顶部和底部流动的制作方法

专利名称：顶部和底部流动的制作方法
技术领域：
本发明涉及运载工具领域，尤其涉及基于改良的空气动力学的具有有效载 荷抢的垂直起降运载工具(Vertical Take-Off and Landing, VTOL)。
背景技术：
VTOL运载工具从推进物或转动体获得径直的推动力的，该推动力方向向 下，获得必需的提升力以在空中支持该运载工具。多种不同类型的VTOL运载工 具都被设计成，盘旋中的运载工具的重量是由其转动轴与地面垂直的推进物或 转动体直接支持的。其中上述类型中一种众所周知的运载工具是传统的直升飞 机，其包括一个位于机身上方的大的转动体。而另一类型的运载工具依赖于多 个暴露在外部的推动物(如，没有导管的风扇)，或安装在圓形空腔谐振器或 遮蔽物或管道或其它类型的发动机机抢内部的推动物(如，有导管的风扇)， 而在这些管道内则充满了流动的空气。考虑到运载工具的机身， 一些VTOL运载 工具(比如V-22)的推动物的旋转轴可进行完全旋转(如达到大约90度)；为 了可以进行垂直起落，这些运载工具的推动物的轴通常垂直于地面，而在正常 的飞行中，推动物的轴则是倾斜向前的。其它的运载工具采用具有近乎平行于 地面的轴的推动物，但在其推动物的后面安装有基于空气动力学的变流装置， 该变流装置可使全部或部分气流的流向偏转向下，以产生径直向上的推动力。
过去设计的许多VTOL运载工具的2个或4个推动物通常安装在管道的内部(如，内外函喷气发动机)，并且这些推动物位于运载工具的主要有效载荷的
前方和后方。 一个典型的例子是Piasecki VZ-8， 一种称为"空中吉普"的运载工具， 其具有两个大的管道，飞行员的位置在运载工具的侧边、管道之间的中央区域。 在克莱斯勒VZ6和城市鹰飞行运载工具中都采用了类似的设置。在Bensen"飞行 长椅"中也采用了类似的设计。在Curtiss Wright VZ-7和Moller Skycar中则使用 了4个推进器而不是2个，其中，在驾驶员和有效载荷的侧边(前侧和后侧)各 有两个，在一侧的两个推进器中，后一个固定位于运载工具的中心，接近重心 的位置。

发明内容
本发明实施例的目的是提供一种运载工具，其具有效栽荷抢的底面和顶面 带有或不带有附加的水泡状拱起部，及运栽工具的其它特性，以改进其空气动 力学性能和气流特性。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种管道式气流运载工具， 包括 一个具有纵向轴的机身、 一个位于所述纵向轴一侧的第一驾驶舱以及一 个靠近并位于所述第一驾驶抢下方的中心区； 一个安装于机身的第一气流管和 一个可以使周围气流通过所述第一气流管道的第一空气发动机以及一个安装于 机身的第二气流管道和一个可以使周围气流通过所述第二气流管道的第二空气 发动^L;所述中心区外部的上下表面在空气动力学上适于利用所述中心区上方 的空气来增大空气升力；同时减少对存在于所述第一气流管道中气流的阻力。
在上述所述的本发明中的实施例中进一步有，每一个有效载荷抢包括一个 可处于开启位置以提供通往所述有效载荷舱的通道，及处于关闭位置以覆盖所 述有效载荷舱的封盖。在优选的实施例中，每一个有效载荷舱的封盖都轴接于 与机身纵向轴平行的方向的所述有效载荷舱的底部，这样，当封盖处于打开的 状态时，所述封盖也可以起到支持所述有效载荷抢的全部或部分载荷的作用。
下述描述了多个本发明的实施例，其中产生上升力的推进器可以是具有导
6管的风扇或不具有导管的风扇，并且，机身还具有一对处于横向轴的每一侧边 产生上升力的推进器，在机身的尾部有垂直稳定装置，或在机身的尾部有水平 尾翼。
在下述的一些优选实施例中，机身还包括一对位于机身尾部并处于纵向轴 的对侧的产生推动力的推动器。在这些具体的实施例中，机身包括两个发动机， 分别用来发动产生上升力的推动器和产生推动力的推进器，这两个发动机机械 上以普通的传动方式耦合在一起。在一个具体实施例中，两个发动机处于发动 机艙内的支架中，并处于机身的纵向轴的对侧。在另一具体实施例中，两个发 动机处于发动机抢内，与机身的纵向轴方向一致，并处于驾驶员艙的下方。
在一个优选的具体实施例中，所述的运载工具为一个可垂直起降(VTOL) 的运栽工具，其包括一对辅助的机翼，该机翼轴连于一个有效载荷空间的下方， 处于可缩回和储藏并在所述运载工具在增强的提升状态时可延长和展开的位 置。另一具体实施例中，所迷运载工具包括处于机身下部的可变形的裙摆状延 伸的边缘物，所述边缘物可使所述运载工具作为或转变为一个可在水底或水上 移动的气垫船。进一步的，在一具体实施例中，所述运载工具包括一可连接于 机身尾部的大型车轮，则包括了所述大型车轮的运载工具可转变为一通用地面 运动运栽工具(ATV)。
具有前述特征的运载工具构造简单、价格低廉，在具有VTOL运载工具的 通用功能的基础上还可以方便的实现许多不同的功能，这在后面的描述中将做 进一步的说明。这样，所述运载工具的前述特性，使其可以构造成可完成多种 功能的多用途运载工具，如作为武器平台；运载人员、武器、和/或货物；用于 伤员疏散等，并且，所述运载工具在从上述一种功能转换为另一种功能时，不 需要在其基本结构上进行较大的改动。
进一步的，在本发明的具体实施例中，描述了所述运载工具的另一种组合
方式，这种运载工具的尺寸相对较小，在其中间没有足够的空间设置驾驶员座 舱，其驾驶员座舱是设置在所述运载工具的一侧，这样就可以在两个产生上升
力的推动器之间剩余的轴向方向上预留一个较大的单独的有效载荷空间。进一步的，在本发明的具体实施例中，还描述了所述运载工具的另一种设 置方式，即，在所述运载工具中没有设置任何驾驶抢，以用于无人驾驶情况下， 并采用合适的机载电子计算机控制或地面远程控制的方式进行无人驾驶。
进一步的，在本发明的具体实施例中，描述了一种具有气流管的运载工具，
其包括具有纵向轴的机身，所述机身包括处于所述纵向轴的一侧的第一驾驶 舱，以及一个处于所述第一驾驶抢的下方邻近处的中央部分；第一气流管处于 所述机身中，所述第一气流管包括第一鼓风器，所述第一鼓风器用于使其附近 的气流流向第一气流管，第二气流管处于所述机身中，所述第二气流管包括用 于使其附近的气流流向第二气流管的第二鼓风器；其中，中央部分的外部的上 表面和下表面的形状按照空气动力学原理设计，(a)以增强中央部分处的气流 产生的上升力；并(b)减少第一气流管附近的气流阻力。
本发明的特性和有点的逬一步说明见下述具体实施例。实施例中所述的这


参考相应的附图，通过示例对本发明进行描述，其中
图2为另一具有四个导管风扇的VT0IJ逸载工具的组成示意图； 图3是与图1相似的具有自由推进器，如没有导管的风扇的VTOL运载工具的 组成示意图4是与图2类似的具有自由推进器的VTOL运载工具的组成示意图5是与图1类似的，但包括两个推进器而不是一个推进器，且两个推进器 分别设置于一个椭圆形管道的平行位置，并分别在运载工具的两个末端；
图6a、 6b和6c分别为本发明中另一VTOL运载工具的侧^L图、俯碎见图和后朝L 图，图中同时显示了推进器；
图7为图6a 6c中所示的运载工具的动力系统示意图；图8是与图6a 6c和图7中所示的一种运载工具的结构的示意图； 图8a 8d是图8中所示的运载工具可完成的任务的示意图； 图9a和9b分别是本发明中另一VTOLil栽工具的侧视图和俯视图； 图10是图9a和9b中所示的运载工具的动力系统的示意图； 图lla和llb是一种VTOL运载工具的侧视图和俯视图，所述VTOL运载工具 与图6a 10中所示的运载工具的构造一致，但是所述的VTOL运载工具具有可展 开的附属^L翼，图中所示的是所述机翼处于收缩状态的情况；
图1 lc和lld是与图1 la和1 lb中类似，但所述的附属机翼处于伸展状态的示意
图12是与图6a 10中任一图中所示一致的运载工具的尾部示意图，但是，本 图中的运载工具具有使其能转换成可在水底和水上行驶的气垫船的处于机身下 方的裙状边缘物；
图13是图6a 10中任一图中所示的一致的运栽工具的尾部示意图，但是，本 图中的运载工具具有能使其转成ATV (全地面运动运载工具)的大型车轮；
图14a 14e为本发明中运载工具的另一组成方式的示意图，其中，本图中所 示的运载工具具有较小的尺寸，其驾驶员枪处于所述运载工具的一侧，图中还 示意了多种可能的有效载荷的设置方案；
图15是与图14a 14e—致的运载工具的示意图，但是，本图中的运载工具具 有使其能转换成可在水底和水上行驶的气垫船的处于机身下方的裙状边缘物；
图16a 16d是显示了有效载荷的设置位置的图14a 14e的俯视图17是图16a中所示的运载工具的正面透视图，图中示意了所述运载工具的 多种附加特性和内部设置的细节；
图18是图16b中所示的运载工具的沿纵向轴的剖视图，图中示意了所述运载 工具的多种附加特性和内部设置的细节；
图19是具有与图16 18类似设计的但具有无人驾驶特性的本发明中的运载 工具的示意图，本图中所示的运载工具中没有驾3史抢；
图20是无人驾驶运载工具的另一具体实施例的示意图，本图中示意的运载
9工具与图19中所示的其发动机的位置具有一些不同；
图21是图16b中所示的运栽工具的俯视图，图中所示的运载工具具有可帮助 其获得更快飞行速度的可展开的机翼；
图22a和图22b分别是VTOL运载工具的侧面图和俯视图，VTOL运载工具含 有多个促进提高载荷能力的升力风扇；
图23是图14-19所示运载工具体的动力传输系统示意图24是图20所示运载工具体的动力传输系统示意图25a-25c是一个可选择角度的管道无人运载工具的截面结构及设计细节示 意图26是为用于紧急救援系统的降落伞的示意图27以图解表示给通过机体发动机机舱将双边隔离带升力管道提供额外气 流的可选4奪方法；
图28a-28e是为14b, 14c和16b描述的为医护人员在救援运载工具抢内的情 景的更详细示意的俯视图29表示在图14-18描述的运载工具的驾驶抢的多种可任意选择添加的侧视
图30a-d为一辆类似图18运载工具，但不同的是，包括按几何排列的客抢在 内的不同舭体之间的间隔排列能够容纳5名乘客或是5名驾驶员；
图31为类似于图30a-d的运载工具的俯视图，但是掩体可以容纳9名乘客或是 9名驾驶员；
图32a-e表示运载工具在向前飞行时，为了减少运载工具的阻力使外部气流 能够穿透如图1-21和图30-31所描述的运载工具的管道风扇前壁的方式；
图33a-e表示运载工具在向前飞行时，为了减少运载工具的阻力使内部气流 能够穿出如图1-21和图30-31所描述的运栽工具的管道风扇后壁的方式；
图34表示运载工具在向前飞行时，为了减少运载工具的阻力使内部气流通 过向后流速构件直4姿流出的方式；和
图35a-c表示运载工具向前飞行时，为了减少运载工具的阻力使外部气流穿透如图1-21和图30-31所描述的运载工具的管道风扇前壁和内部气流穿出如图1-21 和图30-31所描述的运载工具的管道风扇后壁的额外方式；
图36是本发明双管VTOL运载工具的一种形状的侧面图37是图36中所示运载工具的俯视平面图38是图36中所示运载工具的主视图39是图38中沿线39的纵向截面图40是气流滑过如图36所示运载工具的外边界的平面气流;漠式； 图41表示如图36所示运载工具的中心部分的上表面的吸力是如何形成的； 图42表示在类似如图36所示的运栽工具的中心部分的上表面典型的压力系 数分布；
图43表示如何使外部动力气流高速提供额外的吸力和升力给运载工具； 图44是如图43所示的气流的三维关系；
图45表示在类似如图36所示的运载工具的中心部分的上表面额外气流的典 型的压力系数分布；
图46表示如何通过形成气流^f吏其有一个较明显的前端，方向和幅度，由此产 生的吸力对气流可予以调整，以获取高升力减少阻力；
图47是如图43所示的气流的三維关系；
图48是当被增加到如图36所示的运载工具的中心部分上表面，在类似如图46 所示的气流的典型的压力系数分布；
图49表示如何移动气流载体前进，尽可能合并来自运载工具水平稳定翼的额 外升力；
图50表示提高内部舱体顶部与如图46所示的气流外部界限一致，重新修整舱 体底部以增加运载工具底部的气流流量；
图51表示除图50所示之外另一可选择的抢体排列，乘坐者均面向前方，进一 步连接重新修整的几何形枪体底部；
图52表示如图36所示的运载工具的整个中心部分以充分降低表面的方式在 机翼中成形；关系；
图54表示如图36所示的运载工具的整个中心部分以充分降低凹面的方式在 机翼中被成形；
图55是如图54所示的气流的三维关系；
图56和57表示通过升力风扇对加快速度的巨大影响，与自由流速度，流过中 心部分的流线的形状，以及穿过图40和图52所示运载工具的升力风扇的外部有 关
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明 作进一步地详细描述。包括最佳实施例。为描述清楚和简结，在技术中没有提 供超过必需的更多的细节，本领域普通技术人员利用常规的技巧和设计，能够 理解和实践本发明。具体实施例的描述可以进一步理解技术，本发明权利要求
所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
如前所示，本发明」提供了 一种具有有效载荷抢体顶部和底部或额外气流的 新型结构的运载工具，以及该运载工具的其他特征，以提高它的空气动力和空 气流力特性。
运载工具10的基本结构如图1所示，包括机身11,机身11包括纵轴LA和横轴 TA。运载工具10进一步包括两个升力螺旋桨12a, 12b,该升力螺旋桨12a, 12b 设在机身1 l沿着纵轴LA的相对尾部，以及在沿着机身11横轴TA的相对侧部。升 力螺旋桨12a，12b是管道风扇纵向地延伸推进，通过运载工具身和垂直旋转向下 推进气体，以产生向上的升力。
运载工具10还包括一个形成在机身U里的驾驶抢]3,它位于升力螺旋桨l2a, 12b之间，沿着机身的纵轴和橫轴排列。驾驶舱13的尺寸可以容纳1个或2个(或 更多)的驾马史员，例如图6所示。
如图1所示的运载工具10还包括一对设在机身11侧部的有效载荷舱14a,14b,位于驾驶舱13的相对两侧及升力螺旋桨12a, 12b之间。如图l所示的有效载荷舱 14a,14b与机身ll充分齐平，如同下面将要对图6a-6c更特别地描述，及图8a-8d中 图示说明。描述如下，图8a-8b图示说明，当运载工具如图l (及后续的图)所示 构造，能够实现多项任务，特别是当提供对应图l中14a,14b的有效栽荷舱时。
如图l所示的运载工具10还包括前着陆齿轮15a和后着陆齿轮15b,分别设置 在机身ll的相对两端。在图1中，着陆齿轮不可以伸缩，但在后续描述的实施例 中可以伸缩。如果有需要，本实施例还可以提供空气动力稳定表面，如在机身 11后部纵轴LA的两側携带的垂直水平尾翼16a, 16b所示。
图2显示本发明实施例运载工具的另一种构造。在图2里运栽工具以20为标 号，在机身21横轴两侧提供有一对升力螺旋桨。如图2所示，在运载工具的机身 21前部包括一对升力螺旋桨22a,22b,另一对升力螺旋桨22c,22d在机身后部。在 图2中显示的升力螺旋桨22a-22d也是管道风扇推进单元。作为代替设在机身21 里的方式，升力螺旋桨22a-22d安装在安装结构21a-21d上，从机身的侧部突出。
如图2所示的运载工具20还包括设在机身21里的驾驶舱23,位于两对升力螺 旋桨22a,22b和22c和22d之间。与在图1中所示的驾驶舱13—样，图2中所示的驾 驶抢23也是与机身21的纵轴LA和横轴TA充分对齐。
如图2所示的运载工具20,还包括一对设在机身2l侧部的有效载荷舱24a,24b, 位于驾驶抢23两侧，及升力螺旋桨22a-22d之间。在图2中，有效载荷抢并不是与 机身成一整体，与图l中一样，而是附加在机身上,以在机身相对侧部突出。因 此，有效载荷抢24a在^L身的侧部与升力螺旋桨22a，22c充分对齐；有效载菏身^24b 在机身的侧部与升力螺旋桨22, 22d充分对齐。
如图2所示的运载工具20还包括前着陆齿轮和后着落齿轮，但仅有一个垂直 的水平尾翼在机身的尾部沿纵轴对齐。它的好处在于，在图2中运载工具20也可 包括一对垂直的水平尾翼，如图l中I6a和16b所示，或可以没有任何此类空气动 力稳定表面。
如图3所示的运载工具30也包括一个具有简单构造的机身31,含有为了设置 前升力螺旋桨32a的前安装结构31a,以及为了设置后升力螺旋桨32b的后安装结
13构31b。该螺旋桨没有管道螺旋桨等，机身31中央设有一个驾驶艙33，并在驾驶 舱相对侧部设置有效载荷舱34a，34b。
如图3所示的运载工具30也包括一个前着陆齿轮35a和一个后着陆齿轮35b, 但是为了简化，它没有包括一个如图l中所示对水平尾翼16a,16b相对应的空气动 力稳、定表面。
图4所示为运载工具40,与图2所示运载工具的结构相似，但是，图4的运载 工具包括机身41，在机身41的前端分别通过支架41a和41b装有无导管螺旋桨42a 和42b,在机身41的后端分别通过支架41c和41d装有无导管螺旋桨42c和42d。在 运载工具40的机身中央进一步包括驾驶舱43,位于驾驶舱43的横向位置的装载 舱44a和44b，前着陆齿轮45a,后着陆齿轮45b以及位于机身41尾部，与机身41 的纵向轴对齐的垂直尾翼46 。
图5所示为运载工具50,包括前后端分别装有气动式螺旋桨52a和52b，及52c 和52d的才几身51。 52a和52b由椭圆型的管52e所包围，52c和52d用椭圆型的管52f 所包围。图5所示的运载工具50的机身中央进一步包括驾驶抢53，位于驾驶抢53 的侧面位置的有效载荷抢54a和54b， 前着陆齿轮55a,后着陆齿轮55b，以及位 于机身后部的尾翼56a和56b。
图6a, 6b以及6c分别本发明的运载工具的另一实施例的侧视、俯视以及后视 图。图6a-6c所示的运载工具60,仍包括分别在前后两端安装有升降螺旋桨62a 和62b的机身。所述后端的螺旋桨较佳的可设置为图1中的管状结构。
运载工具60的机身中央进一步包括驾驶抢63,位于驾驶舱63的横向位置的 有效载荷抢64a和64b，前着陆齿轮65a，后着陆齿轮65b，以及横跨机身61后部的 水平尾翼66。
图6a-6c所示的运载工具60进一步包括推进式螺旋桨67a和67b, 67a和67b分 别位于所述水平机翼66的两端。如图6c所示，机身后部61设有一对螺浆架61a和 61b，用以安装推进式螺旋桨67a和67b和水平机翼66。
推进式螺旋桨67a和67b分别通过被螺浆架61a和61b包围的发动机驱动。所述 两个发动机较佳的可为涡轮轴发动机。每个螺浆架的前端包括入气口68a和68b，后端包括出气口 (图中未示出)。
图7是运载工具60中用于驱动所述导管风扇62a和62b和推进式螺旋桨67a和 67b的驱动系统的示意图。所述驱动系统70，包括发动机71a， 71b,所述71a与所 述61a组合为一发动机结构，所述71b与所述61b组合为一个发动机结构。发动机 71a通过一超速传动离合器72a与传动箱73a连接，所述传动箱73a连接在所述推进 式螺旋桨67a的一端，发动机71b通过一超速传动离合器72b与传动箱73b连接， 所述传动箱73b连接在所述推进式螺旋桨67b的一端，且所述71a和71b位于一传 动装置的对端，为将所述导管风扇62a和62b连接到所述机身的前后两端。因此， 如图7所示，在所述传动装置的后部，传动箱74a和74b与传动箱75b相连，用于 驱动位于机身后端的导管风扇62b;传动箱74a和74b与75a相连，用于驱动位于机 身前端的导管风扇62a。
图8是运载工具60的一个外形实施例示意图。如图8所示，为4更于理解， 图8中与图6a-6c中的相同部件标有相同的标号。但图8中示出了所述运载工具 的更多的部件。
如图8所示，在机身61的前端可设置一视线稳定装置和前视红外(前瞻性 红外线)装置，如91所示，并在有效载荷舱的前端安装油门，如82所示。另 外，每个机身61的有效载荷舱还可包括封盖83,封盖83打开时，提供了使用 所述有效载荷抢的途径，而封盖处于封闭状态，则覆盖有效载荷抢。
如图8所示，封盖83沿轴84并沿与机身纵向轴心平行的方向安装到各有 效载荷抢的底部。当封盖83处于封闭状态时，与所述机身61的外表面平行。 当封盖83回转到打开状态时，成为支持所述有效载荷抢或其一部分的支撑。
图8a-8d示出了运载工具的后部结构的多种功能状态图，特别是所述有效载 荷舱通过所述封盖83实现的多种用途。图8a是所述有效载荷舱用于装载或运 输枪支及军火85a的示意图。图8b是所述有效载荷舱用于装载乘客或军人85b 的示意图；图8c是所述有效载荷舱用于运输货物85c的示意图；图85d是所述 有效载荷舱用于疏散伤员85d的示意图。运载工具的许多其他的任务能力将是 明显的。
15图9a和9b分别是运载工具的另一实施例90的侧视图和俯视图，与运载工 具60相比，结构上有细微的变化。图9a和9b所示的运载工具90仍包括机身 91，位于机身前后两侧的导管风扇气动式螺旋桨92a和92b，位于机身中央的驾 驶抢93，以及位于所述驾驶抢两侧的94a和94b。运载工具90进一步包括前着 陆齿轮95a,后着陆齿轮95b, —水平尾翼96以及位于所述机身91尾部的推进 式螺旋桨97a， 97b。
图10是运载工具90的驱动系统的示意图。如图10所示，与运载工具60 相同的，运载工具90仍包括两个发动机101a， 101b,用于分别驱动导管风扇 92a, 92b以及所述两个推进式螺旋桨97a， 97b。但是，运栽工具60的两个发动 才几分别位于螺浆架61a和61b两个独立的发动冲几结构中，而运载工具90的两个 发动初yf立于一个通用的发动机结构100中，所述发动机100位于驾驶抢92的下 面。跟图7相同，两个发动机101a， 101b(图10),也可以是涡轮轴发动机。 这样，在机身91的驾驶舱的前端形成两个入风口 98a, 98b;在机身驾驶舱的后 端形成出风口 99a, 99b。
如图10所示，发动机101a， 101b通过超速离合器101a, 102b,液压泵103a, 103b轮流驱动所述推进式螺旋桨97a, 97b的致动器104a, 104b。发动机101a， 101b进一步连接驱动轴105,所述驱动轴105用于驱动所述导管风扇92a, 92b 的致动器106a， 106b。
图lla-lld是运载工具的另一实施例110的示意图，该实施例与图6a-6c,7, 8, 8a-8d所示运载工具60的结构基本相同；为方便理解，本实施例中与上述各 图中相同的结构采用相同的标号。图lla-lld所示的运载工具110包括两个短翼 llla, lllb，短翼llla和lllb分别安装在机身61的有效载荷舱64a和6413的 下方，朝向图lla和llb所示的收缩方向以及图llc和lld所示的延伸方向，以 增强所述导管风扇62a, 62b的气动力。短翼llla， 11 lb分别通过水压或电压发 动机112a， 112b (图中未示出)驱动。因此，当处于低速飞行状态，短翼llla， lllb,将处于它们的安装时的初始位置，如图lla和llb所示；但是当处于高 速飞行状态，它们将展开，如图llc和lld所示，以增强所述导管风扇61a, 61b的气动力。相应的，所述导管风扇的翼刃产生很低的螺距，占用整个升力中的 很小部分力量。
如图llc和lld所示，前着陆齿轮115a和后着陆齿轮115b,也可以转动以 支持高速飞行。因此，当所述着陆齿轮处于收缩状态时，机身61的前端应该扩 大，以适应所述收缩状态。为进行摇晃控制，图lla-lld所示的运载工具IIO可 进一步包括副翼116a, 116b (图lld)。
图12是运载工具，比如图6a-6d所示运载工具60改造为一可在陆地或水中 行进的气垫船的示意图。图12所示的装置120与图6a-6d所示的运载工具具有 基本相同的结构，因此，为方便理解，本实施例中与上述各图中相同的结构采 用相同的标号。但是，所述着陆齿轮(65a, 65b,图6a-6d)已经被去除，折叠 或反向安装，取而代之的是，环形装置121环绕安装在所述机身61的底边。所 述导管风扇62a, 62b，可由很低的动力便可驱动，以使所述装置能在陆地或水 中行进。可通过改变可变位的推进式螺旋桨67a, 67b的螺距实现所述67a, 67b 向前或相后移动和控制。
本发明实施例提供的运载工具也可在陆地上使用，在陆地上使用的运载工
图13是本发明实施例的运载工具作为全地形运载工具的示意图，如图13 所示，运载工具130的结构与图6a-6d所示的运载工具60基本相同，为方便理 解，本实施例中与上述各图中相同的结构采用相同的标号。但是，图13所示的 运载工具130的两个后轮换成两个或四个更大的轮子，使运载工具的总体轮子 数量达到四-六个。因此，如图13所示，所述运载工具的前轮(比如图6c中的
图中未示出)，以使所述运载工具能在各种地形上行^L
当运载工具作为图13所示的全地形运载工具使用时，所述前轮65或后轮 需要开动，但是所述推进式螺旋桨67a， 67b及所述导管风扇62a， 62b可不启动， 但是如果真的需要起飞，所述推进式螺旋桨和所述导管风扇也可根据需要被驱 动。该原理也可适用于图12所示的气垫船。由上可见，本发明实施例提供了一种具有简单结构的多功能的实用运载工 具，所述多功能运载运载工具可作为垂直起降飞机进行使用，及可完成其他任 务和使命的运载工具，各运载工具间的实现一种功能的运载工具只需做细微的 改进即可转换为实现另外一种功能的运载工具。
图14a-14e是运载工具的部分可选用途的示意图，14a-14e所示的运载工具 体积相对较小，驾驶抢设置在运载工具的一侧。图中示出了运载工具安装的多 种不同功能的有效载荷抢的示意图。
图14a所示的为所述运载工具在没有安装特殊有效载荷抢时的基本结构示 意图。图14a所示的运载工具的总体架构及各部件所占空间均小于图8相应的 结构。除去所述侧边的驾驶抢，图14中运载工具的其他结构占用的空间与图8 所示的一个有效载荷抢的空间相同。图14a的驾驶抢设置在机身的侧边，释放 了图8的中间驾马史抢所占的空间作为有效载荷艙的一部分，这样驾驶艙对测的 有效载荷舱的整体空间得到扩展。较佳的，图14中运载工具的发动机，传动轴， 传动箱可参照图7的设计进行设计。
图14b所示的是图14a的基本运载工具用于疏散病人的示意图。其单一有 效载荷舱包括一封盖和一侧门，用以保护抢内的病者，并包括一透明区域以使 光线能够进入。
病人躺在朝向垂直于运载工具纵向轴的担架上，所述担架还可以以孩U、的 角度可以让病人的脚偏离驾驶员的座位，使病人可以完全放置在尺寸很小的运 载工具内，在靠近运载工具外侧表面还为医护人员提供空间。
图14c所示的为便于飞行关闭带有封盖和侧门的图14b所示的运载工具。 图14d所示的是图14a的运载工具还可以用来执行各种实用功能的操作， 如电力线的维修和维护。图14d所示的实施例，为操作员提供一个座位，可以 使操作员直接面对外面电力线。为了达到使用目的，操作员通过系着的塑料球 连接在电力线上来使用工具。卸下的两个半球和额外的工具可以放置在操作员 后面的空闲空间。同理，还可以放置有其他功应的i殳备，如桥梁检查及维^修， 天线修理，窗口清洁以及其他应用领域。图14d能执行的功应形式还有一个重
18要的功能，该功能为从超高层建筑救出幸存者，即当该运载工具盘旋在可触及 的有效范围内，操作者协助幸存者爬上平台。
图14e所示的是图14a的运栽工具还可以通过舒适封闭的机抢来运送人员， 例如通勤、观察、执行警务或者其他目的人员运送。
图15为基本与图14构造一致的运载工具示意图，但是图15所示的运载工 具装备了较低且具有弹性的外围部分，该部分用于将该运载工具转换成气垫船， 可以在陆地或者水上行驶。当图15所示的运载工具具有与图14e类似的用途时， 在图14所示的各种用途中外围部分均可以安装。
图14-15所示，在运载工具左侧设置一驾驶抢，右侧设置一有效载荷抢，除 此之外，显然还有其他的可供选择的排布方案，比如将驾驶抢设置在右侧而有 效载荷抢设置在左侧。图14-15所示的所有方案都可以应用这样的构造。
图16所示分别为如图14a-14e几种不同负栽排布的4幅俯视图
图16a是运载工具右侧设置一空的平台的俯视图。图16b所示为当右侧隔 间配置为救援单元时的排布方法。图16c为右侧隔间变为装载两个观察者或者 乘客的示意图。图16d所示为具有两个均起作用的驾驶抢，用于驾驶员的教学 使用。当然，如有需要，来达到相同使用目的类似的排布可以为驾驶舱设置在 运载工具右侧，多任务有效载荷l没置在运载工具的左侧。
图17为图16a所示包括各种增加的特征和内部具体排布的运载工具的透明 前视图。运载工具的外壳为图示的1701。前管道风扇1703包括一排进口叶片 1718和一排出口叶片1717,进口叶片1718和出口叶片1717—起用来使该运载 工具进行摇摆和从一侧到另一侧的水平转移的机动飞行。参见局部示意图A所 示，例如，第一组5个叶片最靠近运载工具的右侧。所述的叶片分别"fe照A5-A1 的角度安装，角度A5-A1从叶片5几乎垂直的安装到图中所示大概倾斜15度， 即所示的角度A1。第一排叶片逐步偏转的安装使它们弦线与进入流的局部流线 连成一线。这样并不妨碍所述叶片向偏离基本安装角度的两个方向充分的运动。 值得强调的是，叶片的非对称分布可以应用在所示管道(运载工具的左侧)的 对侧。同样的，安装在入口到尾部管道的叶片，所述的叶片具有一定的倾斜，这种倾斜必须按照沿管道的每个横向位置的区间入流角度来调整，角度在这样 的位置可以很好的均分在每个叶片的纵向跨度上。由于进气流的气动性和工程 的限制，这种独特的结构叶片可以有各种不同的角度。这种结构可以应用在安 装在任何单管道或者多管道风扇运载工具上的任何进口叶片组或者出口叶片组 上。
运载工具的右侧发动机1708安装在安装箱1702内，并位于进气口 1709内。 右侧发动机1708还与一90度传动箱1710连接，其中90度传动箱1710通过一 传动轴(图中未显示)与下方的90度传动箱1720连接。上述结构的动力通过 一水平传动轴传递到主传动箱1720，该传动箱1720同时为产生升力的旋翼提供 动力。左侧的发动机采用同样的结构排布(图中未显示)。飞行员隔间(驾驶抢) 1706包括一与外板1713铰接的通明顶部(座舱罩)，能够让飞行员1711进出驾 驶舱。飞行员座椅1712可以为普通的座椅，也可以为部署火箭的弹射座椅，后 者为了在需要的情况下方便飞行员从驾驶抢穿过座舱罩快速的弹出。飞行员控 制装置1714与运载工具的飞行系统控制连接。图17所示右侧起落架轮1719降 落在地上，左侧起落架轮1715为在高速飞行中减少阻力而选择性的收回机身中。 运载工具的两个推进风扇1704和1705安装在尾部，通常情况还包括贯穿在所 述风扇之间和横跨在所述风扇之上的机翼或者尾翼1707。
图18为图16b所示包括各种增加的特征和内部具体排布的运载工具的纵向 剖面图。外部壳体1801覆盖整个运载工具，并在发动机部位转变为发动^U的安 装箱1825。
在壳体内部，分别安装有前管道1802和尾管道1803,前管道1802和尾管 道1803上分别安装有前主升螺旋桨和为主升螺旋桨。管道和螺旋桨最好静态布 置在运载工具内部，这样能够使它们相对于竖直方向向前倾斜(一^殳在S到10 度之间，当然也可以采用其他角度)和沿着运载工具水平轴旋转，以便在高速 状态下更好地适应进气流。
前管道1802进口处具有纵向的叶片组1809,同时出口处也具有纵向的叶片 组。这些叶片主要用于控制运载工具的摇摆和一侧到另 一侧的转移。尾管道1803
20的入口和出口处分别安装相同纵向导向的叶片1811和1812。另外可选的实施方 式为在前管道和尾管道的出口处安装额外的水平方向的叶片组，分别如图中 1805和1804所示。
这些叶片是可活动的，用于使从改变管道流出的气流方向，如图中1815所 示用来完成运载工具不同的飞行管理。图18—般为运栽工具看起来是正中间的 剖视图，但是从图中可以看到所示的作为参考的飞行员隔间、左侧发动机以及 推进风扇装置。
运载工具中间机身部位的下方区域作为主油箱。机身到其首尾向的外部形 状根据两个管道1802和1803的形状需要塑造。中间机身的下面还有一断流器 1806，用于减緩前管道1802的流出的气流，使其与在高速飞行中的运载工具周 围的大部分气流保持一致。
中间机身的上面部分1807适当的弯曲，这样能够加速空气进入尾管道1803 ， 并在机身顶部形成低气压区域，从而减轻主上升螺旋桨1813和1814的上升负 担。同时中间机身的上面部分1807可以方便降落伞或翼伞的安装，该降落伞或 翼伞用于在紧急状况时能够安全着陆或者依靠安装的推进风扇继续飞行。
飞行员1818坐在座椅1831上，该座椅可以为普通的座椅，也可以为部署 火箭的弹射座椅，后者为了在需要的情况下方便飞行员从驾驶舱穿过座舱罩快 速的弹出。飞行员控制装置1819与运载工具的飞行系统控制连接。
如图18所示，运载工具的两个发动机中的其中一个1826安装在外部壳体 1825内部，并位于进气口 1824下方。90度传动箱1823通过一传动轴将从发动 机1826获取的转动动力传送至位于下方的传动箱。该位于下方的传动箱(图中 未显示)再与主尾部上升螺旋桨传动箱1822相连，该传动箱1822为螺旋桨1813 提供动力。
互联的轴系机械装置(未显示)更进一步为前传动箱1823分配动力，前传 动箱1823同样为主上升螺旋桨提供动力。同时在图18中可见的是推进风扇1827 和安装在助推风扇之间的尾翼1828的横截面。同时需要注意的是曲线1830在 发动机壳体1825的平滑线上形成缺口和切块与壳体1825的前分界线。切块用
2于？ I导i^推进风扇的外部空气。
曲线1830的一般形状可以参见图16中任意一幅图的俯视图。前管道1802 的前端i殳有一可选的面向前端的环形狭槽，该狭槽一^:开在管道1802的圆周的 前l/4处。该狭槽在高(近停滞)压力气流区域正对进气流。
由于内部的几何形状一般呈收缩状，并且通过第二个内部狭槽1830,所以 进气流进入狭槽时速度加快，空气流速大于管道内部气流与管道1802的内壁无 关。
由狭槽进入管道的高速气流形成的低压区域，影响低压区域上方流经管道 边缘外(上)的气流，并且为进入管道内表面的后续气流提供吸力，同时避免 高速状态下的流分离。
狭槽1829和1820的另一个作用是引导一部分气流流经管道1802通过其他 开口，从而减少管道边缘上气流量，因此减少在高速飞行状态中由前管道产生 的整体的翻转力矩(对运载工具有不利的影响)。
需要注意的是，狭槽1829还可以设有一或者一组可选的门以便于当飞行速 度加快时打开旁道气流。如果应用所述的门，可以通过致动器或机械装置激活， 或者需要的情况下该门装有弹簧装置，并基于管道内外的压力分布和差异进行 自激活。起落架轮1821和1820位于起落架延伸部位。在高速飞行的状态下需 要将四个起落装置收进机身壳体1801内来减少阻力(图中并未显示)。
图19为运载工具无人驾驶应用的示意图。由图19可见，运载工具的外部 壳体1901没有装载飞行员的部分。同样可见纵向安装有进口叶片的前管道1909。 右侧发动机安装箱1903通常在靠近顶部和前部安装有入口 1904。同样的设置可 以应用于左侧的发动机安装箱1902和左侧发动机入口 1905。两个推进风扇1906 和1907之间贯穿有尾翼1908。运载工具还设有固定防滑型起落架1910和一特 有的观测系统的图形设备。
图20为与图19中的发动机装置具有细微不同的无人驾驶运载工具的示意 图。此处，同图19中相同，机身外壳2001同样没有装载飞行员的隔间。但是 运载工具的发动才几安装在机身内部如图20中区域2006所示。进气口 2005为发动机提供气流。同时使用两个推进风扇2006和2007和一个尾翼2008。前管道 2002和尾管道2003安装有纵向叶片。同时具有一特有的观测系统的图形设备 2009和固定防滑型起落架2010。
图21为如图16b所示的运载工具装备有用于高速飞行且可扩展的机翼的示 意图。右側的机翼在伸展的位置时指定为2101,在折叠在机身下时为2102。还 设置一根据需要用于伸展和收缩机翼的致动器2103。由图20可见左侧机翼与右 側谗目同。
图22a-22b分别为垂直起降运载工具的侧视图和俯视图，该运载工具使用多 个挨个按顺序放置产生升力的风扇，这些风扇连接在一个公共底盘上，目的是 为了能够载荷超过具有两个上升管道风扇的运载工具。底盘2001容纳多个管道 风扇来产生升力。风扇可以略微倾斜，如图22a所示，可以达到更高的运行速 度。两个长形抢体2003和2004位于管道风扇的两边，可以容纳乘客或者货物。 驾驶员2005可以坐在位于其中一个舱体的前端的驾驶舱2006内，例如左艙体 2004。两个发动机2012位于舱体的尾部，枪体尾部还设有空气通风口 2013。两 个变距推动风扇2014封装后，被安装在舱体的背面。水平尾翼2015安装在推 动风扇之间，用于调整飞行中前端的平稳。多层入口滚动、偏侧力控制叶片2007 安装在所有导管的纵向位置，在导管的轴向还装设有类叶片部件2008。横向安 装引导叶片2009可以减少摩擦力和防止气流从导管泄露。侧门2016可以自由 的安装，用于使外界的空气与上述气流混合，减少管道风扇的冲撞对般体的影 响，同时减少安装在入口处的叶片对这些管道风扇的控制力。每一个导管上安 装有一个变距风扇(转子)2010。 一半的风扇(或者接近一半，例如类似于如 图22所示的本实施例中的运载工具，但是该运载工具设有单数的升力管道风扇) 相对于另一半风扇反方向旋转。多个起落架轮2001支撑运载工具立在地面并减 少受到地面的影响。起落架轮中的一些轮为主动轮，或优选地，可利用变距推 动风扇向前运动。
如图23所示为一个将每一个发动机的动力传送给如图14-19所示的运载工 具的两个升力风扇和两个推动风扇的可选择排列的动力分配系统。两个发动机2303用于通过一系列的轴和传动箱来驱动两个主升力转子和两个推动风扇。每 一个发动机的动力开关通过一个短轴2315分别与RHS和LHS指定的尾部传送 部件2302和2301连接。通过这些传送，动力分配给穿过对角导向轴2304的尾 部推进螺旋桨和穿过两个水平安装轴2306的尾部转子减速器2307。两个主升力 转子通过螺旋桨法兰2308与相对应的传动箱连接。与主升力转子互接的轴分成 两个指定部分2309和2312，并与一个中心传动箱2310活动连接。这个中心传 动箱以水平线为中心旋转，连接轴2309和轴2312沿同一方向旋转(即利用一 系列大小不一的平面齿轮沿水平线的延长线装配)。在中心传动箱2310中至少 有一个中间齿l仑的轴2311延伸到外部，轴2311可以将动力传送给另一边的传 动箱2310，产生反方向的旋转(未示出转子)。转子向相反的方向旋转，用于 除去扭矩，保持运载工具平衡。
参见图24,图24为一个可选择排列的动力分配系统，该动力分配系统将动 力从中心发动机或者两个连体发动机传送给如图9和图20所示的两个升力风扇 和两个推动风扇。发动机2401用于利用一系列的轴和齿轮来驱动两个主升力转 子和两个推动风扇。上述动力输出发动机2408通过一个短轴与中心传输部件 2402连接。动力从中心传输部件2402分别通过轴2406传送给尾部升力风扇传 动箱，通过两个水平轴2403传送给两个角传动箱2404。两个对角轴2405将动 力从角传动箱传送给尾部推动螺旋桨传动箱2405。中心传输部件2402也可以设 有一个将动力传输出去的附加轴(图未示出转子)。转子沿相反的方向旋转， 用于除去扭矩保持运载工具平衡。
参见图25a,图25a为本发明实施例一个可选择角度的管道无人运载工具的 截面结构示意图。运载工具包括一个动力装置2502,如图25a所示，动力装置 2502基于涡轮轴技术，也可以采用其他的方式。圓形导管2501围绕转子(升力 风扇)2504。导管2501也可以为飞行控制室和通信设备提供持续的燃料。还包 括燃料油泵2505。传动箱2503用于降低发动机轴的旋转速度，方便与风扇2504 配合。两层叶片2506和2508用于控制运载工具的滚动、倾斜、偏移以及沿纵 向移动。叶片层可形成多重平面如图25c所示。载荷由装设在球形厢体2512内
24的摄像机产生。如图25b所示，为一个优选的装设在运载工具上的升力风扇， 升力风扇上分布有两个沿反方向旋转的转子2510和2511,用于减少风扇2504 的扭矩作用。较大的传动箱2509用于利用同心轴使两个转子沿反方向旋转。
参见图25c，图25c为从图25a中的A方向观察到的叶片在导管入口处的不 同排列方式。图25c表示出了几种可以排列的方式，但不限于这几种方式，还 可以为其它很多方式。叶片在平面上的排列的普遍原则如图25c所示以2513和 2519为典型， 一半的叶片相对于另一半的叶片沿一个方向呈一定角度倾斜(优 选的为90°，也可以为其他角度)，使得作用任意一个方向上的力都会在叶片的 任何一个方向上产生等效力，如图25a所示，进口叶片2506和出口叶片2508。 不同叶片的结构都是可以的，例如正方形2516，十字形2517，以及编织状2518。 参见图26,图26为用于紧急救援系统的降落伞的示意图。在紧急情况下或者其 他在广阔领域中需要的情况下，管道风扇运载工具(有人驾驶或无人驾驶)2601 不需要依赖升力风扇2606来起升，而可以利用降落伞2605来替代。降落伞可 以通过操作绳索2607来控制方向。当运载工具的推动风扇2602运转时，运载 工具可以在水平航线上运行。运载工具在水平线上航线以后，可以释放降落伞 2605，利用升力风扇2606继续航行，或者可以使用降落伞2605着陆。优选的， 如果推动风扇2602没有足够力量时，降落伞2605将是运载工具滑行到地面， 优选的利用圆形的降落伞可以延长滑行。
如图27所示，为向从两侧被图1、 5、 6、 8、 9及11-22描述的运载工具的 发动机短舱或空气动力表面隔离的升力管道提供额外气流的可选择方法。图27 中， 一个升力发生管道风扇2703被发动机短舱2702周围得气体部分地隔离。 打开阀门2704和阀门2705，使外界的气流2707通过通道2706的一侧流过，联 合来自上面的气流2708为管道风扇2703形成相对稳态的气流环境。随着阀门 2704和阀门2705的打开，发动机短舱对管道风扇冲撞的影响，以及叶片的操纵 有效性会减少到最小。优选的，阀门2704和阀门2705的出口部分与管道风扇 2703的管道的上端紧密配合。
参见图28a-28e,图28a-28e为图14b， 14c和16b所描述的为医护人员在运载工具救援舱体内情景的详细示意的俯视图。如图28a所示，为运载工具的舱 体是如何布置情况。如图28b所示，为医护人员2802面朝前就座，将他、她的 手臂放置在桌板2801上。如图28c所示，医护人员坐在中间位置，医护人员通 过沿桌板2801的轨道自由的滑动，也可以在中间的任何一个位置锁紧的担架， 可以很容易的触碰到患者2803的胸部和腹部。如图28所示为，医护人员旋转 到最左端处2805，患者的担架滑动到抢体的最端处，这样医护人员可以从后面 触碰到患者的头部，可以执行清理患者顶部的操作。如图28e所示，为医护人 员2802使用的旋转座椅2806的示意图。图28e还表示出，患者的担架2807可 以通过四个或多个滑轮或者辊子2814沿导向轨2810滑动。当抢体内没有患者 时，如图28b所示，医护人员可以面朝前坐，图28e的座位2806应该旋转到最 右边处2811。当担架使用时通常会如图28a放置，沿图28e中2080的方向滑出。 在这个位置，医护人员2802旋转座位2806到中间位置2813，可以触石並到患者 的胸部和腹部。这个位置对应于图28c中医护人员所在的位置2804。当医护人 员需要从后面触碰到患者2803的头部时，担架2807沿轨道2810滑动，如图28d 所示，医护人员旋转座椅2806到最左端位置2805,也就是图28e中的沿方向 2812旋转。
如图29所示为，图14-18表示的运载工具的驾驶般的多种可任意选择添加 的侧视图。驾驶员2901位于机组成员或乘客2902的前面的可选择抢内。医护 人员2903,患者躺在抢体l内的最端处2904，位于抢体的桌面上2905。驾驶艙 的地面2906与舱体的形成一个密封的空间。
如图30a-d所示，为一辆类似于图18的运载工具，但不同的是乘客和驾驶 员在抢体内呈"S，，形的几何形状分布。图30a为每个人位置的俯视图。图30b为 运载工具内部的设备和乘客的纵向剖视图。图30c和图30d为运载工具的局部 截面图。如图30c为，典型的乘客或者驾驶员3002。抢体的顶部3001如图18 所示那样凸出来，使乘客和驾驶员在运载工具的中心部位。独立的主传动单元 3004是选用图18中的优选的传动装置。动力从发动机3003传送给主传动单元 3004。角轴3005传送动力给尾部推动风扇3009,然后，普通水平轴3006传送动力给尾部升力转子传动箱3010。轴3006装设在翼型舱3008的内部，用于支 持尾部升力转子传动箱3010的机械运转。中心机身次级传动装置3007与每一 个主升力转子传动箱3010, 3011连接，也可容纳辅助设备的附件。
如图31所示，为类似于图30a-d的运载工具的俯视图，但是舱体可以容纳 9个乘客和驾驶员。
如图32a-g所示，为外部气流透过图1-21、 30-31描述的运载工具的前端管 道风扇的前端面3201。图32b的结构为图32a所示的前端，用于使气流透过。 用于气流流过的多排竖直开口槽3204，与上边缘3202和下圆环3205共同形成 管道结构。螺旋桨的垂直支撑部3203为管道的内部风扇提供支撑和保护。开口 槽3204—直保持打开的状态。如图32c所示，为第二种保持气体流动的结构， 管道的前壁被切削为两个矩形窗口 3206,中间形成一个中心支撑部3207。如图 32d和32e为图32b所示的方法的延伸方法，每一个开口槽3204内部安装有外 部驱动旋转阀门3208。如图32e所示，当运载工具盘旋时，阀门将开口槽封闭。 当运载工具向前飞行时，气流进入到管道内。如图32d所示，外部驱动阀门3208 旋转到开口的位置，气流3209自由流过开口槽。在图32d-e方案的思想下，如 图32f-g所示，每个垂直支撑部3203装设在上边缘3202和下圓环3205之间， 通过多个垂直支撑部3203以多个垂直轴3210为中心旋转，使多个开口槽3204 关闭，阻断外部气流。
如图33a-e所示为，内部气流从图1-21， 30-31所示的尾部管道风扇流出的 优选实施例。如图33b所示为一种使气流流出的结构，也就是图33a中的运载 工具的尾部。用于气流流出的多排垂直开口槽3304位于管道上，管道还包括上 边缘3302和下圆环3305。螺旋桨的垂直支撑部3303为管道的内部风扇提供支 撑和保护。开口槽3204—直保持打开的状态。如图33c所示，为第二种^f吏气流 流出的结构，管道的后壁被切削为两个矩形窗口 3306,中间形成一个中心支撑 部3307。如图33d和33e为图33b所示的方法的延伸方法，每一个开口槽3304 内部安装有外部驱动旋转阀门3308。如图33e所示，当运载工具盘旋时，阀门 将开口槽封闭。当运载工具向前飞行时，气流进入到管道内。如图33d所示，
27外部驱动阀门3308旋转到开口的位置，气流3309自由流过开口槽。图33d-e 方案的思想下，如图33f-g所示，每个垂直支撑部3303装设在上边缘3302和下 圓环3305之间，通过多个垂直支撑部3303以多个垂直轴3310为中心旋转，使 多个开口槽3304关闭，阻断外部气流。
如图34a-c所示为，内部气体流出后产生向后的速度，可减少运载工具在前 进过程中的阻力的优选实施例。瓦型前管道的前部下端3401沿圓环形管道前端 面呈一定角度逐渐弯曲，在中部达到最大角度。弯曲的部分不是垂直地围绕在 管道的周围，而是像盘旋一样，以30°到45。从与中心位置垂直的位置逐渐过渡 到管道的边缘。相似的方式为，当运载工具在前行过程中，机身中心的前部下 端3402，机身中心的尾部下端3403和尾部管道的尾部下端3404形成的曲线引 导从管道流出的气流与流入的气流更好的配合。如图34a所示的几何形状的管 道出口为固定的(也就是说，建成管道的形状)，优选的，如图34b所示可为 不同的几何形状，例如流线型的管道底部。也可用其他方法来改变所述管道底 部的几何形状。 一种方式是，如图34b所示，管道的固定部3405上装设有一个 活动或者独立的低部3406。灵活推挽式电缆3407的外部套子3408与活动或者 独立的低部3406的底部连接， 一个致动器3409，也可为两个致动器3409、 3410, 安装在机身内部用于拉动电缆3407，因此管道的几何形状可以产生影响。机身 中心的尾部下端3404位于后部，类似于管道的前部下端3401,不同的是推动尾 部管道的底部向后是利用推动灵活推挽式电缆，而不是被图34b中的机身内部 的致动器拉动。
参见图35a-c,图35a-c为在前行过程中为了减少运载工具的阻力，如图1-21、 图30-31描述的使外部气流进入前管道的侧壁，再从运载工具的后管道风扇侧壁 流出的另一种优选实施例。如图35a为，前管道的前端设有一向上部3501,气 流进入阀门3502和一下圓环3506。操作中心支撑部3509， 3510分别位于前管 道和后管道，用于支撑下圆环3503和3506。如图35b和35c所示，为设在前管 道上的滑动挡板3507的放大截面示意图。滑动挡板3507为刚性，有一定曲率 的栅栏，当运载工具在前行中，滑动挡板3507可向上滑动到上边缘，当运载工具盘旋时，滑动挡板3507滑回原位置，用于阻挡气流。
如图35c所示，为当运载工具慢速飞行或盘旋时，滑动挡板3507采用机械 方式下滑，例如利用致动器或其他方式，滑动挡板3507下滑后落入到下圆环3506 或其他类似的圓环内，来阻挡外部气流，滑动挡板3507从圆柱形的管道延伸到 管道出口。相似的结构适用于后管道的尾端。每个管道都设有一滑动挡板3507， 或者分成两段，位于附加垂直支撑部3509和3510所在的位置。
如图36-41所示为运载工具的前面设有管道风扇升力单元3601，后面设有 类似的升力单元3602。另外,运载工具包括两个位于后面的管道风扇推进器3603 和3604,用于保持运载工具稳定性的水平尾翼3605,还包括用于通过翼的偏转 产生升力的活动翼3606。稳定器3605可所为一个单元围绕轴3707转动。优选 地，除了活动翼和轴稳定器之外，还有其他的气流控制单元，例如吸气流或吹 气流单元，压电的，或其他致动器，或气流控制单元。如图36-41所示的运载工 具还包括一车厢，例如位于运载工具中心位置的客舱3608,位于下部靠边侧的 驾驶抢3609。图42为图36中A-A的纵剖面图(但是省略了起落装置)。
如图39所示，为图36中A-A的纵剖面图，前提升力管道风扇3610,后提 升力管道风扇3611和中心般3608，以及示意一个面向前方的乘客3612，面向 后方的乘客3613，为了给车内的人提供足够头部挺直的空间，舱体高度位于 3614。舱体3608的外部上下边界3615和3616形成一个充分稳定的艙体高度， 使沿运载工具纵向形成一个相对平坦的表面，优选的是在飞行过程中在客舱的 顶部3615和地板3616形成相对平行可减少阻力的气流。如图40所示，为前行 过程中在客舱3608周围形成的气流。远离运载工具的气流形成的流线3617不 受到运载工具形状的影响，靠近运载工具的气流受到运载工具形状、前后升力 风扇运动的影响。这些还包括进入到前提升力管道风扇3610的气流的流线3618， 经过客抢3608然后进入后提升力管道风扇3611的气流的流线3619。气流净皮阻 挡在停滞点3620,所有下方的气流的流线结束在停滞点，然后进入到前升力风 扇3610,所有上方气流的流线结束在停滞点，并跃过客抢顶部， 一些继续向前， 一些流入后提升力管道风扇3611。由于运载工具的轮廓在前提升力管道风扇气流出口处急剧变化，气流不能转到客抢的底部。而是，在区域3621，气流继续
向下流动，远离运载工具后，逐渐变回到自由流动的气流。气流在客抢3608底 部的分离，导致相当大的拖拽力，尤其是在运载工具前行过程中增加了阻力。 气流的流动的方式还有其他方式，不限与图40所示的A-A截面图所表示的方式， 但是通常会越过运载工具客抢的宽度，形成2维空间上无溢出到运载工具侧边 的气流。这是由升力风扇吸气作用所引起的，后风扇起到主要的作用。如图36-39 所示的凸出的侧边顶棚3609或驾驶舱3622对无中心溢流起到辅助作用。但是， 需要强调的是2维空间上无溢出到运载工具侧边的气流在没有凸出的侧边顶棚 3609或驾驶抢3622的但类似于图36-39的运载工具上也存在，本发明也可应用 到这种运载工具上。此外，如图40所示的气流完全贴附在客抢的表面，在高速 航行中，当没有后风扇产生吸力时，也不可能又分离开来。
如图41所示为客抢顶部流线型气流对运载工具外表面产生的气压。图中 4101和4102为两个典型的低气压，由客抢前弯曲部3608的气流加速度和客抢 后弯曲部的气流加速度形成。因为，客舱顶部为基本平面，客舱顶部空间没有 产生气压。低气压4101和4102产生两个吸力4103和4104,作用于运载工具外 表面，形成添加升力。
如图42所示，为Navier-Stokes对类似于图36中的运载工具的中心顶部的 上平面4201的压力系数分布的分析。可以看出，低负压波峰的绝对值在4202 形成在上表面的前端，用于减少对平面表面的中等压力，增加了顶棚后弯曲部 气流流向升力风机的吸力压力。平滑压力曲线上轻微的影响可以清晰的看见在 4203处，由自身的流分离导致，但是在进入后升力风机前，很快又贴附在运载 工具表面。如图43所示，为顶棚外部线条的弯曲表面形态发生改变，水泡4301 添加在基本平面的顶棚轮廓线4303上。(顶棚碑仑廓线4302的形状与图39所示 的顶棚的形状相同或基本相同。由于水泡状拱起部形成连续的弯曲外表面，形 成一个新的低气压区域4303,添加吸力4304为运载工具提供添加升力。需要注 意的是低气压区域4303和所有图示的合力仅表示增加了水泡状拱起部4301所 获得的添加升力所生产的效果。如图44中的4401为水泡状拱起部4301的一些几何特征。表示出了带半径的上圓弧的基本常量，中心点处的最大厚度<:~=1/2
A，利用R获得最大厚度B和长度A的比率B/A =0.20-0.40。
图45说明分布在弯曲的上表面4501上的压力系数与分布在图43中水泡状 拱起部4301的顶部的压力系数相似的Navier-Stokes分析的结果。原来平坦的艙 顶参考曲线4502。可以看出，曲线4503记录的低负气压的绝对值由上表面的前 端开始形成，但与图42的压力分布不同，压力持续增加到高吸力点Cp，大约在 水泡状拱起部最高部分的上方达到最大值。和图42 —样，这里平滑的Cp曲线 在4504的位置也显而易见地存在轻微的干扰，可是比图42更显著，也是由进
图46中4601的位置显示气泡形状的一种修正，没有图43中水泡状拱起部 4301那么充分地对称，但有向前倾斜的趋势，接近吸入空气的水泡状拱起部外 表面的曲率半径相对较小，因此水泡状拱起部4601前表面的曲率比后表面的曲 率更加陡哨。结果，水泡状拱起部4601前部上方的空气的加速度比较快，在4602 的位置产生的低压区域的压力比作用在机身上类似大小部分的标准的平顶的压 力低，因此产生如4603所示的与图43中对称的水泡状拱起部不同的较强升力，
该再次强调的是，低气压区域的形状和合力的大小、方向仅仅示意性地说明出 现在充分平坦的标准的舱顶的顶部的水泡状拱起部产生的低压场使运载工具获 得额外的上升力。
图47中的4701显示了水泡状拱起部4601的几何学特性，可以看出，上面 的圓弧的曲率半径不是恒量，而是前面区域的曲率半径较小，从前面边缘到获 得最大密度值之间的线段C的长度约等于整段区域A的长度的0.2倍到0.3倍， 同时可以得到，最大密度值的线段B的长度与纵向线段A的长度的比率范围约 为0.2至0.4。
图48说明分布在弯曲的上表面4801上的压力系数与分布在图46中水泡状 拱起部4601的顶部的压力系数相似的Navier-Stokes分析的结果。原来平坦的抢 顶参考曲线4802。可以看出，曲线4803记录的^f氐负气压的绝对值由上表面的前
31端开始形成，并快速上升，大约在水泡状拱起部最高部分的上方达到最大值。
和图42、图45 —样，这里平滑的Cp曲线在4808的位置也显而易见地存在轻樹: 的干扰，也是由进入后面的升起风扇之前迅速贴在运载工具的表面上的局部的 气流分离引起的。
图49说明一个与图46中水泡状拱起部4601相似的向前倾斜的水泡状拱起 部，相对于图43中充分对称的水泡状拱起部形状4301，如何对穿透水泡状拱起 部并作用在舱顶部的网状上升力Ll产生向前推动的作用。因为运载工具能绕其 自由旋转的重心4902充分位于运载工具的中央位置，同时作用力Ll所在直线 4903和重心4902之间产生偏心率el。结果前端产生一个位于水泡状拱起部上 的正向的提升运栽工具的俯仰力矩，该力矩需要通过抵消来维持运载工具处于 倾斜状态。水平尾翼4904轻易产生额外的相对于重心4902的偏心率为e2的提 升力L2，该提升力L2产生的力矩能平衡由Ll产生的俯仰力矩。由此产生的有 益效果是一个额外的提升力L2如今作用在运载工具上，进一步增加运载工具巡 航时的升起高度，但需紧记水平尾翼4904不能令运载工具升起，因为它不能像 向前倾斜的水泡状拱起部4601那样维持运载工具重心周围的力矩所需的平tf。
图50说明如果图46中的向前倾斜的水泡状拱起部4601制成空的，从而产 生一个如水泡状拱起部5001形状的改良的抢顶，在后部面向前的乘客5002相 对于前部面向后的乘客5003的位置能够被提升，从而产生的额外的好处是能以 5004那样的方式改装座舱的地板，在图51中进一步说明，倘若这样，从前面输 送管出口均匀流出的空气5005将能减少运载工具巡航时的阻力，尤其是运载工 具巡航时的动量阻力。
图51说明该发明不限于后部面向前的乘客，乘客5101和乘客5102也能同 时面向前面，或者坐在座舱的任何中间位置。应该强调的是，在这里描述的乘 客们只是作为一个例子，他们能替换为货物或者任何其他的负载舱或者有效载 荷抢的功能或内含物。图51还进一步说明了其上的改装地板的几何学与图50 的相同。能够看出，前面输送管内侧表面一旦跳过螺旋桨叶片的尖端5103,座 抢的外边界就在点5104开始向后弯曲，结合原来座抢前端平坦的舱底5105,弯曲将以小角度延伸到抢尾。我们可以注意到，接近起始弯曲点5104 (也就是相
关的锐角转角)的位置曲率半径小，该点沿着相关的平直(大曲率半径)斜面
一直到点5105。这个相关的平直而有一定角度的底部胜于选择恒量的弧形作为 座抢地板，可以达到两个目的(a)轮廓中接近点5104的相关陡哨的曲线在 当运载工具盘旋时，促进从座輪前底面流出的气流及早地分开流动，因此没有 产生任何流动扭曲或者与螺旋推进器下面的机身产生有害的交互作用。(b)在 向前飞行时，由于气流紧贴，点5104和点5105之间的相关平直的斜面有利于 避免增大当轮廓半径为恒量时导致产生的不利于运载工具升起的低气压和吸 力。
应该注意的是，Ll/L2的比率范围为0.30-0.60，而且点5104和点5105之间 的改装的倾斜的座抢地板比另外为了避免锐角转角而采取前端局部弯曲的平直 的座舱地板(也就是LI/L24)长。
图52选择两种座舱形状的其中一种进行举例说明，在该座抢中，上面的座 舱顶5201依然以图46的形式弯曲，但座舱底部的区域5202是平直的。虽然不 能直接合适地容纳图50和图51中的乘客，但平直底部的座舱形状依然存在其 他应用，例如装载货物或者运载工具的无人操作，或者选择二者之一作为座艙 形状高到足以为人类的居住提供净空高度的更大尺寸的运载工具。平直底部的 座抢的几何学如图53中的5301所示，t/c的比率范围大约为0.30-0.50。在图50 中弯曲底部5004上方的平直底部5202的主要空气动力学的优势是避免受到向 下的吸引力，从而在运载工具向前巡航时荻得更佳的升起概率。
图54说明座舱地板形状的进一步变化，图中座舱底部5401是凹的。座抢 地板的凹度存在进一步减少座舱可用的内部高度以及有用空间的缺点，但它也 存在增加作用在座抢底部的正向压力的空气动力学的优势，并且潜在地进一步 改善图52中平直底部上方的升起概率。底部凹的座舱的几何学如图55中的5502 所示，t/c的比率和前面一样，也就是t/c的比率范围大约为0.30-0.50，而且截面 凹度比率s/c的值大约在0.30-0.50的范围内。
图56和图57说明相对于自由气流速度，流动在运载工具中央部分周围的
33流线型形状的气流以及整个运载工具的升力风扇的气流的诱导速度的影响力的
大小，图56描绘图40中座舱形状的运载工具，图57描绘图52中座舱形状的 运载工具。图56中的5601示意气流以高的诱导速度流穿后面风扇5603中的刀 片5602。相似的描述适用于运载工具的前面风扇。图57中流经风扇的诱导速度 5701相对较小，之所以这样，是因为如果座舱顶部迅速出现额外的提升力5702, 而运载工具的重量没有相应的增加，为了保持总的提升力不变，不得不被迫减 小风扇对提升运载工具的贡献，因此必须减小流经风扇叶片的诱导速度。因为 图56和图57中的诱导速度本质上以恒定的飞行速度进行变化，从空气速度矢 量图可以看出，当自由气流速度5604和5703保持大小不变，而垂直方向上的 诱导速度的分量5605和5704分别一高一低的情况下，图56中合成的流动速度 的倾斜角度比图57中合成的流动速度的倾斜角度要小。这样运载工具附近的气 流有利于减少运栽工具在空气里运动过程中受到的全部阻力中的动量阻力部 分，进一步说明当图43至图55中的风扇卸下其运载的一部分负荷时，作用在 座舱顶和尾翼上的巡航提升力产生的好处，上述图56和图57中关于流线型的 几何学、适当的区域部署以及其他的中央部分形状的好处应该被提及。
以上所述是本发明的几个优选实施方式，仅仅是为了阐述清楚实施例，而 且显然本发明还存在很多其他的变更、修正和应用。
权利要求
1、一种管道式气流运载工具，包括一个具有纵向轴的机身、一个位于所述纵向轴一侧的第一驾驶舱以及一个靠近并位于所述第一驾驶舱下方的中心区；一个安装于机身的第一气流管和一个可以使周围气流通过所述第一气流管道的第一空气发动机以及一个安装于机身的第二气流管道和一个可以使周围气流通过所述第二气流管道的第二空气发动机；所述中心区外部的上下表面在空气动力学上适于利用所述中心区上方的空气来增大空气升力；同时减少对存在于所述第一气流管道中气流的阻力。
2、 如权利要求1所述的管道式气流运载工具，所述中心区外部上表面为凸 形，所述中心区外部下表面为凹形。
3、 如权利要求1所述的管道式气流运载工具，包括一个位于所述纵向轴一 侧对边的第二驾驶抢，所述第一和第二驾驶艙延伸至所述中心区的上方使空气 在所述第一和第二驾驶艙之间的中心区上表面传输，从而提高由此产生的升力。
4、 如权利要求3所述的管道式气流运载工具，所述中心区的上表面呈凸形， 从而在所述机身上方形成一个低压空气升力区域。
5、 如权利要求4所述的管道式气流运载工具，所述凸形表面完全由等半径 的弧度决定。
6、 如权利要求5所述的管道式气流运载工具，所述凸形表面是不对称的， 其向前弯曲部分由一个第一半径决定，其向后弯曲部分由一个大于所述第一半 径的第二半径决定。
7、 如权利要求4所述的管道式气流运载工具，所述机身中心区包括一个抢室有效载荷区，所述凸形表面内部中空，从而构成所述抢室顶部的一部分。
8、 如权利要求5-7的任一项所述的管道式气流运载工具，所述外部下表面 是充分平坦的。
9、 如权利要求4所述的管道式气流运载工具，所述外部下表面的至少一部 分是充分平坦的，并且朝所述管道向前一端方向向上倾斜。
10、 如权利要求4所述的管道式气流运载工具，所述外部下表面是凹入的， 从而使所述中心区具有一个翼型截面形状，以增加所述在机身下的正压力。
11、 如权利要求1所述的管道式气流运载工具，所述第一气流管道朝向第 一驾马史抢的前部，第二气流管道朝向第 一驾驶抢的后部。
12、 如权利要求11所述的管道式气流运载工具，所述第一和第二气流管道 在所述纵向轴上轴向排列。
13、 如权利要求1-12的任一项所述的管道式气流运载工具，所述第一和第 二气流管各自的管轴相互平行并且向前倾斜入机身里，从而提供一个在倾斜方 向上的分力。
14、 如权利要求1所述的管道式气流运载工具，许多控制叶片位于所述前 后管道进口端内部并且相互交叉，并且至少一些所述控制叶片具有与所述纵向 轴充分对齐的翼展轴。
15、 如权利要求14所述的管道式气流运载工具，所述控制叶片中的至少一部分控制叶片也可以^f黄向分布于所述管道的至少一部分的流动出口端。
16、 如权利要求14所述的管道式气流运载工具，所述控制叶片具有一个翼 型截面形状，其前缘朝向通过所述第一和第二管道的主要的流体输入方向。
17、 如权利要求16所述的管道式气流运载工具，至少一部分所述翼型控制 叶片具有一个沿翼展轴方向的无固定导向的弦线，从而使其在沿翼展轴方向的不同位置满足近似符合预期的管道气流矢量方向。
18、 如权利要求14所述的管道式气流运载工具，所述控制叶片的弦线具有 一定角度，可随第一和第二管道内控制叶片位置不同而改变。
全文摘要
一种管道式气流运载工具，包括一个具有纵向轴的机身、一个位于纵向轴一侧的第一驾驶舱、一个靠近并位于第一驾驶舱下方的中心区、一个安装于机身的第一气流管道以及一个可以使周围气流通过第一气流管道的第一空气发动机、一个安装于机身的第二气流管道以及一个可以使周围气流通过第二气流管道的第二空气发动机，中心区外部的上下表面在空气动力学上适于利用中心区上方的空气来增大空气升力，同时减少对存在于第一气流管道中气流的阻力。
文档编号B64C15/00GK101535123SQ200680047524
公开日2009年9月16日 申请日期2006年11月1日 优先权日2005年11月1日
发明者拉斐尔·约利 申请人:城市航空公司