[发明专利]用于电动竖直起降(VTOL)航空器的机翼倾斜致动系统

说明书

一种竖直起降(VTOL)航空器(10)，包括机身以及第一前机翼和第二前机翼(20、22)，每个机翼(20、22)具有固定前缘和围绕大致水平的枢转轴线枢转的尾部控制面(50)。航空器(10)包括第一电动机和第二电动机(60)，每个均具有旋翼(70)，电动旋翼(70)与尾部控制面(50)一起在第一位姿与第二位姿之间枢转，在第一位姿中每个旋翼(70)具有大致竖直的旋转轴线，在第二位姿中每个旋翼(70)具有大致水平的旋转轴线，控制系统(90)被构造成在不同的旋转速度下选择性运行第一电动机(60)和第二电动机(60)，以产生转动力矩，从而使控制面(60)围绕枢转轴线(33)枢转。

技术领域

本公开涉及一种用于电动竖直起降(VTOL)航空器的机翼倾斜致动系统。特别地，本发明涉及用于具有客运和/或军事应用的电动VTOL航空器的机翼倾斜致动系统和机构。

背景技术

VTOL航空器能够竖直地或以接近竖直的某个角度起降。这种类型的航空器包括直升机和某些固定机翼航空器，通常用于军事应用。有利地，VTOL航空器允许在有限的空间内起降，这消除了对大跑道的需要，并且允许在较小的空间以及诸如船甲板和建筑物及其它结构上的停机坪上进行起降。

直升机是升力和推力都由旋翼提供的一种航空器。与直升机相关联的一些问题在某些应用中可能是成问题的，诸如高水平的噪音输出。与直升机相关联的这种缺点之一涉及对于飞行来说至关重要的旋翼设计。在其设计中通常没有冗余，这意味着该(或每个)旋翼的运行至关重要。没有冗余意味着旋翼和传动系统的所有部件必须具有较大的安全系数，这显著增加了直升机的重量和制造成本。

出于各种商业和安全原因，电动航空器越来越受关注。近年来，关于无人机技术已经有了许多发展，无人机技术通常利用围绕节圆直径间隔开的多个电动旋翼。无人机通常由电动旋翼运行，每个电动旋翼均围绕大致竖直的轴线旋转。

虽然无人机对于运输较小的有效载荷来说在商业上日益变得可行，但是由于旋翼的竖直旋转轴线，它们通常受限于相对较低的飞行速度。此外，它们倾向于在每次电池充电期间具有相当低的行程范围。

倾转机翼航空器是可用的，并且通常根据用于起降的竖直螺旋桨轴线的原理来操作，并且机翼被构造为在螺旋桨具有用于起降的竖直轴线的构造与螺旋桨具有用于前飞的水平轴线的构造之间倾斜。

上面提到的倾转机翼布置提供了在具有有限的可用空闲空间的区域(诸如航空母舰和停机坪)中起降的优势。另外，倾转机翼航空器能够提供与传统螺旋桨驱动的固定机翼飞机相比拟的飞行速度。

倾转机翼航空器通常具有电动机或燃气涡轮发动机，所述电动机或燃气涡轮发动机用于驱动直接安装至机翼的螺旋桨或管道风扇。整个机翼在竖直和水平之间旋转，以使推力矢量从竖直到水平倾斜以及返回。

通过定义，“推力线”(也被称为“推力矢量”)是螺旋桨的推力，并且与螺旋桨的旋转轴线近似相同。“铰链线”是铰链旋转轴线。

现有的倾转机翼航空器有一些固有的缺点。一个缺点与用于控制机翼在起/降构造与前飞构造之间的倾角角度所需的致动器和轴承或其它此类机构有关。致动器还可以用于在前飞期间将机翼锁定在期望的倾角。然而，实际上，致动器和轴承会显著增加航空器的重量。这导致诸如人员或货物之类的可以被运输的有效载荷量的减少。此外，由于机翼倾斜致动系统和轴承的关键特性，该组件必须被设计成具有足够的冗余度以减少灾难性故障的风险。

目前，Lilium Aviation(百合航空)正在设计和测试电动VTOL喷气机(electricVTOL jet)，其商标为Lilium Jet^TM。该原型机旨在作为轻型通勤航空器，供两名乘客使用，它具有两个机翼和大约36个电动机。

Lilium Jet^TM型航空器的缺点与电动机有关，所述电动机是封闭式风扇型电动机。这种布置是高能耗的，导致给定电池尺寸下减少的可能飞行范围。