性能与气流优化后的摆线转子或推进器的制作方法

与其他申请的关系：本申请与编号为62/317588和62/396512的美国临时申请相关，并申请2016年4月3日提交的编号为62/317588美国临时专利申请日补贴。

1.发明领域

本发明与一种摆线转子或推进器相关，尤其是一种能够使叶片跟随各种非圆形轨道旋转的摆线转子或推进器。

2.对先前技术的说明

目前，人们越来越关注运用摆线转子的飞机所具备的潜力。大多数飞机在升力和推力方面有着不同的要求，具体取决于飞行阶段。尤其对于vtol和stol飞机来说，最好能拥有高升力-推力比以更好地起飞。摆线转子能够通过改变叶片旋转时的迎角来改变升力与推力比。编号为5,265,827和6,932,296的美国专利给出了先前技术的示例，该技术采用的是圆形轨道摆线转子。本作者提交的编号为8,540,485的美国专利所用摆线转子或推进器基本采用了非圆形叶片轨道。

对于采用先前技术具备圆形叶片轨道的摆线转子来说，在每次旋转过程中叶片产生期望的空气动力学效果的时长和所产生的空气动力学效果的类型受限于轨道的圆形几何形状以及仅有的两个动作幅度；围绕中心轴旋转和旋转叶片间距影响了摆线转子的效率。此外，虽然计算流体动力学(以下简称cfd)研究结果和我没什么关联，但该研究证明了圆形轨道是迄今为止空中转子所尝试的各种轨迹(大多数是椭圆形)中功率加载方面最差的轨道。尽管如此，其有限的效率通常高于螺旋式船用推进器的效率，但船用摆线推进器也是如此，不需要产生升力，只需要提供推力即可。

例如，它们沿着大部分轨迹会产生较大的力矢量分量，这些矢量分量垂直于抵消的推力方向，但生成这些分量会浪费发动机功率。对于上述参考专利中通常采用非圆形叶片轨道的可变摆线转子先前技术来说，叶片动作幅度更大且能够跟随优化的非圆形轨迹，相对风向、迎角和叶片可选空间定位一同持续优化以达到最大效率或最大升力或最大前进速度或最无声运转。但在所述专利的实施例中，叶片能够通过由控制系统连续操作的恒定接合的线性促动器来跟随大体上非圆形轨迹，以改变与旋转轴线的径向距离，从而塑造叶片轨迹或跟随对应于轨道形状的固定非圆形轨道。

在这些专利中，线性促动器的持续操作会消耗其使用寿命，需要定期预定的维护和更换。即使在操作状态不变的情况下，持续不间断地依赖计算机控制系统来控制转子工作的方方面面也是不可取的，因为这样会增加软件故障、计算机硬件或制动器故障或由于例如闪电的电磁脉冲或电子干扰等因素导致的中断造成转子故障的可能性。相应地，在上述某专利中，叶片在沿着转动臂呈辐射状移动时会遵循固定的非圆形引导轨道，但不依赖计算机控制的线性促动器，该专利会让操作变得更加可靠及更加简易，但由于飞行状态和条件各异，转子最好能够使用多个对应不同轨道的非圆形轨道形状而且更够在轨道位形之间转移并根据飞行状态和条件改变迎角。

同样的，在我们的上述参考专利中的上述实施例所用轨道上的滚子是装在叶片上的，因此叶片定位于沿轨道的适当叶片间距。如果我们有多个轨迹轨道形状，很明显将需要多个此类叶片间距轨道形状。此外，对于每个轨迹轨道形状来说，不同的飞行状态可能需要不止一个叶片间距轨道形状。对于需要注意的是，对于对称的轨道以及叶片数为偶数的椭圆形等叶片轨道，每个叶片将由相对叶片保持平衡，但对于非对称轨迹和/或奇数个叶片来说，已知的平衡装置，比如同说美国专利no.8,540,485和/或申请专利wo2014037948a1中描述的装置相类似的装置，可用于保持转子或推进器平衡。

此外，需要注意的是，由于在操作转子或推进器中的叶片周围气流较为复杂且沿着轨道变化幅度很大，我们可以合理地推断出对于任何给定时刻的轨道运行叶片来说，存在一个最佳的叶片横截面形状。如果刀片或其相关部分(例如后缘相邻部分)是灵活的或存在可转动的后缘襟翼，则可以通过为叶片提供安装在至少一个对应于所需弯曲或转动状态的形状专用轨道上的下属装置来实现叶片的弯曲和/或所述后缘襟翼的转动。然而，对于更复杂的叶片弯曲及因此造成的横截面形状变化，可能需要不止一个这样的轨道。当然，对于不同的每分钟转速，飞行状态或条件、弯曲或转弯状态有所不同，因此需要转换到叶片弯曲或后缘转弯控制轨道的不同轨道形状。

总而言之，以下每一个任务可能都需要具备一种以上的轨道形状以及能够在所述形状之间转换的专用轨道；以控制叶片轨道轨迹、其间距变换状态以及其横截面形状变化状态。后者可能需要多个专用轨道。需要注意的是，本发明的转子或推进器的设计方案可能有多种组合，比如用于叶片轨迹联合控制的形状变化独立于基于叶片间距变化的每个叶片制动器，以及制动叶片横截面弯曲或形状变化轨迹符合叶片间距变化、叶片横截面弯曲的固定细长叶片轨迹定位轨道以及其他类似组合。另外应该注意的是，所提到的轨道不一定是为有滚轮或轮子的刀架而设计；目的可能是在所述托架上使用多孔或穿孔气垫或利用空气润滑的其它已知垫操作。

类似的设计方案可用于在水介质中操作的叶片托架，包括强制水流进入所述托架的相关表面和轨道之间的间隙和/或沿轨道表面的所述托架滑行。或者对于空中转子来说，这些轨道可作为磁悬浮轨道使用，其合适种类的磁体位于轨道上并且可组装成hallbach阵列或轨道本身被适当地磁化，而导电布线或线圈，比如由重量极轻且无腐蚀的石墨烯线制成，以预定模式固定在每个刀片上的预定位置上以引起它们当中电流磁体的磁场感应，其会产生发源于磁铁而与磁场相互作用的磁场并产生悬浮效应-这是一种已知的技术。

磁悬浮轨道不连续地由单个或成组的磁性元件组成，其中磁性元件可以成为支点，以便能够倾斜并朝向每个叶片并在叶片经过时再次转向它。所述磁性元件还可以具备位置可调节性，从而包含具有形状可变性的非连续轨道。此外，沿着所述磁轨安装并按顺序激活的磁体可以用于叶片推进，从而具有可独立控制的线性速度并且不依赖于与轴的径向距离，这是一项已知技术。很明显，同现有的圆形轨道摆线推进器和转子(没有这些特性)相比，提供与沿着轨道的优化叶片桨距状态相结合的叶片轨迹已优化推进器或转子以及有选择性优化的叶片横截面可变性状态能够提升转子或推进器的性能和效率。而与目前占主导地位的螺旋式推进器和转子相比更是如此。

然而，控制推进器或转子内及其附近的气流将更大程度上提高性能和效率。众所周知，摆线式空中转子在工作时可能会受到阵风的干扰。此外，正如上面引用的cfd研究所证明的，而本人不受其结果的约束，具有水平伸长的叶片轨迹的摆线转子将受到水平迎面相对气流特别不利的影响，会扰乱转子内部存在的复杂气流模式，并使此类转子内部变得高度不稳定以及气流模式变得十分混乱，进而大大降低了它的动力载荷和升力，并会造成旋翼飞行器不稳定。为了防止升力下降以及/或旋翼飞行器不稳定，可以通过整流罩屏蔽或部分或完全地封闭转子，其可控制的进气口位于外壳顶部，而下冲气流出口在外壳底部。可以通过为转子提供内部和/或外部气流导向叶轮来控制气流，所述导流叶轮还可以具有改变其横截面和/或翼展方向形状、尺寸以及位置和2或3维空间方位的能力。

在适当的情况下，所述叶片可以根据其工作介质分别造成翼型或水翼形，以便提供与周围气流相互作用的升力或推力，并根据需要重新引导气流。在其他方面，使叶片横截面可动往往会降低其横向刚度。通过向离心力提供抗衡力可以补偿降低的刚度，而离心力通常是作用在空中摆线转子叶片上的最大力，比如在叶片的中跨处。所述抗衡力可以通过以下方式获得：比如，将与叶片的径向位置长度一致的预定的且可变的绳索或皮带从从轴上的微型(或适当的)卷轴延伸到叶片；或者将具有叶片支持的滑架沿其移动的轨道延长，可能不需要沿着整个周长延伸，但必须延伸到离心力最大的位置。当然，所述轨道形状也需要根据叶片轨迹轨道形状的改变而改变，并且还需要重新定位以保持其自身与叶片轨迹轨道之间所需的距离。这种轨道可适用于机械从动装置，比如辊子或气垫或滑水垫，主要取决于操作介质。或者，该轨道也可以作为上述类型装置的磁悬浮，允许与叶片之间实现最简单的相互作用，避免与叶片之间的任何机械接触，以及在叶片进入、穿过和离开该轨道长度时发生的任何机械撞击效果。

如果用于改变叶片间距的固定形状或弯曲轨道沿着叶片轨迹运行，它们的长度和相应的重量可能会很明显。为了使用较小的间距控制轨道，就需要在这种更小轨道到叶片之间提供操作连杆。由于叶片轨迹以及其到所述的间距轨道之间的距离可能不同，所以可以通过将间距轨道形状的可变性(如轨道运动从动装置中遇到的情况)变成连杆的转动运动，来解决这个问题；连杆通过锥齿轮装置转动叶片，从而改变他们的间距。这种连杆可以制成伸缩式，或与叶片的锥齿轮啮合的锥齿轮放置在沿着可转动连杆移动的滑架上，以适应由于叶片轨迹的非圆形和可变性而导致的叶片和所述间距轨道之间的距离变化。通过使用连杆上的高间距螺纹滚珠螺母，可以将从动装置遇到的间距轨道形状的变化转变为转动运动，从而使安装在从动装置上的螺纹杆的径向往复运动转变为连杆的转动运动。或者，具有齿条和小齿轮联轴器的设计将从动杆的径向往复运动转换成转动运动，然后通过使用连杆上的锥齿轮来转动叶片，从而改变其间距。另一种可能性——间距轨道通过安装在伸缩杆臂上的每个从动件在该从动件沿着间距轨道运动时转动该伸缩杆，来改变其外平面形状。

3.发明概述

本发明的目的之一是提供一种具有优化性能与气流的摆线转子，其中叶片可以跟随各种适用于多种操作状态的非圆形轨道运动，而不需要线性促动器的连续操作和计算机不断控制这些促动器来改变叶片轨道从而提高转子的可靠性。

本发明的另一个目的是提供一种具有优化性能与气流的转子，能够基于飞行员/操作员手动输入或控制系统决策，从可用的多个轨道中选择与所需叶片轨道相应的非圆形轨道，并且能够让叶片跟随上述轨道运动直至飞行员/操作员手动输入或控制系统决策触发叶片转换，从当前轨道转换至另一个相应的非圆形叶片轨道，以满足不同操作状态或条件的需求。

本发明的另一个目的是提供具有优化性能与气流的转子，可以从可用的多个所述轨道形状中选择对应于所需叶片间距状态的叶片间距轨道形状。

本发明的另一个目的是提供所述转子，使其能够从可用的多个所述轨道形状中选择对应于所需叶片横截面弯曲和/或后缘襟翼转动状态的至少一个叶片弯曲轨道形状。

本发明的另一个目的是通过提供内部和/或外部叶轮的方法在转子内部和/或其附近提供具有优化性能与气流的转子。该叶轮的空间定向、横截面和翼展形状以及其在2维或3维空间的位置均可调节。本发明的另一个目的是对作用在叶片上的离心力提供抗衡力，防止叶片弯曲和可能的故障。

本发明的另一个目的是提供用于转子的保护壳或外壳，使其免受迎面而来的气流影响并从而确保其在各种前进速度下的稳定运行。

4.图例简要说明

图ip(figip)是本发明的摆线推进器的一个实施例示意图。该摆线推进器配备有固定形状的椭圆形轨道，该椭圆形轨道可以预定角度绕其主轴旋转，以便将所述轨道投射到操作平面上。该操作平面用于决定实际的叶片轨迹，通常为两个主轴之间的不同比率椭圆，并从而比所述的固定椭圆轨道更优。

图1(fig.1)是本发明的摆线转子的一个实施例示意图。该摆线转子配备有径向线性促动器和弹性轨道，该弹性轨道包含位于枢轴连接表面之间的一层电流变流体。

图2(fig.2)是本发明的转子的简化正面示意图，其配备有一个用于控制叶片轨迹的可变形状轨道，另一个用于控制叶片间距变化的可变形状轨道和另一个用于控制叶片横截面弯曲状态的可变形状轨道。

图2b(fig.2b)是图2(fig.2)所示的本发明转子的简化侧视示意图。

图3a(fig.3a)是弯曲轨道的局部视图。该弯曲轨道包括本发明的摆线转子的另一个实施例。其中，所述的弯曲轨道具有安装在所述轨道段上的膨胀/收缩元件，允许通过适当顺序激活所述元件使轨道弯曲成所需叶片轨道形状当前需要的相应形状。

图3b(fig.3b)是本发明的摆线转子的另一个实施例的弯曲轨道的剖视图。其中所述轨道具有促动器，可以用来改变所述轨道的部分的长度以及用来弯曲所述部分，从而允许通过适当顺序激活所述促动器使轨道弯曲成所需叶片轨道形状当前需要的相应形状。

图3c(fig.3c)为使用沿着轨道楔形件移动来弯曲轨道的一种版本。

图4(fig.4)描绘了可调节凸轮结构的另一个实施例。该凸轮结构用于为叶片提供各种非圆形轨道选择，或者用于各种叶片间距方案选择；使用可轴向移动的凸轮轴，不同长度的横截面形状也不同，当转子转动时，凸轮轴带动连接到叶片的辊子在转子臂轴上径向移动。

图5(fig5)展示了用于抵消离心力对转子叶片作用的结构。

图5a(fig5a)展示了具有电磁叶片翼展支撑的转子

图6(fig6)展示了带有整流片和叶轮的转子。

图6a(fig6a)展示了具有倾斜细长轨迹的转子。

图7(fig7)展示了使用滚珠螺母、位于间距轨道和叶片之间的一个可转动、长度可变的可操作连接，该连接用来在叶片沿非圆形轨道运动时改变叶片间距。

图8(fig8)展示了位于平面外弯曲的间距轨道从动件与叶片之间的一个可转动、长度可变的可操作连接，该连接用来在叶片沿非圆形轨道运动时改变叶片间距。

5.优选实施例说明

我们将描述转子/推进器的一种类型，其中叶片轨迹的改变，通过改变固定形状的引导轨道在平面上(叶片滑架在该平面上运行)的投影以及可以改变叶片滑架在其上运行之轨道的实际形状的三种基本类型的转子或推进器，得以实现。相同的结构可用于改变叶片间距状态，即通过改变轨道的实际形状或改变其在叶片从动装置运行平面上的投影形状。另外同样地，相同的结构类型也可用于改变用于确定叶片横截面弯曲状态的轨道形状，如果相同的结构也用于转动可转动的后缘襟翼(如果存在的话)。应当注意的是，目前已知的用于灵活部件形状改变的装置(比如用于机器蛇形手臂、机器蛇和某些在人体内至少2维层面上可控地改变形状并移动的外科手术工具等的装置)也可以用来改变实际轨道或叶轮的形状。第一个实施例(图ip)将具有一个固定形状的椭圆轨道(ip)，其可转动地安装在其主轴的端点(2p)，并且将具有一个安装在推进器结构上并附接到所述固定轨道(ip)上的线性促动器(3p)，以用来转动所述固定形状的轨道。在转子(4p)的臂轴(5p)上，臂架(6p)将随着转子的转动径向滑动，而轨道架(7p)的安装则使其以椭圆轨道运动。轨道架通过球形接头(9p)附接在在可垂直移动的支架(8p)上。这类针对船用推进器的设计也可以改成在干燥环境中操作。若是在干燥环境中运行，支架6p、7p、8p和接头9p可以配备合适的已知的集中润滑系统，以提供润滑并去除多余的热量。作为船用推进器的替代方案，该设计也可以在水介质中运作，其中的支架可使用水润滑并同时通过水来冷却。在适当的情况下，不管是通过提供集中的润滑系统来保持支架在轨道上的运动还是为船用推进器在水介质中操作轨道直接，该设计都可以用于其他的可变形状轨道。

上述提及的一种可以改变形状的轨道类型将包括一个有弹性的灵活轨道，连接到其线性或其他类型的安装在转子固定结构上的促动器，该所述促动器的连接点彼此以预定间距放置在所述轨道上，以便能够将轨道弯曲成对应于所轨道形状需要的形状。然而，这种类型的优选实施例——以外部促动器改变叶片轨道形状——描述如下：

第二个实施例(图1)具有线性促动器(1)，安装在每个转子的臂轴(2)上，并且所述促动器配备有已知的锁定装置(未展示)用于在需要时连接到安装在转子臂轴的径向轨道(4)上的叶片滑架(3)，锁定装置也安装在该径向轨道上，且每个叶片滑架的安装也用于在一个活动轨道(5)上运动(图2b)，该活动轨道用于叶片的轨迹定位。同样地，叶片(图2)另外也可配有滑架来跟随用于改变叶片间距和/或横向弯曲叶片(7)的轨道(6)。本实施例(图3a)中所述的轨道由通过交枢连接(9)连接的区段(8)组成，该所述的交枢连接包含在轴(10)和包含所述交枢连接的支架(11)之间的电流变流体薄层(以下简称“erf”)。所述区段(8)由两个部分(12)组成，该两部分通过轴(13)连接并通过延伸弹簧(14)彼此吸引，弹簧分别附接到区段的两个部分(12)。上面运行有从动装置的可膨胀盖子(14a)安装在轨道组件的顶部和底部。轴(13)从区段前半部分的孔内插入并且在所述轴和所述孔的孔壁之间有一层薄的erf。具有erf的两个表面可以是压花的或粗糙的以便在施加电压和erf固化时增加粘附力。此外，对于上述提及的放置erf的区域，也可以采用导电表面，如涂层或导电材料(比如金属薄片或外壳)，可以放置在电绝缘衬垫上比如涂层或已知的绝缘材料。

这些轨道的第三种通用类型具有用于改变轨道形状的内部装置，例如内置在连接区段的铰链中的转动促动器。在该区段位置，所述转动促动器不可转动地连接到另一个区段，所述促动器的外壳就安装在该邻近区段上。这一类型的优选实施例(图3b)将包括一个弹性的扁平芯(15)，可以由弹簧钢制成或者为了轻便可以使用用于制作塑料弹簧的已知塑料制成。该扁平芯(15)的两个表面上将有凸起的连接杆，彼此之间距离预先设定，各个连接杆之间放置有线性促动器(16)。该促动器与连接杆相连，当促动器被激活时其可以向每个促动器两侧的连接杆施加外力。为了改变轨道长度以使其能够形成所需的各种需要的几何形状，这里将有数个连接处(17)，彼此间距预先设定，这些连接处由互相耦合的连接叉(18)组成，该连接叉具有已知类型的锁定结构。

另外，连接点也可以位于弯曲促动器翼展外的区域，并且通过专门的线性促动器根据需要延伸或收缩连接点的运行长度来使其可移动。若所述连接促动器未配备有内置锁定结构亦保持其运动轴在该促动器达到理想位置时处于适当位置，则这个连接点将需要一个已知的锁定结构来防止其意外膨胀或收缩。所述连接点也可设置成被动运动，即通过弹簧或其他适当的弹性元件迫使连接叉朝向彼此运动，并且一旦达到理想的轨道形状(无论是对于整个轨道还是轨道的给定部分)，随即已知类型的锁定结构将连接叉锁定在适当位置。

设计的另一种方法(图3c)将包括两个分别由两部分(8a)和(8b)构成的区段，区段之间有交枢连接，并且每个区段的两个部分之间均有可伸缩的连接。两个区段安装在两个轴上，中间有弹簧，连接方式与第二个实施例中的相似。线性促动器(19)将安装在枢轴的两侧，在适当情况下，该线性促动器将是微型的。其他用于改变两个相邻区段之间距离及其相对空间方向的装置(图3d)也可用来代替促动器。比如将由促动器(21)移动并通过连杆(22)连接的楔形物(20)，其中一个楔形物上带有锁定结构(未显示)以防止促动器故障，若发生故障该所述锁定结构将打开，因而剩余的促动器将可以移动一段时间从而提供操作冗余。尺寸不同，可通过油压或气压充气的插入物也可用来代替所述楔形物。

在图4中描述的本发明的第四个实施例中，摆线转子可包括沿其水平轴放置的一个或多个凸轮轴(23)，用于设定翼型件(2a)绕转子轴运动的路径。

凸轮轴(23，24)的构造使其可以在轴23a转动时仍可维持其旋转位置。

每个凸轮轴(23或24)长度上的不同区域具有不同性质的周长。比如，凸轮轴23上的一个区域可能具有水平呈椭圆或橄榄形的周长。凸轮轴23上的第二个区域则可能具有圆形周长；其上的第三个位置则可能具有垂直呈椭圆或橄榄形的周长。可以知道的是，凸轮轴23或24可能包含多个区域，其具有任何合适的周长形状，不同形状之间且具有过渡区域。

如图4所示，摆线转子包括与每个翼型件2a相关联的一个或多个刚性支撑24a。每个刚性支撑24a的一端抵在对应的翼型件2a上，另一端抵在凸轮轴23或24上。刚性支撑24a具有固定的长度，并沿所述轴的圆周限定的路径运动，例如通过压缩弹簧(24b)装置调节运动。为了便于其运动，该刚性支撑24a的另一端设置有辊子或其他合适的结构。因为在所述轴轴向移动时辊子需要沿着轴的周边滚动，因此优选使其可转动从而能够与其相对于凸轮轴运动的最终矢量对齐。

根据某些示例，提供两个凸轮轴23和24，每个凸轮轴位于沿轴线与翼型件2a端部对应的位置。根据某些修改，凸轮轴23和24设计成彼此独立运动，从而允许翼型件的前端可以沿着相同或不同的路径运动。根据其他修改，凸轮轴23和24设计成彼此串联运动，从而使得翼型件的前端可以沿着预先设定的组合路径运动。根据该修改，凸轮轴23和24或可具有共同设计的路径组，用于翼型件两端的运动，其中某些路经可能相同，某些可能不同。

第五个实施例用于空中转子，其转速远大于船用推进器的转速，并且离心力会导致叶片弯曲和故障。本实施例大体上与前述实施例相似，不同之处在于本实施例包含提供抗衡力以抵消作用在叶片上之离心力的装置，该离心力或会导致叶片沿翼展方向外弯曲。实现离心力作用中和的本实施例的第一个版本(图5)提供了从叶片(25)到位于叶片翼展一端的中心轴(26)的机械连杆，比如通常在叶片翼展中央，若叶片较长则在叶片翼展位置设置多个这样的连杆。该用来防止叶片向外弯曲的机械连杆通常是灵活的，比如皮带(27)或合适的绳索，且长度可变。所述的皮带或绳索缠绕在卷轴(27a)上，带有卷绕弹簧(未显示)，随着半径增加并进而离心力加大，提供可变长度和更大的张力。本实施例的第二个版本(未示出)则是使用每个叶片的每个转子臂轴上的齿条(或齿形带)和小齿轮结构来中和离心力。其中，齿条或齿形带与叶片一起沿着转子臂轴运动，同时小齿轮与齿条或齿形带啮合，并且该小齿轮安装在定位轴(可由碳纤维或类似材料制成)上。用于每个叶片的所述定位轴安装在主转子轴上并沿主转子轴运动，优先考虑减震安装。小齿轮最好选用已知的适合用于往复运动的分开式类型。本实施例的第三个版本包括数个接触条，提供位于叶片上的接触表面和支撑曲面，其具有与轨道匹配的弯曲形状，并安装在支柱上，可通过线性促动器动态调节位置，该线性促动器位于沿着需要中和离心力的轨迹部分延伸的固定转子结构上，例如椭圆轨道的末端。叶片接触表面和支撑曲面之间有空气润滑。所述空气润滑可以是被动的，比如用于空气润滑轴承中的那一类，或将被动流入的空气经由支撑曲面表面上的孔隙或经由构成该曲面表面的多空材料导入支撑曲面与接触条之间的空隙。本实施例的第四个版本(图5a)将具有数个轻质线圈(26m)，例如由碳纳米管线制成的线圈，放置在每个叶片之需要提供抗衡力来中和离心力作用的表面位置上。与本实施例的前一个所述版本相似，此处也需要固定转子结构延伸，用来安装位置可调节的支柱(27m)，如先前版本所述，用以支撑紧凑型磁铁(28m)，该磁铁可为组装成halbach阵列的电磁铁或永磁铁，或高温超导电磁铁。当叶片上的线圈与磁铁产生排斥力时，磁铁装置可被弹性地枢转或弹性地支撑以允许磁铁跟随叶片转动。本实施例的第四个版本包含数个安装在叶片翼展方向上的辊子，安装位置为需要辊子支撑的地方，并且固定栏杆以允许其动态调节位置的方式附接到转子结构上。如本实施例前述版本所述，该动态调节位置位于轨迹上离心力需要中和的部分。

本发明的第六个实施例用于空中转子，特别是用于具有细长叶片轨迹的空中转子。众所周知，摆动式空中转子的运作可能会受到阵风的影响。此外，具有水平延长的叶片轨迹的摆线转子将尤其容易受到水平迎面而来的相对气流的不利影响，在该转子内部引起气流模式的高度不稳定和大面积混乱，从而极大地降低其功率载荷并破坏旋翼飞行器的稳定性。为了防止升力降低和/或旋翼飞行器的不稳定，转子(图6)外面设置了整流片以保护转子受到迎面气流的不利影响，同时可调节的空气入口将气流从上方导入转子，并且可能具有可选的叶轮(30)来确保进气横截面的气流合理有序的分布。另外，可以选择性地提供整流片(28a)以引导气流通过空气进气口。整流片(28)可以保护多个在水平方向上成直线有序排列的转子。另外，转子也可以完全封闭，仅在顶部和底部留有开口，分别用于空气的流进与流出；外壳壁与转动的叶片之间有一定距离，防止对转子运行产生不利影响。转子将提供升力，而通过可转动和/或形状可调节的叶轮(31)将下冲气流部分地朝向后方引导可产生推力。该叶轮也可以安装在转子内部，特别是当叶片仅由中间一个支柱/支撑件支撑的时候；或者这些叶轮也可以安装在与中心轴同轴的轴上，并且通常在旋转的转子臂轴之间保持固定位置——这是一个众所周知的方式——这种方式下的叶轮主要用于管理和优化内部气流，但它们也可以制成翼型状或水翼型状，以便转子或推进器分别产生有用的升力或推力。叶轮转动和/或空间位置的调节可以通过适当的转动或线性促动器实现，其实现方式与专利us8,540,485中针对叶片所描述的方式或其他已知的装置类似；同时叶轮的形状变化可以通过与前述实施例中描述的用于弯曲轨道相同的装置来实现，或者采取与其他已知装置一致的方式实现，比如用于机器蛇形手臂、机器蛇和某些在人体内灵活移动的外科手术工具等的装置。另一个提供前进推力的方法(图6a)是在为细长轨迹屏蔽迎面气流的同时将细长轨迹向前倾斜；向前倾斜位置或其他轨迹可以实现此操作；比如叶片间距和横截面形状控制轨道。整流片(图6b，28b)可以完全打开(这将有助于使用转子自转)和/或通过适当的促动器(未显示)盖子打开，以在有利于给定操作条件时，将叶片轨道的上和/或下部分暴露于迎面气流中。另外，转子保护壳或外壳上的开/关开口的位置可以更加具体，以便在该处导入的气流可以在转子内部形成对转子性能更有利的气流流动模式。显然，针对保护转子免受迎面气流影响，已有许多设计方案并且都已作了必要的修正。这些方案都在本发明的范围和精神考虑之内。另外，本配置的前进推力可可以由专门的推进或拉动转子/推进器提供，或者由配有这些转子的高速vtol飞行器适用的喷气发动机提供。

第七个实施例给出了以下设计方案：使用不沿叶片定位轨道运动的更小且更轻便的叶片间距和叶片形状弯曲轨道。由于叶片轨迹以及因此与所述间距轨道的距离可能不同，所以这个问题可以通过将间距轨道形状的可变性(如轨道运动从动装置(32)中遇到的情况)变成连杆的转动运来解决；连杆通过锥齿轮装置转动叶片，从而改变他们的间距。这种连杆可以制成伸缩式，或与叶片的锥齿轮啮合的锥齿轮放置在沿着可转动连杆移动的滑架上，以适应由于叶片轨迹的非圆形和可变性而导致的叶片和所述间距轨道之间的距离变化。根据本实施例的第一个版本(图7)，通过使用连杆上的高间距螺纹滚珠螺母(33)，可以将从动装置遇到的间距轨道形状(32a)的变化转变为转动运动，从而使安装在从动装置上的螺纹杆(35)的径向往复运动转变为连杆的转动运动。与连杆的锥齿轮啮合的叶片锥齿轮或扇形齿轮也可以用一个安装在连杆上的蜗杆联轴器和一个安装在叶片轴上与之啮合的窝齿轮或扇形齿轮替代。其他替代设计还有使用安装在可转动轴上的从动臂，其另一端带有与连杆上锥齿轮啮合的锥齿轮。还有另一种不同的设计方案，采用齿条和小齿轮啮合将从动杆的径向往复运动变为转动运动，然后通过使用连杆上的锥齿轮，转动叶片从而改变叶片间距。另一个可能性——间距轨道通过安装在伸缩杆臂(37)上的每个从动件在该从动件沿着间距轨道运动时转动该伸缩杆，来改变其外平面形状(图8，36)。用于叶片横截面弯曲的设计可以通过相似的方式，即使用可转动连杆来实现，不同的地方在于把转动叶片替换为线性力作用，并因而通过使用已知的结构将连杆的转动运动转换为往复运动。在适当的情况下，已知的结构可用微型机构，比如曲柄轴结构或齿轮齿条结构等。显然，有很多方法可以将从动件遇到的轨道形状可变性转变为转动运动，然后再传递给叶片来改变其间距或弯曲其横截面(视情况而定)，这些都在本发明的范围和精神考虑范围内。

应当注意，特别是对于具有弯曲轨道的实施例，为了替换有效的枢轴点和/或在需要时沿着翼弦移动虚拟枢轴点，可交替使用叶片间距和轨迹定位轨道来改变叶片间距。比如，当叶片运动时，且叶片遇到的某一轨道没有实质性地改变方向而另一个轨道改变了；前一个轨道的辊子在相遇的那一刻将成为枢轴点。若运动中的叶片遇到的两个轨道都改变了方向，但改变程度不同，则在沿着翼弦的对应该相对位移位置的地方会形成一个虚拟枢轴点。对于这种允许充分使用叶片内旋和外旋并使枢轴点在轨道交汇处有效转移的轨道安排类型，辊子和其他从动装置需要进一步沿着翼弦分开。当地，这种操作可能涉及叶片横截面质心的移动，因而控制系统在决定径向定位和/或轨迹的重量平衡时须对此加以考虑。

根据上述任何一种，本发明的摆线转子还可包括一个控制器(未示出)，以指导其各种元件的工作。

本发明所属领域的技术人员明白在本发明范围之内，可对本发明进行多种改变、变化和修改。

6.草图和图表

另行提供。

7.操作

在操作中，第一个具有固定可转动轨道的实施例的运作如下。在转子(4p)臂轴(5p)上，臂架(6p)将随着转子(4p)的旋转径向运动，轨道架(7p)则跟随椭圆轨道(ip)运动。当线性促动器(3p)移动时，该促动器会转动固定椭圆轨道(ip)并将所述轨道投影到水平面上以确定将叶片轨迹变为具有相同长轴长度但不同短轴长度的不同椭圆形轨迹并因而改变叶片轨迹的空气动力学或流体动力学特征，以分别适应运行状态的变化。本类型的设计原用于船用推进器，若该设计需要在干燥环境中工作时，则需要通过集中润滑系统为滑架6p、7p、8p和接头9p灌注润滑剂以提供润滑和除去多余热量。另外，原本用于船用推进器的本类型设计也可以在水介质中工作，其中滑架可以使用水做润滑剂，比如用于滑水，并且利用水来进行冷却。

在转子的过度操作阶段，第二个实施例(图1)具有计算机控制的促动器，可以动态改变叶片的径向位置并因而改变叶片的轨迹，同时每个叶片也在轨道(5)上运动并弯曲该轨道。轨道(5)的交枢连接轴(10)和延伸轴(13)之间有一层薄薄的erf液体，并且一旦达到所需轨道轨迹和相应的轨道形状且控制系统施加电压后，延伸轴(13)将立即固化，且促动器(1)松开并返回其基准位置直到轨道再次需要改变。

同样地(图2)，当第一实施例中的轨道(6)用于改变叶片间距时，该间距改变可由促动器(未显示)来执行，同时使用上述方法操作时，其区段之间具有含erf的交枢连接的叶片间距轨道(6)将呈弯曲形状。一旦达到所需叶片间距轨道形状且控制系统施加电压后，所述轨道将立即固化，且促动器松开。

所述实施例(图3b)的第一个版本的第三个实施例，专用促动器实现连接叉(18)的相对运动从而改变轨道长度同时弯曲线性促动器(16)通过所述的长度变化弯曲在其连接点之间的扁平芯翼展，翼展弯曲程度和改变的时间顺序则由控制系统确定以便达到所需的轨道形状并因此根据所述轨道的目的要么达到所需的叶片轨迹或所需的叶片轨迹间距状态或叶片弯曲状态或后缘转向状态。同样地，对于第二个实施例(图3d)的第二个版本，线性促动器首先改变连接器连接点的操作长度，然后根据控制系统的命令，锁定连接器连接点，于是促动器膨胀或收缩以便实现扁平芯(15)在其相对翼展内弯曲并从而实现控制系统要求的轨道形状的整体变化，以实现如上述本实施例第一个版本中描述的功能目标。对于第二个实施例，区段之间的距离改变装置有两个目标：通过他们的差动激活，每两个相邻区段之间的相对空间位置改变由控制系统控制，而所述距离改变装置的混合膨胀或缩回可以使得轨道变长或变短，再结合所述区段的相对空间位置变化，从而达到轨道所需的新形状。上面描述部分的距离改变装置包括数个促动器，楔形元件和充气元件。该楔形元件分布在轨道翼展上，可以改变邻近区段接触面之间的间距，也可以用于改变区段间的距离。该充气元件的作用与区段间促动器(19)的作用相似。

对于第四个实施例，在操作中，为了改变翼型件2a绕转子轴线运动的路径形状，凸轮轴23和24将沿轴线纵向移动，以改变与安装在刚性支撑24a上的辊子接触的周长形状。通过选择每个凸轮轴23和24上面与所述辊子接触的区域，可以控制翼型件2a绕转子轴线运动的路径形状。为了方便凸轮轴23和24的纵向移动，可以使用一个线性促动器(未显示)或其他任何合适的结构。

对于第五个实施例的第一个版本，叶片滑架的运动将通过齿条/小齿轮对转变成定位轴的转动，定位轴将带动皮带/绳索从相应的卷轴上解开或缠绕上去，从而确保所述皮带/绳索的长度总是精确地对应于叶片的径向位置，从而防止离心力导致叶片向外弯曲。对于第二个版本，叶片在支撑曲面上的接触条上的空气润滑将防止叶片向外弯曲。对于第三个版本，磁铁在叶片接近线圈时感应出电流，反过来电流产生磁场与磁铁磁场相互作用。此外，取决于其支撑结构的类型，磁铁将随着叶片的作用要么枢转要么倾斜，并继续与线圈互相排斥并从而排斥其所在的叶片，以起到防止叶片向外弯曲的作用并抵消离心力的作用。对于第四个版本，叶片上的辊子将运动在离心力最大的轨迹部分处的栏杆上从而防止叶片向外弯曲并抵消离心力的作用。

对于第六个实施例，前整流片或转子外壳将防止阵风和/或迎面气流带来的破坏性影响，从而确保不会减少升力产生的或导致旋翼飞行器的不稳定。值得注意的是，该实施例的转子很大程度上如同在悬停飞行中运作，且关键摆线转子参数——进速比——并不适用。另外，其叶片不会限制与迎面气流有关的无限摆线曲线，而是通常会沿着轨道当前使用的任何形状的闭环轨道。控制系统或操作员控制的进气叶轮将确保进气流均匀有序，而出气叶轮则用于产生前进推力或转向推力。内部转子叶轮将有助于控制和优化转子的内部气流，如果其呈翼型或水翼型，则也用来分别产生升力或推力。

第七个实施例的转子的操作已在说明部分充分描述，此处做引用且不再赘述。

总之，需要提及的是，本发明的摆线转子或推进器适用于各种类型的应用，包括但不限于vtol飞行器，飞艇，船舶螺旋桨，各种水下航行器的螺旋桨，空气推进艇，螺旋桨雪地车，风力涡轮机等等。