[发明专利]飞行器和用于操作飞行器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行器和用于操作飞行器的方法。

背景技术

只要是飞行自身，就一直存在对如下的机器的需求：该飞行可以在具有直升机的安全和效率的情况下垂直起飞、转换至机翼推动(wing borne)的高速飞行并且然后恢复至用于垂直降落的旋转翼飞行(rotary wing flight)。

直升机是能够从未准备的场地高效地垂直飞行的多用途飞行器，但是其向前速度受限。

飞机可以携带大型的高效载荷，能够进行高速、高效、远航程并且高高度的飞行，但是受限于需在大面积的陆地的准备好的表面和设施中操作。

自1900年代的早期第一架飞行器起飞以来，将所述两种类型的飞行组合的尝试已经引起了许多发明家的许多尝试。在1950年代与1960年代期间，在该研究领域做出了许多进展，关于垂直起飞和降落(VTOL)轮的关键的进展总结在网站www.vtol.org上。

在已经创造并且测试的所有机器中，仅少量的VTOL类型的机器进行了生产。其为如Harrier的军方喷气式VTOL飞机以及如V22鱼鹰式的转向旋翼飞行器(Tilt Rotor Aircraft)，但是，还没有一架真正的直升机与飞机的组合。麦克唐纳道格拉斯直升机(现在属于波音)的鸭式旋翼(CRW，canard rotor wing)飞行器是试图解决该问题的最近的示例。

在将旋翼飞行器(旋转翼飞行器)从旋转翼飞行转换为具有旋翼停止以用作固定翼的固定翼飞行(fixed wing flight)的所有尝试中，主要的问题是会由飞行器的向前运动在旋翼桨叶上产生不对称的升力。随着旋翼被降速至停止，该升力的不对称导致不稳定。

许多不同的设计构造已经尝试推进旋翼飞行器的性能超过由传统的旋翼界定的极限。随着任何旋转翼飞行器开始向前运动，在前行桨叶(advancing blade)与后行桨叶(retreating blade)之间的气流的不对称差异导致升力不平衡，该升力不平衡导致了不稳定性。对于传统的直升机，该不对称性也限制了其最大速度。

具有位于机身的顶部上的一个旋翼或多个旋翼的传统设计的旋翼飞行器，在用于升力增补的机翼和/或由与旋翼分离的推进装置产生向前的推力的能力、推力增补的帮助下，已经在过去提高了纯直升机的速度限制。这些构造已知为组合式直升机，并且使得旋翼能够根据需要解除，以产生升力和推力，因此，使得这些旋翼能够随着空速(airspeed)增加而卸载。卸载旋翼具有两个主要的优点：其允许旋翼的每分钟转速(RPM)更低并且允许旋翼桨叶上的迎角(angle of attack)降低。这些改变的结果意味着推迟在前行旋翼桨叶(advancing rotor blade)上产生接近音速的气流并且在后行桨叶碰到桨叶失速(blade)之前增加时间间隙，二者都意味着飞行器可以在这些问题再次变成限制音速之前更快地飞行。与可比较的固定翼飞行器相比，这些构造的设计复杂性、较高的总拉力以及动力消耗高得多，其超过了这些构造的优点。这些飞行器一直没有超过原型机阶段。

转向旋翼机(tilt rotor)是将直升机和飞机的能力中的一些组合在一台机器中的独特的机器。由于其较高的旋翼载荷，所以其在垂直飞行角色中没有直升机高效，并且在向前飞行时受限于涡轮螺旋桨飞行器的速度。为了实现直升机和固定翼飞行器两者的全部优点和能力，单个机器需要一种已知为Stop Rotor Aircraft的飞行器。

Stop Rotor Aircraft能够利用直升机特有的高效垂直飞行以及固定翼飞行器的高速、高海拔和长航程的能力。Stop Rotor Aircraft能够获得如自转旋翼飞机(autogiros)、直升机、组合式直升机、旋翼式螺旋桨飞机(gyrodyne)和转向旋翼机不能具有的速度和海拔。

现有技术包括两种类型的停止式旋翼飞行器(Stop Rotor Aircraft)方案，即，旋翼的旋转轴线大致被安装成与机身的纵向轴线成90度的传统设计机器，以及旋翼的旋转轴线与机身的纵向轴线平行的尾坐式垂直起落飞行器(tail sitter)或者头坐式垂直起落飞行器(nose sitter)。在该情况下，传统上设计的机器是具有传统设计的机身的机器，该机身使得机器能够使用轮子、滑道、浮板或滑行装置在其纵向轴线与地面大致平行的情况下起飞和降落。