ES3043065T3

ES3043065T3 - Vertical take-off and landing aircraft

Info

Publication number: ES3043065T3
Application number: ES24165225T
Authority: ES
Inventors: Geoffrey C Bower; Thomas P Muniz; Brett Adcock; Adam Goldstein; Calder Richmond Hughes; Zachary Robert Timm Hazen; Chad Stuart Kossar
Original assignee: Archer Aviation Inc
Current assignee: Archer Aviation Inc
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2025-11-24
Anticipated expiration: 2041-05-18
Also published as: US20250304252A1; ES3026751T3; EP4153483A1; EP4368505A3; AU2021276318B2; AU2025202044A2; PL4153483T3; AU2025203931A1; EP4371877B8; US20210362849A1; AU2025202044A1; EP4368505B1; EP4368507A2; US20250304250A1; EP4368505C0; AU2021276318A1; EP4368506B8; EP4368506A2; CN115867486A; US20250304251A1

Abstract

Una aeronave de despegue y aterrizaje vertical incluye un fuselaje, al menos un ala conectada al fuselaje, una pluralidad de rotores conectados a la al menos un ala para proporcionar sustentación para el despegue y aterrizaje vertical de la aeronave y una pluralidad de propulsores conectados a la al menos un ala e inclinables entre configuraciones de sustentación para proporcionar sustentación para el despegue y aterrizaje vertical de la aeronave y configuraciones de propulsión para proporcionar empuje hacia adelante a la aeronave. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Aeronaves de despegue y aterrizaje vertical

[0003] CAMPO

[0004] Esta divulgación se refiere de manera general a aeronaves de despegue y aterrizaje vertical, y más específicamente a aeronaves de despegue y aterrizaje vertical de ala fija.

[0005] ANTECEDENTES

[0006] Las aeronaves de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) son aeronaves que pueden despegar y aterrizar verticalmente y mantenerse en vuelo estacionario, lo que les permite transportar viajeros directamente a su destino. Los helicópteros son aeronaves VTOL que generan sustentación totalmente a través de sus rotores. Algunas aeronaves VTOL tienen alas y sistemas de propulsión que permiten a las alas proporcionar la sustentación necesaria durante el vuelo hacia delante. Algunas aeronaves VTOL con alas usan sistemas de propulsión separados para el empuje vertical durante el despegue y el aterrizaje y para el empuje hacia delante durante el vuelo de crucero. Otras aeronaves VTOL con alas usan sistemas de propulsión basculantes que basculan entre las posiciones de empuje vertical y empuje hacia delante.

[0007] La divulgación del documento US2019/329882A1 proporciona una aeronave que emplea rotores eléctricos articulados de posición variable que tienen diferentes configuraciones de funcionamiento y transiciones entre ellas, así como perfiles alares o palas de paso variable, para generar empuje vectorial en las diferentes configuraciones. Los circuitos de control generan señales de posición del rotor y señales de paso de las palas para controlar independientemente el empuje de los rotores, la orientación de los rotores y el paso de las palas de los rotores de posición variable de manera que se proporcionen (i) las transiciones entre las configuraciones de funcionamiento para los modos de vuelo correspondientes de la aeronave, que pueden incluir tanto el modo de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) como el modo de vuelo de avance, y (ii) la maniobra vectorial de empuje ordenada de la aeronave en las diferentes configuraciones, incluyendo la adaptación del paso de las palas.

[0008] La divulgación del documento US2019/127056A1 proporciona una aeronave compuesta que incluye un conjunto de rotores para el vuelo vertical colocados en brazos de soporte de soporte y elementos de ala para el vuelo de crucero acoplados a un fuselaje central que aloja la aviónica y una hélice de empuje para la propulsión hacia delante. La aeronave aloja un contenedor de transporte de carga con acoplamiento de las superficies entre el contenedor y el fuselaje y mecanismos de enclavamiento para fijar y separar el contenedor y el vehículo.

[0009] La divulgación de https://web.archive.org/web/20200114120358/https:/www.kari.re.kr/eng/sub03_01_01.do se refiere a un avión de pruebas de vuelo que permite el despegue y aterrizaje vertical.

[0010] La divulgación de "Structural Sizing for Optionally Piloted PAV Preliminary Design", Kim Sung Joon et al, Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics, disponible en http://www.jksaa.org.download/download_pdf?doi=10.12985/ksaa.2020.28.1.083 proporciona una visión general del proceso de dimensionamiento de un vehículo aéreo personal opcionalmente pilotado a nivel de diseño conceptual.

[0011] La divulgación del documento WO2018/075412A1 proporciona un multicóptero con rotores en ángulo.SUMARIO

[0012] De acuerdo con varias realizaciones, una aeronave de despegue y aterrizaje vertical incluye un ala fija, una pluralidad de rotores para proporcionar sustentación durante el despegue y aterrizaje vertical, y una pluralidad de hélices-rotores que pueden bascular desde configuraciones de sustentación para proporcionar sustentación durante el despegue y aterrizaje vertical a configuraciones de propulsión para proporcionar la velocidad de aire hacia delante necesaria para que la aeronave sea sostenida por el ala fija. Al configurar la aeronave VTOL de tal manera que una parte del sistema de propulsión se dedique a la sustentación y otra parte del sistema de propulsión se use tanto durante la sustentación como durante el vuelo de avance, la aeronave puede ser más ligera y tener menor resistencia que las aeronaves VTOL que tienen sistemas de sustentación y propulsión separados y que las aeronaves VTOL que usan toda la propulsión tanto para la sustentación como para el vuelo de avance.

[0013] La invención proporciona una aeronave de despegue y aterrizaje vertical de acuerdo con la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones adicionales.

[0014] BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0015] La invención se describirá ahora, sólo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos acompañantes, en los que:

[0016] La FIG. 1 muestra una aeronave VTOL en una configuración de vuelo hacia delante, de acuerdo con varias realizaciones;

[0017] La FIG. 2 muestra una aeronave VTOL en una configuración de despegue y aterrizaje, de acuerdo con varias realizaciones;

[0018] La FIG. 3 es una vista en perspectiva de una aeronave VTOL que ilustra las posiciones del rotor y de la hélicerotor en las configuraciones de sustentación y de vuelo de avance, de acuerdo con varias realizaciones;

[0019] La FIG. 4 es una vista superior de la aeronave VTOL de la FIG. 3;

[0020] La FIG. 5 es una vista frontal de la aeronave VTOL de la FIG. 3;

[0021] La FIG. 6 es una vista lateral de la aeronave VTOL de la FIG. 3; y

[0022] Las FIGS. 7 y 8 son vistas frontal y lateral, respectivamente, de una aeronave VTOL que ilustran el tamaño de la aeronave con respecto a una persona de pie, de acuerdo con varias realizaciones.

[0024] DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0026] De acuerdo con varias realizaciones, las aeronaves VTOL descritas en la presente incluyen por lo menos un ala fija, una pluralidad de rotores que están fijos para proporcionar sustentación durante el despegue, el aterrizaje y el vuelo estacionario, y una pluralidad de hélices-rotores basculantes desde configuraciones de sustentación para proporcionar sustentación a configuraciones de propulsión para proporcionar el empuje hacia delante necesario para que la por lo menos un ala fija proporcione la sustentación a la aeronave. Al configurar la aeronave VTOL de tal manera que una parte del sistema de propulsión este dedicado a la sustentación y otra parte del sistema de propulsión se use tanto durante la sustentación como durante el vuelo de avance, la aeronave puede ser más ligera y tener menor resistencia que las aeronaves VTOL que tienen sistemas de sustentación y propulsión separados y que las aeronaves VTOL que usan toda la propulsión tanto para la sustentación como para el vuelo de avance. Las aeronaves VTOL con alas que tienen sistemas de propulsión separados para la propulsión vertical y para la propulsión hacia delante desperdician esencialmente el sistema de propulsión hacia delante durante el despegue y aterrizaje vertical y el vuelo estacionario. Por el contrario, las aeronaves de acuerdo con los principios descritos en la presente utilizan el sistema de propulsión hacia adelante durante el despegue y aterrizaje vertical, lo que puede dar como resultado un sistema de propulsión relativamente ligero en general. Las aeronaves VTOL con alas que basculan todos sus rotores tienen lugares limitados para colocar los rotores (los rotores deben colocarse hacia delante y hacia atrás del centro de gravedad, pero su colocación está limitada por los otros rotores y las alas), lo que a menudo da como resultado un número relativamente menor de rotores y, por lo tanto, más grandes. Por el contrario, los sistemas de propulsión de acuerdo con los principios descritos en la presente pueden tener rotores relativamente más pequeños, más ligeros y con menor resistencia aerodinámica. Por tanto, las aeronaves de acuerdo con las varias realizaciones descritas en la presente tienen un equilibrio ideal entre un sistema de propulsión de sustentación dedicado y un sistema de propulsión basculante.

[0028] De acuerdo con varias realizaciones, las hélices-rotores están montadas en el ala o alas, por delante del borde de ataque, y los rotores están montados en el ala o alas, por detrás del borde de salida. Las hélices-rotores y los rotores pueden montarse en las alas mediante brazos de soporte. En algunas realizaciones, cada brazo de soporte soporta una hélice-rotor en su extremo delantero y un rotor en su extremo posterior.

[0030] De acuerdo con varias realizaciones, las hélices-rotores están escalonadas en la dirección delantera y trasera para evitar que las palas rotas de una hélice-rotor golpeen las palas de la hélice-rotor adyacente. De acuerdo con algunas realizaciones, los rotores y/o hélices-rotores están colocados e inclinados de tal manera que sus palas no se crucen entre sí y para mejorar la autoridad de control de guiñada. En algunas realizaciones, los rotores y/o las hélicesrotores se colocan e inclinan de tal manera que los planos de rotación de sus palas no se crucen con pasajeros y/o componentes críticos del sistema para minimizar el daño potencial resultante de que se rompa una pala durante el vuelo.

[0032] De acuerdo con algunas realizaciones, las alas están situadas en la parte alta del fuselaje para facilitar la entrada y salida de los pasajeros. La aeronave puede configurarse de tal manera que la parte inferior de los brazos de soporte que soportan el rotor y las hélices-rotores quede por encima de la cabeza de una persona de tamaño medio, lo que también contribuye a facilitar la entrada y la salida.

[0034] En la siguiente descripción de la divulgación y de las realizaciones, se hace referencia a los dibujos acompañantes en los que se muestran, a modo de ilustración, realizaciones específicas que pueden ponerse en práctica. Debe entenderse que pueden ponerse en práctica otras realizaciones y ejemplos, y pueden hacerse cambios, sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

[0036] Además, también debe entenderse que se pretende que las formas singulares "un", "uno" y "el" usadas en la siguiente descripción incluyan también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. También debe entenderse que el término "y/o", como se usa en la presente, se refiere y abarca todas y cada una de las combinaciones posibles de uno o más de los elementos enumerados asociados. Además, debe entenderse que los términos "incluye", "que incluye", "comprende" y/o "que comprende", cuando se usan en la presente, especifican la presencia de las características, números enteros, pasos, operaciones, elementos, componentes y/o unidades indicados, pero no excluyen la presencia o adición de una o más características, números enteros, pasos, operaciones, elementos, componentes, unidades y/o grupos de los mismos.

[0038] Como se usa en la presente, el término "hélice-rotor" se refiere a una hélice de paso variable que puede proporcionar empuje para la sustentación vertical y para la propulsión hacia delante variando el paso de la hélice.

[0040] Las FIGS. 1 y 2 ilustran una aeronave VTOL 100 en una configuración de crucero y una configuración de despegue y aterrizaje vertical, respectivamente, de acuerdo con varias realizaciones. La aeronave 100 incluye un fuselaje 102, alas 104 montadas en el fuselaje 102, y uno o más estabilizadores traseros 106 montados en la parte trasera del fuselaje 102. En las alas 104 están montados una pluralidad de rotores 112 y están configurados para proporcionar sustentación para el despegue y aterrizaje vertical. En las alas 104 están montados una pluralidad de hélices-rotores 114 y son basculantes entre configuraciones de sustentación en las que proporcionan una parte de la sustentación necesaria para el despegue y aterrizaje vertical y el vuelo estacionario, como se muestra en la FIG. 2, y configuraciones de propulsión en las que proporcionan empuje hacia delante a la aeronave 100 para el vuelo horizontal, como se muestra en la FIG. 1. Como se usa en la presente, una configuración de sustentación del hélicerotor se refiere a cualquier orientación de la hélice-rotor en la que el empuje de la hélice-rotor proporciona principalmente sustentación a la aeronave y una configuración de propulsión de la hélice-rotor se refiere a cualquier orientación de la hélice-rotor en la que el empuje de la hélice-rotor proporciona principalmente empuje hacia delante a la aeronave.

[0042] De acuerdo con varias realizaciones, los rotores 112 están configurados para proporcionar sólo sustentación, toda la propulsión siendo proporcionada por las hélices-rotores. Por consiguiente, los rotores 112 están en posiciones fijas. Durante el despegue y el aterrizaje, las hélices-rotores 114 se basculan para configuraciones de sustentación en las que su empuje se dirige hacia abajo para proporcionar sustentación adicional.

[0044] Para el vuelo hacia delante, las hélices-rotores 114 se basculan desde sus configuraciones de sustentación a sus configuraciones de propulsión. En otras palabras, se varía el cabeceo de las hélices-rotores 114 se varía de una basculación en la que el empuje de la hélice-rotor se dirige hacia abajo para proporcionar sustentación durante el despegue y aterrizaje vertical y durante el vuelo estacionario a un cabeceo en el que el empuje de la hélice-rotor se dirige hacia atrás para proporcionar empuje hacia delante a la aeronave 100. Las hélices-rotores 114 se basculan sobre ejes 118 que son perpendiculares a la dirección de avance de la aeronave 100. Las hélices-rotores se basculan sobre los ejes 118 que son perpendiculares a la dirección de avance de la aeronave 100. Cuando la aeronave 100 se encuentra en vuelo totalmente hacia delante, la sustentación puede ser proporcionada en su totalidad por las alas 104, y pueden apagarse los rotores 112. Las palas 120 de los rotores 112 pueden bloquearse en posiciones de resistencia aerodinámica bajo para el vuelo de crucero de la aeronave. En algunas realizaciones, los rotores 112 tienen cada uno dos palas 120 que se bloquean para el vuelo de crucero en posiciones de resistencia aerodinámica mínima en las que una pala está directamente delante de la otra como se ilustra en la FIG. 1. En algunas realizaciones, los rotores 112 tienen más de dos palas. En algunas realizaciones, las hélices-rotores 114 incluyen más palas 116 que los rotores 112. Por ejemplo, como se ilustra en las FIG. 1 y 2, los rotores 112 pueden incluir cada uno dos palas y las hélices-rotores 114 pueden incluir cada una cinco palas. De acuerdo con varias realizaciones, las hélices-rotores 114 pueden tener de 2 a 5 palas.

[0046] De acuerdo con varias realizaciones, la aeronave incluye sólo un ala 104 a cada lado del fuselaje 102 (o una única ala que se extiende a lo largo de toda la aeronave) y por lo menos una parte de los rotores 112 están situados hacia atrás de las alas 104 y por lo menos una parte de las hélices-rotores 114 están situados hacia delante de las alas 104. En algunas realizaciones, todos los rotores 112 están situados hacia atrás de las alas 104 y todos las hélicesrotores 114 están situadas hacia delante de las alas 104. De acuerdo con algunas realizaciones, todos los rotores 112 y las hélices-rotores 114 están montados en las alas, es decir, no hay rotores ni hélices-rotores montados en el fuselaje. De acuerdo con varias realizaciones, los rotores 112 están todos situados hacia atrás de las alas 104 y las hélices-rotores 114 están todos situados hacia delante de las alas 104. De acuerdo con algunas realizaciones, todos los rotores 112 y hélices-rotores 114 están situados hacia el interior de las puntas de las alas 109.

[0048] De acuerdo con varias realizaciones, los rotores 112 y las hélices-rotores 114 están montados en las alas 104 mediante brazos de soporte 122. Los brazos de soporte 122 pueden estar montados por debajo de las alas 104, en la parte superior de las alas y/o pueden estar integrados en el perfil de las alas. De acuerdo con varias realizaciones, en cada brazo de soporte 122 están montados un rotor 112 y una hélice-rotor 114. El rotor 112 puede estar montado en un extremo trasero del brazo de soporte 122 y la hélice-rotor 114 puede estar montada en un extremo delantero del brazo de soporte 122. En algunas realizaciones, el rotor 112 está montado en una posición fija en el brazo de soporte 122. En algunas realizaciones, la hélice-rotor 114 está montada en un extremo delantero del brazo de soporte 122 mediante una bisagra 124. La hélice-rotor 114 puede estar montada en la brazo de soporte 122 de tal manera que la hélice-rotor 114 esté alineada con el cuerpo del brazo de soporte 122 cuando está en su configuración de propulsión, formando una extensión continua del extremo delantero del brazo de soporte 122 que minimiza la resistencia aerodinámica para el vuelo hacia delante.

[0050] De acuerdo con varias realizaciones, la aeronave 100 puede incluir una sola ala en cada lado de la aeronave 100 o una única ala que se extiende a lo largo de la aeronave. De acuerdo con algunas realizaciones, la por lo menos un ala 104 es un ala alta montada en un lado superior del fuselaje 102. De acuerdo con algunas realizaciones, las alas incluyen superficies de control, como flaps y/o alerones. De acuerdo con algunas realizaciones, las alas pueden tener puntas de ala curvadas 109 para reducir la resistencia aerodinámica durante el vuelo hacia delante.

[0052] De acuerdo con algunas realizaciones, los estabilizadores traseros 106 incluyen superficies de control, como uno o más timones, uno o más elevadores, y/o uno o más timones-elevadores combinados. El ala o alas pueden tener cualquier diseño adecuado. En algunas realizaciones, las alas tienen un borde de ataque ahusado 123, como se muestra, por ejemplo, en la realización de la FIG. 1. En algunas realizaciones, las alas tienen un borde de salida ahusado 125, como se muestra en la realización de la FIG. 3. En la realización de la FIG. 3, las alas tienen un borde de ataque sustancialmente recto 127 en la sección central de las alas 104.

[0054] La aeronave 100 puede incluir por lo menos una puerta 110 para la entrada y salida de pasajeros. En la realización ilustrada, la puerta 110 está situada debajo y por delante de las alas 104.

[0056] De acuerdo con varias realizaciones, los rotores 112 y las hélices-rotores 114 están colocados y configurados para minimizar el daño que pueda producirse debido al fallo de las palas (denominado comúnmente fallo catastrófico del rotor). Las FIGS. 3-6 muestran las posiciones y orientaciones relativas de las palas del rotor y de la hélice-rotor durante su uso, de acuerdo con algunas realizaciones. Las posiciones de las palas en rotaciones completas se ilustran con discos. Cada hélice-rotor tiene dos discos, uno para la configuración de sustentación y otro para la configuración de propulsión. Las configuraciones de los rotores y de las hélices-rotores a la izquierda y a la derecha de la aeronave son imágenes especulares, y por lo tanto, a continuación sólo se analizan las configuraciones de los rotores y las hélices-rotores de un solo lado de la aeronave.

[0058] Como se ilustra en la vista superior de la FIG. 4, las hélices-rotores 114 pueden estar escalonadas en la dirección de adelante hacia atrás de tal manera que el plano de rotación de las hélices-rotores en sus configuraciones de propulsión sean no coplanares. En las realizaciones ilustradas, la hélice-rotor más interno 114a está adelantada con respecto a las demás hélices-rotores. En algunas realizaciones, las hélices-rotores más interno 114a están adelantadas con respecto al compartimento de pasajeros o de la ubicación más adelantada de los pasajeros en el compartimento de pasajeros para asegurarse de que una pala rota no pueda introducirse en el compartimento de pasajeros y lesionar a un pasajero. En algunas realizaciones, por lo menos dos hélices-rotores del mismo lado de la aeronave están alineadas de tal manera que los planos de rotación de sus palas sean coplanares.

[0060] De acuerdo con algunas realizaciones, los rotores 112 están en posiciones escalonadas de adelante hacia atrás. En algunas realizaciones, los rotores 112a más internos están colocados hacia atrás de los otros rotores. En algunas realizaciones, por lo menos una parte de los rotores 112 están alineados en la dirección de adelante hacia atrás.

[0062] De acuerdo con la invención, por lo menos una de las hélices-rotores 114 está inclinada con respecto a por lo menos otra hélice-rotor 114. Por lo menos una de las hélices-rotores 112 puede estar inclinada con respecto a por lo menos otra hélice-rotor 112. Como se usa en la presente, la inclinación se refiere a una orientación relativa del eje de rotación del rotor/hélice-rotor alrededor de una línea paralela a la dirección de adelante hacia atrás, análoga al grado de libertad de alabeo de la aeronave. La inclinación de los rotores y/o hélices-rotores puede ayudar a minimizar los daños provocados por el fallo catastrófico del rotor orientando el plano rotacional de los discos del rotor/hélice-rotor (las palas más la parte del rotor en la que están montadas las palas) de tal manera que no se crucen con partes críticas de la aeronave (como áreas del fuselaje en las que puede haber personas, sistemas críticos de control de vuelo, baterías, rotores/hélices-rotores adyacentes, etc.) u otros discos del rotor, y puede proporcionar un mayor control de la guiñada durante el vuelo. En algunas realizaciones, un ángulo de inclinación de cualquier rotor o hélice-rotor es tal que un disco de fallo catastrófico respectivo no se cruzará con los pasajeros o un piloto. En algunas realizaciones, un ángulo de inclinación de cualquier rotor o hélice-rotor es tal que un disco de fallo catastrófico respectivo no se cruzará con ningún componente crítico de vuelo. (Como se usa en la presente, un componente crítico es cualquier componente cuyo fallo contribuiría o provocaría una condición de fallo que impediría la continuación del vuelo controlado y el aterrizaje de la aeronave). La vista frontal de la FIG. 5 ilustra mejor la inclinación de los rotores y las hélices-rotores, de acuerdo con algunas realizaciones. Se proporciona un eje de rotación 130a para el rotor más interno 114a en su configuración de sustentación para ilustrar el ángulo de inclinación de la hélice-rotor 114a. La inclinación de las hélicesrotores 114 da como resultado que los planos de rotación de sus palas estén en ángulo con respecto a la horizontal, como se ilustra, por ejemplo, por el disco 132a que no es horizontal. El ángulo de inclinación ilustrado 136a medido desde la vertical 138 es de aproximadamente 12 grados, pero puede variar de 0 a 30 grados en cualquier dirección. En la realización ilustrada, la hélice-rotor más externa 114c está inclinada la misma cantidad y en la misma dirección que la hélice-rotor más interna 114a y la hélice-rotor intermedia 114b está inclinada la misma cantidad pero en la dirección opuesta que las hélices-rotores más interna y externa 114a,c de tal manera que el eje de rotación 130a de la hélice-rotor 114a es paralelo al eje de rotación 130c de la hélice-rotor 114c pero no paralelo al eje de rotación 130b de la hélice-rotor 114b. Sin embargo, este es meramente un ejemplo de la inclinación relativa de las hélices-rotores y un experto en la materia entenderá que puede usarse cualquier combinación adecuada de inclinación de las hélicesrotores (incluyendo la ausencia de inclinación) de acuerdo con las características de rendimiento deseadas de la aeronave.

[0064] Los rotores 112 también pueden estar inclinados de cualquier manera y combinación adecuadas. En algunas realizaciones, los rotores 112 se inclinan de acuerdo con una hélice-rotor correspondiente. Por ejemplo, el rotor más interno 112a está inclinado en la misma cantidad y en la misma dirección que la hélice-rotor más interna 114a, como puede verse comparando el disco de palas más interno 134a con el disco de palas más interno 132a. De manera similar, los rotores 112b y 112c están inclinados de manera similar a las hélices-rotores 114b y 114c correspondientes, respectivamente. Obsérvese que en la FIG. 5, el disco de palas del rotor más interno 134a no se representa como una línea recta debido a que el rotor más interno 112a está orientado con una basculación hacia atrás como se analiza más detalladamente a continuación. Para lograr las características de rendimiento deseadas puede usarse cualquier combinación adecuada de inclinación y/o no inclinación de los rotores unos con respecto a los otros y con respecto a las hélices-rotores.

[0066] La vista lateral de la FIG. 6 ilustra la relativamente pequeña basculación hacia atrás del rotor más externo 112c, de acuerdo con la realización ilustrada. El eje rotacional 140c del rotor 112c está basculado hacia atrás desde la vertical 142 por un ángulo 144c, que puede variar de 0 a 15 grados en cualquier dirección. La ligera basculación hacia atrás del rotor 112c puede ayudar con la estabilidad de la aeronave y el control de guiñada. La FIG. 6 también ilustra el intervalo de basculación de por lo menos la hélice-rotor más externa 114c, de acuerdo con algunas realizaciones. La hélice-rotor más externa 114c puede bascularse desde una posición recta ilustrada por el eje de rotación horizontal 146c de la hélice-rotor 114c en su configuración de propulsión a una posición justo después (por ejemplo, menos de 10 grados después) de la vertical 148 como se ilustra por el eje de rotación 150c de la hélice-rotor 114c en su configuración de sustentación, de tal manera que la hélice-rotor 114c tiene un intervalo de basculación 151c de aproximadamente 100 grados. De acuerdo con varias realizaciones, cada una de las hélices-rotores 114 tiene un intervalo de más de 90 grados.

[0068] Las FIGS. 7 y 8 ilustran las localizaciones de las alas, rotores, y hélices-rotores con respecto a una persona en el suelo, de acuerdo con algunas realizaciones. La aeronave 100 puede configurarse de tal manera que la parte inferior 152a de la hélice-rotor más interna 114a esté situada por encima de la cabeza de una persona que está de pie en el suelo junto al fuselaje (por ejemplo, preparándose para entrar en la aeronave) cuando la aeronave 100 está apoyada en su tren de aterrizaje 154 en el suelo. La ubicación de las alas en posiciones elevadas en la parte superior del fuselaje 102 puede garantizar el máximo espacio para la cabeza de las personas que entran y salen de la aeronave. Las FIGS. 7 y 8 también muestran a una persona sentada en la cabina del fuselaje para ilustrar el tamaño relativo de la aeronave, de acuerdo con algunas realizaciones.

[0070] De acuerdo con algunas realizaciones, los rotores 112 y las hélices-rotores 114 son todos de alimentación eléctrica. Las baterías para alimentar los rotores 112 y las hélices-rotores 114 pueden estar situadas en cualquier localización adecuada de la aeronave, incluyendo el fuselaje y/o las alas. El número y la potencia de los rotores y hélices-rotores pueden seleccionarse de acuerdo con los parámetros de rendimiento deseados (por ejemplo, carga útil objetivo, velocidad aerodinámica y altitud). De acuerdo con algunas realizaciones, la potencia nominal máxima de uno o más de los rotores y las hélices-rotores es de 500 kilovatios o menos, preferiblemente de 200 kilovatios o menos, más preferiblemente de 150 kilovatios o menos. De acuerdo con algunas realizaciones, la potencia nominal máxima de uno o más de los rotores y las hélices-rotores es de por lo menos 10 kilovatios, preferiblemente de por lo menos 20 kilovatios, más preferiblemente de por lo menos 50 kilovatios. El número de hélices-rotores puede variar desde un mínimo de 2 (uno a cada lado de la aeronave) hasta un máximo de 24 (12 a cada lado de la aeronave). Preferiblemente, el número de hélices-rotores se encuentra en el intervalo de 4 a 8. El número de rotores puede variar entre 2 y 24, y preferiblemente se encuentra en el intervalo de 4 a 8. La aeronave puede tener un número igual de rotores y hélicesrotores, un número mayor de hélices-rotores o un número mayor de rotores.

[0072] Las aeronaves de acuerdo con los principios analizados anteriormente pueden configurarse para transportar hasta 10 personas, preferiblemente hasta 6 personas, y más preferiblemente hasta 4 personas. De acuerdo con algunas realizaciones, la aeronave está configurada para ser pilotada e incluye controles de pilotaje. En algunas realizaciones, la aeronave está configurada para funcionar de manera autónoma sin piloto a bordo.

[0074] De acuerdo con algunas realizaciones, la aeronave está configurada para transportar hasta 6 personas (por ejemplo, un piloto y hasta 5 pasajeros) hasta 75 millas a una velocidad de crucero de hasta 150 millas por hora a una altitud de hasta 3.000 pies sobre el suelo. En algunas realizaciones, la aeronave está configurada para 5 personas, como un piloto y cuatro pasajeros. De acuerdo con varias realizaciones, el alcance máximo con una sola carga de batería es de 25 millas, 50 millas, 75 millas, 100 millas o 200 millas.

[0076] De acuerdo con varias realizaciones, los rotores 112 y/o las hélices-rotores 114 están configurados para tener una velocidad de punta relativamente baja para disminuir la cantidad de ruido generado por la aeronave. En algunas realizaciones, la velocidad de punta de las palas del rotor es de aproximadamente 0,4 Mach en vuelo estacionario. De acuerdo con varias realizaciones, el diámetro de las palas del rotor y/o de la hélice-rotor se encuentra en el intervalo de 1 a 5 metros, preferiblemente en el intervalo de 1,5 a 2 metros.

[0077] De acuerdo con varias realizaciones, la envergadura se encuentra en el intervalo de 10 a 20 metros, preferiblemente en el intervalo de 15 a 16 metros. De acuerdo con varias realizaciones, la longitud de la aeronave se encuentra en el intervalo de 3 a 20 metros, preferiblemente en el intervalo de 5 a 15 metros, y más preferiblemente en el intervalo de 6 a 10 metros.

[0079] De acuerdo con varias realizaciones, la aeronave se maneja durante el despegue y el aterrizaje colocando las hélices-rotores en configuraciones de sustentación y proporcionando la sustentación requerida a la aeronave mediante la sustentación combinada proporcionada por los rotores y las hélices-rotores. De acuerdo con varias realizaciones, durante el despegue y el aterrizaje vertical y/o el vuelo estacionario, las hélices-rotores pueden mantenerse en configuraciones de sustentación predeterminadas que pueden ser las mismas para todos las hélicesrotores o diferentes para las diferentes hélices-rotores. De acuerdo con varias realizaciones, la basculación de por lo menos algunas de las hélices-rotores puede ajustarse activamente durante el despegue y el aterrizaje y/o el vuelo estacionario para proporcionar la estabilidad y/o maniobrabilidad requeridas. De acuerdo con algunas realizaciones, durante el despegue, el aterrizaje y/o el vuelo estacionario la basculación de por lo menos una hélice-rotor es controlada activamente por el controlador de vuelo para generar momentos de guiñada.

[0081] De acuerdo con varias realizaciones, cada rotor y/o cada hélice-rotor puede ser controlado individualmente por el controlador de vuelo de acuerdo con los varios grados de libertad operacionales. De acuerdo con varias realizaciones, el único grado de libertad del rotor es la velocidad de rotación del rotor. En algunas realizaciones, puede ajustarse colectivamente el ángulo de ataque de las palas de los rotores, proporcionando un grado de libertad adicional. De acuerdo con varias realizaciones, los grados de libertad de por lo menos una parte de las hélices-rotores incluyen la velocidad de rotación de las hélices-rotores, el ángulo de ataque colectivo de las palas y el grado de basculación de las hélices-rotores. De acuerdo con varias realizaciones, el controlador de vuelo puede controlar activamente cualquiera de estos grados de libertad (ya sea de manera autónoma o en respuesta a comandos del piloto) durante el despegue y el aterrizaje con el fin de proporcionar la estabilidad y maniobrabilidad adecuadas.

[0083] Una vez que la aeronave ha alcanzado la altitud suficiente para iniciar el vuelo hacia adelante, las hélicesrotores comienzan a bascular hacia adelante hacia sus configuraciones de propulsión de tal manera que su empuje proporcione una combinación de sustentación y empuje, con una proporción decreciente de sustentación a medida que las hélices-rotores basculan más hacia sus configuraciones de propulsión. Los rotores pueden permanecer activos durante por lo menos una parte del periodo en el que las hélices-rotores basculan hacia delante para continuar proporcionando sustentación basada en los rotores. En cualquier momento después de que la velocidad aerodinámica hacia delante sea lo suficientemente alta como para que las alas proporcionen suficiente sustentación para mantener la altitud de la aeronave, los rotores pueden desactivarse. Como se ha analizado anteriormente, las palas de los rotores pueden bloquearse en una posición de baja resistencia aerodinámica.

[0085] Durante el vuelo de crucero, los rotores permanecen desactivados. Las superficies de control de las alas y/o estabilizadores traseros pueden usarse para la maniobrabilidad y estabilidad de la aeronave de manera convencional. De acuerdo con algunas realizaciones, la basculación de por lo menos algunas de las hélices-rotores puede controlarse activamente para proporcionar estabilidad adicional y/o control de maniobrabilidad. En algunas realizaciones, la basculación de por lo menos algunos de las hélices-rotores se controla activamente durante el despegue y el aterrizaje y/o el vuelo estacionario. En algunas realizaciones, la basculación de las hélices-rotores es fija (es decir, no variable) durante el crucero. De acuerdo con algunas realizaciones, durante el despegue y aterrizaje vertical y/o el vuelo estacionario puede controlarse activa e independientemente la basculación de las hélices-rotores más externas para proporcionar momentos de guiñada según sea necesario.

[0087] La descripción anterior, a efectos de explicación, se ha descrito con referencia a realizaciones específicas. Sin embargo, no se pretende que los análisis ilustrativos anteriores sean exhaustivos ni limiten la invención a las formas precisas divulgadas. A la vista de las enseñanzas anteriores son posibles muchas modificaciones y variaciones. Las realizaciones se han elegido y descrito para explicar mejor los principios de las técnicas y sus aplicaciones prácticas. Otros expertos en la materia podrán de este modo utilizar mejor las técnicas y las varias realizaciones con las varias modificaciones según sean adecuadas para el uso particular contemplado.

[0089] Aunque la divulgación y los ejemplos se han descrito completamente con referencia a las figuras acompañantes, debe tenerse en cuenta que para los expertos en la materia serán evidentes varios cambios y modificaciones. Debe entenderse que tales cambios y modificaciones están incluidos dentro del alcance de la invención siempre que estén dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Una aeronave de despegue y aterrizaje vertical (100) que comprende:

un fuselaje (102);

por lo menos un ala (104) conectada al fuselaje;

una pluralidad de rotores (112) conectados a la por lo menos un ala para proporcionar sustentación para el despegue y aterrizaje vertical de la aeronave;

una pluralidad de hélices-rotores (114) conectados a la por lo menos un ala y basculantes entre configuraciones de sustentación para proporcionar sustentación para el despegue y aterrizaje vertical de la aeronave y configuraciones de propulsión para proporcionar empuje hacia delante a la aeronave;

en donde cada rotor de la pluralidad de rotores está fijo en su posición; y caracterizado porque:

una primera hélice-rotor (114a) de la pluralidad de hélices-rotores está inclinado con respecto a una segunda hélice-rotor (114b) de la pluralidad de hélices-rotores de tal manera que un eje de rotación (130a) de la primera hélice-rotor no es paralela a un eje de rotación (130b) de la segunda hélice-rotor.

2. La aeronave de la reivindicación 1, en donde un primer rotor (112a) de la pluralidad de rotores está inclinado con respecto a un segundo rotor (112b) de la pluralidad de rotores de tal manera que un eje de rotación del primer rotor no es paralelo a un eje de rotación del segundo rotor.

3. La aeronave de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en donde la pluralidad de rotores está situada hacia atrás de la por lo menos un ala y la pluralidad de hélices-rotores está situada hacia delante de la por lo menos un ala.

4. La aeronave de la reivindicación 3, que comprende una pluralidad de brazo de soportes (122) montados en la por lo menos un ala, cada brazo de soporte montando un rotor y una hélice-rotor en la por lo menos un ala.

5. La aeronave de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde una primera hélice-rotor (114a) está hacia delante de una segunda hélice-rotor (114b) que es adyacente a la primera hélice-rotor.

6. La aeronave de cualquier reivindicación anterior, en donde un ángulo de inclinación (136a) de cualquier hélice-rotor es tal que un disco de fallo catastrófico respectivo no puede cruzarse con pasajeros o un piloto, o la aeronave de una reivindicación anterior dependiente de la reivindicación 2, en donde un ángulo de inclinación (136a) de cualquier rotor es tal que una dirección de fallo catastrófico respectiva no puede cruzarse con pasajeros o un piloto.

7. La aeronave de cualquier reivindicación anterior, en donde un ángulo de inclinación (136a) de cualquier hélice-rotor es tal que un disco de fallo catastrófico respectivo no puede cruzarse con ningún componente crítico para el vuelo, o la aeronave de una reivindicación anterior dependiente de la reivindicación 2, en donde un ángulo de inclinación (136a) de cualquier rotor es tal que una dirección de fallo catastrófico respectiva no puede cruzarse con ningún componente crítico para el vuelo.

8. La aeronave de cualquier reivindicación anterior dependiente de la reivindicación 2, en donde un ángulo de inclinación del rotor entre el eje de rotación del primer rotor y un eje vertical de la aeronave está comprendido entre 0 grados y 30 grados.

9. La aeronave de la reivindicación 8, en donde el ángulo de inclinación del rotor es de aproximadamente 12 grados.

10. La aeronave de cualquier reivindicación anterior, en donde un ángulo de inclinación de la hélice-rotor (136a) entre el eje de rotación de la primera hélice-rotor y un eje vertical (138) de la aeronave está comprendido entre 0 grados y 30 grados.

11. La aeronave de la reivindicación 10, en donde el ángulo de inclinación de la hélice-rotor es de aproximadamente 12 grados.

12. La aeronave de cualquiera de las reivindicaciones 1-11 que comprende además un sistema de control configurado para alterar activamente la basculación de por lo menos una hélice-rotor (114) para generar momentos de guiñada durante el despegue, el aterrizaje y/o el vuelo estacionario.

13. La aeronave de cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en donde un intervalo de basculación (151c) de las hélicesrotores es mayor de noventa grados.

14. La aeronave de cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en donde la pluralidad de hélices-rotores comprende un hélice-rotor más externa (114c), en donde un intervalo de basculación (151c) de la hélice-rotor más externa es de aproximadamente 100 grados.

15. La aeronave de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en donde todos los rotores y hélices-rotores están

montados en la por lo menos un ala.

16. La aeronave de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en donde por lo menos dos hélices-rotores de la pluralidad de hélices-rotores están en un primer lado de la aeronave, en donde las por lo menos dos hélices-rotores están alineadas de tal manera que sus planos de rotación de las palas son coplanares.

17. La aeronave de cualquier reivindicación anterior, en donde la pluralidad de rotores comprende un rotor más externo (112c), y en donde un eje de rotación (140c) del rotor más externo está basculado hacia atrás o hacia delante con respecto a un eje vertical (142) de la aeronave.

18. La aeronave de cualquier reivindicación anterior, en donde la pluralidad de rotores comprende un rotor más interno (112a), y en donde un eje de rotación del rotor más interno está basculado hacia atrás o hacia delante con respecto a un eje vertical de la aeronave.

19. La aeronave de cualquier reivindicación anterior, en donde cada rotor comprende más de dos palas (120).

20. La aeronave de cualquier reivindicación anterior, en donde cada hélice-rotor comprende cinco palas (116).

21. La aeronave de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, en donde los ángulos de ataque de las palas (116) de las hélices-rotores son ajustables colectivamente durante el vuelo, o la aeronave de la reivindicación 20, en donde los ángulos de ataque de las palas (116) de las hélices-rotores son ajustables colectivamente durante el vuelo.

22. La aeronave de cualquier reivindicación anterior, en donde la por lo menos un ala tiene superficies de control.