(57)【要約】  ダクト構成部品（２０３）、エンジン（１０）、およびアビオニクス／ペイロードポッド（３００、３０２）が共通のバックパッキングシステム内に適合するように迅速に分解されることが可能である双対ダクテッドファン構成。各ダクトはファン（２０１）、ステータ（１０２）、および制御ベーンの構成が同一である。また、ダクテッドファン（２０３）と電子モジュールとの間の組立体の連結部も同一である。エンジン（１０）またはＡＰＵは、差動装置（６００）のスプライン軸（６０１）を介して、または電気モータを介して双対ダクテッドファンを駆動する。エネルギーはステータ（１０２）のハブに取り付けられた単一の歯車によってダクテッドファンに伝達される。個々のダクテッドファンの相対速度は、差動装置（６００）とダクテッドファン（２０３）との間のスプライン軸（６０１）のそれぞれに対する別々の摩擦または発電機負荷制御のブレーキ機構（６０３）によって制御される。電気モータの場合、相対速度は電子速度制御によって制御される。各ファン（２０１）はトルクに平衡を保たせることができるように二重反転する。電子モジュールの配置は、ペイロードが変化できるように長手方向重心に対して垂直方向に可変である。
2008531375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のファン組立体（２０３）内の回転する第１のファン（２０１）および第２のファン組立体（２０３）内の第２の逆回転するファン（２０１）を含む２つのダクトファン組立体（２０３）と、
前記第１のファン（２０１）および前記第２のファン（２０１）に動力を供給するための少なくとも１つのエンジン（１０）であって、前記第１のファン組立体（２０３）と前記第２のファン組立体（２０３）との間でダクトの流入波の外側に配置される前記少なくとも１つのエンジン（１０）と、
前記第１のファン（２０１）および前記第２のファン（２０１）の速度を独立して調整するためのエネルギー伝達装置（６００）と
を備えるホバリング飛行体。
【請求項２】
前記エネルギー伝達装置が差動装置（６００）を備える、請求項１に記載の飛行体。
【請求項３】
前記差動装置（６００）が、制動（６０３）または軸装着システムによって独立して制御される出力軸速度を備える、請求項２に記載の飛行体。
【請求項４】
前記エネルギー伝達装置が、前記第１のファン（２０１）および前記第２のファン（２０１）の下に電気モータを駆動するためのコントローラを備える、請求項１に記載の飛行体。
【請求項５】
前記ホバリング飛行体のピッチ姿勢制御およびヨー姿勢制御を得るために各ダクトファン組立体（２０３）に対して運動の自由なテールコーン（１０４）の１つの軸をさらに備える、請求項１に記載の飛行体。
【請求項６】
各テールコーン（１０４）の位置を独立して制御するためのコントローラをさらに備える、請求項５に記載の飛行体。
【請求項７】
少なくとも２つのポッド（３００、３０２）をさらに備え、前記少なくとも２つのポッド（３００、３０２）の各ポッドが前記第１のダクトファン組立体（２０３）の第１の端部に取り付けられ、第２の端部が前記第２のダクトファン組立体（２０３）に取り付けられる、請求項１に記載の飛行体。
【請求項８】
前記少なくとも２つのポッド（３００、３０２）が、前記第１のダクトファン組立体（２０３）および前記第２のダクトファン組立体（２０３）に前記少なくとも２つのポッド（３００、３０２）を取り外し可能に取り付けて前記少なくとも２つのポッド（３００、３０２）の横方向位置を調整するためのダブテール組立体（１０８、３０１）を備える、請求項７に記載の飛行体。
【請求項９】
前記各ポッド（３００、３０２）が、アビオニクス装置、輸送手段制御システムセンサ、ペイロードセンサ、ペイロード、および燃料から成るグループの部材を備える、請求項７に記載の飛行体。
【請求項１０】
前記少なくとも２つのポッド（３００、３０２）が、前記ペイロードセンサの可視性を最適化するように前記２つのダクトファン組立体（２０３）に取り付けられる、請求項７に記載の飛行体。
【請求項１１】
ウイングレット（５００）、発光体、または他のペイロードポッド（３０２）を取り外し可能に取り付けるための複数のダブテール組立体（１０８、３０１）を備える、請求項１に記載の飛行体。
【請求項１２】
着陸装置（１１０）をさらに備える、請求項１に記載の飛行体。
【請求項１３】
前記着陸装置（１１０）が、飛行体に前記着陸装置（１１０）を取り外し可能に取り付けるための溝穴（１１２）およびスナップ構造物（１１４）を備える、請求項１２に記載の飛行体。
【請求項１４】
前記２つのダクトファン組立体（２０３）、前記少なくとも１つのエンジン（１０）、および前記エネルギー伝達装置が、迅速な組立ておよび分解のためにそれぞれモジュールから成る、請求項１に記載の飛行体。
【請求項１５】
前記２つのダクト組立体（２０３）、前記少なくとも１つのエンジン（１０）、および前記エネルギー伝達装置が、バックパック内に積み重ねられるように構成される、請求項１に記載の飛行体。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのエンジン（１０）が、前記第１のダクトファン組立体（２０３）および前記第２のダクトファン組立体（２０３）に緩衝取付け部を備える、請求項１に記載の飛行体。
【請求項１７】
モジュール式双対ダクテッド飛行体を組み立てる方法であって、
ａ．第１のダクテッドファン組立体（２０３）のスプラインソケットの中に第１の差動装置（６００）のスプライン（６０１）を挿入し、第２のダクテッドファン組立体（２０３）のスプラインソケットの中に第２のスプライン（６０１）を挿入するステップと、
ｂ．差動装置（６００）のスプライン継手（６０２）の中にエンジン（１０）のスプライン軸を取り付けるステップと、
ｃ．前記第１のダクテッドファン組立体（２０３）の第１のダブテール組立体（１０８、３０１）の上に第１のポッド（３００、３０２）の第１の端部を、ならびに前記第２のダクテッドファン組立体（２０３）の第２のダブテール組立体（１０８、３０１）の上に前記第１のポッド（３００、３０２）の第２の端部を同時に摺動させるステプと、
ｄ．第２のポッド（３００、３０２）についてステップｃ）を繰り返すステップと、
ｅ．前記第１のダクテッドファン組立体（２０３）に第１のテールコーン（１０４）を取り付け、前記第２のダクテッドファン組立体（２０３）に第２のテールコーン（１０４）を取り付けるステップと
を含む方法。
【請求項１８】
ダブテール組立体の溝付き穴の上に複数の着陸用脚（１１０）の各脚を摺動させるステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
双対ダクテッド飛行体をコンパクトに詰め込む方法であって、
ａ．前記双対ダクテッド飛行体の第１のファン組立体および第２のファン組立体から、２つのテールコーン（１０４）のそれぞれ、着陸装置（１１０）の各脚、動力ユニット（１０）、差動装置（６００）、および２つのポッド（３００、３０２）を隠すステップと、
ｂ．輸送容器の内側で前記第２のファン組立体（２０３）の上端に前記第１のファン組立体（２０３）を積み重ねるステップと、
ｃ．前記第２のファン組立体（２０３）の空胴の内側に前記２つのポッド（３００、３０２）を円形パターンに据え付けるステップと、
ｄ．前記空胴内の前記２つのポッド（３００、３０２）に隣接して前記動力ユニット（１０）および前記差動装置（６００）を配置するステップと、
ｅ．第２のテールコーン（１０４）の中に第１のテールコーン（１０４）を挿入するステップと、
ｆ．前記動力ユニット（１０）の上端に前記第２のテールコーン（１０４）を据え付けるステップと、
ｇ．前記第２のテールコーン（１０４）と前記２つのポッド（３００、３０２）との間で前記動力ユニット（１０）の上端に前記着陸装置（１１０）を据え付けるステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年３月２３日に出願された「Ｄｏｕｂｌｅ  Ｄｕｃｔｅｄ Ｈｏｖｅｒｉｎｇ  Ａｉｒ−Ｖｅｈｉｃｌｅ」という表題の米国仮特許出願６０／６５６８１１に基づくものであり、その教示は本明細書で援用される。
【０００２】
本発明は、一般に、ホバリングならびに垂直離着陸輸送手段の分野に関する。詳細には、本発明は推進システムとしてダクテッドファンを有する飛行体に関する。
【背景技術】
【０００３】
ダクテッドファンの構成は、非ダクテッドファンよりもその優れた空気力学的性能について知られており、ダクテッドファンホバリング飛行体に関するいくつかの実装物が開発され飛ばされてきた。しかし、大多数のこれらの輸送手段は中央取付けのエンジンを有する単一のダクト構成を利用し、または推力方向付けができるように胴体に取り付けられた回転ダクトを利用する。
【０００４】
単一のダクテッドファン構成を利用するホバリング輸送手段は、ダクト流れの入口また出口で逆推進器もしくは推進器の配置に取り付けられたエンジンを有する。エンジンの取付けはダクトリングに行われる。ステータの組立ては、軸方向の直線流れを形成するように、誘起されたファン渦を除去するファンの直後で行われる。推力方向付けは、結果として得られる出口空気流内のベーンの組を用いて実現される。アビオニクスおよびペイロードは、エンジン（上記ファン／ステータ組立体の前方または後方）と直線に並んで取り付けられ、あるいはダクトの外面のポッドとして取り付けられる。
【０００５】
問題は、様々なパラメータ、すなわちパッキングのサイズ、重量、および容量、耐久性、音響効果、ならびに燃料消費などのすべての物理的特性が、普通の兵士によって人力で持ち運びできる最適システムを作るのに互いに役割を演じるということである。その目的は、最大のペイロード積載能力および最長の耐久性を有しさらに兵士の装備携帯システムについての持ち運び可能なパッキングの制約条件に適合する、垂直離着陸ならびにホバリング輸送手段を提供することである。このことは、輸送手段のペイロード、性能、耐久性もしくは永続性、推進システム、制御システム、および重量について厳しいバランスを要求し、音響シグネチャを最小限に抑える。
【０００６】
ホバリング飛行体へのダクテッドファンによる推進の適用が試みられ、様々な形状構成において実地説明に成功してきたが、配備し得るシステムに対するすべての要求を成功裏に満足することは、取り組むべき問題の有用性および物理的特性を組み合わせることを要求する。これらのホバリング飛行体は、移動中の空気から推力を発生し、姿勢を制御するようにこの空気を方向付ける質量特性についてのよく知られた物理的特性を利用し、推力の追加ができるように誘起された渦を除去する空気流を軸方向に線状にする。人間の背負って運ぶ能力により、追加の重量、性能に備えての容器の強制されたサイジングの束縛および余地、ならびに結果としてペイロードおよび耐久性が低減されるセットアップ時間が強要される。直線に並んだエンジンと共に単一のダクテッドファンを適用する解決法は、エンジン、エンジン取付台アビオニクス、ペイロード、およびベーンの空気流の乱れから生じるファンおよびダクトの効率の低下を示す。また、これらの単一のダクテッドファンによる解決法は、これらの同じ空気流の乱れのために航空音響学上の騒音シグネチャの増大を蒙る。垂下姿勢制御ベーンは、音響騒音シグネチャに不利な影響を与えるだけでなく、抗力が追加される一因となり、自然な流出の縮流率を打ち消すことは何も行わない。
【０００７】
ダクトの軸方向に沿って、およびダクトを横切って横方向に重心を制御することは、輸送手段を制御可能にするために重要である。ペイロードのモジュール方式は、重心の小さな移動が制御の安定処理の変化を要求し輸送手段を非常に急速に制御不可能にすることがあるので、変化する質量分布のペイロードの場合には軸方向配置について厳しく制限される。また、横方向に配置されたペイロードが使用されることが多いが、その質量特性はファンの軸方向軸に対して対向する質量の間で同等の釣合いがとれて終結することを要求する。これらの輸送手段は静的に不安定であり、たとえ受動的な安定性が望まれてもこれは達成されない。この重心を処理する問題を組み合わせたものには、ポッドと制御作動体との間の電気配線がある。ダクトの外部の周りにまたはエンジンの上方もしくは下方に軸方向に配置されたペイロードとアビオニクスとの間に、好都合な配線引き回し通信路は存在しない。この妥協策は通常、重量、効率に不利な影響を与え、ペイロードのモジュール方式を制限するであろう。
【０００８】
中央に取り付けられたエンジンは、ペイロードポッド取付けおよびエンジン取付台構造の構造的一体性に不利な影響を与える。ファン翼とダクトとの間の最小の隙間は、最大の効率を得るためには望ましいが、エンジンの振動ならびにエンジン取付台およびダクトの構造的曲げによって制限される。また、ダクトの取付け箇所が大きい構造的破損箇所でもある。センサの一体性は、自然な胴体の曲げ状態によりダクトの周りにおよびエンジンの前面もしくは下方に片持ち梁状に突き出て取り付けられたペイロードポッドによる振動によってそれがぼやかされると危うくされる。これらの影響が結局、この望ましくない作用を処理するためにより多くの新種の材料および重量物をもたらすということになる。
【０００９】
輸送手段の飛行任務の航続時間および／または永続性には、燃料の配置がダクトの内部にだけ限定されると燃料搭載容量が制限されて不利な影響が与えられる。
センサの可視性は、軸方向に直線に並んでまたは横方向にダクトを取り付けられた各ポッドによって厳しく制限される。前方への飛行中の輸送手段の方向付けは、ファンの下方に取り付けられた軸方向下向きのセンサを覆い隠す。ホバリングの際の輸送手段の方向付けは、エンジンの上方に軸方向に取り付けられたセンサを覆い隠す。横方向に取り付けられた側部ポッドセンサは、ホバリングおよび前方への飛行中に、前方および下方に良好な可視性を有するが、側方視認は制限される。
【００１０】
精密許容差および積層組立体を必要とする構造的一体化システムは、段取り時間および分解時間の増大により潜在的に背負って運ぶことができるシステムの戦闘配備につけられる有用性を制限する。特殊化された工具が組立体を除去するのに要求され、より高い技術レベルが要求される。保守、修理、および構成部品の取替えは、構成部品組立体に関連する複雑性のため制限される。
【００１１】
すべてのこれらの問題点について以前の解決策は問題の個々の要素または問題のいくつかの組合せにだけ焦点を合わせたが、戦闘配備につけることができるシステムの全物理的特性と取り組む解決策を提供することができなかった。より大きなダクトサイズの性能を組み合わせ、ダクトの空気力学的効率を高め、人間の耳には聞き取れず、様々なペイロードサイズの重量物の質量分布および電気インタフェースを支持し、飛行任務のために部品を変更することができ、最大のセンサ有用性を得るために高い構造的一体性を提供し、人間が運搬できるようにバックパッキングを提供し、かつ、迅速な段取り、分解、および保守の作動機構を提供するシステムが、本発明において提供される。
【００１２】
次に述べるのは、本発明の発明概念に欠けている異なるタイプの先行技術の発明を開示する先行技術の特許である。Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｔａｋｅｏｆｆ  ａｎｄ  Ｌａｎｄｉｎｇ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅという表題の米国特許第６６９１９４９号、Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｆｏｒ  ａ  Ｃｏａｘｉａｌ  Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｒｏｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍという表題の米国特許第６６７２５３８号、Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｈｏｖｅｒｐｌａｎｅ  ｗｉｔｈ  Ｆｏｕｒ  Ｔｉｌｔｍｏｔｏｒという表題の米国特許第６６５５６３１号、Ｒｉｎｇ−Ｗｉｎｇ  Ａｉｒｃｒａｆｔという表題の米国特許第６６０７１６２号、Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｕｎｔｅｒ−Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｄｕｃｔｅｄ  Ｒｏｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｓｈｒｏｕｄｅｄ  Ｐｕｓｈｅｒ−Ｐｒｏｐという表題の米国特許第６２７００３８号、Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ａ  Ｎｏｓｅ−Ｕｐ  Ｐｉｔｃｈｉｎｇ  Ｍｏｍｅｎｔ  ｏｎ  ａ  Ｄｕｃｔｅｄ  Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅという表題の米国特許第６１７０７７８号、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ＶＴＯＬ  Ｐｏｗｅｒ  ａｎｄ  Ｒｏｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｍｏｄｕｌｅという表題の米国特許第６０６５７１８号、ＳＴＯＬ／ＶＴＯＬ  Ｆｒｅｅ  Ｗｉｎｇ  Ａｉｒｃｒａｆｔ  ｗｉｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｗｉｎｇ  ａｎｄ  Ｔａｉｌという表題の米国特許第５９４１４７８号、Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ａｎｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｔａｋｅ  Ｏｆｆ  ａｎｄ  Ｌａｎｄｉｎｇ  Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅという表題の米国特許第５８９０４４１号、Ｕｎｍａｎｎｅｄ  ＶＴＯＬ  Ｇｒｏｕｎｄ  Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ  Ｖｅｈｉｃｌｅという表題の米国特許第５８６３０１３号および米国特許第５５７５４３８号、Ａｎｃｉｌｌａｒｙ  Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ａｎ  Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｄｕｃｔｅｄ，Ｃｏａｘｉａｌ  Ｃｏｕｎｔｅｒ−Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｒｏｔｏｒｓという表題の米国特許第５４１９５１３号、Ｔｈｒｕｓｔ  Ｕｎｉｔ  ｆｏｒ  ＶＴＯＬ  Ａｉｒｃｒａｆｔという表題の米国特許第５４０７１５０号、Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ａｉｒｃｒａｆｔ  Ｈａｖｉｎｇ  ａ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｅｎｇｉｎｅ  ｗｉｔｈ  Ｄｕａｌ  Ｊｅｔ  Ｅｘｈａｕｓｔｓという表題の米国特許第５３７２３３７号、Ｃｏａｘｉａｌ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ／Ｃｅｎｔｅｒ  Ｈｕｂ  Ｓｕｂａｓｓｅｍｂｌｙ  ｆｏｒ  ａ  Ｒｏｔｏｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｄｕｃｔｅｄ，Ｃｏａｘｉａｌ  Ｃｏｕｎｔｅｒ−Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｒｏｔｏｒｓという表題の米国特許第５３５１９１３号、Ｔｏｒｏｉｄａｌ  Ｆｕｓｅｌａｇｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｆｏｒ  Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｄｕｃｔｅｄ，Ｃｏａｘｉａｌ，Ｃｏｕｎｔｅｒ−Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｒｏｔｏｒｓという表題の米国特許第５２７７３８０号、Ｄｒｉｖｅ  Ｔｒａｉｎ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｆｏｒ  ａ  Ｒｏｔｏｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｄｕｃｔｅｄ，Ｃｏａｘｉａｌ  Ｃｏｕｎｔｅｒ−Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｒｏｔｏｒｓという表題の米国特許第５２２６３５０号、Ｓｈｒｏｕｄ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ  ｆｏｒ  Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅｓという表題の米国特許第５１５０８５７号、およびＵｎｍａｎｎｅｄ  Ｂｏｏｍ／Ｃａｎａｒｄ  Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ  Ｖ／ＳＴＡＬ  Ａｉｒｃｒａｆｔという表題の米国特許第５１４５１２９号である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の様々な態様を共に組み合わせることにより、この問題の全物理的特性と取り組む比類のないホバリング飛行体構成を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、性能（持久性もしくは永続性、ペイロードの容量、実用上限速度、垂直上昇レート、および前進速度で測定される）の最大化と、ならびに音響シグネチャ（人間の耳に不可聴であることを表すｄＢＡで測定される）の最小化の両方と取り組むものである。直線に並んだエンジン、エンジン取付台、ベーン、およびペイロードによって作り出されるダクト後流の流入乱れによる非効率性（音響騒音源に共通である）の主要な原因が、ファンの前面の構造物をなくし、単一軸のテールコーンベーン姿勢制御を用いて除去された。二重反転するファンは、ステータ組立体によって流出を線状にすることに対する必要条件を排除する。各ダクト内の単一軸作動体およびファンの相対速度による姿勢制御は、多軸制御ベーンから通常生ずる流出の乱れを低減する。このテールコーン構造は自然の縮流率を低下する。姿勢制御ベーンサーボの数は４個から２個に低減されるが、２つの速度制動サーボと釣り合わされる。
【００１５】
２つのダクテッドファン組立体の間のペイロードの機械的構造は、センサの振動を低減する自然な剛性構造物を形作る。ダクトの効率は、エンジントルクがダクトに対してファンを動かさないのでファン先端のクリアランスが減少することにより増大される。エンジンは、センサ振動およびダクトに対するファンの動きについての主要な原因を除去する輸送手段の構造物によって緩衝取付けをされている。
【００１６】
主要な質量を中央に配置すると、慣性モーメントが低減するので輸送手段の角度鋭敏性が増大する。ペイロードの全質量、質量分布、および容量の変化に対する制御性は、輸送手段の横向き質量を中央に配置し、および輸送手段の長手状質量を垂直制御することによって高められる。重心の垂直制御は、ペイロードシェルのダブテールピンの配置により処理される。ダクト／ファン組立体およびエンジン／差動装置から成る推進システムの衝撃が無くなる機械的なペイロードのモジュール方式が実現される。
【００１７】
また、ウイングレットを使用する変形が、２つのダクト／ファン組立体のダブテールインサートと同じようにして取り付けられ配置されるので推進システムに不利な影響を与えることなく構成できる。ダクト／ファン組立体は同一の構造物である。また、ファンデザインの形状構成は同一であるが、二重反転については逆向きにされる。
【００１８】
ダクト／ファン組立体とペイロードポッドとの間のダブテール連結部は、使用のための迅速な組立て、およびパッキングのための迅速な分解を容易にする。また、エンジン、伝動装置、およびダクト／ファン組立体もスプライン軸およびレセプタクルを用いて迅速に組み合わされ、分離される。分離可能な組立体は輸送用の円筒体に迅速に積み重ねられる。
【００１９】
本発明の個々の構成部品は、より優れた作動をする輸送手段に資するそれ自体比類のない特徴を提供する。
本発明の第１の目的は、最大のペイロード積載能力および最長の耐久性を有しさらに兵士の携帯システムについての持ち運び可能なパッキングの制約条件に適合する、ダクテッドファン超小型無人機の輸送手段を提供することである。
【００２０】
本発明の第１の利点は、ダクテッドファン輸送手段の揚力性能の向上を実現し、輸送容器の制約条件がより大きなペイロードを支持することである。
本発明の他の利点は、空気力学的効率による耐久性の向上、および小さな輸送容器でのダクテッドファン輸送手段の燃料充填量の増大を実現することである。
【００２１】
本発明の他の利点は、ファンの前面にエンジンまたはエンジン取付台を無くすことによって流入乱れ源を排除することにより航空音響シグネチャの低減を実現することである。
本発明の他の利点は、スプライン軸およびダブテール構造連結部の使用により迅速な組立て／分解を実現することである。
【００２２】
本発明の他の利点は、片持ち梁状に突き出たポッドについて構造的一体性を実現することである。
本発明の他の利点は、テールコーンが縮流率を低下させ、ならびに受動的な安定性を実現することである。
【００２３】
本発明の他の利点は、構造物によるエンジンの振動の分離を可能にし、したがってダクトクリアランスについてのファン先端のより大きな密封性を可能にし、センサ騒音の主要な原因を除去することである。
【００２４】
本発明の他の利点には、ペイロードの変化性および積極的なペイロード据え付けを可能にする垂直重心管理方法がある。
本発明の他の目的、利点、および新規な特徴、ならびにさらなる適用範囲は、添付の図面と共にして一部は次の詳細な説明で示され、一部は次に述べることについての調査によって当業者に明らかになるであろうし、あるいは本発明の実施によって学習され得る。本発明の目的および利点は、特に添付の請求の範囲に指摘される手段および組合せによって理解され、達成され得る。
【００２５】
本明細書の一部に組み込まれその一部を形成する添付の図面は、本発明のいくつかの実施形態を示し、上記の詳細な説明と共に本発明の原理を説明する働きをする。この図面は、本発明の好ましい実施形態を示すという目的のためだけであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の態様は、相対型ダクテッドホバリング飛行体を構成するためのシステムおよび方法を提供する。ペイロードの運搬において本発明は空気力学的および音響上の性能を高めてきた。また、本発明はペイロードおよび輸送機パッキングの柔軟性をも提供する。
【００２７】
次の開示は相対型ダクテッドホバリング飛行体に言及するが、本発明は空輸輸送手段の分野において広い適用性を有し得ることが理解されるべきである。実例で議論される特定の形状構成は、変更され得、単に本発明の実施形態を示すために引用されるもので本発明の範囲を限定するように意図されるものではない。
【００２８】
図１および図２を参照すると、本発明は、２つのダクテッドファン組立体２０３、２つのアビオニクス／ペイロードポッド３００、往復機関もしくはタービンエンジン１０、差動装置６００、テールコーン１０４、および着陸装置１１０から成る相対型ダクテッド飛行体組立体の構成を教授するものである。図１は好ましい本発明の正面図を示し、図２は図１の実施形態の背面図を示す。直接の空気流の通路内にある構成部品だけは、ファン２０１、ステータ１０２、およびテールコーン１０４である。エンジン１０による潜在的な空気流の乱れ、ペイロードポッド３００、ならびに通常、前面にありかつ次に続くファンおよびステータ要素内にある制御作動体が、２つのダクテッドファン組立体２０３の間の中央に配置され、その結果、ダクテッドファン効率が増大し、同時に音響騒音が減少する。
【００２９】
図３を参照すると、２つのダクト／ファン組立体２０３は、ダクト１０１、スピナ１０２、テールコーン１０４、燃料ブラダ１０６（ダクト１０１の上側リップに配置される）、およびダブテール組立体機構１０８の構造が同一である。２つの反転ファン２０１、ステータファン取付台１０２、二重反転駆動装置２０２は、それらが反転の間は逆転する点でのみダクト組立体間で異なる。各ダクト１０１は、ポッド連結装置用の同一に配置されたダブテール組立体機構１０８、および異なるウイングレット／ポッド取付け箇所１０９を有する。さらにダブテール組立体機構は、発光体、もしくは他のペイロードポッド（図示せず）などの他の随意の装置の連結装置用のダクトに配置され得る。２つの同一の双対ポッド３００が、ダブテール組立体機構１０８によってダクテッドファン組立体２０３に取り付けられて示される。輸送手段は、動力ユニット１０として飛行体の中央に取り付けられた往復機関もしくはタービンエンジンなどのエンジン１０によって動力を供給される。他の実施形態では、ダクトファン組立体のそれぞれは分離したエンジンまたは電気モータによって動力を供給され得る。エンジン１０からファンへのエネルギー伝達は、図２に示すように差動装置６００などのエネルギー伝達装置による。一方のポッド３００は、輸送手段制御アビオニクス、輸送手段制御システムセンサ、および潜在的に燃料ブラダを含む。他方のポッドは、センサ、追加の燃料、または落下すべきもしくは据え付けるべき物体を含むことができる。
【００３０】
図４を参照すると、ファン２０１およびステータ／ファン取付台１０２が、半透明のダクトを介してそれらを見るように示される。各ファン組立体２０３は同様に構成される。ステータ１０２は、ファン２０１およびテールコーン１０４に対して構造上の取り付けを行い、ならびに空気流を線状にする。スピナ１０５はファン２０１の上端に配置されて空気流を平滑にする。テールコーン１０４は、出口空気流の縮流を最小に抑え推力を向上させる。図５は、スピナ１０５およびテールコーン１０４、ならびに着陸装置１１０を備える側面図を示す。着陸装置１１０は、最大の構造強度を得るためにダクトダブテール組立体機構１０８に取り付けられて示される。ダブテール取付け組立体１０８が説明されるが、これは取付け方法を限定するように意図されるものではない。任意の他のよく知られた取付け方法も使用され得る。
【００３１】
図６は、それによって輸送手段がピッチ軸４０１の周りに回転されるピッチ軸制御の手段を示す。ピッチ軸４０１は、相対型ダクト１０１の中心を通過し、ダクトの上側リップに向かって配置される。ピッチモーメントが、同じ向きに２つのテールコーン１０４の共通の偏りによって与えられる。テールコーン１０４は、ピッチ制御およびヨー制御の両方を行うために自由な１つの軸、ピッチ軸４０１だけを必要とする。
【００３２】
図７は、ヨー軸４０２の周りに輸送手段を回転させるためのヨー軸制御の手段を示す。ヨー軸４０２は、２つのダクト１０１の間で輸送手段の長手方向にエンジン１０の中心を通過する。ヨーモーメントが、示すように２つのテールコーン１０４によって偏向された空気流の対向する偏りによって発生される。
【００３３】
図８は、ロール軸４０３の周りに輸送手段を回転するためのロール軸制御の手段を示す。ロール軸４０３は、２つのダクト１０１の間で輸送手段の横方向にエンジン１０の中心を通過する。図１５の差動速度ブレーキ６０３によるファンの相対速度を制御するとロールモーメントが発生される。
【００３４】
図６のピッチ制御、図７のヨー制御、および図８のロール制御の組合せは、輸送手段の完全な姿勢制御を実現する。姿勢は、ファン速度によって決定される全ダクテッドファン推力で制御されるが、ファンの相対速度によって決定される相対的な推力はロールモーメントを発生する。テールコーン１０４の相対的な方向付けまたは組み合わされた方向付けは、推力方向付けを通してピッチおよびヨーに関する輸送手段の姿勢を制御する。これらのテールコーンは１つの軸に関して回転するだけであり、したがって１つのサーボ駆動装置だけを必要とする。ピッチ制御、ヨー制御、ロール制御、および推力制御は、安定制御システムの当業者には普通の知識によって処理される。
【００３５】
図９は、兵士の装備携帯システムのための飛行体の組立て順序を示す。図１５の差動装置６００のスプライン６０１が、一方のダクテッドファン組立体２０３のスプラインソケットの中に挿入される。第２のダクテッドファン組立体２０３のスプラインソケットは、差動装置６００の図１５の他方のスプライン６０１を覆って摺動される。次いでエンジンスプライン軸が、図１５の差動装置６００のスプライン継手６０２の中に摺動される。次に、双対ポッド３００がダクトダブテール組立体機構１０８を通して下方にポッドを摺動させることによって２つのダクテッドファン組立体２０３に取り付けられる。次に、着陸装置１１０が取り付けられ、次いで示すように２つのテールコーン１０４が取り付けられる。
【００３６】
図１０は、好ましい相対型ダクテッドホバリング飛行体についての分解およびパッキングの順序を示す。先ず、テールコーン１０４が、次いで着陸装置１１０が組み立てられた輸送手段１から取り除かれる。動力ユニット１０および差動装置６００が取り除かれ、次いで、双対ポッド３００がダクトダブテール組立体機構１０８から引き抜かれる。分解が完了すると、２つのダクテッドファン組立体２０３が詰め込まれた輸送容器４０４の底部に挿入される。２つの双対ポッド３００は、詰め込まれた輸送容器４０４の内側円に隣接して円形パターンに、上側のダクテッドファン組立体２０３の上端に据え付けられる。動力ユニット１０および差動装置６００は残りの空間に据えられる。テールコーン１０４の一方は、示すように９０度の方向付けをして他方の中に挿入され、動力ユニット１０の上端に据え付けられる。
【００３７】
図１１ａおよび図１１ｂは組み立てられた飛行体１の変形を示し、この前方のペイロードポッド３０２はより大きな容積および重量物の容量を得るように大きくされている。ダクトの前縁リップに対する重心の位置は、ダクトダブテール組立体機構１０８およびペイロードダブテール組立体機構３０１の位置によって維持される。図示で示すように、大きなポッドの変形３０２は、ペイロードシェルの底部の方へ配置されるペイロードダブテール組立体機構３０１を有する。
【００３８】
図１２ａ、図１２ｂ、および図１２ｃはペイロードセンサの可視性を示す。ペイロードセンサの可視性は、前方への飛行中のペイロードセンサの可視性（図１２ａ）、前方および後部のペイロードセンサの可視性（図１２ｂ）、水平方向のペイロードセンサの可視性（図１２ｃ）に関して１８０度以上である。
【００３９】
図１３は、取り付けられたウイングレット５００を有する組み立てられた飛行体１の他の構成を示す。ウイングレット５００は、組み立てられた飛行体１の飛行時間および操縦性を改良するように設けられる。これらの外部ダブテール組立体機構の箇所１０８は、センサ、発光体等のような他の機能を付属させるように使用され得る。
【００４０】
図１４は、組み立てられた輸送手段１に取り外し可能なウイングレット５００を取り付けるための組立て過程を示す。ペイロードポッド連結装置と同様に、ウイングレットは、２つのダクテッドファン組立体２０３の外縁に配置されたダクトダブテール組立体機構１０８に取り付けられる。
【００４１】
図１５は差動装置組立体を示す。動力は動力ユニット１０からスプライン継手６０２を介して差動装置６００に供給される。差動装置６００は、この動力を２つのスプライン軸６０１を介してダクテッドファン組立体２０３に伝達する。出力軸の相対速度は、速度ブレーキ６０３によりまたは軸装着システムを介してスプライン軸６０１に個々に作用する制動力によって制御される。速度ブレーキ６０３は、可変負荷制御装置を備える摩擦発生機または発電機であることができる。スプライン継手６０２およびスプライン軸６０１は迅速な組立ておよび分解ができるようにテーパを付けられ、動力ユニット１０の上におよびダクテッドファン組立体２０３に適合する。
【００４２】
図１６ａおよび図１６ｂはコンパクトな輸送ができるように積み重ねを支持するテールコーン１０４の形状構成を示す。テールコーン１０４は中空であり、その１つをもう１つの中に挿入できる。単一軸ベーンに対して９０度回転すると、挿入時にベーンが突出できるコーンの溝穴がある。
【００４３】
図１７は、着陸装置１１０の構造を示す。これは、溝穴付き端部およびばね付勢ボール（図１７）を有する形成された棒であり、このばね付勢ボールはダブテール組立体機構１０８の穴の中に挿入される。上記溝穴付き端部は、ダブテール組立体機構１０８の穴にある棒と噛み合って脚を回転させない。
【００４４】
図１８は、エネルギーがベルトシステムまたはチェーンシステムを用いてエンジンからファンへ伝達される他の駆動システムを示す。他の解決策では、ファン２０１への機械的な連結部を有さず、電子速度制御装置を備える各ファン２０１の下に電気モータを有するであろう。
【００４５】
その好ましい実施形態を特に基準にして本発明が詳細に説明されてきたが、他の実施形態も同じ結果を達成し得る。本発明の変更および改造は当業者に自明であり、この種の改変および均等物のすべてを添付の請求の範囲に包含することが意図される。上に引用したすべての参照、応用、特許、および刊行物についての開示の全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の好ましい実施形態の三次元等角正面図である。
【図２】図１の実施形態の三次元等角背面図である。
【図３】構成部品のいくつかを示す図１の実施形態の正面図である。
【図４】図３の実施形態の側面図である。
【図５】図３の実施形態の細長い三次元等角側面図である。
【図６】図６ａはテールコーンがピッチ制御を行う方法を示す図である。図６ｂはテールコーンがピッチ制御を行う方法を示す図である。
【図７】図７ａはテールコーンがヨー制御を行う方法を示す図である。図７ｂはテールコーンがヨー制御を行う方法を示す図である。
【図８】ファンの相対速度によるロール軸制御を示す図である。
【図９】図９ａは好ましい組立て順序を示す図である。図９ｂは好ましい組立て順序を示す図である。図９ｃは好ましい組立て順序を示す図である。図９ｄは好ましい組立て順序を示す図である。図９ｅは好ましい組立て順序を示す図である。図９ｆは好ましい組立て順序を示す図である。
【図１０】好ましい輸送機パッキングの順序を示す図である。
【図１１】図１１ａは他の大きなポッドを示す図である。図１１ｂは他の大きなポッドを示す図である。
【図１２】図１２ａはペイロードセンサの可視性を示す図である。図１２ｂはペイロードセンサの可視性を示す図である。図１２ｃはペイロードセンサの可視性を示す図である。
【図１３】ウイングレットを有する組み立てられた飛行体の他の構成を示す図である。
【図１４】組み立てられた飛行体に取り外し可能なウイングレットを取り付けるための組立て過程を示す図である。
【図１５】好ましい差動装置組立体を示す図である。
【図１６】図１６ａはテールコーンを積み重ねるための好ましい方法を示す図である。図１６ｂはテールコーンを積み重ねるための好ましい方法を示す図である。
【図１７】好ましい着陸装置の構造を示す図である。
【図１８】エネルギーがベルトシステムまたはチェーンシステムを用いてエンジンからファンへ伝達される他の駆動システムを示す図である。
【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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年10月29日(2007.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のファン組立体（２０３）内の回転する第１のファン（２０１）および第２のファン組立体（２０３）内の第２の逆回転するファン（２０１）を含む２つのダクトファン組立体（２０３）と、
前記第１のファン（２０１）および前記第２のファン（２０１）に動力を供給するための少なくとも１つのエンジン（１０）であって、前記第１のファン組立体（２０３）と前記第２のファン組立体（２０３）との間でダクトの流入波の外側に配置される前記少なくとも１つのエンジン（１０）と、
前記第１のファン（２０１）および前記第２のファン（２０１）の速度を独立して調整するためのエネルギー伝達装置（６００）と
を備えるホバリング飛行体。
【請求項２】
前記ホバリング飛行体のピッチ姿勢制御およびヨー姿勢制御を得るために各ダクトファン組立体（２０３）に対して運動の自由なテールコーン（１０４）の１つの軸をさらに備える、請求項１に記載の飛行体。
【請求項３】
少なくとも２つのポッド（３００、３０２）をさらに備え、前記少なくとも２つのポッド（３００、３０２）の各ポッドが前記第１のダクトファン組立体（２０３）の第１の端部に取り付けられ、第２の端部が前記第２のダクトファン組立体（２０３）に取り付けられる、請求項１に記載の飛行体。
【国際調査報告】
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2008531375.tif 000022
2008531375.tif 000023