[发明专利]飞行器

说明书

本发明提供一种飞行器(10)，该飞行器具有以下特征：该飞行器(10)包括具有悬臂(11)的机身，该悬臂承载直升旋翼(14)并且具有凹陷。

技术领域

本发明涉及一种飞行器、尤其一种全电动的、可垂直地起飞和降落(verticaltake-off and landing，VTOL)的飞行器。

背景技术

VTOL在航空航天技术中跨语言地指如下任何类型的飞机、无人机或火箭，其能够基本垂直地且无需起飞和降落跑道的情况下升起和再次着陆。这个通称术语在下文中被广义地使用，其不仅包括带有机翼的固定翼飞机，而且同样包括旋翼飞机(如直升旋翼机、自转旋翼机、螺旋桨旋翼机)和混合式飞机(如复合式直升旋翼机或组合式旋翼机)以及可垂直升降的飞机。此外，还包括能够在特别短的距离内起飞和降落(short take-off andlanding，STOL)、在短的距离内起飞但垂直地降落(short take-off and verticallanding，STOVL)、或垂直地起飞但水平地降落(vertical take-off and horizontallanding，VTHL)的飞行器。

在EP 3140188 B1公开了一种VTOL，该VTOL具有：飞行控制系统，该飞行控制系统被设计为用于在悬停模式和水平飞行模式下对VTOL进行航空电子控制；机身，该机身包含发动机和飞行控制系统并且是以飞翼式布置方式设计的；VTOL前侧的螺旋桨盘，该螺旋桨盘与发动机相联接并且被设计成用于在悬停模式下提供竖直的推力并且在水平飞行模式下提供水平的推力，并且包括一对反向转动的螺旋桨，这对螺旋桨沿机身的中心轴线被紧固；以及多个可收缩的机翼，这些机翼可折叠地与机身相联接并且各自被设计成在悬停模式下在侧向安置在机身处并且在水平飞行模式下展开，以产生空气动力学的升力。

在气动弹性力学和飞行控制的领域，飞行器的自激振动通常是指颤振(flutter)。原则上飞机的所有部件或质量部都参与此振动；此振动在与飞机的弹性变形、飞机的质量分布以及在振动的空气动力学表面上不稳定的空气动力共同作用的情况下受刚性自由度(即平移和旋转)的影响。

已知用于降低颤振或提高临界速度(在该临界速度下，出现的颤振界定飞机的安全运行范围)的结构上的措施。由于在大多数情况下颤振会导致所涉及的构件破裂并且有时导致飞机坠毁，因此在设计阶段应特别注意这种现象。

尤其如果飞行器具有悬臂(arms)，驱动单元(例如带有螺旋桨的发动机)被紧固在该悬臂上，那么有针对性地调整动态的振动行为就给开发人员带来巨大的挑战。例如已知对称的管状型材，其在大多数情况下具有内置的、难以触及的布线。

根据现有技术，通过减小这种悬臂的被型材中心线包围的中空截面(例如通过对外部尺寸或壁厚度进行适配)，可以减小悬臂的扭转惯性力矩并且因此减小或以其他方式调整扭转模式。

发明内容

本发明提供一种下文所述的飞行器，尤其一种全电动的、按上述意义可垂直地起飞和降落的飞行器。

根据本发明的方案基于这样的认识，即：当振动模式与近似地或相同频率地振动的第二振动模式(例如偏转模式和扭转模式)谐振并且这些振动在结构上被叠加时，就会产生颤振。这些固有频率原则上由结构性决定并且取决于例如飞行速度而受到不同强度的刺激。尤其由悬臂承载的自由的螺旋桨或直升旋翼能够额外地被进动力刺激而引起颤振。

本发明的优点在于提高了在各种各样的(例如受可变的螺旋桨转速和风向影响的)飞行情况下飞行器的运转安全性。为此，本发明统一了结构强度的基本要求——例如确保防止滥用飞行操纵(misuse)——和对振动行为的稳健设计。即使在外部尺寸、壁厚度等方面受到结构上的限制(如设计者可能例如由于设计规定、强度规定或重量规定而承受这些限制)的情况下，也可以通过根据本发明引入功能性的凹槽或冲压部在遵守规定的情况下实现这样的设计。