竖向起降的机身的制作方法

本公开涉及飞机和飞行器的领域。更具体地，本公开涉及一种能够借助安装在可旋转机翼上的发动机而竖向起飞和降落的机身。

背景技术：

1、在向前飞行中会可靠且高效的是具有较高纵横比的固定机翼的机身，所述机翼例如是牢固地附接到机体(fuselage)的机翼，其中机翼的横向延伸长度或跨度明显大于其前和后缘或弦之间的距离。这些机身也会具有若干缺点，包括在低速下机动困难以及需要用于起飞和降落的跑道或其它跳动。解决这些问题的先前尝试已经包括具有倾转(tilting)机舱的机身，所述倾转机舱容纳马达、发动机或其它推力产生部件，以更好地在低速下控制飞机和允许用于短距起降(stol)或竖向起降(vtol)操作。然而，在这种配置中，较高纵横比的固定机翼会是不利的。例如，在stol或vtol操作期间，较长的固定机翼会是难以操纵的，这是由于通过其质量远离飞机的重心延伸而产生较大惯性矩。此外，可以由使机翼以将其最大表面积呈现为前缘的方式运动而导致重要的空气动力阻力。诸如下降气流等的竖向取向的阵风也会对较长的固定机翼产生重大影响。

2、解决较高纵横比的固定机翼机身的问题的其它先前尝试已经包括使包括发动机或其它推力产生部件的整个机翼组件围绕翼尖之间延伸的翼展轴线倾转。尽管这样的设计可以帮助减轻上述由使机翼在与其预期迎角基本正交的方向上运动所导致的空气动力损失，但是由于延伸的机翼的较大惯性矩，这样的设计会仍然难以操纵。此外，倾转的机翼会受到水平取向的阵风针对机翼的倾转表面区域的冲击。

3、可以实现stol或vtol操作的具有倾转发动机和倾转机翼两者的机身的现有配置在从起飞或降落配置过渡到向前飞行配置期间也经受不稳定。因此，这种飞机经常表现出双峰操作包络线，并且不能在起飞或下降范围与高速向前飞行范围之间的任何速度下稳定地或无限期地操作。

4、具有较高纵横比的固定机翼机身的又一个缺点是在地面运输期间需要具有在休止时的大量的储存空间和大量的间隙。解决这些问题的先前尝试已经包括各种机翼折叠和倾转机构。然而，这些机构经常是为地面储存或运输定制的并且在飞行期间无法操作来实现例如竖向起飞和降落等。

5、因此，需要提供高效向前飞行以及竖向起飞和降落的改进的机身。还需要可以在这种操作模式之间平滑且稳定地过渡的改进的机身。

技术实现思路

1、本公开总体上提供了机身，所述机身解决了先前尝试的缺点，并且使得能够随同竖向起飞和降落一起进行高效的向前飞行。一般而言，本文描述的实施例可以通过采用倾转机翼和推进单元的独特配置来实现这种通用性能，从而实现较大的飞行包络线，其包含在一定速度范围内的悬停和向前飞行两方面。

2、本文描述的机身可以在紧凑且可操纵的悬停或慢速配置(例如，与多旋翼无人机、直升机或其它悬停飞机类似)与能够高效地进行水平飞行的提升机翼配置(例如，与固定机翼飞机类似)之间执行重复的飞行中变换。在悬停或慢速配置中，飞机的重量可以基本由其推进单元的推力支撑，所述推进单元可以联接至倾转的机翼，使得它们也可以倾转以更加竖向地指引其推力。在向前飞行配置中，飞机的重量可以基本通过由机翼产生的升力支撑，并且推进推力可以被更加水平地指引。此外，也可以采用连续范围的中间倾转位置来提供不同水平的由推力或机翼发展的提升力。本文公开的机身提供了在飞行中的这两个操作模式之间平滑且稳定地过渡和/或在中间模式中无限期地操作的独特能力。

3、在某些实施例中，这些性能特性可以通过利用在倾斜(slanted)轴线(即，与飞机的纵向轴线或横向轴线偏斜(oblique)的轴线)上枢转的折叠机翼结构来实现。这种折叠运动可以依据机翼的倾转而使每个机翼的前缘在向上或向前方向上取向。此外，在倾转配置中，机翼可以沿着飞机的机体延伸，以减小由它们的质量、它们在悬停期间的空气动力冲击以及对于储存或地面运输所需的空间所产生的惯性矩。此外，在某些实施例中，以这种方式折叠的机翼的一部分可以包括联接至其的推进单元，以便随着机翼倾斜或折叠而可以在水平方向和竖向方向之间重新指引推力。

4、本文描述的机身设计可以以各种规模中的任一个来体现。例如，这些设计可以适于在诸如无人机或遥控飞机的小型飞机以及能够运输人员和货物的大型飞机中应用。并且可以采用多种推进技术，包括电动马达、内燃机、涡轮等。

5、在一个方面中，提供了一种飞机，其可以包括机体、从所述机体的相对侧延伸的相对的机翼以及多个发动机。相对的机翼中的每个都可以安装有至少一个发动机。此外，包括多个发动机中的至少一个的每个相对的机翼的至少一部分可以相对于机体围绕与机体的纵向轴线不垂直且成横向的旋转轴线旋转。

6、本文描述的每个实施例都可以具有多个附加特征和/或变型，所有这些均处于本公开的范围内。例如，在某些实施例中，在包含机体的纵向轴线和在相对的机翼的端部之间延伸的轴线的平面中投影的、在机体的纵向轴线和旋转轴线之间的第一角可以是介于约35°和约55°之间。在某些实施例中，第一角可以是约45°。此外，在某些实施例中，在包含在相对的机翼的端部之间延伸的轴线且与机体的纵向轴线垂直的平面中投影的、在相对的机翼的端部之间延伸的轴线和旋转轴线之间的第二角是介于约35°和约55°之间。在某些实施例中，第二角可以是约45°。

7、在一些实施例中，多个发动机可以包括至少四个发动机，并且相对的机翼的相对于机体旋转的每个部分都可以安装有至少两个发动机。可以利用多种发动机类型中的任一种。例如，在某些实施例中，多个发动机中的每个都可以是电动发动机。而且，在这样的实施例中，飞机还可以包括多个电池，并且每个电池都可以被安装到与多个发动机中的一个相邻的相对的机翼中的一个。在其它实施例中，多个发动机中的每个都可以是涡轮机和内燃机中的任一个。

8、在某些实施例中，相对的机翼中的每个都可以包括从机体延伸的固定部分和在固定部分的外侧的旋转部分。此外，在某些实施例中，每个固定部分的外侧端部都可以相对于机体的纵向轴线偏斜。在某些实施例中，相对的机翼的每个旋转部分都可以在第一配置和第二配置之间旋转，在所述第一配置中机翼的前缘和后缘之间的轴线与机体的纵向轴线平行，在所述第二配置中机翼的前缘和后缘之间的轴线与机体的纵向轴线垂直。此外，在某些实施例中，当机翼处于第二配置中时，相对的机翼的每个旋转部分的前缘都可以面向上。

9、更进一步地，在一些实施例中，相对的机翼的每个旋转部分都可以在第一配置和第二配置之间旋转，在所述第一配置中在旋转部分的内侧端部与外侧端部之间延伸的轴线与机体的纵向轴线垂直，在所述第二配置中在旋转部分的内侧端部与外侧端部之间延伸的轴线与机体的纵向轴线平行。如以上类似地指出的，在某些实施例中，当机翼处于第二配置中时，相对的机翼的每个旋转部分的前缘都可以面向上。更进一步地，在某些实施例中，多个发动机中的每个都可以从安装其的机翼偏移，以便当每个机翼都处于第一配置中时，安装到该机翼的至少一个发动机可以布置在该机翼与机体之间。

10、在一些实施例中，飞机还可以包括至少一个降落支撑件，其联接至相对的机翼的每个旋转部分的尾部部分。降落支撑件可以具有多种形式中的任一种。例如，在某些实施例中，降落支撑件可以是轮、浮子和腿部中的任一个。在一些实施例中，降落支撑件可以是联接至发动机中的一个的轮，使得发动机可以使轮旋转。

11、可以采用各种机构来提供旋转部分相对于相对的机翼中的每个的固定部分的运动。例如，在某些实施例中，相对的机翼中的每个的固定部分和旋转部分都可以通过枢转接头联接。此外，在某些实施例中，枢转接头可以被布置在每个相对的机翼的前导部分中。在一些实施例中，相对的机翼中的每个都还可以包括致动器，以控制旋转部分相对于固定部分的旋转。在某些实施例中，致动器可以包括通过连杆机构联接至旋转部分的丝杠。在其它实施例中，致动器可以包括各种齿轮、液压致动器、电动致动器等中的任一个。

12、飞机的相对的机翼可以具有各种形状和尺寸。例如，在某些实施例中，相对的机翼可以具有翼型形状。这样的机翼可以在飞机向前飞行期间产生升力。然而，在其它实施例中，机翼可以具有可替代的形状。例如，在某些实施例中，机翼可以是不产生升力的翼梁。示例可以包括圆柱状翼梁、腹板式翼梁等。

13、在另一方面，提供了一种竖向起飞或降落的方法，所述方法可以包括使安装有发动机的机翼的至少一部分相对于机体围绕与机体的纵向轴线不垂直且成横向的旋转轴线旋转以使发动机和机翼的前缘竖向地取向来用于悬停。所述方法还可以包括：致动发动机以产生竖向升力，以及使安装有发动机的机翼的至少一部分旋转以使发动机和机翼的前缘水平地取向来用于向前飞行。

14、与上述飞机一样，能够有许多变型和附加特征。例如，在某些实施例中，当机翼竖向地取向时，机翼的前缘可以面向上。

15、在一些实施例中，使机翼的至少一部分旋转以使发动机和机翼的前缘竖向地取向可以包括使机翼的至少一部分围绕布置在机翼的前导部分中的枢转接头枢转。机翼的至少一部分的旋转可以以多种方式实现。例如，在某些实施例中，使机翼的至少一部分旋转以使发动机和机翼的前缘竖向地取向可以包括液压地致动这种旋转和电动地致动这种旋转中的任一者。

16、在一些实施例中，所述方法还可以包括暂停机翼的至少一部分的旋转，使得机翼和发动机处于竖向和水平取向之间以在悬停和向前飞行之间过渡。

17、上述特征或变型中的任一个可以以许多不同的组合被应用于本发明的任何特定方面或实施例。对任何特定组合的明确叙述的缺乏仅是由于避免了在本总结中的重复。