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原文传递具有垂直起飞和着陆能力的模块化飞行器

专利名称：	具有垂直起飞和着陆能力的模块化飞行器
摘要：	一种飞行器包括机身模块(104)和支撑至少四个转子组件(302)的至少两个垂直提升转子模块(300)。每个转子组件(302)由转子桁(308)支撑，该转子桁(308)具有至少一个桁自由端和桁安装部分。每个转子组件(300)具有安装在桁自由端上的至少一个垂直提升转子(304)。每个桁安装部分可移除地耦连到机身模块(104)。垂直提升转子模块(304)被配置为使得当耦连到机身模块(104)时，一对转子组件(300)位于机身模块(104)的横向相对侧面中的每个上，并且每对转子组件(300)分别位于机翼中心部分(208)的前方和后方。一对机翼(200)被配置为可移除地耦连到机翼中心部分(208)。该飞行器包括可移除地耦连到机身主体(104)的向前推力模块(122)。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	美国;US
申请人：	英西图公司
发明人：	P·J·昆茨;W·D·古德里奇;J·S·艾伦;M·J·巴托
专利状态：	有效
申请日期：	2018-05-07T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201880024650.6
公开号：	CN110506003A
代理机构：	北京纪凯知识产权代理有限公司
代理人：	张颖
分类号：	B64C39/02(2006.01);B;B64;B64C;B64C39
申请人地址：	美国华盛顿州
主权项：	1.一种飞行器，其包括：机身模块，所述机身模块具有机身主体和具有横向相对中心部分侧面的机翼中心部分；至少两个垂直提升转子模块，所述至少两个垂直提升转子模块共同支撑至少四个转子组件，每个转子组件由转子桁支撑，所述转子桁具有至少一个桁自由端和桁安装部分，每个转子组件具有安装在所述桁自由端上的至少一个垂直提升转子，每个转子桁的所述桁安装部分被配置为可移除地耦连到所述机身模块，所述垂直提升转子模块被配置为使得当耦连到所述机身模块时，一对所述转子组件位于所述机身模块的横向相对侧面中的每个上，并且每对所述转子组件分别位于所述机翼中心部分的前方和后方；一对机翼，所述一对机翼被配置为分别靠近所述横向相对中心部分侧面可移除地耦连到所述机翼中心部分；和向前推力模块，其可移除地耦连到所述机身主体。 2.根据权利要求1所述的飞行器，其中：所述转子桁包括纵向转子桁，每个所述纵向转子桁具有桁安装部分，所述桁安装部分被配置为以一种方式靠近所述中心部分侧面可移除地耦连到所述机翼中心部分，所述方式使得所述纵向转子桁从所述机翼中心部分基本向前和向后延伸。 3.根据权利要求1所述的飞行器，其中：所述机身模块具有纵向轴线；所述转子桁包括横向转子桁，每个所述横向转子桁具有桁安装部分，所述桁安装部分被配置为以一种方式可移除地耦连到所述机身主体，所述方式使得所述横向转子桁从所述机身主体沿着不平行于所述机身主体的所述纵向轴线的方向横向向外延伸；并且所述一对机翼被配置为可移除地耦连成分别与所述机翼中心部分的所述横向相对中心部分侧面直接物理接触。 4.根据权利要求1所述的飞行器，所述飞行器进一步包括：尾翼，所述尾翼包括被配置为从所述机翼中心部分向后延伸的一对尾桁，并包括对应的一对垂直尾部和被配置为在所述一对垂直尾部之间延伸的水平尾部，所述尾桁中的每个具有桁前端和桁后端，所述尾翼以以下两种配置中的一种配置耦连到所述机翼中心部分：所述尾桁中的每个的所述桁前端固定地耦连到所述机翼中心部分，并且所述垂直尾部各自被配置为可移除地耦连到所述尾桁中的一个的所述桁后端；和所述尾桁中的每个的所述桁前端被配置为可移除地耦连到所述机翼中心部分，并且所述垂直尾部各自固定地耦连到所述尾桁中的一个的所述桁后端。 5.根据权利要求4所述的飞行器，其中：所述尾桁中的每个具有桁后端，所述桁后端具有垂直尾部；并且所述尾翼包括水平尾部，所述水平尾部被配置为可移除地耦连在所述一对垂直尾部之间。 6.根据权利要求5所述的飞行器，其中：当从所述飞行器省略所述垂直提升转子模块时，以使得所述垂直尾部从所述尾桁大致向上延伸的方式来配置所述尾翼；并且当所述垂直提升转子模块被耦连到所述飞行器时，以使得所述垂直尾部从所述尾桁大致向下延伸的方式来配置所述尾翼。 7.一种操作飞行器的方法，所述方法包括：通过将每个垂直提升转子模块的转子桁的桁安装部分可移除地耦连到所述飞行器的机身模块，从而将至少两个垂直提升转子模块可移除地耦连到所述飞行器，所述垂直提升转子模块共同支撑至少四个转子组件，每个转子组件由所述转子桁支撑，所述转子桁具有所述桁安装部分并且具有支撑至少一个垂直提升转子的至少一个桁自由端，所述垂直提升转子模块被配置为使得当耦连到所述机身模块时，一对所述转子组件位于所述机身模块的横向相对侧面中的每个上，并且每对所述转子组件分别位于所述机身模块的机翼中心部分的前方和后方；和将一对机翼可移除地耦连到所述机身模块的所述机翼中心部分的横向相对中心部分侧面，所述机身模块具有用于所述飞行器的向前推进的向前推力模块。 8.根据权利要求7所述的方法，其中所述转子桁包括纵向转子桁，将每个转子桁的所述桁安装部分可移除地耦连到所述机翼中心部分的步骤包括：以一种方式将每个纵向转子桁的所述桁安装部分可移除地耦连到所述机翼中心部分，所述方式使得所述纵向转子桁从所述机翼中心部分大致向前和向后延伸；和将所述一对机翼分别可移除地耦连到所述机翼中心部分的所述横向相对中心部分侧面，使得所述纵向转子桁中的每个的所述桁安装部分位于机翼和横向相对中心部分侧面之间。 9.根据权利要求7所述的方法，其中所述转子桁包括横向转子桁，将每个转子桁的所述桁安装部分可移除地耦连到所述机翼中心部分的步骤包括：以一种方式将每个横向转子桁的所述桁安装部分可移除地耦连到所述机身模块，所述方式使得所述横向转子桁沿着不平行于所述机身模块的纵向轴线的方向从所述机身模块横向向外延伸；和将所述一对机翼可移除地耦连成分别与所述机翼中心部分的所述横向相对中心部分侧面直接接触。 10.根据权利要求7所述的方法，所述方法进一步包括：通过执行以下步骤中的一个来将尾翼可移除地耦连到所述机翼中心部分：将一对垂直尾部可移除地耦连到一对尾桁的桁后端，每个所述尾桁具有固定地耦连到所述机翼中心部分的桁前端；和将一对尾桁中的每个的桁前端可移除地耦连到所述机翼中心部分，所述尾桁中的每个具有垂直尾部，所述垂直尾部固定地耦连到所述尾桁中的一个的桁后端。 11.一种改进飞行器的操作的方法，所述方法包括：使用至少四个转子组件执行所述飞行器的垂直起飞，所述至少四个转子组件由可移除地耦连到所述飞行器的机身模块的至少两个垂直提升转子模块支撑，每个转子组件由转子桁支撑，所述转子桁具有至少一个桁自由端和桁安装部分，每个桁自由端支撑至少一个垂直提升转子，每个转子桁的所述桁安装部分被配置为可移除地耦连到所述机身模块，所述垂直提升转子模块被配置为使得当耦连到所述机身模块时，一对所述转子组件位于所述机身模块的每个横向相对侧面上，并且每对所述转子组件分别位于所述机身模块的机翼中心部分的前方和后方；所述飞行器包括：可移除地耦连到所述机身模块的机翼中心部分的一对机翼；和可移除地耦连到机身主体的向前推力模块。 12.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括：通过执行以下操作来将所述飞行器从悬停飞行过渡到向前飞行：以一种方式控制所述至少四个转子组件以实现所述飞行器至少以一定的向前空速向前运动，在所述向前空速下，所述一对机翼能够支撑所述飞行器；停止所述垂直提升转子的旋转，并增加所述向前推力模块的向前推力；允许所述飞行器的前端下降，同时在所述向前推力模块的动力下增加所述向前空速；和使用由所述一对机翼产生的气动升力来支撑所述飞行器。 13.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括：通过执行以下步骤来使所述飞行器从向前飞行过渡到着陆：在所述向前推力模块的动力下，使所述飞行器飞行到着陆区域上方附近；启动所述至少四个转子组件并增加所述垂直提升转子的旋转速度，直到能够支撑处于悬停飞行的所述飞行器；减少所述向前推力模块的向前推力；和控制所述垂直提升转子的所述旋转速度以降低所述飞行器的高度直至着陆。 14.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括：在所述飞行器的起飞和着陆中的至少一个期间，将所述飞行器支撑在所述飞行器的鼻部支撑件和一对垂直尾部上；所述鼻部支撑件从所述机身模块的机身前端向下延伸；并且所述一对垂直尾部从可移除地耦连到所述机翼中心部分的对应的一对尾桁向下延伸。 15.一种飞行器，其包括：机身模块，其具有机身主体和具有横向相对中心部分侧面的机翼中心部分；一对旋翼机模块，每个所述旋翼机模块具有支撑在翼梢上的陀螺仪组件，所述翼梢被配置为可移除地耦连到所述中心部分侧面，每个陀螺仪组件具有用于产生垂直推力的陀螺仪转子，所述横向相对中心部分侧面被配置为与能够在飞行期间支撑所述飞行器的一对机翼现场组装，以作为所述一对旋翼机模块的替代方案；和向前推力模块，其可移除地耦连到所述机身主体。 16.根据权利要求15所述的飞行器，其中：每个陀螺仪组件包括用于在所述飞行器垂直起飞之前预旋转所述陀螺仪转子的内部陀螺仪马达。 17.根据权利要求15所述的飞行器，其中：每个陀螺仪组件被配置为使得所述陀螺仪转子能够由外部预旋转器马达预旋转，所述外部预旋转器马达支撑在预旋转器地面支架上并且被配置为在所述飞行器的垂直起飞期间与所述陀螺仪转子断开耦连。 18.根据权利要求15所述的飞行器，所述飞行器进一步包括：尾翼，所述尾翼包括被配置为从所述机翼中心部分向后延伸一对尾桁，并包括对应的一对垂直尾部和被配置为在所述一对垂直尾部之间延伸的水平尾部，所述尾桁中的每个具有桁前端和桁后端，所述尾翼以以下两种配置中的一种配置耦连到所述机翼中心部分：所述尾桁中的每个的所述桁前端固定地耦连到所述机翼中心部分，并且所述垂直尾部各自被配置为可移除地耦连到所述尾桁中的一个的所述桁后端；和所述尾桁中的每个的所述桁前端被配置为可移除地耦连到所述机翼中心部分，并且所述垂直尾部各自均固定地耦连到所述尾桁中的一个的所述桁后端。 19.根据权利要求0所述的飞行器，其中：所述尾桁中的每个具有桁后端，所述桁后端具有从其向外延伸的垂直尾部；并且所述尾翼包括水平尾部，所述水平尾部被配置为可移除地耦连在一对所述垂直尾部之间。 20.根据权利要求0所述的飞行器，其中：当从所述飞行器省略所述旋翼机模块并且所述机翼被耦连到所述机翼中心部分时，所述尾桁各自被配置为以一种方式可移除地耦连到所述机翼中心部分，所述方式使得所述垂直尾部从所述尾桁向上延伸；并且当所述旋翼机模块被耦连到所述机翼中心部分并且从所述飞行器省略所述机翼时，所述尾桁各自被配置为以一种方式可移除地耦连到所述机翼中心部分，所述方式使得所述垂直尾部从所述尾桁向下延伸。 21.一种改进飞行器的操作的方法，所述方法包括：通过将旋翼机模块中的每个的翼梢可移除地耦连到机翼中心部分的横向相对中心部分侧面中的一个，从而将一对旋翼机模块可移除地耦连到所述飞行器，每个旋翼机模块具有支撑在所述翼梢上的陀螺仪组件，每个陀螺仪组件具有用于产生垂直推力的陀螺仪转子，所述横向相对中心部分侧面被配置为现场组装到用于在飞行期间支撑所述飞行器的一对机翼，以作为所述一对旋翼机模块的替代方案；并且所述飞行器具有用于所述飞行器的向前推进的向前推力模块。 22.根据权利要求21所述的方法，其中将所述旋翼机模块可移除地耦连到所述飞行器的步骤包括：可移除地耦连所述旋翼机模块，所述旋翼机模块的每个陀螺仪组件包括用于在所述飞行器的垂直起飞期间预旋转所述陀螺仪转子的内部陀螺仪马达。 23.根据权利要求21所述的方法，其中将所述旋翼机模块可移除地耦连到所述飞行器的步骤包括：可移除地耦连所述旋翼机模块，所述旋翼机模块的每个陀螺仪转子能够通过外部预旋转器马达预旋转，所述外部预旋转器马达被配置为在所述飞行器的垂直起飞期间与所述陀螺仪转子断开耦连。 24.根据权利要求21所述的方法，所述方法进一步包括：通过执行以下步骤中的一个来将尾翼可移除地耦连到所述机翼中心部分：将一对垂直尾部可移除地耦连到一对尾桁的桁后端，每个所述尾桁具有固定地耦连到所述机翼中心部分的桁前端；和将一对尾桁中的每个的桁前端可移除地耦连到所述机翼中心部分，所述尾桁中的每个具有垂直尾部，所述垂直尾部固定地耦连到所述尾桁中的一个的桁后端。 25.一种操作飞行器的方法，所述方法包括：预旋转一对旋翼机模块各自的一对陀螺仪组件的各自的一对陀螺仪转子，所述一对旋翼机模块中的每个均具有可移除地耦连到机身模块的横向相对中心部分侧面中的一个的翼梢，所述中心部分侧面被配置为可移除地接纳能够在飞行期间支撑所述飞行器的一对机翼，以作为可移除地接纳所述一对旋翼机模块的替代方案；使用所述旋翼机模块执行所述飞行器的基本垂直的起飞；和通过在所述飞行器的垂直起飞后以一种方式增加向前推力模块的向前推力来过渡到向前飞行，该方式使所述飞行器向前运动至少直到达到一定的向前空速，在所述向前空速下，所述陀螺仪转子能够维持所述飞行器的高度。 26.根据权利要求25所述的方法，其中预旋转所述陀螺仪转子的步骤包括：使用集成在所述陀螺仪组件中的内部陀螺仪马达预旋转每个陀螺仪组件的所述陀螺仪转子。 27.根据权利要求25所述的方法，其中预旋转所述陀螺仪转子的步骤包括：使用外部预旋转器马达预旋转每个陀螺仪组件的所述陀螺仪转子，所述外部预旋转器马达被配置为在所述飞行器的所述垂直起飞期间与所述陀螺仪转子断开耦连。 28.根据权利要求25所述的方法，所述方法进一步包括执行以下步骤：在使用所述陀螺仪转子支撑所述飞行器的同时，在所述向前推力模块的向前推力下使所述飞行器以受控下降的方式朝向着陆区域飞行；和为所述陀螺仪转子中的每个增加以桨距计的转子平面倾斜角，同时以一种方式减小所述向前推力模块的所述向前推力，以在使所述飞行器着陆之前减慢所述飞行器的向前运动。 29.根据权利要求25所述的方法，其中预旋转所述陀螺仪转子并执行所述基本垂直的起飞的步骤分别包括：预旋转每个陀螺仪组件的所述陀螺仪转子，其中将所述陀螺仪转子的转子叶片调整到转子叶片桨距角，所述转子叶片桨距角使每个陀螺仪转子产生零净垂直升力；和将所述转子叶片桨距角增加使所述飞行器基本垂直升空的量。 30.根据权利要求25所述的方法，其中过渡到向前飞行的步骤包括：将转子叶片桨距角减小一定量，所述一定量允许所述陀螺仪转子在以所述向前空速移动时维持所述飞行器的所述高度。
所属类别：	发明专利