ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ С ГИБРИДНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ Российский патент 2020 года по МПК B64C37/00 B64C3/32 B64C27/28 

УТВЕРЖДЕНИЕ О ПРАВИТЕЛЬСТВЕННЫХ ИНТЕРЕСАХ

[0001] Настоящее изобретение было сделано при государственной поддержке по контракту: HR0011-14-С-0014, заключенному с Управлением перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA). Правительство обладает определенными правами на изобретение.

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[0002] В настоящей заявке испрашивается приоритет согласно разделу 35 свода законов США § 119 (е) по предварительной заявке на патент США 62/279,380 с названием "Летательный аппарат вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой", поданной 15 января 2016 года, содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0003] Настоящее изобретение относится к области летательных аппаратов вертикального взлета и посадки; в частности, к летательным аппаратам с гибридной силовой установкой; еще более конкретно, к летательному аппарату с гибридной силовой установкой, имеющему конфигурацию с наклонным крылом. Летательные аппараты вертикального взлета и посадки могут быть пилотируемыми или беспилотными.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0004] Уже давно существует потребность в воздушных транспортных средствах вертикального взлета и посадки, которые могут быть развернуты из замкнутых пространств. По существу, многие ситуации благоприятны для использования транспортных средств, в частности беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые могут быть запущены и которые могут восстанавливать заданное положение вертикально без необходимости использования сложного или тяжелого наземного вспомогательного оборудования. Возможность органичного развертывания беспилотных летательных аппаратов особенно привлекательна в ситуациях, когда взлетно-посадочной полосы нет или она недоступна. Однако до недавнего времени потери эффективности, связанные с включением фазы висения при полете, сложность, связанная с переходом от вертикального полета (например, висения) в горизонтальный полет (например, полет вперед или крейсерский полет), и необходимость уменьшения или устранения опасности для наземного персонала со стороны несущих винтов, вращающихся с большими скоростями, препятствовали попыткам разработки эффективных беспилотных летательных аппаратов вертикального взлета и посадки.

[0005] Однако в последние годы были достигнуты улучшения для повышения общей эффективности летательных аппаратов вертикального взлета и посадки и беспилотных летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Например, в принадлежащем заявителю патенте США №7,857,254, Robert Parks, раскрыт летательный аппарат с коротким/вертикальным взлетом и посадкой, в котором необходимую для взлета энергию получают в основном от вентиляторного электродвигателя, а двигатель внутреннего сгорания используют в качестве вспомогательного источника энергии для взлета. Аналогичным образом, в принадлежащей заявителю публикации заявки на патент США №2015/0021430, James Donald Paduano и др., раскрыт БПЛА вертикального взлета и посадки с большой продолжительностью полета и большим удлинением крыла, запуск которого может быть произведен из замкнутых пространств.

[0006] Однако, несмотря на вышеуказанное, существует необходимость в еще более усовершенствованных летательных аппаратах вертикального взлета и посадки, таких как летательный аппарат с гибридной силовой установкой, в которых может использоваться конфигурация с наклонным крылом. Летательный аппарат с гибридной силовой установкой, раскрытый в настоящем документе, может быть использован для наземных операций, операций на судах, операций, требующих развертывания на короткие или дальние расстояния, а также в коммерческих целях.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Настоящее изобретение относится к летательному аппарату с гибридной силовой установкой; еще более конкретно, к летательному аппарату с гибридной силовой установкой, имеющему конфигурацию с наклонным крылом. Летательные аппараты вертикального взлета и посадки могут быть пилотируемыми или беспилотными.

[0008] Согласно первому аспекту воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой содержит: фюзеляж; двигатель, такой как турбовальный двигатель, функционально соединенный с множеством генераторов, при этом двигатель и указанное множество генераторов размещены внутри фюзеляжа; набор основных крыльев, при этом набор основных крыльев содержит первое множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, при этом каждый из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах функционально соединен по меньшей мере с одним из указанного множества генераторов; и набор крыльев переднего оперения, при этом набор крыльев переднего оперения содержит второе множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, при этом каждый из указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах функционально соединен по меньшей мере с одним из указанного множества генераторов, причем набор основных крыльев или набор крыльев переднего оперения прикреплен с возможностью поворота к фюзеляжу.

[0009] Согласно второму аспекту воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой содержит: фюзеляж; двигатель, функционально соединенный с одним или более генераторами для выработки электроэнергии, при этом двигатель и указанные один или более генераторов размещены внутри фюзеляжа; набор основных крыльев, имеющий первое множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах для совместного создания первой суммарной тяги, при этом каждый из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах выполнен с возможностью приведения в действие вентиляторным электродвигателем, функционально соединенным по меньшей мере с одним из указанных одного или более генераторов; и набор крыльев переднего оперения, имеющий второе множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах для совместного создания второй суммарной тяги, при этом каждый из указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах выполнен с возможностью приведения в действие вентиляторным электродвигателем, функционально соединенным по меньшей мере с одним из указанных одного или более генераторов, причем воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой выполнено с возможностью работы в режиме висения и режиме горизонтального полета, и каждый из набора крыльев переднего оперения и набора основных крыльев выполнен с возможностью перехода между вертикальной конфигурацией крыла в режиме висения и горизонтальной конфигурации крыла в режиме горизонтального полета.

[0010] Согласно некоторым аспектам набор крыльев переднего оперения и набор основных крыльев прикреплены с возможностью поворота к фюзеляжу.

[0011] Согласно некоторым аспектам указанный набор крыльев переднего оперения и указанный набор основных крыльев обеспечивают подъемную силу и движение.

[0012] Согласно некоторым аспектам по меньшей мере один из набора основных крыльев и набора крыльев переднего оперения является крылом с отрицательным поперечным V.

[0013] Согласно некоторым аспектам один или более из указанных первого или второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах содержит регулируемое тяговое сопло, выполненное с возможностью независимого управления.

[0014] Согласно некоторым аспектам каждый из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах и указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах содержит регулируемое тяговое сопло, выполненное с возможностью независимого управления.

[0015] Согласно некоторым аспектам каждое из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах и указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах равномерно распределено по размаху набора основных крыльев.

[0016] Согласно некоторым аспектам первое множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах равномерно распределено по размаху набора основных крыльев.

[0017] Согласно некоторым аспектам второе множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах равномерно распределено по размаху набора крыльев переднего оперения.

[0018] Согласно некоторым аспектам указанные один или более генераторов включают в себя первый генератор, функционально соединенный с: (1) двумя вентиляторами из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, каждый из которых размещен на противоположных сторонах фюзеляжа; и (2) двумя вентиляторами из указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, каждый из которых размещен на противоположных сторонах фюзеляжа.

[0019] Согласно некоторым аспектам указанные один или более генераторов включают в себя первый генератор и второй генератор, при этом второй генератор функционально соединен с: (1) двумя вентиляторами из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, каждый из которых размещен на противоположных сторонах фюзеляжа; и (2) двумя вентиляторами из указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, каждый из которых размещен на противоположных сторонах фюзеляжа.

[0020] Согласно некоторым аспектам указанные один или более генераторов включают в себя первый генератор, второй генератор и третий генератор, при этом третий генератор функционально соединен с: (1) двумя вентиляторами из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, каждый из которых размещен на противоположных сторонах фюзеляжа; и (2) двумя вентиляторами из указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, каждый из которых размещен на противоположных сторонах фюзеляжа.

[0021] Согласно некоторым аспектам воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой также содержит редуктор, причем указанный двигатель и каждый из указанных одного или более генераторов функционально соединены с редуктором без промежуточного приводного вала.

[0022] Согласно некоторым аспектам каждый из указанных первого и второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах содержит канальную камеру, в которой размещен тяговый узел, причем канальная камера имеет верхнюю переднюю кромку с одной или более щелями для воздушного потока для направления воздушного потока через верхнюю переднюю кромку и в канальную камеру.

[0023] Согласно некоторым аспектам отношение длины канальной камеры к ее диаметру составляет от 1,5 до 2,5.

[0024] Согласно некоторым аспектам каждый из указанных первого и второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах содержит (1) вентилятор, имеющий множество лопастей вентилятора, и (2) механизм регулировки шага, выполненный с возможностью регулировки шага каждого из указанного множества лопастей вентилятора.

[0025] Согласно некоторым аспектам по меньшей мере один из указанных первого или второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах содержит (1) вентилятор, имеющий множество лопастей вентилятора, и (2) механизм регулировки шага, выполненный с возможностью регулировки шага каждого из указанного множества лопастей вентилятора.

[0026] Согласно некоторым аспектам каждый из указанного множества лопастей вентилятора содержит рычаг управления шагом, при этом рычаг управления шагом соединен с конусом управления шагом с преобразованием, причем конус управления шагом с преобразованием выполнен с возможностью поперечного перемещения, перпендикулярно относительно плоскости, заданной вращением вентилятора, с приведением в действие каждого рычага управления шагом.

[0027] Согласно некоторым аспектам воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой также содержит блок управления полетом для обнаружения того, что первый вентиляторный электродвигатель первого встроенного вентилятора в кольцевом канале не синхронизирован со вторым вентиляторным электродвигателем второго встроенного вентилятора в кольцевом канале с использованием метода определения крутящего момента или посредством сравнения по меньшей мере одного из фазы или формы волны сигнала напряжения и сигнала тока. Например, может быть обеспечена система контроля синхронизации, которая предотвращает потерю синхронизации двигателя вентилятора в кольцевом канале с другими вентиляторными двигателями и/или генератором.

[0028] Согласно некоторым аспектам воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой также содержит блок управления полетом для обеспечения обратной связи, относящейся к рабочему параметру по меньшей мере одного из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах или указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах в контроллер генератора, функционально соединенный с одним или более из указанных одного или более генераторов.

[0029] Согласно некоторым аспектам каждый вентиляторный электродвигатель выполнен с возможностью работы с постоянной частотой вращения двигателя во время перехода между указанным режимом висения и указанным режимом горизонтального полета.

[0030] Согласно некоторым аспектам каждый вентиляторный электродвигатель и/или каждый из указанных одного или более генераторов выполнены с возможностью работы с постоянным числом оборотов в минуту во время перехода между указанным режимом висения и указанным режимом горизонтального полета.

[0031] Согласно некоторым аспектам каждый вентиляторный электродвигатель выполнен с возможностью работы при постоянной частоте во время перехода между указанным режимом висения и указанным режимом горизонтального полета.

[0032] Согласно некоторым аспектам обеспечена возможность подачи электроэнергии, вырабатываемой указанным одним или более генераторами, на первое множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах и второе множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах без преобразования или инвертирования указанной электроэнергии. Например, уровень напряжения и/или уровень мощности от указанных одного или более генераторов могут поддерживаться постоянными.

[0033] Согласно некоторым аспектам обеспечена возможность фильтрации электрической энергии, вырабатываемой указанным одним или более генераторами, для удаления шума и ее подачи на первое множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах и второе множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах посредством литцендрата или металлической трубки, имеющей переменный диаметр.

[0034] Согласно некоторым аспектам набор основных крыльев является модульным таким образом, что один или более из первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах представляет собой модуль вентиляторов в кольцевых каналах, выполненный с возможностью съемного соединения с соседним встроенным вентилятором в кольцевом канале. Например, модуль вентиляторов в кольцевых каналах выполнен с возможностью съемного соединения с соседним встроенным вентилятором в кольцевом канале на разделительной пластине.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0035] Эти и другие преимущества настоящего изобретения можно легко уяснить со ссылкой на следующее описание и прилагаемые чертежи, на которых:

[0036] На ФИГ. 1а показан вид спереди приведенного в качестве примера летательного аппарата с гибридной силовой установкой.

[0037] На ФИГ. 1b показан вид сбоку летательного аппарата с гибридной силовой установкой по ФИГ. 1а.

[0038] На ФИГ. 1с показан вид сверху летательного аппарата с гибридной силовой установкой по ФИГ. 1а.

[0039] На ФИГ. 1d и 1е показаны, соответственно, изометрические виды сзади и спереди летательного аппарата с гибридной силовой установкой по ФИГ. 1а.

[0040] На ФИГ. 1f и 1g показаны виды сбоку летательного аппарата с гибридной силовой установкой без частей корпусных панелей.

[0041] На ФИГ. 2 показан второй приведенный в качестве примера летательный аппарат с гибридной силовой установкой, в котором используется меньше вентиляторов переднего оперения в кольцевых каналах.

[0042] На ФИГ. 3а и 3b показаны, соответственно, изометрические виды спереди и сзади размещения вентиляторов в кольцевых каналах.

[0043] На ФИГ. 3с и 3d показано размещение вентиляторов в кольцевых каналах с щелевыми створками в открытом положении.

[0044] На ФИГ. 3е и 3f показано размещение вентиляторов в кольцевых каналах с щелевыми створками в закрытом положении.

[0045] На ФИГ. 4а и 4b показаны виды вентилятора в кольцевом канале, соответственно, сбоку и сверху.

[0046] На ФИГ. 4с показан изометрический вид спереди летательного аппарата с гибридной силовой установкой.

[0047] На ФИГ. 5а-5с показан приведенный в качестве примера тяговый узел, имеющий механизм регулировки шага.

[0048] На ФИГ. 6а-6с показана приведенная в качестве примера конструктивная схема основного крыла.

[0049] На ФИГ. 7 показана приведенная в качестве примера конструктивная схема крыла переднего оперения.

[0050] На ФИГ. 8 показана приведенная в качестве примера конфигурация поворота основного крыла.

[0051] На ФИГ. 9а и 9b показана приведенная в качестве примера конфигурация поворота крыла переднего оперения.

[0052] На ФИГ. 10а и 10b показаны, соответственно, изометрические виды спереди и сзади приведенного в качестве примера редуктора.

[0053] На ФИГ. 11 показан схема электрических подключений вентиляторных двигателей с распределенным размещением движителей.

[0054] На ФИГ. 12 показана система контроля синхронизации, имеющая блок управления полетом.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0055] Предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. В нижеследующем описании хорошо известные функции или конструкции не описаны подробно, поскольку они могут затенять изобретение ненужными подробностями. Для данного раскрытия применяются следующие термины и определения.

[0056] При использовании в настоящем документе термины "схемы" и "схема" относятся к физическим электронным компонентам (т.е. аппаратным средствам) и любому программному обеспечению и/или прошивке ("коду"), которые могут конфигурировать аппаратные средства, быть исполнены аппаратными средствами и или иным образом связаны с аппаратными средствами. При использовании в настоящем документе, например, конкретный процессор и память могут содержать первую "схему" при исполнении первого набора одной или более строк кода и могут содержать вторую "схему" при исполнении второго набора одной или более строк кода. При использовании в настоящем документе "и/или" означает любой один или более элементов в списке, соединенных "и/или". В качестве примера "х и/или у" означает любой элемент трехэлементного множества {(х), (у), (х, у)}. Иными словами, "х и/или у" означает " одно или оба из х и у". В качестве другого примера "х, у и/или z" означает любой элемент семиэлементного множества {(х), (у), (z), (х, у), (х, z), (у, z), (х, у, z)}. Иными словами, "х, у и/или z" означает " одно или более из х, у и z".

[0057] При использовании в настоящем документе термин "примерный" означает использование в качестве неограничивающего примера, экземпляра или иллюстрации. При использовании в настоящем документе термин "например" содержит списки одного или более неограничивающих примеров, экземпляров или иллюстраций. При использовании в настоящем документе схема "выполнена с возможностью" выполнения функции всякий раз, когда схема содержит необходимое аппаратное обеспечение и код (если это необходимо) для выполнения функции независимо от того, отключено ли выполнение этой функции или она не задействована (например, настраиваемой пользователем настройкой, заводской настройкой и т.п.). При использовании в настоящем документе слова "примерно" и "приблизительно", при использовании для изменения или описания значения (или диапазона значений), означают разумно близкое к этому значению или диапазону значений. Таким образом, варианты реализации, описанные в настоящем документе, не ограничены только приведенными значениями и диапазонами значений, а наоборот должны включать в себя разумно выполнимые отклонения

[0058] При использовании в настоящем документе термины "воздушное транспортное средство" и "летательный аппарат" относятся к машине, способной совершать полет, включая, но без ограничения, традиционные летательные аппараты и летательные аппараты вертикального взлета и посадки. Летательные аппараты вертикального взлета и посадки могут включать в себя как летательные аппараты с фиксированным крылом (например, штурмовики типа "Харриер"), так и винтокрылые летательные аппараты (например, вертолеты) и/или летательный аппарат с наклонным ротором / наклонным крылом.

[0059] При использовании в настоящем документе термины "связь" и "сообщение" относятся к (1) передаче или иному сообщению данных от источника до пункта назначения и/или (2) подаче данных на носитель, систему, канал, сеть, устройство, провод, кабель, волокно, схему и/или линию связи для передачи в пункт назначения. Термин "база данных" при использовании в настоящем документе означает организованный массив связанных данных независимо от способа представления данных или их организованного массива. Например, организованный массив связанных данных может быть в виде одного или более из следующего: таблицы, карты, решетки, пакета, датаграммы, фрейма, файла, электронной почты, сообщения, документа, отчета, списка или данных, представленных в любой другой форме.

[0060] Термин "композиционный материал" при использовании в настоящем документе, относится к материалу, содержащему материал добавки и материал матрицы. Например, композиционный материал может содержать материал волокнистой добавки (например, стекловолокно, стекловолокно типа GF, углеродное волокно, арамидные/параарамидные синтетические волокна, волоконно-металлический многослойный композит и т.п.) и материал матриц (например, эпоксиды, полиимиды, алюминий, титан и оксид алюминия, включая, без ограничения, пластическую массу, полиэфирную смолу, поликарбонатную смолу, заливочную смолу, полимерную смолу, термопластик, акриловую смолу, химическую смолу и сухую смолу). Кроме того, композиционные материалы могут содержать конкретные волокна, внедренные в материал матрицы, в то время как гибридные композиционные материалы могут быть получены путем добавления некоторых дополнительных материалов (например, двух или более волокнистых материалов) в основной материал из матрицы с волокнами.

[0061] В настоящем документе раскрыт летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой, имеющий повышенные маневренность и поворачиваемость, особенно при горизонтальном полете, демонстрирующий угловые скорости крена по тангажу, близкие к вертолету. Летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой является гибридным в том смысле, что его движение обеспечивается использованием множества вентиляторов в кольцевых каналах с приводом от двигателей переменного тока с независимым управлением, которые получают питание переменного тока от одного или более турбогенераторов, например, как показано в настоящем документе, трех генераторов. Тягой от вентиляторов в кольцевых каналах можно управлять независимо с использованием вентиляторов с изменяемым шагом (например, посредством механизма 520 управления шагом), при этом электродвигатели вращаются с одинаковой скоростью и синхронизированы с генератором, соединенным с ними. Летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой также может использовать наклонное крыло и регулируемые тяговые сопла для направления тяги и управления тягой, создаваемой каждым из вентиляторов в кольцевых каналах.

[0062] Конструкция летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой имеет много преимуществ. Во-первых, она обеспечивает возможность вертикального взлета и посадки, при одновременном ослаблении нежелательных переходных процессов при переходе из вертикального полета (т.е. висения) в горизонтальный полет. Другими словами, летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой обеспечивает быстрый переход на постоянной высоте, который не требует подъема или опускания летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой для осуществления такого перехода. Во-вторых, летательный аппарат может быть сбалансирован при любом значении диапазона скоростей, без каких-либо нестабильных режимов или нехватки тяги во время перехода. В-третьих, летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой высокоэффективен как при вертикальном, так и при горизонтальном полете, тогда как традиционные летательные аппараты вертикального взлета и посадки намного менее эффективны в одном или другом режиме полета. В-четвертых, летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой не использует открытые несущие винты (например, лопасти 512 вентилятора), которые могут представлять опасность для пассажиров, наземного экипажа или оборудования. Напротив, лопасти 512 вентилятора летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой и его тяговые узлы 500 закрыты, например, конструкцией крыла или ее частью. В-пятых, спутная струя за летательным аппаратом 100 с гибридной силовой установкой является холодной и находится в крайних точках летательного аппарата. В-шестых, отсек полезной нагрузки и кабина экипажа находятся возле земли, что обеспечивает повышенную доступность. Наконец, летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой обеспечивает большой объем полезной нагрузки при крейсерском полете, когда движущая сила тяги минимальна. Другими словами, благодаря использованию гибридной электроэнергии, во время горизонтального полета имеется значительное количество избыточной мощности, хотя большая часть электроэнергии может требоваться во время вертикального полета. Например, согласно некоторым аспектам для поддержания горизонтального полета требуется только примерно 35% мощности, вырабатываемой во время горизонтального полета, вследствие чего 65% мощности остается для потребностей в энергии, не связанных с полетом, таких как питание полезной нагрузки.

[0063] На ФИГ. 1a-1g показан приведенный в качестве примера летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой согласно аспекту настоящего изобретения. На ФИГ. 1а показан вид спереди летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой, а на ФИГ. 1b показан вид сбоку летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой. На ФИГ. 1а показана одна сторона летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой в вертикальной конфигурации крыла (режим вертикального полета) для создания вертикальной тяги и противоположная сторона летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой в горизонтальной конфигурации крыла (режим горизонтального полета) для создания горизонтальной тяги. На ФИГ. 1с показан вид сверху летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой, а на ФИГ. 1d и 1е показаны, соответственно, изометрические виды сзади и спереди летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой. Наконец, на ФИГ. 1f и 1g показаны виды сбоку летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой без частей корпусных панелей, чтобы лучше показать некоторые внутренние компоненты летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой.

[0064] Летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой в целом описан как беспилотный и полностью автономный (т.е. не требующий пилота удаленного управления), но для обеспечения пилотируемой эксплуатации может быть добавлена кабина экипажа. Аналогичным образом, летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой может дистанционно управляться по линии беспроводной связи оператором-человеком, компьютерным оператором (например, удаленным автопилотом) или базовой станцией. В летательном аппарате 100 с гибридной силовой установкой также может быть размещен салон между основными крыльями 104 и крыльями 106 переднего оперения, выполненный с возможностью перевозки пассажиров.

[0065] Летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой может иметь размах основных крыльев примерно от 10 до 100 футов (3,0-30,0 м), и размах крыльев переднего оперения от 5 до 50 футов (1,5-15,2 м). Длина фюзеляжа может составлять примерно от 10 до 75 футов (3,0-22,9 м), а общая высота приведенного в качестве примера летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой может составлять от 5 до 20 футов (1,5-6,1 м). При загрузке полезной нагрузки и жидкостей (т.е. включая текучие среды, такие как топливо, масло и т.п.) летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой может весить примерно от 300 до 12000 фунтов (140-5440 кг). Как будет понятно специалисту в данной области техники, летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой может быть выполнен пропорционально больше или меньше для способствования решению конкретной задачи на основании, например, задачи и/или плана полета. Таким образом, отдельные вентиляторы в кольцевых каналах могут быть добавлены к крыльям или удалены из них, чтобы обеспечить тягу, необходимую для данного размера летательного аппарата. В качестве альтернативы, размер вентиляторов в кольцевых каналах может быть увеличен или уменьшен для получения необходимой мощности тяги. Например, согласно некоторым аспектам тяговый узел 500 может иметь съемную конфигурацию и быть выполнен в виде модулей для обеспечения быстрой замены или смены на лету.

[0066] Летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой в целом содержит фюзеляж 102, два основных крыла 104, два крыла 106 переднего оперения и распределенную систему электрической силовой установки, которая создает тягу, необходимую для полета, с использованием множества вентиляторов в кольцевых каналах (например, основных вентиляторов 108 в кольцевых каналах и вентиляторов 110 переднего оперения в кольцевых каналах). Например, как лучше всего показано на ФИГ. 3а и 3b, каждое крыло может быть выполнено с множеством непосредственно примыкающих друг к другу (т.е. упирающихся друг в друга) встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, расположенных по размаху крыла или набора крыльев. Каждый из вентиляторов в кольцевых каналах в общем случае содержит тяговый узел 500, размещенный в канальной камере 414, причем канальная камера 414 образована нижней и верхней основными аэродинамическими поверхностями 302, 304 и нервюрами основных крыльев 104 и крыльев 106 переднего оперения.

[0067] Согласно некоторым аспектам крылья или их части могут быть модульными, при этом дополнительные модули вентиляторов в кольцевых каналах могут быть быстро добавлены, удалены и/или заменены (например, вентилятором в кольцевом канале, имеющим другие номинальные параметры). Например, каждый модуль вентиляторов в кольцевых каналах может содержать тяговый узел 500 и канальную камеру 414. Канальная камера 414 модуля вентиляторов в кольцевых каналах может быть выполнена с возможностью съемного соединения с соседней канальной камерой 414 модуля вентиляторов в кольцевых каналах (например, на разделительной пластине 408). Для способствования передачи энергии между модулями вентиляторов в кольцевых каналах предусмотрены электрические соединители. В таком примере длина крыльев может быть определена количеством используемых модулей вентиляторов в кольцевых каналах.

[0068] Летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой также включает в себя шасси 118 (например, носовое шасси и основное шасси), один или более топливных баков 120, отсек 122 бортового радиоэлектронного оборудования, отсек 124 полезной нагрузки, теплообменник 126 (например, охлаждаемый воздухом масляный радиатор с вентилятором), обращенный вперед воздухозаборник 128, который подает воздух в двигатель 112, обращенное назад выхлопное сопло 114 двигателя, соединенное с задним концом двигателя 112, которое выталкивает выхлоп из двигателя 112, и модуль 130 распределения энергии и синхронизации бортового радиоэлектронного оборудования. Выхлопное сопло 114 может иметь постоянную площадь вдоль своей длины. Вместо шасси 118 или в дополнение к нему летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой может использовать посадочные полозья.

[0069] Для обеспечения управления внутренними условиями в двигательном отсеке один или более вырезов или отверстий могут быть выполнены в обшивке фюзеляжа 102 (например, возле двигателя 112 и/или основных генераторов 116). Один или более вентиляторов охлаждения могут быть размещены в двигательном отсеке в каждом отверстии и выполнены с возможностью засасывания воздуха в двигательный отсек с охлаждением таким образом двигателя 112, основных генераторов 116 и/или других компонентов. Двигатель 112 может включать в себя одну или более пусковых батарей для подачи пускового тока к двигателю 112 при зажигании. Вентиляторы охлаждения также создают давление в двигательном отсеке и заставляют воздух проходить через выпускное отверстие или промежуток в фюзеляже. Шасси 118 может быть выполнено убираемым и со створкой для уменьшения лобового сопротивления во время горизонтального полета.

[0070] Конструкция летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой, включающая фюзеляж 102 и крылья 104, 106, может быть изготовлена с использованием композиционного материала (или слоистой конструкции на основе композиционного материала), включая, среди прочего, сэндвичевую конструкцию с сотовым заполнителем и графитом, стеклопластиком или арамидом, и присоединена с использованием металлических крепежных узлов (например, из алюминия, титана, легких сплавов и т.п.). Конструкция летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой также может содержать встроенные в нее проводники, которые могут передавать энергию и/или сигналы данных через летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой. Например, встроенные проводники могут быть выполнены в виде сэндвичевого узла с проводниками, такого как описано более подробно в принадлежащем заявителю патенте США No. 8,937,254 с наименованием "Apparatus and Method for an Aircraft Conductor Sandwich Assembly Embedded to an Aircraft Structure" (Устройство и способ для сэндвичевого узла с проводниками, встроенного в конструкцию летательного аппарата). Кроме того, эти проводники могут находиться на внешней поверхности оболочки транспортного средства, чтобы способствовать регулированию температуры и использовать свободный поток воздуха для охлаждения. Кроме того, проводники могут быть проложены через конструкцию летательного аппарата, чтобы способствовать нагреву различных компонентов, которые могут потребовать управления условиями окружающей среды, и/или обеспечить дополнительные преимущества, такие как характеристики защиты от обледенения или удаления льда для конструкции летательного аппарата, реализуемые наличием тепловыделяющих проводников в непосредственной близости от поверхностей, требующих нагрева.

[0071] Как лучше всего показано на ФИГ. 1а и 1с, основное крыло 104 и крыло 106 переднего оперения расположены на каждой стороне фюзеляжа 102. Два основных крыла 104, образующие набор основных крыльев, и два крыла 106 переднего оперения, образующие набор крыльев переднего оперения, установлены с возможностью поворота на корпусе летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой (например, на верхней стороне фюзеляжа 102) для обеспечения функциональности наклонного крыла. Например, фюзеляж 102 может содержать множество управляемых приводами поворотных соединителей 802, 902, которые по выбору поворачивают основные крылья 104 и крылья 106 переднего оперения при получении сигналов от полетного контроллера. Согласно некоторым аспектам крылья 106 переднего оперения могут быть частично или полностью убраны в фюзеляж 102, когда они не используются или во время прямого полета.

[0072] Каждое из двух основных крыльев 104 предпочтительно имеет одинаковую длину, тем самым обеспечивая баланс набора крыльев на каждой стороне фюзеляжа 102. Аналогично, каждое из двух крыльев 106 переднего оперения имеет одинаковую длину. Наборы основных крыльев и крыльев переднего оперения могут быть расположены с отрицательным поперечным V крыла, компенсируя или уменьшая, таким образом, влияние любого изменения центра тяжести и обеспечивая управление центром тяги, когда наборы основных крыльев и/или крыльев переднего оперения имеют вертикальную конфигурацию крыла (например, в режиме вертикального полета) или промежуточную наклонную конфигурацию крыла (например, во время перехода, когда крыло размещено между вертикалью и горизонталью). Как очевидно для специалистов в данной области техники, понятие "крыло с отрицательным поперечным V" относится к отрицательному углу между двумя аэродинамическими поверхностями крыла, то есть направленному вниз углу крыльев относительно горизонтальной оси. В других аспектах основные крылья 104 и/или крылья 106 переднего оперения могут быть скошены.

[0073] Указанные два основных крыла 104 набора основных крыльев могут быть жестко соединены друг с другом таким образом, что они наклоняются и работают согласованно. С этой целью, как описано в отношении ФИГ. 6а-6с, два основных крыла 104 могут совместно использовать один или более сплошных лонжеронов и/или панелей обшивки. Аналогичным образом, указанные два крыла 106 переднего оперения могут быть жестко связаны друг с другом, как описано в отношении ФИГ. 7. Однако согласно некоторым аспектам предполагается, что наклон основных крыльев 104 и/или двух крыльев 106 переднего оперения может регулироваться независимо. Другими словами, одно крыло может быть наклонено под первым углом относительно фюзеляжа 102, в то время как некоторые из оставшихся трех крыльев могут быть наклонены под разными углами, что обеспечивает улучшение поворачиваемости и/или динамическое противодействие порыву ветра или другой внешней силе.

[0074] Распределенная система электрической силовой установки в целом содержит двигатель 112, редуктор 132, один или более основных генераторов 116 и множество вентиляторов в кольцевых каналах, при этом каждый из указанного множества вентиляторов в кольцевых каналах выполнен с возможностью приведения в действие электрическим двигателем. Указанное множество вентиляторов в кольцевых каналах может включать в себя множество основных вентиляторов 108 в кольцевых каналах, размещенных на основных крыльях 104, и множество вентиляторов 110 переднего оперения в кольцевых каналах, размещенных на крыльях 106 переднего оперения. Как показано на чертежах, двигатель 112 может быть выполнен с возможностью привода редуктора 132. Подходящие двигатели 112 включают в себя, например, турбовальные и турбинные двигатели. Турбовальный двигатель относится к газотурбинному двигателю, который оптимизирован для получения мощности на валу, а не реактивной тяги. Двигатель 112 может быть установлен, например, на первом шпангоуте 136, а редуктор 132 установлен на втором первом шпангоуте 134.

[0075] В распределенной системе электрической силовой установки используется полностью электрическая трансмиссия. Двигатель 112 и основные генераторы 116 также имеют локальное расположение, что позволяет устранить необходимость в длинном приводном вале между ними и устранить необходимость в каком-либо приводном вале между основными генераторами 116 и электродвигателями (который привел бы к снижению эффективности). Например, двигатель 112 и основные генераторы 116 могут быть непосредственно соединены с редуктором 132. Кроме того, поскольку основные генераторы 116 и вентиляторные двигатели 506 работают синхронно и при одном напряжении и частоте, не нужно использовать электронную аппаратуру между генератором 116 и вентиляторными двигателями 506 для инвертирования или преобразования напряжения подаваемого питания или выполнять переключение/модулирование частоты. По существу, такая электронная аппаратура будет рассеивать мощность, даже если используются компоненты, действующие электронно. Например, нет необходимости в контроллерах бесщеточного двигателя, выпрямителях, преобразователях постоянного тока в постоянный ток, регуляторах и т.п., которые, даже при наличии действующей электронной аппаратуры, будут рассеивать некоторую соизмеримую часть энергии. Тем не менее, может быть использована дополнительная силовая электронная аппаратура для обеспечения преимуществ системы, таких как скорректированный коэффициент мощности, способствование синхронизации, или другие различные преимущества при низких значениях мощности и напряжения или номинальных напряжении и мощности. Хотя основные генераторы 116 и вентиляторные двигатели 506 могут работать с разной скоростью в зависимости от количества полюсов в основных генераторах 116 и вентиляторном двигателе 506 (постоянное электрическое "передаточное отношение"), вентиляторные двигатели 506 работают по существу с постоянным числом оборотов. Кроме того, полностью электрическая трансмиссия может работать на одной частоте, при этом шум может быть отфильтрован для уменьшения электромагнитных помех. Наконец, напряжение может поддерживаться постоянным по всей полностью электрической трансмиссии, что опять же позволяет устранить необходимость в преобразовании питания, подаваемого на двигатели 506 вентиляторов в кольцевых каналах.

[0076] Редуктор 132, в свою очередь, может быть соединен с множеством генераторов, включая один или более основных генераторов 116 (например, от 1 до 5 генераторов, более предпочтительно 3 генераторов) и/или один или более вспомогательных силовых генераторов 1004, которые могут подавать питание на бортовую вспомогательную аппаратуру или системы. Редуктор 132 также может быть выполнен с возможностью привода других устройств, таких как гидравлический насос 1010, масляный насос 1008 и т.п. Летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой может использовать гидравлическую систему для управления, например, приводами/двигателями наклона крыла, приводом (приводами) основного шасси, приводом (приводами) носового шасси, тормозами основного шасси и т.п.

[0077] Основные генераторы 116 подают питание переменного тока на указанное множество вентиляторных двигателей. Каждый вентилятор в кольцевом канале использует тяговый узел 500, имеющий вентиляторный двигатель 506, который может варьироваться по номинальным размеру и мощности в зависимости от его положения в летательном аппарате 100 с гибридной силовой установкой и/или необходимой тяги. Однако для специалистов в данной области техники будет очевидным, что дополнительные основные генераторы 116 или их меньшее количество могут быть использованы в зависимости от необходимой мощности или тяги, которая определяется, помимо прочего, количеством и/или размером вентиляторов в кольцевых каналах (или двигателей в них).

[0078] Согласно одному аспекту, например, летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой может использовать от 10 до 24, более предпочтительно примерно от 16 до 20, основных вентиляторов 108 в кольцевых каналах и от 2 до 16, более предпочтительно от 6 до 12, вентиляторов 110 переднего оперения в кольцевых каналах. Основные вентиляторы 108 в кольцевых каналах могут иметь диаметр примерно от 20 до 40 дюймов (51-102 см), в то время как вентиляторы 110 переднего оперения в кольцевых каналах могут иметь диаметр примерно от 10 до 30 дюймов (25-76 см). Основные вентиляторы 108 в кольцевых каналах и вентиляторы 110 переднего оперения в кольцевых каналах могут быть равномерно разнесены по размаху крыльев, оставляя только номинальный промежуток между кончиками лопастей вентилятора (например, при состыковке друг с другом).

[0079] Для управления распределением энергии величина тяги, распределяемой каждым вентилятором в кольцевых каналах, может быть изменена величиной шага лопастей вентилятора согласно алгоритмам, которые могут быть исполнены компьютерами управления полетом. Другими словами, используя лопасти вентилятора с изменяемым шагом (например, посредством механизма 520 управления шагом) можно осуществлять независимое управление мощностью, получаемой от каждого вентилятора в кольцевом канале, при поддержании постоянной скорости электродвигателей. Соответственно, оператор может по отдельности регулировать тягу на каждом вентиляторе в кольцевом канале, что позволяет оператору, будь то под управлением компьютера или человека, изменять распределение подъемной силы по данному размаху крыльев. Иными словами, вентиляторы в кольцевых каналах могут работать при одной и той же скорости двигателя, но тяга от каждого вентилятора в кольцевом канале может быть отрегулирована независимо посредством изменения шага в вентиляторах без изменения скорости двигателя. Сопла могут быть отрегулированы для получения коэффициента полезного действия (например, площади сечения сопла, обеспечивающей управление) и вектора тяги. С этой целью, тяговое сопло может быть размещено в задней части каждого (на заднем конце) из вентиляторов в кольцевых каналах. Тяговые сопла выполнены регулируемыми (например, посредством приводов 628 сопел и поверхностей 406 управления задней кромки) для обеспечения оператору возможности индивидуальной регулировки, например, вектора тяги каждого вентилятора в кольцевом канале и или самой тяги. При добавлении электронной аппаратуры постоянного тока может быть использован аналогичный метод с добавлением возможности регулировки скорости вентиляторов, а также шага или просто скорости с фиксированным шагом или любой комбинации указанного.

[0080] Летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой может использовать множество датчиков, в сочетании с полетным контроллером, для выявления любого отклонения от нормального полета и противодействия такому отклонению (например, порывам ветра, отклонению от плана полета и т.п.) посредством регулировки одного или более регулируемых вентиляторов в кольцевых каналах и/или регулируемых тяговых сопел для перераспределения приложения тяги или направления тяги по мере необходимости. При работе оператор может управлять каждой частью (например, вентилятором в кольцевом канале) крыла при максимальном рабочем состоянии в режимах вертикального, переходного и горизонтального полета, смягчая, таким образом, потерю подъемной силы. Например, при возникновении отклонений от нормального полета оператор может регулировать тягу для нагружения или разгружения одного или более вентиляторных двигателей, с тем чтобы сохранять синхронизацию двигателей и генераторов. Кроме того, эта конфигурация позволяет осуществлять привод вентиляторных двигателей 506 с одинаковой скоростью с обеспечением для оператора возможности регулировки тяги данного вентилятора в кольцевом канале. Действительно, оператор может регулировать тягу по размаху крыльев для изменения распределения подъемной силы без изменения скорости вентиляторного двигателя, что обеспечивает возможность работы крыла в качестве средства продвижения и подъема (т.е. крыло может обеспечивать подъемную силу и продвижение). Как описано в отношении ФИГ. 5а-5с, оператор также может регулировать шаг лопастей вентилятора для изменения тяги. В частности, шаг лопастей вентилятора может быть отрегулирован для увеличения коэффициента полезного действия летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой в целом при различных режимах работы. Например, в режимах работы, когда летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой требует меньшей мощности, шаг лопастей вентилятора может быть изменен так, что они имеют плоскую конфигурацию и передают очень небольшую мощность. В результате и как отмечено выше, летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой может вырабатывать избыточную мощность во время режимов работы, которые требуют меньшей мощности, таких как режим горизонтального полета.

[0081] Компоненты летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой предпочтительно расположены таким образом, что центр тяжести летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой остается по существу постоянным независимо от того, находятся ли крылья на одном уровне (в положении горизонтального полета) или повернуты вверх (в положение вертикального полета), и заполнен(ы) ли или нет отсек 124 полезной нагрузки и/или топливные баки 120. Как очевидно для специалистов в данной области техники, термин "центр тяжести" в целом относится к точке, в которой, если бы летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой был подвешен, он был бы сбалансирован во всех положениях - т.е. гипотетической точке баланса летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой во всех направлениях. Центр тяжести может быть определен с использованием известных методов (например, с использованием программного обеспечения для автоматизированного проектирования (САПР) или с использованием известных математических уравнений).

[0082] Для достижения этой цели топливные баки 120 могут быть распределены с целью сохранения центра тяжести транспортного средства. Центр тяжести обозначен на ФИГ. 1f и 1g как "COG". Например, летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой может использовать передний топливный бак и задний топливный бак, каждый из которых может быть заполнен самотеком. Для способствования центровки центра тяжести между двумя баками может быть размещен перекачивающий насос. Топливные отсеки могут быть герметично закрыты. В топливных баках 120 могут быть установлены перегородки, чтобы смягчить любые проблемы с расплескиванием и нехваткой топлива. В каждом баке могут использоваться один или более датчиков уровня топлива. Например, два датчика уровня топлива могут быть использованы на каждый бак для резервирования (т.е. в случае если один из них отказал или работает не так, как требуется). На днище фюзеляжа 102 под нижним баком может быть размещен слив топлива. Кроме того, отсек 124 полезной нагрузки может быть размещен вблизи центра тяжести летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой и разбит (по объему) на два отсека вдоль осевой линии киля. Согласно некоторым аспектам в отсеке 124 полезной нагрузки могут быть размещены система прекращения полета и пилотажные приборы.

[0083] В отверстии в верхней части летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой размещаются проводники 138, проходящие от компонентов (например, вентиляторов в кольцевых каналах, приводов и т.п.), установленных на основных крыльях 104 и крыльях 106 переднего оперения или в них. Проводники 138, проходящие от вентиляторных двигателей 506, функционально соединены с основным генератором (основными генераторами) 116, расположенным внутри фюзеляжа 102. Проводники 138, проходящие от другой электронной аппаратуры (например, периферийного радиоэлектронного оборудования, приводов поверхностей управления, огней, датчики и т.п.), могут быть функционально соединены с другими устройствами, расположенными внутри фюзеляжа 102, такими как основные генераторы 116, вспомогательные силовые генераторы 1004 и/или другие бортовые системы или устройства.

[0084] Для увеличения обтекаемости и уменьшения лобового сопротивления, поверх отверстия, проводников 138 и другой электропроводки может быть размещен съемный верхний обтекатель 140. Уникальное оборудование для управления генератором и синхронизацией, находящееся на генераторах или вблизи них, устраняет необходимость в любой другой силовой электронной аппаратуре между генераторами и вентиляторными двигателями, поскольку генераторы осуществляют прямой привод двигателей. Электропитание может передаваться по проводникам через литцендрат и/или металлическую трубку переменного диаметра и материала для более эффективной передачи мощности, при этом каждое из этих средств уменьшает потери, связанные с мощностью переменного тока, в частности на более высоких частотах, обусловленных, по меньшей мере частично, поверхностным эффектом. Литцендрат содержит несколько отдельных изолированных магнитных проводов, скрученных или сплетенных в единый узор, так, что каждая прядь имеет тенденцию принимать все возможные позиции в поперечном сечении всего проводника.

[0085] В отсеке 122 бортового радиоэлектронного оборудования могут быть размещены различные системы навигации и управления полетом, которые управляют различными компонентами и функциями летательного аппарата. Системы навигации и управления полетом могут быть связаны с возможностью обмена данными с инерциальной навигационной системой (ИНС), которая связана с возможностью обмена данными с блоком инерциальных измерений и приемником системы глобального позиционирования (GPS), бортовым устройством для хранения данных (например, жестким диском, флэш-памятью или и.п.), устройством беспроводной связи или практически любыми другими необходимыми технологическими сервисами. Система GPS дает абсолютное значение положения без дрейфа, которое может быть использовано для сброса в исходное состояние решения на основе инерциальной навигационной системы или может быть смешано с ним с использованием математического алгоритма, такого как фильтр Калмана. В отсеке 122 бортового радиоэлектронного оборудования также может содержаться, например, аппаратура для сбора информации, наблюдения и разведки, которая может быть использована для сбора данных и/или мониторинга области. Например, летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой может быть оборудован одной или более камерами, аудиоустройствами другими датчиками, особенно теми, которые требуют много электрической энергии. Любые видео или другие данные, собранные летательным аппаратом 100 с гибридной силовой установкой, могут быть переданы на наземную станцию управления в режиме реального времени беспроводным образом. Летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой может быть дополнительно оборудован для хранения упомянутых видео и данных в бортовом устройстве для хранения данных. Согласно некоторым аспектам количество вентиляторов 110 переднего оперения в кольцевых каналах может быть отрегулировано для достижения целевого отношения веса к мощности. Другими словами, в крыле 106 переднего оперения или основном крыле 104 может быть использовано меньшее количество и двигателей для уменьшения общего веса летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой.

[0086] На ФИГ. 3а и 3b показаны, соответственно, изометрические виды спереди и сзади размещения вентиляторов в кольцевых каналах, таких как вентиляторы, которые образуют основное крыло 104 и крыло 106 переднего оперения. Как показано на чертежах, канальная камера 414 образована нижней основной аэродинамической поверхностью 302, верхней основной аэродинамической поверхностью 304 и одной или более разделительными пластинами 408, которые расположены между соседними тяговыми узлами 500. Задняя кромка верхней и нижней основных аэродинамических поверхностей 302, 304 может содержать множество поверхностей 406 управления (например, элеронов или элевонов), которые выполнены с возможностью независимого управления для регулировки тягового сопла. Например, поверхности 406 управления могут быть выполнены с возможностью управления для регулировки площади сечения тягового сопла (т.е. площади сечения сопла) конкретного вентилятора в кольцевом канале. Другими словами, приводы 628 сопел (размещенные внутри разделительных пластин 408) могут быть приведены в действие для привода поверхностей 406 управления с регулировкой площади сечения сопла и вектора тяги.

[0087] Одна или более щелей 402 для воздушного потока могут быть расположены на верхней передней кромке 412 верхней основной аэродинамической поверхности 304. Указанные одна или более щелей 402 для воздушного потока направляют воздушный поток в канальную камеру 414 и в направлении тягового узла 500. Каждая щель 402 для воздушного потока может быть по выбору герметично закрыта/заблокирована с использованием щелевой створки 410. На ФИГ. 3с и 3d показаны щелевые створки 410 в открытом положении (т.е. обеспечивающем возможность прохождения воздушного потока через щель 402 для воздушного потока), а на ФИГ. 3е и 3f показаны щелевые створки 410 в закрытом положении (т.е. с блокированием воздушного потока через щель 402 для воздушного потока). Щели 402 для воздушного потока в верхней передней кромке сохраняют присоединение потока внутри канальной камеры 414 в режиме вертикального полета и при большом угле атаки. Постоянно уменьшающаяся площадь через щель 402 для воздушного потока (т.е. от входа до выхода) обеспечивает плавный поток внутри щели 402 для воздушного потока. Щелевые створки 410 могут быть слегка подпружинены для обеспечения их правильного закрытия для горизонтального полета, при этом перепад давления будет выталкивать щелевые створки 410 с открытием, когда это необходимо для управления потоком. Наконец, наветренная передняя кромка 404 нижней основной аэродинамической поверхности 302 выполнена относительно толстой, что улучшает рабочие характеристики в режимах висения и перехода.

[0088] На ФИГ. 4а и 4b показаны виды вентилятора в кольцевом канале в разрезе, соответственно, сбоку и сверху, а на ФИГ. 4с показан изометрический вид спереди летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой. Как показано на чертежах, отношение длины (С) к диаметру (D) канальной камеры 414 является относительно небольшим. Отношение может составлять, например, от 1,5 до 2,5, более предпочтительно примерно 2. Рабочие и геометрические характеристики транспортного средства определяются отношением площади сечения сопла (A_nozzle) к площади, ометаемой вентилятором, (A_fan) и нагрузкой на диск. Например, с увеличением площади сечения сопла увеличивается коэффициент полезного действия при низкой скорости/зависании и высокой скорости. Например, отношение площадей увеличивается в режиме висения и уменьшается при скоростном полете вперед. Поверхности 406 управления имеют уплощенные внутренние поверхности, что обеспечивает хорошие рабочие характеристики при высокой скорости, а толстые разделительные пластины 408 позволяют изменять отношение нижней области без разделения. Разделительные пластины 408 могут содержать ребро, закрытое обтекателем, который может содержать один или более контроллеров или приводов (например, привод 628 сопла).

[0089] На ФИГ. 5а-5с показан приведенный в качестве примера тяговый узел 500 выполненный с механизмом 520 управления шагом. На ФИГ. 5а показан вид сбоку полностью укомплектованного тягового узла 500. Тяговый узел 500 в целом содержит гондолу 502, вращающийся вентилятор 504, вентиляторный электродвигатель 506, конструктивную втулку 508, неподвижный направляющий аппарат 510 и конус 540 обтекателя. Вращающийся вентилятор 504 содержит множество лопастей 512 вентилятора (например, от 2 до 10, более предпочтительно от 4 до 7 лопастей 512 вентилятора), в то время как неподвижный направляющий аппарат 510 содержит множество лопаток 514 (например, от 2 до 6, более предпочтительно 4 лопатки 514). Вентиляторный электродвигатель 506 содержит сердечник двигателя и внешний элемент из железа с магнитами (в целом обозначенные 506а) и статор 506b двигателя. Статор 506b двигателя, который содержит медную обмотку, является неподвижным (т.е. не вращается). Как показано на ФИГ. 5b, конструктивная втулка 508 выполнена с множеством крепежных щелевых отверстий 518 двигателя, размеры и форма каждых из которых обеспечивают возможность приема лопатки 514 направляющего аппарата или ее части. Конструктивная втулка 508 крепит болтами статор 506b двигателя к лопаткам 514 неподвижного направляющего аппарата 510.

[0090] Вентиляторные двигатели 506 могут быть бесщеточными двигателями постоянного тока, которые показали свою эффективность в раскрытой конфигурации, но могут быть использованы двигатели других типов, в том числе, без ограничения, бесщеточные двигатели, двигатели с электронной коммутацией, бесщеточные электродвигатели, электродвигатели с коротко замкнутой обмоткой ротора, асинхронные, щеточные двигатели, двигатели переменного тока и т.п. Согласно некоторым аспектам вентиляторные двигатели 506, используемые в основных вентиляторах 108 в кольцевых каналах, крупнее, чем вентиляторные двигатели 506, используемые в вентиляторах 110 переднего оперения в кольцевых каналах.

[0091] На ФИГ. 5с показан вид спереди тягового узла 500 со снятой гондолой 502. Лопасти 512 вентилятора соединены с вращающейся втулкой посредством множества захватов 516 для лопастей и посадочных мест для средств управления шагом. Шаг лопастей 512 вентилятора может регулироваться динамически механизмом 520 управления шагом. Механизм 520 управления шагом может содержать рычаг управления шагом, тягу управления шагом, пластину крутящего момента и конус управления шагом с преобразованием.

[0092] Рычаг управления шагом проходит в продольном направлении в каждое из посадочных мест для средств управления шагом и при приведении в действие сообщает осевое перемещение, которое вызывает поворот захвата 516 для лопасти и лопастей 512 вентилятора вдоль оси с изменением таким образом шага. Каждый рычаг управления шагом выполнен с возможностью приведения в действие тяги управления шагом, которая соединяет рычаг управления шагом с конусом управления шагом с преобразованием. Конус управления шагом с преобразованием совершает по выбору поперечное перемещение в направлении втулки и от нее (направление А), но при этом он направляется шлицами для вращения с втулкой посредством колонки управления шага вращающегося винта. Иными словами, конус управления шагом с преобразованием выполнен с возможностью поперечного перемещения, перпендикулярно относительно плоскости, заданной вращением вентилятора, (плоскости р). Конус управления шагом с преобразованием может приводиться в движение поперечно двигателем управления шагом, например, посредством тяги управления шагом с шариковинтовой передачей и направления шлицами, которая не вращается, а сообщает поперечную силу (в направлении А) колонке управления шага вращающегося винта.

[0093] При работе вал двигателя управления шагом вращается и вызывает по выбору выдвижение и отведение тяги управления с шариковинтовой передачей в направлении А. Тяга управления вызывает перемещение конуса управления шагом с преобразованием для соответствующего перемещения с направлением А тяги управления. При перемещении конуса управления шагом с преобразованием указанное множество тяг управления шагом, соединенных с конусом управления шагом с преобразованием, также перемещаются в направлении А. Тяги управления шагом сообщают крутящее усилие рычагу управления шагом, заставляя его поворачиваться в осевом направлении вокруг точки поворота.

[0094] Система управления полетом может использовать механизм 520 управления шагом для изменения шага лопастей вентилятора для данного вентилятора в кольцевом канале, обеспечивая таким образом индивидуальное управления тягой вентиляторов в кольцевых каналах (и изменение необходимых крутящего момента и тока). Для компенсации увеличения или уменьшения текущего засасывания лопасти вентилятора будут изменять шаг соответственно, нагружая таким образом двигатель или разгружая его по мере необходимости для сохранения синхронности. В ответ двигатель 112 может быть дросселирован, или его конфигурация может быть изменена иным образом, для подачи дополнительного необходимого крутящего момента при сохранении числа оборотов в минуту соответствующим генератором (соответствующими генераторами) 116. Таким образом, пока вентиляторные двигатели 506 не превышают предельного значения крутящего момента, вентиляторные двигатели 506 будут вращаться синхронно с основными генераторами 116. Множество шпиндельных подшипников могут обеспечить уменьшение трения между точкой контакта между втулкой и внешним корпусом тяги управления шагом. Аналогичным образом, шпиндельные подшипники могут быть выполнены между каждым захватом 516 для лопасти и посадочным местом для средств управления шагом, для уменьшения трения, когда лопасти 512 вентилятора изменяют шаг (т.е. осуществляют поворот вокруг оси).

[0095] На ФИГ. 6а-6с показана приведенная в качестве примера конструктивная схема основного крыла 104, которая в целом содержит нижнюю основную аэродинамическую поверхность 302, верхнюю основную аэродинамическую поверхность 304 и множество секций 626 нервюр, при этом нижняя основная аэродинамическая поверхность 302 функционирует в качестве основного конструктивного компонента. Нижняя основная аэродинамическая поверхность 302 в целом содержит передний лонжерон 602, средний лонжерон 604 и нижний задний лонжерон 606. Верхняя основная аэродинамическая поверхность 304 содержит опору 620 верхней передней кромки и верхний задний лонжерон 622. Основная функция нижнего заднего лонжерона 606 и верхнего заднего лонжерона 622 состоит в способствовании установке поверхностей 406 управления задней кромки и лопаток 514 направляющего аппарата. Когда основные крылья 104 имеют конфигурацию согласованной работы, передний лонжерон 602 и средний лонжерон 604 могут проходить непрерывно через центральную секцию (т.е. место, в котором основные крылья 104 соединены с возможностью поворота с фюзеляжем 102). Конструктивная обшивка 610 может быть выполнена на верхней и нижней сторонах нижней основной аэродинамической поверхности 302, проходя непрерывно под тяговыми узлами 500.

[0096] Согласно одному аспекту три нервюры могут быть размещены в каждой секции 626 нервюр (например, области между каждым тяговым узлом 500), которая, в конечном счете, покрыта обтекателем с образованием разделительной пластины 408. Две нервюры могут быть выполнены в нижней основной аэродинамической поверхности 302. В частности, передняя нервюра 614 может быть размещена между передним лонжероном 602 и средним лонжероном 604, а задняя нервюра 616 может быть размещена между средним лонжероном 604 и нижним задним лонжероном 606. Передняя нервюра 614 и задняя нервюра 616 могут быть размещены под конструктивной обшивкой 610. Третья нервюра, т.е. верхняя нервюра 618, может соединять нижнюю основную аэродинамическую поверхность 302 с верхней основной аэродинамической поверхностью 304 и при этом также быть выполнена с возможностью образования вертикального барьера между соседними тяговыми узлами 500. Верхняя нервюра 618 передает моменты от линии действия тяги и верхнего элерона в нижние лонжероны. Опора 620 верхней передней кромки может проходить непрерывно или с прерыванием через центральную часть, но быть прикрепленной штифтами к верхней нервюре 618 в каждой секции 626 нервюр для предотвращения локального выпучивания в результате изгиба крыла. Опоры 620 верхней передней кромки могут быть нагружены наподобие обруча нагрузками, подаваемыми от входа. Согласно некоторым аспектам опоры 620 верхней передней кромки могут быть изготовлены в виде единого компонента, включающего дугообразную форму множества каналов.

[0097] Поверхности 406 управления задней кромки могут быть приведены в действие для регулировки тягового сопла в каждом вентиляторе в кольцевом канале с управлением, таким образом, креном, рысканием и тангажом летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой посредством тяги, имеющей различные значения и/или направления. Поверхности 406 управления задней кромки разделены в каждой секции 626 нервюр между соседними тяговыми узлами 500. Секция 626 нервюр может быть покрыта обтекателем с получением разделительной пластины 408, благодаря чему обеспечивается пустое пространство, в котором расположены различные контроллеры, датчики, проводники и т.п. Поверхности 406 управления задней кромки удерживаются на месте с использованием устройства в виде блока несущей опоры, прикрепленного к пересечению нервюр и задних лонжеронов. Различные поверхности 406 управления задней кромки могут быть соединены вместе с использованием трубчатой детали 630 с высоким сопротивлением кручению. Приводы 628 соединены с одной или более нервюрами в секции 626 нервюр (например, скрыты в пространстве, образованном обтекателем). Каждый привод 628 соединен с толкателем 632, который прикреплен к трубчатой детали 630 с высоким сопротивлением кручению для данной поверхности 406 управления. Таким образом, каждая поверхность 406 управления может управляться по отдельности и независимо посредством выборочного приведения в действие данного привода 628.

[0098] На ФИГ. 7 показана приведенная в качестве примера конструктивная схема крыла 106 переднего оперения, которое конструктивно схожа с основным крылом 104, но имеет пропорционально меньший размер, вследствие чего для него требуется меньше конструктивных компонентов. Нижняя аэродинамическая поверхность 710 переднего оперения функционирует в качестве основного конструктивного компонента и содержит передний трубчатый лонжерон 702 и нижний задний лонжерон 704. Верхняя аэродинамическая поверхность 712 переднего оперения содержит опору 706 верхней передней кромки и верхний задний лонжерон 708. Нижний задний лонжерон 704 и верхний задний лонжерон 708 с перерывами проходят через центральную часть для способствования установке поверхностей 406 управления задней кромки и лопаток 514 направляющего аппарата. Верхняя аэродинамическая поверхность 712 переднего оперения прикреплена штифтами к нервюре в каждой секции нервюр для предотвращения локального выпучивания в результате изгиба крыла. Конструктивная обшивка может быть выполнена на верхней и нижней сторонах нижней аэродинамической поверхности 710 переднего оперения, проходя непрерывно под тяговыми узлами 500. Нервюра 714 переднего оперения размещена в каждой секции нервюр (например, области между каждым тяговым узлом 500). Нервюра 714 переднего оперения соединяет нижнюю аэродинамическую поверхность 710 переднего оперения с верхней аэродинамической поверхностью 712 переднего оперения, и при этом также выполнена с возможностью образования вертикального барьера между соседними тяговыми узлами 500. Нервюра 714 переднего оперения передает моменты от линии действия тяги и верхнего элерона в нижние лонжероны. Поверхности 406 управления задней кромки работают по существу так, как раскрыто в отношении основного крыла 104 по ФИГ. 6с.

[0099] На ФИГ. 8 показана приведенная в качестве примера конфигурация 800 поворота основного крыла для соединения с возможностью поворота основного крыла 104 с фюзеляжем 102. Основное крыло 104 может быть соединено с возможностью поворота с фюзеляжем 102 с использованием множества поворотных соединителей 802, которые могут управляться приводами. Подходящие приводы включают в себя, без ограничения, гидроприводы, электроприводы или винтовой привод перемещения, приводимый в действие электрически или гидравлически. Как показано на чертежах, различные проводники 804 выходящие из основного крыла 104 на среднем лонжероне 604 возле точки поворота основного крыла. Проводники 804 соединены с системой распределения энергии через отверстие для проводника в поверхности фюзеляжа 102. Размещение проводников 804 в точке поворота основного крыла минимизирует амплитуду движения проводника, что уменьшает риск повреждения проводников 804. При работе основное крыло может совершать поворот из положения висения в положение горизонтального полета в течение 10 секунд или быстрее.

[00100] На ФИГ. 9а и 9b показана приведенная в качестве примера конфигурация 900 поворота крыла переднего оперения для соединения с возможностью поворота крыла 106 переднего оперения с фюзеляжем 102. Крыло 106 переднего оперения может быть соединено с возможностью поворота с фюзеляжем 102 с использованием множества поворотных соединителей 902, которые аналогично поворотным соединителям 802 по ФИГ. 8 могут быть управляться приводами. Например, поворотные соединители 902 могут быть приспособлениями 910 в виде блоков несущей опоры, которые прикрепляют передний трубчатый лонжерон 702 к корпусу фюзеляжа 102. Линейный приводной механизм 914 поворачивает передний трубчатый лонжерон 702 крыла 106 переднего оперения посредством рогового компенсатора 912. Проводники 904 могут быть расположены вспомогательными петлями, которые сжимаются и расширяются в диаметре при повороте переднего трубчатого лонжерона 702. Такие вспомогательные петли способствуют недопущению образования изгибов и предотвращают ослабление или отсоединение кабелей. Например, четыре передние вспомогательные петли 906 и пять задних вспомогательных петель 908 могут быть размещены на каждой стороне переднего трубчатого лонжерона 702. Проводники 904 могут перемещаться к заднему концу летательного аппарата 100 с гибридной силовой установкой, где проводники 904 могут быть соединены с летательным аппаратом 100 с гибридной силовой установкой через одно отверстие для проводника вместе с проводниками 804 для основного крыла 104, минимизируя таким образом количество отверстий в фюзеляже 102.

[00101] Хотя каждые из основных крыльев 104 и указанных двух крыльев 106 переднего оперения показаны поворотными в целом относительно фюзеляжа 102 (между вертикальной конфигурацией крыла и горизонтальной конфигурацией крыла), предполагается, что только часть основных крыльев 104 и/или указанных двух крыльев 106 переднего оперения может совершать поворот относительно фюзеляжа 102. Например, основные крылья 104 и/или два крыла 106 переднего оперения могут быть изготовлены с фиксированной частью крыла (например, фиксированной частью передней кромки) и шарнирной частью крыла (например, шарнирной частью задней кромки, при этом шарнир проходит по длине как закрылок), на которой размещены указанное множество вентиляторов 108, 110 в кольцевых каналах для создания суммарной тяги. В этом примере шарнирная часть крыла будет управляться и поворачиваться для направления суммарной тяги от вентиляторов 108 в кольцевых каналах между вертикальной конфигурацией крыла в режиме висения и горизонтальной конфигурации крыла в режиме горизонтального полета. Согласно некоторым аспектам каждый из указанного множества вентиляторов 108 в кольцевых каналах может управляться индивидуально с точки зрения тяги/ скорости, а также угла поворота (относительно крыла 104 или других вентиляторов 108 в кольцевых каналах). Например, каждый из указанного множества вентиляторов 108, 110 в кольцевых каналах может выполнять поворот относительно фюзеляжа 102 независимо от одного или более оставшихся вентиляторов 108, 110 в кольцевых каналах.

[00102] На ФИГ. 10а и 10b показаны, соответственно, изометрические виды спереди и сзади редуктора 132, соединенного с множеством основных генераторов 116, множеством вспомогательных силовых генераторов 1004, одним или более масляными насосами 1008 и одним или более гидравлическими насосами 1010. При работе, редуктор 132 принимает входное вращение от двигателя 112 через входной приводной вал 1002. Редуктор 132 распределяет входное вращение для указанного множества основных генераторов 116, одного или более вспомогательных силовых генераторов 1004 и, когда применимо, масляных насосов 1008 и гидравлических насосов 1010. Выполнены один или более блоков 1006 управления генераторами и их синхронизации (generator control and synchronization unit, GCSU) для обеспечения базового управления, мониторинга и защиты для трех основных генераторов, а также для запуска на малой скорости и синхронизации двигателей с генератором. Другие блоки управления генераторами обеспечивают базовое управление, мониторинг и защиту для генераторов 116 и двух вспомогательных силовых генераторов 1004. Гидравлический насос 1010 может быть использован для управления приводами наклона крыла (например, для основного крыла 104 и крыла 106 переднего оперения), а также приводами шасси и тормозами.

[00103] На ФИГ. 11 показана схема 1100 электрических подключений вентиляторных двигателей 506, которая обеспечивает устойчивую асимметричную тягу в случае отказа проводника или генератора 116. Иными словами, отказоустойчивость достигается путем управления перераспределением мощности посредством распределенного движения. Как показано на схеме 1100 электрических подключений, в конструкции, имеющей 18 основных вентиляторов 108 в кольцевых каналах и 6 вентиляторов 110 переднего оперения в кольцевых каналах, каждый из трех основных генераторов 116 (т.е. G1, G2, G3) подает питание на равное количество равномерно распределенных основных вентиляторных двигателей 506 (т.е. основных двигателей 1-18) и вентиляторных двигателей 506 переднего оперения (т.е. двигателей 1-6 переднего оперения). Другими словами, вентиляторные двигатели 506, приводимые в действие данным генератором, равномерно распределены по размаху данных крыльев 104, 106 таким образом, что тяга сбалансирована с каждой стороны фюзеляжа 102. Например, первый генератор (G1) 116 может подавать питание на двигатели 3 и 6 переднего оперения, а также основные двигатели 1, 6, 7, 10, 14 и 17. Оставшиеся двигатели равномерно разделены между вторым генератором (G2) 116 и третьим генератором (G3) 116. В частности, второй генератор (G2) 116 может подавать питание на двигатели 1 и 4 переднего оперения и основные двигатели 2, 5, 9, 12, 13 и 18, а третий генератор (G3) 116 может подавать питание на двигатели 2 и 5 переднего оперения и основные двигатели 3, 4, 8, 11, 15 и 16. Таким образом, если какой-либо из генераторов с первого по третий (G1-G3) 116 откажет, оставшиеся двигатели будут равномерно распределены, и летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой будет оставаться сбалансированным, чтобы смягчить любой момент крена. Хотя это не показано, летательный аппарат 100 с гибридной силовой установкой также может содержать один или более аккумуляторных блоков для хранения энергии, генерируемой указанными одним или более генераторами 116. Указанные один или более аккумуляторных блоков могут быть использованы для питания основных вентиляторов 108 в кольцевых каналах и/или вентиляторов переднего оперения в кольцевых каналах в случае отказа двигателя 112. Указанные один или более аккумуляторных блоков могут использовать, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы. Как можно понять, энергия переменного тока, вырабатываемая указанными одним или более генераторами 116, сначала может быть преобразована в энергию постоянного тока посредством выпрямителя перед передачей в указанные один или более аккумуляторные блоки, и в этом случае контроллер двигателя или инвертор может быть использован для привода двигателя с использованием питания постоянного тока.

[00104] Согласно некоторым аспектам вентиляторы в кольцевых каналах могут использовать противоположный порядок вращения и нагрузки. Например, один вентилятор в кольцевом канале может вращаться по часовой стрелке, а два соседних вентилятора в кольцевых каналах вращаются против часовой стрелки. Аналогичным образом, вентиляторы в кольцевых каналах, размещенные на одной стороне фюзеляжа 102, могут иметь направление вращения, обратное направлению вращения вентиляторов в кольцевых каналах, размещенных на противоположной стороне фюзеляжа 102. Хотя в приведенной в качестве примера схеме 1100 электрических подключений используется 18 основных вентиляторов 108 в кольцевых каналах и 6 вентиляторов 110 переднего оперения в кольцевых каналах, те же принципы поддержания равномерной нагрузки и равномерного распределения могут быть применены к самым разным устройствам, имеющим различные количества вентиляторных двигателей 506, например к конфигурации по ФИГ. 1а, в которой имеется 18 основных вентиляторов 108 в кольцевых каналах и 12 вентиляторов 110 переднего оперения в кольцевых каналах.

[00105] На ФИГ. 12 показана система 1200 контроля синхронизации, имеющая блок 1202 управления полетом, которая предотвращает потерю синхронизации одного вентиляторного двигателя 506 с другими вентиляторными двигателями 506 и генератором 116. Таким образом, блок 1202 управления полетом определяет факт потери вентилятором синхронизации или наступающей потери им синхронизации посредством, например, определения крутящего момента или тока, анализа формы волны и сравнения фазовых углов двух сигналов. Шаг лопасти может быть отрегулирован для увеличения или уменьшения данной нагрузки на вентиляторный двигатель 506, то время как регулятор скорости турбины поддерживает постоянную скорость. Блок 1202 управления полетом решает эту задачу путем мониторинга напряжения двигателя (посредством датчика 1206 напряжения) и тока двигателя (посредством датчика 1204 тока), замыкания цепи управления шагом вентилятора для получения заданного автопилотом шага, уменьшения шага (и уведомления автопилота), если крутящий момент приближается к заданному предельному значению, и обеспечения выдачи параметров вентиляторного двигателя, включающих, помимо прочего, векторы напряжения и тока, число оборотов в минуту, скорость вращения вентилятора, температуру, шаг и т.п., в полетный контроллер и/или блок 1006 управления генераторами и их синхронизации. Действительно, фазовый угол между напряжением и током может быть использован для прогнозирования потери синхронизации между вентиляторным двигателем 506 и/или генератором 116, что позволяет использовать имеющиеся аппаратные средства с низким уровнем риска вместо специальных аппаратных средств. Синхронизация может быть достигнута путем регулирования блоков 1006 управления генераторами и их синхронизации во время пуска генератора с небольшой скоростью. Например, блок 1202 управления полетом может конфигурировать лопасти 512 вентилятора с получением плоского шага для уменьшения нагрузки на двигатель 506 во время пуска. Когда двигатели 506 начинают вращаться с генератором 116, шаг лопасти может быть постепенно увеличен. Согласно некоторым аспектам нагрузка на двигатель 506 может быть увеличена с каждым числом оборотов в минуту для обеспечения более стабильной и надежной синхронизации. Блок управления полетом также может управлять прерывателем цепи или другим электронным устройством для отключения двигателя (например, неисправного или плохо работающего двигателя) от шины для защиты системы. Кроме того, блок управления полетом может обеспечивать подачу команд на различную силовую электронную аппаратуру и управление различной силовой электронной аппаратурой, что улучшает работу электрической части вентилятора с самого пуска и во время нормальной работы, включая возможность помодульного обеспечения демпфирования, торможения или временного повышения мощности от шины вспомогательного питания.

[00106] Вышеуказанные патенты и патентные публикации включены в настоящий документ посредством ссылки во всей своей полноте. Хотя различные варианты реализации описаны со ссылкой на конкретную конфигурацию деталей, элементов и т.п., они не предназначены для исчерпания всех возможных конфигураций или элементов, поскольку специалистами в данной области техники могут быть определены многие другие варианты реализации, модификации и варианты. Таким образом, следует понимать, что изобретение может быть осуществлено на практике иначе, чем, в частности, описано выше.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат с гибридной силовой установкой имеет распределенную систему электрической силовой установки, включающую в себя турбовальный двигатель, который приводит в действие один или более генераторов через редуктор. Генератор обеспечивает подачу питания переменного тока на множество вентиляторов в кольцевых каналах, каждый из которых выполнен с возможностью приведения в действие электрическим двигателем. Вентиляторы в кольцевых каналах могут быть выполнены за одно целое с крыльями летательного аппарата. Крылья могут быть прикреплены с возможностью поворота к фюзеляжу, что позволяет осуществлять вертикальный взлет и посадку. Обеспечивается ослабление нежелательных переходных процессов, возникающих при переходе из вертикального полета в горизонтальный полет, быстрый переход на постоянной высоте, который не требует подъема или опускания. 19 з.п. ф-лы, 31 ил.

1. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой, содержащее:

фюзеляж;

двигатель, функционально соединенный с одним или более генераторами для выработки электроэнергии, при этом двигатель и указанные один или более генераторов размещены внутри фюзеляжа;

набор основных крыльев, имеющий первое множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах для совместного создания первой суммарной тяги, при этом каждый из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах выполнен с возможностью приведения в действие вентиляторным электродвигателем, функционально соединенным по меньшей мере с одним из указанных одного или более генераторов; и

набор крыльев переднего оперения, имеющий второе множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах для совместного создания второй суммарной тяги, при этом каждый из указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах выполнен с возможностью приведения в действие вентиляторным электродвигателем, функционально соединенным по меньшей мере с одним из указанных одного или более генераторов,

причем воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой выполнено с возможностью работы в режиме висения и режиме горизонтального полета, и

каждый из набора крыльев переднего оперения и набора основных крыльев выполнен с возможностью перехода между вертикальной конфигурацией крыла в режиме висения и горизонтальной конфигурацией крыла в режиме горизонтального полета.

2. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, в котором каждый из набора крыльев переднего оперения и набора основных крыльев прикреплен с возможностью поворота к фюзеляжу.

3. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, в котором по меньшей мере один из набора основных крыльев и набора крыльев переднего оперения является крылом с отрицательным поперечным V.

4. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, в котором каждый из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах и указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах содержит регулируемое тяговое сопло, выполненное с возможностью независимого управления.

5. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, в котором каждое из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах и указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах равномерно распределено по размаху набора основных крыльев или крыльев переднего оперения.

6. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, в котором указанные один или более генераторов включают в себя первый генератор, функционально соединенный с:

(1) двумя вентиляторами из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, каждый из которых размещен на противоположных сторонах фюзеляжа; и

(2) двумя вентиляторами из указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, каждый из которых размещен на противоположных сторонах фюзеляжа.

7. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 6, в котором указанные один или более генераторов включают в себя первый генератор и второй генератор, при этом второй генератор функционально соединен с:

(1) двумя вентиляторами из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, каждый из которых размещен на противоположных сторонах фюзеляжа; и

(2) двумя вентиляторами из указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, каждый из которых размещен на противоположных сторонах фюзеляжа.

8. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 7, в котором указанные один или более генераторов включают в себя первый генератор, второй генератор и третий генератор, при этом третий генератор функционально соединен с:

(1) двумя вентиляторами из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, каждый из которых размещен на противоположных сторонах фюзеляжа; и

(2) двумя вентиляторами из указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, каждый из которых размещен на противоположных сторонах фюзеляжа.

9. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, также содержащее редуктор, причем указанный двигатель и каждый из указанных одного или более генераторов функционально соединены с редуктором без промежуточного приводного вала.

10. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, в котором каждый из указанного первого и указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах содержит канальную камеру, в которой размещен тяговый узел, причем канальная камера имеет верхнюю переднюю кромку с одной или более щелями для воздушного потока для направления воздушного потока через верхнюю переднюю кромку и в канальную камеру.

11. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 10, в котором каждый тяговый узел содержит

(1) вентилятор, имеющий множество лопастей вентилятора, и

(2) механизм регулировки шага, выполненный с возможностью регулировки шага каждого из указанного множества лопастей вентилятора.

12. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 11, в котором каждый из указанного множества лопастей вентилятора содержит рычаг управления шагом, при этом рычаг управления шагом соединен с конусом управления шагом с преобразованием, причем конус управления шагом с преобразованием выполнен с возможностью поперечного перемещения, перпендикулярно относительно плоскости, заданной вращением вентилятора, с приведением в действие каждого рычага управления шагом.

13. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, также содержащее блок управления полетом для обнаружения того, что первый вентиляторный электродвигатель первого встроенного вентилятора в кольцевом канале не синхронизирован со вторым вентиляторным электродвигателем второго встроенного вентилятора в кольцевом канале с использованием метода определения крутящего момента или посредством сравнения по меньшей мере одного из фазы или формы волны сигнала напряжения и сигнала тока.

14. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, также содержащее блок управления полетом для обеспечения обратной связи прямого действия, относящейся к рабочему параметру по меньшей мере одного из указанного первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах или указанного второго множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах, в контроллер генератора, функционально соединенный с одним или более из указанных одного или более генераторов.

15. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, в котором каждый вентиляторный электродвигатель выполнен с возможностью работы с постоянной частотой вращения двигателя во время перехода между указанным режимом висения и указанным режимом горизонтального полета.

16. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, в котором каждый вентиляторный электродвигатель и каждый из указанных одного или более генераторов выполнен с возможностью работы с постоянным числом оборотов в минуту во время перехода между указанным режимом висения и указанным режимом горизонтального полета.

17. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, в котором каждый вентиляторный электродвигатель выполнен с возможностью работы при постоянной частоте во время перехода между указанным режимом висения и указанным режимом горизонтального полета.

18. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, в котором обеспечена возможность подачи электроэнергии, вырабатываемой указанным одним или более генераторами, на первое множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах и второе множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах без преобразования или инвертирования указанной электроэнергии.

19. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, в котором обеспечена возможность фильтрации электрической энергии, вырабатываемой указанным одним или более генераторами, для удаления шума и ее подачи на первое множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах и второе множество встроенных вентиляторов в кольцевых каналах посредством литцендрата или металлической трубки, имеющей переменный диаметр.

20. Воздушное транспортное средство вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой по п. 1, в котором набор основных крыльев является модульным таким образом, что один или более из первого множества встроенных вентиляторов в кольцевых каналах представляет собой модуль вентиляторов в кольцевых каналах, выполненный с возможностью съемного соединения с соседним встроенным вентилятором в кольцевом канале.