(57)【要約】ビークルのフレームが、ビークルのフレームの長手軸に垂直の長手軸のダクトを備えた前記ビークルのフレームによって支持たれたダクトと、ダクト内でダクトの縦軸のまわりに回転可能に取り付けられて、ダクトの上端にあるその入口から、ダクトの下端にあるその出口に周囲流体を強制的に流動させ、それによって、ビークルに作用する上向きの揚力を発生させる推進器と、少なくともダクトの入口端を越えて非回転に設置された平行な複数の離間した静止翼と、ビークルに作用する揚力に対する水平力の部材を加えるために前記静止翼周辺の前記周囲の流体の流れに作用するための流す流動方法を備える、ビークルを提供する。【選択図】図１７
2008542128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビークルにおいて、
ビークルのフレームが、
ビークルのフレームの長手軸に垂直の長手軸のダクトを備えた前記ビークルのフレームによって支持たれたダクトと、
ダクト内でダクトの縦軸のまわりに回転可能に取り付けられて、ダクトの上端にある入口から、ダクトの下端にある出口に周囲の流体を強制的に流動させ、それによって、ビークルに作用する上向きの揚力を発生させる推進器と、
少なくともダクトの入口端を越えて非回転に設置された第一の複数の平行な複数の離間した静止翼と、
ビークルに作用する揚力に対する水平力の部材を加える前記静止翼の周辺の前記周囲の流体の流れに作用するための流動方法を備える、ビークル。
【請求項２】
請求項１に記載のビークルにおいて、前記静止翼が翼形の断面を有する、ビークル。
【請求項３】
請求項１に記載のビークルにおいて、前記静止翼が楕円断面を有している、ビークル。
【請求項４】
請求項１に記載のビークルにおいて、前記ダクトの出口端を越えて回転せずに設置された、第二の複数の静止翼を備える、ビークル。
【請求項５】
請求項１に記載のビークルにおいて、前記第一の複数の静止翼が、ビークルのフレームの前記長手軸へおおよそ平行に広がる、ビークル。
【請求項６】
請求項１に記載のビークルにおいて、第二の複数の静止翼が前記ビークルのフレームの前記長手軸へおおよそ平行に広がる、ビークル。
【請求項７】
請求項１に記載のビークルにおいて、前記第一の複数の静止翼の少なくともいくつかが、その外端でねじられている、ビークル。
【請求項８】
請求項４に記載のビークルにおいて、前記第二の複数の静止翼の少なくともいくつかが、その外端でねじられている、ビークル。
【請求項９】
請求項１に記載のビークルにおいて、前記第一の複数の静止翼が、平行な静止翼の第一のグループと第二のグループに分けられ、各々のグループがビークルのフレームの長手軸へ実質的には４５度の角度を付けられ、第二のグループへ実質的には９０度の角度で広がっている第一のグループを備える、ビークル。
【請求項１０】
ＶＴＯＬビークルのダクト内推進装置において、推進装置は、周囲の壁によって分けられた内部を有するダクトおよび入口端および出口端と、
前記入口端と前記出口端の間に軸方向で前記ダクトの内部に位置する推進器と、
入口端に広がっている少なくとも第一の複数の非回転で実質的に平行な離間した静止翼と、
１以上の前記第一の静止翼の周囲の流体の流れに影響する前記第一の複数の静止翼に近接して位置する少なくとも１つの流動制御装置を備える、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のビークルにおいて、前記流動制御装置が、前記周囲の壁のチャンバに隣接した前記ダクトの周囲の壁上に位置する圧電アクチュエータを備え、前記ダクトは前記周囲の壁にあるチャンバに近接し、流体内の前記チャンバは前記ダクトの内部と相互作用する、ビークル。
【請求項１２】
請求項１１に記載のビークルにおいて、前記ダクトの出口端を越えて非回転に設置される第二の複数のおおよそ平行の空間静止翼と、さらに前記第二の複数の静止翼に近接して位置する少なくとももう１つの圧電アクチュエータを含む、ビークル。
【請求項１３】
請求項１０に記載のビークルにおいて、前記流動制御装置が１以上の前記第一の複数の静止翼に近接して真空状態を作りだせる、ビークル。
【請求項１４】
請求項１０に記載のビークルにおいて、前記流動制御装置が１以上の前記第一の複数の静止翼に近接して加圧させることが出来る、ビークル。
【請求項１５】
ＶＴＯＬビークルのダクト内推進ユニットにおける水平力を生み出す方法において、
（ａ）ビークルのフレーム内の少なくとも１つのダクトが配置され、前記ダクトが入口端および出口端を有し、端の間のダクトの内側に推進器が設置され、
（ｂ）ダクトの少なくとも入口端を越えて複数の非回転静止翼が固定され、
（ｃ）前記複数の非回転静止翼の周りにビークル上の水平の制御力を作り出すために空気の流れに作用する、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、ステップ（ｃ）は、ダクトの周囲の壁か、または少なくとも前記複数の静止翼のいくつかの開孔を通る吸い込みによって実行される、方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法において、ステップ（ｃ）は、ダクトの周辺の壁か、または少なくとも前記複数の静止翼のうちいくつかに、開孔を通って加圧された空気の供給によって実行される、方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法において、ステップ（ｃ）は、前記ダクトの入口端で圧電性の代替の圧力パルスを発生させるための圧電アクチュエータの使用によって実行される、方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の方法において、ステップ（ｂ）は、ダクトの出口端を越えて固定された第二の複数の非回転静止翼を備える、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、ステップ（ｃ）は、第二の複数の非回転翼の周囲の空気の影響を含む、方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の方法において、前記圧電アクチュエータは前記ダクトの入口端の周囲の壁の空洞に近接して位置し、その結果、前記空洞から、その入口端のダクトの中に吹き込む空気へと発散するアクチュエータによって、圧力パルスが発生する、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、静止翼の前縁部と後縁部間で、空気中に圧力パルスが生じる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年６月７日出願の米国特許仮出願第６０／６８７，８５７号から優先権を主張して、ここではそれらを参照として援用する。
【０００２】
本発明はダクト内ファンビークル（ｖｅｈｉｃｌｅ）に関し、特に、ＶＴＯＬ（垂直離着陸）航空機のような有用なビークルに関する。
【背景技術】
【０００３】
ホバリング時に、地面に対して垂直な回転軸を備えたロータまたは推進器によってビークルの重量を直接担持する、様々なタイプのＶＴＯＬ航空機が数多く提案されてきた。この種の公知のビークルの１つに、ビークルの機体に取り付けた大型ロータを有する一般的なヘリコプタがある。別のタイプのビークルは、円形の空洞、シュラウド、ダクト、または他のタイプのナセル内に設置された推進器を利用しており、推進器またはロータは露出しないで、空気流が円形ダクト内に発生する。大抵のダクトは断面が一様とされ、（通常は、ビークルがホバリングしているときにダクトの底部にある）出口領域の断面は（ダクトの上部にある）入口領域の断面に等しい。しかし、ダクトの中には、出口領域が入口領域よりも大きい、若干末広がりとなったものがあり、これは、効率を高め、所与の入口径に対して単位揚力当たり必要とされる動力を減らすことが分かっている。ダクトには、特にホバリング時に、得られる推力を増やすために入口縁部を広くしたものもある。
【０００４】
ＶＴＯＬビークルは通常、安定性と制御の面で固定翼航空機よりも難度が高い。主な難点は、飛行面で十分な対気速度が得られるまで、地面上で加速する固定翼航空機とは違って、ＶＴＯＬビークルは、前進対気速度がゼロでホバリングすることが多いという事実に起因する。これらのビークルの場合、制御とは、ロータまたは推進器自体を利用することか、あるいは制御力と、ビークルの重心（ＣＧ）まわりのモーメントおよび力とを生み出すために、ロータや推進器が発生させる空気流を利用することにほかならない。
【０００５】
ヘリコプタではきわめて一般的である１つの方法は、パイロットからの指令によって、全体的にも、周期的にも回転ロータブレードのピッチを機械的に変え、推進器またはロータがビークルに作用させる主推力ならびにモーメントおよび／または推進器推力線の傾斜を修正することである。ビークル内に取り付けられたダクト内の推進器かまたは他の推進器を使用するＶＴＯＬビークルには、この制御方法を使用するものもある。設計者には、この制御方法を行うのに、ビークル内に取り付けられたダクト内推進器かまたは他の推進器を使用しながら、単にすべての翼の角度を変化させることを選択するものもいる。各翼の角度を個々に変える（循環制御と称する）ことで複雑になるのを回避するために、すべての翼の角度を同時に変える（全体制御と称する）ことができる。ＣＧから比較的離れた複数のファンを使用するビークルに関しては、所望の制御モーメントを発生させるために、各ファンに対して様々な全体制御設定を使用することができる。
【０００６】
全体制御と、特に循環制御を使用する欠点は、複雑性が増し、重量およびコストが増えることにある。したがって、循環的ブレードピッチ角変化を必要としないロータの単純性を維持しながら、モーメントおよび横力を発生させることができる単純な推進装置には、より複雑な問題解決手段に勝る利点がある。主な課題は、通常、制御に必要とされる十分な大きさの回転モーメントを生み出すことにある。
【０００７】
ダクト内ファンでモーメントを作り出す従来からの方法の１つに、ダクトの出口部分か、またはそれより少し下に離散した複数の静止翼を取り付けるものがある。ダクトを出た流れの中にあるこれらの静止翼は偏向されて横力を生み出すことができる。ビークルの重心は、ほとんどの場合、これらの静止翼より上に離れているので、静止翼にかかる横力はまた、ビークルのＣＧまわりのモーメントを発生させる。
【０００８】
一方、上記のような通常の配置で、ダクトの出口に取り付けた静止翼に関連した１つの問題は、これらの静止翼が所望の方向にある種のモーメントを発生させることができるとしても、それと同時に、ビークルに所望しない副次的効果を与える大きな横力が必ず発生することである。（実際のＶＴＯＬビークルでは主流である）ビークルのＣＧの下に取り付けたそのような静止翼の場合、これらの横力により、ビークルは、通常、同じ静止翼によるモーメントの生成を通じて望まれる結果とは逆効果となる方向に加速され、それによって、そのようなビークルに対するそれらの有用性を限定することになる。
【０００９】
クライスラーＶＺ−６、ＶＴＯＬフライングカーは、ダクト入口領域の外側および上に取り付けた、少数の非常に大型の翼とともに、ダクトの出口側にある静止翼を使用する。
【００１０】
しかし、ＶＺ−６では、単一の翼と離散した静止翼は、単に、安定した一定の前進推力を生み出すために使用され、ビークルの安定化および制御システムの一部として可変制御モーメントを生み出すために使用されることはない。
【００１１】
ＡＤ＆Ｄによって開発されたホーネット（Ｈｏｒｎｅｔ）無人ビークルもまた、入口の外側かつ上に取り付けた単一の大型可動翼か、または、代替案として、入口側に近接した少数の静止翼かのいずれかを使用して試みた。しかし、これらは角度をなして固定され、飛行中に動かすことはできなかった。
【００１２】
別の事例として、（推進器軸のまわりの）ヨーモーメントを発生させるために、ダクトの中心から半径方向外側に設置された静止翼の事例がしばしば見られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、ダクト内ファン推進システムを備えたビークルを提示し、この推進システムは、制御目的で回転モーメントおよび横力も発生させる。前述のタイプのビークルは、特に、ＶＴＯＬ航空機として有用である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の概略的な態様によれば、ビークルのフレームと、ビークルのフレームの長手軸に対して垂直なダクト縦軸を備えた、ビークルで担持されたダクトと、ダクト内でダクトの縦軸のまわりに回転可能に取り付けられて、ダクトの上端にあるその入口から、ダクトの下端にあるその出口に周囲流体を強制的に流動させ、それによって、ビークルに作用する上向きの揚力を発生させる推進器と、ダクトの縦軸に対して垂直な回転軸を回転中心として、ダクトの入口端部に、これを横断して取り付けられ、ビークルに作用する揚力に加えて、所望の水平方向制御力を発生させるように選択的に動作可能な複数の離間した静止翼とを有するビークルが提示される。
【００１５】
（ダクトの出口端ではなくて）ダクトの入口端を横断して取り付けたそのような複数の静止翼を装備したこの種のビークルによって、実際に、ビークルの通常の制御に有利な、横力と回転モーメントを組み合わせたものを発生させることができることがわかった。ダクトの入口端を横断するそのような静止翼は、特に、ダクトの出口端を横断する複数の第２の静止翼と組み合わせた場合に、ビークルの所望する前後左右方向の直進運動、およびヨー、ピッチ、ロール方向の回転運動を発生させられることもわかった。
【００１６】
記載するいくつかの好適な実施形態では、静止翼は、静止翼フレームの長手軸に対して実質的に平行とされる。
【００１７】
他の実施形態も記載されているが、その実施形態では、静止翼は、ダクト入口の半分にまたがって延在し、ビークルのフレームの長手軸に対して所定の鋭角をなす軸のまわりに回転可能な第１の平行静止翼グループと、ダクト入口端の残りの半分にまたがって延在し、ビークルのフレームの長手軸に対して所定の角度をなすが、方向が反対の軸のまわりに回転可能な第２の平行静止翼グループとを含み、舵１および第２の静止翼グループは、ビークルに作用する揚力に加えて、所望する正味の制御力を発生させるように選択的に動作可能とされる。
【００１８】
記載した好ましい実施形態のさらなる特徴によれば、静止翼は、対称の翼形状かまたは代替案として若干非対称の翼形状を有し、実質的に静止翼の翼弦長の５０パーセントから１００パーセントの範囲にある距離だけ互いから離間する。
【００１９】
記載した好適な実施形態の１つでは、各静止翼は、その全長にわたって単一体として回転可能に取り付けられて、所望の横力成分を発生させる。記載した第２の実施形態では、各静止翼は２つの半体に分割され、すべての静止翼の各半体は、すべての静止翼の他方の半体から独立して回転でき、それによって、ビークルに作用する揚力の分力が、ダクト縦軸のまわりの回転モーメント力になる。
【００２０】
他の実施形態も記載されるが、１つの事例では、各静止翼は、静止翼を貫通する軸のまわりに回転可能に取り付けられ、別の事例では、各静止翼は、固定部と、固定部の後部側に回転可能に取り付けられた回転部とを含む。
【００２１】
記載したいくつかの好適な実施形態のさらなる特徴によれば、ダクトは、最初に述べた複数の静止翼の回転軸に対して垂直で、かつダクトの縦軸に対して垂直な回転軸を回転中心として、ダクトの入口端に、これを横断して回転可能に取り付けられた、平行して離間した複数の第２の静止翼を有する。
【００２２】
記載した好適な実施例の１つでは、複数の第２の静止翼の回転軸は、最初に述べた複数の静止翼の回転軸から垂直方向に離間した平面内にあり、記載した第２の実施形態では、複数の第２の静止翼の回転軸は、最初に述べた複数の静止翼の回転軸の平面と共通の平面にある。第２の実施形態については、静止翼をずらして回転可能に取り付けるために、２つの平面が若干ずれているのが望ましいことがあるが、その場合に、ずれは、例えば、１つの翼弦長より短いなど、比較的小さくされる。
【００２３】
他の実施形態も記載されるが、その実施形態では、ダクトは、ダクトの縦軸に対して垂直な回転軸を回転中心として、ダクトの出口端に、これを横断して回転可能に取り付けられていて、ビークルに作用する揚力に加えて、別の望ましい横制御力または回転モーメント制御力を発生させるためにそれらの軸のまわりに選択的に回転可能な、離間した複数の第２の静止翼を有する。
【００２４】
特に、回転可能に取り付けられた静止翼に関連させて、本発明について上記に説明したが、当然のことながら、記載した本発明または本発明の様々な態様は、回転しない静止翼とともに説明する場合にも有益に使用することができる。
【００２５】
そのような非回転静止翼は、ビークルに作用する揚力に加えて、所望の横制御力または回転モーメント制御力を発生させる目的で、例えば、静止翼の表面にあるオリフィスを通じた空気吸い込みもしくは空気吹き出しや、圧電アクチュエータや、静止翼のまわりの流れに一定のもしくは周期的な圧力場変化を引き起こす他の流動制御手段などの、静止翼の周囲の圧力場を変えて、横力を生み出す回転以外の空力手段を使用することができる。
【００２６】
したがって、本発明の概略的な態様によれば、ビークルのフレームと、ダクトの縦軸がビークルのフレームの長手軸に対して垂直になった状態でビークルに担持されるダクトと、ダクト内でダクトの縦軸のまわりに回転可能に取り付けられて、ダクトの上端にあるその入口から、ダクトの下端にあるその出口に周囲流体を強制的に流動させ、それによって、ビークルに作用する上向きの揚力を発生させる推進器と、翼状断面か、または楕円断面か、または静止翼動作を容易にするのに必要な任意の他の形状の、平行に離間した複数の静止翼とを有するビークルが提示され、この静止翼は、ダクトの入口端に、入口端を横断して回転できないように、かつビークルのフレームの前記長手軸に対して実質的に平行に取り付けられ、さらに前記静止翼は、ビークルに作用する揚力に加えて、所望の横制御力または回転モーメント制御力を発生させる目的で、静止翼の表面にあるオリフィスを通じた空気吸い込みもしくは空気吹き出しか、または圧電アクチュエータか、または静止翼のまわりの流れに一定のもしくは周期的な圧力場変化をもたらす他の流動制御手段のいずれかによって前記周囲流体に作用する手段を有して動作する。
【００２７】
（ダクトの出口端ではなくて）ダクトの入口にまたがって取り付けられた複数のそのような非回転静止翼を装備したこの種のビークルは、実際に、ビークルの通常の制御に有利な、横力と回転モーメントを組み合わせたものを発生させられる。ダクトの入口端にまたがる横力発生静止翼によって、特に、ダクトの出口端にまたがる複数の第２の静止翼と組み合わせた場合に、ビークルの所望の前後左右への直進運動およびヨー、ピッチ、ロール方向の回転運動を発生することが分かった。
【００２８】
回転可能なまたは一部回転可能な静止翼を備えた、本明細書で説明した本発明の各種様々な実施形態のすべては、回転静止翼を上記のように機能する非回転静止翼で置き換えた場合に、有利に使用できる。
【００２９】
特に、回転可能にまたは回転できないように取り付けた静止翼に関連させて上記に本発明を説明したが、当然のことながら、説明した本発明または本発明の態様は、そのような回転静止翼と非回転静止翼を組み合わせて有利に使用することもできて、それぞれのタイプの静止翼は、制御した出力の持続性や障害が発生した場合の対応性など、その利点に応じて使用される。
【００３０】
説明したいくつかの好ましい実施形態のさらなる特徴によれば、静止翼は、ダクト内への流入流れの局所的な変化に合わせてそれらの平面をより良好に調整するために、それらの長手軸に沿ってねじられる。
【００３１】
説明したいくつかの好ましい実施形態のさらなる特徴によれば、ダクト壁および隣接する静止翼付近の流れ場に作用して、静止翼の周囲の流れを修正または改善する目的で、あるいは流れがダクト壁から分離し、静止翼と前記ダクト壁の間で分離するのを回避するために、オリフィスを通じた空気吸い込みもしくは空気吹き出しや、圧電アクチュエータなどの流動制御手段、または一定のもしくは周期的な圧力場変化を静止翼の周囲の流れにもたらす他の流動制御手段が、静止翼の近くでダクトの内側面に増設されるか、または組み込まれる。
【００３２】
本発明は、以下で判別される図面に関係した詳細についてこれから記載される。
【００３３】
本発明ではここで詳細を述べるが、それは例示のみであり、添付の図面を参照としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１に示し、２で全体として表したビークルは、前部にダクト内ファン推進装置４を担持し、後部に他の同様の推進装置５を担持するフレームまたは機体３を含むＶＴＯＬ航空機である。ビークルペイロードは、機体の両側に参照番号６および参照番号７でそれぞれ示され、着陸装置は参照番号８で示されている。
【００３５】
図２および図３は推進装置４の構造をより詳細に示し、この構造は推進装置５も同様である。そのような推進装置は、機体３によって担持されたダクト１０を含み、ダクトの垂直軸１０ａは、ビークルの垂直軸に対して平行になっている。推進器１１は、ダクト１０内に、ダクトの縦軸１０ａのまわりに回転可能に取り付けられている。推進器のノーズ１２は上方に向いており、ダクトの上端１３は吸気口端部を構成し、ダクトの下端１４は出口端を構成している。図３に詳細に示すように、上側吸気口端部１３は、空気をダクト１０内に円滑に流入させる漏斗形状の口部で形成され、この流入した空気は、ダクトの出口端１４を通って高速で放出されて、上向きの揚力を生み出す。
【００３６】
方向制御を可能にするために、ダクト１０には、ダクトの入口端１３に、これにまたがって回転可能に取り付けられた、平行に離間した複数の静止翼１５が設けられている。各静止翼１５は、ダクト１０の縦軸１０ａに対して実質的に垂直で、かつビークルのフレーム２の長手軸に対して実質的に平行な軸１６のまわりに回転して、推進器１１が引き起こした空気の移動によってビークルに作用する揚力に加えて、所望の水平方向制御力を発生させる。したがって、図４に示すように、静止翼１５がそれらのそれぞれの軸のまわりを一方の方向に回転されると、静止翼は、図４の矢印Ｆ１の方向に所望の制御力を発生させ、静止翼が反対の方向に回転されると、静止翼は、図５の矢印Ｆ２の方向に所望の制御力を発生させる。図３（図７、図８、図１２も同様）に示すように、静止翼１５は対称翼形状とされ、静止翼の翼弦長にほぼ等しい距離だけ互いに離間している。
【００３７】
図６は変形形態を示し、各静止翼１５は、所望の横制御力を発生させるために、その全長にわたって単一体として回転可能に取り付けられるのではなく、図６に１５ａおよび１５ｂで示すように、２つの半体部分に分割され、各半体部分は、他方の半体部分とは独立して回転する。したがって、すべての半体部分１５ａは、矢印Ｄ１で示す一方の方向に一緒に回転でき、すべての半体部分１５ｂは、矢印Ｄ２で示す反対の方向に回転できて、推進器によってビークルに作用する揚力に加えて、所望する任意の横力または回転モーメントを発生させる。
【００３８】
図７に示すように、各静止翼１５は、静止翼の中間部分を貫通する軸１６のまわりに回転可能に取り付けられている。図８は、修正形態を示しており、各静止翼は、静止翼の主要部を構成する固定部分１７と、固定部分の後部側に１９で回転可能に取り付けられた回転部分またはフラップ１８とを有する。したがって、回転部分またはフラップ１８は、揚力に加えて、所望の制御力を発生させるために、任意の所望の位置まで回転させることができる。
【００３９】
図９は変形形態を示しており、ダクト内ファン（図１の４および／または５）は、ダクト１０の入口端部１３に、これにまたがって回転可能に取り付けられた、複数のまたは一連の平行に離間した第２の静止翼を含み、これら静止翼の１つを参照番号２０で示している。このように、複数の第２の静止翼２０はそれぞれ、静止翼１５に近接して離間しており、静止翼１５の回転軸およびダクトの縦軸１０ａに対して垂直な軸のまわりに回転する。
【００４０】
図９に示す変形形態では、静止翼１５、静止翼２０からなる２つの連続体は、平行で離間した面内に配置されている。図１０は変形形態を示しており、ダクトの入口端にある、静止翼からなる２つの連続体が互いにかみ合っている。このために、図１０に示すように、第２の複数体の静止翼２１はそれぞれ、第１の複数体の交差する静止翼１５を収容するように分断される。他の可能な構成には、互いにかみ合わせるために、両方の連続体の静止翼が分断されたものがある。
【００４１】
図１１は、全体を参照番号２２で表し、その機体２３の中心に担持されたダクト内ファン２４を含むＶＴＯＬ航空機ビークルを示している。そのようなビークルは、揚力に加えて、所望の制御力およびモーメントを付与するために、図９かあるいは図１０のいずれかに示した静止翼構成を有することができる。この種のビークルでは、図１１に参照番号２５および参照番号２６で示すように、ペイロードは中央ダクト内ファン２４の両側に置くことができる。ビークルはまた、操舵および他の制御を可能にするラダー２７およびラダー２８などの他の空力面を有することができる。
【００４２】
図１２は、図１および図１１のビークルのいずれもが有することができるさらなる実施形態を示しており、ダクト１０はまた、平行に離間した複数の、または一連の第２の静止翼を有するが、この場合、第２の複数体は、ダクト１０の出口端１４に、これにまたがって回転可能に取り付けられている。したがって、図１２に示すように、ダクト１０は、ダクトの入口端１３に、これにまたがって取り付けられた複数のまたは一連の第１の翼１５と、ダクト１０の出口端１４に、これにまたがって取り付けられた複数のまたは一連の第２の翼３５とを有し、さらに、翼１５および翼３５は、ダクトの縦軸に対して垂直で、かつビークルのフレームの長手軸に対して実質的に平行とされる。静止翼１５および静止翼３５からなる各組立体または各連続体は、互いに独立して回転して、横力、またはビークルをピッチ制御もしくはロール制御するダクトの横軸まわりの回転モーメントを選択的に発生させることができる。
【００４３】
これは、図１３ａ〜図１３ｄの図により明瞭に示されている。つまり、静止翼１５および静止翼３５からなる２つの連続体が反対方向に回転されると、これら連続体は、ダクト１０の横軸１０ｂのまわりの回転モーメントを１方向（例えば、図１３ａに示すように反時計方向）に発生させ、これら連続体が同じ方向に回転されると、これら連続体は、図１３ｂに示すように、１方向（例えば左）に横力を発生させ、反対方向ではあるが、図１３ａに示す配置とは反対の配置に回転されると、これら連続体は、図１３ｃに示すように、反対の時計方向に回転モーメントを発生させ、さらに、これら連続体が、同じ方向ではあるが、図１３ｂに示すものとは反対に回転されると、これら連続体は、図１３ｄに示すように、反対（例えば、右）の方向の横力を発生させる。
【００４４】
図１４は、全体として２０で表し、ダクトの入口端を横断して延在する複数の静止翼２４を有するダクトを含むダクト内ファン推進装置の別の構成を示す平面図である。この場合に、静止翼２４は、ダクト２２の入口端の半分にまたがって延在する平行静止翼２４ａからなる第１のグループと、ダクトの入口端の残りの半分にまたがって延在する平行静止翼２４ｂからなる第２のグループとに分割されている。
【００４５】
図１４はまた、ダクト２２内にある推進器のノーズ２６を示している。推進器は、推進器のノーズ２６をダクトの吸気口端部の中心に配置して、ダクト２２内でダクトの縦軸のまわりに回転可能に取り付けられていて、ダクトの反対側の端部を通って高速で放出された空気は上向きの揚力を生み出す。
【００４６】
図１４に示すように、ダクト２２の入口端の半分にまたがって延在する平行静止翼２４ａからなる第１のグループは、ビークルのフレームの長手軸２０ａに対して、矢印２７で示すビークルの移動方向に対して所定の鋭角αをなす軸２５ａのまわりに回転し、ダクトの入口端の残りの半分にまたがって延在する平行静止翼からなる第２のグループは、ビークルのフレームの長手軸２０ａに対して所定の同じ角度αをなすが、方向が反対の軸２５ｂのまわりに回転する。静止翼２４ａ、２４ｂからなる２つのグループは、ビークルに作用する揚力に加えて、所望する正味の水平方向制御力を発生させるために選択的に回転する。
【００４７】
前述の動作を図１５ａおよび図１５ｂに図解する。図１５ａおよび図１５ｂはともに、ビークルが、ビークルの両端にあり、ビークルの長手軸２０ａと同軸上にある２つのダクト内ファン推進装置を有する場合に発生する制御力を示している。当然のことながら、ビークルが図１４に示したダクト内ファン推進装置を１つだけ装備した場合には、相当する力が発生する。
【００４８】
図１５ａは、静止翼２４ａ、２４ｂからなる２つのグループがそれらのそれぞれの軸２５ａおよび軸２５ｂのまわりに等しい角度だけ回転された状態を示している。こうして、静止翼は、揚力に加えて、ビークルの長手軸２０ａの両側に大きさと角度が等しい制御力を発生させて、ビークルの長手軸２０ａと同軸上にある、Ｆａで示す正味の力を発生させる。
【００４９】
後部推進装置３０にある静止翼３４ａおよび静止翼３４ｂからなる２つのグループは、同様の態様でそれらのそれぞれの回転軸３５ａ、および回転軸３５ｂのまわりに回転して、同様にビークルの長手軸２０ａと同軸上にある正味の力Ｆａを発生させる。
【００５０】
図１５ｂは、前部推進ユニット２０にある静止翼２４ａ、２４ｂからなる２つのグループと、後部推進ユニット３０にある静止翼３４ａ、３４ｂからなる２つのグループとが異なる角度でそれらのそれぞれの軸のまわりに回転して、ビークルの長手軸２０ａと角度をなす正味の横力Ｆｂを発生させる状態を示している。したがって、静止翼２４ａ、２４ｂおよび静止翼３４ａ、３４ｂの、それらのそれぞれの回転軸を中心とした回転角を制御することによって、静止翼の平面内に正味の制御力を所望どおりに発生させることができる。
【００５１】
図１６は、全体として参照番号４０で表され、同様に、ダクト４２の入口の半分にまたがって延在し、ビークルの長手軸４０ａに対して所定の角度（例えば４５度）をなして、軸４５ａおよび軸４５ｂのまわりに回転可能に取り付けられた静止翼４４ａ、４４ｂからなる２つのグループを有するダクト内ファン推進装置を示している。しかし、この場合、静止翼４４ａおよび静止翼４４ｂは、図１４のような後ろ方向ではなく前方向に向けられている。ただし、動作と、静止翼によって発生する力とは、基本的に、図１４、図１５ａ、図１５ｂに関連させて上記に説明したものと同様である。
【００５２】
上記のように、非回転静止翼は、これらの力を発生させる他の空力手段と組み合わせて使用した場合に、横力を生み出すために採用することができる。この点に関して、図１７は、推進器５５の両側にあるダクトの入口端５３および出口端５４に複数の第１および第２の非回転静止翼５１、５２を有するダクト５０を示している。空力手段には、圧電アクチュエータや、静止翼のまわりの流れに一定のまたは周期的な圧力場変化を引き起こす他の流動制御装置を含めた流動制御手段を含めることができる。他の適切な手段には、ダクトの入口端と出口端のいずれかまたは両方で、ダクト壁かまたは静止翼自体に適切に配置された開孔を通る空気吸い込み式または空気吹き出し式の加圧空気を含む可能性がある。
【００５３】
図１８ａ〜図１８ｄは、他の空力手段によって発生した、非回転静止翼に作用する力が、図１２および図１３に示した、回転可能に取り付けた静止翼によって発生した力と基本的に同じであり得ることを示している。
【００５４】
図１９は、静止翼が機能していない場合、すなわち、流れを変える手段が何ら使用されていない場合に、ダクト５０の静止翼５１を通る概略の流れ分布図を示している。
【００５５】
図２０は、同じダクト／静止翼構成を示すが、空気流を変えるために流動制御手段が使用できて、静止翼付近および静止翼表面の流れの圧力分布を変え、それによって、所望の横力を発生させている。
【００５６】
図２１は、ねじれた静止翼を備えたダクト６０の概略断面図を示している。静止翼６１は、ダクトの中央部付近ではねじられず、影響を受けた流れ場６３が概略的に示されたダクトの入口縁部６２の表面付近でねじられている。ダクトの内側面に組み込まれた、概略的に示した流動制御手段６４が、ダクト壁の近くで流れ場に作用している。
【００５７】
図２２の詳細図は、流動制御手段６４の組み込み方法をさらに明瞭に示している。図２２には、一例として、参照番号６６で概略的に示した隣接する空洞内部に、高周波の周期的に変化する圧力パルス（または発振振動）を発生させる参照番号６５で示した圧電素子を示した断面図が示されている。装置６５によって発生した、参照番号６７で示す圧力パルスがスロット６８に伝播され、細いスロット６８から出た、参照番号７０で示す圧力パルスが、図２１に参照番号６３で示した流れと相互作用して、図２１に参照番号６２で示したダクト縁部付近の流れの挙動に影響を及ぼす。示した実施形態では、圧力パルスはスロット６８を出て、静止翼の前縁部と後縁部の間を軸方向に進む。
【００５８】
このようにして、図１〜図１６を参照して上記に説明した本発明は、図１７〜図２１を参照して説明した非回転静止翼構成を使用することもできる。
【００５９】
当然のことながら、前述の構成はすべて、上記飛行体のいずれにも使用できて、揚力に加えて、所望の制御力を発生させる。静止翼は、空気流を遮断することを意図するものではなくて、単に空気流を偏向させて、所望の制御力を発生させる。したがって、大部分の応用例では、回転可能に取り付けられた静止翼は、両方向に１５度以下で回転できるように設計され、この１５度は、流れを分離させずに達成できる典型的な最大角である。非回転静止翼は、それらの断面の長手軸がダクトの縦軸に対して実質的に平行であるのが望ましく、好ましくは、ダクトの縦軸に対して角度をなすように全静止翼を取り付けることによって、または流入流れの局所的に傾斜した部分とより高い精度で一致するように、その長手軸に沿ってねじられた静止翼を使用することによって、またはビークルのヨー方向、ピッチ方向、ロール方向の回転運動だけでなく、ビークルの所望の前方、後方、左方、および右方への直進運動をもたらす横力を最も効果的な態様で発生させるために、必要に応じて、角度を付けた取り付けと組み込み式のねじりの両方を組み合わせることによって、流れ傾斜度を局所的に変化させるように調整されるのが好ましい。
【００６０】
制御力とモーメントは、静止翼自体に作用する揚力の水平方向成分によって発生するので、好ましくは、静止翼は、得ることができる最大モーメントを生み出すために、ビークルの重心から可能な限り離れて、推進器の吸い込み側に置かれるべきである。静止翼がダクトの出口側に設けられた場合も、同じことが当てはまる。
【００６１】
本発明が、特に、飛行体に関連させて上記に説明されたが、当然のことながら、上記の本発明または本発明の様々な態様は、ビークルを推進させ、方向を制御するために、海上ビークルなどの他のタイプのビークルで有利に使用することもできる。
【００６２】
結果的に、本発明はいくつかの好ましい実施形態について記述したが、これらは単に例証のためであり、本発明の多数の別の変化、修正および応用があることも理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明にしたがって製造されたＶＴＯＬ航空機ビークルの外形の１つを示す。
【図２】図１の航空機のダクト内ファンの１つを示す。
【図３】図ＩＩＩ−ＩＩＩの線に沿った断面図である。
【図４】一方向での横力を生み出す１つの方向での図３の静止翼の位置付けを示す図である。
【図５】反対方向からの横力を生み出す１つの方向での図３の静止翼の位置づけを示す図である。
【図６】静止翼の構造における改善を示すが、静止翼の各々は二分割され、すべての静止翼の各半分はダクトの長手軸の周囲に回転のモーメント力を生み出すすべての静止翼のうちもう半分が別々に回転する。
【図７】静止翼の１つの構造と旋回方法を示す図である。
【図８】静止翼の代替の構造と旋回方法を示す図である。
【図９】図９のダクトの吸気口の静止翼の２列の翼列またはアセンブリに利用される配置の１つを示す。
【図１０】ダクトの吸気口の静止翼の２列の翼列またはアセンブリに利用される他の配置を示す。
【図１１】推進力用および制御用のシングルダクト内ファンを含むＶＴＯＬ航空機車両を示す。
【図１２】図３と類似しているが、ダクトの排気端においても翼列または複数の静止翼を示す図である。
【図１３ａ】図１２のダクト内ファンの静止翼の２列の翼列の様々な回転軸の位置、および静止翼のこのような位置によって生み出される力を示す。
【図１３ｂ】図１２のダクト内ファンの静止翼の２列の翼列の様々な回転軸の位置、および静止翼のこのような位置によって生み出される力を示す。
【図１３ｃ】図１２のダクト内ファンの静止翼の２列の翼列の様々な回転軸の位置、および静止翼のこのような位置によって生み出される力を示す。
【図１３ｄ】図１２のダクト内ファンの静止翼の２列の翼列の様々な回転軸の位置、および静止翼のこのような位置によって生み出される力を示す。
【図１４】他の構造物を示す上面図だが、ダクトの吸気口を越えて広がる静止翼が所望の正味の水平方向制御力を生み出す２つのグループに分ける。
【図１５ａ】所望の正味の水平方向制御力が図１４の静止翼によって生み出される方法を図示する。
【図１５ｂ】所望の正味の水平方向制御力が図１４の静止翼によって生み出される方法を図示する。
【図１６】図１４に対応する図であるが、所望の正味の水平方向制御力を生み出すための静止翼の配置の変形例を示す。
【図１７】図１２に類似した図であるが、ダクトの吸気と排気における翼列または中心軸のない複数の静止翼を示す図である。
【図１８ａ】図１７にダクト内ファンにおける非回転翼の２つの翼列の様々な操作によって生み出される力について示すが、図１３ａから図１３ｄで示す回転可能に設置された静止翼によって生み出される力と類似している。
【図１８ｂ】図１７にダクト内ファンにおける非回転翼の２つの翼列の様々な操作によって生み出される力について示すが、図１３ａから図１３ｄで示す回転可能に設置された静止翼によって生み出される力と類似している。
【図１８ｃ】図１７にダクト内ファンにおける非回転翼の２つの翼列の様々な操作によって生み出される力について示すが、図１３ａから図１３ｄで示す回転可能に設置された静止翼によって生み出される力と類似している。
【図１８ｄ】図１７にダクト内ファンにおける非回転翼の２つの翼列の様々な操作によって生み出される力について示すが、図１３ａから図１３ｄで示す回転可能に設置された静止翼によって生み出される力と類似している。
【図１９】静止翼が作動しない際の、連続した流量の略図の、図１７の拡大詳細図Ａである。
【図２０】図１７を拡大した詳細Ａであるが、静止翼が図１８ａおよび図１８ｂの上部の静止翼において示される力を生み出すように操作される際の流量の図を示す。
【図２１】ダクト内への流入流れ内の部分的な変化とつりあうように航空機を調整するために、長手軸に沿ってねじられた非回転静止翼の断面での流体制御補助の流量の図を示す。
【図２２】ダクト内の高周波圧力パルスを作り出すためのダクト壁の圧電装置を示す図２１の詳細である。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１３ｄ】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１８ｃ】
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【図１８ｄ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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