产生用于航空运输的推力的设备的制作方法

1.本发明涉及产生用于航空运输的推力以便使飞行器能够安全地起飞和着陆的设备。


背景技术：

2.本部分中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息并且可以不构成现有技术。
3.在电动推进式垂直起降飞行器问世之前，主要使用倾斜风扇式喷气发动机和基于发动机的垂直起降飞行器。
4.考虑到垂直起降飞行器侧倾方向姿态的稳定性和发动机故障，垂直起降飞行器使用至少四个导管风扇型发动机。
5.由于其中安装有四个或更多个发动机系统，这种垂直起降飞行器具有复杂的构型，并且由于风扇的特性，在向前操纵时，这种垂直起降飞行器经历由流动分离引起的诸如其性能和飞行稳定性下降的问题。
6.具体地，由于这种垂直起降飞行器可以垂直地起飞和着陆，其不需要单独的跑道，因此无需昂贵的航空基础设施就能够提供服务。然而，已发现在操纵飞行器期间其具有很高的事故率。
7.公开于背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对本发明的背景技术的理解，并且并不应当被认为是构成本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

8.本发明提供了产生用于航空运输的推力的设备，其中除了主推力装置外，还提供了配置为产生辅助推力的辅助推力装置，以便使飞行器能够安全地起飞和着陆。
9.在本发明的一个实施方案中，一种产生用于航空运输的推力的设备包括：机翼、旋翼、主推力装置和辅助推力装置，所述机翼固定至飞行器的机身的左侧和右侧，所述旋翼安装在机翼上并且配置为产生主推力，所述主推力装置包括发动机和电机，并且配置为向旋翼提供驱动力，所述辅助推力装置安装在机身中并且配置为产生辅助推力。具体地，所述辅助推力装置的重心配置为与飞行器的重心重合。
10.所述辅助推力装置可以包括相对于飞行器的重心对称布置的微型喷气发动机。
11.所述飞行器的重心可以位于靠近机翼的前部的位置。
12.所述微型喷气发动机可以分别安装在机翼的前方和后方。
13.所述微型喷气发动机可以安装在机翼前方的机身区域的左侧和右侧，以及机翼后方的机身区域的左侧和右侧，使得所述微型喷气发动机相对于所述飞行器的重心对称布置。
14.发动机可以安装在飞行器重心的前方，并且配置为向发动机供应燃料的燃料箱可以安装在飞行器重心的后方。
15.发动机可以安装在飞行器重心的后方，并且配置为向发动机供应燃料的燃料箱可
以安装在发动机的前方。
16.所述发动机可以尽可能的靠近飞行器的重心安装。
17.产生用于航空运输的推力的设备可以进一步包括控制器，所述控制器配置为在操纵飞行器以垂直起飞和着陆的过程中，当由旋翼产生的主推力量不足时，使微型喷气发动机工作以补偿推力不足。在一个实施方案中，通过将旋翼产生的主推力量与飞行器垂直起飞或垂直着陆所需的推力量进行比较来确定推力不足。
18.控制器可以执行控制，使得在微型喷气发动机工作之前将电力均等地供应到各个电机。
19.当配置为向电机供应电力的电池的电量状态(soc)等于或小于参考值时，控制器可以执行控制，使得通过逆变器控制将电力均等地供应到各个电机。
20.控制器可以执行控制，使得当旋翼或电机中的任一个发生故障时，通过阻断向位于与故障的旋翼或电机两侧对称位置处的电机的电力供应，将电力均等地供应到各个电机。
21.通过本文提供的说明，进一步的应用领域将变得明显。应当理解，本说明书和具体示例仅是旨在说明的目的，并非旨在限制本发明的保护范围。
附图说明
22.为了可以更好地理解本发明，将参照附图、通过给出示例的方式来描述本发明的各种实施方案，在附图中：
23.图1是示出根据本发明的一个实施方案的航空运输设备的整体配置的示意图；
24.图2是示例性地示出根据本发明的第一实施方案的主推力装置和辅助推力装置的布置结构的示意图；
25.图3是示例性地示出根据本发明的第二实施方案的主推力装置和辅助推力装置的布置结构的示意图；
26.图4是示例性地示出根据本发明的第三实施方案的主推力装置和辅助推力装置的布置结构的示意图；
27.图5是示例性地示出根据本发明的第四实施方案的主推力装置和辅助推力装置的布置结构的示意图；
28.图6是示例性地示出根据本发明的另一实施方案的使用辅助推力装置的一个过程的流程图；以及
29.图7是示例性地示出根据本发明的一个实施方案的使用辅助推力装置的另一过程的流程图；
30.本文所描述的附图仅是用于说明目的，并非旨在以任何方式来限制本发明的范围。
具体实施方式
31.下面的说明在本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本发明、应用或用途。应当理解的是，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
32.现在将详细地参照所附附图中所示的本发明的示例性实施方案。
33.图1是示出根据本发明的一个实施方案的航空运输设备的整体配置的示意图。
34.参考图1，产生用于航空运输的推力的设备包括：机翼3、旋翼17、主推力装置以及辅助推力装置，机翼3固定在飞行器的机身1的左侧和右侧，旋翼17安装在机翼3上并且配置为产生推力，主推力装置配置为利用发动机7和电机15向旋翼17提供驱动力，辅助推力装置安装在机身1中并且配置为产生辅助推力。具体地，辅助推力装置的重心(cg)与飞行器的重心(cg)重合。
35.更具体地，燃料箱5和发动机7安装在机身1中，发动机7燃烧由燃料箱5供应的燃料以产生动力。
36.由发动机7产生的动力通过安装在机身1中的发电机9转换成电力。
37.此外，电池13安装在机翼3中，并且由发电机9转换的电力通过电源分配单元11而与电池13的电力合并。
38.另外，多个旋翼17可以安装在左侧的机翼3中和右侧的机翼3中，并且在两侧是对称的，电机15可以独立地安装在各个旋翼17中，并且各个电机15可以连接到电池13，以接收从电池13供应的电力。
39.因此，电池13的电力被分配到各个电机15以驱动旋翼17，由此，主推力装置可以推进航空运输(下文中，称为“飞行器”)。
40.然而，在使飞行器垂直起飞和着陆的过程中，当主推力装置产生的推力量不足时，可以通过辅助推力装置推进飞行器。
41.在一个实施方案中，主推力装置安装在机翼3中，而辅助推力装置安装在机身1中，使得由辅助推力装置产生的推力的位置与由主推力装置产生的推力的位置不重合。具体地，飞行器整体的重心(cg)和辅助推力装置的重心(cg)彼此重合，因此，当辅助推力装置产生推力时，飞行器可以稳定地垂直起飞和着陆，而不发生侧倾或纵倾。
42.此外，辅助推力装置可以采用微型喷气发动机19，微型喷气发动机19可以安装在重心cg的前方和后方，并使得是对称的。
43.这些微型喷气发动机19由从燃料箱5供应的燃料来驱动。
44.即，辅助推力装置应提供足够的推力量，同时由于具有最小的重量和体积而不影响整个设备，以便提供飞行器的安全性。
45.因此，具有低推重比(thrust to weight ratio)的微型喷气发动机19被应用作为辅助推力装置，因此与飞行器的重量相比可以提供较大的推力，此外，微型喷气发动机19与发动机7共用燃料箱5，因此由于结构简化会降低辅助推力装置的重量并且增加辅助推力装置的安装位置的选择自由度。
46.图2是示例性地示出根据本发明的第一实施方案的主推力装置和辅助推力装置的布置结构的示意图，图3是示例性地示出根据本发明的第二实施方案的主推力装置和辅助推力装置的布置结构的示意图，图4是示例性地示出根据本发明的第三实施方案的主推力装置和辅助推力装置的布置结构的示意图，以及图5是示例性地示出根据本发明的第四实施方案的主推力装置和辅助推力装置的布置结构的示意图；
47.参考这些示出各个实施方案的配置的附图，飞行器的重心cg位于靠近机翼3的前部的位置。
48.例如，如图2和图3所示，在机身1中，其中机翼3固定到机身1的中间部，飞行器的重
心cg位于机身1的中心，靠近机翼3的前部。
49.或者，如图4和5所示，在机身1中，其中机翼3固定到机身1的后部，飞行器的重心cg也位于机身1的中心，靠近机翼3的前部。
50.此外，微型喷气发动机19分别安装在机翼3的前方和后方。
51.更详细地，微型喷气发动机19配置为安装在机翼3前方的机身1的区域的左侧和右侧以及机翼3后方的机身1的区域的左侧和右侧，并且是对称的。
52.即，四个微型喷气发动机19以相对于飞行器的重心cg分布为对称的，更确切地说，一对微型喷气发动机19安装在机翼3前方的机身1的区域的左侧和右侧，一对微型喷气发动机19安装在机翼3后方的机身1的区域的左侧和右侧，以不干扰机翼3与机身1的接合。
53.考虑到重心cg，发动机7和燃料箱5可以布置在机身1中。
54.作为一个示例，如图2和图4所示，发动机7可以安装在重心cg的前方，并且配置为向发动机7供应燃料的燃料箱5可以安装在重心cg的后方。
55.即，在发动机7位于重心cg的前方的布置结构中，基于重心cg，燃料箱5可以安装在与发动机7相对的位置。
56.作为另一个示例，如图3和图5所示，发动机7可以安装在重心cg的后方，并且配置为向发动机7供应燃料的燃料箱5可以安装在发动机7的前方。
57.这里，发动机7可以尽可能的靠近重心cg安装。
58.即，在发动机7位于重心cg后方的布置结构中，考虑到飞行时由于燃料的消耗而使燃料箱5内燃料的重量减轻，所以发动机7位于重心cg的后方，并且发动机7尽可能的靠近重心cg安装。
59.图6是示例性地示出根据本发明的一个实施方案的使用辅助推力装置的一个过程的流程图，图7是示例性地示出根据本发明的另一个实施方案的使用辅助推力装置的另一个过程的流程图。在本发明的示例性实施方案中，当主推力装置产生的推力量不足时，可以将用作辅助推力装置的微型喷气发动机19控制为工作。
60.为此，根据本发明的一个实施方案的产生用于航空运输的推力的设备进一步包括控制器21，所述控制器配置为在操纵飞行器以垂直起飞和着陆的过程中，当由主推力装置产生的推力量不足时，操作微型喷气发动机19来补偿推力不足。
61.具体地，控制器21可以配置为执行控制，使得在微型喷气发动机19工作之前将电力均等地供应到各个电机15。
62.供作参考，根据本发明的一个示例性实施方案的控制器21可以通过非易失性存储器(未示出)和处理器(未示出)来实现，非易失性存储器配置为存储与关于配置为控制车辆的各种元件的操作的算法的数据或再现该算法的软件命令，所述处理器配置为利用存储在相应存储器中的数据来执行本文描述的操作。这里，存储器和处理器可以实现为单独的芯片。或者，存储器和处理器可以实现为单个集成芯片。这里，可以提供一个或多个处理器。
63.作为一个示例，由主推力装置产生的推力量不足的情况可以是配置为向电机15供应电力的电池13的soc等于或小于参考值的情况。
64.在这种情况下，通过逆变器控制可以将向各个电机15供应的电力控制为均等的。
65.此外，在本发明中，作为另一示例，主推力装置产生的推力量不足的情况可以是任意的旋翼17或电机15发生故障的情况。
66.在这种情况下，可以通过阻断向位于与故障的旋翼17或电机15两侧对称位置处的电机15的电力供应，控制向各个电机15供应的电力是均等的。
67.即，在操纵飞行器以垂直地起飞或着陆时，如果出现诸如任意的旋翼17损坏、电池13的soc低、或分布式电力推进系统故障的紧急情况，则使辅助推力装置工作以补充不足的推力，因此可以操纵飞行器以安全地起飞或着陆。
68.在下文中，参考图6，将描述在飞行器的垂直起飞和着陆期间，向电机15供应的电力不稳定的情况下，通过微型喷气发动机19补充推力的操作。
69.在飞行器的垂直起飞和着陆期间，如果出现诸如电池13的soc低或向电机15供应的电力不稳定的情况，则通过使用逆变器控制电机15，将向所有电机15供应的电力调节为均等的，以基于飞行器的重心cg保持推力平衡。
70.此后，微型喷气发动机19工作。
71.相应地，微型喷气发动机19提供对应于大约两个旋翼17产生的推力水平的推力，并因此支撑飞行器的重量，从而能够补偿推力不足以调节飞行器的推力。
72.因此，微型喷气发动机19协助飞行器操纵，以安全地垂直起飞或着陆。
73.此外，参考图7，将描述在飞行器垂直起飞和着陆期间，由于任意的旋翼17或电机15的故障而发生推力不平衡的情况下，通过微型喷气发动机19补充推力的操作。
74.在飞行器的垂直起飞和着陆期间，如果由于任意的旋翼17或电机15的损坏或故障而发生推力不平衡的情况，则停止损坏或故障的旋翼17或电机16的工作，并且阻断向位于与故障的旋翼17或电机15两侧对称位置处的电机15的电力供应。
75.此后，微型喷气发动机19工作。
76.相应地，微型喷气发动机19提供对应于大约两个旋翼17产生的推力水平的推力，并因此支撑飞行器的重量，从而能够补偿推力不足以调节飞行器的推力。
77.因此，微型喷气发动机19协助飞行器操纵，以安全地垂直起飞或着陆。
78.从以上描述显而易见，根据本发明的示例性实施方案的产生用于航空运输的推力的设备利用通过向其供应燃料而驱动的微型喷气发动机作为辅助推力装置，以便与电推力装置分开工作，并且实现推力装置的二元化，从而提供飞行器的鲁棒性操作，以在发生电推进系统故障时能够安全地垂直起飞和着陆。
79.此外，微型喷气发动机共享主推力装置使用的发动机的燃料系统，并且可以因此降低安装微型喷气发动机所需的附加部件的总重量，从而降低飞行器的重量。
80.此外，由于微型喷气发动机19通过燃烧过程产生推力，与旋翼相比，微型喷气发动机19具有非常高的桨盘载荷，因此微型喷气发动机可以在使用具有小直径的发动机7的同时产生相当于飞行器总重量20％的推力，从而能够使飞行器设计的变化最小化。
81.尽管已出于说明的目的公开了本发明的示例性实施方案，但是本领域技术人员应当理解的是，可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下进行各种修改、增加和替换。