空氣動(dòng)力提升裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空氣動(dòng)力提升裝置，能夠用于航空器，特別用于具有推力控制或推力矢量護(hù)罩的航空器。本發(fā)明也特別可用于利用鼓形轉(zhuǎn)子型風(fēng)扇來產(chǎn)生推力的空氣動(dòng)力提升裝置以及包括這種裝置的航空器。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)力航空器，載人的或不載人的，能夠在飛行同時(shí)懸停在靜止位置。這種航空器范圍可以從依賴于空氣的襯墊而靠近地面操作的飛行器到那些自由飛行并垂直起飛和著陸的飛行器?？拷孛娌僮鞯娘w行器可以被設(shè)計(jì)成用于運(yùn)輸和娛樂使用，而自由飛行飛行器與商用飛行器相比可以在大體低海拔高度下操作，并且可以被考慮用于包括機(jī)場到市內(nèi)穿梭、旅游用途、家到辦公室通勤、尋找和救援以及監(jiān)控操作等用途。
[0003]在沒有地面效應(yīng)的飛行器中，升力可以通過借助于風(fēng)扇、推進(jìn)器、翼或其他系統(tǒng)加速大量的空氣而產(chǎn)生，當(dāng)該大量的空氣從靜止被改變成在向下方向上的給定速度時(shí)，產(chǎn)生了向上指向的反作用力。通常，被引導(dǎo)的空氣越多，則需要越少的功率來產(chǎn)生給定升力。這限定了技術(shù)挑戰(zhàn)，這是因?yàn)樵黾涌諝獾捏w積通常涉及到飛行器尺寸的增加，如直升機(jī)中所用的大直徑、高速葉片所顯現(xiàn)的。
[0004]為了解決上述挑戰(zhàn)，申請人已經(jīng)研發(fā)了一種用于航空器的空氣動(dòng)力提升裝置，與直升機(jī)相比，該裝置提供更緊湊的飛行器形式，并且使用與直升機(jī)葉片相比被更均勻加載的風(fēng)扇葉片。該裝置在航空器中使用鼓形風(fēng)扇型轉(zhuǎn)子，具有相對小的占地空間，且典型的，該鼓形風(fēng)扇型轉(zhuǎn)子具有重量輕的構(gòu)造，以使得提升裝置所需的重量和功率最小。該風(fēng)扇可以被描述為鼓形轉(zhuǎn)子風(fēng)扇或徑向鼓形風(fēng)扇，即，具有這樣的葉片，該葉片有利地占據(jù)環(huán)形區(qū)域，該環(huán)形區(qū)域具有小于葉片的徑向節(jié)距的25%的徑向深度。通過在距風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)軸線的一定距離處放置該轉(zhuǎn)子葉片，轉(zhuǎn)子之內(nèi)的中心區(qū)域被方便地提供用于裝載裝備，或者在較大尺寸飛行器的情況下，用于裝載飛行員和/或乘客。
[0005]這種鼓形轉(zhuǎn)子型風(fēng)扇的使用也提供了其他益處。一個(gè)這種益處是葉片的整個(gè)長度被有效地完全利用作為空氣動(dòng)力裝置(與直升機(jī)葉片的尖端相比，如上所述)，這是因?yàn)樗Q直設(shè)置并且氣流是徑向的。另外，鼓形轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)允許每個(gè)葉片通過上部支撐環(huán)和下部支撐環(huán)被支撐在任一端部處(在此，與直升機(jī)葉片的懸臂設(shè)計(jì)相反)。而且，簡單的恒定橫截面葉片輪廓可以被使用，這帶來了制造成本的節(jié)省(與利用復(fù)雜的長度方向扭轉(zhuǎn)以沿著葉片的長度提供正確的迎角的直升機(jī)葉片相反)。
[0006]所述轉(zhuǎn)子必須通過用于從原動(dòng)機(jī)傳遞扭矩的扭矩傳遞設(shè)備驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，并典型地，如從下面討論將變得明白的，多個(gè)原動(dòng)機(jī)圍繞轉(zhuǎn)子主體的周邊布置。利用扭矩傳遞驅(qū)動(dòng)空氣動(dòng)力提升裝置的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生多個(gè)挑戰(zhàn)。
[0007]首先，扭矩傳遞設(shè)備必須能夠傳遞非常高水平的牽引力，該牽引力是在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生所需的高水平的功率所需要的，所述高水平的功率是產(chǎn)生升力所需的。
[0008]其次，扭矩傳遞設(shè)備應(yīng)該能夠緩沖任何瞬間高的力，以避免對轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的損壞。
[0009]第三，在扭矩傳遞設(shè)備中傳遞所需的牽引力需要的徑向載荷或法向載荷應(yīng)該被保持為最小，以避免對轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的損壞，并使得飛行器支撐結(jié)構(gòu)或底盤的重量最小。
[0010]第四，扭矩傳遞設(shè)備必須能夠限制轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的任何載荷。尤其是，驅(qū)動(dòng)設(shè)備必須能夠在機(jī)動(dòng)過程中當(dāng)轉(zhuǎn)子回旋或俯仰時(shí)限制在轉(zhuǎn)子軸線的向上方向上和向下方向上產(chǎn)生的脫落載荷。
[0011]申請人已經(jīng)嘗試了多種用于扭矩傳遞設(shè)備的設(shè)計(jì)方法。如圖1所示，扭矩傳遞設(shè)備包括多個(gè)原動(dòng)機(jī)，該原動(dòng)機(jī)為內(nèi)燃機(jī)(ic)110以及相關(guān)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述多個(gè)原動(dòng)機(jī)以120度間隔布置成從轉(zhuǎn)子112的周邊11向外延伸并支撐三角形框架177。所述周邊通過形成轉(zhuǎn)子112的下部部分的驅(qū)動(dòng)邊沿113的圓周114形成。發(fā)動(dòng)機(jī)110各自驅(qū)動(dòng)齒形帶175，該齒形帶具有平坦背面122，提供與轉(zhuǎn)子176的摩擦接觸，且所述帶175的齒形側(cè)被馬達(dá)帶輪186驅(qū)動(dòng)并且將扭矩傳遞到轉(zhuǎn)子112的轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)輪緣118，該馬達(dá)帶輪186連接到每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)110。轉(zhuǎn)子112的豎直限制和徑向限制通過作用在轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)輪緣118的徑向外表面和軸向上表面上的額外的輥187提供。
[0012]這個(gè)輥布置對于補(bǔ)償陀螺力來說是復(fù)雜的。另外，極其高的瞬時(shí)和局部載荷直接傳遞到帶和轉(zhuǎn)子以及輥上。因此，早期故障是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，在任何情況下，不期望的重量和復(fù)雜性被賦予該裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]在本發(fā)明的目的中，提供了一種空氣動(dòng)力提升裝置，該空氣動(dòng)力提升裝置包括改善的扭矩傳遞設(shè)備，以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，同時(shí)降低提升裝置重量和復(fù)雜性以及由早期應(yīng)用中的原動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的高瞬態(tài)載荷和點(diǎn)載荷所帶來的故障的風(fēng)險(xiǎn)。
[0014]鑒于這些目的，在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種空氣動(dòng)力提升裝置，其包括:底盤；轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有旋轉(zhuǎn)軸線以及圍繞底盤支撐的旋轉(zhuǎn)軸線以環(huán)形環(huán)設(shè)置的多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片；以及扭矩傳遞設(shè)備，所述扭矩傳遞設(shè)備用于旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子，其中所述扭矩傳遞設(shè)備通過與所述轉(zhuǎn)子的至少一個(gè)互補(bǔ)的且圓周地延伸的驅(qū)動(dòng)表面共同操作而向所述轉(zhuǎn)子提供牽引力，以將牽引力作為切向力傳遞，并且產(chǎn)生的扭矩足以驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子并由此產(chǎn)生升力。
[0015]特別優(yōu)選的轉(zhuǎn)子類型是徑向鼓形風(fēng)扇或離心風(fēng)扇。
[0016]扭矩傳遞設(shè)備可以通過各種裝置向轉(zhuǎn)子提供牽引力。諸如電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或者電磁驅(qū)動(dòng)裝置(傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)之外的)的原動(dòng)機(jī)是最方便包括在扭矩傳遞設(shè)備中以產(chǎn)生牽引力的。有利的是，扭矩傳遞設(shè)備包括安裝到空氣動(dòng)力提升裝置的底盤上的至少一個(gè)原動(dòng)機(jī)。但是，可以使用省略傳統(tǒng)原動(dòng)機(jī)的構(gòu)造。牽引力可以通過由渦輪機(jī)產(chǎn)生的氣流產(chǎn)生(尤其是低溫氣流，以完全對比渦輪噴氣和高溫排放氣體)。
[0017]在使用時(shí)，每個(gè)原動(dòng)機(jī)產(chǎn)生和傳遞牽引力，以在這個(gè)力被傳遞到轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)表面時(shí)旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子。這可以按照各種方式方便地通過摩擦實(shí)現(xiàn)，但是也可以在這樣的情況下利用例如螺旋帶以其他方式實(shí)現(xiàn)。例如，原動(dòng)機(jī)的輸出軸可以連接到扭矩傳遞裝置，該扭矩傳遞裝置例如通過與轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)表面接合或嚙合來共同操作。為此目的，可以采用包括帶輪和齒輪(包括螺旋齒輪)的大范圍的扭矩傳遞裝置。這種扭矩傳遞裝置有利地形成有圓周地延伸的肋和溝槽，如V或多個(gè)V構(gòu)型，這滿足扭矩傳遞裝置必須承受在轉(zhuǎn)子的軸線的方向上施加的垂直載荷的要求。
[0018]扭矩傳遞設(shè)備的這個(gè)形式并不需要中間自由移動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)部件(具有相關(guān)聯(lián)的帶輪和惰輪)，簡化了結(jié)構(gòu)，降低了重量并避免了以難于控制的方式作用在這種自由帶上的扭矩和高局部瞬態(tài)載荷的問題。
[0019]如上所述，產(chǎn)生和平衡作用在轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)表面上的力也是重要的。為此目的，多個(gè)原動(dòng)機(jī)有利地以一定間隔圍繞轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線布置。所述扭矩傳遞裝置可以圍繞轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線成組布置，尤其是成對布置。在這種情況下，一個(gè)或多個(gè)原動(dòng)機(jī)的輸出軸(每個(gè)原動(dòng)機(jī)安裝到空氣動(dòng)力提升裝置的支撐件或底盤上)連接到相應(yīng)的扭矩傳遞裝置上，如帶輪或齒輪，這期望地各自承載圓周驅(qū)動(dòng)表面的相對應(yīng)的長度(也描述為點(diǎn))，以將扭矩傳遞到轉(zhuǎn)子，將理解的是在每個(gè)扭矩傳遞裝置承載圓周地延伸的驅(qū)動(dòng)表面的情況下，承載點(diǎn)形成在該驅(qū)動(dòng)表面上。有利地是，在一對傳遞裝置中的每個(gè)扭矩元件被布置成在載荷點(diǎn)處施加相等和相對摩擦或法向力在驅(qū)動(dòng)表面上，以減小由于垂直于牽引表面的力所致的轉(zhuǎn)子彎曲的特性。
[0020]圓周地延伸的驅(qū)動(dòng)表面可以形成在轉(zhuǎn)子的圓