機(jī)翼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生空氣動(dòng)力升力的裝置，特別是可垂直起降的航行器。機(jī)翼配置(110)包括至少一個(gè)推進(jìn)單元(111)，其中推進(jìn)單元(111)包括旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，其可圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸(117)旋轉(zhuǎn)。機(jī)翼配置(110)安裝在機(jī)身(101)使得機(jī)翼配置(110)可圍繞機(jī)身配置(110)的縱向機(jī)翼軸(112)傾斜，且使得機(jī)翼配置(110)可相對(duì)于機(jī)身(101)圍繞不同于縱向機(jī)翼軸(112)的另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)圍繞縱向機(jī)翼軸(112)在回旋力(Fp)的影響下調(diào)節(jié)機(jī)翼配置(110)的傾角，回旋力促使機(jī)翼配置(110)圍繞縱向機(jī)翼軸(112)傾斜。
【專(zhuān)利說(shuō)明】機(jī)翼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可垂直起降的航行器和用于操作垂直起降航行器的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明的主要目的例如是在無(wú)跑道的情況下?lián)碛锌梢云痫w并降落的航行器。因此，在過(guò)去完成了多個(gè)關(guān)于所謂垂直起降航行器(VTOL)的研發(fā)工作。常規(guī)的VTOL航行器需要用來(lái)產(chǎn)生垂直升力的垂直推力。用于垂直起降的極限推力可通過(guò)大型螺旋槳或噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生。螺旋槳可能在航行器的飛行途中由于高阻力而具有缺點(diǎn)。
[0003]用于可懸停飛行的航行器的有效方法由例如使用大機(jī)翼面積的直升航行器完成。在已知系統(tǒng)中，航行器包括用于垂直抬升航行器的發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，螺旋槳)和例如另一發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行模式中產(chǎn)生使航行器達(dá)到期望的飛行速度的航行器加速度。
[0004]在懸停飛行模式中，航行器(例如，直升航行器)的旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼或槳葉產(chǎn)生垂直升力。旋轉(zhuǎn)機(jī)翼包括翼弦線，其中航行器翼弦線與氣流流向之間的夾角可稱(chēng)為迎角。較大迎角產(chǎn)生較大升力，較小迎角產(chǎn)生較小升力，但產(chǎn)生較少阻力。為了實(shí)現(xiàn)較高的旋轉(zhuǎn)機(jī)翼效率，調(diào)節(jié)迎角是有幫助的。因此，機(jī)翼可圍繞其縱軸方向傾斜。
[0005]為了控制并驅(qū)動(dòng)這樣的機(jī)翼傾斜，使用了復(fù)雜且耗能的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，例如液壓或電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其增加了航行器重量和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的誤差率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是提供適當(dāng)?shù)臋C(jī)翼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
[0007]該目的可通過(guò)產(chǎn)生空氣動(dòng)力升力的裝置，通過(guò)用于垂直起降的航行器和通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求操作所述航行器的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，示出了用于產(chǎn)生空氣動(dòng)力升力的裝置。該裝置包括機(jī)翼配置，其包括至少一個(gè)推進(jìn)單元。該推進(jìn)單元包括旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，其可圍繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，其中，機(jī)翼配置可圍繞機(jī)翼配置的縱向翼軸線傾斜。機(jī)翼配置可圍繞另一不同于縱向翼軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。該裝置還包括用于圍繞縱向翼軸線調(diào)節(jié)機(jī)翼配置傾角的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該調(diào)節(jié)考慮到旋進(jìn)力的影響，旋進(jìn)力促使機(jī)翼配置圍繞縱向翼軸線傾斜。旋進(jìn)力尤其是由圍繞另一轉(zhuǎn)動(dòng)軸的機(jī)翼配置的旋轉(zhuǎn)和圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)所致。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，示出了用于垂直起降的航行器。該航行器包括上述裝置和機(jī)身。
[0010]機(jī)翼配置被安裝在機(jī)身上，使得機(jī)翼配置可圍繞機(jī)翼配置的縱向翼軸線傾斜，且使得機(jī)翼配置相對(duì)于機(jī)身可圍繞另一個(gè)不同于縱向翼軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，描述了用于操作上述用于垂直起降的航行器的方法。根據(jù)該方法，在旋進(jìn)力的影響下調(diào)節(jié)機(jī)翼配置的傾角，旋進(jìn)力促使機(jī)翼配置圍繞縱向翼軸線傾斜。
[0012]推進(jìn)單元可以是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)、推進(jìn)風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)缸式發(fā)動(dòng)機(jī)和/或螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)。具體的，本文中描述的推進(jìn)單元是包含了可圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的推進(jìn)單元。旋轉(zhuǎn)質(zhì)量例如可以是螺旋槳和/或渦輪機(jī)級(jí)(旋轉(zhuǎn)渦輪槳葉)，其圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)軸例如可以是螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸和/或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪軸。轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以是非平行于縱向翼軸線的。額外的或可替換的，轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以不平行于另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(例如，機(jī)身軸)。推進(jìn)單元可圍繞縱向翼軸線相對(duì)機(jī)翼配置或與機(jī)翼配置共同旋轉(zhuǎn)。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，推進(jìn)單元可適于產(chǎn)生3千克到5千克的推力。在懸停飛行模式下，可抬起大約25千克。用于垂直起降的航行器因此具有大約0.2到0.4的推力重量比，優(yōu)選0.3。
[0014]機(jī)翼配置包括縱向翼軸線，其中縱向翼軸線是指機(jī)翼配置可以圍繞其相對(duì)于機(jī)身傾斜的一個(gè)軸。縱向翼軸線可由運(yùn)行的主翼梁或連接例如機(jī)翼配置的翼根與機(jī)體的螺栓來(lái)定義。機(jī)翼配置被安裝在機(jī)體的翼根處，其中在機(jī)翼的另一端，相對(duì)于翼根定義翼尖，翼尖是機(jī)翼配置的自由端。縱向機(jī)翼配置可以是平行于例如機(jī)翼的前沿和后沿。此外，縱向翼軸線可以是近似垂直于機(jī)體縱向軸的一個(gè)軸(例如，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸)。
[0015]機(jī)翼配置可包括第一機(jī)翼、第二機(jī)翼或多個(gè)機(jī)翼。每個(gè)機(jī)翼可包括空氣動(dòng)力的機(jī)翼輪廓，其分別包括前沿和后沿，空氣撞擊前沿，并沿后沿流出機(jī)翼。機(jī)翼配置的翼弦線和機(jī)翼分別指想象的在翼型的截面處連接前沿和后沿的直線。翼弦線長(zhǎng)度是前沿與后沿之間的距離。
[0016]機(jī)身描述了航行器的主要機(jī)體，其中總體上航行器的重心位于機(jī)身區(qū)域內(nèi)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)身可以是小型機(jī)體，機(jī)翼配置可旋轉(zhuǎn)地安裝到該小型機(jī)體，使得航行器可被定義為所謂的飛翼式航行器。特別地，機(jī)身可以是機(jī)翼的一個(gè)部分，且機(jī)身可包括等于機(jī)翼翼弦線(例如，寬度)的長(zhǎng)度?？蛇x的，例如機(jī)身包括其長(zhǎng)度不長(zhǎng)于連接前端和后端的機(jī)翼的翼弦線(例如，寬度)的情況。機(jī)身包括機(jī)頭和機(jī)尾部分。
[0017]另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸是機(jī)翼配置圍繞其旋轉(zhuǎn)的軸，例如，圍繞機(jī)身。在一個(gè)實(shí)施例中，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以是機(jī)身的縱向機(jī)身軸(縱向?qū)ΨQ(chēng)軸)。在一個(gè)實(shí)施例中，另一個(gè)軸可包含與縱向機(jī)身軸之間的夾角，并且因此可以非平行于縱向機(jī)身軸。
[0018]在懸停飛行模式中，機(jī)翼配置圍繞另一個(gè)軸而圍繞機(jī)身旋轉(zhuǎn)，使得由于機(jī)翼在空氣中的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)升力，即使在沒(méi)有航行器(例如，機(jī)身)相對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)的情況下。因此，通過(guò)在空氣中旋轉(zhuǎn)機(jī)翼配置可以實(shí)現(xiàn)懸停飛行模式。機(jī)身可與機(jī)翼配置共同圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)?？蛇x的，機(jī)翼配置可相對(duì)于機(jī)身旋轉(zhuǎn)，使得在懸停飛行模式中為產(chǎn)生升力只有機(jī)翼配置旋轉(zhuǎn)。此外，如果機(jī)翼配置在懸停飛行模式中旋轉(zhuǎn)，那么產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定力矩(例如，回轉(zhuǎn)力矩，即角動(dòng)量守恒)用來(lái)穩(wěn)定航行器。在固定翼模式下，機(jī)翼配置固定在機(jī)身上，而沒(méi)有機(jī)翼配置與機(jī)身之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得通過(guò)航行器穿過(guò)空氣的向前運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生升力。
[0019]機(jī)翼配置在空氣中旋轉(zhuǎn)并且空氣具有已知的相對(duì)于機(jī)翼配置的氣流方向。所謂的迎角定義了機(jī)翼配置相對(duì)于氣流方向的定位，機(jī)翼配置通過(guò)迎角來(lái)移動(dòng)。迎角被定義為機(jī)翼配置的翼弦線與氣流方向間的夾角，氣流進(jìn)攻并沖擊機(jī)翼配置的前沿。如果迎角增大，抬升系數(shù)c增大，直到達(dá)到臨界迎角，在臨界迎角時(shí)一般會(huì)發(fā)生失速。
[0020]該裝置可以是上述航行器的一部分。而且，該裝置可以在空間上相對(duì)于用于夾持住裝置的夾持裝置或相對(duì)于地面而分別固定，并因此形成通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、渦輪機(jī)級(jí)或壓縮機(jī)。
[0021]因此，為了充分地控制裝置，調(diào)節(jié)裝置的預(yù)設(shè)抬升是必要的。裝置的抬升可以通過(guò)例如機(jī)翼配置圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)定義，及通過(guò)調(diào)節(jié)迎角來(lái)定義。術(shù)語(yǔ)“升力”定義了一個(gè)力，該力促使裝置沿預(yù)定方向移動(dòng)，例如，水平的或垂直的。例如，如果該裝置在空間上被固定，升力通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)翼配置而產(chǎn)生氣流。如果裝置不是空間上固定的，那么升力可導(dǎo)致裝置在空氣中的移動(dòng)。
[0022]通過(guò)本發(fā)明，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以有效并簡(jiǎn)單的方式調(diào)節(jié)機(jī)翼配置的傾角(和因此定義的迎角)。使用回旋力來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)翼配置的傾角。其他主動(dòng)圍繞縱向翼軸線驅(qū)動(dòng)并且傾斜機(jī)翼配置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可能是已經(jīng)過(guò)時(shí)的。
[0023]調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可包括一個(gè)連接機(jī)構(gòu)，其調(diào)節(jié)機(jī)翼配置的傾角且/或?qū)C(jī)翼配置連接到機(jī)身，其中調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)提供了機(jī)翼配置的圍繞縱向翼軸線的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，和/或相對(duì)于機(jī)身的圍繞縱向翼軸線的移動(dòng)，使得回旋力可將機(jī)翼配置圍繞縱向翼軸線傾斜。
[0024]調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可包括引導(dǎo)元件，例如導(dǎo)軌或?qū)Р?，可采用例如?duì)應(yīng)的螺栓、(主)翼梁或其他引導(dǎo)元件來(lái)提供引導(dǎo)的并可控的在機(jī)翼和機(jī)身之間圍繞縱向翼軸線的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，(主)翼梁可固定在機(jī)身上，并且螺栓可與引導(dǎo)槽連接，使得螺栓沿引導(dǎo)槽的運(yùn)動(dòng)引起機(jī)翼圍繞主翼梁的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0025]回旋力由圍繞另一個(gè)軸的機(jī)翼配置的旋轉(zhuǎn)引起，且由圍繞推進(jìn)單元轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)引起。旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，如螺旋槳，試圖沿直線方向和切線方向相對(duì)于圓周路徑圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)推進(jìn)單元和機(jī)翼配置。由于圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的機(jī)翼配置的旋轉(zhuǎn)，促使推進(jìn)單元也圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，使得約束力促使推進(jìn)單元離開(kāi)其預(yù)期的縱向和切向方向，并且使其沿圓周路徑圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)。由于該另一個(gè)力(約束力)作用在旋轉(zhuǎn)質(zhì)量上，其圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，回旋力因此產(chǎn)生。回旋力沿一個(gè)方向作用，該方向相對(duì)于沿旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)方向圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的另一個(gè)力大致垂直的(90° )移動(dòng)。
[0026]該回旋力可依賴(lài)于圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)速度、重量、圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的機(jī)翼配置的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的重心和圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的機(jī)翼配置的旋轉(zhuǎn)速度。
[0027]調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可適于使得回旋力促使機(jī)翼配置圍繞縱向翼軸線與第一旋轉(zhuǎn)方向傾斜。例如，作用在機(jī)翼配置上的升力促使機(jī)翼配置圍繞縱向翼軸線與第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，其中第一旋轉(zhuǎn)方向與第二旋轉(zhuǎn)方向指向相反。因此，機(jī)翼配置的傾角依賴(lài)于由回旋力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和由升力產(chǎn)生的相反指向的轉(zhuǎn)矩之間的平衡。
[0028]如果升力的轉(zhuǎn)矩小于回旋力的轉(zhuǎn)矩，那么回旋力支配繞縱向翼軸線的機(jī)翼配置的傾斜，使得縱向翼軸線將圍繞縱向翼軸線傾斜，并且迎角可能增大。增大的迎角也提高了升力。如果升力的轉(zhuǎn)矩與回旋力的轉(zhuǎn)矩平衡，可獲得恒定的機(jī)翼配置傾角。
[0029]如果例如升力的轉(zhuǎn)矩高于回旋力的轉(zhuǎn)矩，那么升力支配圍繞縱向翼軸線的機(jī)翼配置的傾斜。因此，機(jī)翼配置圍繞縱向翼軸線傾斜可以減小迎角。因此，升力將減小直到升力矩與旋轉(zhuǎn)力矩平衡。如果調(diào)節(jié)回旋力與升力之間的平衡點(diǎn)，將獲得恒定的且期望的機(jī)翼配置的傾角。如果，例如減小迎角，那么阻力也減小，其導(dǎo)致圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的機(jī)翼配置的旋轉(zhuǎn)速度(如果對(duì)機(jī)翼配置施加一個(gè)恒定的驅(qū)動(dòng)力矩)增加。特別地，平衡點(diǎn)依賴(lài)于推進(jìn)單元旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)速度。
[0030]因此，通過(guò)提供一種上述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)翼配置的傾角的迎角的簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)?？珊?jiǎn)單地通過(guò)使用回旋力，圍繞縱向翼軸線調(diào)節(jié)機(jī)翼配置的期望傾角。例如，回旋力依賴(lài)于另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的機(jī)翼配置的旋轉(zhuǎn)速度和圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)速度。因此，可通過(guò)控制機(jī)翼配置圍繞另一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)或通過(guò)控制推進(jìn)單元，即圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(螺旋槳)的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)調(diào)節(jié)回旋力的大小。此外，通過(guò)上述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可適應(yīng)的傾角是可自動(dòng)調(diào)節(jié)的且可通過(guò)分別調(diào)節(jié)回旋力和升力的轉(zhuǎn)矩的平衡來(lái)自行作用。如果由升力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩過(guò)低且由回旋力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩高于由升力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，那么回旋力增大機(jī)翼配置的迎角，使得升力升高，反之亦然。因此，可實(shí)現(xiàn)由回旋力產(chǎn)生的自動(dòng)且自行作用的升力調(diào)節(jié)，而不需要復(fù)雜的調(diào)節(jié)單元。
[0031]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，回旋力促使機(jī)翼配置圍繞縱向翼軸線以第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向傾斜。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括控制元件，該控制元件具有相對(duì)第一旋轉(zhuǎn)方向作用在相反方向或同一方向控制力，用來(lái)控制機(jī)翼配置的傾斜。
[0032]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，控制元件包括液壓泵、氣動(dòng)泵、(拉伸或壓縮)彈簧、和/或伺服電機(jī)。
[0033]因此，采用例如彈簧的控制元件，可影響平衡點(diǎn)，在平衡點(diǎn)處回旋力的轉(zhuǎn)矩與升力的轉(zhuǎn)矩平衡。例如，如果基于預(yù)設(shè)的圍繞另一個(gè)機(jī)身轉(zhuǎn)動(dòng)軸的機(jī)翼配置的旋轉(zhuǎn)，和/或基于預(yù)設(shè)的圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)期望實(shí)現(xiàn)更高的升力，那么調(diào)節(jié)控制元件以提供更高或更低的控制力。因此，通過(guò)使用控制元件，在預(yù)設(shè)的回旋力的情況下，可將機(jī)翼配置的迎角設(shè)置為更大或更小。因此，由于更大的迎角，可通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的傾角來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的升力。
[0034]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，航行器包括控制裝置，其適于控制控制力。在另一個(gè)實(shí)施例中，控制裝置適于基于數(shù)據(jù)控制控制力，該數(shù)據(jù)表示圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的推進(jìn)單元中旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(螺旋槳、渦輪槳葉)的旋轉(zhuǎn)速度、圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的機(jī)翼配置的旋轉(zhuǎn)速度、重量、飛行高度、(機(jī)翼/機(jī)身)尺寸和機(jī)翼配置的迎角。所述參數(shù)值可通過(guò)傳感器系統(tǒng)測(cè)量，傳感器系統(tǒng)包括位于航行器上足夠多地點(diǎn)的傳感器。
[0035]因此，通過(guò)提供上述控制裝置，可將期望的升力和/或期望航行器高度的參數(shù)(數(shù)據(jù))表示值輸入到控制裝置中。因此，基于上述參數(shù)和數(shù)據(jù)(例如，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)速度、機(jī)翼配置的旋轉(zhuǎn)速度、迎角)，控制裝置計(jì)算出必要和所需的參數(shù)值，該參數(shù)值用于產(chǎn)生所需的回旋力，其引起所需迎角的調(diào)節(jié)，使得計(jì)算出所需的升力。
[0036]因此，例如，在不需要額外的用于主動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)翼配置的機(jī)械零件的情況下，實(shí)現(xiàn)了適當(dāng)?shù)目刂茩C(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以抵消升力。
[0037]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，航行器包括套筒，機(jī)翼安裝在套筒上。套筒滑動(dòng)地安裝在機(jī)身上，使得套筒可沿機(jī)身表面(即沿機(jī)身中軸)滑動(dòng)，并使得套筒可圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。
[0038]通過(guò)套筒將機(jī)翼配置附接在機(jī)身上。通過(guò)使用套筒，機(jī)翼配置例如出于固定的目的可圍繞套筒且可以不穿過(guò)機(jī)身。因此機(jī)翼配置和機(jī)身之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)通過(guò)使用套筒是不可實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)套筒將機(jī)翼配置可旋轉(zhuǎn)地固定到機(jī)身的圓周表面。該套筒可以是封閉或開(kāi)放的，機(jī)翼配置附接在套筒上，例如套筒的外表面。此外，套筒可滑動(dòng)地夾緊機(jī)身的外表面，其中在套筒和機(jī)身之間形成一個(gè)滑動(dòng)軸承。除了滑動(dòng)軸承，套筒和機(jī)身外表面可適于形成例如球軸承而使得摩擦減小。
[0039]在套筒內(nèi)表面和機(jī)身外表面之間可插入軸承環(huán)，其不可轉(zhuǎn)動(dòng)的固定在機(jī)身上或機(jī)翼配置上。例如，套筒可相對(duì)于軸承環(huán)滑動(dòng)，其中軸承環(huán)不可滑動(dòng)地固定在機(jī)身上。
[0040]可選的，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，軸承環(huán)可滑動(dòng)的安裝在機(jī)身上，使得軸承環(huán)可沿機(jī)身表面滑動(dòng)，并使得軸承環(huán)可圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。機(jī)身可隨軸承環(huán)圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸共同旋轉(zhuǎn)。
[0041]另外可選的，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，軸承環(huán)可旋轉(zhuǎn)的安裝在機(jī)身上，使得軸承環(huán)可圍繞機(jī)身的中軸(或另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸)旋轉(zhuǎn)，但其中軸承環(huán)安裝在機(jī)身上，使得軸承環(huán)沿中軸(或另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸)不可移動(dòng)。安裝有機(jī)翼配置的套筒可相對(duì)于軸承環(huán)沿中軸(或另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸)移動(dòng)，且套筒與軸承環(huán)共同圍繞中軸(或另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸)旋轉(zhuǎn)。
[0042]軸承環(huán)可包括滾動(dòng)軸承元件，其位于軸承環(huán)和機(jī)身表面之間，使得軸承環(huán)可圍繞機(jī)身旋轉(zhuǎn)。
[0043]為了提供上述機(jī)翼配置在機(jī)身上的固定，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，航行器包括第一固定元件(例如，第一螺栓)和第二固定元件(例如，第二螺栓)。套筒包括細(xì)長(zhǎng)的通孔，其可具有大致平行于中軸(或另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸)的延伸。第一固定元件和第二固定元件例如以可旋轉(zhuǎn)的方式相互連接，空間上彼此相互分離地連接到機(jī)翼配置上。第一固定元件還連接到套筒，且第二連接元件還通過(guò)細(xì)長(zhǎng)通孔分別連接到機(jī)身或軸承環(huán)。例如，第一固定元件和第二固定元件可以分別是第一螺栓和第二螺栓，或者第一翼梁和第二翼梁。例如，第一和第二固定元件的第一端分別可旋轉(zhuǎn)地連接到機(jī)翼配置的根部。例如，第一和第二固定元件的另外一端可旋轉(zhuǎn)地與套筒連接，且可旋轉(zhuǎn)地固定在機(jī)身或軸承環(huán)上。
[0044]將機(jī)翼配置連接至機(jī)身或軸承環(huán)的第二固定元件形成樞軸點(diǎn)，通過(guò)該樞軸點(diǎn)機(jī)翼配置的縱向翼軸線(即機(jī)翼轉(zhuǎn)動(dòng)軸)運(yùn)動(dòng)。因此，機(jī)翼配置可圍繞樞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。
[0045]例如，如果套筒可沿機(jī)身或軸承環(huán)表面移動(dòng)，例如，沿另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，第一固定元件(例如，螺栓)與套筒共同移動(dòng)，而固定在機(jī)身或軸承環(huán)上的第二固定元件(例如，螺栓)則不沿另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸移動(dòng)。因此，通過(guò)沿機(jī)身移動(dòng)套筒和因此第一固定元件，機(jī)翼配置圍繞樞軸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，例如圍繞縱向翼軸線。圍繞縱向翼軸線的機(jī)翼配置的傾斜和因此套筒沿軸承環(huán)或機(jī)身的移動(dòng)通過(guò)回旋力、升力、和/或控制力分別開(kāi)始，直到實(shí)現(xiàn)回旋力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩、升力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩、和/或控制力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之間相對(duì)與支撐軸的平衡。
[0046]通過(guò)上述用于在機(jī)身上固定機(jī)翼配置的固定機(jī)構(gòu)來(lái)形成調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的可靠的機(jī)械控制。
[0047]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，機(jī)翼配置適于這樣的方式，即在固定翼飛行模式下，機(jī)翼配置不圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。機(jī)翼配置還適于這樣的方式，即在懸停飛行模式下，在固定翼模式下，機(jī)翼配置圍繞縱向翼軸線相對(duì)于其水平方向傾斜，并且機(jī)翼配置還適于這樣的方式，即機(jī)翼配置圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。
[0048]特別地，在懸停飛行模式下，機(jī)翼配置旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力。在固定翼飛行模式中，機(jī)翼配置固定在機(jī)身上而沒(méi)有機(jī)翼配置和機(jī)身之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得通過(guò)航行器的前向運(yùn)動(dòng)，由穿過(guò)空氣移動(dòng)的機(jī)翼配置產(chǎn)生升力。額外的，另外的一個(gè)與沿縱軸方向機(jī)身軸分開(kāi)的機(jī)翼配置可附在機(jī)身上。
[0049]因此，通過(guò)實(shí)施例示出了垂直起降的航行器，其結(jié)合了固定翼飛行模式的航行器和懸停飛行模式的航行器。因此，可將在每種模式下二者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。例如，固定翼航行器在巡航飛行時(shí)，即當(dāng)航行器穿過(guò)空氣時(shí)更有效率。另一方面，在航行器的懸停飛行模式下，機(jī)翼，如直升機(jī)的機(jī)翼或槳葉旋轉(zhuǎn)，使得在懸停飛行模式下機(jī)翼本身產(chǎn)生升力?；诖笮蜋C(jī)翼長(zhǎng)度，該模式與所熟知的VTOL航行器中的升力產(chǎn)生推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)相比更有效率。例如，所知的VTOL航行器由發(fā)動(dòng)機(jī)功率而不是由機(jī)翼旋轉(zhuǎn)的空氣動(dòng)力升力而產(chǎn)生升力。
[0050]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，第一旋轉(zhuǎn)方向與第二旋轉(zhuǎn)方向不同。
[0051]在懸停飛行模式中，第一縱向翼軸線和第二縱向翼軸線彼此平行定向，例如共軸。在固定翼飛行模式中，第一縱向翼軸線和第二縱向翼軸線也可延伸彼此平行。在可選的實(shí)施例中，第一縱向翼軸線和第二縱向翼軸線可相對(duì)彼此非平行，使得獲得一個(gè)第一縱向翼軸線和第二縱向翼軸線之間的夾角。如果第一縱向翼軸線和第二縱向翼軸線包括彼此間的夾角，那么第一機(jī)翼和第二機(jī)翼可形成機(jī)翼的橫掃，特別是前向橫掃、掃掠、斜翼或變速掃掠(搖翼)。
[0052]根據(jù)另一個(gè)航行器的實(shí)施例，第一機(jī)翼的第一旋轉(zhuǎn)方向不同于第二機(jī)翼的第二旋轉(zhuǎn)方向。特別的，如果第一機(jī)翼從機(jī)身的一側(cè)延伸且第二機(jī)翼從機(jī)身的對(duì)側(cè)延伸，并且第一機(jī)翼和第二機(jī)翼圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，即縱向機(jī)身軸旋轉(zhuǎn)，那么有必要將每個(gè)機(jī)翼邊緣，即機(jī)翼的前沿移動(dòng)穿過(guò)空氣，使得空氣沖擊(沖撞)在前沿而不是后沿，這樣使得機(jī)翼輪廓產(chǎn)生升力。因此，為了將航行器從固定翼飛行模式變換到懸停飛行模式，第一機(jī)翼可圍繞其第一機(jī)翼縱向軸沿第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)60° (度)至120°，特別是約90°，并且第二機(jī)翼可圍繞其第二機(jī)翼縱向軸沿第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)60° (度)至120°，特別是約90°，該第二旋轉(zhuǎn)方向與第一旋轉(zhuǎn)方向相反。
[0053]在一個(gè)可選的實(shí)施例中，第一旋轉(zhuǎn)方向與第二旋轉(zhuǎn)方向相同也是可能的。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的航行器可以是有人駕駛或無(wú)人駕駛的飛行器(UAV)。航行器可例如是無(wú)人駕駛航行器，其包括例如翼展為大約Im到4m(米)，重量大約為4kg到200kg(千克)。
[0055]特別地，根據(jù)該方法的實(shí)施例，回旋力(Fp)由如下方面控制:
[0056]a)控制推進(jìn)單元的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)速度，
[0057]b)控制機(jī)翼配置圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)速度和機(jī)翼配置的迎角，
[0058]c)控制旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的重量平衡，且/或
[0059]d)控制轉(zhuǎn)動(dòng)軸、另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸和/或縱向翼軸線之間的夾角。
[0060]在優(yōu)選的實(shí)施例中，專(zhuān)門(mén)地分別控制旋轉(zhuǎn)速度和/或推進(jìn)單元的推力用于在懸停飛行模式下控制航行器。因此，實(shí)現(xiàn)了懸停飛行模式下簡(jiǎn)化的控制動(dòng)力。
[0061]必須注意到本發(fā)明的實(shí)施例是參考不同主題來(lái)描述的。特別地，一些實(shí)施例是參考設(shè)備型的權(quán)利要求，而其他實(shí)施例是參考方法型的權(quán)利要求。但是，除非特別指出，本領(lǐng)域技術(shù)人員將從上述和下面的說(shuō)明書(shū)中獲得屬于一種主題的技術(shù)特征的任意組合，還可獲得涉及不同主題的技術(shù)特征之間的任意組合，特別是在設(shè)備型權(quán)利要求的技術(shù)特征和方法型權(quán)利要求的技術(shù)特征之間的任意組合可視為被本申請(qǐng)公開(kāi)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0062]本發(fā)明上面定義的方面和其他方面在下文的實(shí)施例中是顯而易見(jiàn)的，并且可參考實(shí)施例進(jìn)行解釋。下文中將參考實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的描述，但本發(fā)明并不被實(shí)施例所限制。
[0063]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處于懸停飛行模式下的航行器的示意圖；
[0064]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的示意圖；
[0065]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處于懸停飛行模式下的航行器的示意圖；
[0066]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處于固定翼飛行模式下的航行器的示意圖；
[0067]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的產(chǎn)生空氣動(dòng)力升力的裝置的實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0068]附圖中的說(shuō)明是示意性的。應(yīng)注意在不同附圖中，為相似或完全相同的元件提供相同的附圖標(biāo)記。
[0069]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于垂直起降的航行器100的實(shí)施例。航行器100包括機(jī)身101，機(jī)翼配置110，其包括至少一個(gè)推進(jìn)單元111和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
[0070]推進(jìn)單元111包括旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(例如，螺旋槳或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)槳葉)，其可圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸117旋轉(zhuǎn)。機(jī)翼配置110安裝在機(jī)身101上，使得機(jī)翼配置110可圍繞機(jī)翼配置110的縱向翼軸線112傾斜。此外，機(jī)翼配置110安裝在機(jī)身101上，使得機(jī)翼配置110可圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102 (例如，縱向機(jī)身軸)相對(duì)于機(jī)身101旋轉(zhuǎn)。該另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102不同于縱向翼軸線112。例如，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102大致垂直于縱向翼軸線112。
[0071]調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)適于圍繞縱向翼軸線112，在回旋力Fp的影響下調(diào)節(jié)機(jī)翼配置110的傾角?；匦p促使機(jī)翼配置110圍繞縱向翼軸線112傾斜，使得預(yù)設(shè)的機(jī)翼配置110的迎角α可調(diào)節(jié)?；匦p從圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102的機(jī)翼配置110的旋轉(zhuǎn)和圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸117的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生。
[0072]機(jī)翼配置110包括例如第一機(jī)翼113和第二機(jī)翼114。機(jī)翼113、114中的每一個(gè)分別包括前沿115、115’和后沿116、116’。
[0073]推進(jìn)單元111、111’分別促使機(jī)翼113、114圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102旋轉(zhuǎn)。通過(guò)機(jī)翼113、114圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102的旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生升力Fl，使得航行器100可通過(guò)空氣飛行并懸停，如直升航行器。
[0074]機(jī)翼113、114分別圍繞縱向翼軸線112的傾角可以通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在回旋力Fp的影響下調(diào)節(jié)?；匦p從旋轉(zhuǎn)中和機(jī)翼配置110圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102的旋轉(zhuǎn)速度中，以及旋轉(zhuǎn)和圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸117的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)速度中產(chǎn)生。
[0075]如果第二機(jī)翼114例如圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102旋轉(zhuǎn)，將促使具有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的推進(jìn)單元111離開(kāi)直線方向(其可與轉(zhuǎn)動(dòng)軸117共軸)，并且促使其圍繞機(jī)身101沿圓周路徑移動(dòng)。因此，產(chǎn)生另一個(gè)力Ff，其促使推進(jìn)單元111沿圓周路徑運(yùn)動(dòng)。另一個(gè)力Ff特別地作用于推進(jìn)單元111的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量上，使得產(chǎn)生回旋力。至少回旋力的一個(gè)分量沿旋轉(zhuǎn)質(zhì)量旋轉(zhuǎn)方向指向相對(duì)于另一個(gè)力Ff的90°方向。如圖1所示，回旋力Fp的至少一個(gè)分量可沿機(jī)身軸(即另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸)作用。
[0076]回旋力Fp作用于轉(zhuǎn)動(dòng)軸117，其中旋轉(zhuǎn)質(zhì)量包括其在轉(zhuǎn)動(dòng)軸117上的樞軸點(diǎn)。圖1示出了產(chǎn)生的升力F1。通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，將縱向翼軸線112定義在回旋力Fp的著力點(diǎn)(attacking point)和沿翼弦線203方向產(chǎn)生的升力Fl的著力位置之間(見(jiàn)圖2)。換句話說(shuō)，機(jī)翼113、114分別的轉(zhuǎn)軸(S卩，縱向翼軸線112)在回旋力的著力點(diǎn)和升力的著力點(diǎn)之間形成。
[0077]因此，如果回旋力Fp產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩高于升力Fl產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，機(jī)翼113、114的每一個(gè)圍繞縱向翼軸線112旋轉(zhuǎn)。因此在圖2中詳細(xì)示出的迎角α增大，且升力Fl也增大。如果回旋力Fp產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與升力Fl產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩平衡，可以得到期望的機(jī)翼配置110的傾角，艮P，第一機(jī)翼113和第二機(jī)翼114的傾角。
[0078]回旋力Fp的大小可通過(guò)推進(jìn)單元111的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)速度和圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102的機(jī)翼配置110的旋轉(zhuǎn)速度控制。因此，通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)速度中的一個(gè)，可控制回旋力Fp并且因此迎角和升力Fl可以被控制。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)期望的機(jī)翼配置110的傾角和因此期望的升力F1，使得可以簡(jiǎn)單的方式控制航行器。用于調(diào)節(jié)例如傾角的復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不是必須的。
[0079]通過(guò)采用可旋轉(zhuǎn)地安裝在機(jī)身101上的套筒104，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)翼配置110與機(jī)身101的連接。第二固定元件202 (見(jiàn)圖2)可由筒套104的細(xì)長(zhǎng)通孔106導(dǎo)入。第一固定元件201 (見(jiàn)圖2)和第二固定元件202以例如可旋轉(zhuǎn)的方式相連，并空間上彼此與機(jī)翼配置110分離。第一固定元件201還與筒套104相連，且第二固定元件202還通過(guò)細(xì)長(zhǎng)通孔106與機(jī)身101或軸承環(huán)分別相連。在筒套104和機(jī)身101之間插入軸承環(huán)。第一固定元件201和第二固定元件202可例如分別是第一螺栓和第二螺栓，或第一翼梁和第二翼梁。第一和第二固定元件的201和202的分別的第一端可旋轉(zhuǎn)地與機(jī)翼配置110的根部相連，第一和第二固定元件的201和202分別的相對(duì)端可旋轉(zhuǎn)地與套筒104相連，并可旋轉(zhuǎn)地固定在機(jī)身101和軸承環(huán)上。
[0080]軸承環(huán)可固定在機(jī)身101上，使得軸承環(huán)圍繞機(jī)身101不可旋轉(zhuǎn)。因此，套筒104與軸承環(huán)相連，使得套筒104圍繞軸承環(huán)可旋轉(zhuǎn)?？蛇x地，軸承環(huán)與機(jī)身101相連，使得軸承環(huán)可圍繞機(jī)身101旋轉(zhuǎn)。因此，軸承環(huán)和套筒104 二者都可圍繞機(jī)身101旋轉(zhuǎn)。因此，軸承環(huán)與套筒104之間的旋轉(zhuǎn)不是必須的。
[0081]可選地，軸承環(huán)可安裝在機(jī)身101上，使得軸承環(huán)可圍繞機(jī)身101旋轉(zhuǎn)。因此，軸承環(huán)和套筒104 二者都可圍繞機(jī)身101旋轉(zhuǎn)。因此，軸承環(huán)與套筒104之間的旋轉(zhuǎn)不是必須的。套筒104還可相對(duì)軸承環(huán)沿機(jī)身的中軸(或另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102)移動(dòng)。
[0082]另外，如圖1所示航行器100在尾部可包括多個(gè)尾部機(jī)翼107用來(lái)形成例如尾翼。對(duì)于尾翼107，著陸元件108可以折疊或伸縮的方式形成，使得在航行器100的著陸過(guò)程中，著陸元件，例如輪子或起落架可被啟用或停用。著陸元件可延伸出尾翼或收回進(jìn)尾翼、機(jī)身或尾翼107。另外，著陸元件可包括空氣動(dòng)力表面，使得在其可伸縮狀態(tài)下可形成額外的氣流面。通過(guò)額外的氣流面，尤其在航行器著陸和起飛的過(guò)程中，飛行特性可以得到改進(jìn)。
[0083]此外，如圖1所示，在航行器100的尾部，可安裝另一個(gè)推進(jìn)單元105，使得另一個(gè)推進(jìn)單元105產(chǎn)生沿例如另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102的推力。另一個(gè)推進(jìn)單元105可以例如使火箭發(fā)動(dòng)機(jī)或噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0084]圖2詳細(xì)示出了在回旋力Fp的影響下，用于調(diào)節(jié)機(jī)翼配置110的傾角的示例性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。例如，機(jī)翼配置110可通過(guò)插入套筒104和可選的軸承環(huán)將機(jī)翼配置110附接至機(jī)身101。第一固定元件201，如第一固定螺栓，將機(jī)翼配置110連接到套筒104。第二固定元件202，如第二固定螺栓，將機(jī)翼配置110通過(guò)細(xì)長(zhǎng)通孔106連接到機(jī)身101或軸承環(huán)。
[0085]機(jī)翼113、114的每個(gè)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(即縱向翼軸線112)特別地由第二固定元件202定義，該第二固定元件分別將機(jī)翼113、114可旋轉(zhuǎn)地連接到機(jī)身101或軸承環(huán)上?？蓪⒌诙潭ㄔ?02，例如螺栓分別固定在機(jī)身101或軸承環(huán)上，并固定在圍繞機(jī)身101呈圓周形分布的圓周槽內(nèi)，使得第二固定元件202可在槽內(nèi)圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102運(yùn)動(dòng)，使得第二固定元件202可與機(jī)翼配置110共同旋轉(zhuǎn)。
[0086]第一固定元件201可在引導(dǎo)槽205內(nèi)固定在套筒104上，使得機(jī)翼配置110在圍繞第二固定元件202傾斜的過(guò)程中，第一固定元件201可沿引導(dǎo)槽205滑動(dòng)以避免妨礙機(jī)翼配置101的傾斜。
[0087]因此，如果套筒104沿滑動(dòng)方向207 (例如平行于另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(102))分別相對(duì)于機(jī)身101或軸承環(huán)移動(dòng)，則第一固定元件201也會(huì)沿機(jī)身101移動(dòng)，特別是沿另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102移動(dòng)，其中，第二固定元件202沿另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102不改變位置，因?yàn)槠浞謩e固定在機(jī)身101或軸承環(huán)上。因此，通過(guò)沿另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102滑動(dòng)套筒104，可實(shí)現(xiàn)圍繞第二固定元件202的機(jī)翼配置110的傾斜。
[0088]套筒104分別沿機(jī)身或軸承環(huán)的滑動(dòng)，和因此沿另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102的滑動(dòng)可由回旋力Fp和升力Fl觸發(fā)。如圖2所示，回旋力Fp作用于機(jī)翼配置110上，作用于115的前沿區(qū)域，特別是在推進(jìn)單元的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量111圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸117的區(qū)域?；匦p與第二固定元件202相隔Xl的距離，其形成了第一杠桿臂xl。在第二固定元件202和機(jī)翼配置110的后沿116之間的區(qū)域，產(chǎn)生的升力Fl具有著力點(diǎn)206，并且作用于機(jī)翼配置110。升力Fl分布在相對(duì)于回旋力Fp的相反方向，距第二固定元件202第二距離，其形成第二杠桿臂x2.
[0089]回旋力Fp和升力Fl圍繞第二固定元件202產(chǎn)生分別的相反的機(jī)翼配置110的轉(zhuǎn)矩。因此，如果由回旋力Fp產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和第一杠桿臂xl大于由升力Fl產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和第二杠桿臂x2，將促使機(jī)翼配置110以這樣的方式旋轉(zhuǎn)使得迎角α增大。在機(jī)翼配置110圍繞第二固定元件102旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，套筒104沿滑動(dòng)方向207滑動(dòng)，且第一固定元件101在套筒104的引導(dǎo)槽205內(nèi)滑動(dòng)。
[0090]調(diào)節(jié)機(jī)翼配置110期望的傾角(即期望的迎角α)，如果由回旋力產(chǎn)生的力矩等于由升力Fl產(chǎn)生的力矩:
[0091]M(Fp, xl) = M(F1, x2)
[0092]如果升力Fl產(chǎn)生的力矩高于回旋力Fp產(chǎn)生的力矩，機(jī)翼配置110以這樣的方式旋轉(zhuǎn)，使得迎角α減小。因此升力Fl也減小，直到回旋力Fp產(chǎn)生的力矩與升力Fl產(chǎn)生的力矩相平衡。因此，示出了用于調(diào)節(jié)機(jī)翼配置110的傾角的自動(dòng)調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)不需要引入復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)翼配置110的傾斜。
[0093]迎角α是機(jī)翼配置110的翼弦線203相對(duì)于氣流方向204的夾角，氣流來(lái)自于例如機(jī)翼配置I1在空氣中的旋轉(zhuǎn)。
[0094]為了影響機(jī)翼配置110的傾角和迎角α，機(jī)翼配置110圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102的旋轉(zhuǎn)速度和圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸117的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)速度可以調(diào)節(jié)。
[0095]此外，為了影響機(jī)翼配置110的傾角和迎角α，可安裝控制元件103、103’使得控制元件103、103’產(chǎn)生控制力Fd，該力作用在機(jī)翼配置110的第一旋轉(zhuǎn)方向的相反方向，該第一旋轉(zhuǎn)方向由回旋力Fp產(chǎn)生?？蛇x地，控制元件103、103’產(chǎn)生控制力Fd，其作用在機(jī)翼配置110的第一旋轉(zhuǎn)方向的相同方向，該第一旋轉(zhuǎn)方向由回旋力Fp產(chǎn)生。例如，控制元件103可以是插設(shè)在套筒104和第二固定元件202之間的彈簧。因此，控制元件103，即彈簧，抑制套筒104沿機(jī)身101的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，該滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)由回旋力Fp引起。
[0096]在另一個(gè)實(shí)施例中，控制單元103、103’可產(chǎn)生可調(diào)節(jié)的控制力Fd，使得期望的控制力Fd是可調(diào)節(jié)的。通過(guò)例如伺服電機(jī)、渦輪傳動(dòng)、和/或液壓元件調(diào)結(jié)控制力Fd，可實(shí)現(xiàn)機(jī)翼配置110的期望的傾角。
[0097]圖3示出了處于懸停飛行模式下的航行器。機(jī)翼配置110包括第一機(jī)翼113和第二機(jī)翼114，其沿機(jī)身101的反方向延伸。第一機(jī)翼113和第二機(jī)翼114安裝在套筒104上，其中第一機(jī)翼113和第二機(jī)翼114圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102 (例如，機(jī)身軸)旋轉(zhuǎn)。機(jī)翼113、114圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102的旋轉(zhuǎn)是分別由安裝在機(jī)翼113、114上的推進(jìn)單元111、111’驅(qū)動(dòng)的。驅(qū)動(dòng)單元111、111’包括旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(例如，螺旋槳)，其分別圍繞推進(jìn)單元111、111’的轉(zhuǎn)動(dòng)軸117、117’旋轉(zhuǎn)。機(jī)翼113、114適用于這樣的方式，使得在懸停飛行模式下，機(jī)翼113、114分別圍繞縱向翼軸線112、112’傾斜，使得由于機(jī)翼113、114圍繞機(jī)身101的分別的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生升力Fl。
[0098]另外，圖3示出了機(jī)身101包括例如，四個(gè)尾翼107。尾翼107可在懸停飛行模式下或固定翼飛行模式下平衡機(jī)身101。此外，尾翼107可控制航行器110的飛行方向。在一個(gè)實(shí)施例中，尾翼107可圍繞縱向機(jī)身軸旋轉(zhuǎn)，例如，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102。該尾翼107的旋轉(zhuǎn)可引起轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩用于抵抗由機(jī)翼113、114的旋轉(zhuǎn)所導(dǎo)致的引入機(jī)身110的轉(zhuǎn)矩。
[0099]圖4示出了在固定翼飛行模式下的航行器100。在固定翼飛行模式下，第一機(jī)翼113和第二機(jī)翼114分別圍繞縱向翼軸線112、112’以這樣的方式傾斜，即，例如第一機(jī)翼113的翼弦線203和第二機(jī)翼114的翼弦線203是平行的。推進(jìn)單元111、111’同樣相比圖3中所示的懸停飛行模式分別圍繞縱向翼軸線112、112’傾斜。在固定翼飛行模式中，推進(jìn)單元111、111’產(chǎn)生推力用于在固定翼飛行模式下驅(qū)動(dòng)航行器100。在固定翼飛行模式下，航行器100與懸停飛行模式下的前向運(yùn)動(dòng)相比更有效率地穿過(guò)空氣。尾翼107用于控制航行器100的飛行方向。機(jī)翼113、114也可包括可控的例如可形成副翼的表面部件。因此，可在固定翼飛行模式中實(shí)現(xiàn)對(duì)航行器更好的控制。
[0100]圖5示出了用于產(chǎn)生空氣動(dòng)力升力的裝置。該裝置包括機(jī)翼配置110，其中在機(jī)翼配置I1的兩端區(qū)域分別安放了推進(jìn)單元111。每個(gè)推進(jìn)單元包括可圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸117旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量。機(jī)翼配置110可圍繞縱向翼軸線112傾斜。此外，機(jī)翼配置110可圍繞另一個(gè)不同于縱向翼軸線112的轉(zhuǎn)動(dòng)軸102旋轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)圍繞縱向翼軸線112在回旋力Fp的影響下調(diào)節(jié)機(jī)翼配置110的傾角?；匦Υ偈箼C(jī)翼配置110圍繞縱向翼軸線112傾斜。
[0101]在圖5的實(shí)施例中，如上面實(shí)施例所示，機(jī)翼配置110是不與機(jī)身101相連的。換句話說(shuō)，機(jī)翼配置110在第一機(jī)翼113和第二機(jī)翼114中是分開(kāi)的。在機(jī)翼113、114 二者的接觸區(qū)可形成小型機(jī)身101，其中機(jī)身101可以是機(jī)翼配置110的一部分，且因此包括機(jī)身長(zhǎng)度等于機(jī)翼配置110的翼弦線。
[0102]此外，如圖5所示，通過(guò)該裝置攜帶的重量501，例如貨物，可通過(guò)連接元件502，例如支撐纜索，固定在機(jī)翼配置110上，且在機(jī)翼配置110圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸102的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)上。
[0103]因此，該裝置構(gòu)成了飛行運(yùn)輸器，其可將重量501運(yùn)輸?shù)狡谕牡攸c(diǎn)。該裝置可例如是通過(guò)在地面上的操作者遙控的。
[0104]應(yīng)當(dāng)注意，術(shù)語(yǔ)“包括”不排除其他元件或步驟，并且“一個(gè)”不排除多個(gè)。同樣，不同實(shí)施例中描述的元件可以合并。同樣應(yīng)當(dāng)注意，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)理解為限定權(quán)利要求范圍。
[0105]附圖標(biāo)記列表:
[0106]100航行器
[0107]101 機(jī)身
[0108]102另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸
[0109]103控制元件
[0110]104 套筒
[0111]105另一個(gè)推進(jìn)單元
[0112]106細(xì)長(zhǎng)通孔
[0113]107 尾翼
[0114]108著陸元件
[0115]110機(jī)翼配置
[0116]111推進(jìn)單元
[0117]112縱向翼軸線
[0118]113 第一機(jī)翼
[0119]114 第二機(jī)翼
[0120]115 前沿
[0121]116 后沿
[0122]117轉(zhuǎn)動(dòng)軸
[0123]201第一固定元件
[0124]202第二固定元件
[0125]203翼弦線
[0126]204氣流方向
[0127]205引導(dǎo)槽
[0128]206升力的著力點(diǎn)
[0129]207套筒的滑動(dòng)方向
[0130]501 重量
[0131]502支撐繩
[0132]Fp回旋力
[0133]Ff另一個(gè)力
[0134]Fd控制力
[0135]Fl 升力
[0136]α 迎角
[0137]xl第一杠桿臂
[0138]χ2第二杠桿臂
【權(quán)利要求】
1.一種產(chǎn)生空氣動(dòng)力升力的裝置，所述裝置包括: 機(jī)翼配置(110)，其包括至少一個(gè)推進(jìn)單元(111)， 其中，所述推進(jìn)單元(111)包括可圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸(117)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量， 其中所述機(jī)翼配置(110)可圍繞所述機(jī)翼配置(110)的縱向機(jī)翼軸(112)傾斜， 其中所述機(jī)翼配置(110)可圍繞不同于所述縱向機(jī)翼軸(112)的另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(102)旋轉(zhuǎn)，及 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)在回旋力(Fp)的影響下圍繞所述縱向機(jī)翼軸(112)的所述機(jī)翼配置(110)的傾角，所述回旋力促使所述機(jī)翼配置(110)圍繞所述縱向機(jī)翼軸(112)傾斜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置， 其中所述回旋力(Fp)促使所述機(jī)翼配置(110)圍繞所述縱向機(jī)翼軸(112)與第一旋轉(zhuǎn)方向傾斜，及 其中所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括控制元件(103)，所述控制元件(103)具有控制力(Fd)，所述控制力(Fd)作用在與所述第一旋轉(zhuǎn)方向相同或不同的方向，用來(lái)控制所述機(jī)翼配置(110)的傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置， 其中所述控制元件(103)包括液壓泵、氣動(dòng)泵、彈簧、伺服電機(jī)和/或渦輪傳動(dòng)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，還包括: 適于控制所述控制力(Fd)的控制裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置， 其中所述控制裝置適于基于數(shù)據(jù)來(lái)控制所述控制力(Fd)，所述數(shù)據(jù)是表示所述推進(jìn)單元(111)的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量圍繞所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸(117)的旋轉(zhuǎn)速度、所述機(jī)翼配置(110)圍繞所述另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)速度、和所述機(jī)翼配置(110)的迎角α。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的裝置， 其中所述機(jī)翼配置(110)包括第一機(jī)翼(113)和第二機(jī)翼(114)， 其中所述縱向機(jī)翼軸(112)分為第一縱向機(jī)翼軸和第二縱向機(jī)翼軸， 其中所述第一機(jī)翼(113)沿所述第一縱向機(jī)翼軸從所述機(jī)身(101)延伸，且所述第二機(jī)翼(114)沿所述第二縱向翼軸線從所述機(jī)身(101)延伸， 其中所述第一機(jī)翼(113)可圍繞所述第一縱向翼軸線與所述第一旋轉(zhuǎn)方向傾斜，及 其中所述第二機(jī)翼(114)可圍繞所述第二縱向翼軸線與所述第二旋轉(zhuǎn)方向傾斜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置， 其中所述第一旋轉(zhuǎn)方向不同于所述第二旋轉(zhuǎn)方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的裝置， 其中所述推進(jìn)單元(111)包括渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、螺旋槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和/或螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)。
9.一種用于垂直起降的航行器(100)，所述航行器(100)包括: 根據(jù)權(quán)利要求1至8所述的裝置，及 機(jī)身(101)， 其中所述機(jī)翼配置(110)被安裝到所述機(jī)身(101)，使得所述機(jī)翼配置(110)可相對(duì)于所述機(jī)身(101)圍繞所述縱向翼軸線(112)傾斜，且使得所述機(jī)翼配置(110)可相對(duì)于所述機(jī)身(101)圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的航行器(100)， 其中所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括套筒(104)，所述機(jī)翼配置(110)安裝在所述套筒(104)上，其中所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括軸承環(huán)，其被插設(shè)在所述套筒(104)和所述機(jī)身(101)之間，其中套筒(104)和軸承環(huán)可旋轉(zhuǎn)地安裝在機(jī)身(101)上，使得所述套筒(104)和所述軸承環(huán)可圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(102)旋轉(zhuǎn)， 其中所述套筒(104)可沿所述軸承環(huán)滑動(dòng)，用于調(diào)節(jié)所述機(jī)翼配置(110)的傾角。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述航行器(100)， 其中所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括第一固定元件(201)和第二固定元件(202)， 其中所述套筒(104)包括細(xì)長(zhǎng)通孔(106)， 其中所述第一固定元件(201)和所述第二固定元件(202)空間上彼此分開(kāi)，并與所述機(jī)翼配置連接(110)， 其中所述第一固定元件(201)還和所述套筒(104)相連，及 其中所述第二固定元件(202)還通過(guò)所述細(xì)長(zhǎng)通孔(106)與所述軸承環(huán)相連。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求9至11中的任一項(xiàng)所述的航行器(100)， 其中所述機(jī)翼配置(110)適于這樣的方式，即在固定翼飛行模式下，所述機(jī)翼配置(110)不圍繞所述另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(102)旋轉(zhuǎn)，及 其中所述機(jī)翼配置(110)還適于這樣的方式，即在懸停飛行模式下，所述機(jī)翼配置(110)可圍繞所述縱向翼軸線(112)相對(duì)其在所述固定翼飛行模式下的定向而傾斜，并且所述機(jī)翼配置(110)圍繞所述另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(112)旋轉(zhuǎn)。
13.一種用于操作根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生空氣動(dòng)力升力裝置的方法，該方法包括: 圍繞所述縱向翼軸線(112)在所述回旋力(Fp)的影響下調(diào)節(jié)所述機(jī)翼配置(110)的傾角，所述回旋力促使所述機(jī)翼配置(110)圍繞所述縱向翼軸線(112)傾斜。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述方法，還包括 控制所述回旋力(Fp)， a)通過(guò)控制所述推進(jìn)單元(111)的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量圍繞所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸(117)的旋轉(zhuǎn)速度， b)通過(guò)控制所述機(jī)翼配置(110)圍繞所述另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(112)的旋轉(zhuǎn)速度，和所述機(jī)翼配置(110)的迎角(α)， c)通過(guò)控制所述旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的重量平衡，和/或 d)通過(guò)控制所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸(117)、所述另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(102)和/或所述縱向翼軸線(112)之間的夾角。
【文檔編號(hào)】B64C29/02GK104470800SQ201380019843
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月13日
【發(fā)明者】約翰內(nèi)斯·賴(lài)特 申請(qǐng)人:約翰內(nèi)斯·賴(lài)特