飞行器旋翼布置的制作方法

1.本公开涉及一种飞行器旋翼布置。一方面涉及一种飞行器。实施方式可以在具有分布式推进系统的飞机中具有特定应用，诸如但不限于具有垂直起落(vtol)能力的空中的士(taxi)。


背景技术：

2.为了便于说明，以下背景技术将在vtol空中的士的情况下进行描述。然而，这并不是限制性的。
3.最近的技术发展使一种新型飞机得以开发。这些飞机能够实现高巡航速度，使用分布式电力推进系统的vtol。分布式电力推进系统可以通过冗余、低操作成本和低噪声特征实现高水平的安全性。
4.尽管如此，在选择机身和推进系统架构方面仍然存在挑战。主要挑战是配置飞机，使其能够高效vtol飞行以及高速高效巡航，同时保持所有系统的充分冗余。


技术实现要素：

5.根据第一方面，提供了一种飞行器，该飞行器包括可选的第一旋翼组件、可选的第二旋翼组件以及可选地配置成将第二旋翼组件安装到飞行器的其余部分上的可选的第二旋翼组件塔架，其中，第一旋翼组件和第二旋翼组件可选地定位成使得第一旋翼组件和第二旋翼组件在飞行器的纵向方向上间隔开，因此第一旋翼组件和第二旋翼组件基本上位于这样的垂直平面上，该垂直平面平行于与飞行器的纵向轴线对准的垂直平面，并且其中第一旋翼组件可选地包括倾转旋翼，该倾转旋翼可选地配置成在基本上垂直的飞行推力与基本上常规的飞行推力的变换之间倾转，并且其中，第二旋翼组件还可选地包括叠置的多个基本上垂直的推力旋翼，这些推力旋翼可选地安装到塔架从而基本上位于塔架的同一侧。
6.第一旋翼组件和第二旋翼组件的对准使得第一旋翼组件和第二旋翼组件在飞行器的纵向方向上间隔开并且因此第一旋翼组件和第二旋翼组件基本上位于平行于与飞行器的纵向轴线对准的垂直平面的垂直平面上，可以使得具有一个平行于飞行器的纵向轴线的轴线，第一旋翼组件和第二旋翼组件中的一者或另一者沿着该轴线朝向另一者突起，将至少部分地与另一者叠置。相关的对准度可以是这样的对准度，其对于由第一旋翼组件和第二旋翼组件的上游产生的第一旋翼组件和第二旋翼组件的下游潜在的不可忽略的洗流干扰是足够的。
7.倾转旋翼的使用可以有助于提高巡航/常规飞行的效率，同时仍允许旋翼在垂直飞行配置和过渡飞行配置期间做出垂直推力的贡献。叠置的多个基本上垂直的推力旋翼的使用提供了用于额外的垂直推力的设施，而无需提供可能更重的倾转旋翼。因此，倾转旋翼和叠置组合可以提供增强的性能和/或额外的飞行配置选项。由于各种原因(例如动态考虑、重量分布、包装、复杂性降低、部件和/或系统共享等)，在纵向方向上以及可选地在垂直方向上使第一旋翼组件和第二旋翼组件间隔开，但是定位成基本上共同的横向轴线移位可
能是期望的或有利的。尽管如此，这可能使第一旋翼组件和第二旋翼中的一者在至少一些飞行配置期间更可能经受另一者的洗流。
8.在塔架的一侧设置叠置旋翼叶片(例如没有塔架将它们分开)可能意味着可以减少叠置旋翼之间的分离(甚至基本上没有分离)。这可以降低旋翼之间叶片涡流相互作用的可能性，从而提高效率和噪声性能。更近的距离还可以使得叠置在收起(不使用时，例如在常规飞行期间)配置与展开(需要它们提供垂直推力时)配置之间进行调节。在收起配置中，每个叠置旋翼的叶片可以与其他叠置旋翼中的相对应的叶片对准，并且旋翼旋转定向以呈现基本上最小的总正面截面，以减小它们引起的阻力。当叠置旋翼(至少在某些飞行配置中)撞击/摄入另一个旋翼(例如倾转旋翼)的尾流的至少一部分时，此类影响可能更加显著。然而，可替代地，叠置旋翼之间更接近的可能性可以允许叠置旋翼的整体封装更小，并且这可以有助于定位成在很大程度上或完全避免倾转旋翼的尾流，尽管该尾流的持续存在带来潜在优势。叠置旋翼之间更接近的可能性也可以允许分离成使得叠置旋翼表现为具有潜在的效率、动态和噪声益处的单个多元件升力机翼。更接近的可能性还可以允许共享(例如)支撑和维护叠置旋翼的部件，这可以降低复杂性和/或重量。
9.在一些实施方式中，第一旋翼组件和第二旋翼组件以这样的方式定位，即，使得第一旋翼组件和第二旋翼组件基本上都在平行于飞行器的纵向轴线的轴线上。因此，例如第一旋翼组件和第二旋翼组件的中心线和/或旋转轴线落在基本上平行于飞行器的中心轴线的轴线上。由于各种原因(例如动态考虑、重量分布、包装、复杂性降低、部件和/或系统共享等)，将第一旋翼组件和第二旋翼组件中的一者基本上定位在另一者的正下游(在常规飞行中)可能是期望的。此外，通过将叠置旋翼定位在其支撑塔架的一侧，可以至少部分地减轻与这种布置相关的潜在缺点(例如洗流效应)(如上所述)。
10.在一些实施方式中，第二旋翼组件的垂直推力旋翼之间的间隔基本上小于垂直推力旋翼的叶片的平均空气动力学叶片弦长的100％。在其他实施方式中，第二旋翼组件的垂直推力旋翼之间的间隔基本上小于垂直推力旋翼的叶片的平均空气动力学叶片弦长的80％、60％、40％、30％或20％。这样的接近性可以强调以上讨论的本发明的至少一些潜在益处，其中不断减少的分离提供了不断增强的益处。尽管如此，可能会出现一定程度的权衡，因为随着不断减少的间隔，叶片轮毂的设计自由度可能会受到限制。
11.在一些实施方式中，不存在位于限定在叠置的多个基本上垂直的推力旋翼中的至少一对的叶片平面之间的环形空间中的静态结构。通过避免在旋转叶片之间设置静态结构(例如塔架或机舱)，可以将叠置旋翼设置得更靠近，并且可以避免流动干扰(从而破坏叠置旋翼之间的协同空气动力学效应)。
12.在一些实施方式中，第一旋翼组件比第二旋翼组件位于飞行器的机架上更靠前的位置。出于各种原因包括在过渡期间，这种布置可能是期望的，可能需要来自更多的后部旋翼比更多的前部旋翼提供更多的垂直推力。这是因为在过渡期间，存在着飞行器采用机头向上姿态的自然趋势，与朝向飞行器前部产生的推力相比，可以通过朝向飞行器后部增加的垂直推力来抵消这种趋势。由于第二旋翼组件是专用的垂直推力组件(例如固定用于垂直推力或仅允许有限的旋翼俯仰调节，例如为了稳定性)可能意味着与倾转旋翼可能经受的角度调整相比，它更适合在过渡期间提供增加的垂直推力，因此可以有利地相对于飞行器位于更靠后的位置。在第一旋翼组件比第二旋翼组件位于飞行器的机架上更靠前的布置
中，由于没有中间塔架而促进第二旋翼组件处的潜在减阻的意义可能更显著。这是因为在倾转旋翼的下游，第二旋翼组件可能经受由其尾流引起的加速气流。出于同样的原因，效率、动态和/或噪声性能的改善(例如通过作为单个多元件升力机翼的叠置旋翼可以促进的)也可能更加显著。可替代地，第二旋翼组件的更紧密的整体包装的便利性可以允许这样的布置，使得第二旋翼组件在更大程度上避免倾转旋翼的尾流。
13.在一些实施方式中，第一旋翼组件配置成使得在第一旋翼组件的倾转旋翼的倾转角度的整个范围内存在倾转旋翼的中心与第二旋翼组件的叠置旋翼的中心点之间的轴线基本上垂直于由旋转以传递推力的倾转旋翼叶片限定的旋转平面的倾转角度。在倾转旋翼具有由旋转以传递推力的倾转旋翼的叶片限定的基本上面向叠置旋翼的旋转平面的情况下，叠置旋翼更有可能经受倾转旋翼的尾流。这例如可以在常规飞行配置和/或过渡飞行配置期间发生。
14.在一些实施方式中，第一旋翼组件配置成使得在第一旋翼组件的倾转旋翼的倾转角度的整个范围内不存在倾转旋翼的中心与第二旋翼组件的叠置旋翼的中心点之间的轴线基本上垂直于由旋转以传递推力的倾转旋翼叶片限定的旋转平面的倾转角度。在倾转旋翼不具有由旋转以传递推力的倾转旋翼的叶片限定的基本上面向叠置旋翼的旋转平面的情况下，则叠置旋翼不太可能经受倾转旋翼的尾流。这可以通过本发明来促进，并且可以防止/减轻否则会发生的洗流效应。
15.在一些实施方式中，叠置垂直推力旋翼安装到塔架从而基本上位于塔架上方。增加叠置旋翼的高度(例如通过将其定位在塔架上方来促进)可能趋于减少任何上游倾转旋翼的尾流撞击叠置旋翼的撞击程度，其中排气方向在基本上向后与基本上向下之间变化。因此，可以至少部分地减轻这种撞击的负面后果(例如在叠置旋翼处增加的噪声以及更高的叶片负载)。
16.在一些实施方式中，第二旋翼组件比第一旋翼组件位于飞行器的机架上更靠前的位置。即使叠置旋翼比倾转旋翼更靠前，上面讨论的许多益处(例如作为成对单元的第一旋翼组件和第二旋翼组件的性能益处)也将持续存在。此外，虽然与倾转旋翼的尾流相关的优点可能不适用或不太相关，但可能会产生额外的益处。例如这种布置可以有助于减少暴露时间以及/或者相交叶片释放轨迹和旋翼叶栅故障的概率。另外，该布置可以有助于平衡或减轻由一个或多个其他旋翼产生的螺旋桨片效应，例如第一方面的成对旋翼布置的附加实例或实例，但是其中第一旋翼组件比第二旋翼组件位于飞行器的机架上更靠前的位置。螺旋桨片效应是由螺旋桨法向力产生的偏航或俯仰力矩。每当螺旋桨向气流倾斜时都会产生螺旋桨法向力，因此它的作用类似于升力面，因此在使用倾转旋翼的情况下可能更为普遍。
17.在一些实施方式中，第二旋翼组件配置成在飞行器的至少一部分过渡飞行配置期间提供推力，在该过渡飞行配置期间第一旋翼组件的倾转旋翼在基本上垂直的飞行推力与基本上常规的飞行推力的变换之间倾转。
18.在一些实施方式中，叠置的多个垂直推力旋翼配置成在至少一些配置中用作单升力机翼。因此，例如叠置旋翼以耦接的方式工作，从而增加升力和/或延迟失速。不同叠置的垂直推力旋翼内的叶片的定向和叠置旋翼的接近可以使得在一对叠置旋翼中，来自该对叠置旋翼上游的洗流在该对叠置旋翼的下游激发流动。这可以通过将叠置的多个垂直推力旋翼设置在第二旋翼组件塔架的一侧而不是例如由此分开来至少部分地促进。
19.在一些实施方式中，叠置的多个垂直推力旋翼由两个叠置的垂直推力旋翼组成。
20.在一些实施方式中，叠置的多个垂直推力旋翼由相同的推进单元驱动。因此，例如可以由单个电动机为叠置的多个垂直推力旋翼提供动力。这可以降低重量和/或复杂性，并且可以通过将叠置的多个垂直推力旋翼设置在第二旋翼组件塔架的一侧而不是例如由此分开来至少部分地促进。
21.在一些实施方式中，叠置的多个垂直推力旋翼在推进旋转中由叠置的多个垂直推力旋翼与第二旋翼组件的其余部分之间的公共轴承组和/或公共轴承座圈支撑。然而，在其他实施方式中，可以使用独立的轴承组和/或轴承座圈。
22.在一些实施方式中，叠置的多个垂直推力旋翼共享一个或多个其他公共部件(例如用于收起配置(见下文)的公共推力轴承和/或公共旋翼定向锁定机构)。
23.在一些实施方式中，叠置的多个垂直推力旋翼中的每者由两个叶片组成。这可以以更有效的阻力方式简化收起。
24.在一些实施方式中，飞行器包括第二旋翼组件控制系统，该第二旋翼组件控制系统配置成控制第二旋翼组件的选择性展开到展开配置和收起到收起配置，其中展开引起叠置的多个垂直推力旋翼围绕它们各自的推力产生旋转轴线相对旋转以达到展开配置，在展开配置中叠置的多个垂直推力旋翼中的每者的旋翼叶片与其他的旋转叶片角度错位，并且其中收起引起叠置的多个垂直推力旋翼围绕它们各自的推力产生旋转轴线的相对旋转以达到收起配置，在收起配置中叠置的多个垂直推力旋翼中的每者的旋翼叶片与其他的旋翼叶片角度对准。这可以允许在展开时产生增加的垂直推力、在收起配置中当叠置旋翼不用于产生推力时阻力减少的组合，尤其是在叠置旋翼的每个转子只有两个叶片的情况下。
25.在一些实施方式中，在展开配置中，所有叠置的多个垂直推力旋翼的旋翼叶片的组合配置成使得旋翼叶片在角方向上连续步进以相等间隔隔开。然而，可替代地，旋翼叶片在角方向上的连续步进可以(至少所有)不以相等的间隔隔开。例如在组合中，旋翼叶片形成十字形，其中叶片之间的第一组相对段的角度范围相等，但是与第二组相对段的角度范围不同。这种布置可以提高效率和噪声性能。
26.在一些实施方式中，当被驱动以产生推力时，叠置的多个垂直推力旋翼处于展开配置。
27.在一些实施方式中，在收起配置中，叠置的多个垂直推力旋翼中的每者的旋翼叶片与平行于飞行器的纵向轴线的轴线基本上对准。这可能意味着叠置旋翼的旋翼叶片呈现相对较小的总迎风面积，当叠置旋翼处于收起配置时可能会减小阻力。即使与两个明显分开的类似对准的旋翼相比，通过这种方式也可以进一步减小总迎风面积。具体地，如所描述的在旋翼对准、非常接近并且叶片中存在扭旋的情况下，在单独的叠置旋翼中可能存在与另一个叶片相邻的一个叶片的至少部分空气动力学护罩，从而进一步减小总迎风面积。
28.在一些实施方式中，叠置的多个垂直推力旋翼在未被驱动以产生推力时处于收起配置。例如飞行器可以在常规飞行中产生足够的升力，而不需要来自叠置旋翼的贡献，并且因此第二旋翼组件可以收起以减少功耗和阻力。然后，当进入不同的飞行配置(例如过渡飞行或垂直飞行)时，第二旋翼组件可以展开并被提供动力以产生垂直推力。
29.在一些实施方式中，第一旋翼组件的倾转旋翼配置成通过倾转大致90
°
来过渡，以交替地在基本上垂直的飞行推力与基本上常规的飞行推力之间变换。还可以提供超过90
°
范围的倾转能力(例如为了促进增强的减速和/或反向飞行模式和/或促进飞行器偏航，其中一个倾转旋翼向后倾转，而飞行器另一侧的另一个倾转旋翼向前倾转)。
30.在一些实施方式中，第一旋翼组件的倾转旋翼配置成在飞行器的垂直推力配置下相对于飞行器在向前方向和向后方向中的一个方向上平移，并且在飞行器的常规飞行配置下相对于飞行器反向平移。因此例如，除了在垂直飞行配置下向上倾转之外，倾转旋翼还可以向后平移，这可能在向上倾转发生时发生。当第一旋翼组件比第二旋翼组件位于飞行器的机架上更靠前的位置时，可以在垂直推力配置下使用向后平移。此外，当第二旋翼组件比第一旋翼组件位于飞行器的机架上更靠前的位置时，可以在垂直推力配置下使用向前平移。该设施可以用于减少常规飞行配置中的第一旋翼组件的杆臂，这可以用于减小螺旋桨片效应。
31.在一些实施方式中，第一旋翼组件和第二旋翼组件中的至少一者安装到飞行器的机翼。机翼可以相对于飞行器的机身在纵向方向上基本上居中定位。例如机翼可以位于飞行器的重心附近。机翼可以提高常规的飞行效率。就包括效率、飞行器重量分布、离地间隙等在内的各种因素而言，机翼可以是第一旋翼组件和/或第二旋翼组件的方便安装位置。在第一旋翼组件和第二旋翼组件都安装到机翼的情况下，这可能倾向于表明第一旋翼组件和第二旋翼组件相互接近，因此本发明在减轻对第一旋翼组件和第二旋翼组件中的任何一者位于另一者的下游上的尾流影响方面具有更大的意义。
32.在一些实施方式中，第一旋翼组件或第二旋翼组件安装在机翼上以基本上在机翼的前边缘向前突出。
33.在一些实施方式中，第一旋翼组件或第二旋翼组件安装在机翼上以基本上在机翼的后边缘向后突出。
34.在一些实施方式中，叠置的多个垂直推力旋翼安装成基本上位于与机翼的弦线对准的水平面的相同侧上。
35.在一些实施方式中，叠置的多个垂直推力旋翼安装成基本上位于与机翼的弦线对准的水平面上方。这可以在至少一些飞行配置中减少叠置旋翼经受倾转旋翼的尾流的程度。
36.在一些实施方式中，第一旋翼组件和第二旋翼组件构成一对旋翼组件，并且飞行器包括根据以上讨论的任何实施方式的分离的或以任何组合(除了相互排斥的组合)的该对旋翼组件的多个实例。特别地，该对旋翼组件的多个实例可以设置在飞行器的机翼上和/或沿着飞行器的机翼分布。特别地，例如可以设置四对旋翼组件的实例，在飞行器的每个机翼上设置两对。还可以存在该对旋翼组件的所有实例都设置在飞行器的机翼上。
37.在一些实施方式中，多对旋翼组件的至少两个实例安装成横向未对准。这可以降低在叶片脱落事件中来自多对旋翼组件的任一实例的叶片释放轨迹与多对旋翼组件的另一实例的叶片相交的可能性。
38.在一些实施方式中，飞行器的所有旋翼组件都设置成作为多对旋翼组件中的一对旋翼组件的一部分。
39.在一些实施方式中，飞行器的所有旋翼组件都设置在飞行器的机翼上。
40.在一些实施方式中，多对旋翼组件的所有实例的第一旋翼组件比第二旋翼组件定位在飞行器的机架上更靠前的位置。尤其是可以具有两对或四对这样的旋翼组件。
41.在一些实施方式中，多对旋翼组件的所有实例的第二旋翼组件比第一旋翼组件定位在飞行器的机架上更靠前的位置。尤其是可以具有两对或四对这样的旋翼组件。
42.在一些实施方式中，成对旋翼组件的实例包括其中第一旋翼组件比第二旋翼组件定位在飞行器的机架上更靠前的位置的一对或多对旋翼组件以及第二旋翼组件比第一旋翼组件定位在飞行器的机架上更靠前的位置的一对或多对旋翼组件的混合。在混合中还可以具有相同数量的每种类型。此外，不同类型的旋翼组件可以围绕飞行器的纵向轴线对称地布置。这可以有助于减小螺旋桨片效应(在不存在混合的情况下可能会加剧)，同时保持本发明的其他益处。
43.在一些实施方式中，飞行器包括与附加旋翼组件组合的多对旋翼组件的一个或多个实例。附加旋翼组件可以包括附加的一个或多个倾转旋翼和/或附加的一个或多个叠置的垂直推力旋翼。例如可能存在多对旋翼组件的两个实例，其中一个安装在每个机翼的内侧站(inboard station)，以及四个附加的旋翼组件，每个旋翼组件包括多个叠置的垂直推力旋翼，两个安装在每个机翼的外侧站(outboard station)，一个在每个外侧站处安装成从机翼的前边缘基本上向前突出并且另一个在每个外侧站处安装成从机翼的后边缘基本上向后突出。
44.在一些实施方式中，飞行器是飞机。飞行器可以是空中的士。飞行器可以是垂直起降(vtol)飞行器或者短距起飞和垂直降落(stovl)飞行器。飞行器可以包括驾驶舱和/或客舱。飞行器可以被占用。飞行器可以载人。飞行器可以由驾驶员驾驶和/或驾驶员占用。
45.在本技术的范围内，明确意图是前面段落、权利要求和/或下面的描述和附图中列出的各个方面、实施方式、实例和替代方案，特别是其各个特征，可以独立地实施或以任何组合来实施。也就是说，所有实施方式和/或任何实施方式的特征都可以以任何方式和/或组合来组合，除非这些特征是不先容的。申请人保留相应地变更任何原始提交的权利要求或提交任何新的权利要求的权利，包括修改任何原始提交的权利要求以依赖和/或合并任何其他权利要求的任何特征的权利，尽管最初不是以这种方式要求保护的。
附图说明
46.现在将参考附图仅通过实例的方式描述本发明的一个或多个实施方式，在附图中：
47.图1示出了根据本发明的实施方式的飞机的侧视图；
48.图2示出了根据本发明的实施方式的飞机的立体图；
49.图3示出了本发明的替代方案，该替代方案没有从相同的优点获得益处；
50.图4示出了根据本发明的实施方式的飞机的立体图；以及
51.图5示出了根据本发明的实施方式的飞机的立体图。
具体实施方式
52.首先参考图1和图2，飞行器(在本案中是vtol空中的士飞机)通常示出为1。飞机1具有纵向轴线、横向轴线和垂向轴线(参见轴线3)。飞机1具有机架5以及通常示出为7并安装到机架5的四对旋翼组件。机架5具有机身9、一对机翼11以及尾部组件13。飞机的中心线和机翼11的翼弦沿着纵向轴线。机翼11的翼展方向基本上沿着横向轴线。机身9包括乘客舱
(未示出)和驾驶舱(未显示)。然而，在其他实施方式中，可以省略或替换(例如用储存区域)乘客舱，并且特别是在飞机1配置成用于自主控制或从第三方位置进行控制的情况下，可以省略驾驶舱。
53.飞机1的机翼11高装在机身9上(即从机身9的顶部延伸)，并且从基本上与飞机1的重心一致的纵向位置延伸。四对旋翼组件7通过机翼11安装到机架5上，其中每个机翼11上具有两对旋翼组件7，一对旋翼组件在每个机翼11上安装在相关机翼的翼展的大约三分之一的位置处的内侧站15处，而一对旋翼组件在每个机翼11上安装在相关机翼的翼展的大约三分之二的位置处的外侧站17处。
54.每对旋翼组件7包括第一旋翼组件19和第二旋翼组件21。在每种情况下，第一旋翼组件19比第二旋翼组件21位于飞机1的机架5上更靠前的位置处。此外，在每种情况下，第一旋翼组件19在飞机1的纵向方向上与第二旋翼组件21间隔开。第一旋翼组件19和第二旋翼组件21基本上位于一垂直平面上，该垂直平面平行于与飞机1的纵向轴线对准的垂直平面，并且在这种情况下第一旋翼组件和第二旋翼组件都基本上位于平行于飞机1的纵向轴线的轴线上。
55.以下说明内容描述了第一旋翼组件19和周围结构的单个实例，但是如将理解的，该说明内容同样适用于每对旋翼组件7的所有第一旋翼组件19。
56.第一旋翼组件19包括倾转旋翼23，该倾转旋翼配置成在第一旋翼组件控制系统的影响下通过倾转大约90
°
来过渡，以交替地在基本上垂直的飞行推力与基本上常规的飞行推力之间变换，其中在两者之间具有过渡区。倾转旋翼23在相关的站15、17处通过第一旋翼组件塔架25安装到机翼11。第一旋翼组件塔架25从机翼11的前边缘27基本上垂直于前边缘27向前突出。倾转旋翼23安装在第一旋翼组件塔架25的远端附近。因此，倾转旋翼23本身也基本上从前边缘27向前突出，并且配置成牵拉构造。倾转旋翼23的倾转机构在倾转旋翼23倾转时使倾转旋翼23平移。具体地，当倾转旋翼23朝着垂直推力配置倾转时，该倾转旋翼朝向其安装的机翼11平移(即在这种情况下向后平移)。此外，当倾转旋翼23朝着常规飞行配置倾转时，该倾转旋翼远离其安装的机翼11平移(即在这种情况下向后平移)。倾转旋翼由电动机(未显示)提供动力。
57.以下说明内容描述了第二旋翼组件21和周围结构的单个实例，但是如将理解的，该说明内容同样适用于每对旋翼组件7的所有第二旋翼组件21。
58.第二旋翼组件21包括叠置的多个基本上垂直的推力旋翼，在这种情况下由两个叠置旋翼29组成。第二旋翼组件21在相关的站15、17处通过第二旋翼组件塔架31安装到机翼11。第二旋翼组件塔架31从机翼11的后边缘33基本上垂直于后边缘33向后突出。叠置旋翼29安装在第二旋翼组件塔架31的远端附近，因此它们自身也基本上从后边缘33向后突出。叠置旋翼29位于第二旋翼组件塔架31的同一侧(在这种情况下位于第二旋翼组件塔架的上方)。在该实施方式中，叠置旋翼29也安装成基本上位于与它们所安装的机翼11的弦线对准的水平面上方。叠置旋翼29定向成用于产生垂直推力，因此每个旋翼基本上位于其自身的基本上平行于它们所安装的机翼11的弦线的平面内。
59.叠置旋翼仅用于提供基本上垂直的推力，因此它们不是倾转旋翼。然而，在一些实施方式中，叠置旋翼可以具有有限自由度的万向节，例如以允许适度的稳定性校正。
60.这些叠置旋翼29具有相同的构造，并且围绕共同的轴线旋转以产生推力。叠置旋
翼29彼此非常接近地安装(在这种情况下叠置旋翼29之间的间隔基本上小于叠置旋翼29的叶片35的平均空气动力学叶片弦长的100％)。第二旋翼组件21还包括推进单元，在这种情况下是电动机(未示出)，该电动机在相同的旋转方向上驱动两个叠置旋翼29以产生推力。
61.每个叠置旋翼29包括在相反方向上延伸的两个叶片35，并且每个叶片具有叶片扭旋。在图1和图2中，第二旋翼组件21示出为处于收起配置，在该收起配置中每个叠置旋翼29的叶片35与另一个叠置旋翼的叶片角度对准，不旋转并且因此不提供垂直推力。另外，叶片35基本上与平行于飞机1的纵向轴线的轴线对准，并保持在那里(例如使用合适的止动器、棘爪、离合器或类似物)。然而，第二旋翼组件控制系统能够控制两个叠置旋翼29之间围绕它们各自的推力产生旋转轴线的相对旋转以达到展开配置。在展开配置中，每个叠置旋翼29的叶片35与另一个叠置旋翼的叶片35角度错位，特别是相对旋转大致为90
°
，从而组合起来，叠置旋翼29提供了叶片35在角方向上等距离间隔开的四叶片系统。第二旋翼组件控制系统还能够通过叠置旋翼29之间的进一步适当的相对旋转将第二旋翼组件21返回到叠置配置。第二旋翼组件控制系统可以包括实现收起配置与展开配置之间的调节的任何合适的系统(例如它可以利用电力来释放、固定和/或致动叠置旋翼29的相对旋转，和/或它可以使用常规飞行气流来被动地使叠置旋翼相对旋转和/或它可以使用叠置旋翼叶片惯性29和/或选择性地施加到一个/或另一个叠置旋翼29上的制动力来实现叠置旋翼之间的相对旋转)。
62.在使用中，飞机1可以在常规飞行、过渡飞行和垂直飞行中运行，并且对于这些飞行模式中的每种飞行模式具有不同的配置。
63.在常规飞行期间，所需升力由机翼11提供，推进由倾转旋翼23(在飞行控制器的指令下由第一旋翼组件控制系统控制)传递，以配置在常规飞行模式(即，倾转旋翼23的叶片的平面基本上垂直对准)。在该配置中，来自每对旋翼组件7中的倾转旋翼23的洗流(wash)撞击在同一对旋翼组件中的第二旋翼组件21的叠置旋翼29上。尽管如此，在常规飞行期间，飞行控制器控制第二旋翼组件控制系统以将第二旋翼组件21置于收起配置。叠置旋翼29的叶片35与平行于飞机1的纵向轴线的轴线的随后的对准意味着叠置旋翼29对常规飞行中的气流以及来自倾转旋翼23的洗流具有相对较小的总迎风面积。此外，由于叠置旋翼29的接近及其叶片35中的叶片扭旋，叠置旋翼29中的一个旋翼被另一个旋翼部分地遮挡，从而与其中如上所述的叠置旋翼对准但被支撑它们的(例如通过塔架)显著分隔开的理论情景相比，减少了总迎风面积。因此，当在常规飞行期间不使用第二旋翼组件21时，可以减小由第二旋翼组件产生的阻力和噪声。
64.然而，上述配置并非旨在是限制性的，并且在其他实施方式中，当倾转旋翼23处于常规飞行配置时，叠置旋翼29可以基本上位于倾转旋翼23的洗流之外。这可以通过使叠置旋翼29非常靠近第二旋翼组件塔架31的一侧来实现。
65.当期望进入垂直飞行时，飞行控制器开始将飞机1的配置从常规飞行配置调整到垂直飞行配置。在常规飞行配置与垂直飞行配置之间，飞机1处于过渡配置并执行过渡飞行。当从常规飞行过渡到垂直飞行时，过渡配置和过渡飞行的特征是当飞行控制器指示第一旋翼组件控制系统将倾转旋翼21的俯仰调节到垂直飞行配置(即，倾转旋翼23的叶片的平面基本上水平对准)时，常规飞行推力稳步减小。过渡配置和过渡飞行的特征还是机翼11所提供的升力随之减小，并且在倾转旋翼23倾转时由该倾转旋翼提供的垂直推力以及在飞
行控制器的控制下在第二旋翼组件控制系统将叠置旋翼29移动到它们的展开配置并启用它们以提供垂直推力时该叠置旋翼29提供的垂直推力两者都增加。当倾转旋翼23朝向其垂直飞行配置倾转时，倾转旋翼在向后方向上朝向机翼11和它们所安装的第一旋翼组件塔架25平移。这减小了每个倾转旋翼23的杆臂，并且可以减小在过渡配置期间经受的螺旋桨片效应力。
66.在部分过渡期间，叠置旋翼29正在运行(提供垂直推力)，但每个旋翼都受到相应上游倾转旋翼23的尾流37的撞击，该倾转旋翼还没有充分倾转以使尾流37不再如此入射。尽管如此，由于叠置旋翼29的接近和它们在第二旋翼组件塔架31上方的位置，与替代的配置相比，这种情况保持的时间可以减少。
67.考虑到叠置旋翼29彼此接近，当处于展开配置时，它们有效地形成(在这种情况下)四叶片的单升力机翼。与叠置旋翼分开更大距离的情况(例如由中间塔架强制分开)相比，这可以提高效率并降低噪声。
68.一旦进入垂直飞行模式，可以通过对倾转旋翼23和叠置旋翼29产生的推力的适当调整来操作飞机以垂直悬停或垂直上升或垂直下降(例如用于垂直起飞或垂直着陆)。
69.在再次期望进入常规飞行的情况下，可以颠倒前面描述的过渡过程。这包括当倾转旋翼23倾转到其常规飞行配置时，倾转旋翼23的延伸(即向前平移)。应进一步注意，至少在一些实施方式中，过渡配置可以保持为稳定配置，例如其中倾转旋翼23在常规飞行配置与垂直飞行配置的倾角之间的可能倾角中保持选定的倾角。另外，叠置旋翼29可以收起并停用或者展开并运行，以根据给定参数(诸如空速和倾转旋翼23的角度)所需的垂直推力来产生推力。
70.图1和图2的实施方式与图3所示的配置相比可以具有许多优点。图3的配置与图1和图2的配置基本上相似，但不是叠置旋翼29位于第二旋翼组件塔架31的上方，图2的配置使用了两个明显分隔开的垂直旋翼41，一个垂直旋翼安装在它们所安装的塔架43的任一侧。这可能意味着，对于大部分常规飞行模式和过渡飞行模式，垂直旋翼41暴露于上游倾转旋翼47的尾流45，对性能和噪声造成潜在地负面影响。此外，当不使用垂直旋翼41时，任何垂直旋翼的收起都不能从另一个垂直旋翼的一个旋翼护罩部分获得益处，以进一步减小总迎风面积，从而限制了可以实现的减阻。此外，垂直旋翼41之间的分离意味着它们将不会共同作为将带来潜在的效率、动态和噪声益处的单个多元件升力机翼。垂直旋翼41之间的叶片涡流相互作用也可能更大。此外，图2的配置可能会使部件共享(例如驱动电机、轴承和/或轴承座圈)变得更加困难，从而可能增加重量和复杂性。
71.本发明的替代实施方式是可能的，图4和图5示出了这种替代实施方式的两个实例。图4的实施方式示出了飞机51，该飞机大致类似于上面关于图1和图2所讨论的飞机。不同的是，与四对旋翼组件7不同，飞机51具有四对旋翼组件53，其中第一旋翼组件和第二旋翼组件与四对旋翼组件7的第一旋翼组件和第二旋翼组件相比具有相反的位置。因此，在图4中，第二旋翼组件(叠置旋翼)位于第一旋翼组件(倾转旋翼)的前方。在该实施方式中，第一旋翼组件是推动器，并且将向下倾转(而不是向上倾转)以提供垂直推力。
72.图5的实施方式示出了飞机61，该飞机大致类似于上面关于图1和图2所讨论的飞机。不同的是，与四对旋翼组件7不同，飞机61在内侧站65处只有两对这样的旋翼组件63。外侧站由具有第二旋翼组件21的两个实例的多对旋翼组件67(即，叠置旋翼设置成从机翼71
的前边缘69向前以及从机翼71的后边缘73向后)占据。考虑到只有两个倾转旋翼，图5的实施方式可能不太容易受到过度的螺旋桨片效应的影响，这也可能导致重量减轻。尽管如此，该实施方式仍然可以从关于其多对旋翼组件67的关于图1和图2的实施方式所讨论的优点获得益处。替代的第二旋翼组件21可以根据需要为垂直飞行配置提供额外的垂直推力。
73.本说明书中公开的所有特征(包括任何随附的权利要求、摘要和附图)和/或所公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合来组合，除了其中至少一些这样的特征和/或步骤是相互排斥的组合。
74.除非另有明确说明，否则本说明书中公开的每个特征(包括任何随附的权利要求、摘要和附图)可以由用于相同、等同或类似目的的替代特征代替。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是等同或类似特征的通用系列的一个实例。
75.本发明不限于任何前述实施方式的细节。本发明扩展到本说明书中公开的特征的任何新颖的一个或任何新颖的组合(包括任何随附的权利要求、摘要和附图)，或者扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。权利要求不应解释为仅涵盖前述实施方式，还应涵盖落入权利要求范围内的任何实施方式。

技术特征：
1.一种飞行器，包括第一旋翼组件、第二旋翼组件以及配置成将所述第二旋翼组件安装到所述飞行器的其余部分上的第二旋翼组件塔架，其中，所述第一旋翼组件和所述第二旋翼组件定位成使得所述第一旋翼组件和所述第二旋翼组件在所述飞行器的纵向方向上间隔开，并且因此所述第一旋翼组件和所述第二旋翼组件基本上位于垂直平面上，所述垂直平面平行于与所述飞行器的纵向轴线对准的垂直平面，并且其中，所述第一旋翼组件包括倾转旋翼，所述倾转旋翼配置成在基本上垂直的飞行推力与基本上常规的飞行推力的变换之间倾转，并且其中进一步地，所述第二旋翼组件包括叠置的多个基本上垂直的推力旋翼，所述叠置的多个基本上垂直的推力旋翼安装到所述塔架，从而基本上位于所述塔架的同一侧。2.根据权利要求1所述的飞行器，其中，所述第一旋翼组件和所述第二旋翼组件以这样的方式定位，使得所述第一旋翼组件和所述第二旋翼组件基本上位于平行于所述飞行器的纵向轴线的轴线上。3.根据权利要求1或2所述的飞行器，其中，所述第二旋翼组件的垂直推力旋翼之间的间隔基本上小于所述垂直推力旋翼的叶片的平均空气动力学叶片弦长的100％。4.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述第一旋翼组件比所述第二旋翼组件位于所述飞行器的机架上更靠前的位置。5.根据权利要求1至3中任一项所述的飞行器，其中，所述第二旋翼组件比所述第一旋翼组件位于所述飞行器的机架上更靠前的位置。6.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述第一旋翼组件配置成使得在所述第一旋翼组件的所述倾转旋翼的倾转角度的整个范围内存在一倾转角度，在所述倾转角度中，所述倾转旋翼的中心与所述第二旋翼组件的所述叠置旋翼的中心点之间的轴线基本上垂直于由所述倾转旋翼的叶片限定的旋转平面，所述倾转旋翼的所述叶片旋转以传递推力。7.根据权利要求1至5中任一项所述的飞行器，其中，所述第一旋翼组件配置成使得在所述第一旋翼组件的所述倾转旋翼的倾转角度的整个范围内不存在这样的倾转角度，在该倾转角度中，所述倾转旋翼的中心与所述第二旋翼组件的所述叠置旋翼的中心点之间的轴线基本上垂直于由所述倾转旋翼的叶片限定的旋转平面，所述倾转旋翼的所述叶片旋转以传递推力。8.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述叠置垂直推力旋翼安装到所述塔架，以基本上位于所述塔架上方。9.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述第二旋翼组件配置成在所述飞行器的至少一部分过渡飞行配置期间提供推力，在所述过渡飞行配置期间，所述第一旋翼组件的所述倾转旋翼在基本上垂直的飞行推力与基本上常规的飞行推力的变换之间倾转。10.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述叠置的多个垂直推力旋翼配置成在至少一些配置中用作单升力机翼。11.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述叠置的多个垂直推力旋翼由相同的推进单元驱动。12.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述叠置的多个垂直推力旋翼在推进旋转中由所述叠置的多个垂直推力旋翼与所述第二旋翼组件的其余部分之间的公共轴承
组和/或公共轴承座圈支撑。13.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述飞行器包括第二旋翼组件控制系统，所述第二旋翼组件控制系统配置成控制所述第二旋翼组件的选择性展开到展开配置以及收起到收起配置，其中，展开引起所述叠置的多个垂直推力旋翼围绕所述叠置的多个垂直推力旋翼各自的推力产生旋转轴线相对旋转以达到所述展开配置，在所述展开配置中，所述叠置的多个垂直推力旋翼中的每者的旋翼叶片与其他的所述叠置的多个垂直推力旋翼的旋转叶片角度错位，并且其中，收起引起所述叠置的多个垂直推力旋翼围绕所述叠置的多个垂直推力旋翼各自的推力产生旋转轴线的相对旋转以达到所述收起配置，在所述收起配置中，所述叠置的多个垂直推力旋翼中的每者的旋翼叶片与其他的所述叠置的多个垂直推力旋翼的旋翼叶片成角度地对准。14.根据权利要求13所述的飞行器，其中，在所述收起配置中，所述叠置的多个垂直推力旋翼中的每者的所述旋翼叶片与平行于所述飞行器的纵向轴线的轴线基本上对准。15.根据权利要求13或14所述的飞行器，其中，所述叠置的多个垂直推力旋翼在未被驱动以产生推力时处于所述收起配置中。16.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述第一旋翼组件的所述倾转旋翼配置成在所述飞行器的垂直推力配置下相对于所述飞行器在向前方向和向后方向中的一个方向上平移，并且在所述飞行器的常规飞行配置下相对于所述飞行器反向平移。17.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述第一旋翼组件和所述第二旋翼组件中的至少一者安装到所述飞行器的机翼。18.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述第一旋翼组件和所述第二旋翼组件中的一者安装在所述机翼上，以基本上在所述机翼的前边缘向前突出。19.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述第一旋翼组件和所述第二旋翼组件中的一者安装在所述机翼上，以基本上在所述机翼的后边缘向后突出。20.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述第一旋翼组件和所述第二旋翼组件构成一对旋翼组件并且所述飞行器包括成对的旋翼组件的多个实例。21.根据权利要求20所述的飞行器，其中，所述飞行器的所有旋翼组件都设置成作为所述成对的旋翼组件中的一对旋翼组件的一部分。22.根据权利要求20或21所述的飞行器，其中，所述飞行器的所有旋翼组件都设置在所述飞行器的机翼上。23.根据权利要求20至22中任一项所述的飞行器，其中，所述成对的旋翼组件的所有实例的所述第一旋翼组件比所述第二旋翼组件定位在所述飞行器的机架上更靠前的位置。24.根据权利要求20至22中任一项所述的飞行器，其中，所述成对的旋翼组件的实例包括其中所述第一旋翼组件比所述第二旋翼组件定位在所述飞行器的机架上更靠前的位置的一对或多对旋翼组件以及所述第二旋翼组件比所述第一旋翼组件定位在所述飞行器的所述机架上更靠前的位置的一对或多对旋翼组件的混合。25.根据任一前述权利要求所述的飞行器，所述飞行器是vtol飞机或stovl飞机。

技术总结
本发明公开了一种飞行器，包括：第一旋翼组件、第二旋翼组件以及配置成将第二旋翼组件安装到飞行器的其余部分上的第二旋翼组件塔架。第一旋翼组件和第二旋翼组件定位成使得它们在飞行器的纵向方向上间隔开，并且因此第一旋翼组件和第二旋翼组件基本上位于平行于与飞行器的纵向轴线对准的垂直平面的垂直平面上。第一旋翼组件包括倾转旋翼，该倾转旋翼配置成在基本上垂直的飞行推力与基本上常规的飞行推力的变换之间倾转。第二旋翼组件包括叠置的多个基本上垂直的推力旋翼，这些推力旋翼安装到塔架，从而基本上位于所述塔架的同一侧。侧。侧。


技术研发人员：詹姆斯
受保护的技术使用者：垂直航空航天集团有限公司
技术研发日：2021.08.04
技术公布日：2023/6/28