至該飛行器之一底部部分。
- 如請求項11之飛行器，其中：該機翼移位裝置耦接至該飛行器之一內部部分；以及該飛行器包含多個孔隙，該等多個孔隙經組配來准許該機翼穿過該飛行器。
- 如請求項11之飛行器，其中該機翼移位裝置進一步包含一航空裙，該航空裙經組配來減少阻力。
- 如請求項11之飛行器，其中該飛行器經組配來在不具有壓艙物的情況下飛行。
- 如請求項11之飛行器，其中該機翼在將該飛行器之該重心與該機翼之一升力中心對準的一位置處附連至該機翼移位裝置。
- 如請求項11之飛行器，其中：該機翼包含一第一部分及一第二部分；該機翼移位裝置包含一第一側面及一第二側面；以及該第一機翼部分耦接至該機翼移位裝置之該第一側 面，且該第二機翼部分耦接至該機翼移位裝置之該第二側面。
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