[发明专利]垂直升降飞机及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直升降飞机（convertiplane，推力换向式飞机），即，具有可调节转子的能够选择性地采用“飞机（aeroplane）”结构和“直升机（helicopter）”结构的混合航空器（aircraft），在“飞机”结构中，转子以自己的轴线与航空器的纵向轴线基本上平行而定位，在“直升机”结构中，转子以自己的轴线与飞机的纵向轴线基本上垂直且交叉而定位，从而结合了固定机翼涡轮螺旋桨飞机和直升机的优点。

背景技术

如上所述的调节其转子的能力使得垂直升降飞机能够像直升机一样起飞和着陆，即，不需要跑道和沿着非常陡的轨道，以将地面噪声减到最小，例如，甚至是在市区起飞和着陆；并且，使得垂直升降飞机像能够达到并保持大约500km/h的巡航速度，或以任何比直升机的大约300km/h的巡航速度高的速度，以及7500米的典型巡航高度（其大约是直升机的巡航高度的两倍）的飞机一样飞行，并使得垂直升降飞机在大多数云体和大气扰动上方飞行。

换句话说，相对于传统的直升机，垂直升降飞机具有以下优点：几乎两倍的巡航速度；对于给定的有效负载和燃料供应，基本上两倍的飞行距离和时间，从而使得其运行更便宜；以及超过两倍的巡航高度，从而使得其在大部分飞行过程中对天气条件（云、湍流）不敏感。另一方面，相对于传统的飞机，垂直升降飞机具有以下优点：能够盘旋，并且能够在有限空间内，甚至在市区，起飞和着陆。

已知的垂直升降飞机基本上包括：机身、一对在机身的相对侧边上伸出的半翼、以及一对容纳相关转子并相对于相应的半翼与相关转子一起旋转的引擎机舱。

每个引擎机舱容纳相关的电机-转子组件，因此，其相对于相应的半翼与引擎机舱一起旋转。

详细地，每个引擎机舱包括：

-燃气轮机；以及

-机械传动装置，将燃气轮机与相关的转子机械地连接。

每个机械传动装置适于将燃气轮机的更高的转速转换成有效操作转子所需要的较低的转速。

为此目的，机械传动装置包括多个齿轮箱、轴和轴承。

结果，所述机械传动装置增加了垂直升降飞机的重量、复杂性和维修需求。

为了减少与机械传动装置的存在相关的所有上述缺点，WO-A-2009/079049公开了一种直升机，包括：

-主转子；

-第一电动机，用于驱动主转子旋转；

-尾转子（tail rotor）；以及

-第二电动机，用于驱动尾转子。

电动机由机载电源供电，例如电池、混合电源等。

然而，机载电源需要定期地再充电。

近些年来，注意力已经集中到空气污染和气候变化的环境问题上。

结果，在行业内感觉需要通过使用可再生能源（特别是风能）对机载电源再充电。不幸地是，风能特别难以收集，因为风流的方向是变化的。

已知的垂直升降飞机还包括用于使转子的角速度减慢并停止的机械制动器。然而，机械制动器很重，并且包括维修昂贵的液压系统。此外，机械制动器排放了大量的能量作为废热。

在行业内感觉需要在减少作为热浪费的动能的量的同时不需要昂贵且复杂的部件来制动转子。

此外，感觉需要尽可能地包含引擎机舱的尺寸和重量。

还感觉需要制造一种可以很易地装配有不同的推进包（package）的模块化垂直升降飞机。

已知的垂直升降飞机还广泛地使用液压致动系统，例如，用于使转子倾斜和/或用于致动起落架和/或用于控制转子的叶片。液压致动系统在垂直升降飞机上需要油箱，维修昂贵，产生一定的起火危险，并且需要在环境中处理油。

感觉需要制造一种尽可能克服与使用液压致动系统相关的缺点的垂直升降飞机。

发明内容

本发明的一个目的是，提供一种被设计为以简单、低成本的方式满足至少一个以上需求的垂直升降飞机。

根据本发明，提供了一种垂直升降飞机，包括：

-一对半翼；

-至少一个第一转子，包括轴，所述轴可围绕相关的第一轴线旋转，并在直升机模式与飞机模式之间相对于所述半翼与所述第一轴线一起围绕第二轴线倾斜；

在所述直升机模式中，所述第一轴线在使用中与所述垂直升降飞机的纵向方向成横向（transversal），并且，在所述飞机模式中，所述第一轴线在使用中与所述纵向方向基本上平行；

其特征在于，包括：

-电功率储存装置；以及

-至少一个电机；

所述电机包括：

-定子，其电连接至所述储存装置；以及