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JP-2026514963-A - Ｖ／ＳＴＯＬ航空機

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Abstract

垂直／短距離離着陸航空機は、第１の垂直リフト位置と第２の水平スラスト位置との間で回転移動可能な一対のダクト付きリフト／スラストファンを含む。リフト／スラストファンは、航空機の胴体から航空機の翼の前方に片持ち支持で取り付けられている。下方に排気するダクト付きリフトファンは、航空機の胴体の内側から航空機のピッチ軸の後方に配置される。胴体の内側に配置された発電装置は、伝達システムによってリフト／スラストファン及びリフトファンと連結されている。リフト／スラストファン及びリフトファンは、航空機の重心及び航空機の揚力中心の周りに、三角形を形成するように互いに配置されている。

Inventors

  • デイビッド ブロディー
  • デイビッド アンブローズ
  • ケビン ワッターズ

Assignees

  • エックスティーアイ エアークラフト カンパニー

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240424
Priority Date
20230424

Claims (20)

  1. 垂直離着陸可能な航空機であって、前記航空機は、 前端部と、後端部と、前記前端部と前記後端部との間に延在する中央部とを有する胴体であって、前記航空機の中心長手方向軸を画定する胴体と、 一対の翼であって、各前記翼は、前縁部と、後縁部と、前記胴体の前記中央部に接続された根元端部と、前記胴体から横方向外側へ延びる対向する先端部とを有し、各前記翼の前記根元端部及び前記胴体は、曲線状のファン凹部を画定する、一対の前記翼と、 ファンが前記航空機のロール軸の両側及び前記航空機のピッチ軸の前方に互いに対称に配置され、各々が前記胴体の両側部から片持ち支持された一対のダクト付きリフト／スラストファンであって、垂直方向の揚力を提供する第１の位置と水平方向の推力を提供する第２の位置との間で選択的に回転移動可能であり、各々が、曲線状の前記ファン凹部の内側に回転可能に配置され、曲線状の前記ファン凹部は、ダクト付き前記リフト／スラストファンの周縁部の形状に近似するように成形されており、一対のダクト付き前記リフト／スラストファンが前記第１の位置にあるときに、一対のダクト付き前記リフト／スラストファンは暴露される、一対のダクト付き前記リフト／スラストファンと、 前記胴体の前記ピッチ軸と前記胴体の前記後端部との間で、前記胴体の内側に配置され、下方側に排気するダクト付きリフトファンと、 を有する、垂直離着陸可能な航空機。
  2. ダクト付き前記リフトファン及び一対のダクト付き前記リフト／スラストファンは、前記航空機の重心の周りに三角形を形成するように互いに配置される、請求項１に記載の航空機。
  3. ダクト付き前記リフトファン及び一対のダクト付き前記リフト／スラストファンは、ダクト付き前記リフトファン及び一対のダクト付き前記リフト／スラストファンの揚力中心の周りに三角形を形成するように互いに配置される、請求項１に記載の航空機。
  4. ダクト付き前記リフトファン及び一対のダクト付き前記リフト／スラストファンは、前記航空機の重心、前記航空機の揚力中心、並びに、ダクト付き前記リフトファン及び一対のダクト付き前記リフト／スラストファンの揚力中心の周りに三角形を形成するように互いに配置される、請求項１に記載の航空機。
  5. ダクト付き前記リフトファン及び一対のダクト付き前記リフト／スラストファンは、前記航空機の重心、前記航空機の揚力中心、並びに、ダクト付き前記リフトファン及び一対のダクト付き前記リフト／スラストファンの揚力中心の周りに三角形を形成するように互いに配置される、請求項１に記載の航空機。
  6. 一対のダクト付き前記リフト／スラストファンからの各スラストは、独立して制御可能である、請求項１に記載の航空機。
  7. ダクト付き前記リフトファンに対して開位置と閉位置との間で選択的に移動可能な少なくとも１つのカバーをさらに備える、請求項１に記載の航空機。
  8. 少なくとも１つの前記カバーは、ダクト付き前記リフトファンの下に配置され、ダクト付き前記リフトファンのスラスト出力に沿って配置された少なくとも１つのルーバを含み、前記スラスト出力が選択的に、角度的に方向付けられ、前記航空機にヨー制御を提供するように、少なくとも１つの前記ルーバは、ダクト付き前記リフトファンに対する前記開位置と前記閉位置との間で、様々な角度に沿って選択的に旋回可能である、請求項７に記載の航空機。
  9. 前記胴体の内側に配置された発電装置をさらに備え、前記発電装置は、一対のダクト付き前記リフト／スラストファン及び前記リフトファンと作動的に連結される、請求項１に記載の航空機。
  10. 前記発電装置は、一対のダクト付き前記リフト／スラストファン対及び前記リフトファンと連結する単一の動力伝達システムと作動的に連結された複数のエンジンからなる、請求項９に記載の航空機。
  11. 第１の出力軸及び第２の出力軸は、複数の前記エンジンと作動的に連結されるギアボックスから互いに横方向の反対方向に延び、一対のダクト付き前記リフト／スラストファンに関連付けられた減速ギアボックスに連結され、第３の出力軸が、前記ギアボックスから後方に延び、前記胴体の内部に収容される後部リフトファンに関連付けられた減速ギアボックスに連結される、請求項１０に記載の航空機。
  12. 前記航空機のピッチ及びヨー制御は、ファンブレードピッチの増加、ファン回転速度の増加、又は、後部リフトファンのダクトの上部及び／若しくは底部における羽根の角度の変化のうちの少なくとも１つによって、ダクト付き前記リフト／スラストファン及びダクト付き前記リフトファンに分配される動力を変化させることによって行われる、請求項１に記載の航空機。
  13. 前記航空機のロール制御は、ファンブレードピッチの増加又はファン回転速度の増加によって、ダクト付き前記リフト／スラストファンに分配される動力を変化させることによって行われる、請求項１に記載の航空機。
  14. 前記航空機のヨー制御は、前記リフト／スラストファンを反対方向に回転させることによって行われる、請求項１に記載の航空機。
  15. 前記航空機の操縦翼面、ダクト付き前記リフト／スラストファン及び前記リフトファンの機能を選択的に制御できるように、前記航空機の前記操縦翼面、ダクト付き前記リフト／スラストファン及び前記リフトファンと操作的に連結される、飛行制御システム をさらに備える、請求項１に記載の航空機。
  16. 前記航空機の前記操縦翼面は、昇降舵、補助翼及び方向舵を含む、請求項１５に記載の航空機。
  17. 前記飛行制御システムは、ダクト付き前記リフト／スラストファン及び前記リフトファンのファンブレードピッチ、動力又は回転速度の選択的制御を可能にする、請求項１５に記載の航空機。
  18. 垂直離着陸可能な航空機であって、前記航空機は、 ダクト付きリフト／スラストファンが、前記航空機のロール軸の両側及び前記航空機のピッチ軸の前方に互いに対称に配置され、各々が胴体の両側部から一対の翼の前方に片持ち支持された一対のダクト付き前記リフト／スラストファンであって、垂直方向の揚力を提供する第１の位置と水平方向の推力を提供する第２の位置との間で選択的に回転移動可能であり、前記翼及び前記胴体の各根元端部は、ダクト付き前記リフト／スラストファンの周縁部の形状に近似するように成形された曲線状のファン凹部を画定し、一対のダクト付き前記リフト／スラストファンは、各々が、曲線状の前記ファン凹部の内側に回転可能に配置されており、一対のダクト付き前記リフト／スラストファンが前記第１の位置にあるときに、一対のダクト付き前記リフト／スラストファンは、曲線状の前記ファン凹部の内側に配置され、一対のダクト付き前記リフト／スラストファンは暴露される、一対のダクト付き前記リフト／スラストファンと、 前記胴体の前記ピッチ軸と前記胴体の後端部との間で、前記胴体の内側に配置され、下方側に排気するダクト付きリフトファンと、 を有する、垂直離着陸可能な航空機。
  19. ダクト付き前記リフトファン及び一対のダクト付き前記リフト／スラストファンは、前記航空機の重心、前記航空機の揚力中心、及びダクト付き前記リフトファン及び一対のダクト付き前記リフト／スラストファンの揚力中心のうちの少なくとも１つの周りに三角形を形成するように互いに配置される、請求項１８に記載の航空機。
  20. ダクト付き前記リフト／スラストファンが前記第１の位置に配置されたときに、一対の前記翼及び前記胴体に対する一対のダクト付き前記リフト／スラストファンの位置は、地面に衝突して上方に向きを変え、前記翼の下面及び前記胴体の下面に直接衝突する空気を捕捉する、請求項１８に記載の航空機。

Description

（関連出願の相互参照） 本特許協力条約特許出願は、２０２３年４月２４日に出願された「ＶＴＯＬ ＡＩＲＣＲＡＦＴ」と題する米国仮特許出願第６３／４６１，４４９号の優先権を主張し、これは、あたかも完全に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。 近年、都市部及びその近郊では交通渋滞が著しく増加し、同様に、あらゆる規模の空港が混雑するようになってきているため、長距離移動や都市間の通勤にかかる時間はますます長くなっている。また、近年、より効率的な民間の２地点間の航空旅行サービスに対する需要が大幅に増加している。同時に、新空港のための用地確保や規制認可を得る機会は極めて稀である。空港は、固定翼航空機が安全に離着陸するために必要な長い滑走路と広範な空域を必要とするため、広大な敷地面積を占有する。このような空港を建設することは、ほとんどの自治体にとってコストが非常に高く、コストが障壁でない場合であっても、都市部の空港に伴う騒音、汚染及び安全性の問題が問題となる。したがって、航空業界では、比較的小区画の商業用地及び住宅用地で離陸、着陸、保管が可能であって、プライバシー及び２地点間の航空輸送サービスに対する顧客のニーズを満たす、垂直離着陸航空機（ＶＴＯＬ）及び短距離離着陸航空機（ＳＴＯＬ）航空機のニーズが高まっている。このような航空機は、米国だけで５０００を超えるヘリポートの既存のヘリコプターネットワークに加え、作業現場、公園、及びその他の芝生又は舗装された場所、ゴルフコース、及び、安全かつ合法的な他の着陸区域を使用することができる。 １９３９年にヘリコプターが発明されて以来、ヘリコプターは、その制御システム、大径ロータ、並びに、その低速及び限定された範囲のために、特殊用途の航空機として残ってきた。ヘリコプター制御システムは、ロータピッチを連続的に調整するための複雑な機構を含む。このような制御システムは、構築及び維持に費用がかかる。さらに、大径の露出型ロータ及びテールロータは、重大な安全性及び運用上の課題を呈する。最も重要なことは、ヘリコプターは、固定翼航空機の速度、航続距離及び快適性には遠く及ばないということである。ヘリコプターは、低速で騒音の多い機械であり、平均巡航速度は時速１２０マイル（約１９０キロメートル）であり、レース場では、いかなる高速車も同等又はそれ以上の速度を出すことができる。平均的なヘリコプターは、どのような車よりも短い航続距離であり、通常は、着陸して燃料を補給までが約２００マイル（約３２０キロメートル）である。一方、プライベートジェットやその他のビジネスジェットは、ヘリコプターよりもはるかに静かでスムーズ、そして快適である。しかしもちろん、固定翼航空機には空港、又は、少なくとも滑走路が必要である。 数十年にわたって、固定翼航空機の速度、航続距離及び快適性を、ヘリコプターのＶＴＯＬ及びホバリング能力と組み合わせるための数多くの試みがなされてきた。航空機のティルトロータのカテゴリーは、このようなＶＴＯＬ／固定翼航空機（動力揚力航空機）の１つである。しかし、ティルトロータは、前進飛行形態ではロータブレードが地面に当たるため、垂直離着陸しか行えない。大型のエンジン／ロータアセンブリは、これらが固定されている翼の空力特性も低下させる。これにより性能が低下し、緊急滑空着陸が必要な場合の安全性はさらに低下する。これは、ロータが垂直に配置されたティルトロータ航空機や、ロータと翼が垂直に配置された「ティルト翼」航空機において特に問題となる。さらに、ティルトロータ航空機は、そのサイズと複雑さゆえに、（物理的又は工学的観点から）軽量、高速、コンパクト、かつ手頃な価格の民間航空機の基盤となることはできなかった。 高速飛行を目的としたＶＴＯＬ機には、プロペラなどの速度向上のための追加部品を有するヘリコプターのカテゴリーがもう１つある。これは「複合ヘリコプター」と呼ばれ、Ｓｉｋｏｒｓｋｙ社のＸ２テクノロジー航空機とＡＶＸエアクラフト社の同軸ロータ／デュアルダクト付きファン技術がこのカテゴリーに含まれる。Ｓｉｋｏｒｓｋｙ社及びＡＶＸエアクラフト社の航空機は商業生産されていないが、ティルトロータを除き、どの固定翼航空機よりも優れたＶＴＯＬでの高速性とホバリング能力を達成できるように設計されている。しかしながら、ティルトロータと同様に、これらの複合ヘリコプターは、離着陸時の揚力を得るために、より小型、安全、静粛、かつ効率的なダクト付きファンではなく、離着陸時の揚力のための標準的な大型ヘリコプターブレードを有しており、固定翼航空機ほどの速度及び航続距離は得られない。２０世紀半ばには、回転式ダクト付きファンを有する様々な試作型又は実験型の固定翼航空機が飛行した。しかしながら、エンジン及びファンは、貨物又は乗客に十分な揚力を提供することができず、これらの航空機は、重大な制御性の問題を経験した。 過去８０年間、多くのイノベータや航空宇宙技術者が、ＶＴＯＬ機能と速度及び航続距離とを組み合わせたヘリコプター及び固定翼航空機の多様な開発に取り組んできた。これらの従来のＶＴＯＬ航空機の設計の多くは、ビジネス航空機並みの速度及び航続距離を有するＶＴＯＬ航空機の多様な用途への普及を阻む、多くの類似した欠点に苦しんでいる。もう一つの欠点は、これらの設計の多くは、離陸時及びホバリング時に航空機を空中に維持するために、従来の数倍の馬力を必要とすることである。このため、このような航空機は、ホバリング時及び前進、水平飛行時の両時において、比較的高い燃料消費率に苦しむ。 好ましい実施形態を含む、本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態が、以下の図面を参照して説明され、同様の参照番号は、別段の指定がない限り、様々な図を通して同様の部分を指す。 図１は、本技術のＶ／ＳＴＯＬ航空機の一実施形態の斜視図及びＶ／ＳＴＯＬ航空機が前方飛行のために構成され得る１つの様式を示す。図２は、図１に示されるＶ／ＳＴＯＬ航空機の底面斜視図を示し、Ｖ／ＳＴＯＬ航空機が着陸又は離陸のために構成され得る１つの様式を示す。図３は、図１に描かれたＶ／ＳＴＯＬ航空機の正面図を示す。図４は、図２に描かれたＶ／ＳＴＯＬ航空機の正面図を示す。図５は、図１に描かれたＶ／ＳＴＯＬ航空機の平面図を示す。図６は、図２に描かれたＶ／ＳＴＯＬ航空機の平面図を示す。図７は、図１に描かれたＶ／ＳＴＯＬ航空機の側面図を示す。図８は、図２に描かれたＶ／ＳＴＯＬ航空機の側面図を示す。図９は、図２に描かれたＶ／ＳＴＯＬ航空機の背面図を示す。図１０は、本技術のＶ／ＳＴＯＬ航空機の実施形態の部分平面図を示し、エンジン、空気入口ダクト及び排気ポートを胴体内に配置することができる１つの様式を示す。図１１は、本技術のＶ／ＳＴＯＬ航空機の実施形態の概略斜視図を示し、エンジン及び伝達システムがダクト付きファンと連結され得る１つの様式を示す。図１２は、本技術のＶ／ＳＴＯＬ航空機の実施形態と共に使用するために構成されたエンジン及び動力伝達システムの等角図を示す。 実施形態は、本明細書の一部を形成し、例示として具体的な実施形態を示す添付の図面を参照して、以下でより詳細に説明される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分に詳細に開示されている。しかしながら、実施形態は、様々な異なる形態で実施されてもよく、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。 本技術の実施形態は、Ｖ／ＳＴＯＬ航空機１０に関連付けられたものとして図１から図１２に一般的に示されている。特に図１から図９を参照すると、Ｖ／ＳＴＯＬ航空機１０の実施形態は、前端部１４と、後端部１６と、前端部１４と後端部１６との間に延在する中央部１８とを有する胴体１２を含む。胴体１２の様々な実施形態は、細長く、Ｖ／ＳＴＯＬ航空機１０の中央長手方向ロール軸Ｘを画定する。少なくともいくつかの実施形態において、胴体１２は、乗客及び飛行制御区画を備えるように構成されてもよい。乗客及び飛行制御区画の後部には、Ｖ／ＳＴＯＬ航空機１０は、収納区画又は積載物区画を含み得る。他の実施形態では、Ｖ／ＳＴＯＬ航空機１０は、より多くの乗客及び／又は積載物を収容するために、寸法を増加させ得る。 一対の翼、特に第１の翼２０及び第２の翼２２は、胴体１２に対して固定した位置において固定されている。第１の翼２０及び第２の翼２２は、それぞれ、前縁部２４、後端部２６、根元端部２８、及び、対向する先端部３０によって画定されている。第１の翼２０及び第２の翼２２が胴体１２から横方向外側に延びるように、第１の翼２０及び第２の翼２２の根元端部２８は、それぞれ胴体１２の中央部１８と連結されている。少なくとも幾つかの実施形態では、第１の翼２０及び第２の翼２２は、後退翼設計である。 図２及び図６を参照すると、Ｖ／ＳＴＯＬ航空機１０の様々な実施形態は、胴体１２の内側、Ｖ／ＳＴＯＬ航空機１０のピッチ軸Ｚと胴体１２の後端部１６との間に配置された、下方に排気するダクト付きリフトファン３２を含む。本明細書において、「ダクト付きファン」という用語は、単に、ダクト又はシュラウドを通過するときに空気を加速するシステムである。ダクトは、主に、ダクトが無い場合よりも、ファンブレードを通して、多くの空気の質量流を誘導する役割を果たす。これによって、ダクトのないファン又はプロペラと比較して、空気の加速に対する反力である「スラスト」が増加する。図２及び図６を特に参照すると、空気は、多翼ファンによって水平ダクト３４を通って加速される。図示の実施例では、水平ダクト３４は、Ｖ／ＳＴＯＬ航空機１０のピッチ軸Ｚの後方、かつ胴体１２の後端部１６から前方に胴体１２を貫通する開口部として画定される。水平ダクト３４及び胴体１２は、一体構造として形成する、又は、互いに固定された位置において固定された別個の構造として形成することができる。ロータの寸法は、Ｖ／ＳＴＯＬ航空機１０の寸法及び所望の性能特性に従って増減し得る。 図１、図２、図５、図６、図８及び図９を参照すると、ヒンジ付きの「クラムシェル」又はルーバ状底部ドアカバー３６のセットは、水平ダクト３４の底部出口開口部と関連付けられてもよく、上部ドアカバー３８の同様のセットは、上部入口開口部と関連付けられてもよい。底部ドアカバー３６及び上部ドアカバー３８は、様々な実施形態において、開位置（図１及び図５に示す）と閉位置（図２、図６、図８、及び図９に示す）との間で選択的に移動するように提供され得る。特に、底部ドアカバー３６及び上部ドアカバー３８は、水平ダクト３４を通して揚力スラストを発生させるために、リフトファン３２が作動する開位置に配置される。いくつかの実施形態では、Ｖ／ＳＴＯＬ航空機１０が前進飛行しているとき、底部ドアカバー３６及び上部ドアカバー３８は、リフトファン３２からの揚力スラストが望まれない又は必要とされない閉位置に配置される。底部ドアカバー３６及び上部ドアカバー３８は、前後方向又は対向する横方向に後退する複数の部品として提供されてもよいことが想定される。さらに別の実施形態では、底部ドアカバー３６及び上部ドアカバー３８を、閉位置と実質的に開位置との間で回転する複数のルーバとして提供できることが想定される。このような一実施形態では、１つ又は複数のルーバが、リフトファン３２の真下に旋回可能に連結され、開位置と閉位置との間及びそれらの間の個別位置の間で移動可能である。閉位置では、ルーバは底部ドアカバー３６の一部を形成し、水平ダクト３４の底部排気口を塞ぐ。これによって、底部ドアカバー３６の外側パネルの寸法が縮小される。ルーバは、Ｖ／ＳＴＯＬ航空機１０のホバリング飛行中、開位置に配置される。ルーバとラダーペダルなどの飛行制御装置との機械的又は電子的な連結