[发明专利]垂直起降的飞行器

说明书

垂直起飞和着陆的飞行器包括一对涵道升力/推力风扇，其在第一垂直升力位置和第二水平推力位置之间可旋转地移动。该升力/推力风扇被置于曲线形风扇凹槽内，其在飞行器的机翼的前缘部分内形成。向下排气的涵道升力风扇被设置在飞行器的机身内，在飞行器的俯仰轴的后方。动力装置，其被设置在机身内，通过传输系统与升力/推力风扇以及升力风扇耦接。该升力/推力风扇和升力风扇相对于彼此围绕飞行器的重力的中心和飞行器的升力的中心呈三角形放置。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年5月7日提交的美国临时专利申请号61/989,935的权益，其出于所有目的通过引用被完整并入本文。

背景技术

机场正变得越来越有必要位于市区附近以解决乘客的需要和在城市之间的其他旅行的需要。然而，由于固定机翼飞行器进行安全起飞和着陆所需的长跑道和广阔的空间，因而机场占地相当大。对于中小型城市，建造这样的机场也是在成本上不允许的。其中，在大城市能够较好的负担机场的建造，但城市机场所呈现出的噪音、污染和安全问题是成问题的。因此，在航空产业中长期以来都需要有小的、价格实惠的、垂直起飞和着陆(Verticaltake-off and landing,VTOL)的飞行器，其可以起飞、降落，和被容纳在商业和住宅地产的相对小的地片上。

历史上，航空业认为直升机将实现小的、价格适中的、垂直起降的飞行器的需求。不料，由于直升机的控制系统、大直径的旋翼，以及较慢的速度和有限的范围，直升机仍然是特殊用途的飞行器。直升机控制系统包括连续调整旋翼俯仰(pitch)的复杂的机制。这种控制系统的建设和维护费用昂贵。此外，直升机是出了名的难飞，需要专门的飞行训练，特别是相较于固定翼飞行器。此外，大直径暴露的旋翼提出了严重的安全和操作挑战。直升机也遭受了其有限的能力以飞行到任何接近固定翼飞机的速度和范围。因此，传统的直升机技术是不适合解决重要的操作和用户的需求和要求。

几十年来，已经有不少尝试将直升机的垂直起降和悬停的能力与固定翼飞机的速度、范围和舒适度结合。然而，除了两架军用飞行器，英国鹞式喷气机和美国空军的F-35，倾转旋翼类的飞行器似乎是接近FAA认证和商业化生产的仅有的结合的垂直起降/固定翼的飞行器。然而，倾转旋翼只能升空和垂直降落，因为旋翼桨叶在向前飞行的配置中会冲击地面。因此，倾转旋翼飞行器的总重量小于固定翼飞行器，它能够在跑道上起飞。较大的发动机/旋翼装配也削弱了其被被固定至的机翼的空气动力特性。这在降低了性能的同时，还进一步降低了紧急滑翔着陆是必要的情况中的安全性。这在倾转旋翼飞行器中特别成问题，因为在当旋翼被垂直定位时，在起飞后不久滑翔着陆成为必须，以及在“转翼式”飞行器中，当旋翼和机翼被垂直定位时，在起飞后不久滑翔着陆也成为必须。此外，由于其规模和复杂性，倾转旋翼不能作为商用市场上轻便、快速、结构紧凑且经济实惠的飞行器的基础(从物理或工程的角度来看)。

存在被设计用于达到高速的另一类垂直起落飞行器—即，具有额外的部件的直升机以提高速度，例如，螺旋桨，被称为“混合直升机”。西科斯基公司的X2技术飞行器和AVX飞行器公司的同轴旋翼/双涵道风扇(dual ducted fan)技术都被包括在这一类中。西科斯基公司和AVX飞行器并非用于商业化生产，但被设计成能够实现高速，比倾转旋翼之外的任何固定翼飞行器具有更高的垂直起降和悬停能力。但是，类似于倾转旋翼，这些混合直升机具有在起飞和着陆过程中用于提升的标准的较大的直升机桨叶，而不是在起飞和着陆过程中用于提升的较小的较安全的涵道风扇。各种原型或试验的具有旋转的涵道风扇的飞行器在20世纪中期被用于飞行。然而，发动机和风扇没有提供用于货物或乘客的足够的升力，而这些飞行器遭受了显著可控性问题。

许多现有技术的垂直起降飞行器的设计遭受了广泛的一些列类似的弊端，其阻碍它们作为日常通勤飞行器被广泛的接受。另一个弊端是在起飞和悬停模式中，很多这样的设计需要若干倍的马力来将飞行器保持在空中。因此，在悬停和向前、水平飞行中，这种飞机都遭受了相对高的燃油消耗率。

发明内容