ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
TRANSPORT FACILITY

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится, в общем, к транспортному средству, приспособленному для полетов в воздухе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Типично, традиционно самолеты и вертолеты либо летают, либо стоят на земле, в припаркованном состоянии. Тем не менее, является общепринятым для самолетов и вертолетов иметь колеса, так что они могут перемещаться по земле, например, по направлению к и от местоположения стоянки. Самолеты и вертолеты могут даже ездить по земле, например, во время взлета или посадки или во время выруливания: за исключением времени в ходе посадки, когда они еще имеют скорость полета, они используют свою воздушную тягу для создания направленной вперёд скорости на земле. Однако такое движение по земле является типичным на относительно короткое расстояние с относительно низкой скоростью (кроме взлета или посадки), и такие воздушные транспортные средства не подходят для участия в дорожном движении.
С другой стороны, для дорожного движения были разработаны автомобили и они должны соответствовать требованиям, касающимся размера, маневренности, безопасности и т.д. Эти требования не удовлетворяются летательными транспортными средствами, и самолеты и вертолеты не сертифицированы для использования в движении по дорогам общего пользования.
В то время как летательные аппараты не оборудованы для дорожного движения, автомобили не оборудованы для полета. Тем не менее, требуется иметь транспортное средство, которое может быть преобразовано из состояния для полета в состояние для автомобильного движения, и наоборот.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В частности, настоящее изобретение относится, в целом, к объединенному наземному и воздушному транспортному средству, т.е., транспортному средству, которое может работать в режиме полета, в котором оно способно летать в воздухе, и в режиме автомобильного движения, в котором оно может ехать по дороге, подобно автомобилю. Требования к конфигурациям в обоих рабочих режимах совершенно различные, и проблема заключается в том, чтобы создать транспортное средство таким образом, что все требования будут удовлетворены, и чтобы изменение конфигурации из одного режима в другой или наоборот могло быть выполнено легким, безопасным и надежным образом.
Один аспект настоящего изобретения относится к хвостовой части. В режиме полета транспортное средство имеет относительно длинную хвостовую часть для устойчивости. В режиме езды такая длинная хвостовая часть не нужна, она может считаться помехой, и может даже быть, что общая длина является слишком большой относительно правил дорожного движения. Поэтому желательно, чтобы хвостовая часть была удлиняемой для перехода из режима езды в режим полета и убираемой для перехода из режима полета в режим езды. Следует отметить, что убираемая хвостовая часть также полезна для летательных аппаратов, которые не имеют такого режима езды, чтобы обеспечивать парковки или транспортировки летательного аппарата, при этом требуя меньше пространства.
В развернутом режиме полета хвостовая часть подвергается действию нескольких сил, которые должны надежно передаваться на корпус фюзеляжа транспортного средства. Поэтому, удлиненная хвостовая часть должна быть надежно закреплена. Когда пользователь совершает ошибку в раздвижении хвостовой части, последствия могут быть драматичными, если хвостовая часть не закреплена правильно. Настоящее изобретение преследует цель предоставить удлиняемую конструкцию хвостовой части, которая может легко и почти безошибочно эксплуатироваться пользователем.
Хвостовая часть выполнена с подвижными частями, такими как рули и/или элероны, которые управляются посредством тросов. Эти тросы имеют длину, адаптированную к хвостовой части в ее удлиненном состоянии. Когда хвостовая часть убирается, эти тросы становятся слишком длинными, и если тросы не находятся в натянутом состоянии, они провисают и могут быть прихвачены в механизме. Одним очевидным решением может быть использование автоматического ролика для намотки излишней длины троса, но это может вести к более высоким необходимым усилиям по управлению и/или повышенному риску застревания троса. Настоящее изобретение преследует цель преодолевать эту проблему не требуя каких-либо пользовательских действий. Для продвижения вперед в режиме полета транспортное средство может содержать воздушный винт, установленный сзади транспортного средства. Размах воздушного винта определяет опасную зону для хвостовой части. Настоящее изобретение преследует цель предоставлять конструкцию для удлиняемой хвостовой части, которая может быть объединена с воздушным винтом.
Для обеспечения подъема в режиме полета транспортному средству требуется несущий винт, имеющий лопасти несущего винта значительной длины. В режиме езды эти лопасти являются слишком длинными, таким образом, требуется уменьшать длину лопастей несущего винта. В то время как это требование известно само по себе (см., например, WO-2006/041287), трудно предоставлять надежное решение, которое объединяет достаточную прочность с хорошим изменением аэродинамических характеристик и приемлемыми затратами на производство. Настоящее изобретение преследует цель предоставлять такую конструкцию.
Следует отметить, что многие из признаков настоящего изобретения также полезны для транспортного средства, которое предназначено только для полета, но имеет убираемую хвостовую часть и складные лопасти несущего винта для снижения требований по расположению во время транспортировки и/или хранения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение будет дополнительно объяснено посредством последующего описания одного или более предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые или аналогичные части, и на которых:
фиг. 1 - это схематичный вид сбоку транспортного средства согласно настоящему изобретению;
фиг. 2A-2C - это схематичные продольные разрезы участка телескопически удлиняемой хвостовой балки;
фиг. 3 иллюстрирует подробности зубчатого соединения;
фиг. 4A-4D - это схематичные виды сбоку едущего/летающего транспортного средства, показывающие переход из состояния езды по дороге в состояние полета;
фиг. 5 - это схематичный вид сверху едущего/летящего транспортного средства;
фиг. 6A - это схематичный общий вид продольной конструкции соединения секционированного троса;
фиг. 6B и 6C - это схематичные продольные разрезы конструкции в большем масштабе;
фиг. 7 - это схематичное поперечное сечение лопасти несущего винта;
фиг. 8A - это схематичный вид сверху лопасти несущего винта;
фиг. 8B - это схематичный вид сбоку участка лопасти несущего винта в большем масштабе;
фиг. 9A-9C - это виды, иллюстрирующие соединение между секциями лопасти несущего винта согласно настоящему изобретению.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 схематично показывает транспортное средство 1 согласно настоящему изобретению, содержащее корпус фюзеляжа или кабину 2 с колесами 3 и удлиняемую хвостовую часть 10, установленную сзади кабины 2. Средство продвижения вперед, такое как воздушный винт, не показано для упрощения, и то же применимо к подъемному средству, такому как несущий винт. Транспортное средство 1 может иметь состояние автомобильного движения, в котором оно может ехать по дороге, в таком случае оно содержит мотор 4 для приведения в движение по меньшей мере одного из колес 3.
Удлиняемая хвостовая часть 10 содержит по меньшей мере одну удлиняемую хвостовую балку 13 и хвостовой стабилизатор 14, установленный на заднем конце хвостовой балки 13. Хвостовая балка 13 способна раздвигаться телескопически и содержит первую трубчатую хвостовую секцию 11, прикрепленную к кабине 2, и вторую трубчатую хвостовую секцию 12, телескопически соединенную с первой хвостовой секцией 11. Следует отметить, что первая хвостовая секция может быть закреплена относительно кабины 2 или может альтернативно быть удлиняемой относительно кабины. Дополнительно следует отметить, что первая хвостовая секция может быть установлена сзади кабины 2, как показано, но альтернативно возможно, что первая хвостовая секция 11 устанавливается по меньшей мере частично выше или ниже кабины 2, или даже в кабине 2. Дополнительно следует отметить, что удлиняемая хвостовая балка 13 может включать в себя больше чем две секции, телескопически соединенные друг с другом. Дополнительно следует отметить, что хвостовые секции 11, 12 показаны как прямые трубы, но на практике такие трубы могут иметь некоторый изгиб. Дополнительно следует отметить, что вторая хвостовая секция 12 может быть сплошной, если необязательно, чтобы управляющие тросы проходили внутри во второй хвостовой секции, но даже тогда полая труба предпочтительна для экономии веса. Дополнительно следует отметить, что внешняя труба может быть задней трубой, тогда как внутренняя труба присоединяется к кабине. В случае, когда существует две или более хвостовых балок, вышеприведенное описание применяется к каждой хвостовой балке.
Удлиняемая хвостовая часть 10 содержит блокирующий механизм, который не показан на фиг. 1. Это блокирующий механизм гарантирует, что удлиненное состояние хвостовой части 10 поддерживается во время полета.
На своем свободном конце вторая хвостовая секция 12 несет хвостовой стабилизатор 14. Благодаря аэродинамическим явлениям и инерции хвостовой стабилизатор 14 прикладывает несколько сил на вторую хвостовую секцию, ощутимые боковые силы Fx, поперечную силу Fy, вертикальную силу Fz и крутящий момент T. Дополнительно, поперечное и вертикальное усилие вызывают скручивающий момент в хвостовой части. В удлиненном состоянии соединение между первой и второй хвостовыми секциями 11, 12, далее в данном документе также указываемыми как трубы, должно быть таким, что указанные силы надежно переносятся на первую трубу 12 и, в конечном счете, на кабину 2. Соединение должно быть без люфта, поскольку люфт ведет к износу в эксплуатации соединительных частей. С другой стороны, после полета необходимо относительно легко разъединять соединение и убирать хвостовую часть без необходимости в специальном оборудовании и без необходимости прикладывать большие усилия: пилот должен иметь возможность делать это вручную сам. Наоборот, перед полетом пилот должен иметь возможность вручную раздвигать хвостовую часть и вручную активировать блокирующий механизм, легким образом с помощью простых действий, и конструкция должна быть такой, что шансы ошибок, которые бы заставили блокирующий механизм закрепляться недостаточно, так что он может открепиться во время полета, минимальны.
Фиг. 2A - это схематичный продольный разрез участка хвостовой балки 13, иллюстрирующий конструкцию, предложенную настоящим изобретением. В ориентации чертежа передние концы труб направлены вправо, а задние концы труб направлены влево, как на фиг.1. Направление вправо соответствует направлению, в котором вторая труба 12 скользит в первую трубу 11, следовательно, это направление будет также указано как «направление внутрь», в то время как противоположное направление будет также указано как «направление наружу».
На своем заднем конце первая труба 11 имеет первый зубчатый венец 21, прикрепленный к ее внутренней поверхности с зубцами 22, направленными к переднему концу этой первой трубы. В последующем, это будет обозначено как первое кольцо 21, имеющее зубцы 22 на своей передней поверхности. Внутренний диаметр первого кольца 21, по существу, равен, а предпочтительно слегка больше, внешнего диаметра второй трубы 12. Внутренняя поверхность первого кольца 21 функционирует в качестве несущей для поддержки с возможностью скольжения и центрирования второй трубы 12 в первой трубе 11. Для того чтобы минимизировать трение, внутренняя поверхность первого кольца 21 может быть выполнена из покрытия с низким коэффициентом трения или оболочки 23.
На своем переднем конце вторая труба 12 имеет второй зубчатый венец 31, прикрепленный к ее внешней поверхности, с зубцами 32 на своей задней поверхности. Внешний диаметр второго кольца 31, по существу, равен, а предпочтительно слегка меньше, внутреннего диаметра первой трубы 11. Внешняя поверхность второго кольца 31 функционирует в качестве несущей для поддержки с возможностью скольжения и центрирования первой трубы 11 вокруг второй трубы 12. Для того чтобы минимизировать трение, внешняя поверхность второго кольца 31 может быть выполнена из покрытия с низким коэффициентом трения или оболочки 33.
На первом расстоянии L1 по направлению вперед относительно первого кольца 21 первая труба 11 имеет третий зубчатый венец 26, прикрепленный к ее внутренней поверхности 26, с зубцами 27 на своей передней поверхности. На втором расстоянии L2 по направлению назад относительно второго кольца 31 вторая труба 12 имеет четвертый зубчатый венец 36, прикрепленный к ее внешней поверхности, с зубцами 37 на своей задней поверхности. Второе расстояние L2, по существу, равно первому расстоянию L1. Внутренний диаметр третьего кольца 26 больше внешнего диаметра четвертого кольца 36.
Размер расстояний L1 и L2 некритичен. Однако, поскольку соединение должно иметь возможность переноса изгибающих моментов, L1 и L2 не должны быть слишком маленькими. С другой стороны, большие значения L1 и L2 являются непрактичными. Принимая внешний диаметр второй хвостовой секции 12 в качестве ориентира, L1 и L2 предпочтительно в 1-10 раз больше указанного диаметра, более предпочтительно в 3-6 раз больше указанного диаметра, в то время как практически испытанное значение в 4 раза больше указанного диаметра.
С конфигурацией, которая описана, вторая труба 12 может телескопически скользить вперед, в первую трубу 11. Первый и второй венцы 21 и 31 будут удерживать трубы 11, 12 центрированными относительно друг друга, а третий и четвертый венцы 26 и 36 будут пропускать друг друга, не касаясь друг друга. Альтернативно, первый и второй венцы 21 и 31 освобождены от противоположных труб, и каждая труба выполнена с отдельным центрирующим средством. Такое центрирующее средство может быть предусмотрено как отдельные венцы или как блоки, прикрепленные к первому и второму венцам 21 и 31. Дополнительно, вместо скользящих блоков направляющее устройство может быть предоставлено посредством вращающихся шариков.
Вторая труба 12 может двигаться в первую трубу 11, пока не наткнется на стопор (не показан для упрощения), определяющий крайнее убранное положение второй трубы 12. Фиг. 2B - это вид, сравнительный по отношению к фиг. 2A, показывающий вторую трубу 12 в более втянутом состоянии.
Чтобы раздвигать хвостовую часть 10, вторая хвостовая секция 12 телескопически скользит по направлению к задней части от первой хвостовой секции 11. Первый и второй венцы 21 и 31 будут удерживать хвостовые секции 11, 12 центрированными относительно друг друга, а третий и четвертый венцы 26 и 36 будут пропускать друг друга, не касаясь друг друга. Вторая труба 12 скользит из первой трубы 11 до тех пор, пока первый зубчатый венец 21 внешней трубы 11 не зацепится с четвертым зубчатым венцом 36 внутренней трубы 12, в то же время третий зубчатый венец 26 внешней трубы 11 зацепляет второй зубчатый венец 31 внутренней трубы 12.
Фиг. 2C - это вид, сравниваемый с фиг. 2A, показывающий вторую хвостовую секцию 12 в ее крайнем удлиненном положении. Следует отметить, что во время полета, аэродинамическое сопротивление имеет тенденцию удерживать вторую хвостовую секцию 12 удлиненной. Тем не менее, может требоваться блокирующее средство для положительного предохранения второй хвостовой секции 12 от скольжения назад в первую хвостовую секцию 11. Такое блокирующее средство обычно не должно выдерживать большие усилия. В показанном варианте осуществления блокирующее средство реализовано как поперечная блокирующая перемычка 40, которая должна приниматься в поперечное отверстие 41 первой хвостовой секции 11. Эта блокирующая перемычка 40 может быть резьбовой и/или конусообразной. Следует отметить, что блокирующая перемычка показана преувеличено большой на чертеже.
В этом развернутом состоянии внутренняя труба 12 соединяется с усилием с внешней трубой 11 в двух разделенных по оси местоположениях, т.е., первое соединение состоит из зацепляющихся первого и четвертого венцов 21, 36, а второе соединение состоит из зацепляющихся второго и третьего венцов 31, 26. Это предоставляет возможность хорошего переноса поперечных усилий, изгибающих моментов и крутящего момента. Боковые силы, пытающиеся выдернуть вторую трубу 12 назад, будут компенсироваться посредством указанных венцов, выступающих в качестве осевых стопоров. Боковые силы, пытающиеся толкать вторую трубу 12 вперед, обратно во внешнюю трубу 11, не будут присутствовать или будут очень небольшими и могут быть легко нейтрализованы посредством блокирующей перемычки 40, которая, поэтому, не должна быть чрезмерно большой.
Следует понимать, что требуемые действия для преобразования хвостовой части из состояния езды в состояние полета или наоборот являются относительно простыми. После полета пилот просто удаляет перемычку 40 и толкает второй хвостовой сегмент 12 в первый хвостовой сегмент 11. Наоборот, перед полетом пилот просто вытягивает второй хвостовой сегмент 12 и вставляет блокирующую перемычку 40. Если второй хвостовой сегмент 12 не находится в правильном положении, невозможно будет вставить блокирующую перемычку 40. С другой стороны, если блокирующая перемычка вставляется, это является визуальным доказательством того, что второй хвостовой сегмент 12 находится в правильном положении.
Фиг. 3 - это схематичный вид сбоку части зубчатых венцов 21, 36, чтобы показывать возможный вариант осуществления формы зубцов 22, 37. То же будет применяться для венцов 31, 26. Хотя возможны различные варианты, зубцы 22, 37 должны иметь боковые поверхности 24, 38, создающие небольшой угол ϕ с аксиальным направлением. Этот угол ϕ должен быть больше нуля, чтобы делать зубцы самоцентрирующимися и гарантировать, что зубцы легко зацепляются и расцепляются. Однако этот угол ϕ не должен быть слишком большим, поскольку тогда крутящий момент приведет к большим аксиальным силам, имеющим тенденцию к расцеплению зубцов во время полета. В то время как специалист в области техники легко найдет значение для указанного угла ϕ, подходящее в его конкретной конструкции, в зависимости от коэффициента трения и производственных допусков, в целом, угол около 6 градусов будет достаточным.
Следует отметить, что поперечный контур труб 11, 12 может быть круглым, но хотя это может быть наиболее удобно для реализации, это не является существенным. Настоящее изобретение может также быть реализовано с трубами, имеющими, например, прямоугольный или эллиптический или овальный поперечный контур.
Дополнительно следует отметить, что хвостовая часть может содержать две или более телескопических хвостовых балок, установленных параллельно, чтобы добиваться лучшей жесткости и/или иметь возможность использовать трубы с меньшими диаметрами.
На фиг. 1 хвостовая часть 10 изображена как прикрепленная непосредственно к кабине 2. Хотя действительно могут быть ситуации, когда такая конструкция является удовлетворяющей, это не ведет к оптимальному решению проблем в проектировании транспортного средства, которое должно иметь возможность преобразовываться из конфигурации движения по дороге в конфигурацию воздушного полета и обратно. В конфигурации полета транспортное средство должно иметь сзади двигающий вперед воздушный винт, поднимающий несущий винт сверху и хвостовой стабилизатор с элеронами, удерживаемый на некотором расстоянии позади кабины. В конфигурации для езды по дороге все транспортное средство должно быть компактным, насколько возможно, и оно должно иметь центр тяжести настолько низко, насколько возможно. В конфигурации полета ось вращения воздушного винта в идеальном случае должна пересекать центр тяжести, и хотя некоторый допуск приемлем, низкий центр тяжести означает, что воздушный винт должен быть установлен низко, так, что радиальная длина лопастей этого воздушного винта ограничивается, поскольку эти лопасти не должны касаться земли. С другой стороны, в виду эффективности желательно иметь большую радиальную длину лопастей воздушного винта.
Настоящее изобретение предлагает решение для этих конструктивных проблем. На своей верхней стороне транспортное средство выполнено со складной мачтой, несущей как несущий винт, так и хвостовую часть. В состоянии полета мачта находится в вертикальном состоянии, таким образом, хвостовая часть поднимается и продолжается поверх лопастей воздушного винта. В состоянии езды по дороге мачта складывается вперед в горизонтальное состояние, так что хвостовая часть лежит близко к крыше кабины, и все транспортное средство является довольно компактным. Это будет объяснено более подробно со ссылкой на фиг. 4A-4D, которые являются боковыми видами, схематично показывающими переход из состояния движения по дороге в состояние полета.
Фиг. 4A иллюстрирует состояние движения транспортного средства 1 по дороге. Следует понимать, что хвостовая часть 10 лежит близко к крыше кабины 2, и что хвостовой стабилизатор 14 находится близко к кабине, так что транспортное средство 1 очень компактно.
Фиг. 4B иллюстрирует, что, в качестве первого этапа в процессе преобразования в состояние полета, хвостовая часть 10 раздвигается. Следует понимать на этом чертеже, что хвостовая часть 10 содержит удлиняемую хвостовую балку с телескопическими хвостовыми сегментами 11 и 12, как описано ранее, и что эти сегменты слегка изогнуты для того, чтобы заставлять хвостовую балку соответствовать изогнутой аэродинамической форме кабины 2.
Фиг. 4C иллюстрирует, что транспортное средство 1 содержит главную мачту 50, которая шарнирно прикреплена к крыше кабины 2.
На своем верхнем конце мачта 50 поддерживает несущий винт (см. фиг. 4D). На своем нижнем конце мачта 50 шарнирно прикреплена к крыше кабины 2 с горизонтальной осью 52 шарнира, поперечной по отношению к продольному направлению транспортного средства 1. В положении ниже верхнего конца мачты 50 хвостовая часть 10 шарнирно прикрепляется к мачте 50, с горизонтальной осью 51 шарнира, параллельной нижней оси 52 шарнира. На некотором расстоянии позади мачты 50 транспортное средство 1 имеет поддерживающую конструкцию 60 параллельную основной мачте 50, также шарнирно прикрепленную к крыше кабины 2 с помощи оси 62 шарнира, а также шарнирно поддерживающую хвостовую часть 10 с помощью оси 61 шарнира. В проекции на виртуальную медианную плоскость эти четыре шарнира образуют четырехугольник, который приближается к параллелограмму. Взаимное расстояние между шарнирами на основной мачте 50 может отличаться от взаимного расстояния между шарнирами на поддерживающей структуре 60, и/или взаимное расстояние между шарнирами на крыше кабины может отличаться от взаимного расстояния между шарнирами на хвостовой части, чтобы определять правильное позиционирование хвостовой части относительно кабины в состоянии движения по дороге и определять правильное позиционирование хвостовой части в состоянии полета.
На фиг. 4A и 4B мачта 50 и поддерживающая конструкция 60 лежат опущенными на крышу кабины, так, что они явно не видны. На фиг. 4C мачта 50 и поддерживающая конструкция 60 поворачиваются на шарнирах в свое вертикальное состояние, в то время как на фиг. 4D это перемещение было выполнено, и мачта 50 и поддерживающая конструкция 60 стоят полностью вертикально. Ссылочная позиция 53 указывает фиксатор для фиксации главной мачты 50 в ее вертикальном состоянии. Механизм для поднятия или опускания мачты 50 и поддерживающей конструкции 60 может, например, содержать гидравлический цилиндр, установленный в мачте 50, но это не показано для упрощения.
На фиг. 4D также показаны воздушный винт 80 и несущий винт 90. Следует понимать, что по меньшей мере в этом состоянии полета лопасти воздушного винта 80 могут быть относительно длинными, продолжающимися выше крыши кабины, в то время как хвостовая часть 10 явно продолжается поверх воздушного винта. Дополнительно следует отметить, что с поднятием мачты 50 ее верхний конец смещается к задней части транспортного средства, увлекая за собой хвостовой стабилизатор 10 дальше назад.
В предпочтительном варианте осуществления хвостовая часть 10 содержит две взаимно параллельные хвостовые балки 13A и 13B, рядом друг за другом. Это не видно на видах сбоку на фиг. 4A-4D, но схематично иллюстрировано на схематичном виде сверху на фиг. 5. Две хвостовые балки 13A и 13B установлены на противоположных сторонах мачты 50 и поддерживающей конструкции 60. На своих задних концах хвостовые балки 13A и 13B соединены горизонтальной балкой 15, которая может быть объединена с или реализована как хвостовое крыло. Хвостовая часть 10 может содержать один вертикальный хвостовой стабилизатор или крыло 14, установленное в центре горизонтального крыла 14, но предпочтительно, чтобы хвостовая часть 14 содержала два вертикальных хвостовых стабилизатора 14A и 14B на взаимном горизонтальном расстоянии. Следует отметить, что это также возможно в случае хвостовой части с одной хвостовой балкой. В убранном состоянии на фиг. 4A два хвостовых стабилизатора могут располагаться на противоположных сторонах заднего сегмента кабины, как показано, для этой цели кабина может иметь узкий задний сегмент, придающий всей кабине форму капли.
На чертежах не даны конструктивные детали поддерживающей конструкции 60. На фиг. 5 поддерживающая конструкция 50 показана как единая мачта или пилар, которая является возможным вариантом осуществления, безусловно. Предпочтительно, однако, поддерживающая конструкция 60 сконструирована, чтобы увеличивать поперечную устойчивость и устойчивость к кручению, в то же время добавляя настолько небольшой вес, насколько возможно. Для этого поддерживающая конструкция 60 может содержать две (или более) взаимно параллельные мачты, взаимосвязанные посредством диагональных поперечных балок.
Как иллюстрировано на фиг. 4D, хвостовой стабилизатор 14 может содержать один или более рулей поворота или элеронов 16. В таком случае управляющие тросы для такого элерона (показанные позицией 70 в кабине) направляются в полой хвостовой балке 13. Протяженность такого управляющего троса должна быть адаптирована к протяженности хвостовой балки 13 в ее удлиненном состоянии, что подразумевает, что такой управляющий трос был бы слишком длинным для хвостовой балки в ее убранном состоянии. Намотка избыточной длины троса на ролик подразумевает введение намоточного механизма, который может привносить риск застревания и/или ведет к повышенным усилиям по управлению.
Настоящее изобретение предлагает решение этих проблем, которое подразумевает реализацию тросов в двух частях, которые могут сдвигаться по оси относительно друг друга. Это решение будет объяснено со ссылкой на фиг. 6A и 6B, при этом фиг. 6A является схематичным общим видом продольного сечения, в то время как фиг. 6B является схематичным продольным сечением большего масштаба. Следует отметить, что относительные размеры различных компонентов необязательно показаны в масштабе.
Оба чертежа показывают участок узла 100 управляющего троса. Этот узел 100 управляющего троса проходит внутри удлиняемой хвостовой балки, как описано выше, но для упрощения такая хвостовая балка не показана на фиг. 6A и 6B. Обычно, трос проходит как единое целое от элемента управления (такого как педаль) к управляемому элементу (такому как элерон). Согласно ключевому аспекту изобретения узел 100 троса содержит первую часть 110 троса, имеющую первый конец (не показан), прикрепленный к элементу управления в кабине, и имеющую противоположный свободный конец 111, вторую часть 120 троса, имеющую первый конец (не показан), прикрепленный к управляемому элементу на конце хвостовой части, и имеющую противоположный свободный конец 121, и соединительную конструкцию 130, соединяющую свободные концы 111, 121 двух частей 110, 120 троса. Следует отметить, что трос может быть разделен на три или более частей троса, при этом всегда две последовательные части троса соединяются посредством соответствующей соединительной конструкции 130.
Первая часть 110 троса расположена по меньшей мере на протяжении части своей длины, в оболочке 112 троса, имеющей внутренний диаметр, только слегка больший, чем внешний диаметр первой части 110 троса, так что первая часть 110 троса может легко скользить в аксиальном направлении внутри оболочки 112 троса. Оболочка 112 троса прикреплена к концу первого хвостового сегмента, ближайшего к кабине 2, т.е., внешней трубе 11 на фиг. 1 и 2A-2C. Оболочка 112 троса должна иметь достаточную жесткость, как станет ясно позднее, предпочтителен определенный уровень гибкости. Подходящим материалом может быть пластик.
Соединительная конструкция 130 содержит соединительную трубу 140, которая закреплена относительно второго хвостового сегмента, направленного от кабины, т.е., внутренней трубы 12 на фиг. 1 и 2A-2C. На первом конце 141 труба 140 принимает свободный конец первой части 110 троса и ее оболочку 112 троса. На своем первом конце 141 труба 140 закрыта первой заглушкой 143, имеющей аксиальное отверстие 144. Это отверстие имеет искривленный воронкообразный входной участок, сужающийся внутрь трубы 140, чтобы обеспечивать неточное совмещение между трубой 140 и оболочкой 112. Противоположный конец указанного отверстия имеет прямой конечный участок, который является самым узким местом, где внутренний диаметр отверстия 144 слегка больше внешнего диаметра оболочки 112 троса, так что оболочка 112 троса может легко скользить через отверстие 144.
На своем противоположном конце 142 труба 140 принимает свободный конец второй части 120 троса. Хотя несущественно, предпочтительно, чтобы вторая часть 120 троса располагалась по меньшей мере на протяжении части своей длины, в направляющей трубе 122. На своем втором конце 142 труба 140 закрыта второй заглушкой 145, имеющей аксиальное отверстие 146. Обращенная наружу, вторая заглушка 145 имеет камеру 147, принимающую конец направляющей трубы 122. Обращенное внутрь, отверстие 146 имеет воронкообразный захватывающий участок 148. Рядом с аксиальным отверстием 146 вторая заглушка 145 имеет отверстие 149 для прохождения второй части 120 троса.
Внутри соединительной трубы 140 расположен скользящий соединительный блок 150, имеющий внешний диаметр, слегка меньший, чем внутренний диаметр соединительной трубы 140, так что соединительный блок 150 может свободно скользить в соединительной трубе 140, но не может отклоняться. Соединительный блок 150 имеет первый конец 151, направленный к первому концу 141 трубы 140, и второй конец 152, направленный ко второму концу 142 трубы 140. Соединительный блок 150 имеет аксиальное отверстие 153, которое на первом конце 151 блока может сужаться, как показано. Аксиальное отверстие 153 имеет внутренний диаметр, слегка больший, чем внешний диаметр оболочки 112 троса, так что оболочка 112 троса может свободно скользить через отверстие 153.
Первая часть 110 троса продолжается через отверстие 153 соединительного блока 150. Стопор 113 прикреплен к концу 111 первой части 110 троса, этот стопор имеет диаметр, больший, чем диаметр отверстия 153.
Конец 121 второй части 120 троса прикреплен к соединительному блоку 150 в любом подходящем месте в блоке 150.
Может быть так, что управляющий трос 100 используется, чтобы управлять двумя или более элементами. В таком случае, удобно соединять две или более вторых частей 120 троса с соединительным блоком 150, каждая из таких соответствующих вторых частей троса идет к соответствующему управляемому элементу. Однако, даже если управляющий трос 100 используется, чтобы управлять только одним элементом (например, элероном), тем не менее, предпочтительно, чтобы вторая часть 120 троса была реализована посредством двух или более взаимно параллельных тросов 120A, 120B, которые прикрепляются к соединительному блоку 150 на противоположных сторонах центрального отверстия 153 симметричным образом, как показано, для того, чтобы избегать формирования опрокидывающих сил на блоке 150, которые могут нежелательно увеличивать трение блока 150 в трубе 140.
Эксплуатация происходит следующим образом. Фиг. 6B иллюстрирует ситуацию, когда хвостовая часть 10 находится в своем удлиненном состоянии. Может быть видно, что стопор 113 первой части 110 троса плотно прилегает к соединительному блоку 150. Стопор 113 может размещаться частично или полностью в соединительном блоке 150. Когда пилот задействует управляющий трос 100, тяговое усилие (направленное вправо на фиг. 6B) оказывается на первую часть 110 троса, вынуждая соединительный блок 150 смещаться в соединительной трубе 140 (вправо на фиг. 6B), что, в свою очередь, вызывает натягивание второй части 120 троса. Другими словами, соединительный блок 150 надежно соединяет вместе две части 110 и 120 троса для безопасной передачи тяговых усилий. Внутренняя длина соединительной трубы 140, т.е. расстояние между первой заглушкой 143 и второй заглушкой 145, определяет свободный ход соединительного блока 150 и, следовательно, свободный ход педалей управления. В подходящем варианте осуществления этот ход может находиться в диапазоне, например, 10-25 см.
В свою очередь, вторая часть 120 троса тянет элемент, который должен управляться, в одном направлении. Для натягивания этого элемента в противоположном направлении присутствует второй трос в сборе, идентичный тросу в сборе, описанному выше, но этот второй трос в сборе не показан для упрощения. Каждый трос в сборе передает только тяговые усилия. Когда пилот тянет первую часть 110 троса указанного узла 100, управляемый элемент тянет второй трос в сборе, как следует понимать специалисту в области техники.
Когда хвостовая часть 10 убирается, труба 140 со второй частью 120 троса и соединительным блоком 150 сдвигается по направлению к первой части 110 троса и ее оболочке 112 троса. После этого, труба 140 со второй частью 120 троса и соединительным блоком 150 фиксируются относительно внутренней трубы 12, которая сдвигается вправо (на чертеже) относительно внешней трубы 11, к которой крепится оболочка 112 троса. В кабине 2 элемент управления, с которым соединяется первая часть 110 троса, соединен с шасси кабины под поджимающей пружиной, так что этот элемент управления смещается в кабине, чтобы удерживать первую часть 110 троса натянутой. Относительно трубы 140 вторая часть 120 троса и соединительный блок 150 и первая часть 110 троса остаются неподвижными, в то время как оболочка 112 троса смещается влево. Хвостовая часть 10 может убираться на расстояние, большее, чем вышеуказанный ход; указанное расстояние может, например, быть в диапазоне около 2 м. Таким образом, свободный конец оболочки 112 троса будет наталкиваться на блок 150 и будет входить в его центральное отверстие 153. Наконец, свободный конец оболочки 112 троса будет упираться в стопор 113 на свободном конце 111 первой части 110 троса.
В своем самом узком месте внутренний диаметр отверстия 146 больше внешнего диаметра стопора 113. С дальнейшим убиранием хвостовой части свободный конец оболочки 112 троса будет принимать свободный конец 111 первой части 110 троса, и вместе они будут перемещаться влево, уходить из блока 150 и выходить из соединительной трубы 140 через отверстие 146 второй заглушки 145, в предпочтительную направляющую трубу 122. Эта ситуация иллюстрирована на фиг. 6C.
Таким образом, первая часть 110 троса поддерживается в натянутом состоянии все время, избегая риска застревания провисшего троса.
Когда хвостовая часть снова раздвигается, вышеуказанные смещения происходят в обратном направлении. Следует отметить, что стопор 113, на своей стороне, направленной к первой части 110 троса, может сужаться, чтобы облегчать центрирование стопора 113 относительно отверстия 153 в блоке 150, когда хвостовая часть раздвигается.
Фиг. 4D иллюстрирует, что лопасти несущего винта 90 имеют относительно большую длину. В условиях езды такой несущий винт 90 был бы слишком большим для транспортного средства. Для того чтобы удерживать лопасти несущего винта в требуемом профиле ширины транспортного средства в условиях езды, лопасти несущего винта крепятся шарнирно относительно мачты 60, так что, в условиях езды, лопасти несущего винта направляются, по существу, параллельно хвостовой части 10. Тем не менее, лопасти несущего винта будут все еще слишком длинными в том смысле, что они выступают за задний конец транспортного средства. Для того чтобы преодолевать эту проблему, лопасти несущего винта могут быть складываемыми так, чтобы уменьшать длину лопасти. Это означает, что лопасть несущего винта будет состоять из двух (или более) секций лопастей, которые шарнирно соединены друг с другом.
Складываемые лопасти несущего винта уже были предложены ранее: приводится ссылка, например, на US 7,857,590 и WO 2006/041287. Однако реализация складной лопасти несущего винта ставит проблемы, которые предшествующий уровень техники еще не решил удовлетворительным образом.
Первой проблемой является то, что, в условиях полета, секции лопасти должны быть зафиксированы относительно друг друга в разложенном состоянии, и фиксирующая конструкция должна быть достаточно жесткой, чтобы приспосабливаться к огромным центробежным силам, изгибающим моментам и крутящему моменту, возникающему в лопасти. Дополнительно, вибрация частей лопасти должна предотвращаться настолько, насколько возможно, поскольку вибрация досаждает пилоту и может вести к отказу компонентов вследствие усталости материала.
Вторая проблема относится к аэродинамике. Шарнирная конструкция должна быть такой, что она имеет приемлемые аэродинамические свойства, принимая во внимание, что скорость ветра в средней секции лопасти несущего винта (которая находится около местоположения шарнирных элементов) может легко быть 300 км/ч. Плохая аэродинамическая форма может вести к потере энергии и/или вибрациям.
Третья проблема относится к затратам. Конструкция должна быть такой, что она может быть произведена с разумными затратами.
Настоящее изобретение предлагает решение вышеописанных проблем, которое будет объяснено со ссылкой на фиг. 7 и далее.
Фиг. 7 - это схематичное поперечное сечение лопасти несущего винта или лопатки 200, в целом объясняющее конструкцию лопасти, сделанной из композитных материалов, которые доказали себя на практике. Лопасть 200 содержит верхний лонжерон 201 и нижний лонжерон 202, расположенные друг над другом, которые состоят, главным образом, из однонаправленного волокнистого материала с волокном, ориентированным в продольном направлении лопасти, т.е., перпендикулярно плоскости чертежа. Этот волокнистый материал способен приспосабливаться к высоким поперечным силам натяжения, например, вызванным центробежными силами. Пространство между двумя лонжеронами 201, 202 заполнено легковесным материалом 203, например, пеной или пористой структурой. С передней стороны лонжеронов 201, 202 лопасть 200 содержит, по существу, D-образный элемент 204, который служит для увеличения веса с передней стороны лопасти, чтобы улучшать устойчивость; этот элемент 204 может, например, содержать свинец. На задней стороне лонжеронов 201, 202 лопасть 200 состоит, главным образом, из легковесного заполняющего материала 205, аналогичного материалу 203. Внешняя поверхность лопасти определяется поверхностным слоем 206 вокруг вышеуказанных компонентов.
Фиг. 8A - это схематичный вид сверху лопасти 200, иллюстрирующий, что лопасть 200 состоит из двух секций 221 и 222 лопасти. Секция 221 лопасти присоединяется к втулке 210 несущего винта и будет указана как внутренняя секция лопасти. Секция 222 лопасти, которая будет указана как внешняя секция лопасти, присоединяется к оконечности внутренней секции 221 лопасти, совмещаясь с ней таким образом, что внешняя секция 222 лопасти может поворачиваться на шарнире вверх относительно горизонтальной поперечной оси 223 шарнира, чтобы складываться поверх внутренней секции 221 лопасти.
Фиг. 8B - это схематичный вид сбоку участка лопасти 200 с более крупным масштабом, показывающий внешний конец 224 внутренней секции 221 лопасти и внутренний конец 225 внешней секции 222 лопасти в разобранном состоянии для ясности. Внешний конец 224 внутренней секции 221 лопасти имеет увеличенную высоту по сравнению с остальной частью внутренней секции 221 лопасти и содержит два поперечных соединительных отверстия 226 и 227, расположенных друг над другом. Аналогично, внутренний конец 225 внешней секции 222 лопасти имеет увеличенную высоту по сравнению с остальной частью внешней секции 222 лопасти и содержит два поперечных соединительных отверстия 228 и 229, расположенных друг над другом. В соединенном состоянии верхние соединительные отверстия 226, 228 будут совмещены друг с другом с соединительным стержнем 231, продолжающимся через указанные отверстия. Этот стержень также функционирует в качестве оси шарнира: для преобразования лопасти 200 несущего винта в состояние езды, внешняя секция 222 лопасти может поворачиваться на шарнире вверх относительно этого стержня 231, чтобы укладываться поверх внутренней секции 221 лопасти. В состоянии полета внешняя секция 222 лопасти будет поворачиваться на шарнире вниз в положение, выровненное с внутренней секцией 221 лопасти, где нижние соединительные отверстия 227, 229 совмещаются друг с другом. Лопасть 200 закрепляется в этом положении посредством вставки стопорного штифта 233 через указанные нижние соединительные отверстия 227, 229.
Альтернативно, верхний стержень может быть стопорным штифтом, в то время как нижний стержень может быть осью шарнира.
В состоянии полета силы будут переноситься через соединительный стержень 231 и стопорный штифт 232. Из вышеприведенного описания конструкции лопасти будет ясно, что усилия, главным образом, возникают в лонжеронах 201, 202; другие компоненты лопасти переносят небольшое усилие или не переносят усилие в продольном направлении лопасти. С этой точки зрения, точный способ, в котором другие компоненты 203, 204, 205, 207 лопасти формируются на внешнем конце 224 внутренней секции 221 лопасти и внутреннем конце 225 внешней секции 222 лопасти, является некритичным и не имеет последствий для настоящего изобретения; следовательно, эти компоненты будут проигнорированы в последующем.
В нормальной, не разделенной на секции лопасти, волокна в каждом лонжероне всегда проходят по всей длине лопасти. Согласно настоящему изобретению каждое волокно укладывается в вертикальную петлю вокруг одного из указанных соединительных отверстий.
Фиг. 9A - это вид сверху соединения между внутренней секцией 221 лопасти и внешней секцией 222 лопасти, показывающий этот характерный признак изобретения более подробно, а фиг. 9B - это общий вид этого соединения. На фиг. 9B верхний лонжерон и нижний лонжерон внутренней секции 221 лопасти указаны ссылочными позициями 201A и 202A, соответственно, в то время как верхний лонжерон и нижний лонжерон внешней секции 222 лопасти указаны ссылочными позициями 201B и 202B, соответственно.
В каждом лонжероне волокна подразделяются на узлы или группы. Каждая группа волокон в лонжероне делает петлю вокруг в вертикальной плоскости на угол 180° и ложится обратно на себя, чтобы задавать соединительную проушину. Фиг. 9C - это схематичный вид сбоку такой соединительной проушины 300, которая содержит опорное кольцо 301 и опорный клин 302, которые могут быть раздельными или сформированы как единое целое. Группа 303 волокон состоит из трех секций: первой секции 304 лонжерона, петлеобразной секции 305 и второй секции 306 лонжерона. Петлеобразная секция 305 делает петлю вокруг опорного кольца 301 и опорного клина 302, а вторая секция 306 лонжерона располагается следом за первой секцией 304 лонжерона. Это повторяется для множества групп волокон, при этом всегда секции лонжерона соседних групп расположены близко вместе, тогда как соответствующие соединительные проушины будут размещаться на взаимном расстоянии. Следует понимать, что все секции лонжерона вместе определяют лонжерон секции лопасти.
В производстве будет использоваться заливочная форма, в которой несколько опорных колец плюс сопровождающие опорные клинья удерживаются в правильном положении и на взаимном расстоянии, имеющие совмещенные свои центральные отверстия, и в которой разделительные стенки будут поддерживать группы волокон изолированными. Получающееся в результате промежуточное изделие будет лонжероном секции лопасти с цельными соединительными проушинами. На последующем этапе сборки два из таких промежуточных лонжеронных изделия будут расположены поверх друг друга, чтобы формировать секцию лопасти.
На фиг. 9A и 9B верхний лонжерон 201B внешней секции 222 лопасти содержит четыре группы 311, 312, 313, 314 волокон, которые образуют четыре соединительные проушины 321, 322, 323, 324. То же применимо к нижнему лонжерону 202B внешней секции 222 лопасти.
Верхний лонжерон 201A внутренней секции 221 лопасти аналогично содержит четыре группы 331, 332, 333, 334 волокон, которые образуют четыре соединительные проушины 341, 342, 343, 344. То же применимо к нижнему лонжерону 202A внутренней секции 221 лопасти.
Может быть видно, что в собранном состоянии соединительные проушины внешней секции 222 лопасти совмещены и чередуются с соединительными проушинами внутренней секции 221 лопасти. Это применимо к верхнему лонжерону 201A, 201B и к нижнему лонжерону 202A, 202B. Следовательно, различие между числом соединительных проушин внутренней секции 221 лопасти и числом соединительных проушин внешней секции 222 лопасти будет обычно равно нулю или одному.
В варианте осуществления на фиг. 9A и 9B вторая и третья соединительные проушины 342, 343 внутренней секции 221 лопасти не расположены на расстоянии, чтобы принимать соединительную проушину внешней секции лопасти между ними, а расположены друг за другом, так что они могут рассматриваться как одна единая соединительная проушина. Однако, это необязательно.
Вообще говоря, число волокон в верхней и нижней секциях лонжеронов внутренней лопасти будет, по существу, взаимно равным, и то же применимо к верхней и нижней секции лонжеронов внешней лопасти. При сравнении внутренней лопасти и внешней лопасти число волокон во внутренней лопасти будет типично больше числа волокон во внешней лопасти, чтобы приспосабливаться к тому факту, что нагрузки во внутренней лопасти выше, чем нагрузки во внешней лопасти. В лонжероне число волокон может уменьшаться с увеличением расстояния от центра несущего винта. Толщина соединительных проушин может различаться. В показанном варианте осуществления толщина центральной соединительной проушины 342, 343 внутренней секции 221 лопасти больше, чем толщина внешних соединительных проушин 341, 344 внутренней секции 221 лопасти, которые, в свою очередь, имеют толщину, равную соединительным проушинам внешней секции 222 лопасти. Однако, также возможно, что внутренняя секция 221 лопасти имеет три соединительных проушины взаимно одинаковой толщины, большей, чем толщина соединительных проушин внешней секции 222 лопасти.
Следует отметить, что число соединительных проушин лонжерона некритично; это число по меньшей мере равно 2, предпочтительно составляет 3 или 4 или 5. В случае лонжерона, имеющего ширину 12 см, группы волокон могут, например, иметь ширину 15 мм.
Дополнительно следует отметить, что в собранном состоянии аэродинамически сформированная капсула будет расположена вокруг соединения.
В то время как изобретение было иллюстрировано и описано подробно на чертежах и предшествующем описании, специалисту в данной области техники следует понимать, что такая иллюстрация и описание должны рассматриваться как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие. Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления; скорее, несколько вариаций и модификаций возможны в рамках защиты изобретения, которые определены в прилагаемой формуле изобретения.
Например, для приведения в действие воздушного винта 80 может быть предусмотрен отдельный мотор. Однако, также возможно, что мотор 4 является общим для колес 3 и воздушного винта 80 со средством переключения для направления выходной мощности мотора либо к колесам 3, либо к воздушному винту 80.
Дополнительно, хотя возможно использовать отдельную трубу 140, закрепленную относительно внутренней трубы 12, также возможно, что внутренняя труба 12 сама исполняет роль трубы 140. В таком случае в трубчатой хвостовой секции 12 устанавливаются заглушки 143 и 145, образующие между собой участок хвостовой секции 12, действующий в качестве внутреннего пространства трубы 140, в котором расположен соединительный блок 150.
Другие вариации в раскрытых вариантах осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники, применяющими на практике заявленное изобретение, из изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. Любые ссылочные символы в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие рамки.