[发明专利]推力矩阵装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的动力系统与飞行器。

背景技术

传统动力系统随着性能要求的不断提高，其机体和动力装置的复杂程度、设计难度、制造成本和使用维护成本也越来越高。同时，动力装置的结构和功能对动力系统的运动能力和运动自由度也形成较大限制。此外，动力装置的可靠性对动力系统的安全性影响越来越明显。例如，现代的民用/军用飞行器的性能要求不断提高，造成航空发动机的设计难度、制造成本也越来越高。首先，传统航空发动机，例如大型涡轮风扇发动机，提高性能的基本手段包括增大风扇直径以提高涵道比、提高涡轮前温度、提高转速等，但这些手段均受到材料性能的限制。目前的航空发动机已经逐渐接近现有航空材料的极限，设计难度大，制造/使用成本高昂。其次，飞行器机体、发动机分开设计研发的弊端也导致飞行器机体对发动机的性能需求越来越苛刻，同时飞行器为了实现三维运动能力，其机体需要设置形状复杂的翼面和大量的机、电、液机构，导致机体的复杂程度越来越高。第三，军用飞行器对续航时间、作战半径、超机动性、垂直/短距起降、可靠性、可维护性等综合性能的要求日益提高，但传统航空发动机的技术路线很难同时满足所有的要求，极大地限制了飞行器的性能。第四，航空动力装置的可靠性问题造成飞行器的安全风险问题难以得到有效控制，大约65％的飞行器事故与动力装置有关。

近年来，分布式动力布局的动力系统开始受到广泛的关注。例如，分布式动力布局的飞行器，通过动力再分配，可以达到降低噪音、缩短起飞时间、降低油耗、增加航程等效果。但这仍然是在传统飞行器设计概念指导下的传统技术路线。虽然已有研究表明，分布式动力系统可以有效提高飞行器的性能，但局限于传统飞行器的设计概念，其性能提升空间有限。

发明内容

本发明的一个目的在于解决上述现有技术中的至少一个问题，提出一种新概念的推力矩阵。

本发明的另一目的在于解决传统动力系统的大型动力装置设计制造难度大、机体复杂、运动自由度约束度高等问题中的至少一个问题，而提供一种新概念的推力矩阵。

本发明的另一目的在于解决传统飞行器因动力装置故障造成的健康安全问题，提供一种新概念的推力矩阵(飞行器)。

本发明可以包括、但不限于如下方案。

本发明的一方面提供一种推力矩阵，其包括机体、设置于所述机体的多个动力单元和控制系统，所述控制系统控制所述多个动力单元向所述机体提供三维全向时变推进能力。

优选地，在所述机体的空间三维方向上均设置有若干个动力单元，用于向所述机体提供三维全向时变推进能力。

优选地，所述多个为六个或更多个。

优选地，在所述机体的空间二维方向上均设置有若干个动力单元，用于向所述机体提供三维全向时变推进能力。

优选地，所述多个为四个或更多个。

优选地，在所述机体的空间一维方向上设置所述多个动力单元，用于向所述机体提供三维全向时变推进能力。

优选地，所述多个为九个或更多个。

优选地，所述控制系统通过控制各个动力单元的工作状态，产生满足所述推力矩阵的各种运动和姿态所需的合力和合力矩。

优选地，所述机体包括设置有若干个所述动力单元的面向前/后方的表面、设置有若干个所述动力单元的面向侧方的表面和设置有若干个所述动力单元的面向上/下方的表面。

优选地，所述多个动力单元中的部分或全部动力单元至少部分地嵌入到所述机体中。

优选地，所述多个动力单元中的部分或全部动力单元设置在所述机体的冗余空间内。

优选地，所述多个动力单元包括仅用于向所述机体提供轴向力的若干个第一动力单元、仅用于向所述机体提供侧向力的若干个第二动力单元和仅用于向所述机体提供垂向力的若干个第三动力单元。

优选地，所述多个动力单元还包括用于向所述机体提供轴向力和侧向力的若干个第四动力单元；并且/或者

所述多个动力单元还包括用于向所述机体提供轴向力和垂向力的若干个第五动力单元；并且/或者

所述多个动力单元还包括用于向所述机体提供侧向力和垂向力的若干个第六动力单元；并且/或者

所述多个动力单元还包括用于向所述机体提供轴向力、侧向力和垂向力的若干个第七动力单元。

优选地，所述第一动力单元设置于所述机体的面向前/后方的表面；并且 /或者

所述第二动力单元设置于所述机体的面向侧方的表面；并且/或者

所述第三动力单元设置于所述机体的面向上/下方的表面。