(57)【要約】  航空機用のシステム、装置、方法において、胴体（１１０）と；胴体の両側から延在する翼（１２０）と；翼の第１の端部に配置された一対の第１のモータ（１３２ｂ、１３３ｂ）と；翼の第２の端部に配置された一対の第２のモータ（１４２ｂ、１４３ｂ）と；を有し、各モータが、これに取り付けられたプロペラ（１３４、１３５、１４４、１４５）により推力の成分を提供するように角度（３８１、３８２、３９１、３９２）がつけられており、所望の航空機の動きのために、プロペラの回転により生成される生成トルクに追加の生成トルクを加えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機において：
胴体と；
前記胴体の両側から延在して、第１の側面および第２の側面を有する翼と；
前記胴体から遠位にある翼の第１の端部に配置された一対の第１のモータであって、当該一対の第１のモータのうちの一つのモータが前記翼の第１の側面にあり、他方の一つのモータが前記翼の第２の側面にある一対の第１のモータと；
前記胴体から遠位にある翼の第２の端部に配置された一対の第２のモータであって、前記翼の第２の端部が前記翼の第１の端部の反対側にあり、前記一対の第２のモータのうちの一つのモータが前記翼の第１の側面にあり、他方の一つのモータが前記翼の第２の側面にある一対の第２のモータと；を具え、
各モータが、これに取り付けられたプロペラにより推力の成分を提供するように角度がつけられており、所望の航空機の動きのために、前記プロペラの回転により生成される生成トルクに追加の生成トルクを加えることを特徴とする航空機。
【請求項２】
請求項１に記載の航空機において、各モータが、前記航空機の縦軸から５度から３５度の間で傾斜していることを特徴とする航空機。
【請求項３】
請求項１に記載の航空機において、各プロペラが前記翼および胴体から離れて配置され、各プロペラが、水平飛行時に、前記翼および胴体から発生する乱流から離れた乱れていない気流の領域にあることを特徴とする航空機。
【請求項４】
請求項１に記載の航空機において、各モータが、前記翼の平面形状にほぼ垂直な第１の平面内で傾斜していることを特徴とする航空機。
【請求項５】
請求項１に記載の航空機において、各モータが、前記翼の平面形状により画定される平面とほぼ垂直な第１の平面内で傾斜していることを特徴とする航空機。
【請求項６】
方法であって：
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機の上部左舷モータ、下部左舷モータ、上部右舷モータおよび下部右舷モータにほぼ等しい推進力を与えて垂直離陸を達成するステップであって、上部および下部の左舷モータが翼の第１の端部に配置され、上部および下部の右舷モータが前記翼の第１の端部から遠位にある翼の第２の端部に配置され、前記上部および下部の右舷モータが、前記翼の平面にほぼ垂直な第１の平面内で互いに離れるように角度がつけられ、前記上部および下部の左舷モータが、前記翼の平面にほぼ垂直な第２の平面内で互いに離れるように角度がつけられているステップと；
上部のモータの推力を上げるとともに下部のモータの推力を下げて、ＶＴＯＬ航空機の重心の周りに正味のモーメントを生成して、航空機を前方に回転させるステップと；
前記上部のモータの推力を上げるとともに前記下部のモータの推力を上げて、水平飛行を達成するステップであって、前記ＶＴＯＬ航空機の翼が水平飛行の初期の揚力を提供するステップと；を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法が、さらに：水平飛行時に、上部の２つのモータの推力を上げるとともに下部の２つのモータの推力を下げて、前記ＶＴＯＬ航空機を下方に向けるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法が、さらに；水平飛行時に、上部の２つのモータの推力を下げるとともに下部の２つのモータの推力を上げて、前記ＶＴＯＬ航空機を上方に向けるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法が、さらに：水平飛行時に、前記上部左舷モータおよび前記下部右舷モータの推力を上げるとともに、前記上部右舷モータおよび前記下部左舷モータの推力を下げて、前記ＶＴＯＬ航空機の背面から見て、前記ＶＴＯＬ航空機を時計回りに回転させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法が、さらに：水平飛行時に、前記上部左舷モータおよび前記下部右舷モータの推力を下げるとともに、前記上部右舷モータおよび前記下部左舷モータの推力を上げて、前記ＶＴＯＬ航空機の背面から見て、前記ＶＴＯＬ航空機を反時計回りに回転させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項６に記載の方法が、さらに：水平飛行時に、両方の左舷のモータの推力を上げるとともに、両方の右舷のモータの推力を下げて、前記ＶＴＯＬ航空機の機首を右に向けるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項６に記載の方法が、さらに：水平飛行時に、両方の左舷のモータの推力を下げるとともに、両方の右舷のモータの推力を上げて、前記ＶＴＯＬ航空機の機首を左に向けるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機において：
第１の側面および第２の側面を有する翼と；
前記翼の第１の端部に配置された第１のモータアセンブリと；を具え、
前記第１のモータアセンブリが：
前記翼の第１の側面に配置された第１のモータであって、前記翼の第１の側面から離れるように鉛直線から傾斜している第１のモータと；
第１のウイングレットであって、これにより前記第１のモータが前記翼の第１の端部から離間している第１のウイングレットと；
前記翼の第２の側面に配置された第２のモータであって、前記翼の第２の側面から離れるように鉛直線から傾斜している第２のモータと；
第２のウイングレットであって、これにより前記第２のモータが前記翼の第１の端部から離間している第２のウイングレットと；を有しており、
各モータが、これに取り付けられたプロペラにより推力の成分を提供するように角度がつけられており、所望の航空機の動きのために、前記プロペラの回転により生成される生成トルクに追加の生成トルクを加えることを特徴とする航空機。
【請求項１４】
請求項１３に記載の航空機において、前記第１のモータアセンブリが、さらに：
前記翼の第１の側面に配置された第１のモータポッドであって、前記第１のモータを支持する第１のモータポッド構造、および第１のプロペラを有する第１のモータポッドと；
前記翼の第２の側面に配置された第２のモータポッドであって、前記第２のモータを支持する第２のモータポッド構造、および第２のプロペラを有する第２のモータポッドと；を具えることを特徴とする航空機。
【請求項１５】
請求項１４に記載の航空機が、さらに：
前記翼の第２の端部に配置された第２のモータアセンブリであって、前記第１のモータから遠位にある第２のモータアセンブリを具え、
前記第２のモータアセンブリが：
前記翼の第１の側面に配置された第３のモータであって、前記翼の第１の側面から離れるように鉛直線から傾斜している第３のモータと；
第３のウイングレットであって、これにより前記第３のモータが前記翼の第２の端部から離間している第３のウイングレットと；
前記翼の第２の側面に配置された第４のモータであって、前記翼の第２の側面から離れるように鉛直線から傾斜している第４のモータと；
第４のウイングレットであって、これにより前記第４のモータが前記翼の第２の端部から離間している第４のウイングレットと；を有することを特徴とする航空機。
【請求項１６】
請求項１３に記載の航空機において、前記第１および第２のウイングレットが、前記翼の平面に対してほぼ垂直であることを特徴とする航空機。
【請求項１７】
請求項１３に記載の航空機において、前記第１および第２のウイングレットが、それぞれ、前記翼の平面に対して鈍角で配置されていることを特徴とする航空機。
【請求項１８】
請求項１３に記載の航空機において、前記モータの角度が、垂直飛行における十分なヨーおよび水平飛行における十分なロールのうちの少なくとも一つを提供するために必要な、所望の横力成分によって決定されることを特徴とする航空機。
【請求項１９】
請求項１３に記載の航空機において、前記第１のモータと第２のモータの間の推力の変動が、航空機に加わる生成モーメントを生成し、制御された方法で前記航空機を移動させることを特徴とする航空機。
【請求項２０】
請求項１３に記載の航空機において、各プロペラが前記翼および胴体から離れて配置され、各プロペラが、水平飛行時に、前記翼および胴体から発生する乱流から離れた乱れていない気流の領域にあることを特徴とする航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１６年６月３日に出願された米国仮特許出願第６２／３４５，６１８号の優先権と利益を主張し、その内容はすべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本実施例は、概して無人航空機（ＵＡＶ）に関するものであり、より具体的には垂直離着陸（ＶＴＯＬ）ＵＡＶに関する。
【背景技術】
【０００３】
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機は、垂直に離陸して、垂直飛行から水平飛行に移行し、水平に前進して飛行することができる。クワッドロータ航空機は、４つのモータと４つのプロペラを有しており、これらはすべてクワッドロータの縦軸に向かって垂直に並んでいる。クワッドロータのプロペラのサイズは、クワッドロータを適切に制御して、クワッドロータが飛行するのに要するパワーを低減させるために、クワッドロータ全体のサイズに対してかなり大きい。
【発明の概要】
【０００４】
例示的な航空機の実施例は：胴体と；胴体の両側から延在して、第１の側面および第２の側面を有する翼と；胴体から遠位にある翼の第１の端部に配置された一対の第１のモータであって、一対の第１のモータのうちの一つのモータが翼の第１の側面にあり、他方の一つのモータが翼の第２の側面にある一対の第１のモータと；胴体から遠位にある翼の第２の端部に配置された一対の第２のモータであって、翼の第２の端部が翼の第１の端部の反対側にあり、一対の第２のモータのうちの一つのモータが翼の第１の側面にあり、他方の一つのモータが翼の第２の側面にある一対の第２のモータと；を有しており、各モータは、所望の航空機の動きのために、取り付けられたプロペラによる推力の成分を提供するように角度をつけることができ、プロペラの回転により生成される生成トルクに追加の生成トルクを加えることができることを特徴とする。各モータは、航空機の縦軸から５−３５度の間で角度を付けることができる。他の実施例では、各モータは航空機の縦軸から約１０度角度が付けられている。各モータは、翼の平面に対してほぼ垂直な第１の平面内で角度をつけることができる。他の実施例では、各モータは、翼の平面により画定された平面にほぼ垂直な第１の平面内で角度をつけることができる。
【０００５】
例示的な方法の実施例は：垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機の上部左舷モータ、下部左舷モータ、上部右舷モータおよび下部右舷モータにほぼ等しい推力を与えて垂直離陸を達成するステップであって、上部および下部の左舷モータが翼の第１の端部に配置され、上部および下部の右舷モータが、翼の第１の端部から遠位にある翼の第２の端部に配置され、上部および下部の右舷モータは、翼の平面に対してほぼ垂直な第１の平面内で互いに離れるよう角度をつけることができ、上部および下部の左舷モータは、翼の平面に対してほぼ垂直な第２の平面内で互いに離れるよう角度をつけることができるものであるステップと；上部のモータの推力を上げるとともに下部のモータの推力を下げて、ＶＴＯＬ航空機の重心の周りに正味のモーメントを生成して、航空機を前方に回転させるステップと；上部のモータの推力を上げるとともに下部のモータの推力を下げて水平飛行を達成するステップであって、ＶＴＯＬ航空機の翼が水平飛行の初期の揚力を提供するステップと；を含むことができる。
【０００６】
追加的な方法の実施例は、水平飛行時に、上部の２つのモータの推力を上げるともに下部の２つのモータの推力を下げて、ＶＴＯＬ航空機を下方に向けるステップを含むことができる。追加的な方法の実施例は、水平飛行時に、上部の２つのモータの推力を下げるとともに下部の２つのモータの推力を上げて、ＶＴＯＬ航空機を上方に向けるステップを含むことができる。
【０００７】
追加的な方法の実施例は、水平飛行時に、上部の左舷のモータと下部の右舷のモータの推力を上げるとともに、上部の右舷のモータと下部の左舷のモータの推力を下げて、ＶＴＯＬ航空機の背面から見てＶＴＯＬ航空機を時計回りに回転させるステップを含むことができる。追加的な実施例は、水平飛行時に、上部の左舷のモータと下部の右舷のモータの推力を下げるともに、上部の右舷のモータと下部の左舷のモータの推力を上げて、ＶＴＯＬ航空機の背面から見てＶＴＯＬ航空機を反時計回りに回転させるステップを含む。
【０００８】
方法の追加的な実施例は、水平飛行時に、左舷の両方のモータの推力を上げるとともに、右舷の両方のモータの推力を下げて、ＶＴＯＬ航空機の機首を右側に向けるステップを含むことができる。方法の追加的な実施例は、水平飛行時に、左舷の両方のモータの推力を下げるとともに、右舷の両方のモータの推力を上げて、ＶＴＯＬ航空機の機首を左側に向けるステップを含むことができる。
【０００９】
例示的な垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機の実施例は：第１の側面および第２の側面を有する翼と；翼の第１の端部に配置された第１のモータアセンブリと；を具え、第１のモータアッセンブリが：翼の第１の側面に配置されて翼の第１の側面から離れるように鉛直から傾斜している第１のモータと；第１のウイングレットであって、これにより第１のモータが翼の第１の端部から離間している第１のウイングレットと；翼の第２の側面に配置されて翼の第２の側面から離れるように鉛直から傾斜している第２のモータと；第２のウイングレットであって、これにより第２のモータが翼の第１の端部から離間している第２のウイングレットと；を含み、各モータは、所望の航空機の動きのために、取り付けられたプロペラによる推力の成分を提供するように角度をつけることができ、プロペラの回転により生成される生成トルクに追加の生成トルクを加えることができることを特徴とする。  
【００１０】
追加的な航空機の実施例では、第１のモータアセンブリがさらに：翼の第１の側面に配置された第１のモータポッドであって、第１のモータを支持する第１のモータポッド構造および第１のプロペラを有する第１のモータポッドと；翼の第２の側面に配置された第２のモータポッドであって、第２のモータを支持する第２のモータポッド構造および第２のプロペラを有する第２のモータポッドと；を含む。航空機は、また、翼の第２の端部に配置された第２のモータアセンブリを含むことができ、第２のモータアセンブリが：翼の第１の側面に配置されて翼の第１の側面から離れるように鉛直線から傾斜している第３のモータと；第３のウイングレットであって、これにより第３のモータが翼の第２の端部から離間している第３のウイングレットと；翼の第２の側面に配置されて翼の第２の側面から離れるように鉛直線から傾斜している第４のモータと；第４のウイングレットであって、これにより第４のモータが翼の第２の端部から離間している第４のウイングレットと；を含むことができる。
【００１１】
追加的な航空機の実施例では、第１および第２のウイングレットは、翼の平面からほぼ垂直にすることができる。第１および第２のウイングレットは、それぞれ、翼の平面に対して鈍角となるように配置してもよい。モータの角度は、垂直飛行における十分なヨーおよび水平飛行における十分なロールのうちの少なくとも一つを提供するために必要な、所望の横力成分によって決定することができる。第１のモータと第２のモータの間の推力の変動は、航空機に加わる生成モーメントを生成して、制御された方法で航空機を移動させることができる。各モータの角度は、鉛直線から５−３５度の間とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
図中の構成要素は必ずしも縮尺通りではなく、むしろ本発明の原理を説明することに重点が置かれている。同様の参照番号は、異なる図面を通して対応する部品を示している。実施例は、例示として示されたものであり、添付した図面の図に限定されるものではない。
【００１３】
【図１】図１は、例示的な垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機の斜視図を示す。
【図２】図２は、モータにより生成される推力を変化させることにより、垂直飛行から水平飛行に移行する例示的なＶＴＯＬ航空機を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、垂直飛行のために垂直に配置された例示的なＶＴＯＬ航空機の概略の斜視図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの例示的なＶＴＯＬ航空機の概略の側面図を示す。
【図４】図４は、例示的なＶＴＯＬ航空機の概略の斜視図であり、各モータがＶＴＯＬ航空機の中心線に向かって角度がつけられている。
【図５Ａ】図５Ａは、例示的なＶＴＯＬ航空機の斜視図であり、各ウイングレットが、翼の平面から鈍角に配置されている。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの例示的なＶＴＯＬ航空機の正面図を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、例示的なＶＯＴＬ航空機用の例示的なプロペラの正面図を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの例示的なプロペラの上面図を示す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ａの例示的なプロペラの斜視図を示す。
【図７】図７は、限定された垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機の正面図であり、胴体に近接して翼の平面と平行な平面に傾斜したモータを有する。
【図８】図８は、横風において着陸する例示的なＶＴＯＬ航空機の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、鉛直線から角度がついた４つのモータを有する垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機を実現するものである。モータの２つのセットは航空機の翼の各端部にあり、モータは、それぞれのウイングレットによって翼の端部から離間されている。２つのモータが航空機の上側にあり、２つのモータは下側にある。翼の平面に対するモータの角度が、各モータに横方向の推力成分を提供する。この推力は、ロータを回転させることで生じる生成トルクに追加の生成トルクを加えることができる。各モータの推力を変化させることは、モータの角度やそれぞれのプロペラのブレードのピッチを変更することなく、航空機の重心の周りを航空機が回転するように推進するモーメントを与える。翼の先端における角度のついたモータの位置は、航空機の中心線または重心からの距離を延ばすため、より長いモーメントアームを形成して、航空機の所望の動きを達成するのに少ない横方向推力で足りることになる。固定ピッチのプロペラを使用することは、可変ピッチプロペラ用の高価なハブの必要性を低減させ、航空機の耐久性を増加させ、航空機の重量を減らしながら、なおも必要な航空機の操縦性を提供する。航空機は自律的なものでもよく、および／または地上制御システムを介して遠隔のユーザにより制御されてもよい。
【００１５】
図１は、例示的な垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機１００の斜視図を示す。航空機１００は、垂直離着陸、ホバリング、垂直飛行、垂直方向における操縦、垂直飛行と水平飛行の間の移行、前進飛行時における水平方向での操縦を可能とすることができる。航空機１００は、各モータ１３２ｂ、１３３ｂ、１４２ｂ、１４３ｂの推力を調整し、操縦面１２２、１２４を制御する搭載制御システムによって制御することができる。搭載制御システムは、アドレス可能メモリを有するプロセッサを含むことができ、力およびトルクの両方を航空機１００に加えるようにモータ１３２ｂ、１３３ｂ、１４２ｂ、１４３ｂの異なる推力を加えることができる。
【００１６】
航空機１００は、胴体１１０と、胴体１１０の両側から延在している翼１２０を有する。翼１２０は、胴体１１０の両側に配置された操縦面１２２、１２４を含むことができる。いくつかの実施例では、重量と複雑性を軽減するために、翼１２０は操縦面を含まなくてもよい。翼１２０の上側面または第１の側面１２８は、水平飛行時に地面に対して上方向を向くことができる。翼１２０の下側面または第２の側面１２６は、水平飛行時に地面に対して下方向を向くことができる。翼１２０は翼の平面１２５内に、および／またはその周りに配置されている。翼の平面１２５は、図１に示すｘ−ｙ−ｚ座標系により規定されるｘ−ｙ平面と平行にすることができ、ｘ方向は航空機１００の縦軸の方向であり、ｙ方向は翼１２０に沿った方向である。翼１２０は、翼の平面１２５にほぼ位置し、および／またはこれと整列してもよい。いくつかの実施例では、翼１２０は、翼が少なくとも対称に配置される平面を画定する翼の平面形状を画定するか、有することができる。
【００１７】
１以上のセンサ１０４を第２の側面１２６における航空機１００の胴体１１０に配置して、水平前進飛行時にデータを捕捉することができる。センサ１０４をカメラにして、航空機１００の飛行時に撮影した画像を保存し、および／または外部機器に転送することができる。センサ１０４は、航空機１００の胴体１１０に固定するか、旋回可能にすることができる。いくつかの実施例では、ＬＩＤＡＲを夜間飛行用に赤外線カメラに交換するなど、任務の必要性に基づいてセンサ１０４を交換することができる。
【００１８】
航空機１００は、離陸前または着陸後に鉛直に配向されるため、鉛直方向に描かれている。着陸用具１０３が、航空機１００を鉛直方向に維持することができる。いくつかの実施例では、着陸用具１０３は、航空機１００の水平前進飛行時に垂直安定板として機能することができる。
【００１９】
第１のモータアセンブリ１３０が、胴体１１０から遠位にある翼１２０の第１の端部または先端に配置されている。第１のモータアセンブリ１３０は：ポッド構造１３２ａ、１３３ａおよびモータ１３２ｂ、１３３有する一対のモータポッド１３２、１３３と；ウイングレット１３８、１３９と；プロペラ１３４、１３５と；を有する。上部左舷モータポッド１３２は、上部左舷モータ１３２ｂを支持する上部左舷ポッド構造１３２ａを含むことができる。上部左舷モータ１３２ｂによりロータまたはプロペラ１３４が駆動され、航空機１００に推力が提供される。上部左舷モータポッド１３２は、翼１２０の第１の側面１２８に配置することができ、スペーサまたはウイングレット１３８により翼１２０の第１の端部から離間して配置することができる。モータ１３２ｂは、プロペラ１３４にモーメントまたはトルクを加えて回転させ、こうすることで航空機１００に反対のモーメントまたはトルク１３６を加える。反対のモーメント１３６は、重心１０２の周りを回転するように航空機１００を回転または付勢するように作用する。モーメント１３６はプロペラ１３４の速度とともに変化して、プロペラ１３４が加速または減速する際に変化する。プロペラ１３４は、固定ピッチまたは可変ピッチのプロペラとすることができる。
【００２０】
モータポッド１３２、モータ１３２ｂ、プロペラ１３４をすべて整列させて、翼１２０の第１の側面１２８の方向で上方に、ｘ−ｙ平面から負のｚ方向に上方に、鉛直線からウイングレット１３８の平面内にとどまるように傾斜させることができ、プロペラ１３４から生成される力とその力成分が、ウイングレット１３８の平面と整列し、および／またはこの平面内にあるようにして、ウイングレット１３８の平面への横方向の力が最小になるか発生しないようにすることができる。モータ１３２ｂとプロペラ１３４との並びは、それぞれの回転軸に同軸上に整列させることができる。
【００２１】
モータ１３２ｂとロータ１３４の軸の角度は、鉛直のｘ方向から、５度から３５度まで変化させることができる。一実施例では、角度を鉛直線から約１０度にすることができる。モータ１３２ｂとロータ１３４の軸の角度は、翼１２０への風の影響を克服するのに必要な、垂直飛行時の十分なヨーおよび／または水平飛行時の十分なロールを提供するのに必要な所望の横力成分によって決定することができる。この角度を最小化して、垂直飛行のための垂直推力成分および水平飛行のための前方推力成分を最大化することもできる。
【００２２】
モータ１３２ｂとプロペラ１３４との回転軸の鉛直線からの角度は、ウイングレット１３８の平面および／または翼の平面１２５に垂直な平面と整列しているが、プロペラ１３４の動作により生成される推力の成分であって、ｘ方向に鉛直である成分と、翼１２０に垂直な負のｚ方向の他の推力の成分とをもたらす。この垂直な推力の成分は、翼１２０に沿ってモーメントアームに作用して、航空機１００の重心１０２にモーメントを与えることにより、航空機１００が垂直飛行している際に航空機１００をその垂直軸を中心に回転させ、および航空機が前進水平飛行している際に水平軸を中心に回転させる、または少なくともそのように促す。いくつかの実施例では、翼１２０に垂直な、または負のｚ方向の推力成分を、航空機１００の重心１０２から離れて配置されたプロペラ１３４の位置に加えて、航空機１００にモーメントを加えて航空機１００をその重心１０２の周りで上下に回転させる、または少なくともそのように促すことができる。この上下の回転は、航空機１００を垂直飛行から水平飛行に、水平飛行から垂直飛行に移行させ、または少なくともそのように促す。
【００２３】
下部左舷モータポッド１３３は、下部左舷モータ１３３ｂを支持する下部左舷ポッド構造１３３ａを含むことができる。下部左舷モータ１３３ｂは、上部左舷モータ１３２ｂの反対側である翼１２０の第２の側面１２６に配置されている。下部左舷モータ１３３ｂによりロータまたはプロペラ１３５が駆動され、航空機１００に推力を提供する。下部左舷モータポッド１３３は、翼１２０の第２の側面１２６に配置することができ、スペーサまたはウイングレット１３９により翼１２０の第１の端部から離間させることができる。
【００２４】
モータ１３３ｂは、プロペラ１３５にモーメントまたはトルクを加えて回転させ、こうすることで航空機１００に反対のモーメントまたはトルク１３７を加える。反対のモーメント１３７は、重心１０２の周りを回転するように航空機１００を回転させ、または付勢するように作用する。モーメント１３７はプロペラ１３５の速度とともに変化して、プロペラ１３５が加速または減速する際に変化する。プロペラ１３５は、固定ピッチまたは可変ピッチのプロペラとすることができる。
【００２５】
モータポッド１３３、モータ１３３ｂおよびプロペラ１３５をすべて整列させて、翼１２０の第２の側面１２６の方向で下方に、ｘ−ｙ平面からｚ方向に下方に、鉛直線からウイングレット１３９の平面内にとどまるように傾斜させることができ、プロペラ１３５により生成される力とその力成分が、ウイングレット１３９の平面と整列し、および／またはこの平面内にあるようにして、ウイングレット１３９の平面への横方向の力が最小になるか発生しないようにすることができる。モータ１３３ｂとプロペラ１３５との並びは、それぞれの回転軸に同軸上に整列させることができる。
【００２６】
モータ１３３ｂとプロペラ１３５の軸の角度は、鉛直のｘ方向から、５度から３５度まで変化させることができる。一実施例では、角度を鉛直線から約１０度にすることができる。モータ１３３ｂとロータ１３５の軸の角度は、翼１２０への風の影響を克服するのに必要な、垂直飛行時の十分なヨーおよび／または水平飛行時の十分なロールを提供するのに必要な所望の横力成分によって決定することができる。この角度を最小化して、垂直飛行のための垂直推力成分および水平飛行のための前方推力成分を最大化することもできる。
【００２７】
モータ１３３ｂとプロペラ１３５との回転軸の鉛直線からの角度は、ウイングレット１３９の平面および／または翼の平面１２５に垂直な平面と整列しているが、プロペラ１３５の動作により生成される推力の成分であって、ｘ方向に鉛直である成分と、翼１２０に垂直なｚ方向の他の推力の成分とをもたらす。この垂直な推力の成分は、翼１２０に沿ってモーメントアームに作用して、航空機１００の重心１０２にモーメントを与えることにより、航空機１００が垂直飛行している際に航空機１００をその垂直軸を中心に回転させ、および航空機が前進水平飛行している際に水平軸を中心に回転させる、または少なくともそのように促す。いくつかの実施例では、翼１２０に垂直な、または負のｚ方向の推力成分を、航空機１００の重心１０２から離れて配置されたプロペラ１３５の位置に加えて、航空機１００にモーメントを加えて航空機１００をその重心１０２の周りで上下に回転させる、または少なくともそのように促すことができる。いくつかの実施例では、翼１２０に垂直な、またはｚ方向の推力成分を、航空機１００の重心１０２から離れて配置されたプロペラ１３５の位置に加えて、航空機１００にモーメントを加えて航空機１００をその重心１０２の周りで上下に回転させる、または少なくともそのように促すことができる。この上下の回転は、航空機１００を垂直飛行から水平飛行に、水平飛行から垂直飛行に移行させ、または少なくともそのように促す。
【００２８】
いくつかの実施例では、ウイングレット１３８と１３９を、翼の平面１２５に垂直な第１のウイングレット平面で、少なくともほぼ対称にすることができる。第１のウイングレット平面は、図１に示す座標系のｘ−ｚ平面とほぼ平行にすることができる。ウイングレット平面における垂直は、翼の平面１２５とウイングレット１３８、１３９との交線により画定することができ、図示のｘ方向とすることができる。
【００２９】
第２のモータアセンブリ１４０が、胴体１１０から遠位で第１のモータアセンブリ１３０から遠位にある翼１２０の第２の端部または先端に配置されている。第２のモータアセンブリ１４０は：ポッド構造１４３ａ、１４４ａおよびモータ１４３ｂ、１４４ｂを有する一対のモータポッド１４３、１４４と；ウイングレット１４８、１４９と；プロペラ１４４、１４５と；を有する。上部右舷モータポッド１４３は、上部右舷モータ１４３ｂを支持する上部右舷ポッド構造１４３ａを含む。上部右舷モータ１４３ｂによりロータまたはプロペラ１４５が駆動され、航空機１００に推力をもたらす。上部右舷モータポッド１４３は、翼１２０の第１の側面１２８に配置することができ、スペーサまたはウイングレット１４９により翼１２０の第２の端部から離間して配置することができる。モータ１４３ｂは、プロペラ１４５にモーメントまたはトルクを加えて回転させ、これにより航空機１００に反対のモーメントまたはトルク１４７を加える。反対のモーメント１４７は、重心１０２の周りを回転するように航空機１００を回転させ、または付勢するように作用する。モーメント１４７はプロペラ１４５の速度とともに変化して、プロペラ１４５が加速または減速する際に変化する。プロペラ１４５は、固定ピッチまたは可変ピッチのプロペラとすることができる。
【００３０】
モータポッド１４３、モータ１４３ｂ、プロペラ１４５をすべて整列させて、翼１２０の第１の側面１２８の方向で上方に、ｘ−ｙ平面から負のｚ方向に上方に、鉛直線からウイングレット１４９の平面内にとどまるように傾斜させることができ、プロペラ１４７から生成される力とその力成分が、ウイングレット１４９の平面と整列し、および／またはこの平面内にあるようにして、ウイングレット１４９の平面への横方向の力が最小になるか発生しないようにすることができる。モータ１４３ｂとプロペラ１４５との並びは、それぞれの回転軸に同軸上に整列させることができる。
【００３１】
モータ１４３ｂとプロペラ１４５の軸の角度は、鉛直線のｘ方向から、５度から３５度まで変化させることができる。一実施例では、角度を鉛直線から約１０度にすることができる。モータ１４３ｂとプロペラ１４５の軸の角度は、翼１２０への風の影響を克服するのに必要な、垂直飛行時の十分なヨーおよび／または水平飛行時の十分なロールを提供するのに必要な所望の横力成分によって決定することができる。この角度を最小化して、垂直飛行のための垂直推力成分および水平飛行のための前方推力成分を最大化することもできる。
【００３２】
モータ１４３ｂとプロペラ１４５との回転軸の鉛直線からの角度は、ウイングレット１４９の平面および／または翼の平面１２５に垂直な平面と整列しているが、プロペラ１４５の動作により生成される推力の成分であって、ｘ方向に鉛直である成分と、翼１２０に垂直な負のｚ方向の他の推力の成分とをもたらす。この垂直な推力の成分は、翼１２０に沿ってモーメントアームに作用して、航空機１００の重心１０２にモーメントを与えることにより、航空機１００が垂直飛行している際に航空機１００をその垂直軸を中心に回転させ、および航空機が前進水平飛行している際に水平軸を中心に回転させる、または少なくともそのように促す。いくつかの実施例では、翼１２０に垂直な、または負のｚ方向の推力成分を、航空機１００の重心１０２から離れて配置されたプロペラ１４５の位置に加えて、航空機１００にモーメントを加えて航空機１００をその重心１０２の周りで上下に回転させる、または少なくともそのように促すことができる。この上下の回転は、航空機１００を垂直飛行から水平飛行に、水平飛行から垂直飛行に移行させ、または少なくともそのように促す。
【００３３】
下部右舷モータポッド１４２は、下部右舷モータ１４２ｂを支持する下部右舷ポッド構造１４２ａを含む。下部右舷モータ１４２ｂは、上部右舷モータ１４３ｂの反対側である翼１２０の第２の側面１２６に配置されている。下部右舷モータ１４２ｂによりロータまたはプロペラ１４４が駆動され、航空機１００に推力をもたらす。下部右舷モータポッド１４２は、翼１２０の第２の側面１２６に配置することができ、スペーサまたはウイングレット１４８により翼１２０の第２の端部から離間して配置することができる。
【００３４】
モータポッド１４２、モータ１４２ｂおよびプロペラ１４４をすべて整列させて、翼１２０の第２の側面１２６の方向で下方に、ｘ−ｙ平面からｚ方向に下方に、鉛直線からウイングレット１４８の平面内にとどまるように傾斜させることができ、プロペラ１４４により生成される力とその力成分が、ウイングレット１４８の平面と整列し、および／またはこの平面内にあるようにして、ウイングレット１４８の平面への横方向の力が最小になるか発生しないようにすることができる。モータ１４２ｂとプロペラ１４４との並びは、それぞれの回転軸に同軸上に整列させることができる。
【００３５】
モータ１４２ｂとプロペラ１４４の軸の角度は、鉛直のｘ方向から、５度から３５度まで変化させることができる。一実施例では、角度を鉛直線から約１０度にすることができる。モータ１４２ｂとプロペラ１４４の軸の角度は、翼１２０への風の影響を克服するのに必要な、垂直飛行時の十分なヨーおよび／または水平飛行時の十分なロールを提供するのに必要な所望の横力成分によって決定することができる。この角度を最小化して、垂直飛行のための垂直推力成分および水平飛行のための前方推力成分を最大化することもできる。
【００３６】
モータ１４２ｂとプロペラ１４４との回転軸の鉛直線からの角度は、ウイングレット１４８の平面および／または翼の平面１２５に垂直な平面と整列しているが、プロペラ１４４の動作により生成される推力の成分であって、ｘ方向に鉛直である成分と、翼１２０に垂直なｚ方向の他の推力の成分とをもたらす。この垂直な推力の成分は、翼１２０に沿ってモーメントアームに作用して、航空機１００の重心１０２にモーメントを与えることにより、航空機１００が垂直飛行している際に航空機１００をその垂直軸を中心に回転させ、および航空機が前進水平飛行している際に水平軸を中心に回転させる、または少なくともそのように促す。いくつかの実施例では、翼１２０に垂直な、またはｚ方向の推力成分を、航空機１００の重心１０２から離れて配置されたプロペラ１４４の位置に加えて、航空機１００にモーメントを加えて航空機１００をその重心１０２の周りで上下に回転させる、または少なくともそのように促すことができる。この上下の回転は、航空機１００を垂直飛行から水平飛行に、水平飛行から垂直飛行に移行させ、または少なくともそのように促す。
【００３７】
いくつかの実施例では、ウイングレット１４８と１４９を、翼の平面１２５に垂直な第２のウイングレット平面で、少なくともほぼ対称にすることができる。第１のウィングレット平面は、第２のウイングレット平面と平行にすることができる。第２のウイングレット平面は、図１に示す座標系のｘ−ｚ平面とほぼ平行にすることができる。ウイングレット平面における垂直は、翼の平面１２５とウイングレット１４８、１４９との交線により画定することができ、図示のｘ方向とすることができる。
【００３８】
モータ１３２ｂ、１３３ｂ、１４２ｂ、１４３ｂは、固定ピッチのロータの推力または回転の変動と、一対のモータの生成トルクまたはモーメントが、制御された方法で航空機１００を移動させるために航空機１００に加えられる生成モーメントを生成することができるように動作する。モータ１３２ｂ、１３３ｂ、１４２ｂ、１４３ｂの動作の差異により付与されるモーメントに加えて、ホバリング時の鉛直で前進水平飛行時の水平である航空機の縦方向中心線から、各モータ１３２ｂ、１３３ｂ、１４２ｂ、１４３ｂが角度が付いていることによって補完的な力成分が発生し、これが同じように航空機１００に加えられて航空機を移動させることになる。
【００３９】
水平飛行において、上部の２つのモータ１３２ｂと１４３ｂの推力を上げて、下部の２つのモータ１３３ｂと１４２ｂの推力を下げることにより、航空機１００は下方に向く。水平飛行において、上部の２つのモータ１３２ｂと１４３ｂの推力を下げて、下部の２つのモータ１３３ｂと１４２ｂの推力を挙げることにより、航空機１００は上方に向く。上部の２つのモータ１３２ｂおよび１４３ｂと下部の２つのモータ１３３ｂおよび１４２ｂとの間の推力の差異は、水平飛行時における航空機１００の上下の回転を制御するのに使用することができる。いくつかの実施例では、翼１２０上の操縦面１２２、１２４を、航空機１００の上下の回転の制御を補うのに使用することができる。各ウイングレットによる上部と下部のモータの分離は、航空機１００の上下への回転のモーメントを生成するのに必要となる。
【００４０】
水平飛行時に上部左舷モータ１３２ｂと下部右舷モータ１４２ｂの推力を上げて、上部右舷モータ１４３ｂと下部左舷モータ１３３ｂの推力を下げることにより、航空機１００の背面から見て航空機１００が時計回りに回転する。水平飛行時に上部左舷モータ１３２ｂと下部右舷モータ１４２ｂの推力をさげて、上部右舷モータ１４３ｂと下部左舷モータ１３３ｂの推力を挙げることにより、航空機１００の背面から見て航空機１００が反時計回りに回転する。上部左舷モータおよび下部右舷モータの推力と上部右舷モータおよび下部左舷モータの推力との間の差異は、水平飛行時における航空機１００の回転を制御するのに使用することができる。いくつかの実施例では、翼１２０上の操縦面１２２、１２４を、航空機１００の回転の制御を補うのに使用することができる。
【００４１】
水平飛行時に、左舷の両方のモータ１３２ｂと１３３ｂの推力を上げて、右舷の両方のモータ１４２ｂと１４３ｂの推力を下げることにより、航空機１００は機首が右側に向く。水平飛行時に、左舷の両方のモータ１３２ｂと１３３ｂの推力を下げて、右舷の両方のモータ１４２ｂと１４３ｂの推力を上げることにより、航空機１００は機首が左側に向く。上下の右舷モータ１４２ｂ、１４３ｂの推力と上下の左舷モータ１３２ｂ、１３３ｂの推力の間の差異は、水平飛行における航空機１００の機首方向を制御するのに使用することができる。
【００４２】
いくつかの実施例では、モータ１３２ｂ、１３３ｂ、１４２ｂ、１４３ｂをそれぞれのポッド構造１３２ａ、１３３ａ、１４２ａ、１４３ａから取り外すことができ、損傷または欠陥のあるモータを迅速に交換することが可能である。他の実施例では、モータアセンブリ１３０、１４０を翼１２０の先端から取り外すことができ、着陸によるまたは飛行中の損傷などの損傷や欠陥があるモータ、ハウジングまたはウイングレットを迅速に交換することが可能である。強風のための大きな推力や長時間の任務のための高い効率性のように、所望の飛行任務に基づいて、モータ１３２ｂ、１３３ｂ、１４２ｂ、１４３ｂ、ポット構造１３２ａ、１３３ａ、１４２ａ、１４３ａおよび／またはモータアセンブリ１３０、１４０を他の構成要素と交換することができる。いくつかの実施例では、プロペラ１３４、１３５、１４４、１４５を、航空機１００の重心１０２の前方に配置することができる。
【００４３】
図２は、モータにより生成される推力を変化させることにより、垂直飛行から水平飛行に移行する例示的なＶＴＯＬ航空機２００を示す。地面で第１の位置２０１にある航空機２００は、垂直離陸の準備ができている。上部のプロペラ２１２に接続された上部のモータ２１０は、鉛直線から外向きに翼２３０から離れるように傾斜している。下部のプロペラ２２２に接続された下部のモータ２２０は、鉛直線から外向きに翼２３０から離れるように傾斜している。上部のモータ２１０と下部のモータ２２０は、航空機２００の翼２３０の端部に配置されており、ウイングレットまたはスペーサにより翼２３０から離間させることができる。さらなる上部および下部のモータと、これに対応するプロペラが、図１に示すように、上部モータ２１０と下部モータ２２０の後ろに翼２３０の反対側の端部に配置することができる。
【００４４】
プロセッサとアドレス可能メモリを有する搭載コントローラは、モータに信号を送信して、垂直離陸とこれに続く飛行時の推力の調整に必要な推力を生成することができる。飛行制御は、自律的なもの、予めプログラムされたものでもよく、および／または地上制御システムにおける外部のユーザによって制御されてもよい。上部のモータ２１０が上部の推力２１４を生成し、下部のモータが下部の推力２２４を生成する。垂直離陸時には、上部の推力２１４と下部の推力２２４をほぼ等しくしてもよい。上部の推力２１４と下部の推力２２４は、各モータ２１０、２２０とプロペラ２１２、２２２との角度に基づいて傾斜して描かれており、垂直成分および横方向成分の両方を有する。
【００４５】
第２の位置２０３にある航空機２００は、垂直飛行から水平飛行に移行している。航空機２００は、上部のモータ２１０により生成する推力２１６を上げて、下部のモータ２２０により生成する推力２２６を下げることにより、前方に回転する。推力の差異が航空機２００の重心２０２の周りに正味のモーメント２０４を生成し、これが航空機２００を前方に回転させる。横方向２１７における上部の推力２１６の成分は、下部の推力２２６からの反対向きの横方向の成分２１９よりも大きく、横方向の推力２１７が翼２３０により生成される揚力２３６に加わる。
【００４６】
第３の位置２０５にある航空機２００は、前進水平飛行中である。翼の揚力２３８が、航空機２００の質量を運んでいる。上部の推力２１８と下部の推力２２８を調整することにより、航空機２００を上下に回転させることができる。航空機２００の翼２３０の反対側の端部のモータの推力を調整することで、右側と左側の間の推力の差異によって、航空機２００を左または右側に機首を向けることができる。
【００４７】
図３Ａは、垂直飛行のために垂直に配置された例示的なＶＴＯＬ航空機３００の概略の斜視図である。図３Ｂは、図３Ａの例示的なＶＴＯＬ航空機３００の概略の側面図を示す。航空機３００は、中心線３１０上に重心３１６を有する。翼３２１、３２３およびウイングレット３３８、３３９、３４８、３４９は、実線で表されている。
【００４８】
下部の右舷モータポッド３３２が、ウイングレット３３８の端部に破線で表されている。モータポッド３３２は、ウイングレット３３８、３３９の上下に沿って延在して翼３２１、３２３に垂直であるＸ−Ｚ１平面中の鉛直線から、角度３９２で配置された回転軸を有する。角度３９２は、５度から３５度までの範囲とすることができる。いくつかの実施例では、角度３９２を１０度または約１０度とすることができる。モータポッド３３２はプロペラ３３４を含み、このプロペラは、図３Ａの航空機３００の正面から見て反時計回りのトルクまたはモーメント３３６を航空機３００に加える。プロペラ３３４により生成されて横方向成分３５４を有する推力３５２は、同様に、航空機３００にトルクまたはモーメントを加える。
【００４９】
上部の右舷モータポッド３３３が、ウイングレット３３９の端部に破線で表されている。モータポッド３３３は、ウイングレット３３８、３３９の上下に沿って延在して翼３２１、３２３に垂直であるＸ−Ｚ１平面中の鉛直線から、角度３９１で配置された回転軸を有する。角度３９１は、５度から３５度までの範囲とすることができる。いくつかの実施例では、角度３９１を１０度または約１０度とすることができる。上部の右舷モータポッド３３３の角度３９１は、下部の右舷モータポッド３３２の角度３９２と同じにしてもよい。モータポッド３３３はプロペラ３３５を含み、このプロペラは、航空機３００の正面から見て時計回りのトルクまたはモーメント３３７を航空機３００に加える。プロペラ３３５により生成されて横方向成分３５３を有する推力３５１は、同様に、航空機３００にトルクまたはモーメントを加える。横方向の推力３５４により生成されるモーメントは、横方向の推力３５３により生成されるモーメントの反対方向である。それぞれの推力３５２、３５１に応じて、横方向の推力３５４を横方向の推力３５３よりも大きくすることができる。
【００５０】
上部の左舷モータポッド３４２が、ウイングレット３４８の端部に破線で表されている。モータポッド３４２は、ウイングレット３４８、３４９の上下に沿って延在して翼３２１、３２３に垂直であるＸ−Ｚ２平面中の鉛直線から、角度３８２で配置された回転軸を有する。角度３８２は、５度から３５度までの範囲とすることができる。いくつかの実施例では、角度３８２を１０度または約１０度とすることができる。上部の左舷モータポッド３４２の角度３８２を、上部の右舷モータポッドの角度３９１と同じにして、および／または下部の右舷モータポッド３３２の角度３９２の反対の角度とすることができる。モータポッド３４２はプロペラ３４４を含み、このプロペラは、航空機３００の正面から見て反時計回りのトルクまたはモーメント３４６を航空機３００に加える。プロペラ３４４により生成されて横方向成分３６４を有する推力３６２は、同様に、航空機３００にトルクまたはモーメントを加える。
【００５１】
下部の左舷モータポッド３４３が、ウイングレット３４９の端部に破線で表されている。モータポッド３４３は、ウイングレット３４８、３４９の上下に沿って延在して翼３２１、３２３に垂直であるＸ−Ｚ２平面中の鉛直線から、角度３８１で配置された回転軸を有する。角度３８１は、５度から３５度までの範囲とすることができる。いくつかの実施例では、角度３８１を１０度または約１０度とすることができる。下部の左舷モータポッド３４３の角度３８１を、下部の右舷モータポッド３３２の角度３９２と同じにして、上部の左舷モータポッド３４２の角度３８２の反対の角度として、および／または上部の右舷モータポッドの角度３９１の反対の角度とすることができる。モータポッド３４３はプロペラ３４５を含み、このプロペラは、航空機３００の正面から見て時計回りのトルクまたはモーメント３４７を航空機３００に加える。プロペラ３４５により生成されて横方向成分３６３を有する推力３６１は、同様に、航空機にトルクまたはモーメントを加える。横方向の推力３６４により生成されるモーメントは、横方向の推力３６３により生成されるモーメントの反対方向である。それぞれの推力３６１、３６２に応じて、横方向の推力３６３を横方向の推力３６４よりも大きくすることができる。
【００５２】
図３Ｂに示すように、横方向の推力成分３６４と横方向の推力成分３６３は、平面Ｘ−Ｚ２において反対方向を向いており、各プロペラ３４４と３４５が同じ推力３６１と３６２を生成するときに、例えばホバリングまたは安定状態の前進飛行時に、横方向の推力成分３６３と３６４が互いに打ち消しあって、航空機３００にｙ軸の周りに正味のモーメントまたはトルクを与えないようになっている。一方で、推力３６１と３６２のうちの一方が他方よりも大きい場合には、横方向成分３６３と３６４も異なることになり、正味の力が重心３１６の周りのモーメントアーム３９０に加えられてモーメントまたはトルク３９３が生成され、これが航空機３００を対応する方向に上下に回転させることになる。構成のように、上下回転のモーメントは、プロペラ３４４、３４５により生成されたｘ方向の推力成分の差異によって生成される上下回転の力を補完する。同様に、図３Ａに示す右舷のモータポッドとプロペラの横方向の推力成分３５３と３５４にも、同じことがあてはまる。
【００５３】
図４は、例示的なＶＴＯＬ航空機４００の概略の斜視図であり、各モータが航空機の中心線に向かってさらに角度がつけられている。プロペラまたはロータ４３４、４３５、４４４、４４５は、それぞれ、これらの推力が航空機４００の中心線４１０または重心４１６に戻る直線と直交するように配置されているが、いずれのプロペラ４３４、４３５、４４４、４４５も他のプロペラ４３４、４３５、４４４、４４５と平行ではない。航空機４００の構造は、翼４２３とウイングレット４３８、４３９、４４８、４４９を含む実線で表されている。線４０１、４０２、４０３、４０４はそれぞれ、それぞれのモータポッドと重心４１６との間に引かれ、中心／推力線および回転軸は、重心４１６へのそれぞれの直交線に平行な平面内にある。
【００５４】
下部の右舷モータポッド４３２は、ｘ方向の鉛直線から傾斜して配置されているが、航空機４００の中心線４１０または重心４１６への直線４０３と直角４０７で直交している。モータポッド４３２の中心線と、モータおよびプロペラ４３４の回転軸は、線４０３と垂直な平面内に配置されている。このモータ４３２の配置は、ｘ方向の鉛直線から内向きの、負のｙ方向の、傾き、傾斜または角度をもたらす。
【００５５】
上部の右舷モータポッド４３３は、ｘ方向の鉛直線から傾斜して配置されているが、航空機４００の中心線４１０または重心４１６への直線４０４と直角４０８で直交している。モータポッド４３３の中心線と、モータおよびプロペラ４３５の回転軸は、線４０４と垂直な平面内に配置されている。このモータポッド４３３の配置は、ｘ方向の鉛直線から内向きの、負のｙ方向の、傾き、傾斜または角度をもたらす。
【００５６】
上部の左舷モータポッド４４２は、ｘ方向の鉛直線から傾斜して配置されているが、航空機４００の中心線４１０または重心４１６への直線４０１と直角４０５で直交している。モータポッド４４２の中心線と、モータおよびプロペラ４４４の回転軸は、線４０１と垂直な平面内に配置されている。このモータポッド４４２の配置は、ｘ方向の鉛直線から内向きの、ｙ方向の、傾き、傾斜または角度をもたらす。
【００５７】
下部の左舷モータポッド４４３は、ｘ方向の鉛直線から傾斜して配置されているが、航空機４００の中心線４１０または重心４１６への直線４０２と直角４０６で直交している。モータポッド４４３の中心線と、モータおよびプロペラ４４５の回転軸は、線４０２と垂直な平面内に配置されている。このモータポッド４４３の配置は、ｘ方向の鉛直線から内向きの、ｙ方向の、傾き、傾斜または角度をもたらす。
【００５８】
図５Ａは、例示的なＶＴＯＬ航空機５００の斜視図であり、各ウイングレット５３８、５３９、５４８、５４９が、翼５２０の平面から鈍角５０１、５０３、５０５、５０７で配置されている。図５Ｂは、図５Ａの例示的なＶＴＯＬ航空機５００の正面図を示す。ウイングレット５３８、５３９、５４８、５４９は、翼５２０または翼の平面から各モータポッド５３２、５３３、５４２、５４３に向かって外側に傾斜している。このウイングレット５３８、５３９、５４８、５４９の傾斜は、翼端の渦の形成を抑制または防止し、この結果翼５２０の性能と効率が高められる。ウイングレット５３８、５３９、５４８、５４９を、ゼロでない迎角で配置して、または形成して、翼端の渦の影響を打ち消すようにしてもよい。
【００５９】
翼５２０上と航空機５００の胴体５２１の周りの気流５２６の一部が、矢印で表されている。気流５２６ａは、前方水平飛行または巡航飛行時に生じるように、翼に対してゼロの迎角またはほぼゼロの迎角である。気流５２６ｂは、上昇時、水平飛行へ／からの移行時、および／または低速飛行時のように、翼に対して（ゼロでない）迎角を示す。航空機５００は、気流５２６を伴い水平飛行している際に翼５２０の近くにいくつかの乱流５２７ａを発生させて、ここで翼５２０は典型例では一次揚力を提供している。航空機５００は、飛行時に胴体５２１の近くに乱流５２８も発生させる。巡航水平飛行時のように、気流５２６ａの迎角が小さいかゼロの場合、図５Ａに示すように、翼５２０からの乱流５２７ａの影響は比較的小さく、翼５２０に近い。上昇操作時のように気流５２６ｂの迎角が大きい場合は、図５Ａに示すように、翼５２０からの乱流５２７ｂの影響は大きく、翼５２０からさらに遠くに移る。気流５２６ａまたは５２６ｂと乱流５２７ａまたは５２７ｂを伴う状況では、ウイングレット５３８、５３９、５４８、５４９は、翼５２０から発生する乱流５２７から離れた前方の乱れのない気流領域５２２、５２３、５２４、５２５に、モータと対応するプロペラとを配置することになる。ウイングレット５３８、５３９、５４８、５４９上のモータ５３２、５３３、５４２、５４３は、胴体の乱流５２９からも十分に離れているので、モータのロータやプロペラが乱れた気流の領域にある可能性は少ない。さらに、モータとこれに対応するプロペラが乱流または乱れた気流の領域にある場合でも、乱流または乱れた空気の強度は、影響を受ける１以上のモータと対応するプロペラに到達するまでに、著しく低減することになる。
【００６０】
図５ａと５ｂに示す航空機５００の構成とは対照的に、図７に示す限定的なＶＴＯＬ航空機７００は、胴体７１０の近くに配置されたモータ７０２、７０４を有しており、モータと各ロータ７０６、７０８が、翼の上および／または周りの気流によりもたらされる乱流領域７２７内にあり、かつ胴体７１０の上および／または周りの気流によりもたらされる乱流領域７２９内にあるようになっている。
【００６１】
モータの角度が、シャフトのトルクに必要な要件を軽減する。シャフトのトルクの要件を軽減させると、モータの重量の要件が軽減されて、水平プロペラの効率が上がることになる。モータの角度は、また、プロペラの後流を支持パイロンと一致するように維持する。
【００６２】
翼５２０の長さと上部のウイングレット５３９、５４８の長さの比は、約１．０４：０．１６とすることができる。翼５２０の長さと下部のウイングレット５３８、５４９の長さの比は、約１．０４：０．１３とすることができる。上部のウイングレット５３９、５４８の長さと下部のウイングレット５３８、５４９の長さとの比は、約０．８２：０．６６とすることができる。翼５２０への上部のモータの距離と翼５２０への下部のモータの距離との比は、約０．７５：０．５７とすることができる。翼５２０の長さと航空機５００の長さとの比は、約７．１：３．７とすることができる。翼５２０の長さとプロペラの長さとの比は、約５．２：１．３とすることができる。翼５２０の平面と平行な重心を通る平面との上部のモータの距離と、翼の平面と平行な重心を通る平面との下部のモータの距離との比は、約１：１とすることができる。上部右舷モータから下部左舷モータまでの距離と、下部右舷モータから上部左舷モータまでの距離は、約１：１とすることができる。
【００６３】
下部右舷モータと上部左舷モータとを結ぶ直線の角度は、翼５２０の平面と平行な平面から約１３度とすることができる。下部左舷モータと上部右舷モータとを結ぶ直線の角度は、翼５２０の平面と平行な平面から約１３度とすることができる。下部のウイングレット５３８、５４９の翼５２０の平面に対する角度５０３、５０７は、約１２０度とすることができる。上部のウイングレット５３９、５４８の翼５２０の平面に対する角度５０１、５０５は、約１１５度とすることができる。
【００６４】
図６Ａは、例示的なＶＴＯＬ航空機用の例示的なプロペラ６００の正面図である。図６Ｂは、図６Ａの例示的なプロペラ６００の上面図である。図６Ｃは、図６Ａの例示的なプロペラ６００の斜視図である。本開示のＶＴＯＬ航空機に使用するプロペラ６００のサイズは、既存のクワッドコプターおよびＶＴＯＬ航空機よりも大幅に小さい。プロペラ６００の角度は、所望の動きのために追加的なトルクを提供してＶＴＯＬ航空機の操作性を高め、水平飛行時において効率性が悪い大きなプロペラを必要としない。プロペラ６００は、垂直飛行に適応するように最適化されており、さらに水平飛行時の効率性も最大化する。ブレードの平面形状、ねじれ、および翼形は、専用の航空機プロペラの水平飛行効率に近い効率を維持するように調整されており、一方で、垂直飛行に必要なトルク要件を低減して、高い設計推力のマージンを維持する。
【００６５】
図７は、限定された垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機７００の正面図であり、胴体に近接して翼７１２、７１４の平面と平行な平面において傾斜したモータを有する。２つのさらなるモータと、これに対応するプロペラが、航空機７００の反対側に存在する。限定的な航空機７００は、２つのモータ７０２、７０４と、これに対応するプロペラ７０６、７０８を有しており、これらは翼７１２、７１４の平面と平行な平面においてのみ傾斜しており、すなわちモータ７０２、７０４の角度は、図１および５Ａ−５Ｂに記載されてるような本明細書の例示的な実施例で開示されたモータの角度と垂直である。限定的な航空機７００は、翼幅に対して垂直ではなく、翼幅に沿った平面の方向において傾斜したモータ７０２、７０４を有する。限定的な航空機７００の翼幅に沿った平面におけるモータ７０２、７０４の角度は、この方向におけるモーメントを伴う上下の回転を促進するものではない。さらに、プロペラのダウンウォッシュが、垂直飛行中に、支持パイロン／フィンに逆方向モーメントおよび追加のダウンフォースを生成する。
【００６６】
限定的なＶＴＯＬ航空機７００は、また、モータ７０２、７０４を、重心の近くの胴体７１０に近接させて配置する。垂直飛行中に、横風により胴体７１０および／または翼７１２、７１４からの乱流７１６が増大する。縦方向への横風は、水平飛行からの移行時に失速空気を取り込むことになり、この場合に制御が最も重要になる。増大した乱流７１６は、胴体７１０に近接して配置されたモータ７０２、７０４に悪影響を与える。対照的に、本明細書に開示された例示的な実施例の航空機では、モータの両セットが、翼の端部の近くに配置されている。乱れていない空気の領域７１８、７２０が、本明細書に開示の例示的な実施例の翼の端部の近くに存在しており、長いモーメントアームと横風からの乱流の軽減を実現する。本明細書に開示された例示的な実施例では、翼面に垂直で翼端の近くにあるモータの角度は、支持パイロン／フィンの迎角を生じさせず、ベクトル推力によって作成された制御権限を損なうことなく、飛行に必要な力を減らす。
【００６７】
図８は、横風８２２において着陸８０１を行う例示的なＶＴＯＬ航空機８００の斜視図を示す。横風とは、航空機の移動方向に垂直な成分を有する風である。横風は、滑走路を使用する航空機の離着陸をより困難にする。ＶＴＯＬ航空機の垂直離陸時における横風の影響は、このような横風にさらされる翼と胴体の表面積が大きくなるために、拡大する。これらの表面は、プロペラの動作と効率に悪影響を与える乱流の領域を形成しうる。いくつかのＶＴＯＬ航空機では、横風の影響に対抗するためにより大きなモータおよび／またはプロペラを必要としている。
【００６８】
例示的なＶＴＯＬ航空機８００が、図８の軸に示すような負のｘ方向に着陸８０１を行っている。ｚ方向および負のｙ方向の強い横風８２２が、航空機８００を意図した着陸地点から離れるように促している。横風８２２が左翼８０４に衝突して、左翼８０４の下側に近接して乱流８２４の領域を生じさせる。横風８２２は胴体８０２にも衝突して、胴体８０２の底側に近接して乱流８２６の領域を生じさせる。横風８２２は右翼８０５にも衝突して、右翼８０５の下側に近接して乱流８２８の領域を生じさせる。
【００６９】
プロペラ８１４、８１６、８１８、８２０が、対応するウイングレット８０６、８０８、８１０、８１２によって翼８０４、８０５から離して配置されている。ウイングレット８０６、８０８、８１０、８１２は、翼８０４、８０５に対して垂直に示されているが、図５Ａ−５Ｂのように翼に対して角度をつけて配置することもできる。さらに、プロペラ８１４、８１６、８１８、８２０は、翼８０４、８０５の前縁より上に配置されている。したがって、横風８２２は、下部右舷プロペラ８２０に影響する乱流８２８の領域のみを形成し、他のプロペラ８１４、８１６、８１８は、翼８０４、８０５および／または胴体８０２から発生する乱流の影響を受けない。一方で、プロペラ８２０はウイングレット８１２により翼から離されて、翼８０５の前縁よりも上に配置されているため、乱流または乱れた気流８２８の強度は、下部右舷プロペラ８２０に届くまでに著しく減少している。プロペラ８１８、８１４、８１６は、乱れていない気流の領域にある。したがって、横風の影響は、プロペラ８１４、８１６、８１８、８２０を翼８０４、８０５および胴体８０２から離して配置することにより解消されるため、航空機８００は小さなモータおよび／またはプロペラを使用することができる。
【００７０】
上述の実施例の特定の特徴と態様の様々な組合せ、およびまたはサブコンビネーションが形成されてもよく、それらは本発明の範囲内にあるものと考えられる。したがって、開示された実施例の様々な特徴と態様を組み合わせて、または互いに置き換えることで、開示した発明の様々な態様を形成できることを理解すべきである。さらに、本発明の範囲は例として本明細書に開示されたものであり、上述に記載の特定の開示した実施例に限定すべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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