[发明专利]垂直起降（VTOL）飞机及其相关方法

说明书

本发明公开了有翼倾转旋翼垂直起降(VTOL)飞机和相关方法。飞机包括：机架，所述机架包括一个或多个机翼；定位在所述一个或多个机翼的前方的一个或多个倾转可调旋翼；以及定位在所述一个或多个机翼中的至少一个的后方的一个或多个固定倾转旋翼。方法包括：仅使定位在所述飞机的一个或多个机翼前方的一个或多个前旋翼倾转，并且不使定位在所述一个或多个机翼中的至少一个后方的一个或多个后旋翼倾转。

技术领域

本公开涉及垂直起降(VTOL)飞机。

背景技术

与常规飞机不同，VTOL飞机像直升机一样，不需要跑道。它们可垂直起降，这意味着它们只需要足够大以容纳其机架的起降表面。因此，VTOL飞机具有通用性，因为与常规固定机翼飞机相比，它们可在更狭窄的空间(因此可从更多的位置)起降。例如，即使在人口稠密的城市中，直升机也可在建筑物的屋顶上降落或起飞。一些VTOL飞机使用机翼，因为在巡航时，机翼比旋翼更有效且维护更少，由此扩大了飞机的范围和速度并实现了更长、更快的飞行。直升机和其他无翼VTOL飞机必须利用襟翼或其他飞行控制表面来将旋翼指向运动方向。这就是当从悬停(垂直飞行)转变到巡航(水平飞行)时，直升机最初使其机头向下倾转的原因。另一方面，有翼VTOL(winged VTOL)飞机采用易于在悬停和巡航之间转变的各种方法。

一些有翼VTOL飞机使用倾转机翼以在悬停和巡航之间转变(并且因此通常称为“倾转机翼飞机”)。然而，与常规固定机翼飞机的较小飞行控制表面(例如，副翼、升降舵和方向舵)相比，使整个机翼倾转需要大得多的力。另外，此类机翼在其被垂直取向以进行悬停时极易受到阵风的影响。

因此，其他VTOL飞机尝试通过仅使旋翼(而不是整个机翼)倾转来在悬停和巡航之间转变，并且因此通常被称为“倾转旋翼飞机”。具体地，一些倾转旋翼飞机包括全部同时倾转的前旋翼组(定位在机翼的前面)和后旋翼组(定位在机翼的后面)。单个倾转机构可被配置为使前旋翼和后旋翼二者都倾转。因此，前旋翼和后旋翼不能彼此独立地倾转。然而，使所有旋翼倾转仍然需要相当大的力，并且这种飞机在悬停和巡航之间转变时可在空气动力学上变得不稳定。

另外，这两种设计(倾转机翼设计和倾转旋翼设计两者)都可能产生单点不工作事件，因为飞机可依赖于单个倾转机构(使机翼倾转的一种机构或使多个旋翼倾转的一种机构)以在悬停和巡航之间转变。因为VTOL必须从巡航转变到悬停才能降落，所以机翼倾转对于飞机完成飞行的能力可能至关重要。因此，在许多上述倾转设计中，不能容忍倾转机构中的仅一个在飞行途中的不工作。

其他有翼VTOL飞机试图通过包括单独的两组固定位置旋翼(一组专门用于垂直飞行，并且另一组专门用于水平飞行)来克服此问题。然而，这样的飞机需要两倍的旋翼(一组用于垂直飞行并且第二组用于水平飞行)，这使飞机较重(并且因此能源效率较低)并且更昂贵。

此外，由于悬停模式所生成的流场、进入空气流和机翼几何形状之间的相互作用，上述所有的有翼VTOL飞机(固定旋翼飞机、倾转旋翼飞机和倾转机翼飞机)在从悬停转变到巡航时承受空气动力学困难。转变机动对飞机提出了最高功率需求，并且因此可能需要更大、效率更低和更昂贵的飞机。因此，期望在悬停模式和巡航模式之间更有效地转变的有翼VTOL。

发明内容

公开了有翼倾转旋翼VTOL飞机。例如，飞机包括：机架，所述机架包括一个或多个机翼；一个或多个倾转可调旋翼，所述一个或多个倾转可调旋翼定位在所述一个或多个机翼的前方；以及一个或多个固定倾转旋翼，所述一个或多个固定倾转旋翼定位在所述一个或多个机翼中的至少一个的后方。一个或多个倾转可调旋翼是可调整的，因为它们被配置为在垂直推力位置(用于悬停)和向前推力位置(用于巡航)之间选择性地倾转。在一些示例中，固定倾转旋翼未被配置为倾转，并且保持固定以使得其旋转轴线正交于飞机的俯仰。