[发明专利]轻体飞行器的推进系统

说明书

本发明涉及轻体飞行器的推进系统领域，特别涉及提供操纵及推力矢量控制的推进系统。

硬式和软式轻体飞行器的主要问题之一是在进机库时其位置保持和操纵能力有限，特别在侧风很大时更是如此。这主要是因为它们的模载面积很大，使飞行器变成“风向标”并随风“波动”。如果有阵风或存在上升风或下吸风时，其飞行器尤难控制。业已证明，进机库是轻体飞行器飞行中最困难的一部分。

过去，采用可逆式螺旋桨进行刹车及提供控制方向的差动推力，但已证明其效果勉强。函道风扇或螺旋桨形式的侧向推进器较为有效，但仅专用于进机库和“起飞”，并使飞行器明显增重。其例子可见S.O.Spurrier的专利“航空运输系统”(美国专利号1876153)以及V.H.Pavlecks的专利“飞艇控制推进器”(美国专利号4402475)。为了提供在起飞时的额外升力，也曾采用过专用垂直升力螺旋桨；然而，同样遇到了增重问题。其实例可见A.Rees的专利“航空器”(美国专利号1677888)和W.R.Smith的专利“轻体飞行器”(美国专利号5026003)。

另一个方法是采用可以从对准飞行器纵轴线的位置转向垂直位置的函道和非函道螺旋桨。在产生向上或向下的推力时，该系统并不产生侧向推力。另一个缺点是，如果函道风扇安装在货舱或吊舱上，产生向下推力时，从其中排出的废气会冲击气囊，除非将它们安装在非常长的外挂梁上。而且，如果其飞行器很大，其函道风扇和动力装置也必然很大以提供足够的巡航速度。如果动力装置与函道风扇构成一整体，就会带来结构重量问题，因为支撑和转动函道风扇与动力装置组合构件的机会变得非常之大。

软式轻体飞行器有三种常见类型：一个单一充气囊的；几个气囊串联在一起的；多个气囊装于一个软式蒙皮的。涉及这类软式飞行器的一个特殊问题是其推力组件必须置于吊舱上，因为气囊内没有硬式结构。由于吊舱是悬吊在飞行器底部，推进系统产生的任何操纵力都不通过飞行器压力中心起作用，从而降低了效率。对于由一个气动外罩包裹着许多气囊，而且内部结构决定其飞行器形状的硬式飞艇，情况一般也是如此。虽然推进系统可以装于硬式结构的任何部位，但为了便于接近等原因，最经常地是把它们安装于或接近于飞行器底部。因此，需要的是一种能解决所有操纵问题而同时导致飞行器增重最小的推进系统。

US 5,096,141公开了一种轻体飞行器的推进系统，飞行器具有纵轴线、水平轴线和垂直轴线，上述推进系统包含：一根具有纵轴线以及第一端和第二端的外挂梁；一个安装在上述外挂梁第二端的推力产生组件；上述推力产生组件在一个垂直于上述外挂梁纵轴线的平面内绕转动轴转动，在垂直于外挂梁纵轴线的平面内，上述推力产生组件至少可转动正负90°；一个与上述推力产生组件连接并向其提供动力的装置组件；和使上述组件绕上述转轴转动的装置。但是操纵能力还需改进。

因此，本发明的目的是提供有增强操纵能力的一种轻体飞行器用的推进系统。

为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种轻体飞行器的推进系统，飞行器具有纵轴线、水平轴线和垂直轴线，上述推进系统包含：一根具有纵轴线以及第一端和第二端的外挂梁；一个安装在上述外挂梁第二端的推力产生组件；上述推力产生组件在一个垂直于上述外挂梁纵轴线的平面内绕转动轴转动，在垂直于外挂梁纵轴线的平面内，上述推力产生组件至少可转动正负90°；一个与上述推力产生组件连接并向其提供动力的动力装置组件；和使上述组件绕上述转轴转动的装置，其特征在于所述的系统还包括使上述外挂梁绕上述第一端转动的装置，使所述的外挂梁在一个垂直于飞行器纵轴线的垂直平面内绕上述第一端向上或向下转动。

本发明为具有纵轴线、水平轴线和垂直轴线的硬式或软式轻体飞行器的推进系统。在软式飞行器中，货舱和飞行控制台悬吊于气囊之下因而称为吊舱。在硬式飞行器中，这类结构可构成一体，无须悬吊。然而，为便于讨论，把货舱和飞行控制台称为“载货结构”。具体地说，在垂直轴线的两侧有数目相同的多个推进系统。每个推进系统包含一个推力产生组件，此组件可以是风扇、函道风扇、螺旋桨或函道螺旋桨。但是，从安全角度考虑，优选函道风扇或螺旋桨，因为一旦桨叶破断，函道壁可防止桨叶割裂气囊。推力组件也可以是一台涡轮风扇发动机；然而，由于这类飞行器巡航速度极低，小于161公里/小时，又要求高的燃油效率，故不常使用涡轮风扇发动机。