(57)【要約】【課題】垂直離着陸機用モーフィング・ダクテッドファンを提供すること。【解決手段】垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機用ダクテッドファンのモーフィングダクトは、ダクテッドファンのための単位エネルギー入力当たりの推力を改善するために、ビークルの飛行モードに応じて形状を変化させるように構成される。加えて、モーフィングダクトは、ＶＴＯＬ機の飛行経路を変化させるように形状を変化させるように構成されてもよい。【選択図】図２
2011126517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機用ダクテッドファンであって、
ロータファンと、
前記ファンを囲み、前記ファンの第１の側に入口部、および前記第１の側に対向する前記ファンの第２の側に出口部を含む環状ダクトと
を備え、
前記入口部または前記出口部のうちの少なくとも１つが、前記ＶＴＯＬ機の動作モードに応じて、形状を能動的に変化させるように構成される、ダクテッドファン。
【請求項２】
前記入口部または前記出口部のうちの前記少なくとも１つが、前記ＶＴＯＬ機の前記動作モードに応じて前記各部の収縮比を変化させる形状に変化するように構成され、前記収縮比が、前記入口部のハイライト径によって定められる面積を前記環状ダクトのスロート径によって定められる面積で除算したもの、または前記出口部の出口半径によって定められる面積を前記スロート径によって定められる前記面積で除算したもののうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のダクテッドファン。
【請求項３】
前記入口部または前記出口部のうちの前記少なくとも１つに接続されたアクチュエータと、
前記ＶＴＯＬ機の動作モードに応じて、前記アクチュエータを起動して前記入口部または前記出口部のうちの前記少なくとも１つの前記形状を変化させるように構成されるダクト制御部モジュールと
をさらに備える、請求項１に記載のダクテッドファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本開示は、垂直離着陸機を含む様々なタイプの飛行機に用いられるダクテッドファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機は、数ある役割の中でも、偵察を行うのにしばしば用いられ、従来の飛行機では実行可能であり得ない領域への立ち入りを可能にする。特に、ダクテッドファンＶＴＯＬ機は、優れた静止空力ホバリング性能および低速飛行で知られている。ダクテッドファンは、ファンを稼働するために加えられる単位出力当たりのファンが生み出す推力の量を増大させることによってダクテッドファンの性能をとりわけ向上させるためにファンロータを囲むダクトを用いる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
[0003]全体的に、本開示は、ビークルの飛行モードに応じて形状を変化させるように構成されるダクトを備える航空機（例えば、ＶＴＯＬ機）用ダクテッドファンと、ダクテッドファンの形状を変化させるための技法とを記載する。
【０００４】
[0004]一例では、垂直離着陸機用ダクテッドファンが、ロータファン、および環状ダクトを含む。環状ダクトは、このファンを囲み、ファンの両側に入口部および出口部を含む。入口部または出口部のうちの少なくとも１つは、ＶＴＯＬの動作モードに応じて形状を変化させるように構成される。
【０００５】
[0005]別の例では、ＶＴＯＬ機が、エンジンと、ロータファンおよび環状ダクトを含む少なくとも１つのダクテッドファンとを備える。ロータファンは、エンジンに動作可能に接続される。環状ダクトは、ファンを囲み、ファンの両側に入口部および出口部を含む。入口部または出口部のうちの少なくとも１つは、ＶＴＯＬの動作モードに応じて形状を変化させるように構成される。
【０００６】
[0006]別の例では、一方法が、ダクテッドファンが動作可能に接続されるＶＴＯＬ機の飛行モードを決定するステップと、飛行モードに応じて、ダクテッドファンのダクトの入口部または出口部のうちの少なくとも１つの形状を決定するステップと、ダクテッドファンのダクトの入口部または出口部のうちの少なくとも１つを上記形状に変化させるステップとを含む。
【０００７】
[0007]別の態様では、本開示は、命令を含むコンピュータ可読記憶媒体を対象にする。この命令は、プログラマブル処理装置に、本明細書に記載された技法の任意の部分を実行させる。この命令は、例えば、ソフトウェアまたはコンピュータプログラムを定義するために用いられるものなどのソフトウェア命令であってもよい。コンピュータ可読媒体は、記憶装置（例えば、ディスクドライブ、もしくは光学式ドライブ）などのコンピュータ可読記憶媒体、メモリ（例えば、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ、もしくはＲＡＭ）、またはプログラマブル処理装置に本明細書に記載された技法を実行させるための（例えば、コンピュータプログラムの形態もしくは他の実行可能な形態の）命令を記憶する任意の他のタイプの揮発性もしくは不揮発性メモリであってもよい。
【０００８】
[0008]１つまたは複数の例の詳細は、添付図面および以下の説明に記載されている。開示した例の他の特徴、目的および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】[0009]一例のモーフィングダクト・ダクテッドファンを含むダブルダクテッドＶＴＯＬ機の斜視図である。
【図２】[0010]図１のＶＴＯＬ機のモーフィングダクト・ダクテッドファンの概略図である。
【図３】[0011]数例のモーフィングダクト・ダクテッドファン用形状を示す図である。
【図４】[0012]２つの異なる飛行モードにおけるエンジン出力対ダクテッドファン入口形状のグラフである。
【図５Ａ】[0013]飛行モードに応じてモーフィングダクト・ダクテッドファンの形状を変化させるように構成されるアクチュエータの概略図である。
【図５Ｂ】飛行モードに応じてモーフィングダクト・ダクテッドファンの形状を変化させるように構成される異なるアクチュエータの概略図である。
【図５Ｃ】飛行モードに応じてモーフィングダクト・ダクテッドファンの形状を変化させるように構成される異なるアクチュエータの概略図である。
【図５Ｄ】飛行モードに応じてモーフィングダクト・ダクテッドファンの形状を変化させるように構成される異なるアクチュエータの概略図である。
【図５Ｅ】飛行モードに応じてモーフィングダクト・ダクテッドファンの形状を変化させるように構成される異なるアクチュエータの概略図である。
【図６】[0014]モーフィングおよび偏向ダクト・ダクテッドファンの概略図である。
【図７】[0015]異なる飛行モードにおけるモーフィングダクト・ダクテッドファンを動作させる方法の一例を示す流れ図である。
【図８】[0016]別例のモーフィングダクト・ダクテッドファンの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0017]いくつかのタイプの航空機は、ダクテッドファンを備えており、このダクテッドファンは、ファンを稼働するために加えられる単位出力当たりのファンが生み出す推力の量を増大させることによってダクテッドファンの性能を向上させるなどの様々な理由から、ファンロータを囲むダクトを用いる。航空機は、１つまたは複数のダクテッドファンを含み得る。ダクト性能は、ダクトが使用されるビークルの動作モードに応じて変化し得る。そのため、ダクテッドファンにおけるダクトの最適な動作特性は、ビークルの動作モードに応じて大いに変わる。例えば、ビークルがホバーモードで動作する間のダクテッドファンＶＴＯＬ用ダクトの最適な空力形状は、ビークルが巡航飛行モードで動作する間とはかなり異なる。例えば、ダクト入口が、効率的なホバーのために設計される場合、ダクトは、前進飛行において比較的高い抵抗を示し得るが、この抵抗は、ある特定のビークル速度を達成するために必要とされる推力、出力および燃費に影響を及ぼす可能性がある。一方、ダクト入口が、前進飛行中にビークルの効率を改善するように構成される場合、ビークルは、ホバーモードにおいて推力の損失を示し得る。同様に、ダクト出口は、ダクトディフューザとも呼ばれ得るものであり、最大揚力のために速さを減少させると共に圧力を増大させるために、ホバーモードにおいて空気流を拡散するように設計され得る。代替として、ダクト出口は、速さを増大させると共に圧力を減少させるために、前進飛行において空気流を収縮させるように構成することもできる。
【００１１】
[0018]既存のダクテッドファンＶＴＯＬ用ダクトは、静的であるまたは一次元的に変更されるものであり、典型的には複数の動作モードのうちの１つについてだけ最適化される形状、または代替としてホバーモードも巡航飛行モードも最適化しないように構成される形状で設計され、それによって両モードにおいて性能に折り合いを付けることができる構成になる。本明細書に記載されたダクテッドファンは、動的に変化するダクト形状を含み、この形状は、異なる動作モード（例えば、巡航モードまたはホバーモード）に対応するためにダクト形状が変化することが可能である。例えば、いくつかの例では、ダクテッドファンのダクトは、巡航飛行モードにおいて、ホバー飛行モードに比べてダクトを通じて吸い込まれる空気のより急速な収縮を行う形状を有する。一般に、前進飛行モードにおけるダクト形状は、抵抗を減少させるように選択でき、ホバー飛行モードにおけるダクト形状は、ダクトの中へのスムーズな空気流が、静推力の効率を向上させることを可能にするように選択できる。
【００１２】
[0019]ダクテッドファンの能動的に変化可能な形状は、航空機が、異なる飛行任務に対応することを可能にする。本明細書に記載されたダクテッドファンのダクトの形状は、ダクトの交換を必要とすることなく、飛行中、飛行機の任務中に動的に変化させることができる。このように、ダクテッドファンのダクトの形状は、航空機の製造時に選択される必要はなく、しかし、それにも関らず特定の飛行セグメントについて飛行モードを効率的にすることができる。
【００１３】
[0020]図１は、２つのダクテッドファン１２、ポッド１４、エンジン１６、および着陸装置１８を備える一例のダブルダクテッド垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機１０の斜視図である。図１では、ポッド１４およびエンジン１６は、ダクテッドファン１２同士の間に位置し、ダクテッドファン１２に機械的に（直接的または間接的に）結合される。ポッド１４は、例えば、アビオニクスおよび／またはペイロードポッドであってもよい。例えば、ポッド１４ａは、密かな人員配置、または起伏の多い地形もしくは過酷な環境からの負傷者の救出のために、人または別のペイロードを輸送するように構成されてもよい。別の例として、ポッド１４ａは、センサ、燃料、またはＶＴＯＬ機１０によって投下または配置されることになる物体を備えることができる。一方、ポッド１４ｂは、（例えば、ＶＴＯＬ機１０と交信をやり取りするための）アビオニクス、ならびにＶＴＯＬ機１０を誘導するためのアビオニクスを運搬するように構成されてもよい。ポッド１４ａ、１４ｂは、ポッド１４ｂがペイロードを含み、ポッド１４ａがアビオニクスを含むように入れ替えることもできる。
【００１４】
[0021]図１に示す例では、２つの着陸装置１８が、ポッド１４ｂおよびエンジン１６のうちのそれぞれ１つに接続される。他の例のＶＴＯＬ機は、より少ないまたはより多い着陸装置１８を備えてもよく、着陸装置１８は、図１の例に示されるのとは違う、ビークルの異なる構成要素に接続されてもよい。エンジン１６は、ダクテッドファン１２に動作可能に接続され、ダクテッドファン１２を駆動するように構成される。他の例では、各ダクトファン１２は、別個のエンジンによって動力を供給される。図１に示される例では、エンジン１６は、ガスタービンエンジンである。しかし、他の例のＶＴＯＬ機は、例えば、レシプロエンジンまたは電気モータなどの他のタイプのエンジンを備えてもよい。エンジン１６は、例えば、差動装置を含むエネルギー伝達装置を介してダクテッドファン１２に動作可能に接続されてもよい。他の例では、各ダクテッドファン組立体１２は、それぞれのエンジンによって動力を供給されてもよい。
【００１５】
[0022]ＶＴＯＬ機１０は、２つのダクテッドファン１２を有するダブルダクテッドＶＴＯＬ機として図１に示されるが、他の例のＶＴＯＬ機では、ダクテッドファンの個数が、異なっていてもよい。一例では、ＶＴＯＬ機は、３つ以上のダクテッドファン１２を備える。他の実施形態では、様々な他の特徴が、やはり異なっていてもよい。偶数個のダクテッドファン１２を備える例では、各ファンは、側面に沿って隣り合って並べられ得る。他の例では、超小型飛行機（ＭＡＶ）などのＶＴＯＬ機は、ただ１つのダクテッドファン１２を備える。
【００１６】
[0023]再び図１を参照すると、各ダクテッドファン１２は、ダクト２０、ノーズコーン２２、ロータファン２４、ステータ２６、およびテールコーン２８を備える。ノーズコーン２２、ロータファン２４、ステータ２６、およびテールコーン２８は、ファンの前縁から後縁へダクテッドファン１２を通じての流れの方向に軸方向に配列される。動作中、ロータファン２４は、例えば空気を含む作動媒体ガスをノーズコーン２２に吸い込み、ノーズコーン２２とダクト２０の入口との間でガスを捕えるように回転する。作動媒体ガスは、ロータファン２４を通じて吸い込まれ、ステータ２６によって方向付けられ、テールコーン２８の周りを回ってダクト２０の出口から加速される。ダクト２０を通じての作動媒体ガスの加速によって、ダクテッドファン１２を推進する。このようにして、エンジン１６は、飛行中にダクテッドファン１２を駆動してＶＴＯＬ機１０を推進する。
【００１７】
[0024]図１の例では、ＶＴＯＬ機１０は、１つまたは複数のセンサ３２、およびキャプチャバー３４も備える。センサ３２は、ポッド１４ｂに取り付けられ、物体および／またはＶＴＯＬ機１０を囲む他の条件を感知し、その動作を容易にするように構成される。例えば、センサ３２は、ダクト１２およびビークル１０の姿勢および気流速度、ならびに周囲気圧および周囲温度を感知することができる。センサ３２は、ＶＴＯＬ機１０の構成要素に対して他の位置を有してもよい。例えば、センサ３２は、ダクト２０の一方または両方のリップの周りに分布したものに結合される圧力センサであってもよい。キャプチャバー３４は、ポッド１４ｂに取り付けられ、結合され、または一体形成され、例えば、図示しないキャプチャ装置によって係合されることによってＶＴＯＬ機１０のキャプチャを支援するように構成される。図示の実施形態では、キャプチャバー３４は、ポッド１４ｂから外に突出する。しかし、他の例では、キャプチャバー３４は、ポッド１４ｂにおけるポケットまたは他の凹所として実装されてもよい。
【００１８】
[0025]ダクテッドファン１２のダクト２０は、ファンを稼働するためにエンジン１６によって加えられる単位出力当たりのファンが生み出す推力の量を増大させることによってダクテッドファンの性能を向上させるために用いることができる。各ダクテッドファン１２によって生み出される推力は、ファンを通過する作動媒体ガスの収縮比に正比例する。非ダクテッドロータファンは一般に、半分（１／２）程度の収縮比を有する。しかし、ダクト２０を追加することにより、ダクテッドファン１２の収縮比を約１に変化させることができ、これによりファンの単位出力当たりの推力を増大させる。ダクテッドファン１２、およびそれによってＶＴＯＬ機１０の性能をさらに改善するために、各ファン１２は、ＶＴＯＬ機１０の飛行モードに応じて形状を変化させるように構成されるモーフィングダクト２０を備える。ビークル１０の飛行中にダクト２０の形状を変化させることにより、ダクト２０の収縮比を動的に変化させて、例えば、ビークル１０の種々の飛行モードに対応するようにする。ビークル１０の（例えば、燃料効率、ビークルの航続時間、または他の観点で）性能を改善するダクテッドファン１２の収縮比は、ビークル１０の飛行モードに応じて変化し得る。加えて、いくつかの実施形態では、モーフィングダクト２０は、ＶＴＯＬ機１０の飛行経路を変化させるために形状を変化させるように構成される。
【００１９】
[0026]ダクテッドファン１２のダクト２０は、例えば、様々な複合材料、アルミニウムもしくは他の金属、半硬質フォーム、様々なエラストマもしくはポリマー、空力弾性材料、またはさらに木材などの任意の適切な材料からそれぞれ形成することができる。
【００２０】
[0027]図２は、ＶＴＯＬ機１０のダクテッドファン１２のうちの１つの概略図である。図２に示される例では、ダクテッドファン１２は、モーフィングダクト２０、ノーズコーン２２、ロータファン２４、およびテールコーン２８を備える。簡潔にするために、ステータ２６は、図２から省略されている。ダクテッドファン１２の構成要素は、中心軸１３を中心にして配置され、ファン１２の動作中、ロータファン２４は、中心軸１３を中心にして回転する。モーフィングダクト２０の入口３６の形状は、少なくとも一部においてスロート径（ｔｈｒｏａｔ  ｒａｄｉｕｓ）ＲＴおよびハイライト径（ｈｉｇｈｌｉｇｈｔ  ｒａｄｉｕｓ）ＲＨの関数として定義される。スロート径ＲＴは、前縁から後縁までのダクト２０の最小半径である。ハイライト径ＲＨは、ダクトの最前方、すなわち前縁でのダクト入口３６の半径である。入口部３６の収縮比は、ダクト２０のハイライト径ＲＨによって定められる面積と、ダクト２０のスロート径ＲＴによって定められる面積との比として定義することができる。同様に、出口部３８の収縮比は、ダクト２０の退出口半径（ｏｕｔｌｅｔ  ｅｘｉｔ  ｒａｄｉｕｓ）ＲＥによって定められる面積と、ダクト２０のスロート径ＲＴによって定められる面積との比として定義することができる。図２に示されるように、退出口半径ＲＥは、ダクト２０の最後方点、すなわち後縁での出口部の半径である。
【００２１】
[0028]モーフィングダクト２０は、ダクト２０の前縁の方に配置され、ダクト２０の前縁を含む入口部３６を備える。モーフィングダクト２０は、ダクト２０の後縁の方に配置され、ダクト２０の後縁を含む出口部３８も備える。入口部３６および出口部３８それぞれは、ダクテッドファン１２が接続されるビークル、例えば、図１のＶＴＯＬ機１０の飛行モードに応じて形状を変化させるように構成される環状部を備える。入口部３６および出口部３８は、一緒にまたは単独で、ならびに互いに関連または互いに独立して形状を変化させることもできる。モーフィングダクト２０の入口部３６および出口部３８の形状は、少なくとも１つのアクチュエータ４０によって機械的に変化させられ、アクチュエータ４０は、例えば、入口部３６および出口部３８の一方または両方の中空空間内、またはこれら入口部および出口部が形成される材料内に配置することができる。以下でより詳細に説明されるように、各アクチュエータ４０は、ＶＴＯＬ機の飛行モードに応じて入口部３６および出口部３８のうちの一方または両方の形状を変化させるために作動または別の方法で起動されるように構成される空気圧アクチュエータ、電気アクチュエータ、熱アクチュエータ、磁気アクチュエータ、機械式アクチュエータ、電気機械アクチュエータ、圧電性アクチュエータ、または別の適当なアクチュエータのうちの１つまたは複数のアクチュエータであり得る。
【００２２】
[0029]図２の例では、アクチュエータ４０の動作は、ダクト制御部４２によって制御される。ダクト制御部４２は、ダクテッドファン１２が取り付けられるビークル、例えば、図１のＶＴＯＬ機１０の飛行モードに応じて、アクチュエータ４０を適切に制御してダクト２０の形状を能動的に変形させるために、いくつかの源から入力を受信する。このようにして、ダクト２０の形状は、例えば、収縮比を動的に変化させるために動的に調整されるように構成される。図２の例では、ダクト制御部４２は、例えばビークル１０の飛行制御部４４およびセンサ３２に通信接続される。このようにして、ダクト制御部４２は、ビークル１０の飛行モード、およびビークル１０の飛行モードをさらに示すビークルが動作している周囲条件を示す信号を受信することができる。例えば、ダクト制御部４２は、ビークル１０およびダクテッドファン１２の姿勢および飛行速度、ならびに周囲気圧および周囲温度を示す飛行制御部４４および／またはセンサ３２からの信号を受信することができる。
【００２３】
[0030]ダクト制御部４２および飛行制御部４４によるものである機能は、少なくとも一部において、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せによって実現することができる。例えば、これら技法の様々な態様は、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または任意の他の均等な集積回路もしくはディスクリート論理回路、ならびにそのような構成要素の任意の組合せを含む１つまたは複数の処理装置内で実現することができ、ビークル１０のアビオニクスシステムに具体化またはアクチュエータ４０の一部として具体化される。「処理装置」または「処理回路」という用語は、一般に、単独または他の論理回路と組み合わせて前述の論理回路のいずれか、あるいは任意の他の均等な回路に言及し得る。
【００２４】
[0031]そのようなハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアは、同じ装置内または別個の装置内で実装されて、本開示に記載された様々な動作および機能をサポートすることができる。加えて、上記のユニット、モジュールまたは構成要素のうちのいずれかは、ディスクリートであるが相互運用可能な論理装置として一緒にまたは別個に実装することができる。モジュールまたはユニットとしての様々な特徴の表現は、様々な機能面を強調するものであり、必ずしもそのようなモジュールまたはユニットが別個のハードウェア構成要素またはソフトウェア構成要素によって実現されなければならないことを暗示しない。むしろ、１つまたは複数のモジュールまたはユニットと関連した機能性は、別個のハードウェア構成要素またはソフトウェア構成要素によって実行されてよく、あるいは共通または別個のハードウェア構成要素またはソフトウェア構成要素内に統合されてもよい。
【００２５】
[0032]ソフトウェアにおいて実現されるとき、ダクト制御部４２および飛行制御部４４による機能性は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、磁気的データ記憶媒体、光データ記憶媒体等などのコンピュータ可読媒体上の命令として具体化することができる。命令は、本開示に記載された機能性の１つまたは複数の態様をサポートするために実行することができる。
【００２６】
[0033]前述の通り、ダクト制御部４２は、ダクト２０の入口部３６および出口部３８の形状を変化させるためにアクチュエータ４０を制御する。図２は、飛行モードに応じてモーフィングダクト２０の形状を変化させるためのダクテッドファン１２の動作を示す。特に、図２は、入口部３６および出口部３８のそれぞれの第１の形状および第２の形状を示す。図２では、入口部３６は、第１の形状Ａおよび第２の形状Ｂでそれぞれ示される。同様に、出口部３８は、第１の形状Ｃおよび第２の形状Ｄでそれぞれ例示される。動作中、ダクト制御部４２は、ダクテッドファン１２の飛行モードおよび条件を示す飛行制御部４４および／またはセンサ３２からの入力を受信する。一例では、ダクト制御部４２は、ダクテッドファン１２の姿勢を示す飛行制御部４４および／またはセンサ３２からの入力を受信する。ビークルの電子機器、例えば、飛行制御部４４および／またはセンサ３２によって示されるダクテッドファン１２の姿勢に基づいて、ダクト制御部４２は、ダクテッドファン１２が、ホバーモードにあるのかまたは巡航飛行モードにあるのかを決定する。ホバー飛行モードでは、ビークル１０は、一般に、例えば飛行中に比較的安定した位置を維持しほぼ静止のままでいるように垂直飛行を維持する。巡航飛行モードでは、ビークル１０は、前進（または後進）飛行経路構成要素を有する。いくつかの例では、巡航飛行モード中、ビークル１０は、０．１より大きいマッハ数を有する。
【００２７】
[0034]一例では、飛行制御部４４および／またはセンサ３２からの信号は、例えばダクテッドファンの垂直離陸中に、ダクテッドファン１２の姿勢が、ホバー飛行モードを示すことを示す。飛行制御部４４および／またはセンサ３２からの信号からダクト制御部４２によって決定されたダクテッドファン１２の飛行モードに基づいて、ダクト制御部４２は、アクチュエータ４０を起動して入口部３６または出口部３８のうちの少なくとも１つの形状を変化させる。ダクト制御部４２は、アクチュエータ４０を制御して入口部３６の形状を第１の形状から第２の形状へ変化させることができるが、他の中間形状も可能であり得る。同様に、ダクト制御部４２は、アクチュエータ４０を制御して出口部３８の形状を第１の形状から第２の形状へ変化させることができるが、他の中間形状も可能であり得る。図２に示される例では、ホバー飛行モード中、ダクト制御部４２は、アクチュエータ４０を起動して入口部３６を形状Ｂに変形させ、出口部３８を形状Ｄに変形させる。入口部３６が形状Ｂにあると共に出口部３８が形状Ｄにあるダクト２０の収束発散形状は、ビークル１０のホバー飛行モードの低気流速度条件および高圧条件についての性能を改善する。加えて、入口部３６の収束している高収縮比の形状Ｂは、ダクト２０を通過する作動媒体ガスの境界層剥離を減少させ、そのことは、ビークル１０のホバー飛行モード中、ダクテッドファン１２の効率および性能を向上させる。
【００２８】
[0035]例えば、垂直離陸のためにホバー飛行モードで動作した後、ダクテッドファン１２は、巡航飛行モードへ移行することができる。そのような例では、ダクト制御部４２は、ダクテッドファン１２の姿勢が巡航飛行モードを示すという信号を送る飛行制御部４４および／またはセンサ３２からの信号を受信することができる。飛行制御部４４および／またはセンサ３２からの信号からダクト制御部４２によって決定されたダクテッドファン１２の飛行モードに基づいて、ダクト制御部４２は、アクチュエータ４０を起動して入口部３６または出口部３８のうちの少なくとも１つの形状を変化させる。図２の例では、ダクト制御部４２は、アクチュエータ４０を作動（または別の方法で起動）して、入口部３６を形状Ａに変形させおよび／または出口部３８を形状Ｃに変形させる。巡航飛行モードに用いるために入口部３６用に選択される形状Ａは、境界層と抵抗の関係のバランスを保つのを助ける。ダクト２０の入口部３６の形状Ａは、ビークル１０の巡航飛行モード中に、抵抗を減少させると共にビークル１０の性能を改善することができる。巡航飛行モード用に選択される出口部３８の形状Ｃは、巡航飛行モード中に空気の流れを加速し、推進性能を改善するために、いくらか収束を保つ。
【００２９】
[0036]巡航飛行モードに用いられる形状Ａの収縮比は、巡航飛行モード中にダクト２０の抵抗を減少させるためにホバー飛行モードに用いられる形状Ｂよりもかなり小さい。形状Ａは、巡航モード中、ダクテッドファン１２が動作するより高い飛行速度に適した、収束しているより低い収縮比のノズル形状である。ダクト２０の入口部３６の形状Ａは、ビークル１０の巡航飛行モード中にビークル１０の巡航効率を改善することができる。
【００３０】
[0037]一般に、ダクト２０の形状を動的に変化させることによってビークル１０のホバー効率または巡航効率を改善することにより、ある特定の飛行任務の間にビークルにより少ない燃料を運ぶことを求めることによって、ある特定の飛行任務の間、ビークル１０の軽量化を助けることができる。例えば、巡航飛行モード中に形状Ｂから形状Ａへ変化する入口部３６を有するモーフィングダクトを用いると、燃料節約は、５７０海里の任務で約６．１キロメートル（約２０，０００フィート）の高度で約２５０ノットで巡航し続ける１８５９．７３キログラム（約４１００ポンド）の航空機に関して３８％以上にまでなり得る。
【００３１】
[0038]モーフィングダクト２０の入口部３６および出口部３８が獲得する特定の形状は、ダクテッドファン１２が接続されるビークル、このビークルが動作するよう予期される特定の特性および条件、ならびにこのビークルについて様々な可能性のある飛行モードに応じて変わり得る。いくつかの例では、複数の飛行モードのそれぞれにおける入口部３６および出口部３８の形状は、ダクト制御部４２によって予め定められおよび記憶される。代替として、アクチュエータ４０は、入口部３６の形状を第１の所定の形状および第２の所定の形状から変化させるように構成されてもよく、またアクチュエータ４０は、出口部３８の形状を第１の所定の形状および第２の所定の形状から変化させるように構成されてもよい。そのため、ダクト制御部４２が、アクチュエータ４０を作動または別の方法で起動するとき、アクチュエータ４０は、どのような形状が望まれるのかに関してダクト制御部４２からのさらなる命令なしで入口部３６および／または出口部３８の形状を所定の構成に自動的に変化させる。
【００３２】
[0039]図３は、いくつかの可能性のある形状の（図３に部分的に示される）モーフィングダクト２０の入口部３６を示しており、これら形状は、ダクテッドファン１２の飛行モードに基づいて選択することができる。基準として、形状５０は、収縮比が１に等しい状態の、面端部が直線のダクト入口（ｐｌａｎｅ  ｅｎｄ  ｓｔｒａｉｇｈｔ  ｄｕｃｔ  ｉｎｌｅｔ）を表す。加えて、図３に示される部分的なモーフィングダクト２０の相対的な方向付けを示すために、ロータファン５１が、図３に示されている。形状５２および５４は、ダクト２０の入口部３６に収束プロファイルを有するアーチ形の前縁を含む翼型の入口形状を例示する。形状５４の収縮比は、形状５２の収縮比より大きい。形状５６は、形状５２および５４の両方より高い収縮比を有する入口部３６についてのそれほど尖っていない収束するアーチ形の形状を示す。最後に、形状５８および６０は、入口部３６についてのラッパ口形状を示しており、この形状により、ファン１２を通過する作動媒体ガスの収縮比を増大させる。形状５８は、一例の単純な半径のラッパ口である。形状６０は、一例の楕円形ラッパ口である。
【００３３】
[0040]図３に示された入口部形状のいくつかを有するダクテッドファンの動作が、ホバー飛行モードおよび巡航飛行モードについてシミュレートされた。このシミュレーションは、ダクト２０がホバー飛行モードにあるのかまたは巡航飛行モードにあるのかに応じて入口部３６の形状を変化させると、ダクト２０の性能向上になることを示唆する。すなわち、このシミュレーションは、入口部３６がホバーモードおよび巡航モードにおいて異なる形状を有する場合、ダクト２０の性能が改善することを示唆する。このシミュレーションの結果が、図４のグラフに示される。
【００３４】
[0041]飛行モードに応じてダクテッドファンのダクトが変化する様々な入口部３６の形状が、図４のグラフの横軸に沿って示される。特に、図３の形状５２、５４および５６が、このシミュレーションに用いられた。ダクテッドファンを駆動するエンジンの出力が、馬力（ＨＰ）単位で、図４のグラフの縦軸に沿って示される。曲線７０は、ホバー飛行モードにおける入口形状５２、５４および５６の性能を示す。曲線７２は、巡航飛行モードにおける入口形状５２、５４および５６の性能を示す。実線の円７４は、静的なダクト入口が、ホバーモードおよび巡航飛行モードにおいて比較的直線構成を有する、従来のダクテッドファンの性能を表す。図４の例では、例の従来の静的なダクト・ダクテッドファンは、図３の収束するアーチ形の形状５６を備えるダクト入口を有する。破線の円７６は、ホバーモードと巡航飛行モードの間で形状を変化させる一例のモーフィングダクトを備えるダクテッドファンの性能を表す。図４では、例のモーフィングダクト・ダクテッドファンは、ホバー飛行モードにおける図３の収束するアーチ形の形状５６から巡航モードにおける翼形状５２に変化するダクト入口を有する。
【００３５】
[0042]実線の円７４によって表された従来の静的なダクト・ダクテッドファンは、入口形状が巡航よりもホバーにより有利であるように設計されるので、ホバー飛行モードにおいて、従来の静的なダクト・ダクテッドファンと破線の円７６によって表される例のモーフィングダクト・ダクテッドファンとの間に有意な性能差は存在しない。しかし、モーフィングダクト７６は、飛行モードに応じて入口形状を変更させるように構成されるので、図４の例のモーフィングダクト・ダクテッドファンは、かなり少ない量のエンジン出力から従来の静的なダクト・ダクテッドファンと同じ推力を生み出すことができる。図４に示される性能の向上は、従来の静的なダクト・ダクテッドファンからモーフィングダクト・ダクテッドファンへ、単位推力当たり約３８％のエンジン出力減少を表す。したがって、図４の例のモーフィングダクト・ダクテッドファンは、エネルギー効率の改善をもたらす。
【００３６】
[0043]図４は、入口形状の変化による性能向上を示すが、飛行モードに応じてダクテッドファンのダクト出口の形状を変化させることによっても、ダクテッドファン１２の入口に関連して上述したものと同様のやり方でダクテッドファンの性能を向上させることになる。加えて、例えば図２を参照してダクテッドファン１２について上述したように、飛行モードに応じてダクト入口形状および出口形状を変化させることによって、ダクトの入口および出口の両方の最適化された形状に起因する累積的な性能の向上をもたらすことになる。
【００３７】
[0044]再び図２を参照すると、一般的に言えば、ダクト制御部４２は、ダクテッドファン１２の飛行モードを示す飛行制御部４４および／またはセンサ３２からの信号を受信する。ダクテッドファン１２の飛行モードに基づいて、ダクト制御部４２は、アクチュエータ４０を起動して入口部３６または出口部３８のうちの少なくとも１つの形状を変化させる。上記のように、各アクチュエータ４０は、ＶＴＯＬ機の飛行モードに応じて入口部３６および出口部３８の一方または両方の形状を変化させるように起動されるように構成され、例えば、空気圧アクチュエータ、電気アクチュエータ、熱アクチュエータ、磁気アクチュエータ、機械式アクチュエータ、電気機械アクチュエータ、または圧電性アクチュエータであり得る。
【００３８】
[0045]図５Ａ〜図５Ｅは、入口部３６および出口部３８のうちの一方または両方の形状を変化させるように構成される異なる例のアクチュエータ機構の概略図である。簡単化のため、入口部３６だけが、図５Ａ〜図５Ｅに示される。しかし、入口部３６に関して説明される技法は、出口部３８に同様に適用されてもよい。図５Ａおよび図５Ｂは、２つの例の空気圧アクチュエータの概略図である。図５Ｃは、一例の圧電性アクチュエータの概略図である。最後に、図５Ｄおよび図５Ｅは、例の機械式アクチュエータの概略図である。
【００３９】
[0046]図５Ａは、空気供給源８２、管８４、および弁８６を備える空気圧アクチュエータ８０の概略図である。図５Ａの例では、ダクテッドファン１２のダクト２０の入口部３６は、図２を参照して上述したようにより大きい収縮比の第２の形状Ｂに偏倚される弾性材料から形成される。入口部３６は、例えば、第１の形状と第２の形状の間、例えば、図５Ａに示されるように形状Ａと形状Ｂの間で弾性変形できる弾性金属、エラストマ、または別の材料で形成することができる。
【００４０】
[0047]アクチュエータ８０は、圧搾空気を入口部３６内の空洞３６ａの中に供給するように構成される。図５Ａの例では、管８４は、空気供給源８２に接続され、この管８４を通じて、アクチュエータ８０は、加圧下の空気を空洞３６ａの中に供給する。入口部３６の空洞３６ａが、圧搾空気で充満すると、気圧によるひずみによって入口部３６を第２の形状Ｂから第１の形状Ａに変形させる。反対に、いくつかの例では、アクチュエータ８０は、入口の形状を第１の形状Ａから第２の形状Ｂへ変化させて戻すために、入口部３６の空洞３６ａから圧搾空気を排出するための逆止弁８６を含む。ダクト２０は、航空機１０の動作中、加圧されていない条件においてその形状を維持するのに十分な硬さである材料で形成することができる。空気供給源８２が、ダクト２０内に配置されるように図５Ａに示されるが、他の例では、アクチュエータ８０のための空気供給源は、ダクトに関して他の位置に配置されてもよい。例えば、空気供給源８２は、図１のＶＴＯＬ機１０のガスタービンエンジン１６中の圧縮機段から吸い込まれる圧縮機の抽気であってもよい。
【００４１】
[0048]他の例では、ダクテッドファン１２のダクト２０の入口部３６は、第１の形状Ａに偏倚される弾性材料から形成され、空気圧アクチュエータ８０によって圧搾空気を入口部３６の空洞３６ａに導入することによりダクト２０内に発生させられるひずみによって、入口部３６に第２の形状Ｂを獲得させる。
【００４２】
[0049]図５Ｂは、別の空気圧アクチュエータ９０の概略図である。図５Ａの例と同様に、図５Ｂの例では、ダクテッドファン１２のダクト２０の入口部３６は、図２を参照して上述したようにより大きい収縮比の第２の形状Ｂに偏倚される弾性材料からやはり形成される。入口部３６は、例えば、第１の形状と第２の形状、例えば、図５Ｂに示されるような形状Ａと形状Ｂの間で弾性変形できる弾性金属、エラストマまたは別の材料で形成することができる。アクチュエータ９０は、入口部３６の空洞３６ａ内に配置される拡張可能なブラダ９２を備える。ダクト制御部４２は、圧搾空気をブラダ９２の中に供給してブラダ９２を拡張するようにアクチュエータ９０を制御する。ブラダ９２が、圧搾空気で充満し拡張すると、入口部３６は、第２の形状Ｂから第１の形状Ａに変形させられる。反対に、圧搾空気が、アクチュエータ９０のブラダ９２から、例えば弁を介して排出されると、入口部３６は、形状を第１の形状Ａから第２の形状Ｂへ戻すように変化する。一例では、充満しブラダ９２を拡張する圧搾空気は、図１のＶＴＯＬ機１０のガスタービンエンジン１６中の圧縮機段から吸い込まれる圧縮機の抽気であってもよい。
【００４３】
[0050]図５Ａおよび図５Ｂの例に加えて、別の空気圧アクチュエータの配置は、第１の形状から第２の形状へ入口部全体を拡張するように入口部３６の空洞３６ａ内に圧搾空気を供給することを含み得る。
【００４４】
[0051]図５Ｃは、例の圧電性アクチュエータ１００の概略図である。圧電性アクチュエータ１００は、スマート材料と通常呼ばれる本開示による例に用いるのに適した一般的な範疇のアクチュエータの一例である。一般的に言えば、スマート材料は、例えば、応力、温度、湿気、ｐＨ、または電場もしくは磁場などの外部刺激によって制御できる特性を有する材料である。本明細書に開示された例に用いることもできる例示のスマート材料は、圧電性材料、圧電セラミック材料、形状記憶合金材料および形状記憶ポリマー材料、ｐＨ感受性合金、およびフォトメカニカル（ｐｈｏｔｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）材料を含む。
【００４５】
[0052]図５Ｃでは、圧電性アクチュエータ１００は、圧電性部材１０２、および電源１０４を備える。やはり、入口部３６は、第１の形状と第２の形状の間、例えば、図５Ｃに示されるような形状Ａと形状Ｂの間で弾性変形できる、例えば、弾性金属、エラストマまたは別の材料などの弾性材料で形成することができる。アクチュエータ１００の圧電性部材１０２は、入口部３６の空洞３６ａの表面（外面も可能であるが、例えば内面）に接続されると共に、電源１０４、例えば、ダクト２０またはダクトが接続されるＶＴＯＬ機の別の位置に収容される電池に接続される。
【００４６】
[0053]圧電性部材１０２は、例えば、電源１０４による部材間の電圧の印加に応答して形状を変化させるように構成される。電源が、図５Ｃの例における圧電性部材１０２の間に電圧をかけると、部材１０２を真っ直ぐにする機械的応力が生み出され、これは、入口部３６の形状を第２の形状Ｂから第１の形状Ａに変化させる。反対に、圧電性部材１０２の間の、電源１０４からの電圧を取り除くことは、生じた応力を取り除き、それによって入口部３６を第１の形状Ａから第２の形状Ｂに戻すように形状を変化させるように働く。
【００４７】
[0054]電源１０４は、ダクト制御部４２の制御下で圧電性部材１０２の間に電圧を印加することができる。ダクト制御部４２は、ＶＴＯＬ機１０の飛行モードに基づいて、電源１０４を制御して圧電性部材１０２の間に電圧を印加する。例えば、図５Ｃに示される例では、巡航モードを検出すると、ダクト制御部４２は、電源１０４を制御して圧電性部材１０２の間に電圧を印加し、それによって入口部３６の形状を形状Ａに変化させ、それにより、入口部３６が形状Ｂを有する構成に対して巡航モードにおけるダクト２０の性能を最適化する。ホバー飛行モードを検出すると、ダクト制御部４２は、電源１０４を制御して圧電性部材１０２の間の電圧を取り除き、それによって入口部３６の形状を形状Ｂに戻すように変化させ、それにより、入口部３６が形状Ａを有する構成に対してホバーモードにおけるダクト２０の性能を改善する。
【００４８】
[0055]図５Ｄは、ＶＴＯＬ機１０（図１）のダクテッドファン２０の一例であり得るダクテッドファンのダクト入口１１２に接続された一例の機械式アクチュエータ組立体１１０の概略図である。アクチュエータ組立体１１０は、いくつかのリニアアクチュエータ１１４および制御リング１１６を含む。ダクト入口１１２は、ダクト入口１１２の中心軸１２０を中心にして周方向に配置される複数の調整可能に重なり合う翼１１８を含む。図５Ｄの例では、制御リング１１６は、ダクト入口１１２の空洞１１２ａ内に配置され、ダクト１１２および翼１１８の内部表面を囲む。リニアアクチュエータ１１４は、制御リング１１６に接続され、ダクト入口１１２の周りに周方向に全体的に分散される。リニアアクチュエータ１１４の例は、ソレノイド、空気圧シリンダ、およびリニア電気モータを含む。
【００４９】
[0056]入口部１１２の翼１１８は、弾性材料、例えば弾性金属もしくはエラストマから形成され、または別の方法で図２を参照して上述したようにより大きい収縮比の第２の形状Ｂに偏倚される。リニアアクチュエータ１１４は、例えば、電気または圧搾空気のパルスまたはストリームをアクチュエータに供給することによって起動されて、ダクト入口１１２の中心軸１２０に沿って軸方向に制御リング１１６を変位させる。図５Ｅに示されるように、制御リング１１６が、入口部１１２の前縁１１２ｂに向かって軸方向に変位させられると、翼１１８はすぼめられ、翼の重なり合う関係が、例えば、第２の形状Ｂから第１の形状Ａに入口部１１２の形状を変化させるように増大するようになる。反対に、リニアアクチュエータ１１４が逆進されて、入口部１１２の前縁から制御リング１１６を軸方向に離れるように変位させると、翼１１８は、入口部１１２の形状を再び第１の形状Ａから第２の形状Ｂへ変えるように拡張し戻す。
【００５０】
[0057]飛行モードに応じてダクテッドファンのダクトの入口部および出口部のうちの少なくとも１つの形状を変化させることに加えて、本明細書に開示された例は、偏向ダクト出口を備えるダクテッドファンを備えることもできる。図６は、モーフィングおよび偏向ダクト１３２を備えるダクテッドファン１３０の概略図である。ダクテッドファン１３０は、ノーズコーン１３４、ロータファン１３６、およびテールコーン１３８をやはり備え、それらは、図２を参照して上述したダクテッドファン１２のノーズコーン２２、ロータファン２４、およびテールコーン２８と同様に配置され、機能する。ダクテッドファン１３０の構成要素は、中心軸１４２を中心にして配置され、ファンの動作中、ロータファン１３６は、中心軸１４２を中心にして回転する。
【００５１】
[0058]ダクト１３２は、ダクト１３２の前縁の方に配置され、ダクト１３２の前縁を含む入口部１４４と、ダクト１３２の後縁の方に配置され、ダクト１３２の後縁を含む出口部１４６とを備える。入口部１４４および出口部１４６それぞれは、ダクテッドファン１３０が接続されるビークル、例えば、図１のＶＴＯＬ機１０の飛行モードに応じて形状を変化させるようにそれぞれ構成される環状部を備える。モーフィングおよび偏向ダクト１３２の入口部１４４および出口部１４６は、例えば、１つまたは複数のアクチュエータ１４８によって起動することができ、アクチュエータ１４８は、例えば、入口部１４４および出口部１４６の一方または両方の中空空間内に配置することができる。ダクト１３２の入口部１４４および出口部１４６は、例えば、図２のモーフィングダクト２０に関連して説明したものと同様のやり方で飛行モードに応じて形状を変化させることができる。しかし、飛行モードに応じて形状を変化させることに加えて、ダクト１３２は、飛行中にダクテッドファンの軌道（ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）を変化させるようにダクテッドファン１３０を制御可能に偏向できる出口部１４６も含む。
【００５２】
[0059]図６の例では、アクチュエータ１４８の動作は、ダクト制御部１５０によって制御され、このダクト制御部１５０は、図２のダクト制御部４２と同様であり得る。ダクト制御部１５０は、アクチュエータ１４８を適切に制御して出口部１４６の形状を変化させてダクテッドファン１３０を異なる方向に偏向させるために、いくつかの源から入力を受信する。図２の例では、ダクト制御部１５０は、例えばビークル１０の飛行制御部１５２に通信接続されており、この飛行制御部１５２は、アビオニクスペイロードの一部であり得る。このようにして、ダクト制御部１５０は、飛行制御部１５２を介して操作者によって指示されるビークル１０の所望の飛行方向を示す信号を受信することができる。
【００５３】
[0060]図６は、出口部１４６が獲得できる様々な形状を示しており、それによって様々な形状が、ダクテッドファン１３０を様々な方向に偏向させる。図６では、出口部１４６は、第１の形状Ａ、第２の形状Ｂ、および第３の形状Ｃで示される。動作中、ダクト制御部１５０は、ダクテッドファン１３０についての飛行方向を示す飛行制御部１５２からの入力を受信する。一例では、ダクト制御部１５０は、出口部１４６におけるアクチュエータ１４８を作動または別の方法で起動するようにダクト制御部１５０に命令する飛行制御部１５２からの飛行方向信号を受信する。特に、この例では、アクチュエータ１４８は、出口部１４６の形状を形状Ａから形状Ｂへ変化させて飛行方向Ｄから飛行方向Ｅへダクテッドファン１３０の向きを変えさせるようにダクト制御部１５０によって起動される。
【００５４】
[0061]同様に、その後場合によっては、または別の例では、アクチュエータ１４８は、出口部１４６の形状を形状Ｂから形状Ａに戻すように変化させて飛行方向Ｅから飛行方向Ｄに戻すようにダクテッドファン１３０の向きを変えさせるように、または形状Ｂから形状Ｃに変化させて飛行方向Ｅから飛行方向Ｆにダクテッドファン１３０の向きを変えさせるように、飛行制御部１５２からの飛行方向信号に基づいてダクト制御部１５０によって起動される。図２および図５Ａ〜図５Ｅを参照して上述したのと同様のやり方で、アクチュエータ１４８は、飛行中、出口部１４６の形状を変化させてダクテッドファン１３０を異なる方向に偏向させるように起動されるように構成される空気圧アクチュエータ、電気アクチュエータ、熱アクチュエータ、磁気アクチュエータ、機械式アクチュエータ、電気機械アクチュエータ、圧電性アクチュエータ、または別の適当なアクチュエータのうちの１つのアクチュエータであり得る。一例では、アクチュエータ１４８は、図６に示される例と合致したやり方で出口部の形状を変化させるために、図５Ｄのリング１１６のように前後に移動させる代わりに、出口部１４６に対して横に移動するように構成される図５Ｄに示される制御リング１１６に類似した制御リングを備えてもよい。
【００５５】
[0062]図７は、異なる飛行モードにおけるモーフィングダクトを含むダクテッドファンを動作させる方法の一例を示す流れ図である。図７の方法は、ダクテッドファンが動作可能に接続されるビークルの飛行モードを決定するステップ（１６０）と、飛行モードに応じて、ダクテッドファンのダクトの入口部または出口部のうちの少なくとも１つの形状を決定するステップ（１６２）と、ダクテッドファンのダクトの入口部または出口部のうちの少なくとも１つを、決定した形状に変化させるステップ（１６４）とを含む。明確にするために、図７の方法は、図１、図２、および図５Ａ〜図５Ｅに示されるＶＴＯＬ機１０のダクテッドファン１２の動作の状況で説明される。しかし、例示の方法は、本明細書に開示された例によるモーフィングダクトおよび／または偏向ダクトを備える他のダクテッドファンに同様に適用可能である。
【００５６】
[0063]図７に示される技法の一例では、ダクト制御部４２は、ダクテッドファン１２が動作可能に接続されるＶＴＯＬ機１０の飛行モードを決定する（１６０）。一例では、例えばビークル１０の飛行制御部４４およびセンサ３２は、ビークル１０の飛行モード、およびビークルが動作する周囲条件を示す信号を生成することができ、ダクト制御部４２は、飛行制御部４４および／またはセンサによって生成された信号に基づいて飛行モードを決定する。例えば、飛行制御部４４および／またはセンサ３２は、ビークル１０およびダクテッドファン１２の姿勢を示す信号を生成することができ、この信号は、ビークルおよびダクテッドファンの飛行モードを示す。
【００５７】
[0064]ビークル１０の飛行モードを決定した後、ダクト制御部４２は、ＶＴＯＬ機１０の飛行モードに応じて、ダクテッドファン１２のダクト２０の入口部３６または出口部３８のうちの少なくとも１つの形状を決定する（１６２）。一例では、ダクト制御部４２は、例えばビークル１０の飛行制御部４４およびセンサ３２に通信接続されて、ビークル１０の飛行モードを示す信号を受信する。次いで、ダクト制御部４２は、飛行制御部４４および／またはセンサ３２からの信号に基づいて決定される飛行モードに最適化される入口部３６および出口部３８の形状を決定する。例えば、ダクト制御部４２は、ビークル１０の飛行モードを示す飛行制御部４４および／またはセンサ３２から受信した信号と、参照テーブル、データベース、またはダクト制御部のデジタルメモリに記憶されたデータの他の組織的な集約とを比較して、示された飛行モードと関連した入口部３６および出口部３８の形状を決定する。ダクト制御部４２のメモリ上の参照テーブルにおいてダクト形状と飛行モードとを関連付けることに加えて、またはその代わりに、アクチュエータ４０の状態が、ダクト制御部４２のメモリ上の参照テーブルにおいて、例えばＶＴＯＬ機１０の異なる飛行モードと関係付けられてもよい。
【００５８】
[0065]ＶＴＯＬ機１０の飛行モードに応じて入口部３６および／または出口部３８の形状を決定（例えば、メモリに記憶された形状またはアクチュエータの状態を選択）した後に、ダクト制御部４２は、例えば、図２に示されるように、入口部３６の形状および／または出口形状３８を変化させる（１６４）。動作中、ダクト制御部４２は、ダクテッドファン１２の飛行モードを示す飛行制御部４４および／またはセンサ３２からの入力を受信する。一例では、飛行制御部４４および／またはセンサ３２からの信号は、例えばダクテッドファンの垂直離陸中に、ダクテッドファン１２の姿勢が、ホバー飛行モードを示すことを示す。図２に示されるように、ダクト制御部４２は、飛行制御部４４および／またはセンサ３２からの信号に基づいて決定されたダクテッドファン１２の飛行モードに基づいて、アクチュエータ４０を起動して入口部３６の形状を形状Ｂに変化させ、出口部３８の形状を形状Ｄに変化させる。
【００５９】
[0066]垂直離陸のためにホバー飛行モードで動作した後、ダクテッドファン１２は、巡航飛行モードへ移行することができる。そのような例では、図２に示されるように、ダクト制御部４２は、飛行制御部４４および／またはセンサ３２からの信号に基づいて決定されたダクテッドファン１２の飛行モードに基づいて、アクチュエータ４０を起動して入口部３６の形状を形状Ａに変化させ、出口部３８の形状を形状Ｃに変化させる。
【００６０】
[0067]前述の例は、例えばダクテッドファンの長手方向軸を中心にして形状を対称的に変化させるモーフィングおよび偏向ダクテッドファンに言及していたが、他の例は、ダクテッドファンの長手方向軸に対して非対称的に形状を変化させるモーフィングダクト・ダクテッドファンを備える。例えば、このダクトの入口部および／または出口部の異なる周方向部分が、ダクテッドファンの長手方向軸を中心にして非対称的な形状を形成するように、互いから独立した形状を変化させることができる。非対称的なモーフィングダクト・ダクテッドファンは、例えば、横風時、高仰角の攻撃機動中、およびホバーモードへの移行中、およびホバーモードから巡航飛行モードへの移行中を含め、特定の飛行条件および飛行モードにおいてより良い性能をもたらすのに効果的であり得る。
【００６１】
[0068]加えて、本明細書に開示された例によるモーフィングダクト・ダクテッドファンは、巡航飛行モードにおいて、ダクトの入口部の内部形状を変化させてダクトに入る作動媒体ガスの圧力水頭（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｈｅａｄ）を拡散およびリカバーする（ｒｅｃｏｖｅｒ）ように構成することができ、それによって流れを減速させてファンの羽根先端を音速以下に保つ。ダクトに入る気体流を減速することにより、入ってくる空気の流れに比べてファンの羽根のマッハ数を効果的に減少させ、このことは、気体流の均一性を増加させ、全圧力損を減少させるように働く。前述の効果は、例えば、ファン半径ＲＦと比べてハイライト径ＲＨを減少させて図８に示されるように発散している入口部を作成することによって達成することができる。
【００６２】
[0069]前述の例は、そのような装置を用いるダクテッドファンおよびビークルの動作効率を向上させることを含め、いくつかの利点を有する。特に、本明細書に記載されたようなモーフィングダクトを備えるダクテッドファンは、飛行モードに応じて、ダクトの形状を変化させることができる。ＶＴＯＬの適用例では、そのようなモーフィングダクト・ダクテッドファンは、複数の飛行モードのために、例えば、ホバーモードおよび巡航飛行モードのために発生させられる単位推力当たりの必要とされるエネルギー入力を減少させることによって効率を向上させる。加えて、開示した例のダクテッドファンにおいて飛行モードに応じてダクトの形状を変化させるために用いられた同じまたは類似のシステムが、ダクテッドファンが接続されたＶＴＯＬの軌道を変化させるため、すなわちＶＴＯＬを異なる方向に偏向させるために、ダクトの出口部の形状を変化させるのに用いられてもよい。
【００６３】
[0070]ダクト制御部４２および飛行制御部４４によるものである技法を含む本開示に記載された技法は、少なくとも一部において、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せにおいて実現することができる。例えば、これら技法の様々な態様は、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、または任意の他の均等な集積回路もしくはディスクリート論理回路、ならびにそのような構成要素の任意の組合せを含む１つまたは複数の処理装置内で実現することができる。「処理装置」または「処理回路」という用語は、一般に、単独または他の論理回路と組み合わせて前述の論理回路のいずれか、あるいは任意の他の均等な回路に言及し得る。
【００６４】
[0071]そのようなハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアは、同じ装置内または別個の装置内に実装されて、本開示に記載された様々な動作および機能をサポートすることができる。本明細書に記載された技法は、ダクト制御部４２または飛行制御部４４によって実行されるものとして主に説明されるが、本明細書に記載された技法のうちの任意の１つまたは複数の部分は、ＶＴＯＬ機１０などのダクテッドファンを含む飛行機の処理装置によって実現されてもよい。
【００６５】
[0072]加えて、上記のユニット、モジュールまたは構成要素のうちのいずれもが、ディスクリートであるが相互運用可能な論理装置として一緒にまたは別個に実現することができる。モジュールまたはユニットとしての様々な特徴の表現は、様々な機能面を強調するものであり、必ずしもそのようなモジュールまたはユニットが別個のハードウェア構成要素またはソフトウェア構成要素によって実現されなければならないことを暗示しない。むしろ、１つまたは複数のモジュールまたはユニットと関連した機能性は、別個のハードウェア構成要素またはソフトウェア構成要素によって実行されてよく、あるいは共通または別個のハードウェア構成要素またはソフトウェア構成要素内に統合されてもよい。
【００６６】
[0073]ソフトウェアで実装されるとき、本開示に記載されたシステム、装置および技法による機能性は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、磁気的データ記憶媒体、光データ記憶媒体等などのコンピュータ可読媒体上の命令として具体化することができる。この命令は、本開示に記載された機能性の１つまたは複数の態様をサポートするために実行することができる。
【００６７】
[0074]様々な例が説明されてきた。これら例および他の例は、添付の特許請求の範囲の範囲内である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  ダブルダクテッド垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機、ＶＴＯＬ機、ビークル、航空機
１２  ダクテッドファン、ダクテッドファン組立体、ファン
１３  中心軸
１４  ポッド
１４ａ  ポッド
１４ｂ  ポッド
１６  エンジン、ガスタービンエンジン
１８  着陸装置
２０  ダクト、モーフィングダクト
２２  ノーズコーン
２４  ロータファン
２６  ステータ
２８  テールコーン
３２  センサ
３４  キャプチャバー
３６  入口、入口部
３６ａ  空洞
３８  出口部、出口形状
４０  アクチュエータ
４２  ダクト制御部
４４  飛行制御部
５０  形状
５１  ロータファン
５２  形状、入口形状、翼形状
５４  形状、入口形状
５６  形状、入口形状、収束するアーチ形の形状
５８  形状
６０  形状
７０  曲線
７２  曲線
７４  実線の円
７６  破線の円、モーフィングダクト
８０  空気圧アクチュエータ、アクチュエータ
８２  空気供給源
８４  管
８６  弁、逆止弁
９０  空気圧アクチュエータ
９２  ブラダ
１００  圧電性アクチュエータ、アクチュエータ
１０２  圧電性部材、部材
１０４  電源
１１０  機械式アクチュエータ組立体、アクチュエータ組立体
１１２  ダクト入口、入口部
１１２ａ  空洞
１１２ｂ  前縁
１１４  リニアアクチュエータ
１１６  制御リング、リング
１１８  翼
１２０  中心軸
１３０  ダクテッドファン
１３２  モーフィングおよび偏向ダクト、ダクト
１３４  ノーズコーン
１３６  ロータファン
１３８  テールコーン
１４２  中心軸
１４４  入口部
１４６  出口部
１４８  アクチュエータ
１５０  ダクト制御部
１５２  飛行制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2011126517000001.pdf