[发明专利]空气动力提升装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气动力提升装置，能够用于航空器，特别用于具有推力控制或推力矢量护罩的航空器。本发明也特别可用于利用鼓形转子型风扇来产生推力的空气动力提升装置以及包括这种装置的航空器。

背景技术

动力航空器，载人的或不载人的，能够在飞行同时悬停在静止位置。这种航空器范围可以从依赖于空气的衬垫而靠近地面操作的飞行器到那些自由飞行并垂直起飞和着陆的飞行器。靠近地面操作的飞行器可以被设计成用于运输和娱乐使用，而自由飞行飞行器与商用飞行器相比可以在大体低海拔高度下操作，并且可以被考虑用于包括机场到市内穿梭、旅游用途、家到办公室通勤、寻找和救援以及监控操作等用途。

在没有地面效应的飞行器中，升力可以通过借助于风扇、推进器、翼或其他系统加速大量的空气而产生，当该大量的空气从静止被改变成在向下方向上的给定速度时，产生了向上指向的反作用力。通常，被引导的空气越多，则需要越少的功率来产生给定升力。这限定了技术挑战，这是因为增加空气的体积通常涉及到飞行器尺寸的增加，如直升机中所用的大直径、高速叶片所显现的。

为了解决上述挑战，申请人已经研发了一种用于航空器的空气动力提升装置，与直升机相比，该装置提供更紧凑的飞行器形式，并且使用与直升机叶片相比被更均匀加载的风扇叶片。该装置在航空器中使用鼓形风扇型转子，具有相对小的占地空间，且典型的，该鼓形风扇型转子具有重量轻的构造，以使得提升装置所需的重量和功率最小。该风扇可以被描述为鼓形转子风扇或径向鼓形风扇，即，具有这样的叶片，该叶片有利地占据环形区域，该环形区域具有小于叶片的径向节距的25％的径向深度。通过在距风扇的旋转轴线的一定距离处放置该转子叶片，转子之内的中心区域被方便地提供用于装载装备，或者在较大尺寸飞行器的情况下，用于装载飞行员和/或乘客。

这种鼓形转子型风扇的使用也提供了其他益处。一个这种益处是叶片的整个长度被有效地完全利用作为空气动力装置(与直升机叶片的尖端相比，如上所述)，这是因为它竖直设置并且气流是径向的。另外，鼓形转子的设计允许每个叶片通过上部支撑环和下部支撑环被支撑在任一端部处(在此，与直升机叶片的悬臂设计相反)。而且，简单的恒定横截面叶片轮廓可以被使用，这带来了制造成本的节省(与利用复杂的长度方向扭转以沿着叶片的长度提供正确的迎角的直升机叶片相反)。

所述转子必须通过用于从原动机传递扭矩的扭矩传递设备驱动而旋转，并典型地，如从下面讨论将变得明白的，多个原动机围绕转子主体的周边布置。利用扭矩传递驱动空气动力提升装置的转子产生多个挑战。

首先，扭矩传递设备必须能够传递非常高水平的牵引力，该牵引力是在转子中产生所需的高水平的功率所需要的，所述高水平的功率是产生升力所需的。

其次，扭矩传递设备应该能够缓冲任何瞬间高的力，以避免对转子结构的损坏。

第三，在扭矩传递设备中传递所需的牵引力需要的径向载荷或法向载荷应该被保持为最小，以避免对转子结构的损坏，并使得飞行器支撑结构或底盘的重量最小。

第四，扭矩传递设备必须能够限制转子所产生的任何载荷。尤其是，驱动设备必须能够在机动过程中当转子回旋或俯仰时限制在转子轴线的向上方向上和向下方向上产生的脱落载荷。

申请人已经尝试了多种用于扭矩传递设备的设计方法。如图1所示，扭矩传递设备包括多个原动机，该原动机为内燃机(IC)110以及相关的驱动系统，所述多个原动机以120度间隔布置成从转子112的周边11向外延伸并支撑三角形框架177。所述周边通过形成转子112的下部部分的驱动边沿113的圆周114形成。发动机110各自驱动齿形带175，该齿形带具有平坦背面122，提供与转子176的摩擦接触，且所述带175的齿形侧被马达带轮186驱动并且将扭矩传递到转子112的转子驱动轮缘118，该马达带轮186连接到每个发动机110。转子112的竖直限制和径向限制通过作用在转子驱动轮缘118的径向外表面和轴向上表面上的额外的辊187提供。

这个辊布置对于补偿陀螺力来说是复杂的。另外，极其高的瞬时和局部载荷直接传递到带和转子以及辊上。因此，早期故障是一个风险，在任何情况下，不期望的重量和复杂性被赋予该装置。

发明内容

在本发明的目的中，提供了一种空气动力提升装置，该空气动力提升装置包括改善的扭矩传递设备，以驱动转子，同时降低提升装置重量和复杂性以及由早期应用中的原动机产生的高瞬态载荷和点载荷所带来的故障的风险。