ЦЕНТРАЛЬНАЯ ПАНЕЛЬ КРЫЛА ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И СПОСОБ ДЛЯ ЕЕ УПРАВЛЕНИЯ

Область техники

Изобретение относится, в целом, к центральной панели крыла для летательного аппарата. Одним конкретным использованием такой центральной панели крыла является установка крыльев на гибридное транспортное средство для воздушной и наземной транспортировки.

Уровень техники

Транспортные средства для наземной транспортировки (например, автомобили) и для воздушной транспортировки (например, самолеты) существуют многие годы. В самые последние годы нарастающее усилие было направлено на разработку другой категории транспортных средств, которая является гибридным транспортным средством, которое полностью совместимо с воздушным и обычным наземным использованием одновременно.

Одним таким гибридным транспортным средством является "Terrafugia Transition", описанное в WO 2007/114877 (далее - WO'877). WO'877 раскрывает транспортное средство, которое является и автомобилем, а также и двухместным самолетом, оборудованным четырехколесным шасси и складными крыльями. Мощность двигателя на земле передается передней оси, колеса управляются посредством традиционного рулевого колеса, в то время как в воздухе двигатель вращает винт, расположенный в задней части фюзеляжа транспортного средства. Транспортное средство оборудуется компактными корневыми частями крыла, которые жестко соединяются с фюзеляжем с обеих сторон транспортного средства, и к которым крылья присоединяются через первый шарнирный механизм. Первый шарнирный механизм предоставляет возможность вертикального складывания крыльев. Ось вращения для первого шарнирного механизма параллельна продольной оси транспортного средства (т.е., продольной оси кузова). Крылья включают в себя второй шарнирный механизм на полпути наружу на крыле, предоставляя возможность складывания внешней половины крыла вниз. Ось вращения для второго шарнирного механизма также параллельна продольной оси транспортного средства.

"AeroMobil" является другим гибридным транспортным средством, описанным в WO 2013/032409 (далее - WO'409). WO'409 также раскрывает гибридное транспортное средство, причем это транспортное средство имеет простую конструкцию с поперечной балкой для своей центральной панели крыла с единственной степенью свободы за счет двух перпендикулярных осей вращения на обоих концах панели. Центральная панель крыла предоставляет возможность уборки крыльев относительно осей вращения.

Как "Terrafugia Transition", так и "Aerombil" имеют механизмы, которые предоставляют возможность складывания крыльев, но ни один механизм не способен управлять другими функциями крыла, например, регулировать угол атаки, регулировать элероны и т.д. Следовательно, требуются отдельные независимые системы или механизмы, которые зачастую могут увеличивать сложность, стоимость и вес транспортного средства.

Решение этих проблем предоставляет центральную панель крыла (т.е., монтажную конструкцию крыла), сконфигурированную для монтажа крыльев, трансформации (т.е., перемещения между рабочими позициями) и изменения угла атаки.

Сущность изобретения

В первом аспекте центральная панель крыла для летательного аппарата, содержащего кузов и крылья, расположенные на каждой стороне кузова, центральная панель крыла, содержит: несущую конструкцию для соединения с кузовом, так, чтобы быть по существу выровненной с его продольной осью; передний поперечный элемент, установленный в передней части несущей конструкции, и задний поперечный элемент, установленный в задней части несущей конструкции, при этом передний и задний поперечные элементы, каждый, имеют по существу горизонтальную ось вращения, перпендикулярную продольной оси кузова; несущий элемент крыла, соединенный с передним поперечным элементом и вращаемый вокруг оси вращения переднего поперечного элемента, несущий элемент крыла снабжается поворотными соединителями крыла, посредством которых передняя часть каждого крыла соединяется с несущим элементом крыла, каждое крыло является поворачиваемым вокруг по существу вертикальной оси соответствующего соединителя между первой позицией крыла, в которой крыло проходит по существу горизонтально от кузова, и второй позицией крыла, в которой крыло лежит по существу горизонтально параллельно продольной оси кузова; элемент блокировки крыла, соединенный с задним поперечным элементом, элемент блокировки крыла является подвижным посредством вращения вокруг заднего поперечного элемента между заблокированной позицией, в которой блокирующие сегменты на элементе блокировки крыла сцепляются с соответствующими блокирующими сегментами в задней части каждого крыла, так, чтобы препятствовать перемещению крыла из первой позиции крыла во вторую позицию крыла, и разомкнутой позицией, в которой блокирующие сегменты отцепляются от соответствующих блокирующих сегментов, так, чтобы предоставлять возможность перемещения крыла между первой позицией крыла и второй позицией крыла; и актуатор для вращения несущей конструкции вокруг оси вращения переднего поперечного элемента с тем, чтобы регулировать угол установки крыльев, когда находятся в первой позиции крыла.

Во втором аспекте летательный аппарат содержит кузов и крылья, расположенные на каждой стороне кузова, крылья устанавливаются на кузов посредством центральной панели крыла первого аспекта; и гибридное транспортное средство для наземной и воздушной перевозки содержит: кузов, кабину, хвост, множество колес, включающих в себя управляемые колеса и ведомые колеса, двигатель, винт и крылья, расположенные на каждой стороне кузова, крылья устанавливаются на кузов посредством центральной панели крыла первого аспекта.

В третьем аспекте способ эксплуатации транспортного средства второго аспекта, в котором крылья первоначально находятся в первой позиции крыльев, содержит: поворот элемента блокировки крыла из заблокированной позиции в разблокированную позицию; поворот каждого крыла относительно своего соответствующего поворотного соединителя крыла между первой позицией крыла и второй позицией крыла; приведение в действие актуатора с тем, чтобы наклонять конструкцию, в то время как крылья перемещаются между первой и второй позициями крыла.

В четвертом аспекте способ эксплуатации транспортного средства второго аспекта, в котором крылья первоначально находятся во второй позиции крыла, содержит: поворот каждого крыла относительно своего соответствующего поворотного соединителя крыла между второй позицией крыла и первой позицией крыла; приведение в действие актуатора с тем, чтобы наклонять конструкцию, в то время как крылья перемещаются между второй и первой позициями крыла; и поворот элемента блокировки крыла из разблокированной позиции в заблокированную позицию.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи иллюстрируют варианты осуществления центральной панели крыла и способов эксплуатации. На чертежах:

Фиг. 1 - вид в перспективе сбоку для одного варианта осуществления гибридного транспортного средства, сконфигурированного для воздушной эксплуатации.

Фиг. 2 - вид в перспективе сбоку гибридного транспортного средства, сконфигурированного для наземной эксплуатации.

Фиг. 3 - вид сбоку гибридного транспортного средства, сконфигурированного для воздушной эксплуатации, показывающий фрагмент одного варианта осуществления центральной панели крыла.

Фиг. 4 - фрагмент одного варианта осуществления центральной панели крыла.

Фиг. 5 - фрагмент одного варианта осуществления центральной панели крыла.

Фиг. 6 - фрагмент одного варианта осуществления центральной панели крыла.

Фиг. 7 - фрагмент одного варианта осуществления центральной панели крыла.

Фиг. 8 - фрагмент одного варианта осуществления центральной панели крыла.

Теперь будет выполнена ссылка в деталях на неограничивающие примерные варианты осуществления, иллюстрированные на прилагаемых чертежах. По возможности, одинаковые номера ссылок будут использоваться повсюду на чертежах, чтобы ссылаться на одни и те же или аналогичные части.

Примеры вариантов осуществления изобретения

Фиг. 1 и 2 показывают гибридное транспортное средство 100, согласно одному примерному варианту осуществления, сконфигурированное для воздушной эксплуатации и наземной эксплуатации, соответственно. Транспортное средство 100 конфигурируется для воздушной эксплуатации, по меньшей мере, во время полета, рулежки, взлета и приземления. Конфигурация транспортного средства 100 может быть преобразована с воздушной эксплуатации на наземную эксплуатацию или наоборот во время нахождения на земле. Транспортное средство 100 конфигурируется для наземной эксплуатации во время движения на земле, например, движения по шоссе.

Транспортное средство 100 содержит кузов 110, кабину 120, множество убираемых крыльев 130 (первое крыло 301 и второе крыло 302), хвост 140, винт 150 и колеса, которые могут включать в себя множество передних колес 161 и задних колес 162. Транспортное средство 100 также имеет шасси и двигатель 170, содержащийся в кузове 110, сконфигурированный, чтобы приводить в движение винт 150 (во время воздушной эксплуатации) или передние колеса 161 или задние колеса 162 (во время наземной эксплуатации).

Как показано на фиг. 1 и 2, убираемые крылья 130 включают в себя элерон 131 на каждом крыле 130. Каждый элерон 131 соединяется с задней кромкой соответствующего крыла 130 посредством петли. Элероны 131 используются, чтобы управлять наклоном транспортного средства 100 вокруг его продольной оси во время полета обычным образом. Хвост 140 включает в себя руль 141 высоты на каждой стороне хвоста 140. Рули 141 высоты присоединяются к задней кромке каждой хвостовой секции 110 посредством петли. Рули 141 высоты используются, чтобы управлять наклоном транспортного средства 100 относительно поперечной оси во время полета обычным образом.

Транспортное средство 100 дополнительно включает в себя центральную панель 300 крыла, как показано на фиг. 3-8. На фиг. 3-8 только первое крыло 301 или второе крыло 302 показано на каждом чертеже, чтобы предоставлять возможность лучшей иллюстрации других компонентов. Понятно, что хотя оба крыла не показаны на каждом чертеже, предполагается, что все аспекты, которые описаны в данном документе, касающиеся какого бы то ни было крыла, которое показывается, также применяются к другому непоказанному крылу.

Центральная панель 300 крыла позиционируется в кузове 110 транспортного средства 100 так, чтобы быть по существу выровненной с его продольной осью, например, как показано на фиг. 3. Центральная панель 300 крыла соединяется с крыльями 130 и несущей рамной конструкцией (не показана) транспортного средства 100, которая может содержаться в кузове 110. Центральная панель 300 крыла может быть сконфигурирована, чтобы предоставлять возможность регулирования крыльев 130 относительно множества осей.

Фиг. 4 показывает примерный вариант осуществления центральной панели 300 крыла. Центральная панель 300 крыла имеет переднюю секцию 310 рамы, включающую в себя передний поперечный элемент и несущий элемент крыла, и заднюю секцию 320 рамы, включающую в себя задний поперечный элемент и элемент блокировки крыла, которые соединяются посредством одной или более траверс 330. Передняя секция 310 рамы и задняя секция 320 рамы, как показано на фиг. 4-6, имеют множество вертикальных, горизонтальных и диагональных взаимосвязанных элементов.

Как показано на фиг. 4, передняя секция 310 рамы поворотно соединена с передними частями первого крыла 301 и второго крыла 302 (не показано на фиг. 4) посредством шарнирных соединителей крыла. Передняя секция 310 рамы имеет пару шарнирных механизмов 311 и 312, вертикально ориентированных и расположенных на противоположных концах. Первая вертикальная ось 321 и вторая вертикальная ось 322 формируются посредством шарнирных механизмов 311 и 312. Первое крыло 301 и второе крыло 302 конфигурируются, чтобы поворачиваться вокруг первой вертикальной оси 321 и второй вертикальной оси 322. Передняя секция 310 рамы включает в себя стопоры 323 и 324, которые проходят по направлению к переднему фрагменту первого крыла 301 и второго крыла 302, как показано на фиг. 4. Стопоры 323 и 324 конфигурируются, чтобы ограничивать поворот первого крыла 301 и второго крыла 302 за пределы параллели в переднем направлении (т.е., выдвинутой позиции). Поворот первого крыла 301 и второго крыла 302 вокруг первой вертикальной оси 321 и второй вертикальной оси 322 является частью перехода между режимом воздушной эксплуатации (см. фиг. 1) и режимом наземной эксплуатации (см. фиг. 2) для транспортного средства 100.

Первое крыло 301 и второе крыло 302 конфигурируются, чтобы поворачиваться вокруг первой вертикальной оси 321 и второй вертикальной оси 322 посредством одного или более приводных механизмов. Например, центральная панель 300 крыла включает в себя первый актуатор 341, соединенный с передней секцией 310 рамы и сцепленный с первым крылом 301, как показано на фиг. 4. Первый актуатор 341 конфигурируется, чтобы выдвигаться или убираться, вызывая поворот первого крыла 301 вокруг первой вертикальной оси 321. Центральная панель 300 крыла включает в себя второй актуатор 342 (не показан), соединенный с первой секцией 310 рамы и сцепленный со вторым крылом 302 (не показан), сконфигурированный, чтобы вызывать поворот второго крыла 302 вокруг второй вертикальной оси 322.

Первая секция 310 рамы поворотно соединяется с несущей рамной конструкцией транспортного средства 100. Например, нижний элемент, определяющий передний поперечный элемент 313 первой секции 310 рамы может быть соединен с несущей рамной конструкцией транспортного средства 100, так что формируется первая горизонтальная ось 314, по существу параллельная элементу 313. Центральная панель 300 крыла конфигурируется, чтобы поворачиваться вокруг первой горизонтальной оси 314, как показано на фиг. 4.

Центральная панель 300 крыла поворачивается вокруг первой горизонтальной оси 314 посредством одного или более приводных механизмов. Например, центральная панель 300 крыла может включать в себя третий актуатор 343, соединенный с центральной панелью 300 крыла на одном конце и соединенный с несущей рамной конструкцией (не показана) транспортного средства 100. Как показано на фиг. 4, третий актуатор 343 соединяется с нижним фрагментом задней секции 320 рамы. Предполагается, что в других вариантах осуществления дополнительные актуаторы могут быть использованы, чтобы приводить во вращение центральную панель 300 крыла вокруг первой горизонтальной оси 314.

Фиг. 5 показывает третий актуатор 343, по меньшей мере, частично выдвинутый так, что первое крыло 301 является по существу горизонтальным. На фиг. 6 третий актуатор 343 убирается, вынуждая центральную панель 300 крыла поворачиваться вокруг первой горизонтальной оси 314 на угол β. Угол β может составлять, например, около 0-15 градусов. Фиг. 7 показывает поворот центральной панели 300 крыла вокруг первой центральной оси 314 посредством третьего актуатора 343 (не показан), который предоставляет возможность регулирования угла установки крыльев относительно горизонтали на угол α. Угол α может составлять, например, около 0-15 градусов и может соответствовать углу β. Угол α представляет угол атаки для крыльев транспортного средства 100 в полете. Следовательно, посредством третьего актуатора 343, водитель транспортного средства 100 способен регулировать угол установки крыла во время эксплуатации в воздухе. Как известно в области техники, регулировка угла атаки является полезной, поскольку угол атаки влияет на величину подъема, создаваемую посредством крыльев. Для взлета и приземления полезно увеличивать угол установки крыла, чтобы увеличивать угол атаки и увеличивать подъем при низких скоростях. Увеличивая подъем, расстояние, необходимое для взлета, уменьшается, предоставляя возможность использования более коротких взлетно-посадочных полос, и аналогично расстояние, необходимое для приземления, также может быть уменьшено. Находясь в воздухе (например, не приземляясь или взлетая), угол установки может быть уменьшен, чтобы уменьшать лобовое сопротивление и увеличивать воздушную скорость во время полета на обычных высотах.

Центральная панель 300 крыла также конфигурируется так, что первое крыло 301 и второе крыло 302 поворачиваются вокруг первой вертикальной оси 321 и второй вертикальной оси 322, в то время как центральная панель 300 крыла поворачивается или была повернута вокруг первой горизонтальной оси 314. Эти две отдельные оси вращения могут предоставлять возможность внешним концам первого крыла 301 и второго крыла 302 подниматься выше хвоста 140 во время перехода между режимом воздушной эксплуатации и режимом наземной эксплуатации. Например, как показано на фиг. 3, если крылья 130 убираются назад и остаются по существу параллельны земле, они будут ударять хвост 140, если они не являются достаточно короткими. Однако, центральная панель 300 крыла предоставляет возможность подъема крыльев 130 выше хвоста 140 при убирании или разворачивании, чтобы избегать столкновения.

Как показано на фиг. 4, задняя секция 320 рамы соединяется с первым крылом 301 и вторым крылом 302 (не показано). Задняя секция 320 рамы поворотным разъемным образом соединяется с первым крылом 301 и вторым крылом 302 посредством шарнирного соединения 325. Шарнирные соединения 325 содержат шар, присоединенный к элементу задней секции 320 рамы, и "U"-образный карман, сконфигурированный, чтобы принимать шар, шар и углубление определяют блокирующие сегменты. Шарнирные соединения 325 конфигурируются, чтобы ограничивать перемещение первого крыла 301 и второго крыла 302, как показано на фиг. 4. Например, первое крыло 301 может ограничиваться от поворота вокруг первой вертикальной оси 321, когда задняя секция 320 рамы соединяется с первым крылом 301 посредством шарнирного соединения 325. Предполагается, что другие поворотные разъемные соединения могут быть использованы.

Как показано на фиг. 4 и 8, задняя секция 320 рамы конфигурируется, чтобы поворачиваться вокруг второй горизонтальной оси 315, расположенной в нижнем фрагменте задней секции 320 рамы. Вторая горизонтальная ось 315 проходит по существу параллельно по длине задней секции 320 рамы. Задняя секция 320 рамы может быть сконфигурирована, чтобы поворачиваться на угол γ вокруг второй горизонтальной оси 315. Угол γ может составлять, например, между приблизительно 0 и 80 градусами. Поворот задней секции 320 рамы вокруг второй горизонтальной оси 315 опускает заднюю секцию 320 рамы ниже нижней поверхности первого крыла 301 и второго крыла 302 (не показано), так что, когда первое крыло 301 и второе крыло 302 поворачиваются по направлению друг к другу вокруг первой вертикальной оси 321 и второй вертикальной оси 322, первое крыло 301 и второе крыло 302 убираются (например, при переходе к наземному режиму) поверх задней секции 320 рамы. Согласно примерному варианту осуществления один или более приводных механизмов конфигурируются, чтобы поворачивать заднюю секцию 320 рамы вокруг второй горизонтальной оси 315. Например, четвертый актуатор 344, как показано на фиг. 4, конфигурируется, чтобы выдвигаться и убираться, чтобы вызывать поворот задней секции 320 рамы. Четвертый актуатор 344 соединяется на одном конце с верхним элементом задней секции 320 рамы, в то время как другой конец соединяется с несущей рамной конструкцией (не показана).

Как показано на фиг. 4, третья горизонтальная ось 316 проходит по длине первого крыла 301 и второго крыла 302. Первое крыло 301 конфигурируется так, что один или более элеронов 131 и закрылков конфигурируются, чтобы поворачиваться вокруг третьей горизонтальной оси 316, так что элероны и закрылки складываются поверх верхнего переднего фрагмента первого крыла 301, тем самым, уменьшая глубину первого крыла 301. Второе крыло 302 конструируется эквивалентным образом. Уменьшение глубины первого крыла 301 и второго крыла 302 предоставляет возможность уменьшать ширину крыльев 130, когда они убраны для режима наземной эксплуатации. Элероны 131 и закрылки конфигурируются, чтобы поворачиваться вокруг третьей горизонтальной оси 316 посредством одного или более приводных механизмов. Например, пятый актуатор 345 конфигурируется, чтобы поворачивать элероны 131 и закрылки вокруг третьей горизонтальной оси 316 первого крыла 301. Шестой актуатор 346 конфигурируется, чтобы поворачивать элероны 131 и закрылки вокруг третьей горизонтальной оси 316 второго крыла 302.

Актуаторы, описанные в данном документе, могут быть электрическими, гидравлическими, пневматическими или другим источником, известным в области техники. Также предполагается, что другой механизм может быть использован, чтобы вызывать вращение вокруг вертикальной и горизонтальной оси, описанной в данном документе. Например, шестерни, рычаги, тросы и т.д. Транспортное средство 100 конфигурируется, чтобы задействовать каждый актуатор индивидуально и независимо, или два или более актуаторов могут быть синхронизированы в своей работе. Например, согласно одному примерному варианту осуществления, первый актуатор 341, второй актуатор 342 и третий актуатор 343 конфигурируются, чтобы работать одновременно в течение периода. В еще одном варианте осуществления, при переходе от режима воздушной эксплуатации к режиму наземной эксплуатации транспортное средство 100 конфигурируется, чтобы активировать четвертый актуатор 344, пятый актуатор 345 и шестой актуатор 346 перед активизацией первого актуатора 341, второго актуатора 342 и третьего актуатора 343. Наоборот, при переходе от режима наземной эксплуатации к режиму воздушной эксплуатации транспортное средство 100 конфигурируется, чтобы приводить в действие первый актуатор 341, второй актуатор 342 и третий актуатор 343 перед четвертым актуатором 344, пятым актуатором 345 и шестым актуатором 346.

Различные модификации и вариации могут быть выполнены в центральной панели крыла и способах, описанных в данном документе. В то же время в правильных позициях текста, возможно заменять термин "вращение" термином "оборот" или "полуоборот".