貝爾公司申請(qǐng)可用于電動(dòng)“空中的士”的構(gòu)型設(shè)計(jì)方案專利
貝爾公司于今年1月提交的一個(gè)可用于電動(dòng)垂直起降空中的士的構(gòu)型設(shè)計(jì)方案專利近日被公布,采用該方案的驗(yàn)證機(jī)預(yù)計(jì)將在2020年實(shí)現(xiàn)首飛,賽峰公司將為其開(kāi)發(fā)一套混合電推進(jìn)系統(tǒng)作為動(dòng)力裝置。
該專利的專利號(hào)為U.S.2018/0208305,于今年1月8日提交,該構(gòu)型使用了3個(gè)可傾轉(zhuǎn)的涵道風(fēng)扇,其中2個(gè)單副旋翼的涵道風(fēng)扇布置在機(jī)翼翼尖,另一個(gè)使用共軸雙旋翼的涵道風(fēng)扇布置在尾部結(jié)構(gòu)上。該構(gòu)型與貝爾公司此前公布的電動(dòng)空中的士方案有很多相似之處。
貝爾公司在該專利的應(yīng)用方向中稱,這是一種可以搭載1名飛行員和1名乘客的飛機(jī),也可以布置一個(gè)最多容納六名乘客的座艙,并可選擇有人駕駛或無(wú)人駕駛。專利的詳細(xì)描述中稱,該飛機(jī)可以具有混合動(dòng)力或混合動(dòng)力液壓推進(jìn)系統(tǒng)。
專利申請(qǐng)文件中包括兩個(gè)不同版本的草圖,其中一個(gè)機(jī)身尾部結(jié)構(gòu)為Y形,以支撐尾部風(fēng)扇。另一個(gè)則采用了二面翼,尾部風(fēng)扇安裝在2個(gè)平行的尾梁中間。后者看起來(lái)與貝爾公司在此前展示的四座空中的士概念方案類似。
貝爾申請(qǐng)的U.S.2018/0208305專利草圖(尾翼采用二面翼)。
混合電推進(jìn)動(dòng)力通過(guò)內(nèi)燃機(jī)或輔助動(dòng)力裝置(APU)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī),產(chǎn)生高壓電為一組電池充電,由電池來(lái)驅(qū)動(dòng)涵道風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)。混合液壓動(dòng)力則通過(guò)APU驅(qū)動(dòng)液壓泵,由液壓泵為涵道風(fēng)扇的液壓發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。在該概念的另一個(gè)實(shí)例中,通過(guò)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī),由發(fā)電機(jī)為液壓泵提供電力驅(qū)動(dòng),進(jìn)而帶動(dòng)涵道風(fēng)扇。
該專利的應(yīng)用方向描述中一些地方寫的非常具體,如提及了APU可以是一臺(tái)180馬力的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī),驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生至少100千伏安的電能,為每個(gè)旋翼使用的60馬力電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。但其同時(shí)聲明,APU可以提供“適當(dāng)?shù)膭?dòng)力”。
在直升機(jī)模式下,涵道風(fēng)扇轉(zhuǎn)至垂直狀態(tài)以產(chǎn)生垂直方向的升力。通過(guò)改變機(jī)翼翼尖2個(gè)涵道風(fēng)扇的總距和轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)操縱,這兩個(gè)風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)方向相反,以平衡反扭矩。尾部風(fēng)扇則提供抵消翼尖風(fēng)扇扭矩的反扭矩。
俯仰控制是通過(guò)調(diào)整尾部風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn),偏航控制是通過(guò)改變2個(gè)翼尖風(fēng)扇傾角和扭矩實(shí)現(xiàn),或通過(guò)在涵道中的支柱上加裝副翼來(lái)實(shí)現(xiàn)。專利申請(qǐng)書中稱,該方案的旋翼不需要周期變距操縱,并且在一些實(shí)例中甚至不需要總距控制,只需要控制轉(zhuǎn)速即可。
在飛機(jī)模式下,涵道風(fēng)扇轉(zhuǎn)至水平方向以提供前向推力。飛行控制則由垂尾上的方向舵和前后風(fēng)扇涵道支柱上的副翼提供。專利文件中表示,該飛機(jī)的飛行速度可超過(guò)150節(jié)(278千米/時(shí))。
該飛機(jī)的尺寸與傳統(tǒng)輕型直升機(jī)大致相當(dāng)。涵道風(fēng)扇的尺寸則設(shè)計(jì)為最大限度減少垂直起降時(shí)的動(dòng)力需求和下洗流,以避免在起飛和著陸過(guò)程中吹起地面大量的碎片或灰塵,對(duì)乘客造成危害。
該專利申請(qǐng)書中還包括了一旦飛機(jī)進(jìn)入著陸區(qū)域、或在著陸后監(jiān)測(cè)到著陸輪上的重量變化時(shí)就對(duì)電池進(jìn)行無(wú)線充電的功能。無(wú)線充電系統(tǒng)將位于著陸區(qū)上或嵌入在著陸區(qū)內(nèi),并擁有安全聯(lián)鎖裝置可以防止電池電量不足而起飛。
(航空工業(yè)發(fā)展研究中心 李昊)
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