[发明专利]具有大体设计为空气静力浮力体的机身的飞机

说明书

本发明涉及一种飞机，其具有一大体设计成空气静力浮力体的机身以及铰接在机身上的、设有螺旋桨的、并构成驱动装置的联合的浮力-推进装置，后者分别可在浮力位置和推进位置之间摆动。在浮力位置，各螺旋桨旋转平面大体是水平的，而对各螺旋桨轴加载的相应驱动装置的输出轴大体是竖直的；在推进位置，各螺旋桨旋转平面大体是竖直的，而对各螺旋桨轴加载的相应驱动装置的输出轴大体是水平的。

设有移动驱动装置的空气静力飞机例如作为齐柏林飞船已知已很久。这种飞船由于其空气静力的浮力特性而可以大体竖直起飞和降落，然而，由于它大部分比空气轻，因此在每次定靠时都必须系牢在地面上。此外，这种飞船控制相当缓慢，因为由于它缓冲的速度和小的空气动力控制面而具有小的自控性，即控制运动具有很大的反应惯性。虽然，已知在早期飞船用围绕横轴可相当缓慢摆动的主驱动装置和横向作用的辅助驱动装置来支持空气动力的控制，虽然这一控制减小了飞船的回转圆，但是不允许飞船有“点状准确的”灵活性。具有细长流线体形的飞船的另一缺点是其极高的侧风敏感性，这就要将飞船系牢在地面，使得它如同一小船在浮标旁在风中旋转，为此一般需要锚固式杆。

此外已知垂直起飞的飞机，其驱动装置可从具有水平螺旋浆旋转平面的竖直浮力位置和从具有竖直螺旋浆旋转平面的水平推进位置摆出来。具有可摆动的驱动装置的垂直起飞的飞机的问题是要控制在驱动装置摆动时产生的离心力，该离心力经由稳定的支撑结构支撑在飞机的机翼和机身上。由于上述离心力，驱动装置只能相当缓慢地摆动。控制这种垂直起飞的飞机基本上同样是用空气动力的控制装置。在这种飞机垂直起飞时，由于驱动装置必须产生整个飞机的浮力，因此除了飞机自重外可运输的载荷是很有限的。

因此，本发明的任务是提出一种上述类型的飞机，它将空气静力的飞机的优点和垂直起飞的飞机的优点结合在一起，从而能够将大的负荷运输很长的距离，同时又能快速和精准地着陆，而为此毋需特殊的地面基础设施。

这一任务是这样解决的，即各个螺旋浆旋转平面可相对于对螺旋桨轴加载的相应驱动装置的输出轴朝四周倾斜。

除了基本上设计为驱动装置可绕横向轴摆动外，螺旋桨旋转平面的上述可倾斜性实现了飞机的推力矢量控制，它反应快，在飞机起飞和降落时也能提供非常灵活的控制性能。由于这一推力矢量控制(在足够的驱动功率的前提下)能够使具有空气静力的浮力体的飞机基本上点准确地着陆。为此获得了下述优点，即飞机可以在相当小的野外着陆场下降，因此例如可在工厂的仓库装上荷载并直接在接收方放下。

转子平面的倾斜基于作用在螺旋桨叶片上的空气动力而实现对各个螺旋桨叶片的各迎角的单独调节。这样只有推进、提升和控制用的推力矢量作为力引入机身。在推力矢量快速建立时产生的反作用转矩，例如相应驱动机或螺旋桨的离心力矩支持在周围的空气中，而不支持在飞机的结构上。按这一方式，螺旋桨平面相对于输出轴也可以在很大的角度范围沿每一方向很快地倾斜，而不必将由离心力矩引起的反作用力传递到机身上。螺旋桨旋转平面相对于对螺旋桨轴加载的相应驱动装置的输出轴的倾角可以为±20°和±50°之间，优先为±25°和±35°之间，最好为30°。由于本发明飞机的推力矢量控制不仅在推进位置而且在驱动装置的浮力位置工作，因此，在驱动装置运行时的短暂的着陆定顿只需要很少的费用将飞机系牢在地面上，因为反应快的推力矢量控制即使在有侧风或风暴时也能使飞机在着陆场位置稳定。因此，本发明以飞机与着陆场的形状或设置在地面上的着陆装置例如锚固件无关，可以牢固系住飞机。虽然如此，在驱动装置切断，飞机长时间停留时需要将飞机按已知的方式系牢在地面上。这可以通过锚固在飞机下侧整体成型的着陆脚或借助于安装在机身上的最好是中央控制的侧风系统来实现。本发明飞机的反应快的推力矢量控制允许从飞机的悬浮状态中接收载荷和位点准确地放下载荷，而不必使飞机着陆。

在本发明的一个特别有利的结构中，机身被同时设计为空气动力的浮力体。为此，机身在巡航中除了空气静浮力外也产生空气动力浮力。

在本发明的飞机中可以取消与飞行压头有关的主动操纵的空气动力控制装置，因此不必设置高度或侧向导向机构，后者会提高飞机的侧风敏感性和风暴敏感性，仍管在起飞和着陆阶段飞行速度很低时对飞机的控制没有明显的附带作用，因此对飞机的控制只由推力矢量控制承担。因此飞机可以设计成简单的造型。