(57)【要約】垂直離陸および着陸の航空機は、垂直および水平の推力を提供するロータを含む。前方運動中、垂直揚力システムは機能しない。揚力ファン機構は、垂直揚力システムが機能しないとき、航空機のファンブレードを畳み込まれた配置に配置し、垂直揚力システムが機能するとき、航空機のファンブレードを展開された配置に配置する。
2015529598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揚力ファン機構であって、
軸の周りで回転するように駆動される１または複数のファンブレードを備える第１のブレードセットと、
前記第１のブレードセットの前記軸の周りで回転させられる１または複数のファンブレードをそれぞれが備える、１または複数の追加のブレードセットであって、前記第１のブレードセットから独立して回転する、１または複数の追加のブレードセットと、
前記第１のブレードセットおよび前記１または複数の追加のブレードセットの第１の位置と第２の位置の間の、前記第１のブレードセットと前記１または複数の追加のブレードセットの間の相対回転を制限する複数の機械的停止部であって、前記揚力ファン機構が、前記第１の位置では畳み込まれ、前記第２の位置では推力をもたらすために展開される、複数の機械的停止部と、
前記第１のブレードセットに結合された駆動モータであって、前記第１のブレードセットにトルクを作用して前記１または複数の追加のブレードセットを前記畳み込まれた配置から前記展開された配置まで、およびその逆に移動させるように構成された、駆動モータと、
を備えることを特徴とする揚力ファン機構。
【請求項２】
前記第１のブレードセットと前記１または複数の追加のブレードセットとの間の摩擦パッドであって、前記第１のブレードセットと前記１または複数の追加のブレードセットとの間の前記相対回転を抑制する保持トルクを提供する摩擦パッドをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の揚力ファン機構。
【請求項３】
前記摩擦パッドは、複数のばねボールプランジャまたは屈曲部によって予荷重がかけられることを特徴とする請求項２に記載の機構。
【請求項４】
前記摩擦パッドは、前記１または複数の追加のブレードセットによって生成された前記揚力によって前記１または複数の追加のブレードセット上に荷重かけされることを特徴とする請求項２に記載の機構。
【請求項５】
前記１または複数の追加のブレードセットは、少なくとも前記展開された配置または前記畳み込まれた配置にあるときに保持力を提供する戻り止め機構をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の揚力ファン機構。
【請求項６】
前記保持力は、前記第１のブレードセットおよび前記１または複数の追加のブレードセット内に含まれた磁石の相互作用によって生成されることを特徴とする請求項５に記載の揚力ファン機構。
【請求項７】
前記第１のブレードセットは、溝を含み、前記１または複数の追加のブレードセットは、ばね荷重式歯止めを含み、戻り止めトルクは、前記ばね荷重式歯止めが、前記溝内に配置されたときに前記ばね荷重式歯止めおよび前記溝によって生成されることを特徴とする請求項５に記載の揚力ファン機構。
【請求項８】
前記揚力ファン機構は、閾値速度を上回って回転する前記第１のブレードセットに反応して前記畳み込まれた配置から前記展開された配置に移行することを特徴とする請求項１に記載の揚力ファン機構。
【請求項９】
前記揚力ファン機構は、閾値加速度を上回って加速する前記第１のブレードセットに反応して前記畳み込まれた配置から前記展開された配置に移行することを特徴とする請求項１に記載の揚力ファン機構。
【請求項１０】
前記揚力ファン機構は、閾値加速度を下回って加速する前記第１のブレードセットに反応して前記展開された配置から前記畳み込まれた配置に移行することを特徴とする請求項１に記載の揚力ファン機構。
【請求項１１】
前記磁石は、ネオジウム磁石であることを特徴とする請求項６に記載の揚力ファン機構。
【請求項１２】
前記第１のブレードセットおよび前記１または複数の追加のブレードセット各々は、２ブレード式ファンを含むことを特徴とする請求項１に記載の揚力ファン機構。
【請求項１３】
前記展開された配置は、前記第１のブレードセットおよび前記１または複数の追加のブレードセットが回転するときに推力を生み出すための、前記第１のブレードセットに対する前記１または複数の追加のブレードセットの位置に対応することを特徴とする請求項１に記載の揚力ファン機構。
【請求項１４】
前記駆動モータは、電気モータであることを特徴とする請求項１に記載の揚力ファン機構。
【請求項１５】
前記１または複数の追加のブレードセットは、１つの追加のブレードセットを含むことを特徴とする請求項１に記載の揚力ファン機構。
【請求項１６】
前記１または複数の追加のブレードセットは、２つまたはそれ以上の追加のブレードセットを含むことを特徴とする請求項１に記載の揚力ファン機構。
【請求項１７】
垂直離着陸航空機であって、
複数の揚力ファン機構であって、各々の揚力ファン機構が、
軸の周りで回転するように駆動される１または複数のファンブレードを備える第１のブレードセットと、
前記第１のブレードセットの前記軸の周りで回転させられる１または複数のファンブレードを各々が備える、１または複数の追加のブレードセットであって、前記第１のブレードセットから独立的に回転する、１または複数の追加のブレードセットと、
前記第１のブレードセットおよび前記１または複数の追加のブレードセットの第１の位置と第２の位置の間の、前記第１のブレードセットと前記１または複数のブレードセットとの間の相対回転を制限する複数の機械的停止部であって、前記揚力ファン機構は、前記第１の位置では畳み込まれ、前記揚力ファン機構は、前記第２の位置では推力をもたらすために展開される、複数の機械的停止部と、
前記第１のブレードセットに結合された駆動モータであって、トルクを前記第１のブレードセットに印加して前記１または複数の追加のブレードセットを前記畳み込まれた配置から前記展開された配置まで、およびその逆に移動させるように構成される、駆動モータと
を含む、複数の揚力ファン機構
を備えることを特徴とする垂直離着陸航空機。
【請求項１８】
前記複数の追加のブレードセットは、１つの追加のブレードセットを含むことを特徴とする請求項１７に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項１９】
前記複数の追加のブレードセットは、２つまたはそれ以上の追加のブレードセットを含むことを特徴とする請求項１７に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項２０】
各々の揚力ファン機構は、
前記１または複数の追加のブレードセットが、少なくとも前記展開された配置または前記畳み込まれた配置にあるときに保持力を提供する戻り止め機構
をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の垂直離着陸航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
説明される実施形態は、動力揚力発生航空機用の可変ジオメトリの揚力ファン機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年８月２４日出願の米国特許仮出願第６１／６９３，１７２号明細書に対する優先権を主張し、上記文献は、参照によって全体的に組み込まれる。
【０００３】
航空機は、従来の飛行機などにおける固定翼、ヘリコプタなどにおける回転翼、または固定翼と回転翼の組み合わせを使用することができる。飛行状態によっては回転翼から揚力を引き出し、また他の飛行形態では固定翼から揚力を引き出す動力揚力発生航空機は、これらが、非常に短いまたは垂直の離陸および着陸を実行することができることから、望ましいものである。動力揚力発生航空機は、垂直および水平の両方の推力を提供する回転翼またはロータを有することができる。他のタイプの動力揚力発生航空機は、垂直推力用に１または複数のロータ（揚力ファン）および水平推力用に１または複数のロータ（プロペラ）を有している。一部の動力揚力発生航空機では、揚力ファンは、前方への飛行中、使用されない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
揚力ファンを備えた動力揚力発生航空機では、ファンは、４つまたはそれ以上のブレードを有して、静かな作動が可能な回転速度で必要な揚力を生じさせることができる。ファンブレードは、大きい翼弦を有することができ、大きく捩じられるものである。ファンブレードが固定式である場合、これらのタイプのファンは、ブレードからの流れ分離および大きい前面面積によって大きな空力抵抗を生じる。これによって、航空機の性能が低下する。個々のファンブレードが、航空機を流れる空気流れの方向に揃う場合、前面面積および流れ分離の両方が低減し、その結果、抵抗がより小さくする。２ブレード式ファンは、ブレードを流れ方向に位置合わせして停止することができるが、このような停止は、３つ以上のブレードのファンでは可能でない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書における実施形態は、動力揚力発生航空機の揚力ファンの実施形態を開示する。航空機の揚力ファンは、展開された配置から畳み込まれた配置、およびその逆に移行するように構成され得る。一実施形態では、揚力ファンの展開された配置は、推力を生み出すための揚力ファンのファンブレードの最良の配向に対応する。たとえば、４ブレード式ファンのブレード間の９０°間隔は、揚力ファンの展開された配置に対応することができる。揚力ファンの畳み込まれた配置は、推力がもはや必要とされないときの揚力ファンのファンブレードの配向を説明する。一実施形態によれば、畳み込まれた配置は、揚力ファンのファンブレードを互いに一直線になるように配置することによって、揚力ファンの前面面積と、前方飛行において揚力ファンによって生み出される抵抗とを低減する。加えて、畳み込まれた配置は、航空機の全体幅を低減して、より容易な輸送および保管を可能にする。
【０００６】
一実施形態では、揚力ファンのブレードを、揚力ファンを駆動するモータを用いて、展開された配置と畳み込まれた配置との間で移動させるための機構が使用され、それによって追加のモータおよび／または作動装置の必要性を無くす。一部の実施形態では、揚力ファンを駆動するモータは、電気モータである。代替的には、揚力ファンを駆動するモータは、ガソリンモータである。これらの実施形態では、電気モータのトルクが、揚力ファンブレードを、展開された配置と畳み込まれた配置との間で移動させるために正確に制御され使用され得る。機械的停止部が、揚力ファンのブレード内に組み込まれ得る。機械的停止部の位置は、揚力ファンのブレードが、ファンを展開された配置または畳み込まれた配置に配置するために互いに対して順に回転することができる角度を画定するために使用され得る。ブレード間の摩擦および減衰は、展開および畳み込みアクションの動態に影響を与えるために、および／または畳み込まれた配置または展開された配置から外れるブレードの回転を抑制するために使用され得る。戻り止めもまた、畳み込まれた配置または展開された配置から外れるブレードの回転を機械的または磁気的に抑制するために含まれてよい。
【０００７】
この発明の概要および後続の詳細な説明において説明される特徴および利点は、限定的であると意図されるものではない。多くの追加の特徴および利点が、図、明細書、および特許請求の範囲を鑑みて当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態による、展開された配置にある揚力ファンを示す図である。
【図２】一実施形態による、畳み込まれた配置にある揚力ファンを示す図である。
【図３Ａ】一実施形態による、磁気的戻り止めを用いる、畳み込まれた配置にある揚力ファン展開機構の詳細図である。
【図３Ｂ】一実施形態による、磁気的戻り止めを用いる、展開された配置にある揚力ファン展開機構の詳細図である。
【図４】一実施形態による、揚力ファンの展開機構の詳細図である。
【図５】一実施形態による、揚力ファンの駆動ブレードセットに結合された展開機構の部分の詳細図である。
【図６Ａ】畳み込まれた配置にある、ブレードを含む、一実施形態による展開機構を組み込む揚力ファンを示す図である。
【図６Ｂ】畳み込まれた配置にある、ブレード無しの、一実施形態による展開機構を組み込む揚力ファンを示す図である。
【図６Ｃ】展開された配置にある、ブレードを含むファンを示す図である。
【図６Ｄ】展開された配置にある、ブレード無しのファンを示す図である。
【図７Ａ】一実施形態による、機械的ラッチ戻り止めを用いる、畳み込まれた配置にある揚力ファン展開機構の詳細図である。
【図７Ｂ】一実施形態による、機械的ラッチ戻り止めを用いる、展開された配置にある揚力ファン展開機構の詳細図である。
【図８】被駆動ブレードセットと追従ブレードセットの間の相対角度に対する、磁気的戻り止めトルクのプロット図である。
【図９】一実施形態による、摩擦リングを示す畳み込まれた配置にある揚力ファンの展開機構の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
さまざまな非限定的な実施形態を例示目的で図によって表し、詳細な説明によって記述する。当業者は、本明細書において例示される構造および方法の代替的実施形態が、本明細書で説明された原理から逸脱することなく採用され得ることを以下の論議から容易に認識する。
【００１０】
図１は、一実施形態による動力揚力発生航空機の揚力ファンを例示している。例示された実施形態では、揚力ファンは、１つまたは２つのファンブレードの、２つまたはそれ以上のセットの積み重ねを備えたものであり、この場合、ブレードの合計数は、基本となる固定ブレードファンに必要とされる数に等しい。特に、図１は、合計４つのファンブレードを構成するための２つの２ブレードセットの積み重ねを例示している。図１に示す構成は、展開された配置と称される。一実施形態では、揚力ファンが推力を生み出すとき、ブレードセットは、図１に示すような、その最適な推力を生み出す配向に回動される。図１では、ブレードセット１０１Ａは、電気モータなどの駆動源に取り付けられた、駆動されるブレードのセットを示し、ブレードセット１０１Ｂは、回転軸の周りの運動を可能にする機構によって、駆動されるブレードセットに結合されたブレードの１または複数の追加の追従セットを示す。ブレードセットの追従セットは、ブレードの１つの追加のセット、またはブレードの２つまたはそれ以上の追加のセットを含むことができる。展開された配置では、単一の追従ブレードセット１０１Ｂを備えた４ブレードファンシステムに関して、各々のファンブレード間に９０°の間隔が構成される。しかし、代替の実施形態では、ブレード間の角度は、畳み込まれた配置に関連付けられた格納角度より大きい任意の角度になることができ、また、２つ以上の追従ブレードセットを含むことができる。
【００１１】
推力がもはや必要とされないとき、たとえば、巡航飛行または航空機の保管中、追従ブレードセット１０１Ｂを、図２に示す、畳み込まれた配置の形態まで回動することができる。この畳み込まれた配置によって、その位置が、図２の矢印によって示された、航空機の進行と一直線になり、ファンの前面面積および空力抵抗を小さくすることができる。追加的に、畳み込まれた配置は、航空機の全体幅を低減して、より容易な輸送および保管を可能にすることができる。畳み込まれた位置では、被駆動ブレードセット１０１Ａおよび追従ブレードセット１０１Ｂは、被駆動ブレードセット１０１Ａおよび追従ブレードセット１０１Ｂのファンブレードが、互いに一直線になるように配置される。すなわち、畳み込まれた配置では、ほぼゼロ度の間隔（すなわち格納角度）が、揚力ファンのファンブレードの対間に形成される。
【００１２】
展開された配置から畳み込まれた配置、また、その逆の変更は、いくつかの機構によって達成することができる。一実施形態では、機構は、追加のモータおよび／または作動装置を使用せずに、揚力ファンに動力供給するモータを用いて、追従ブレードセット１０１Ｂを展開された配置と畳み込まれた配置、およびその逆に移動させるものである。一実施形態では、揚力ファンの追従ブレードセット１０１Ｂは、畳み込まれた配置および展開された配置の両方に係合される機械的停止部によって画定された相対運動の範囲内で、被駆動ブレードセット１０１Ａの回転軸の周りを回転する。一実施形態では、機械的停止部は、被駆動ブレードセット１０１Ａおよび追従ブレードセット１０１Ｂに組み込まれる。保持トルクが、追従ブレードセット（１０１Ｂ）をこれらの機械的停止部に押し付けて保持するように印加され、それによって、空力的または他の外乱が、追従ブレードセット１０１Ｂを、停止部上で跳ね返らせず、または展開された配置または畳み込まれた配置などの所望の構成から抜け出させないようにすることができる。保持トルクは、さまざまな手段によって生成することができる。
【００１３】
一実施形態では、摩擦を加えることにより、被駆動ブレードセット１０１Ａと追従ブレードセット１０１Ｂの間の相対運動を抑制することにより、保持トルクを生成する。摩擦は、揚力ファンから全推力を生成するのに必要とされるトルクに対してほんの少しでよく、またはそれより大きな量であってもよい。追従ブレードセット１０１Ｂを展開された配置または畳み込まれた配置に維持する保持トルクをもたらすことに追加して、摩擦トルクは、機械的停止部が係合されたときに衝撃を低減する上で有益なものとすることができる。
【００１４】
図９は、保持摩擦トルクを生成する摩擦リング９００またはパッドを示している。摩擦リング９００は、被駆動ブレードセット１０１Ａと追従ブレードセット１０１Ｂとの間に位置している。モータ９０１が揚力ファンを加速させると、追従ブレードセット１０１Ｂによって生成された軸方向推力が、摩擦リング９００に作用し、それによって、摩擦リング９００によって生成される摩擦を増大させ、被駆動ブレードセット１０１Ａと追従ブレードセット１０１Ｂの間の相対移動を抑制するようになる。この機構は、摩擦リング９００によって生成される摩擦に打ち勝つのに必要なトルクが、揚力ファンが通常の作動範囲内で回転しているときにモータが作用させることができる最大トルクを上回るように、設計される。この場合、摩擦トルクが、相対運動を可能にするのに十分小さいものであるとき、機構の展開および後退は、より遅い速度で起こる必要がある。
【００１５】
別の実施形態は、上記で説明された機構に類似するが、被駆動ブレードセット１０１Ａと追従ブレードセット１０１Ｂの間に減衰を含むものである。減衰は、粘性の流体減衰体または任意の他の減衰方法（たとえば、磁気的渦流減衰など）ものとすることができる。減衰は、展開プロセスの速度を上げるかまたは減速させ、追従ブレードセットが機械的停止部に当たる速度を低減し、停止部上の跳ね返りを減衰させるように選択される。
【００１６】
一実施形態では、保持トルクは、展開された配置および／または畳み込まれた配置内で戻り止めを用いて生成される。一実施形態では、戻り止めは、追従ブレードセット１０１Ｂの、被駆動ブレードセット１０１Ａに対する回転を機械的に抑制するために使用される装置である。戻り止めの１つのタイプは、被駆動ブレードセット１０１Ａと追従ブレードセット１０１Ｂ内に組み込まれた２つの磁石の引力を用いる磁気的戻り止めである。図３Ａは、一実施形態による、被駆動ブレードセット１０１Ａおよび追従ブレードセット１０１Ｂの磁石の位置の、畳み込まれた配置での詳細図を示している。被駆動ブレードセット１０１Ａおよび追従ブレードセット１０１Ｂは、図３Ａに示すものより多いかまたは少ない磁石を有することもできることに留意されたい。すなわち、磁石３０１Ａ、３０１Ｂ、および３０３の各々は、機構の周りに分散された多数の磁石から構成することができる。
【００１７】
被駆動ブレードセット１０１Ａは、一実施形態では磁石３０１Ａおよび３０１Ｂを含有する。追従ブレードセット１０１Ｂは、磁石３０３を含む。一実施形態では、磁石３０１Ａ、３０１Ｂ、および３０３は、ネオジウム（ＮｄＦｅＢ）磁石を備える。図３Ａおよび３Ｂにおいて磁石３０１Ａ、３０１Ｂ、および３０３上に描かれた矢印は、磁石のＳ極からＮ極に向けて描かれたものである。１つの磁石のＮ極は、別の磁石のＳ極に引かれる傾向がある。図３Ａに示すように、畳み込まれた配置にあるとき、追従ブレードセット１０１Ｂ上の磁石３０３は、被駆動ブレードセット１０１Ａ上の磁石３０１Ａからわずかにずらされる。磁石３０３と磁石３０１Ａ間の磁気力は、これらを揃った配置になるように引く方向である。この力は、これを畳み込まれた配置に保持する傾向を生じさせる、図８に示すような、磁気的戻り止めトルク８００（例えば、およそ４Ｎ*ｍ）を生成するために使用され得る。
【００１８】
それに類似して、図３Ｂに示すように、展開された配置にあるとき、追従ブレードセット１０１Ｂ上の磁石３０３は、被駆動ブレードセット１０１Ａ上の磁石３０１Ｂからわずかにずらされる。磁石３０３と磁石３０１Ｂの間の磁気力は、これらを揃った配置になるよう引く方向である。この力は、これを展開された配置に保持する傾向がある、図８に示すような、磁気的戻り止めトルク８０１（たとえば、−４Ｎ*ｍ）を生成するために使用され得る。磁気的戻り止めトルク８００および８０１に打ち勝つのに必要なトルクは、揚力ファンから全推力を生成するのに必要とされるトルクに対してほんの少しでよく、またはこれは、それより大きな量とすることができる。
【００１９】
別のタイプの戻り止めは、図７Ａおよび７Ｂに示す機械的ラッチ戻り止めである。一実施形態では、機械的ラッチ戻り止めは、ばねまたは屈曲部７０３を用いて歯止め７０２に予め荷重をかけ、それにより、歯止め７０２が溝７０１Ａまたは７０１Ｂと係合したとき、相対運動が起こり得る前に、ある閾値トルクを超えることが必要とされる。図７Ａは、戻り止めトルクが、追従ブレードセット１０１Ｂを畳み込まれた配置に保つ傾向があるように位置する溝７０１Ａに歯止め７０２が係合された、畳み込まれた配置にある機械的ラッチを示している。
【００２０】
図７Ｂは、一実施形態による、戻り止めトルクが、追従ブレードセット１０１Ｂを展開された配置に保つ傾向があるように位置する溝７０１Ｂに歯止め７０２が係合された、展開された配置にある機械的ラッチを示している。溝７０１Ａおよび７０１Ｂ、歯止め７０２、ならびに屈曲部７０３の各々は、機構の周りで分散された多数のコピーから構成することができる。別の実施形態では、溝７０１Ａおよび７０１Ｂは、追従ブレードセット１０１Ｂ上に含まれ、歯止め７０２および屈曲部７０３は、被駆動ブレードセット１０１Ａ上に含まれる。
【００２１】
揚力ファンが使用されず、動力揚力発生航空機に対して固定式であるとき、揚力ファンは、通常、畳み込まれた配置にある。揚力ファンが、推力を生み出すために必要とされるとき、これは展開された配置にあり、これは、必要とされる推力および他の条件に応じて何らかの公称速度範囲内で回転する。公称作動速度範囲の例は、２５００ＲＰＭから３５００ＲＰＭである。モータは、揚力ファンにトルクを作用し、それによって揚力ファンを固定式配置から所望の作動速度まで加速させる。揚力ファンが加速するとき、揚力ファンは、これが作動速度範囲の下限に到達する前に、畳み込まれた配置から展開された配置に移動する。追従ブレードセット１０１Ｂの空力トルクおよび慣性は、トルクを、追従ブレードセット１０１Ｂを展開させる方向に、展開機構に作用させる。このトルクが、被駆動ブレードセットと追従ブレードセットの間の相対運動を抑制するトルク（たとえば摩擦および／または戻り止めトルク）を超えたとき、追従ブレードセット１０１Ｂは、被駆動ブレードセットに対して移動する。一実施形態では、展開トルクプロファイルは、追従ブレードセット１０１Ｂが、揚力ファンが公称作動速度範囲の下限に到達する前に畳み込まれた配置から展開された配置に移動するように設計される。一実施形態では、展開トルクは、揚力ファンを回転させるために動力を提供する電気モータによって生み出される。一実施形態では、電気モータのトルクは、所望の展開トルクプロファイルを作り出すように正確に制御され得る。
【００２２】
展開トルクプロファイルがどのように設計され得るかの一例として、追従ブレードセット１０１Ｂが、被駆動ブレードセット１０１Ａに対するその相対的位置に関わらず、追従ブレードセットは、その回転速度に対するトルクの二次量を必要とし、また、追従ブレードセットが２０００ｒｐｍで回転するとき１０Ｎ*ｍのトルクを必要とする、と仮定する。機構は、追従ブレードセット１０１Ｂの速度に関わらず、１０Ｎ*ｍの摩擦を含むように設計され得る。揚力ファンが、ゆっくりと回転して２１００ｒｐｍまで上げられ、これで保持された場合、追従ブレードセット１０１Ｂ上の空力トルクは、機構の摩擦に打ち勝ち、追従ブレードセット１０１Ｂは、これが、展開された配置を画定した機械的停止部に接触するまで加速する。この方法は、一実施形態により、「空力方法」と称されることになる。
【００２３】
別の例として、展開トルクプロファイルは、大量のトルクが作用して、追従ブレードセット１０１Ｂの回転の慣性荷重が機構の摩擦を超えるようにするように設計され得るものである。この方法は、一実施形態により、「慣性方法」と称されることになる。このトルクが、追従ブレードセット１０１Ｂが畳み込まれた配置から展開された配置に至るまで移動するのに十分長い時間の間、作用する必要がある。
【００２４】
畳み込みトルクプロファイルは、空力または慣性の方法を用いた類似の方法で設計され得るが、空力方法が畳み込みに使用された場合、揚力ファンは、通常の作動とは反対方向に回転する必要があることが除かれる。これが望ましくない場合、慣性方法が使用され、慣性荷重は、これが機構保持トルクおよび空力トルクの両方に打ち勝つようになる必要がある。展開および畳み込みのトルクプロファイルには、空力または慣性の方法の態様を組み合わせることができる数多くのバリエーションが存在する。
【００２５】
図４は、一実施形態による、被駆動ブレードセット１０１Ａおよび追従ブレードセット１０１Ｂに取り付けられた、ブレードセットを展開された配置および畳み込まれた配置に配置する機械的リングの詳細図を示している。機械的リングは、以下でさらに説明されるように、畳み込まれた配置および展開された配置に使用される、図３Ａおよび図３Ｂに説明されるものに類似する磁気的戻り止めを組み込んだものである。
【００２６】
特に、第１のリング４０１は、ねじまたは他の締結手段などの締結具を用いて、被駆動ブレードセット１０１Ａに取り付けられ、第２のリング４０２は、締結具を用いて追従ブレードセット１０１Ｂに取り付けられる。第１のリング４０１は、たとえば、複数の磁石４０３Ａ、４０３Ｂ、４０３Ｃ、４０３Ｄ、および４０３Ｅを備え、第２のリング４０２は、複数の磁石４０５Ａ、４０５Ｂ、４０５Ｃ、４０５Ｄ、４０５Ｅ、および４０５Ｆを備える。他の実施形態では、異なる数の磁石が、第１のリング４０１および第２のリング４０２に使用され得ることに留意されたい。使用される磁石の数は、保持トルクの所望の量および機構を特定の所望の容積に合わせる梱包考慮事項によって決定される。第１のリング４０１の複数の磁石４０３の各々は、ブレードセットが畳み込まれた配置および展開された配置にあるとき、第２のリング４０２の複数の磁石４０５の対応する１つに引かれる。すなわち、第１のリング４０１および第２のリング４０２内の各磁石は、畳み込まれた配置および展開された配置にあるとき、反対側のリング上の異なる磁石に引かれる。磁石の各々の対間の磁気引力は、反時計周りのトルクを第１のリング４０１に、時計周りのトルクを第２のリング４０２にそれぞれ作用して、畳み込まれた配置または展開された配置を維持する。展開された配置にあるとき、磁石の各々の対間の磁気引力は、反時計周りのトルクを第１のリング４０１に、時計周りのトルクを第２のリング４０２にそれぞれ作用して機構を展開された配置に維持する。
【００２７】
一実施形態では、機械的リング各々は、複数の機械的タブおよび複数の機械的停止部を含むものである。図４に示すように、第１のリング４０１は、機械的タブ４０４Ａおよび４０４Ｂと、機械的停止部４０７Ａ、４０７Ｂ、４０７Ｃ、および４０７Ｄとを備える。それに類似して、第２のリング４０２は、機械的タブ４０９Ａおよび４０９Ｂと、機械的停止部４１１Ａ、４１１Ｂ、４１１Ｃ、および４１１Ｄとを含む。機械的タブ４０９および機械的停止部４０７は、第２のリング４０２が、機械的タブ４０４および４０９それぞれが機械的停止部４０７および４１１に接触したとき、第１のリング４０１に対して時計周りまたは反時計周りの方向にそれ以上移動する（すなわち回転する）ことを防止する。各々の機械的タブは、対応する磁気戻り止めを含む。一実施形態では、機械的停止部４０７は、高衝撃プラスチック（たとえば超高分子量（ＵＨＭＷ）ポリウレタンプラスチック）または他の高耐衝撃性材料から作製され、機械的リングは、アルミニム、鋼、チタン、炭素繊維、または他の材料から作製される。機械的停止部４０７は、締結具、たとえば、ねじを用いて機械的リングに締め付けられ得る。
【００２８】
図５は、被駆動ブレードセット１０１Ａに結合された第１のリング４０１の詳細図を示している。図５に示すように、第１のリング４０１は、上記で先に説明されたように、複数の磁石４０３、複数の機械的タブ４０４、および複数の機械的停止部４０７を備える。図５に示すように、各々の機械的タブ４０４は、第１のリング４０１から突起する。機械的停止部４０７は、機械的タブ４０４のそれぞれの側で第１のリング４０１に取り付けられる。たとえば、機械的停止部４０７Ａは、機械的タブ４０４Ａの一方の側で第１のリング４０１に取り付けられ、機械的停止部４０７Ｄは、機械的タブ４０４Ａの他方の側で第１のリング４０１に取り付けられる。機械的停止部４０７は、ねじなどの締結具を用いて第１のリング４０１に取り付けられ得る。機械的停止部４０７は、第２のリング４０２の各々の機械的タブ４０９が、第１のリング４０１の対応する機械的停止部４０７に接触したとき、第２のリング４０２が過回転することを防止する。
【００２９】
一実施形態では、各々の機械的タブ４０４は、複数のばね荷重式ボールプランジャ（たとえば４つのばね荷重式ボールプランジャ）５０１を含む。詳細には、例示される実施形態では、機械的タブ４０４Ａは、ばね荷重式ボールプランジャ５０１Ａおよび５０１Ｂを含む。ばね荷重式ボールプランジャ５０１Ａは、機械的タブ４０４Ａの一方の端部に配置され、ばね荷重式ボールプランジャ５０１Ｂは、機械的タブ４０４Ａの他方の端部に配置される。磁石４０３Ａは、一実施形態では、ばね荷重式ボールプランジャ５０１Ａと５０１Ｂの間に位置する。それに類似して、機械的タブ４０４Ｂは、ばね荷重式ボールプランジャ５０１Ｃおよび５０１Ｄを含む。ばね荷重式ボールプランジャ５０１Ｃは、機械的タブ４０４Ｂの一方の端部に配置され、ばね荷重式ボールプランジャ５０１Ｄは、機械的タブ４０４Ｂの他方の端部に配置される。磁石４０３Ｄは、一実施形態では、ばね荷重式ボールプランジャ５０１Ｃと５０１Ｄの間に位置する。
【００３０】
第１のリング４０１のばね荷重式プランジャ５０１は、図５に示す第１のリング４０１の表面５０３に対応する第２のリング４０２の表面上を回転する。特に、第１のリング４０１のばね荷重式プランジャ５０１は、追従ブレードセット１０１Ｂの展開および畳み込み中、第２のリング４０２の表面上を回転する。第１のリングの表面５０３は、第１のリングの機械的停止部４０７Ａおよび４０７Ｂの対間に位置する。それに類似して、第２のリングの表面は、第２のリングの機械的停止部の対間に位置する。
【００３１】
一実施形態では、ボールプランジャ５０１はまた、第１のリング４０１および第２のリング４０２を押し離す軸方向の予荷重も作用し、高摩擦推力パッド９００上に荷重を作用する。推力によって生成された摩擦は、畳み込みおよび展開の動作中、第１のリング４０１および第２のリング４０２の動態を遅延させる減衰をもたらす。畳み込みおよび展開の動作を遅延させることによって、第１のリング４０１または第２のリング４０２の機械的タブが、反対側のリングの機械的停止部に接触する速度を低減することができる。これは、揚力ファンが遭遇する衝撃荷重を低減し、不安定な空力荷重のために起こり得る機械的停止部上のいかなる振動または跳ね返りも低減するものである。第２のリング４０２は、図５に説明される第１のリング４０１に類似する特徴を含むことに留意されたい。
【００３２】
概略、図６Ａは、一実施形態による展開機構を組み込む揚力ファンを示している。特に、図６Ａは、一実施形態による、畳み込まれた配置にある、ブレードを含む揚力ファンを示している。揚力ファンアセンブリは、揚力ファンの被駆動ブレードセット１０１Ａおよび追従ブレードセット１０１Ｂに結合された機械的リングを組み込むものである。機械的リングは、これらが、被駆動ブレードセット１０１Ａおよび追従ブレードセット１０１Ｂのファンブレードによって図内では隠されるため図６Ａでは示されないことに留意されたい。揚力ファンアセンブリは、さらに、揚力ファンアセンブリを航空機に結合させるモータ６００を備える。モータ６００は、電気モータ、内燃機関、油圧作動装置、または揚力ファンにトルクを作用することができる任意の他のタイプの作動装置とすることができる。
【００３３】
概略、図６Ｂは、畳み込まれた配置にある、ブレードを有さないファンを示している。特に、図６Ｂは、ファンブレードが、畳み込まれた配置における機械的リング４０１および４０２の位置を示すために取り外された状態の、図６Ａ内で示された畳み込まれたファンアセンブリを示している。畳み込まれた配置では、第１のリング４０１の機械的停止部４０７Ｄは、第２のリング４０２の機械的タブ４０９Ｂと接触状態にある。それに類似して、第２のリング４０２の機械的停止部４０７Ｂは、畳み込まれた配置では、第１のリング４０１の機械的タブ４０４Ｂと接触状態にある。第１のリング４０１の磁石４０３Ｄと第２のリング４０２の磁石４０３Ｂとの間の磁気引力および第１のリング４０１の磁石４０３Ｃと第２のリング４０２の磁石４０５Ｅとの間の磁気引力は、揚力ファンの畳み込まれた配置を維持する。図６Ｂに示さない揚力ファンアセンブリの反対側の磁石の別の対の磁気引力が、揚力ファンの畳み込まれた配置を維持するのに寄与することに留意されたい。
【００３４】
概略、図６Ｃは、展開された配置にある、ブレードを含むファンを示す。特に、図６Ｃでは、追従ブレードセット１０１Ｂは、展開された配置が、図６Ｄに示す機械的リングの位置によって画定されたように到達されるまで回転している。図６Ａに類似して、機械的リングは、被駆動ブレードセット１０１Ａおよび追従ブレードセット１０１Ｂのファンブレードによって隠されるため、図６Ｃでは示されない。
【００３５】
概略、図６Ｄは、展開された配置にある、ブレードを有さないファンを示す。特に、図６Ｄは、ファンブレードが、展開された配置における機械的リング４０１および４０２の位置を示すために取り外された状態の、図６Ｃに示された展開されたファンアセンブリを示している。展開された配置では、第１のリング４０１の機械的停止部４０７Ｃは、第２のリング４０２の機械的タブ４０９Ａと接触状態にある。それに類似して、第２のリング４０２の機械的停止部４１１Ａは、展開された配置では第１のリング４０１の機械的タブ４０４Ｂと接触状態にある。第１のリング４０１の磁石４０３Ｄと第２のリング４０２の磁石４０５Ｂとの間の磁気引力および第１のリングの磁石４０３Ａと第２のリングの磁石４０５Ｂとの間の磁気引力は、揚力ファンの展開された配置を維持する。図６Ｄに示さない揚力ファンアセンブリの反対側の磁石の別の対の磁気引力が、揚力ファンの展開された配置を維持することに寄与することに留意されたい。
【００３６】
以上の説明は、特有の実施形態の文脈で提供されてきたが、当業者は、数多くの代替的実施形態が、提供された教示から推測され得ることを理解するであろう。さらに、この記述された説明において、構成要素の特定の名称、用語の大文字使用、属性、データ構造、または任意の他の構造的またはプログラミングの態様は、別途留意されない限り、必須または重要ではなく、説明された本発明を実施する機構またはその特徴は、異なる名前、形式、またはプロトコルを有することができる。さらに、システムの一部の態様は、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせを介して、または全体的にハードウェア要素内で実施され得る。また、ここで説明されたさまざまなシステム構成要素間の機能性の特定の分割は、必須ではなく、単一のモジュールまたはシステム構成要素によって実行される機能は、その代わりに、多数の構成要素によって実行されてよく、多数の構成要素によって実行される機能が、その代わりに、単一の構成要素によって実行されてよい。同様に、方法ステップが実行される順序は、別途留意されない限りまたは論理的に必要とされない限り、必須ではない。
【００３７】
別途示されない限り、「選択する」または「算出する」または「決定する」などの用語を利用した説明は、コンピュータシステムのメモリもしくはレジスタ、または他のそのような情報記憶、送信もしくは表示装置内で物理的（電子的）量として表されたデータを操作および変換するコンピュータシステムまたは類似の電子算出装置のアクションおよびプロセスを指す。
【００３８】
最後に、本明細書において使用される言語は、読み易くし指示する目的で基本的に選択されており、本発明の主題を線引きするまたは束縛するように選択されていないことに留意されたい。それにしたがって、本開示は、本発明の範囲を限定するものではなく例示するものであるよう意図される。
【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５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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