用于电动竖直起降(VTOL)航空器的机翼倾斜致动系统技术方案

一种竖直起降(VTOL)航空器(10)，包括机身(24)，第一前机翼和第二前机翼(20、22)，和第一后机翼和第二后机翼(30、32)，每个机翼具有固定前缘(25、35)和绕大致水平的轴线枢转的尾部控制面(50)。电动旋翼(60)安装至机翼(20、22、30、32)，电动旋翼(60)与尾部控制面(50)一起在第一位姿与第二位姿之间枢转，在第一位姿中每个旋翼(60)具有大致竖直的旋转轴线，并且在第二位姿中每个旋翼(60)具有大致水平的旋转轴线；其中，机翼(20、22、30、32)的至少一个具有第一电动旋翼和第二电动旋翼(60)，均安装成具有不平行的旋转轴线，使得第一电动旋翼的推力线和第二电动旋翼的推力线不同。

Wing tilt actuation system for VTOL aircraft

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电动竖直起降(VTOL)航空器的机翼倾斜致动系统
本公开涉及一种用于电动竖直起降(VTOL)航空器的机翼倾斜致动系统。特别地，本专利技术涉及用于具有客运和/或军事应用的电动VTOL航空器的机翼倾斜致动系统和机构。
技术介绍
VTOL航空器能够竖直地或以接近竖直的某个角度起降。这种类型的航空器包括直升机和某些固定机翼航空器，通常用于军事应用。有利地，VTOL航空器允许在有限的空间内起降，这消除了对大跑道的需要，并且允许在较小的空间以及诸如船甲板和建筑物及其它结构上的停机坪上进行起降。直升机是升力和推力都由旋翼提供的一种航空器。与直升机相关联的一些问题在某些应用中可能是成问题的，诸如高水平的噪音输出。与直升机相关联的这种缺点之一涉及对于飞行来说至关重要的旋翼设计。在其设计中通常没有冗余，这意味着该(或每个)旋翼的运行至关重要。没有冗余意味着旋翼和传动系统的所有部件必须具有较大的安全系数，这显著增加了直升机的重量和制造成本。出于各种商业和安全原因，电动航空器越来越受关注。近年来，关于无人机技术已经有了许多发展，无人机技术通常利用围绕节圆直径间隔开的多个电动旋翼。无人机通常由电动旋翼运行，每个电动旋翼均围绕大致竖直的轴线旋转。虽然无人机对于运输较小的有效载荷来说在商业上日益变得可行，但是由于旋翼的竖直旋转轴线，它们通常受限于相对较低的飞行速度。此外，它们倾向于在每次电池充电期间具有相当低的行程范围。倾转机翼航空器是可用的，并且通常根据用于起降的竖直螺旋桨轴线的原理来操作，并且机翼被构造为在螺旋桨具有用于起降的竖直轴线的构造与螺旋桨具有用于前飞的水平轴线的构造之间倾斜。上面提到的倾转机翼布置提供了在具有有限的可用空闲空间的区域(诸如航空母舰和停机坪)中起降的优势。另外，倾转机翼航空器能够提供与传统螺旋桨驱动的固定机翼飞机相比拟的飞行速度。倾转机翼航空器通常具有电动机或燃气涡轮发动机，所述电动机或燃气涡轮发动机用于驱动直接安装至机翼的螺旋桨或管道风扇。整个机翼在竖直和水平之间旋转，以使推力矢量从竖直到水平倾斜以及返回。通过定义，“推力线”(也被称为“推力矢量”)是螺旋桨的推力，并且与螺旋桨的旋转轴线近似相同。“铰链线”是铰链旋转轴线。现有的倾转机翼航空器有一些固有的缺点。一个缺点与用于控制机翼在起/降构造与前飞构造之间的倾角角度所需的致动器和轴承或其它此类机构有关。致动器还可以用于在前飞期间将机翼锁定在期望的倾角。然而，实际上，致动器和轴承会显著增加航空器的重量。这导致诸如人员或货物之类的可以被运输的有效载荷量的减少。此外，由于机翼倾斜致动系统和轴承的关键特性，该组件必须被设计成具有足够的冗余度以减少灾难性故障的风险。目前，LiliumAviation(百合航空)正在设计和测试电动VTOL喷气机(electricVTOLjet)，其商标为LiliumJetTM。该原型机旨在作为轻型通勤航空器，供两名乘客使用，它具有两个机翼和大约36个电动机。LiliumJetTM型航空器的缺点与电动机有关，所述电动机是封闭式风扇型电动机。这种布置是高能耗的，导致给定电池尺寸下减少的可能飞行范围。此外，封闭式风扇只能运行用于在硬质表面(诸如指定的停机坪和跑道等)上起降。这限制了航空器的可用性，并阻碍了航空器在起降期间在非硬质表面(诸如公园、田地和花园)上运行。对于军事应用而言，这是不期望的，并且不能迎合临时降落在偏远地区的需求。另一个概念的VTOL航空器是JobyAviation的S2electricoTM。这种设计具有固定机翼，在每个机翼上安装有多个(优选地是四个)电动机。在后稳定器或尾部安装有四个额外的电动机。该概念航空器的缺点在于，每个电动机被独立地致动，从而需要用于每个电动机的分开的致动器。如上所述，这对于致动电机系统需要显著的额外重量。
技术实现思路
本专利技术的目的是基本上克服或至少改善上述缺点中的一个或多个，或提供有用的替代方案。本专利技术的概述在第一方面中，本专利技术提供了一种竖直起降(VTOL)航空器，其包括：机身；第一前机翼和第二前机翼，安装至机身的相对侧；第一后机翼和第二后机翼，安装至机身的相对侧；每个机翼具有固定前缘和围绕大致水平的轴线枢转的尾部控制面；安装至机翼的多个电动旋翼(rotors)，所述电动旋翼与尾部控制面一起在第一位姿(position)与第二位姿之间枢转，在第一位姿中每个旋翼具有大致竖直的旋转轴线，在第二位姿中每个旋翼具有大致水平的旋转轴线；其中，机翼中的至少一个具有第一电动旋翼和第二电动旋翼，它们每个均被安装成具有不平行的旋转轴线，使得第一电动旋翼的推力线和第二电动旋翼的推力线不同。第一电动旋翼的推力线优选地成角度，以在铰链线上方通过，并且第二电动旋翼的推力线成角度，以在铰链线下方通过。第一电动旋翼的旋转轴线相对于穿过控制面的首部和尾部的平面优选地向上成角度，并且第二电动旋翼的旋转轴线相对于穿过控制面的首部和尾部的平面向下成角度。当第一电动机和第二电动机以相同的旋转速度运行时，由第一电动机和第二电动机中的每一个产生并作用在控制面上的转动力矩优选地彼此抵消。第一电动机和第二电动机优选枢转地安装至固定前缘的下侧。第一电动旋翼和第二电动旋翼中的每一个的远端优选地固接至尾部控制面。在第二方面中，本专利技术提供了一种竖直起降(VTOL)航空器，其包括：机身；第一前机翼和第二前机翼，安装至机身的相对侧；第一后机翼和第二后机翼，安装至机身的相对侧；每个机翼具有固定前缘和围绕大致水平的轴线枢转的尾部控制面；安装至机翼的多个电动旋翼，所述电动旋翼与尾部控制面一起在第一位姿与第二位姿之间枢转，在第一位姿中每个旋翼具有大致竖直的旋转轴线，并且在第二位姿中每个旋翼具有大致水平的旋转轴线；其中，机翼中的至少一个具有相对于机翼的上表面和下表面偏移的第一电动旋翼和第二电动旋翼。优选地，第一电动旋翼定位在机翼的下表面下方，并且第二电动旋翼定位在机翼的上表面上方。电动旋翼优选地沿着机翼分布在位于机翼的下表面下方和交替地位于机翼的上表面上方的位置处。每个前机翼的距机身最远的远端部分优选地通过连接构件连接至相邻后机翼的远端部分，从而限定箱形机翼结构。每个前机翼优选地通过一个或多个支柱或拉杆连接至相邻后机翼。控制面优选地枢转通过大约80度和100度的范围。控制面优选地枢转通过大约90度的范围。在第三方面中，本专利技术提供了一种竖直起降(VTOL)航空器，其包括：机身；第一前机翼和第二前机翼，安装至机身的相对侧；第一后机翼和第二后机翼，安装至机身的相对侧，每个前机翼通过远端连接构件或支柱连接到相邻后机翼，以限定箱状机翼或支柱支撑机翼(strutbracedwing)结构；每个机翼具有固定前缘和围绕大致水平的轴线枢转的尾部控制面；安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种竖直起降(VTOL)航空器，包括：/n机身；/n第一前机翼和第二前机翼，安装至所述机身的相对侧；/n第一后机翼和第二后机翼，安装至所述机身的相对侧；/n每个机翼具有固定前缘和围绕大致水平的轴线枢转的尾部控制面；/n安装至所述机翼的多个电动旋翼，所述电动旋翼与所述尾部控制面一起在第一位姿与第二位姿之间枢转，在所述第一位姿中每个旋翼具有大致竖直的旋转轴线，在所述第二位姿中每个旋翼具有大致水平的旋转轴线；/n其中，所述机翼中的至少一个具有第一电动旋翼和第二电动旋翼，每个电动旋翼均安装成具有不平行的旋转轴线，使得所述第一电动旋翼的推力线和所述第二电动旋翼的推力线不同。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170922 AU 2017903864;20171006 AU 2017904036;20181.一种竖直起降(VTOL)航空器，包括：
机身；
第一前机翼和第二前机翼，安装至所述机身的相对侧；
第一后机翼和第二后机翼，安装至所述机身的相对侧；
每个机翼具有固定前缘和围绕大致水平的轴线枢转的尾部控制面；
安装至所述机翼的多个电动旋翼，所述电动旋翼与所述尾部控制面一起在第一位姿与第二位姿之间枢转，在所述第一位姿中每个旋翼具有大致竖直的旋转轴线，在所述第二位姿中每个旋翼具有大致水平的旋转轴线；
其中，所述机翼中的至少一个具有第一电动旋翼和第二电动旋翼，每个电动旋翼均安装成具有不平行的旋转轴线，使得所述第一电动旋翼的推力线和所述第二电动旋翼的推力线不同。


2.根据权利要求1所述的竖直起降(VTOL)航空器，其中，所述第一电动旋翼的推力线成角度地在铰链线上方通过，并且所述第二电动旋翼的推力线成角度地在所述铰链线下方通过。


3.根据权利要求1或2所述的竖直起降(VTOL)航空器，其中，所述第一电动旋翼的旋转轴线相对于穿过所述控制面的首部和尾部的平面向上成角度，并且所述第二电动旋翼的旋转轴线相对于穿过所述控制面的首部和尾部的平面向下成角度。


4.根据前述权利要求中任一项所述的竖直起降(VTOL)航空器，其中，当所述第一电动机和所述第二电动机以相同的旋转速度运行时，由所述第一电动机和所述第二电动机中的每一个产生并作用在所述控制面上的转动力矩彼此抵消。


5.根据前述权利要求中任一项所述的竖直起降(VTOL)航空器，其中，所述第一电动机和所述第二电动机枢转地安装至所述固定前缘的下侧。


6.根据权利要求5所述的竖直起降(VTOL)航空器，其中，所述第一电动旋翼和所述第二电动旋翼中的每一个的远端固接至所述尾部控制面。


7.一种竖直起降(VTOL)航空器，包括：
机身；
第一前机翼和第二前机翼，安装至所述机身的相对侧；
第一后机翼和第二后机翼，安装至所述机身的相对侧；
每个机翼具有固定前缘和围绕大致水平的轴线枢转的尾部控制面；
多个电动机，所述电动机均具有安装至所述机翼的旋翼，电动旋翼与所述尾部控制面一起在第一位姿与第二位姿之间枢转，在所述第一位姿中每个旋翼具有大致竖直的旋转轴线，在所述第二位姿中每个旋翼具有大致水平的旋转轴线；
其中，所述机翼中的至少一个具有相对于所述机翼的上表面和下表面偏移的第一电动旋翼和第二电动旋翼。


8.根据权利要求7所述的竖直起降(VTOL)航空器，其中，所述第一电动旋翼定位在所述机翼的下表面下方，并且所述第二电动旋翼定位在所述机翼的上表面上方。


9.根据权利要求7或8所述的竖直起降(VTOL)航空器，其中，所述电动旋翼沿所述机翼分布在位于所述机翼的下表面下方和交替地位于所述机翼的上表面上方的位置处。


10.根据前述权利要求中任一项所述的竖直起降(VTOL)航空器...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·D·摩尔，
申请(专利权)人：艾姆索创新私人有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU