[发明专利]具有增强俯仰控制和可互换部件的航空器

说明书

一种能够竖直起飞和着陆的飞行器，包括：机身；至少一个处理器，该处理器由机身承载；以及符合空气动力学且产生升力的一对机翼，这对机翼从机身延伸。多个矢量转子由机身可旋转地承载，从而可在用于竖直起飞和着陆的相对于机身的基本竖直配置和用于水平飞行的相对于机身的基本水平配置之间旋转。矢量转子不由第一对机翼支撑。机翼可以是模块化的，并且可移除地连接到机身，并且被配置为可与替代对机翼互换。货物集装箱可以固定到机身的下侧，并且货物集装箱可以是模块化的，并且可与替代货物集装箱互换。

相关应用的交叉引用

本申请要求2018年11月30日提交的美国临时申请No.62/773,513和2019年11月18日提交的美国专利申请No.16/686,839的优先权，其教导通过引用结合于此。

技术领域

本公开涉及一种飞行器，该飞行器被设计成以竖直起飞和着陆(“VTOL”)和向前水平飞行两者的模式操作、承载大量货物负载，并且具体应用于已知为无人驾驶航空器(UAV)或无人机的飞行器类型。

背景技术

用于承载小型摄像机或短距离运输其他小负载的UAV是众所周知的，并且通常被称为无人机。这些无人机中有许多被视为休闲或玩具，并且根据管辖范围，民航法规可能未涵盖这些UAV。此外，其通常在开放的免费公共无线电频率上操作，这使其容易受到干扰。这类UAV，往往与小型直升机相似，有时也被称为多转子或四转子。其相对容易飞行，相当便宜，而且许多都是为VTOL操作而配备，可以很好地用于这种有限的目的工作。然而，这种飞行器有一些重大的故障和局限性。其在结构上往往是轻质的，并且在可覆盖的距离、提升能力和承载力方面的能力有限。

目前大多数UAV的设计是电动机和螺旋桨驱动，并且在承载能力方面主要受到其动力重量比的限制。这主要是因为在提升和向前飞行期间，其动力有很大一部分是为了实现稳定性，同时提供足够的动力来实现这一目标，并对俯仰进行适当的控制。在电池动力UAV的情况下，增加更多电池意味着增加更多重量，这反过来又需要更大和更重的电动机，并且结果在任何情况下都将限制UAV的行驶距离和可能承载的附加货物。开发具有更大承载能力以及更大距离潜力范围的更大UAV将是非常有益的。理想情况下，这样的UAV还将具有附加的特征，如当处理沿飞行路径遇到的其他飞行器时，具有“感知和避免”类型的雷达能力。

有一些UAV的设计与飞行器相似，因为其有机翼，而不是像类似直升机的无人机。由于使用机翼实现了升力的额外优势，这种类似飞行器的UAV设计通常比类似直升机的无人机具有更好的升力和距离潜力。然而，现有的设计仍然提供了进一步的低效率，因此限制了其货物承载能力和距离潜力。这是部分因为典型的设计不是理想地适用于所有的飞行条件和负载条件。例如，为了使UAV以相对较高的速度承载轻负载飞行非常远的距离，在UAV上使用更高的展弦比和更薄、更长的机翼就能量消耗而言是更有效的，这提供了更空气动力学、类似滑翔机的轮廓。为了以相对较慢的速度以较短的距离承载较重的负载，使用的理想的机翼相比长距离行驶的机翼宽得多、平坦得多，并且可以在机翼前边缘配备有附加配件，例如板条，以提高升力系数。取决于操作条件，对尾翼尺寸的类似调整可以进一步增加UAV的操作效率。更宽泛地说，给定飞行器的最优机翼和机尾配置取决于飞行计划是短程飞行还是长途飞行，以及要承载的货物的体积和重量。

然而，大多数现有设计的UAV都具有永久固定的机翼和尾翼，该机翼和尾翼直接附接在机身上，并且具体地机翼被附接的螺旋桨阻碍。现有机翼设计的固定性质使得飞行器对可能的飞行条件和距离的范围适应性较差。这往往会损害飞行器的飞行性能和燃料或能源效率。由于其位置沿着与重心相对应的贯穿机翼的俯仰轴，这种设计也遭受不利的俯仰效应。