(57)【要約】  垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機は、前方のプロペラのセットが前翼に、後方のプロペラのセットが後翼に取り付けられて構成され、プロペラは、それぞれ前方スラストベクタリング軸及び後方スラストベクタリング軸周りに回転することによって再位置決めされ得る。スラストベクタリング軸に対するプロペラの位置および乗客室の上下限に対するスラストベクタリング軸の位置は、プロペラが垂直スラスト位置から水平スラスト位置に回転されるとき、プロペラの回転面が、プロペラ構成要素の故障が乗客室に侵入する破片をもたらし損傷を引き起こす可能性がある乗客室の部分と決して交差しないことを確実にする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直離着陸航空機であって：
胴体と；
前記胴体内の乗客室と；
前記航空機の重心の前に位置する少なくとも２つの前プロペラであって、前記前プロペラのうちの少なくとも１つが前記胴体の両側に配置される、少なくとも２つの前プロペラと；
前記航空機の重心の後ろに位置する少なくとも２つの後プロペラであって、前記後プロペラのうちの少なくとも１つが前記胴体の両側に配置される、少なくとも２つの後プロペラと；を有し、
前記少なくとも２つの前プロペラの夫々の前方スラスト軸が前方スラストベクタリング軸に対してほぼ垂直であり、前記少なくとも２つの前プロペラは水平飛行モードにおいて前記前方スラストベクタリング軸の前に位置し、前記少なくとも２つの前プロペラの夫々の前記前方スラスト軸は前記前方スラストベクタリング軸周りに回転するように構成され；
前記少なくとも２つの後プロペラの夫々の後方スラスト軸が後方スラストベクタリング軸に対してほぼ垂直であり、前記少なくとも２つの後プロペラは水平飛行モードにおいて前記後方スラストベクタリング軸の後ろに位置し、前記少なくとも２つの後プロペラの夫々の前記後方スラスト軸は前記後方スラストベクタリング軸周りに回転するように構成され；
前方スラストオフセット距離が、前記少なくとも２つの前プロペラの回転面と前記前方スラストベクタリング軸との間に定められ、前記前方スラストオフセット距離は、前記前方スラストベクタリング軸から前記乗客室の上部までの垂直距離より大きく；
後方スラストオフセット距離が、前記少なくとも２つの後プロペラの回転面と前記後方スラストベクタリング軸との間に定められ、前記後方スラストオフセット距離は、前記後方スラストベクタリング軸から前記乗客室の底部までの垂直距離より大きい；
垂直離着陸航空機。
【請求項２】
前記少なくとも２つの前プロペラは、前翼に取り付けられ、前記少なくとも２つの後プロペラは、後翼に取り付けられる、
請求項１に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項３】
前記前翼は、前記前方スラストベクタリング軸周りに回転し、前記後翼は、前記後方スラストベクタリング軸周りに回転する、
請求項２に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項４】
前記前翼が前記前方スラストベクタリング軸周りに回転するとき、前記少なくとも２つの前プロペラもまた前記前方スラストベクタリング軸周りに回転する、
請求項３に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項５】
前記後翼が前記後方スラストベクタリング軸周りに回転するとき、前記少なくとも２つの後プロペラもまた前記後方スラストベクタリング軸周りに回転する、
請求項３に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項６】
前記少なくとも２つの前プロペラのナセルが、前記前翼とは独立して前記前方スラストベクタリング軸周りに回転する、
請求項２に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項７】
前記前翼は前記胴体に対して固定される、
請求項６に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項８】
前記少なくとも２つの後プロペラのナセルが、前記後翼とは独立して前記後方スラストベクタリング軸周りに回転する、
請求項２に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項９】
前記後翼は前記胴体に対して固定される、
請求項８に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項１０】
前記前翼は、前記航空機の重心の前方のポイントで前記胴体に取り付けられ、前記後翼は、前記航空機の重心の後方の前記航空機の前記胴体のポイントに取り付けられる、
請求項２に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの前プロペラおよび／または前記少なくとも２つの後プロペラは、ロータまたはプロペラである、
請求項１に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項１２】
前記少なくとも２つの前プロペラは、４つの前プロペラを含み、前記少なくとも２つの後プロペラは、４つの後プロペラを含む、
請求項１に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項１３】
前記少なくとも２つの前プロペラの夫々の前記前方スラスト軸は、前記乗客室の前方に位置し、前記少なくとも２つの後プロペラの夫々の前記後方スラスト軸は、前記乗客室の後方に位置する、
請求項１に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項１４】
垂直離着陸航空機であって：
胴体と；
前記胴体内の乗客室と；
前記航空機の重心の前に位置する少なくとも２つの前プロペラであって、前記前プロペラのうちの少なくとも１つが前記胴体の両側に配置される、少なくとも２つの前プロペラと；
前記航空機の重心の後ろに位置する少なくとも２つの後プロペラであって、前記後プロペラのうちの少なくとも１つが前記胴体の両側に配置される、少なくとも２つの後プロペラと；を有し、
前記少なくとも２つの前プロペラの夫々の前方スラスト軸が前方スラストベクタリング軸に対してほぼ垂直であり、前記少なくとも２つの前プロペラは前記前方スラストベクタリング軸の前に位置し、前記少なくとも２つの前プロペラの夫々の前記前方スラスト軸は前記前方スラストベクタリング軸周りに回転されるように構成され；
前記少なくとも２つの後プロペラの夫々の後方スラスト軸が後方スラストベクタリング軸に対してほぼ垂直であり、前記少なくとも２つの後プロペラは前記後方スラストベクタリング軸の後ろに位置し、前記少なくとも２つの後プロペラの夫々の前記後方スラスト軸は前記後方スラストベクタリング軸周りに回転されるように構成され；
前記胴体の補強された部分の上限が定められ、前記上限より下の前記胴体の第１の部分が、プロペラ故障からの破片が前記胴体内の搭乗者に損傷をもたらすことを防ぐように補強され、前記上限より上の前記胴体の第２の部分が、プロペラ故障からの破片が前記胴体内の搭乗者に損傷をもたらすことを防ぐように補強されず；
前方スラストオフセット距離が、前記少なくとも２つの前プロペラの回転面と前記前方スラストベクタリング軸との間に定められ、前記前方スラストオフセット距離は、前記前方スラストベクタリング軸から前記乗客室の上部までの垂直距離より大きく；
後方スラストオフセット距離が、前記少なくとも２つの後プロペラの回転面と前記後方スラストベクタリング軸との間に定められ、前記後方スラストオフセット距離は、前記後方スラストベクタリング軸から前記胴体の補強された前記第１の部分の前記上限までの垂直距離より大きい；
垂直離着陸航空機。
【請求項１５】
前記少なくとも２つの前プロペラおよび／または前記少なくとも２つの後プロペラは、ロータまたはプロペラである、
請求項１４に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの前プロペラの夫々の前記前方スラスト軸は、前記乗客室の前方に位置し、前記少なくとも２つの後プロペラの夫々の前記後方スラスト軸は、前記乗客室の後方に位置する、
請求項１４に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項１７】
前記少なくとも２つの前プロペラは、前翼に取り付けられ、前記少なくとも２つの後プロペラは、後翼に取り付けられる、
請求項１４に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項１８】
前記前翼は、前記前方スラストベクタリング軸周りに回転し、前記後翼は、前記後方スラストベクタリング軸周りに回転する、
請求項１７に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項１９】
前記少なくとも２つの前プロペラのナセルが、前記前翼とは独立して前記前方スラストベクタリング軸周りに回転し、前記少なくとも２つの後プロペラのナセルが、前記後翼とは独立して前記後方スラストベクタリング軸周りに回転する、
請求項１７に記載の垂直離着陸航空機。
【請求項２０】
垂直離着陸航空機であって：
胴体と；
前記胴体内の乗客室と；
前記航空機の重心の前に位置する前プロペラと；
前記航空機の重心の後ろに位置する後プロペラと；
を有し、
前記前プロペラは、前方スラストベクタリング軸周りに回転するように構成され；
前記後プロペラは、後方スラストベクタリング軸周りに回転するように構成され；
前方スラストオフセット距離が、前記前プロペラの回転面と前記前方スラストベクタリング軸との間に定められ、前記前方スラストオフセット距離は、前記前方スラストベクタリング軸から前記乗客室の上部までの垂直距離より大きく；
後方スラストオフセット距離が、前記後プロペラの回転面と前記後方スラストベクタリング軸との間に定められ、前記後方スラストオフセット距離は、前記後方スラストベクタリング軸から前記乗客室の底部までの垂直距離より大きい；
垂直離着陸航空機。
【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8月18日に出願された米国仮特許出願第62/547,216号の利益を主張し、その全内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、垂直に離着陸し且つ翼によって支えられている間に水平に巡航するように構成された垂直離着陸航空機に関する。
【背景技術】
【０００３】
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機は、滑走路のない小さな領域からの離着陸にしばしば使用されるが、その一方で、翼によって提供される巡航効率を有している。
【発明の概要】
【０００４】
一実施形態では、航空機は、１つが重心の前方に位置し、１つが重心の後方に位置する２つの翼で構成され、各翼は、それに取り付けられた４つのプロペラを有している。翼は、翼が水平、垂直、または水平と垂直の間の任意の位置に位置することができるように、回転軸上で航空機の胴体に取り付けられる。前翼（front  wing）のプロペラは前翼の前に取り付けられ、後翼（aft  wing）のプロペラは後翼の後ろに取り付けられる。前進飛行では、前翼のプロペラは機体を引き、後翼のプロペラは機体を押している。航空機が垂直着陸のために減速すると、翼および取り付けられたプロペラは回転軸周りに回転し始める。前翼は、それに取り付けられたプロペラの回転面が上方且つ後方にシフトする（shift）ように回転する。後翼は、それに取り付けられたプロペラの回転面が下方且つ前方にシフトするように回転する。前翼に取り付けられたプロペラは、前翼の回転軸よりも十分に前方に取り付けられており、垂直飛行のために回転したときに、乗客室（passenger  compartment）の上部より上の位置に移動する。後翼に取り付けられたプロペラは、後翼の回転軸の十分後方に取り付けられており、垂直飛行のために回転したとき、乗客室の底部より下の位置に移動する。従って、プロペラの回転面は、乗客室又は重要なシステムを含む胴体の部分を通過することはない。着陸装置の長さは、離着陸時に後プロペラが十分な最低地上高（ground  clearance）を有するものである。
【０００５】
別の実施形態では、航空機の翼は固定位置に取り付けられ、プロペラに取り付けられたモータナセル（motor  nacelles）が、ナセルの回転軸およびプロペラの位置がプロペラの回転平面が乗客室を通過しないように構成されて水平から垂直に回転される。
【０００６】
さらに別の実施形態では、モータを収容するナセルが固定位置に留まり、プロペラのみが水平および垂直スラスト位置の間で回転するように、可撓性駆動軸構成（flexible  driveshaft  configuration）が利用される。
【０００７】
種々の実施形態では、航空機の前部および後部におけるプロペラの数は、各端部において４より多いかまたは少ないことが可能である。
【０００８】
種々の実施形態では、機体の下方後部のシールドが、プロペラ故障によって引き起こされる損傷から乗客および重要な航空機システムを保護するために使用され、その結果、プロペラの後部のプロペラの面が、垂直スラスト位置（vertical  thrust  position）に回転するとき機体の下方のシールドされた部分と交差するが、プロペラ回転面は、航空機のいずれの構成（configuration）においても機体の上部と交差しない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態によるプロペラが水平スラスト位置（horizontal  thrust  position）にある垂直離着陸航空機の等角図である。
【００１０】
【図２】例示的な実施形態によるプロペラが水平スラスト位置にある垂直離着陸航空機の側面図である。
【００１１】
【図３】例示的な実施形態によるプロペラが水平スラスト位置と垂直スラスト位置との間の途中にある垂直離着陸航空機の側面図である。
【００１２】
【図４】例示的な実施形態によるプロペラが垂直スラスト位置にある垂直離着陸航空機の側面図である。
【００１３】
【図５】例示的実施形態によるプロペラが水平スラスト位置にある４つの回転モータナセルおよび固定翼を有する垂直離着陸航空機の等角図である。
【００１４】
【図６】例示的実施形態によるプロペラが垂直スラスト位置にある、４つの回転モータナセルおよび固定翼を有する垂直離着陸航空機の側面図である。
【００１５】
【図７】例示的実施形態によるプロペラが水平スラスト位置にある、４つの回転モータナセル及び固定翼を有する垂直離着陸航空機の側面図である。
【００１６】
【図８】例示的な実施形態による、強化された下部胴体を有しプロペラが垂直スラスト位置にある垂直離着陸航空機の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書に開示されているのは、垂直に離着陸し且つ翼によって支えられている間に水平に巡航するように構成された垂直離着陸航空機のための様々な実施形態である。本開示に詳述される構成は、ロータの面がいかなるポイントにおいても乗客室と交差することなく、ロータを垂直スラスト構成から水平スラスト構成に移動させることを可能にする。これにより、運転中にロータシステムのいずれかに機械的故障が発生した場合の乗客の安全性が向上する。
【００１８】
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機は滑走路のない小さな領域からの離着陸を可能にすることが望ましい。さらに、ＶＴＯＬ航空機は、巡航効率を提供する翼を有し得る。垂直飛行構成から水平飛行構成への移行は、スラスト軸に垂直な軸周りにスラスト軸を回転させることを含み得、これは、航空機の胴体に対してロータまたはプロペラの面を変更することを含む。本開示の目的のために、機械的故障が発生した場合、ロータまたはプロペラは、航空機搭乗者の安全に関して同一の問題を有し、従って、ロータまたはプロペラは、本開示の目的のためには、互換的に取り扱われる。プロペラが故障すると、回転構成要素への力が、典型的には、プロペラの回転軸に垂直な方向、例えば、プロペラの回転面において、プロペラを離脱させる。航空機の特定の構成では、故障したプロペラから離脱する構成要素は、回転面内にある場合、搭乗者に傷害を与えるまたは航空機システムを損傷させ得るリスクがある。特定の航空機構成では、プロペラの面は、スラスト軸が回転するとき、乗客室を通過する。
【００１９】
一部の航空機は、客室と交差する回転面を持つプロペラを有しており、悪いときに機械的故障が発生した場合、これらの安全上のリスクが発生する。急速に回転するプロペラおよびエンジン構成要素が故障するとき、大きなリスクが存在する。航空機の故障した回転機器のピースと、重要なシステムまたは乗客との間の衝突は、複数の致命的な事故につながっている。
【００２０】
有利には、本明細書に開示される航空機構成は、航空機の乗客室と決して交差しない回転面を有するプロペラを含む。本明細書に開示される航空機構成のさらなる利点は、航空機の向上した制御性および安定性を提供するプロペラ／ロータ構成を含む。本明細書に開示される構成によって解決される問題は、プロペラ／ロータを航空機の重心から遠く離れた位置に配置することに基づいて生じ得る制御性および安定性の問題を回避しながら、どのようにプロペラ／ロータ面を乗客室と交差しないようにするかである。例えば、Ｂｕｒｒａｇｅの米国特許出願公開第2007/0158494号に示されているような特定のシステムは、プロペラが航空機の重心の真上のポイントから、乗客室全体の前または後ろのポイントへ移動するとき、航空機の重心に関して実質的にシフトするシステムを示している。本明細書に開示されている種々の構成は、このような問題を回避し、Ｂｕｒｒａｇｅに示されているような従来のシステムよりも高い制御および安定性を可能にする。
【００２１】
図１〜４は、様々な実施形態による垂直離着陸航空機１００を示す。胴体２は、航空機の搭乗者が座る乗客室８を含む。乗客室８は、乗客によって占有される胴体２の部分の上限（upper  limit）として定義される乗客室の上限６０を有する。また、乗客室８は、乗客によって占有されている胴体２の部分の下限として定義される乗客室の下限６２を有する。
【００２２】
チルト前翼（tilting  front  wing）４が胴体２に取り付けられており、前方スラストベクタリング軸（front  thrust  vectoring  axis）６８の周りを旋回する（pivot）ことができる。チルト後翼（tilting  aft  wing）６が胴体２に取り付けられており、後方スラストベクタリング軸（aft  thrust  vectoring  axis）７０の周りを旋回することができる。前プロペラ２０が、チルト前翼４の前側に取り付けられている。後プロペラ３０が、チルト後翼６の後側に取り付けられている。垂直安定板（vertical  stabilizer）１０が胴体２に取り付けられてヨーの安定性を改善する。前プロペラ２０は、航空機を引っ張ることによって前方スラスト（forward  thrust）を提供するように構成され、後プロペラ３０は、航空機を押すことによって前方スラストを提供するように構成される。
【００２３】
巡航飛行では、チルト前翼４およびチルト後翼６は、翼が揚力を提供することができるように水平位置に構成される。この構成は、図１、２で見られる。この構成では、前プロペラ２０および後プロペラ３０からの使用されるスラストは、垂直離着陸航空機１００が飛行を維持するためにより少ないエネルギを有利に使用するように最小化される。巡航飛行では、前プロペラ２０は乗客室８の前方に位置し、後プロペラ３０が乗客室８の後方に位置する。
【００２４】
垂直離着陸航空機１００が着陸位置に近づくと、前進速度は低下し、チルト前翼４は、後方スラストベクタリング軸７０の周りを回転するチルト後翼６と実質的に同時に前方スラストベクタリング軸６８の周りを回転し、スラストの前方軸７２とスラストの後方軸７４とを変化させて、スラストの水平成分と垂直成分との両方を提供する。図３は、チルト前翼４およびチルト後翼６が水平構成と垂直構成との間の途中の状態の垂直離着陸航空機１００を示す。
【００２５】
垂直離着陸航空機１００の速度が低下するにつれて、図４に示すように、チルト前翼４およびチルト後翼６が垂直位置に移行する。この構成では、航空機は、前プロペラ２０および後プロペラ３０によって発生するスラストによって、空中に保持される。
【００２６】
安全性を高めるために、前プロペラ２０、後プロペラ３０、前方スラストベクタリング軸６８、後方スラストベクタリング軸７０、乗客室の上限６０、および乗客室の下限６２は、前プロペラの面６４および後プロペラの面６６が、図２に見られる水平飛行構成と図４に見られる垂直飛行構成との間の移行の間に、乗客室８と決して交差しないように構成されている。前プロペラの面６４と前方スラストベクタリング軸６８との間の距離は、前方スラストベクタリング軸６８と乗客室の上限６０との間の距離よりも大きい。後プロペラの面６６と後方スラストベクタリング軸７０との間の距離は、後方スラストベクタリング軸７０と乗客室の下限６２との間の距離よりも大きい。これらの距離の間の関係は、前プロペラの面６４が前方スラストベクタリング軸６８の周りを回転するとき、前プロペラの面６４が常に乗客室８の前または乗客室８の上のいずれかにあることを確実にする。これらの距離の間の関係はまた、後プロペラの面６６が後方スラストベクタリング軸７０の回りを回転するとき、後プロペラの面６６が常に乗客室８の後方またはその下方のいずれかにあることを確実にする。
【００２７】
図５‐７は、垂直離着陸航空機２００の代替実施形態を示す。固定前翼４０及び固定後翼５０は、胴体２に堅固に取り付けられている。チルト前方モータナセル４２は、前方スラストベクタリング軸８０の周りを回転できるように、固定前翼４０に取り付けられている。チルト後方モータナセル５２は、後方スラストベクタリング軸８２の周りを回転できるように、固定後翼５０に取り付けられている。
【００２８】
前プロペラ８４の面と前方スラストベクタリング軸８０との間の距離は、前方スラストベクタリング軸８０と乗客室の上限６０との間の距離よりも大きい。後プロペラの面８６と後方スラストベクタリング軸８２との間の距離は、後方スラストベクタリング軸と乗客室の下限６２との間の距離よりも大きい。
【００２９】
図８は、様々な実施形態による、垂直離着陸航空機３００のさらなる構成を示す。乗客室の下限６２より上且つ胴体の補強された部分の上限９０より下である乗客室８の周囲の胴体２の部分は、後プロペラ９４の機械的故障の場合に搭乗者を破片（debris）から保護するために補強される。後プロペラ９４及びチルト後方モータナセル９２は、後方スラストベクタリング軸９８の周りを回転する。後プロペラの面９６と後方スラストベクタリング軸９８との間の距離は、後方スラストベクタリング軸９８と胴体の補強部分の上限９０との間の距離よりも大きい。この構成は、後プロペラ９４の位置が後方スラストベクタリング軸９８の周りで回転するときに、後プロペラの面９６が、補強された胴体の上限９０より上にある乗客室８の部分と常に交差することを防止する。また、この構成は、故障したプロペラからの破片が乗客室８に入るのを防止するために必要とされなければならない場合よりも、胴体の補強部分に対する上限９０より上の上部の補強されていない胴体の窓を軽くすることを可能にする。
【図１】
2020531353.tif 000002
【図２】
2020531353.tif 000003
【図３】
2020531353.tif 000004
【図４】
2020531353.tif 000005
【図５】
2020531353.tif 000006
【図６】
2020531353.tif 000007
【図７】
2020531353.tif 000008
【図８】
2020531353.tif 000009
【国際調査報告】
2020531353.tif 000010