(57)【要約】  航空機は、周期的および集合的制御の両方を備えるロータを有する推進システムと、それを中心として推進システムが胴体に対して回転する回転軸と、を伴って構成される。制御システムは、ロータの周期的制御を通して生成されたトルクを使用して、推進システムを回転させるための独立したアクチュエータ機構を必要とすることなく、推進システムを、回転軸を中心として再位置付けするように構成され、それによって、航空機の重量および機械的な複雑さが低減される。また、制御システムは、１つ以上のロータによって提供されるトルクを利用して、１つ以上の翼を航空機上方の気流に対して位置付け、航空機にトルクを作用させて航空機の方向を制御し得る。【選択図】図１
2021506655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機であって、
胴体と、
翼と、
前記翼に取り付けられた推進システムであって、集合的および周期的制御の両方を有するロータを備える、推進システムと、
前記翼の翼幅方向と実質的に位置合わせされた翼回転軸であって、前記翼が、前記胴体に対して前記翼回転軸を中心として回転可能である、翼回転軸と、
前記ロータの周期的制御を通して生成されたトルクを利用して、前記翼と前記推進システムを、前記翼回転軸を中心として回転させる制御システムと、を備える、航空機。
【請求項２】
前記航空機が複数の翼を含み、各翼に取り付けられた推進システムを備える、請求項１に記載の航空機。
【請求項３】
前記翼回転軸を中心とした前記翼の回転を選択的に防止または許可するように構成されたブレーキ機構をさらに備える、請求項２に記載の航空機。
【請求項４】
前記翼の、前記翼回転軸を中心とした第１の方向への回転を防止し、第２の方向への回転を許可するように構成されたラチェット機構をさらに備える、請求項２に記載の航空機。
【請求項５】
航空機であって、
胴体と、
第１の翼と、
第２の翼と、
前記第１の翼に取り付けられた第１の推進システムであって、集合的および周期的制御の両方を有する第１のロータを備える、第１の推進システムと、
前記第２の翼に取り付けられた第２の推進システムであって、集合的および周期的制御の両方を有する第２のロータを備える、第２の推進システムと、
前記第１の翼の第１の翼幅方向と実質的に位置合わせされた第１の翼回転軸であって、前記第１の翼が、前記胴体に対して前記第１の翼回転軸を中心として回転可能である、第１の翼回転軸と、
前記第２の翼の第２の翼幅方向と実質的に位置合わせされた第２の翼回転軸であって、前記第２の翼が、前記胴体に対して前記第２の翼回転軸を中心として回転可能である、第２の翼回転軸と、
前記第１のロータおよび前記第２のロータの周期的制御を通して生成されたトルクを利用して、前記第１の翼および前記第２の翼を、それぞれの回転軸を中心として独立して回転させる制御システムと、を備える、航空機。
【請求項６】
前記第１の翼の第１の揚力中心および前記第２の翼の第２の揚力中心が、前記航空機の重心を通過する軸の反対側にあり、前記制御システムが、前記第１のロータのトルクと第２のロータのトルクとを利用して、前記航空機の重心を通過する軸を中心としたトルクを前記航空機に作用させるように前記第１の翼および前記第２の翼を位置付ける、請求項５に記載の航空機。
【請求項７】
前記第１の翼回転軸を中心とした前記第１の翼の回転を選択的に防止または許可するように構成された第１のブレーキ機構と、前記第２の翼回転軸を中心とした前記第２の翼の回転を防止または許可するように構成された第２のブレーキ機構とをさらに備える、請求項５に記載の航空機。
【請求項８】
前記第１の翼の、前記第１の翼回転軸を中心とした第１の方向への回転を防止し、第２の方向への回転を許可するように構成された第１のラチェット機構と、前記第２の翼の、前記第２の翼回転軸を中心とした第３の方向への回転を防止し、第４の方向への回転を許可する第２のラチェット機構とをさらに備える、請求項５に記載の航空機。
【請求項９】
航空機であって、
胴体と、
翼と、
集合的および周期的制御の両方を有するロータを備える推進システムと、
前記翼の翼幅方向と実質的に位置合わせされた推力回転軸であって、それによって、前記推進システムが、前記胴体に対して前記推力回転軸を中心として回転可能である、推力回転軸と、
前記ロータの周期的制御を通して生成されたトルクを利用して、前記推進システムを、前記推力回転軸を中心として回転させる、制御システムと、を備える、航空機。
【請求項１０】
前記航空機が、前記胴体に対する推力回転軸を各々有する複数の推進システムを含む、請求項９記載の航空機。
【請求項１１】
前記推進システムの前記推力回転軸周りの回転を選択的に防止または許可するように構成されたブレーキ機構をさらに備える、請求項１０に記載の航空機。
【請求項１２】
前記推進システムの、前記推力回転軸を中心とした第１の方向への回転を防止し、第２の方向への回転を許可するように構成されたラチェット機構をさらに備える、請求項１０に記載の航空機。
【請求項１３】
方法であって、
コンピューティングデバイスの少なくとも１つのプロセッサによって、制御信号をロータに送信することを含み、
前記ロータが、周期的に制御されるように構成され、
前記ロータが、航空機のナセルに取り付けられ、
前記航空機の前記ナセルが、ナセル回転軸を中心として回転するように構成され、それによって、前記ナセルが、前記胴体に対して前記ナセル回転軸を中心として回転可能であり、
前記制御信号が、前記ナセル回転軸の周りにトルクを生成するように、前記ロータを周期的に制御する、方法。
【請求項１４】
生成された前記トルクに応答して前記ナセルが移動するように、前記ナセル回転軸を中心とした前記ナセルの移動を制御するように構成されたブレーキを解放するための第１のブレーキ制御信号を、前記少なくとも１つのプロセッサによって送信することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ナセルが、生成された前記トルクに応答して、前記ナセル回転軸を中心として第１の位置から第２の位置に移動したことを、前記少なくとも１つのプロセッサによって判定することと、
前記少なくとも１つのプロセッサによって、第２のブレーキ制御信号を送信して、前記第２の位置に移動した後、前記ナセルを固定位置にロックすることと、をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ナセルが、翼に堅固に取り付けられ、前記翼および前記ナセルの両方が、前記胴体に対して同じ前記ナセル回転軸を中心として回転するように構成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記ナセル回転軸が、前記翼の翼幅方向と実質的に平行である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
コンピューティングデバイスによる実行時に、前記コンピューティングデバイスに動作を行わせる命令が格納された非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令が、
制御信号をロータに送信するための命令であって、
前記ロータが、周期的に制御されるように構成され、
前記ロータが、航空機のナセルに取り付けられ、
前記航空機の前記ナセルが、ナセル回転軸を中心として回転するように構成され、それによって、前記ナセルが、前記胴体に対して前記ナセル回転軸を中心として回転可能であり、
前記制御信号が、前記ナセル回転軸の周りにトルクを生成するように、前記ロータを周期的に制御する、命令を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
生成された前記トルクに応答して前記ナセルが移動するように、前記ナセル回転軸を中心とした前記ナセルの移動を制御するように構成されたブレーキを解放するための第１のブレーキ制御信号を送信するための命令をさらに含む、請求項１８に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
前記ナセルが、生成された前記トルクに応答して、前記ナセル回転軸を中心として第１の位置から第２の位置に移動したことを判定するための命令と、
第２のブレーキ制御信号を送信して、前記第２の位置に移動した後、前記ナセルを固定位置にロックするための命令と、をさらに含む、請求項１９に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項２１】
前記ナセルが、翼に堅固に取り付けられ、前記翼および前記ナセルの両方が、前記胴体に対して同じ前記ナセル回転軸を中心として回転するように構成される、請求項１８に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項２２】
前記ナセル回転軸が、前記翼の翼幅方向と実質的に平行である、請求項２１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１２月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／６０９，９０２号の利益を主張し、その内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機は、多くの場合、滑走路のない狭い領域からの離着陸に使用され、一方で翼による巡航効率は維持される。ＶＴＯＬ航空機は、航空機がホバリングまたは低速飛行しているときは離着陸の飛行段階で垂直方向に推力を向け、巡航飛行中は水平方向に推力を向けて航空機を推進する。したがって、両方の飛行モードを可能にするために、推力偏向システムが利用される。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態では、航空機は、２つの翼を伴って構成され、１つは、航空機の重心の前方に配置され、１つは、航空機の重心の後方に配置され、各翼には、複数のロータ、例えば、４つのロータが取り付けられている。各ロータは、ロータの回転中心を通り、かつロータの回転平面に対して実質的に垂直な推力軸を有する。翼は、各翼の翼弦線が水平、垂直、または水平および垂直の間の任意の位置に配置され得るように、回転軸を備えた回転桁で航空機の胴体に取り付けられる。ブレーキ機構は、回転桁が固定位置にロックされ得るか、または解放されて自由に回転し得るように構成され、それによって、翼の翼弦線およびロータの推力軸の両方が胴体に対して旋回する。各ロータの推力レベルは、ロータに提供される動力およびロータブレードのピッチを集合的に制御することを通して変更され得る。各ロータは、ロータブレードが推力軸を中心として回転するときの角度位置に応じて、ロータブレードの迎え角を変化させる周期的制御を適用することにより、複数の軸の周りにトルクを生成することもできる。翼およびロータを、翼回転軸を中心に回転させることが望ましい場合、翼桁が胴体に対して回転できるように、ブレーキが解除される。翼回転軸を中心としたトルクを送達するために、ロータに周期的制御が適用され、翼およびロータを、回転軸を中心として旋回させる。翼が胴体に対して所望の角度位置に達すると、ブレーキが再びかけられ、翼が所定の位置にロックされる。
【０００４】
別の実施形態では、航空機は、翼に取り付けられた１対のロータを備えた単一の翼を有し、胴体の各側に１つのロータがある。
【０００５】
さらに別の実施形態では、翼は固定位置で胴体に取り付けられ、ロータは、胴体に対して回転軸を中心に旋回して、ロータによって提供される推力を方向付けする。
【０００６】
さらに別の実施形態では、トルクセンサを翼桁回転機構に取り付けて、翼桁に加えられたトルクを検知する。回転翼桁のブレーキ機構の制御システムには、トルクセンサが組み込まれ、翼桁のトルクが特定の閾値を超えた場合にブレーキが解除されないことを確実にする。
【０００７】
さらに別の実施形態では、回転翼桁のブレーキ機構は、双方向ラチェット機構を伴って構成され、それによって、航空機制御システムを使用して異なる回転モードを選択することができる。例えば、双方向ラチェット機構を有するブレーキ機構と併用され得る４つの回転モードは、自由回転、回転不可、時計回りの回転可能、および／または反時計回りの回転可能を含み得る。
【０００８】
様々な実施形態では、航空機の前部および後部のそれぞれにおけるロータの数は、４つより多くても少なくてもよい。
【０００９】
様々な実施形態では、航空機は、１つ以上の翼を含むことができる。
【００１０】
様々な実施形態では、トルクセンサおよび双方向ラチェット機構は、固定位置に１つ以上の翼を有する航空機の胴体に対してロータの推力軸を回転させる回転機構に適用することができる。
【００１１】
様々な実施形態では、左翼および右翼は、独立した回転翼桁上で胴体に取り付けられてもよく、胴体の左側および右側の翼の方向付けおよび推力が互いに対して変化することを可能にする。
【００１２】
様々な実施形態では、左右のロータによって加えられる差分トルクを使用して、左右の翼を胴体に対して異なる角度位置に配置し、航空機にロール制御を提供し得る。
【００１３】
さらに別の実施形態では、航空機は、航空機の重心の前方に位置するロータに取り付けられた旋回翼と、航空機の重心の後方に位置するロータに取り付けられた旋回翼とを有し、航空機制御システムは、前翼を位置付けるための前部ロータのトルクと、後翼を位置付けるための後部ロータのトルクとを使用し、それによって、航空機のピッチ軸を制御し得る。
【００１４】
様々な実施形態では、胴体の左側および右側のロータの差動推力を使用して、ロータが前方推力を提供するように位置付けられているとき、航空機のヨーを制御し得る。
【００１５】
様々な実施形態では、各ロータの推力軸は、胴体に対して独立して回転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示的な実施形態による、ロータおよび翼が胴体に対して水平に位置合わせされた航空機の等角図である。
【図２】例示的な実施形態による、胴体に対して垂直に位置合わせされたロータおよび翼を有する航空機の側面図である。
【図３】例示的な実施形態による、胴体に対するその軸の周りの各翼の独立した回転のために構成された航空機の等角図である。
【図４】例示的な実施形態による、前翼および後翼の両側に取り付けられた単一のロータを備えた航空機の部分等角図である。
【図５】例示的な実施形態による、胴体に対して回転することが可能である単一の旋回翼の各端部に取り付けられた単一のロータを有する航空機の等角図である。
【図６】例示的な実施形態による、ブレーキ機構、時計回りのラチェット機構、および反時計回りのラチェット機構を備えた、前翼に回転翼桁を備えた航空機を示す等角図である。
【図７】例示的な実施形態による、主制御ユニット、加速度計およびジャイロセンサシステム、航空データシステム、ならびに位置およびトルクセンサシステムを含む航空機制御システムの代表例を図示する。
【図８】例示的な実施形態による、ロータの周期的制御を通してナセルまたは翼の回転を制御するための方法を示すフロー図である。
【図９】例示的な実施形態による、ロータおよびラチェット機構の周期的制御を使用して翼の回転を制御する方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書では、ロータの周期的制御を利用して翼の回転軸の周りにトルクを加えることにより、胴体に対する翼の角度を再調整するためにトルクを生成するように構成されたロータを備えた航空機の様々な実施形態について説明する。言い換えると、本明細書で説明する航空機用の翼およびロータのベクトル化システムは、ロータによって生成されるトルクを利用して、航空機の胴体に対するロータおよび翼の位置を調整する。本明細書に詳述される様々な構成は、ロータによって生成されるトルクを利用して、航空機の胴体に対してロータおよびロータが取り付けられている翼を再位置付けし、それによって、ロータによって生成される推力を再度方向付けし、胴体に対する翼の角度を変更する。そのような実施形態は、重い傾斜翼アクチュエータの必要性を排除することにより、航空機の重量および複雑さを有利に低減させる。本明細書で説明する様々な実施形態は、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機、または推力の方向および／または翼もしくはロータの角度を再調整することが望ましい他のタイプの航空機に適用し得る。
【００１８】
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機は、滑走路のない狭い領域からの離着陸を可能にするために望ましい。さらに、ＶＴＯＬ航空機には、翼を利用して空気力学的揚力を生成することで巡航効率を提供する翼があり、それによって、水平飛行モード中にロータまたはプロペラを利用して、垂直に配向された推力を生成する必要性を低減または排除し得る。垂直飛行構成から水平飛行構成への移行は、航空機の胴体に対する推力軸の位置合わせを変更し、航空機を水平飛行で前方に推進するか、または垂直飛行で上方に推進することを伴い得る。多くの場合、航空機が、推力の相対方向を胴体の軸に対して変えることが望ましい。これにより、有利には、操縦性が向上し、効率が向上し、垂直離着陸が可能になる。
【００１９】
傾斜翼またはエンジンナセルを備えた航空機は、翼またはエンジンナセルを回転軸の周りに旋回させるために、重いアクチュエータ機構を利用する場合がある。これらのアクチュエータ機構は、相当量のトルクを送達するため、重くかつ大きく、航空機の効率を低下させる。また、これらのアクチュエータ機構は、航空機に機械的複雑さを加え、それらが動作可能でない場合、航空機が安全に飛行することを妨げ得る。いくつかのＶＴＯＬ航空機は、推進力のためにロータではなくプロペラのみを利用する場合があり、これは、少なくともいくつかのロータを利用する本明細書に記載の様々な実施形態の利点を提供しない。本明細書で説明するいくつかの実施形態は、プロペラおよびロータの組み合わせを使用することによって、本明細書で説明する利点を達成し得る。プロペラは、その推進軸に沿った推力の送達に制限され、一方でロータはその推進軸に沿った推力と、多数の他の軸を中心としたトルクとの両方を送達し得る。したがって、ロータは、周期的制御を使用することにより、ロータの回転軸と一致しない推力を生成し得る。
【００２０】
有利には、本明細書に記載の翼およびロータ傾斜機構は、１つ以上のロータの周期的制御を通して提供されるトルクを利用して翼を傾斜させ、それによって、すでに航空機の一部である推進システム（例えば、ロータ）を利用して翼およびロータを傾斜させることにより、個別の傾斜アクチュエータが不要になる。本明細書で説明される様々な実施形態のロータは、周期的に制御され得る。言い換えると、周期的制御を通して、個別のロータブレードのピッチ角またはフェザーリング角度を、各回転中にロータのハブを中心として回帰するときの回転位置に応じて周期的に調整または変更し得る。本明細書で説明する様々な実施形態のさらなる利点には、同じ翼に取り付けられた複数の代理機能ロータを使用して翼を傾斜させることに加えて、ロータシステムに存在する周期的制御管理部を利用することによって複数のロータを使用して異なる翼、翼の一部、または推進ユニットを独立して傾斜させることが含まれる。
【００２１】
本明細書に記載の実施形態のさらなる利点は、ロータトルクを使用して航空機の複数の翼の相対位置を調整し、それによって、従来のエレベータおよび補助翼制御なしでロールおよびピッチを制御し得ることを含む。これは、重量を追加して機械的複雑さをもたらす、エレベータまたは補助翼制御面、ならびにそれらに対応するアクチュエータ、制御ケーブル、およびプッシュロッドを取り除くことによって航空機を簡素化するため、有利である。したがって、専用のアクチュエータ機構を備えた航空機は、重い追加の構成要素を有る。これらの構成要素はまた、翼および／または推力軸と胴体との間の相対移動を遅い速度に制限する場合がある。
【００２２】
図１〜図２は、例示的な実施形態による航空機１０００を示す。胴体２は、航空機の乗員が着座することができる客室８を含む。前翼４は、前部ベクトル軸１６を中心として旋回し得るように、胴体２に取り付けられている。後翼６は、後部ベクトル軸１８を中心に旋回し得るように、胴体２に取り付けられている。前部モータナセル２６は、前翼４に堅固に取り付けられている。前部ロータ２０は、前部推力軸２２を中心としてスピンするように、前部モータナセル２６に取り付けられている。後部モータナセル３６は、後翼６に堅固に取り付けられている。後部ロータ３０は、後部推力軸３２を中心としてスピンするように、後部モータナセル３６に取り付けられている。前部ロータ２０は、前部推力軸２２に沿って推力を変化させる集合的制御と、前部ベクトル軸１６を含む複数の軸を中心としたトルクを変化させる周期的制御と、を伴って構成される。後部ロータ３０は、後部推力軸３２に沿って推力を変化させる集合的制御と、後部ベクトル軸１８を含む複数の軸を中心としたトルクを変化させる周期的制御と、を伴って構成される。
【００２３】
前部ロータ２０の周期的制御を通して生成されたトルクを使用して、前部ベクトル軸１６を中心として前翼４を旋回させて前翼４の位置を調整し、胴体２に対する前部推力軸２２の相対方向を調整し得る。後部ロータ３０の周期的制御を通して生成されたトルクを使用して、後部ベクトル軸１８を中心として後翼６を旋回させて後翼６の位置を調整し、胴体２に対する後部推力軸３２の方向を調整し得る。制御システムは、姿勢センサおよび加速度計からのデータを利用して、前部ロータ２０および後部ロータ３０から送達される相対推力およびトルクを調整し、胴体２の姿勢を制御し、一方で、前翼４は、前部ベクトル軸１６を中心として回転し、後翼６は、後部ベクトル軸１８を中心として回転する。
【００２４】
航空機１０００が図２に見られるように実質的に垂直飛行しているとき、航空機１０００のピッチは、前部推力軸２２および後部推力軸３２に沿って、前部ロータ２０および後部ロータ３０によって提供される相対推力を変化させることによって制御され得る。航空機１０００のロールは、胴体２の右側の前部ロータ２０および後部ロータ３０の推力に対する、胴体２の左側の前部ロータ２０および後部ロータ３０の相対推力を変化させることによって制御され得る。すべての前部ロータ２０および後部ロータ３０の推力は、航空機制御システムによって個別に制御され得る。
【００２５】
航空機１０００が、図１に見られるように実質的に水平飛行しているとき、航空機１０００のピッチは、胴体２に対する前翼４および後翼６の角度位置を変化させて、翼をエレベータまたはフラップとして機能させることによって制御され得る。
【００２６】
航空機１０００が、図１および図２に示される以外の角度位置に配向された前翼４および後翼６を有する場合、航空機の制御は、前部ロータ２０および後部ロータ３０の各々の相対推力を調整すると同時に、胴体２に対する前翼４および後翼６の角度位置を同時に調整することの組み合わせによって達成される。航空機１０００の航空機制御システムは、各ロータのトルクおよび推力を独立して調整して、航空機１０００のピッチ、ヨー、およびロールを調整し得る。
【００２７】
図３は、右前翼４４、左前翼５４、右後翼６４、および左後翼７４を備えた垂直離着陸航空機２０００を示す。右前部モータナセル４２は、右前翼４４に取り付けられ、右前部モータナセル４２の各々は、右前部推力軸４８に沿って推力を送達するための対応する右前部ロータ４０を有する。左前部モータナセル５２は、左前翼５４に取り付けられ、左前部モータナセル５２の各々は、左前部推力軸５８に沿って推力を送達するための対応する左前部ロータ５０を有する。右後部モータナセル６２は、右後翼６４に取り付けられ、右後部モータナセル６２の各々は、右後部推力軸６８に沿って推力を送達するための対応する右後部ロータ６０を有する。左後部モータナセル７２は、左後翼７４に取り付けられ、左後部モータナセル７２の各々は、左後部推力軸７８に沿って推力を送達するための対応する左後部ロータ７０を有する。
【００２８】
航空機２０００の航空機制御システムは、各ロータのトルクおよび推力を独立して調整して、航空機２０００のピッチ、ヨー、およびロールを調整することができる。航空機制御システムは、右前翼４４、左前翼５４、右後翼６４、および左後翼７４を独立して位置付け、補助翼、フラップ、またはエレベータとして機能させ、十分な前方気流が存在するとき、航空機２０００の姿勢を制御させる。
【００２９】
図４は、固定位置で胴体２２４に取り付けられた前翼２０２と、固定位置で胴体２２４に取り付けられた後翼２２２とを備えた垂直離着陸航空機３０００を示している。右前部モータナセル２０４は、前翼２０２に取り付けられ、それによって、右前部ロータ２０６に周期的制御が適用されて、右前部モータナセル２０４にトルクを加えると、前部ベクトル軸２００を中心として旋回し得る。左前部モータナセル２１０は、前翼２０２に取り付けられ、それによって、左前部ロータ２０８に周期的制御が適用されて、左前部ナセル２１０にトルクを加えると、前部ベクトル軸２００を中心として旋回し得る。右後部モータナセル２１４は、後翼２２２に取り付けられ、それによって、周期的制御が右後部ロータ２１２に適用されて、右後部ナセル２１４にトルクを加えると、後部ベクトル軸２２０を中心として旋回し得る。左後部モータナセル２１８は、後翼２２２に取り付けられ、それによって、周期的制御が左後部ロータ２１６に適用されて、左後部ナセル２１８にトルクを加えると、後部ベクトル軸２２０を中心として旋回し得る。
【００３０】
航空機３０００の航空機制御システムは、右前部ロータ２０６、左前部ロータ２０８、右後部ロータ２１２、および左後部ロータ２１６によって提供される推力およびトルクを独立して調整し、各ロータの推力の量および方向を調整し得る。また、航空機３０００の航空機制御システムは、航空機３０００の姿勢を制御するために、各ロータ間の相対推力およびトルクを制御し得る。
【００３１】
図５は、胴体４２４、右翼４２０、および左翼４２２を有する垂直離着陸航空機４０００を示す。右ロータ４０２は、右ナセル４０４に取り付けられ、右推力軸４１０に沿って推力を送達し、右ナセル４０４は、右翼４２０に取り付けられる。右翼４２０は、胴体４２４に対して翼旋回軸４１４を中心として旋回し得る。左ロータ４０６は、左ナセル４０８に取り付けられ、左推力軸４１２に沿って推力を送達し、左ナセル４０８は、左翼４２２に取り付けられる。左翼４２２は、胴体４２４に対して翼旋回軸４１４を中心として旋回し得る。補助推力システム４４０は、補助推力軸４４２に沿って推力を送達するように構成される。
【００３２】
航空機４０００の航空機制御システムは、右ロータ４０２および左ロータ４０６によって送達される推力およびトルクを独立して制御して、右翼４２０、左翼４２２、および胴体４２４の相対推力および相対角度を調整し得る。補助推力システム４４０は、航空機４０００の重心を中心としたトルクを提供して、航空機制御システムに、右翼４２０からの揚力から機体４２４に加えられるトルクと、左翼４２２によって提供される揚力と、左ロータ４０６によって提供される推力およびトルクとのバランスを取らせ、それによって、航空機４０００の姿勢および胴体４２４の姿勢を制御し得るように構成される。
【００３３】
図６は、垂直離着陸機用の翼傾斜機構５０００を示している。右翼５００は、右翼旋回軸５０４を中心として胴体５２４に対して回転し得るように、右翼桁５１２に堅固に取り付けられている。左翼５０２は、左翼旋回軸５０６を中心として胴体５２４に対して回転し得るように、左翼桁５１４に堅固に取り付けられている。右軸受５０８は、右翼桁５１２が胴体５２４に対して旋回し得るように構成され、左軸受５１０は、左翼桁５１４が胴体５２４に対して旋回し得るように構成される。右ブレーキアセンブリ５１６は、胴体５２４に対する右翼５００の回転に対する抗力を提供し得、左ブレーキアセンブリ５１８は、胴体５２４に対する左翼５０２の回転に対する抗力を提供し得る。右ラチェット機構５２２は、胴体５２４に対して、一方向の回転に対する抗力、および反対方向の自由回転を選択的に提供し得る。左ラチェット機構５２０は、胴体５２４に対して、一方向の回転に対する抗力、および反対方向の自由回転を選択的に提供し得る。
【００３４】
航空機制御システムは、右ブレーキアセンブリ５１６および左ブレーキアセンブリ５１８を選択的に使用して、胴体５２４に対する右翼５００および左翼５０２の位置を固定し得、さらにそれらを回転させ得る。また、航空機制御システムは、右ラチェット機構５２２および左ラチェット機構５２０を選択的に使用して、右翼５００または左翼５０２のいずれかを選択的に制御して、反対方向ではなく一方向に回転させ得る。
【００３５】
図７は、主制御ユニット６０６、加速度計およびジャイロセンサシステム６００、航空データシステム６０２、ならびに位置およびトルクセンサシステム６０４を含む航空機制御システム６０００の代表例を図示する。主制御ユニット６０６は、加速度計およびジャイロセンサシステム６００、航空データシステム６０２、ならびに位置およびトルクセンサシステム６０４からデータを受信し、制御アルゴリズムによってデータを処理して、右前部ロータ制御部６１４、左前部ロータ制御部６２４、右後部ロータ制御部６３４、左後部ロータ制御部６４４、右前翼ブレーキおよびラチェット機構６５０、左前翼ブレーキおよびラチェット機構６６０、右後翼ブレーキおよびラチェット機構６７０、ならびに左後翼ブレーキおよびラチェット機構６８０に制御信号を提供する。航空機制御システム６０００は、右前部ロータ６１２、左前部ロータ６２２、右後部ロータ６３２、左後部ロータ６４２、またはそれらの組み合わせからの推力およびトルクの個別の適用または組み合わせられた適用を通して、ピッチ、ヨー、およびロールを制御するように構成される。例えば、航空機が図２に示されるような垂直飛行構成から図１に示されるような水平飛行構成に移行するとき、右前部ロータ６１２および左前部ロータ６２２によって航空機に加えられるトルクおよび推力は、右後部ロータ６３２および左後部ロータ６４２によって航空機に加えられるトルクおよび推力とともに制御され得、それによって、翼およびナセルが垂直飛行構成から水平飛行構成に旋回する間、主制御ユニット６０６は、加速度計およびジャイロセンサシステム６００からの航空機姿勢データを使用して、航空機の各ロータの相対推力およびトルクを制御して、所望の航空機の姿勢を維持することができる。
【００３６】
航空機制御システム６０００は、コンピュータ可読媒体が格納されたメモリを含み得る。そのようなコンピュータ可読媒体は、本明細書で説明される様々な方法およびシステムを実施するために、主制御ユニット６０６によって実行されるコンピュータ実行可能コードであり得る。主制御ユニット６０６は、例えば、コンピュータプロセッサであってよい。メモリに格納され、プロセッサによって実行可能な命令は、以下で説明される方法９００などの方法を実行するように実装され得る。
【００３７】
図８は、例示的な実施形態による、ロータの周期的制御を通してナセルまたは翼の回転を制御するための方法８００を示すフロー図である。代替実施形態では、より少ない、追加の、および／または異なる操作を実行してもよい。また、フロー図の使用は、行われる操作の順序に関して限定することを意味するものではない。以下で論じられるように、方法８００および方法９００は、ナセルまたは翼を回転させるために使用され得る。「ナセルまたは翼」という語句が使用される場合、ロータから生成されるトルクは、ナセルのみの、またはナセルと本明細書に記載されるようにナセルが取り付けられている翼との両方の回転を引き起こし得ることが理解されるべきである。
【００３８】
ブロック８０５で、システムは、トルクセンサによって、翼またはナセル回転軸を中心としたトルクを測定する。言い換えれば、翼またはナセルに加えられている既存のトルクが測定される。そのトルクは、翼またはナセルに対する空力またはその他の力の結果であってもよい。ナセルまたは翼のトルクは、ブレーキ（８１５）を解放する前に、打ち消し／無効化（ブロック８１０を参照）され得るように測定される。ブレーキを解放する前に既存のトルクの打ち消し／無効化を行わないでブレーキを解放すると、結果として翼またはナセルの突然かつ即座の回転を引き起こす場合があり、これは順調でないかまたは望ましくない場合がある。
【００３９】
ブロック８１０において、システムは、制御信号をロータに送信し、ロータを周期的に制御してトルクを生成して、翼またはナセル回転軸周りの測定されたトルクを無効化または実質的に無効化する。ロータは、本明細書に記載されるように翼に取り付けられたロータであってもよく、またはナセルに付随するロータであってもよい。様々な実施形態では、制御信号は、トルクを完全にまたは実質的に無効化するのではなく、ロータの周期的制御にトルクを発生させて、測定されたトルクの少量のみが残るようにし得る。これは、例えば、測定されたトルクがすでに、システムが翼またはナセルを回転させたい方向にある場合に特に有用である場合がある。少量のトルクを残すことによって、翼またはナセルは、いったんブレーキが解放されると、ゆっくりと、および／またはスムーズに移動し始め得る（ブロック８１５参照）。
【００４０】
ブロック８１５において、システムは、第１のブレーキ制御信号を送信して、ナセルまたは翼の回転軸の周りのナセルまたは翼の移動を制御するように構成されたブレーキを解放し、それによって、ナセルまたは翼がナセルまたは翼の回転軸を中心として移動し得る。ロータの制御信号および周期的制御が、翼またはナセルに対して測定されたトルクを完全に無効化しない様々な実施形態では、翼またはナセルは、無効化されていないそのトルクに応答して実際に移動し始める場合がある。これは、周期的制御を使用してトルクを生成するための信号のいずれかが送信される前に、後に、または同時に行われてもよい（例えば、ブロック８１０の制御信号、ブロック８２０の制御信号）。言い換えれば、ブレーキを解放することにより、ナセルまたは翼は、その軸を中心として回転することが可能である。一実施形態では、ブレーキは、ブロック８１０の制御信号が送信されるまで解放されず（ブロック８１５）、ブロック８２０の制御信号が送信される前に解放される。別の実施形態では、ブロック８１０の制御信号が送信された後にブレーキが解放される（ブロック８１５）が、ブロック８２０の制御信号が送信されるのとほぼ同時に解放される。様々な実施形態では、ブレーキは異なる程度に解放されてもよく、異なるときに異なる程度に解放されてもよい。例えば、ブレーキは、ナセルまたは翼が移動を開始するように最初に完全に解放されてもよく、ナセルまたは翼がブレーキによって適所に完全にロックされる前に減速するために、ナセルまたは翼が移動するときに係合または部分的にロックされてもよい。センサは、ブレーキ、ナセルもしくは翼の速度、および／またはナセルもしくは翼の位置を適切に監視するために、ナセルもしくは翼の位置、または移動している速度を監視するために使用され得る。
【００４１】
ブロック８２０において、システムは、第２の制御信号をロータに送信し、ロータを周期的に制御して、ナセルまたは翼の回転軸の周りにトルクを生成して、ナセルまたは翼を回転させる。ロータは、ブロック８１０の制御信号が送信されたロータと同じであってもよく、またはブロック８１０の制御信号が送信されたロータと同じ翼上の異なるロータであってもよい。このようにして、トルクを発生させて、ナセルまたは翼を所望の角度位置に移動させることができる。
【００４２】
ブロック８２５において、システムは、ナセルまたは翼が、生成されたトルクに応答して、ナセルまたは翼の回転軸を中心として、第１の位置から第２の位置に移動したと判定する。第２の位置は、翼またはナセルの所望の位置であり得るか、または翼またはナセルが所望の位置に到達するときまでに停止することができるようにブレーキが適用されて回転を減速させるべきであるとシステムが認識する位置であり得る。これは、胴体に設置された近接センサか、ナセルまたは翼が第２の位置に到達したことを示す圧力センサか、またはナセルもしくは翼の移動を特定するかもしくは追跡する他の検知システムによって行われ得る。ナセルまたは翼が所望の位置に移動した後、ブロック８３０において、システムは、第２のブレーキ制御信号を送信して、ナセルまたは翼が第２の位置に移動した後、固定位置にロックさせる。この方法８００を使用して、ナセルまたは翼をいずれかの方向に移動させることができる。すなわち、方法８００を使用してナセルまたは翼を第１の位置から第２の位置に移動した後、方法８００を繰り返して、ナセルまたは翼を第１の位置に戻すことができる。唯一の違いは、制御信号によってロータがナセルまたは翼の回転軸を中心に反対方向にトルクを生成し、ナセルまたは翼が反対方向に移動して第１の位置に戻ることである。別の実施形態では、ナセルまたは翼は、その回転軸を中心として完全に回転することにより、同じ方向に移動して第１の位置に戻り得る。ゆえに、制御信号は、ロータに同じ方向のトルクを生成させ得る。
【００４３】
図９は、例示的な実施形態による、ロータおよびラチェット機構の周期的制御を使用して翼の回転を制御する方法９００を示すフロー図である。代替の実施形態では、より少ない、追加の、および／または異なる操作を実行してもよい。また、フロー図の使用は、行われる操作の順序に関して限定することを意味するものではない。ブロック９０５において、システムは、ナセルまたは翼が特定の方向に回転されるべきであると判定する。この判定は、ナセルまたは翼への空気力学的負荷がナセルまたは翼を反対方向に回転させるトルクを生成していることを示すセンサからのデータに基づくことを含む、制御信号および／またはセンサデータから行うことができる。ブロック９１０において、システムは、ラチェット機構に制御信号を送信し、回転が所望の方向にのみ許可されるようにラチェット機構を係合する。ブロック９１５において、システムは、制御信号をブレーキ機構に送信し、ブレーキを解放して回転を許可する。ここで、ナセルまたは翼は、所望の方向に自由に回転するが、ラチェット機構によって、ナセルまたは翼に対する気流からの空気力学的負荷に起因して、反対方向に回転することが防止される。ブロック９２０において、システムは、ナセルまたは翼に取り付けられたロータに信号を送信して、ロータの周期的制御を通してナセルまたは翼にトルクを生成させ、ここで、トルクは、ナセルまたは翼を所望の方向に回転させる。
【００４４】
例示的な実施形態では、本明細書で説明される動作のいずれかは、コンピュータ可読媒体またはメモリに格納されたコンピュータ可読命令として少なくとも部分的に実施され得る。プロセッサによるコンピュータ可読命令の実行時に、コンピュータ可読命令は、コンピューティングデバイスに操作を実行させ得る。
【００４５】
前述の例示的な実施形態の説明は、例示および説明の目的で提示されてきた。開示された正確な形態に関して網羅的または限定的であることが意図されるものではなく、上記の教示に照らして、または開示された実施形態の実施から、修正および変更が可能である。本発明の範囲は、本明細書に添付された特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義されることが意図されている。
【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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【国際調査報告】
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