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CN115298093A - 具有倾转风扇组件的飞行器 - Google Patents

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CN115298093A CN202180025808.3A CN202180025808A CN115298093A CN 115298093 A CN115298093 A CN 115298093A CN 202180025808 A CN202180025808 A CN 202180025808A CN 115298093 A CN115298093 A CN 115298093A
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Abstract

实施例提供了具有一个或多个倾转风扇组件的飞行器，该一个或多个倾转风扇组件构造成在向前飞行位置与垂直升力位置之间倾转。飞行器还可包括用于垂直移动的多个升力风扇组件。倾转风扇组件可经由一个或多个倾转机构联接到飞行器的机身或机翼。联接到飞行器的控制系统可控制一个或多个倾转机构以在向前飞行位置与垂直升力位置之间移动倾转风扇组件。倾转风扇组件可联接到一个或多个支承结构，该一个或多个支承结构联接飞行器的机身或机翼。

Description

具有倾转风扇组件的飞行器
相关申请
本申请根据35 USC§ 119(e)要求享有2020年1月31日提交并且题名为“具有倾转风扇的飞行器(Aircraft with Tilting Fans)”的编号为62/968,852的美国临时专利申请的权益，其公开内容以其整体通过引用结合在本文中以用于所有目的。
技术领域
所描述的实施例大体上涉及具有垂直起飞和降落能力的飞行器。特别地，实施例提供了具有一个或多个倾转风扇组件的飞行器，该一个或多个倾转风扇组件以受控方式为悬停、过渡和巡航飞行提供垂直和水平推力。
背景技术
具有垂直起飞和降落能力的飞行器需要升力风扇才能垂直地悬停、起飞和降落。然而，此类飞行器还需要向前推力才能在空中巡航。在垂直方向上产生的推力为载具(vehicle)提供升力；水平地产生的推力提供向前的移动。垂直起飞和降落(VTOL)飞行器应产生垂直和水平推力两者，并且能够以平衡的方式控制这些力。
发明内容
各种实施例提供了一种构造成用于垂直起飞和降落的飞行器。该飞行器包括机身、联接到机身的相反侧的一对机翼、联接到该对机翼的多个升力风扇组件、多个倾转风扇组件和控制系统。多个升力风扇组件构造成产生垂直升力。多个倾转风扇组件构造成在垂直升力位置与向前飞行位置之间移动。控制系统可构造成在垂直升力位置与向前飞行位置之间控制多个倾转风扇组件。
一些实施例提供了一种构造成用于垂直起飞和降落的飞行器。该飞行器包括机身、联接到机身的相反侧的一对机翼、构造成在垂直升力位置与向前飞行位置之间移动的联接到该对机翼的多个倾转风扇组件、以及控制系统，该控制系统可构造成在垂直升力位置与向前飞行位置之间控制多个倾转风扇组件。多个倾转风扇组件构造成当处于垂直升力位置中时产生垂直升力。该飞行器还包括一个或多个电池单元，该一个或多个电池单元包括构造成对多个倾转风扇组件供电的多个电池单体。
实施例提供了一种由联接到构造成用于垂直起飞和降落的飞行器的控制系统执行以用于控制飞行器的一个或多个倾转风扇组件的方法。控制系统接收飞行指令；确定联接到飞行器的多个倾转风扇组件的位置；基于飞行指令在垂直升力位置与向前飞行位置之间控制多个倾转风扇组件中的一个或多个；并且依据飞行指令连续地监测多个倾转风扇组件的位置。
如果飞行指令是起飞指令或降落指令，则控制系统将处于向前飞行位置中的多个倾转风扇组件中的一个或多个控制到垂直升力位置。如果飞行指令是向前飞行指令，则控制系统将处于垂直升力位置中的多个倾转风扇组件中的一个或多个控制到向前飞行位置。
下面进一步详细地描述这些和其它实施例。
附图说明
图1A绘出了根据各种实施例的示例性VTOL飞行器的简化示意图。
图1B示出了根据各种实施例的VTOL飞行器的顶视图、平面视图、侧视图和前视图(从左上角开始顺时针方向)，其中一对倾转风扇组件处于向前飞行位置中。
图1C示出了根据各种实施例的VTOL飞行器的顶视图、平面视图、侧视图和前视图(从左上角开始顺时针方向)，其中一对倾转风扇组件处于垂直升力位置中。
图2B示出了根据各种实施例的VTOL飞行器的顶视图、平面视图、侧视图和前视图(从左上角开始顺时针方向)，其中前倾转风扇组件处于垂直升力位置中。
图3A示出了根据各种实施例的VTOL飞行器的顶视图、平面视图、侧视图和前视图(从左上角开始顺时针方向)，其中倾转风扇组件处于向前飞行位置中。
图3B示出了根据各种实施例的VTOL飞行器的顶视图、平面视图、侧视图和前视图(从左上角开始顺时针方向)，其中倾转风扇组件处于垂直升力位置中。
图4是示出根据各种实施例的通过在垂直飞行与向前飞行之间的过渡来控制VTOL飞行器飞行的过程的实施例的流程图。
具体实施方式
本文中公开的技术大体上涉及具有多个升力风扇组件和至少一个倾转风扇组件的飞行器。更具体地，本文中公开的技术提供了一种VTOL飞行器，其具有用于垂直移动的多个升力风扇组件，以及构造成在向前飞行位置与垂直升力位置之间倾转以用于向前移动的一个或多个倾转风扇组件。本文中描述了各种有创造性的实施例，包括方法、过程、系统、装置等。
为了更好地意识到根据本公开的用于飞行器的风扇组件定向的特征和方面，在以下部分中通过讨论根据本公开的实施例的VTOL飞行器的特定实现方式来提供本公开的进一步的上下文关系。这些实施例仅用于示例，并且其它风扇构造可结合本文中描述的VTOL飞行器使用。
图1A绘出了示例性VTOL飞行器100的简化示意图。根据各种实施例，VTOL飞行器100可为电动飞行器。在一些实施例中，VTOL飞行器100可构造成承载一个或多个乘客和/或货物，并且可被自动地和/或远程地控制(例如，可不需要机载飞行员操作飞行器，并且可基于从远程实体接收到的控制信号或指令被控制)。在图1A所示的示例中，VTOL飞行器100包括机身102，机身102可包括用于承载乘客和/或货物的机舱区段140。例如，机舱区段140可朝向VTOL飞行器100的机鼻(nose)设置。VTOL飞行器100还可包括联接到机身102后端部的水平稳定翼(例如，水平尾翼)130。水平尾翼130可呈任何合适的形状或形式。例如，水平尾翼130可为V形的(例如V形尾翼)。一对机翼(例如，第一机翼106和第二机翼108)联接到机身102的相反侧。在一些实施例中，该对机翼可以上单翼构造联接到机身。也就是说，如图1A中所示，该对机翼可安装在机身的上部部分上。多个风扇组件(例如，升力风扇组件和/或倾转风扇组件)可联接到该对机翼。例如，VTOL飞行器100可包括在机翼之间平均分配的总共12个风扇组件(例如风扇、旋翼、螺旋桨)。在一些实施例中，风扇组件可直接联接到机翼。在其它实施例中，风扇组件可安装在支承结构104(诸如可联接到机翼106,108的下侧的吊杆)上。
根据一些实施例，每个机翼106,108可包括两个支承结构(例如，吊杆)104，其各自包括安装在其上的一对升力风扇组件(也称为“升力风扇”)110。例如，每个升力风扇组件可联接到吊杆104的端部，使得第一升力风扇组件113在机翼106,108的前方，并且第二升力风扇组件110在机翼106,108的后方。在一些实施例中，联接到吊杆104的相反端部的两个升力风扇组件110,113可使其叶片安装成具有相反的迎角，并且因此两个升力风扇组件110,113可在相反方向上旋转(spin)。升力风扇组件110,113构造成为VTOL飞行器100产生垂直升力。
根据各种实施例，每个升力风扇组件110可呈电动机驱动的旋翼(例如组合式风扇和电机)的形式，并且可构造成在例如起飞、悬停和/或降落期间在垂直方向上移动飞行器100。旋翼可包括附接到毂的叶片，或可与一体的毂制造为单个件。毂提供叶片连接到其的中心结构，并且在一些实施例中制成包围电机的形状。在一些实施例中，电机部分是小轮廓(low-profile)的，使得整个电机装配在旋翼的毂内，在向前飞行时对气流呈现较低的阻力。旋翼附接到电机的旋转部分。电机的固定部分附接到吊杆104。在一些实施例中，电机是永磁电机并且由电子电机控制器控制。电子电机控制器以精确的序列(sequence)向电机发送电流，以允许旋翼以期望的速度或以期望的扭矩转动。
升力风扇组件110可具有可以预定方式定向的任何合适数量的叶片。升力风扇组件的定向可为固定的(例如，升力风扇组件110可相对于机翼106,108安装在固定位置中)。在一些实施例中，升力风扇组件110中的一个或多个可构造成手动地或响应于控制信号(例如来自控制VTOL飞行器100的控制系统150，诸如飞行控制系统)相对于机翼106,108重新定位。根据各种实施例，升力风扇组件110可具有2个叶片，该2个叶片具有预定的迎角。在一些实施例中，两个相邻的升力风扇组件(例如升力风扇组件110和升力风扇组件111)可具有相反的迎角，使得两个相邻的风扇组件在相反方向上旋转。两个相邻的升力风扇组件可在同一机翼上(例如图1A中的升力风扇组件110和111)或在相反的机翼上(例如图1B中的升力风扇组件117和119)。根据各种实施例，升力风扇组件的第一子集可在第一方向上旋转，并且升力风扇组件的第二子集(例如其余部分)可在与第一方向相反的第二方向上旋转。
在一些实施例中，每个机翼106,108可包括至少一个支承结构(例如吊杆)112，其承载至少一个倾转风扇组件114(在各种实施例中也称为“螺旋桨组件”或“螺旋桨风扇组件”)。倾转风扇组件114构造成在向前飞行位置(如图1B中所示)与垂直升力位置(如图1C中所示)之间移动。具有至少一个倾转风扇组件114的吊杆112可为对承载升力风扇组件的(一个或多个)吊杆的补充或代替承载升力风扇组件的(一个或多个)吊杆。倾转风扇组件114可在向前飞行位置(图1A至图1B中所示)和垂直升力位置(图1C中所示)之间切换(例如旋转)。倾转风扇组件114可经由倾转机构116联接到吊杆112，该倾转机构116包括例如电机和联接机构。在向前飞行位置中，倾转风扇组件114可相对于机身102基本上处于垂直定向。在垂直升力位置中，倾转风扇组件114可相对于机身102基本上处于水平定向。
每个倾转风扇组件114可包括组合式旋翼和电机。旋翼可包括附接到毂的叶片，或可与一体的毂制造为单个件。毂提供叶片连接到其的中心结构，并且在一些实施例中制成包围电机的形状。在一些实施例中，电机部分是小轮廓的，使得整个电机装配在旋翼的毂内，在向前飞行时对气流呈现较低的阻力。旋翼附接到电机的旋转部分。电机的固定部分附接到吊杆112或机身102的其它部分。在一些实施例中，电机是永磁电机并且由电子电机控制器控制。电子电机控制器以精确的序列向电机发送电流，以允许旋翼以期望的速度或以期望的扭矩转动。倾转风扇组件114可具有可以预定方式定向的任何合适数量的叶片。例如，倾转风扇组件114可具有5个叶片，该5个叶片具有预定的迎角。
根据各种实施例，第一机翼108上的倾转风扇组件114可与第二机翼106上的倾转风扇组件124同时地倾转。例如，飞行器的控制系统150可同时地控制多个倾转风扇组件的至少子集。也就是说，控制系统150可基本上同时操作相应的倾转机构116和126。在一些实施例中，倾转机构116和126可彼此独立地操作。根据一些实施例，控制系统150可为可构造成自动地和/或远程地(例如，经由从诸如远程控制器、远程向导(remote pilot)或远程控制塔的远程实体接收到的控制信号)控制VTOL飞行器100(例如控制倾转风扇组件的位置)。在各种实施例中，控制系统150包括构造成执行本文中描述的处理和控制功能的一个或多个处理器。
在一些实施例中，每个机翼106,108还可包括至少一个支承结构(例如吊杆)112，其承载一个升力风扇组件110(例如后风扇组件)和一个倾转风扇组件114。例如，升力风扇组件110可联接在机翼106,108的后面，并且倾转风扇组件114可联接在机翼106,108的前面。根据各种实施例，多个升力风扇组件可联接到一对机翼106,108的后缘，和/或多个倾转风扇组件可经由一个或多个倾转机构联接到一对机翼106,108的前缘。
图1A至图1C中所示的示例性VTOL飞行器100可包括总共十二个风扇组件：十个升力风扇组件和两个倾转风扇组件。在一些实施例中，示例性VTOL飞行器的风扇组件中的至少一个(或优选一对)是倾转风扇组件。当处于向前飞行位置中时，倾转风扇组件114和124可提供用于向前飞行、爬升、下降和巡航的推力(和/或向它们的过渡)。例如在起飞、悬停和/或降落期间，升力风扇组件110提供足够的推力以将飞行器升离地面并且保持控制。根据各种实施例，升力风扇组件110可在VTOL飞行器100的向前飞行期间停止操作。
一个或多个电池单元135可联接到VTOL飞行器100以对风扇组件(升力风扇组件和倾转风扇组件)供电。更具体地，风扇组件可由电动机驱动，电动机由包括一个或多个电池单元135的电力系统供电。在一些实施例中，每个风扇组件可具有专用的电池单元135。电池单元135可设成在承载风扇组件的吊杆上、机身内或其组合。每个电池单元135可包括多个电池单体，多个电池单体构造成对风扇组件供电。因此，VTOL飞行器100可为电动飞行器。在备选实施例中，VTOL飞行器100可为混合电动飞行器。
图1B示出了VTOL飞行器100的顶视图、平面视图、侧视图和前视图(从左上角开始顺时针方向)，其中一对倾转风扇组件114,124处于向前飞行位置中。
图1C示出了VTOL飞行器100的顶视图、平面视图、侧视图和前视图(从左上角开始顺时针方向)，其中一对倾转风扇组件114,124处于垂直升力位置中。
联接到飞行器100的控制系统150(例如飞行控制系统)可构造成在垂直升力位置与向前飞行位置之间控制多个倾转风扇组件。例如，控制系统150可能够构造成控制(一个或多个)倾转机构116,126以将倾转风扇组件114,124的定位从向前飞行位置(在图1A至图1B中所示)切换到垂直升力位置(图1C中所示)；以及从垂直升力位置(图1C中所示)切换到向前飞行位置(图1A至图1B中所示)。在一些实施例中，控制系统150可从一个或多个传感器(例如，测量空气温度、电动机温度、飞行器的空速等的传感器)、计算机和联接到飞行器的其它输入/输出装置接收飞行数据。然后，控制系统150可基于从传感器(例如，测量空气温度、电动机温度、飞行器的空速等的传感器)、计算机和联接到飞行器的其它输入/输出装置接收到的传感器数据和/或飞行数据在两个位置之间控制倾转风扇组件114,124。
根据各种实施例，控制系统150可能够构造成接收飞行指令，诸如起飞、悬停、巡航或降落指令。然后，控制系统150可确定多个倾转风扇组件的位置，并且基于飞行指令在垂直升力位置与向前飞行位置之间控制多个倾转风扇组件中的一个或多个。在VTOL飞行器100的操作期间，控制系统150可能够构造成依据飞行指令连续地监测多个倾转风扇组件的位置。
图1A至图1C中所示的示例性VTOL飞行器100包括较接近机身102的一对倾转风扇组件114,124，每个机翼106,108上各设一个倾转风扇组件。本领域的普通技术人员将意识到，倾转风扇组件的数量和位置不限于图1A至图1C中所示的数量和位置，并且VTOL飞行器可包括更少或更多数量的倾转风扇组件和/或升力风扇组件。例如，根据实施例，吊杆112可与吊杆104中的任何一个交换位置。根据又一实施例，所有前风扇组件(或所有后风扇组件)可为倾转风扇组件。
图2A至图2B示出了具有倾转风扇组件的VTOL飞行器的另一个示例性实施例。在图2A至图2B中所示的示例性实施例中，多个升力风扇组件设在一对机翼的后缘处，并且多个倾转风扇组件设在一对机翼的前缘处。图2A至图2B中所示的示例性VTOL飞行器200包括构造为倾转风扇组件204的所有前风扇组件。因此，在示例性VTOL飞行器200中，所有吊杆206都是相同的，并且每个都包括在一个端部上的倾转风扇组件204和在相反端部上的升力风扇组件202。由于所有吊杆206都是相同的，因此吊杆206在机翼上的位置之间可为可互换的。例如，较接近机身的第一吊杆与相邻的第二吊杆(例如机翼上的中间吊杆)或较远离机身的第三吊杆可为可互换的。在一些实施例中，每个倾转风扇组件204可经由单独的倾转机构208联接到吊杆206。例如，如图2A中所示，至少三个倾转风扇组件可联接到一对机翼中的每个。
图2A示出了VTOL飞行器200的顶视图、平面视图、侧视图和前视图(从左上角开始顺时针方向)，其中前倾转风扇组件204处于向前飞行位置中。
图2B示出了VTOL飞行器200的顶视图、平面视图、侧视图和前视图(从左上角开始顺时针方向)，其中前倾转风扇组件204处于垂直升力位置中(例如，前倾转风扇组件204向上面向天空)。
联接到飞行器200的控制系统250(例如飞行控制系统)可构造成控制倾转机构208以将倾转风扇组件204的定位从向前飞行位置(图2A中所示)切换到垂直升力位置(图2B中所示)；以及从垂直升力位置(图2B中所示)切换到向前飞行位置(图2A中所示)。根据各种实施例，控制系统250可基于从传感器(例如，测量空气温度、电动机温度、飞行器的空速等的传感器)、计算机和联接到飞行器的其它输入/输出装置接收到的传感器数据和/或飞行数据在两个位置之间控制倾转风扇组件204。
倾转风扇组件204可经由一个或多个倾转机构联接到机翼，并且倾转风扇组件204可经由倾转机构208单独地控制。飞行控制系统可构造成同时控制倾转机构208，以便同时将所有倾转风扇组件204定位在相同位置。备选地，飞行控制系统可构造成对倾转机构208彼此独立地控制。这样，飞行控制系统可识别一个或多个倾转风扇组件204，并且独立于其余倾转风扇组件控制所识别的倾转风扇组件204。根据各种实施例，飞行控制系统可使用对称和/或不对称倾转来增强悬停和过渡(例如，垂直升力与向前飞行之间的过渡)期间的控制。附加的倾转自由度可在电机停用和标称条件期间增强控制。
尽管图2A至图2B示出了机翼前边缘(例如前缘)上的倾斜风扇组件204和机翼后边缘(例如后缘)上的升力风扇组件202，但该构造是出于说明性目的而不应被解释为限制性的。在一些实施例中，升力风扇组件202可设在机翼的前缘上，并且倾转风扇组件204可设在机翼的后缘上。
然而在其它实施例中，倾转风扇组件204和升力风扇组件202可在机翼的前部分和后部分的每一个上交替。例如，第一机翼的前缘可包括第一倾转风扇组件204、升力风扇组件202和第二倾转风扇组件204。第二机翼的前缘可包括倾转风扇组件204、升力风扇组件202和另一个倾转风扇组件204。备选地，第二机翼的前缘可包括第一升力风扇组件202、倾转风扇组件204和第二升力风扇组件202。类似的构造也可应用于第一机翼和第二机翼的后缘。
尽管图1A至图2B示出了联接到机翼的多个倾转风扇机构，但是在备选实施例中，多个倾转风扇机构可联接到机身。例如，多个倾转风扇机构可联接到一个或多个侧向支承结构(例如侧向吊杆)，该一个或多个侧向支承结构联接到机身。
图3A至图3B示出了具有倾转风扇组件的VTOL飞行器的另一个实施例。图3A至图3B中所示的VTOL飞行器300包括设在机翼前方、较接近飞行器的机鼻的侧向吊杆310。一个或多个倾转风扇组件314,324联接到侧向吊杆310。在一些实施例中，侧向吊杆310可为围绕平行于飞行器的侧向轴线的轴线倾转的倾转吊杆，从而在向前飞行位置(图3A中所示)与垂直升力位置(图3B中所示)之间同时移动倾转风扇组件314,324。在此类实施例中，如果侧向吊杆本身是倾转吊杆，则可能不需要经由倾转机构将倾转风扇组件314,324联接到侧向吊杆310。可控制侧向吊杆310的倾转以改变倾转风扇组件314,324的位置。在其它实施例中，侧向吊杆和倾转风扇组件两者都可彼此独立地倾转(例如，倾转风扇组件314可经由一个或多个倾转机构联接到倾转侧向吊杆)。
侧向吊杆310可形成为单个吊杆或可形成为联接到机身的相反侧的两个单独的侧向吊杆。(一个或多个)侧向吊杆310可在一对机翼的前面联接到机身。
与图1A至图1C中所示的实施例类似，图3A至图3B中所示的示例性VTOL飞行器300包括两个吊杆304，其各自在每个机翼上承载一对升力风扇组件302。示例性VTOL飞行器300还包括联接到每个机翼的较短的吊杆306，其仅在每个机翼的一侧(例如，后侧)上延伸，承载单个升力风扇组件308。如图3A至图3B中所示，示例性VTOL飞行器包括10个升力风扇组件和2个倾转风扇组件。
图3A示出了VTOL飞行器300的顶视图、平面视图、侧视图和前视图(从左上角开始顺时针方向)，其中倾转风扇组件314,324处于向前飞行位置中。
图3B示出了VTOL飞行器300的顶视图、平面视图、侧视图和前视图(从左上角开始顺时针方向)，其中倾转风扇组件314,324处于垂直升力位置中。
联接到飞行器300的控制系统350(例如飞行控制系统)可构造成控制倾转风扇组件314,324从向前飞行位置(图3A中所示)到垂直升力位置(图3B中所示)；以及从垂直升力位置(图3B中所示)到向前飞行位置(图3A中所示)。根据各种实施例，控制系统可基于从传感器(例如，测量空气温度、电动机温度、飞行器的空速等的传感器)、计算机和联接到飞行器的其它输入/输出装置接收到的传感器数据和/或飞行数据控制倾转风扇组件314,324在两个位置之间的倾转。
在其中侧向吊杆310是倾转吊杆的实施例中，控制系统350可构造成控制侧向吊杆310的倾转，以将倾转风扇组件314,324的定位从向前飞行位置(图3A中所示)切换到垂直升力位置(图3B中所示)；以及从垂直升力位置(图3B中所示)切换到向前飞行位置(图3A中所示)。根据各种实施例，控制系统可基于从传感器(例如，测量空气温度、电动机温度、飞行器的空速等的传感器)、计算机和连接到飞行器的其它输入/输出装置接收到的传感器数据和/或飞行数据控制侧向吊杆310在两个位置之间的倾转。
在一些实施例中，侧向吊杆310可设在机翼后面，较接近飞行器的尾翼(或在飞行器的尾翼上)。在此类实施例中，仅在承载单个升力风扇组件308的每个机翼的一侧上延伸的较短的吊杆306可朝着(一个或多个)机翼的前缘延伸。
根据备选实施例，倾转风扇组件314,324可经由相应的倾转机构联接到侧向吊杆310。因此，侧向吊杆310本身可为或可不为倾转吊杆。在此类实施例中，可控制倾转风扇组件314,324以单独地(在垂直升力位置与向前飞行位置之间)切换位置。在此类实施例中，通过排除故障(例如损坏或卡住)的倾转风扇组件，并且将其余的倾转风扇组件从向前飞行位置控制到垂直升力位置，可仍有可能进行紧急降落。例如，可单独地控制倾转风扇组件314,324以同时切换位置。然而根据另一示例，可单独地控制倾转风扇组件314,324以在不同时间(例如相继地、一个接一个地)切换位置。
根据各种实施例，任何数量的升力风扇组件可联接到VTOL飞行器。例如，飞行器可包括联接到每个机翼的3个升力风扇组件(如图2A中所示)，或飞行器可包括联接到每个机翼的5个升力风扇组件(如图1A和3A中所示)。其它实施例可包括无升力风扇组件(例如使用处于垂直位置中的倾转风扇组件产生升力，因此飞行器可包括任何数量的倾转风扇组件)、2个升力风扇组件、4个升力风扇组件或6个(或更多个)升力风扇组件。根据各种实施例，联接到飞行器的升力风扇组件和倾转风扇组件的组合数量可为至少12。
在各种实施例中，诸如飞行器的飞行控制系统的控制系统可构造成控制飞行器的致动器(旋翼、空气动力学控制表面、倾转风扇组件、升力风扇组件)以使飞行器在垂直升力(例如升离/悬停/降落)模式与向前飞行模式之间过渡。例如，控制系统可构造成接收飞行指令，诸如升离指令、悬停指令、降落指令或向前飞行指令。如果飞行指令是起飞指令或降落指令，则控制系统可将处于向前飞行位置中的多个倾转风扇组件中的一个或多个控制到垂直升力位置。如果飞行指令是向前飞行指令，则控制系统可将处于垂直升力位置中的多个倾转风扇组件中的一个或多个控制到向前飞行位置。然后，控制系统可确定联接到飞行器的多个倾转风扇组件的位置，并且基于飞行指令在垂直升力位置与向前飞行位置之间控制多个倾转风扇组件中的一个或多个。控制系统可依据飞行指令连续地监测多个倾转风扇组件的位置。
图4是示出通过垂直升力与向前飞行之间的过渡来控制构造成用于垂直起飞和降落的VTOL飞行器的飞行的过程的实施例的流程图。
在步骤S400，飞行器可处于地面上的固定位置中。例如，飞行器可停放在充电站处来为电池充电。备选地，飞行器可停放在等待接收货物或乘客的位置处。VTOL飞行器的飞行控制系统可接收飞行计划(例如，来自自动驾驶仪、飞行员或远程控制向导(remotecontroller pilot))以到达预定目的地。飞行计划可包括从地面起飞的指令。
在步骤S402，飞行控制系统可确定飞行器的所有倾转风扇组件是否都处于垂直升力位置中。根据各种实施例，可能期望使所有风扇组件处于垂直升力位置中以产生垂直升力。在一些实施例中，飞行器可构造成在飞行器不处于使用中(例如停放在地面上或正在充电)时将所有倾转风扇组件保持在垂直升力位置中。
如果在步骤S402确定并非所有风扇组件都处于垂直升力位置中，则飞行控制系统可控制处于向前飞行位置中的倾转风扇组件中的一个或多个以切换到垂直升力位置(步骤S404)。例如，倾转风扇组件中的一个或多个可能在飞行器在地面上用于测试或维护目的时已切换到向前飞行位置。
在步骤S406，飞行控制系统可启动起飞序列以将飞行器升离地面。在起飞序列期间，升力风扇机构和处于垂直升力位置中的倾转风扇机构可全部被激活。
在步骤S408，在自执行步骤S406过去了一定量的时间之后，飞行控制系统可接收过渡到向前飞行的指令。在切换到向前飞行模式之前，控制系统可检查飞行器的高度、速度和定向中的一个或多个，以确保参数在预定的期望范围内。在一些实施例中，控制系统可将参数传送给远程实体(例如远程控制塔、远程向导)。
在各种实施例中，过渡到向前飞行可通过以下实现：达到期望的高度(例如，设计最小值或大于阈值)，并且将倾转风扇组件基本上连续地旋转到向前飞行位置，同时随着倾转风扇组件旋转成向前飞行位置并且开始产生足够的升力以保持高度，按需要调整对旋翼的动力来保持稳定性和高度同时增加向前空速。
在接收到过渡到向前飞行的指令时，在步骤S410，控制系统可控制倾转风扇组件中的一个或多个以从垂直升力位置切换到向前飞行位置。在一些实施例中，可基本上同时地控制倾转风扇组件。
在步骤S412，控制系统可接收指令(例如，来自自动驾驶仪、飞行员或远程实体)以悬停或降落。作为响应，在步骤S414，飞行控制系统可控制倾转风扇组件中的一个或多个以从向前飞行位置切换到垂直升力位置。在步骤S416，飞行控制系统可启动悬停或降落序列以将飞行器悬停或降落在地面上。
本文中讨论的各种实施例在图1A至图3B中使用具有特定尾翼的飞行器被示出。然而，实施例不限于图中所示的特定尾翼或飞行器构造。本领域中的技术人员或普通技术人员将意识到，实施例可与具有备选尾翼或具有备选设计的飞行器组合，包括但不限于具有常规尾翼的飞行器、具有多个尾翼的飞行器或没有尾翼的飞行器。
为简单起见，图中未示出各种有源和无源电路构件。在前述说明书中，已经参考许多具体细节描述了本公开的实施例，这些具体细节可在实现方式与实现方式间变化。因此，说明书和附图将被认为是说明性的而不是限制性的意义。本公开范围的唯一和排他性指示、以及被申请人打算作为本公开的范围的内容，是从本申请提出的一组权利要求的字面上的和等效的范围，以此类权利要求提出的特定形式，包括任何后续更正。在不脱离本公开的实施例的精神和范围的情况下，可以任何合适的方式组合特定实施例的具体细节。
所描述的实施例的电子构件可针对所需目的而专门构造，或者可包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的一个或多个通用计算机。此计算机程序可存储在计算机可读存储介质中，诸如但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁或光卡、专用集成电路(ASIC)，或适用于存储电子指令的任何类型的介质，并且各自都联接到计算机系统总线。
另外，诸如“前”或“后”等的空间相对用语可用于描述元件和/或特征与另外的(一个或多个)元件和/或(一个或多个)特征的关系，例如，如图中所示的。将理解，空间相对用语旨在涵盖除图中所绘的定向外的使用和/或操作中装置的不同定向。例如，如果图中的装置翻转，则描述为“前”表面的元件可相对于其它元件或特征定向为“后”。该装置可以其它方式定向(例如，旋转90度或处于其它定向)并且本文中使用的空间相对描述符相应地被解释。

Claims (46)

1.一种用于垂直起飞和降落的飞行器，所述飞行器包括：
机身；
联接到所述机身的相反侧的一对机翼；
联接到所述一对机翼的多个升力风扇组件，其中所述多个升力风扇组件构造成产生垂直升力；
构造成在垂直升力位置与向前飞行位置之间移动的多个倾转风扇组件；以及
可构造成在所述垂直升力位置与所述向前飞行位置之间控制所述多个倾转风扇组件的控制系统。
2.根据权利要求1所述的飞行器，还包括：
一个或多个电池单元，所述一个或多个电池单元包括构造成对所述多个倾转风扇组件和所述多个升力风扇组件供电的多个电池单体。
3.根据权利要求1所述的飞行器，还包括：联接到所述机身的后端部的呈V形尾翼形式的水平尾翼。
4.根据权利要求1所述的飞行器，其中，所述一对机翼以上单翼构造联接到所述机身。
5.根据权利要求1所述的飞行器，其中，所述多个升力风扇组件相对于所述一对机翼安装在固定位置中，以使所述飞行器在垂直方向上移动。
6.根据权利要求5所述的飞行器，其中，所述多个升力风扇组件中的一个或多个可构造成在所述飞行器的向前飞行期间停止操作。
7.根据权利要求5所述的飞行器，其中，所述多个升力风扇组件中的每个都包括电动机驱动的旋翼。
8.根据权利要求5所述的飞行器，其中，至少三个升力风扇组件联接到所述一对机翼中的每个。
9.根据权利要求1所述的飞行器，其中，所述多个倾转风扇组件经由一个或多个倾转机构联接到所述一对机翼中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的飞行器，其中，至少三个倾转风扇组件联接到所述一对机翼中的每个。
11.根据权利要求1所述的飞行器，其中，升力风扇组件和倾转风扇组件的组合数量至少为12。
12.根据权利要求1所述的飞行器，还包括：
联接到所述一对机翼的下侧的多个支承结构，其中所述多个升力风扇组件中的升力风扇组件联接到每个支承结构的第一端部。
13.根据权利要求12所述的飞行器，其中，所述多个倾转风扇组件中的至少一个经由倾转机构联接到所述多个支承结构中的第一支承结构的第二端部。
14.根据权利要求12所述的飞行器，其中，所述多个倾转风扇组件中的倾转风扇组件联接到每个支承结构的第二端部。
15.根据权利要求12所述的飞行器，其中，第二升力风扇组件联接到所述多个支承结构中的至少一个支承结构的第二端部。
16.根据权利要求1所述的飞行器，还包括：
联接到所述机身的一个或多个侧向支承结构，其中所述多个倾转风扇组件联接到所述一个或多个侧向支承结构。
17.根据权利要求16所述的飞行器，其中，所述一个或多个侧向支承结构围绕平行于所述飞行器的侧向轴线的轴线倾转。
18.根据权利要求16所述的飞行器，其中，所述一个或多个侧向支承结构在所述一对机翼的前面联接到所述机身。
19.根据权利要求1所述的飞行器，其中，所述多个升力风扇组件设在所述一对机翼的后缘处，并且所述多个倾转风扇组件设在所述一对机翼的前缘处。
20.根据权利要求1所述的飞行器，其中，所述控制系统可构造成：
接收飞行指令；
确定所述多个倾转风扇组件的位置；
基于所述飞行指令在所述垂直升力位置与所述向前飞行位置之间控制所述多个倾转风扇组件中的一个或多个；以及
依据所述飞行指令连续地监测所述多个倾转风扇组件的位置。
21.根据权利要求20所述的飞行器，其中，所述控制系统可构造成：
基于由联接到所述飞行器的传感器接收到的飞行数据控制所述倾转风扇组件的位置。
22.根据权利要求20所述的飞行器，其中，所述控制系统可构造成：
自动地控制所述倾转风扇组件的位置。
23.根据权利要求20所述的飞行器，其中，所述控制系统可构造成：
基于从远程实体接收到的信号控制所述倾转风扇组件的位置。
24.根据权利要求20所述的飞行器，其中，所述控制系统可构造成：
对所述多个倾转风扇组件中的第一倾转风扇组件和第二倾转风扇组件彼此独立地控制。
25.根据权利要求20所述的飞行器，其中，所述控制系统可构造成同时地控制：
所述多个倾转风扇组件的至少子集。
26.一种飞行器，包括：
机身；
联接到所述机身的相反侧的一对机翼；
联接到所述一对机翼的多个倾转风扇组件，其中所述多个倾转风扇组件构造成在垂直升力位置与向前飞行位置之间移动，其中所述多个倾转风扇组件构造成在处于所述垂直升力位置中时产生垂直升力；
一个或多个电池单元，所述一个或多个电池单元包括构造成对所述多个倾转风扇组件供电的多个电池单体；以及
构造成在所述垂直升力位置与所述向前飞行位置之间控制所述多个倾转风扇组件的控制系统。
27.根据权利要求26所述的飞行器，还包括：
联接到所述一对机翼的下侧的多个支承结构，其中所述多个倾转风扇组件中的至少一个经由倾转机构联接到所述多个支承结构中的第一支承结构的端部。
28.根据权利要求26所述的飞行器，还包括：
联接到所述一对机翼的下侧的多个支承结构，其中所述多个倾转风扇组件中的倾转风扇组件联接到每个支承结构的端部。
29.根据权利要求26所述的飞行器，其中，所述多个倾转风扇组件经由一个或多个倾转机构联接到所述一对机翼的前缘。
30.根据权利要求26所述的飞行器，其中，至少三个倾转风扇组件联接到所述一对机翼中的每个。
31.根据权利要求26所述的飞行器，其中，所述控制系统可构造成对所述多个倾转风扇组件中的第一倾转风扇组件和第二倾转风扇组件彼此独立地控制。
32.根据权利要求26所述的飞行器，其中，所述控制系统可构造成同时地控制所述多个倾转风扇组件的至少子集。
33.根据权利要求26所述的飞行器，其中，所述控制系统可构造成基于由联接到所述飞行器的传感器接收到的飞行数据来控制所述倾转风扇组件的位置。
34.根据权利要求26所述的飞行器，其中，所述控制系统可构造成自动地控制所述倾转风扇组件的位置。
35.根据权利要求26所述的飞行器，其中，所述控制系统可构造成基于从远程实体接收到的信号来控制所述倾转风扇组件的位置。
36.根据权利要求26所述的飞行器，还包括：
联接到所述机身的后端部的呈V形尾翼形式的水平尾翼。
37.一种用于控制飞行器的一个或多个倾转风扇组件的方法，所述方法包括：
由联接到飞行器的控制系统接收飞行指令；
由所述控制系统确定联接到所述飞行器的多个倾转风扇组件的位置，其中所述飞行器构造成用于垂直起飞和降落；
由所述控制系统基于所述飞行指令在垂直升力位置与向前飞行位置之间控制所述多个倾转风扇组件中的一个或多个；以及
由所述控制系统依据所述飞行指令连续地监测所述多个倾转风扇组件的位置。
38.根据权利要求37所述的方法，还包括：
由所述控制系统对所述多个倾转风扇组件中的第一倾转风扇组件和第二倾转风扇组件彼此独立地控制。
39.根据权利要求37所述的方法，还包括：
由所述控制系统同时地控制所述多个倾转风扇组件的至少子集。
40.根据权利要求37所述的方法，还包括：
由所述控制系统自动地控制所述多个倾转风扇组件的位置。
41.根据权利要求37所述的方法，还包括：
由所述控制系统基于从远程实体接收到的信号控制所述多个倾转风扇组件的位置。
42. 根据权利要求37所述的方法，其中，所述飞行指令是起飞指令，并且其中控制所述多个倾转风扇组件中的一个或多个包括：
确定所述多个倾转风扇组件中的每个是否处于垂直升力位置中；以及
将所述多个倾转风扇组件中的一个或多个控制到所述垂直升力位置。
43.根据权利要求37所述的方法，其中，所述飞行指令是悬停指令或降落指令，其中控制所述多个倾转风扇组件中的一个或多个包括：
将所述多个倾转风扇组件中的一个或多个控制到所述垂直升力位置。
44.根据权利要求37所述的方法，其中，所述飞行指令是切换到向前飞行的指令，并且其中控制所述多个倾转风扇组件中的一个或多个包括：
将所述多个倾转风扇组件中的一个或多个控制到所述向前飞行位置。
45.根据权利要求44所述的方法，还包括：
控制多个升力风扇组件中的一个或多个以在所述飞行器的向前飞行期间停止操作。
46. 根据权利要求37所述的方法，还包括：
由所述控制系统从联接到所述飞行器的一个或多个传感器接收飞行数据；以及
基于从联接到所述飞行器的所述一个或多个传感器接收到的所述飞行数据控制所述多个倾转风扇组件的位置。
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