專利名稱：復(fù)合升力航空器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合升力航空器，其利用氦氣或者其它比空氣輕的氣體 填充的氣嚢來抵消航空器的全部或者基本上全部的重量，該;fe空器采用豎直 的助推器來提升有效載荷，并且釆用橫向助推器來橫向操控和移動航空器和 有效載荷，以便在一段距離上提供重的有效載荷升力，從而減小、基本上消 除或者完全消除更換壓載的需要，特別是在遙遠(yuǎn)的位置和苛刻的環(huán)境中。
背景技術(shù)：
可變升力的裝置，例如氣球或者飛船是本領(lǐng)域已知的用于移動或者提升 重物或者大尺寸的物體的裝置，這些大尺寸的物體的尺寸太大，難以由卡車、 火車、直升機(jī)或者飛機(jī)來運(yùn)輸。 一般地，這種可變升力的裝置由氣球或者飛 船構(gòu)成，該氣球或者飛船包含氦氣或者其它比空氣輕的氣體，例如氖、甲烷、 乙烷或者氫氣，在一些情況下其具有連接到氣球上的吊艙或者平臺，該可變 升力的裝置通常設(shè)有用于在壓力下存儲比空氣輕的氣體的罐。該氣球或者飛 船通常由柔性氣嚢構(gòu)成，該氣嚢由剛性結(jié)構(gòu)支撐，該剛性結(jié)構(gòu)包括梁組件， 其中一根梁在一個維度上的尺寸相對于其它兩維上的尺寸更長。
幾十年來，私有企業(yè)和政府視圖在苛刻和惡劣的條件和環(huán)境下運(yùn)輸重的 載荷，特別是在北極或者其它遙遠(yuǎn)的區(qū)域。作為例子，在沒有路或者^U又冬 天有路或者包括對環(huán)境敏感區(qū)域的地區(qū)，在油氣和礦物開采業(yè)務(wù)領(lǐng)域通常需 要短途提升重物的能力。在一些情況下，最多存在季節(jié)性或者臨時性的措施， 而且一些措施是成本高，很多方面效率有限。例如，在一年中幾個月有效的 冬天的路，在遙遠(yuǎn)的區(qū)域通常僅僅在逐漸縮短的寒冷冬季可行。在遙遠(yuǎn)的地 區(qū)在沼澤、常年凍土和開闊水面其它的運(yùn)輸方法至少季節(jié)性地依賴空中運(yùn) 輸，其具有內(nèi)在的成本和需要大量勤出設(shè)施來支撐。
最近，提出了填充比空氣輕的氣體(LTA)的航空器來在遙遠(yuǎn)的北極環(huán) 境中運(yùn)輸有效載荷。但是，與這些航空器相關(guān)的大的壓載的傳送的物流存在很大的技術(shù)障礙和成本，在飛船中壓載運(yùn)送是需要的，與過去一樣，因?yàn)橐?br> 前的飛船是基于采用比空氣輕的氣體來提升貨物和飛船本身的100%的重
量，當(dāng)這種傳統(tǒng)的飛船不攜帶貨物時，貨物的重量必須用壓載(通常是水或 者沙子)來替代，以便保持中性浮力。盡管這樣比較省燃料并且適于長距離 牽引重物，但是在遙遠(yuǎn)的苛刻的環(huán)境例如北極牽引重物是不實(shí)際的。盡管可 以采用水作為壓載，需要規(guī)劃和支撐設(shè)備來確保獲取壓載源，當(dāng)采用水壓載 時，水保持在凍結(jié)溫度以上以便確保迅速和有效的有效載荷下降并且管理壓 載。因此，需要一種改進(jìn)的航空器，其能在一段距離上提供有效載荷升力， 而不需要更換壓載，特別是在遙遠(yuǎn)區(qū)域和苛刻的環(huán)境。還需要一種改進(jìn)的舶j 空器，其不依賴于空氣動力學(xué)來實(shí)現(xiàn)提升或者保持在高空，并更容易操縱， 以輔助拾取和傳送有效載荷。在這方面，本發(fā)明基本上實(shí)現(xiàn)了這些需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種改進(jìn)的航空器，其能在相對短的距離上提 供有效載荷升力，而不需要更換壓載，特別是在遙遠(yuǎn)位置和苛刻環(huán)境中，該 航空器利用氦氣或者其它比空氣輕的氣體填充的氣嚢來抵消或者基本上抵 消航空器的重量，可變的且可逆的豎直助推器提供提升有效載荷的動力。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種改進(jìn)的航空器，其不依賴于空氣動力學(xué) 來實(shí)現(xiàn)提升或者保持在高空，其具有更大的可操縱性、筒化了對有效載荷的 拾取和傳送。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種改進(jìn)的航空器，其由于航空器上的可變 且優(yōu)選可逆的橫向和豎直助推器而更易于操縱，這些助推器在與球形提升氣 嚢結(jié)合使用時，允許本發(fā)明的航空器能夠圍繞穿過航空器的中心的基本上豎 直的軸線旋轉(zhuǎn)，從而允許在拾取和傳送有效載荷時的精度、靈活性和簡化的 操作。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種復(fù)合升力航空器，其用于提升和運(yùn)輸
有效載荷到傳送位置，所述航空器包括氣嚢裝置，其用于容納比空氣輕的 氣體，并且在膨脹時具有基本上固定的尺寸和基本上球形的形狀；機(jī)架，其 上表面上適于接收和固定地安裝所述氣嚢裝置；多個可變的豎直助推器，其 安裝成與所述機(jī)架接合；以及至少兩個可變的橫向助推器，所述可變的橫向助推器安裝成與所述航空器接合，其中，當(dāng)所述航空器連接到有效載荷上進(jìn) 行運(yùn)輸時，所述氣嚢裝置中的比空氣輕的氣體基本上支撐和抵消所述航空器 的重量，所述多個可變的豎直助推器可接合，以便產(chǎn)生升力并且升起有效載 荷的重量并將該有效載荷的重量保持在高空， 一旦位于高空，所述可變的才黃 向助推器可接合，以便使得所述航空器橫向運(yùn)動到傳送位置， 一旦所述力元空 器位于傳送位置，所述多個可變的豎直助推器的升力將減d、以便降低所迷航 空器，直到有效載荷再次接合地面，以便從所述航空器卸下所述有效載荷。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種復(fù)合升力航空器，其用于提升和運(yùn)輸
有效載荷到傳送位置，所述航空器包括氣嚢裝置，其用于容納比空氣輕的 氣體，并且在膨脹時具有基本上固定的尺寸和基本上球形的形狀；機(jī)架，其 上表面上適于接收和安裝所述氣嚢裝置；多個安裝支架，其一體地連接到所 述機(jī)架的外表面上；多個固定纜線，其中，每個纜線的第一端固定到才幾架上 的安裝支架上，這些纜線在所述氣嚢裝置的頂部上豎直延伸，每個纜線的第 二端固定到機(jī)架的正對相對側(cè)的相對的安裝支架上，以便保持所述氣嚢裝置 與所述機(jī)架接合；多個桁架桿，其一體地連接到所述機(jī)架上，每個桁架桿/人 所述機(jī)架的外表面向外延伸；多個可變的豎直助推器，每個安裝在所述多個 桁架桿中的相應(yīng)一個的遠(yuǎn)端上；以及至少兩個可變的橫向助推器，所述可變 的橫向助推器安裝成與所述航空器接合，其中，當(dāng)所述航空器連接到有效載 荷上進(jìn)行運(yùn)輸時，比空氣輕的氣體基本上支撐和抵消所述航空器的重量，所 述多個可變的豎直助推器可接合，以便產(chǎn)生升力并且將所述航空器和有效載 荷保持在高空，其中，所述可變的橫向助推器可接合，以便使得所述航空器 橫向運(yùn)動到傳送位置，由此， 一旦所述航空器位于傳送位置，所述多個可變 的豎直助推器的升力減小以便將所述航空器和有效載荷降低到地面上，以便 從所述航空器卸下所述有效載荷。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于利用根據(jù)本發(fā)明的航空器提升和 運(yùn)輸有效載荷到傳送位置的方法，所述方法包括如下步驟利用比空氣輕的 氣體基本上支撐和抵消所述航空器的重量而離開地面，并且利用豎直推動器 來提升所述航空器和有效載荷；利用可變的豎直助推器將所述^t空器定^f立在 地面上的有效載荷上方；將所述有效載荷連接到所述航空器上；連續(xù)接合多 個可變的豎直助推器，以便升高所述航空器和有效載荷，并將所述航空器和有效載荷保持在高空；接合至少兩個可變的橫向助推器，以便使得所述4元空 器橫向運(yùn)動到傳送位置； 一旦位于傳送位置，減小多個可變豎直助推器的升 力，以便使得所述航空器下降并且能夠使得有效載荷再次接合地面；以及/人 所述航空器卸下所述有效載荷。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，提供了改進(jìn)的航空器，其能夠在一段距離上提供有 效載荷升力，而不需要更換壓載，特別是在遙遠(yuǎn)位置和苛刻環(huán)境中，該^:空 器利用氦氣或者其它比空氣輕的氣體填充的氣嚢來支撐或者基本上支撐和 抵消航空器的重量，由此允許可變豎直助推器提供提升有效載荷的動力。
此外，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的航空器，其不依賴于空氣動力學(xué)來實(shí)現(xiàn) 提升或者保持在高空，或者提供對航空器的控制(駕駛和操縱)。這是因?yàn)?與傳統(tǒng)的雪茄形航空器相比本發(fā)明提供了球形的由氦氣(或者其它比空氣輕 的氣體)填充的提升氣嚢，該傳統(tǒng)的航空器依賴于翼片來駕駛并且因此需要 氣流在其上流動，類似于方向舵。在起飛和著陸時，幾乎不可能沒有氣流流 過傳統(tǒng)比空氣輕的航空器的這種翼片，因此需要來自地勤人員的很多幫助， 以助于發(fā)射和收回傳統(tǒng)航空器。此外，這種傳統(tǒng)航空器通常通過船首而被系 泊，當(dāng)風(fēng)向改變時必須能夠旋轉(zhuǎn)360度，這需要非常大的降落場。在本發(fā)明 的一種實(shí)施方式中60米的航空器的降落場通常在直徑上小于120米。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)在于，例如本發(fā)明所采用的^^形的由氦氣(或者其它 比空氣輕的氣體)填充的提升氣嚢相比于傳統(tǒng)的非球形的可操縱式或者雪茄 形的航空器相比，制造和操作成本更低。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，提供了一種改進(jìn)的航空器，其由于其球形和4元 空器上的可變且優(yōu)選可逆的橫向和豎直助推器而更易于操縱。這些助推器在 與球形的由氦氣(或者其它比空氣輕的氣體)填充的提升氣嚢結(jié)合使用時， 允許本發(fā)明的航空器能夠圍繞穿過航空器的中心的基本上豎直的軸線旋轉(zhuǎn)， 從而允許在拾取和傳送有效載荷時的精度、靈活性和簡化的操作。


現(xiàn)在將參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其中 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的航空器的一種實(shí)施方式的前視圖； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的航空器的一種實(shí)施方式的視圖，其示出了該航空器在通往傳送位置的路線中支撐著運(yùn)輸載荷；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的航空器的另一種實(shí)施方式的前視圖，其中，航 空器機(jī)架被顯示出，其在底側(cè)具有降落橇；
圖4示出了圖3所示的實(shí)施方式的底側(cè)透視圖5A示出了用于本發(fā)明的航空器的機(jī)架結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施方式的前視 圖，該機(jī)架結(jié)構(gòu)示出為不具有外部覆蓋外殼；
圖5B示出了圖5A所示的用于本發(fā)明的航空器的機(jī)架結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式 的前視圖，其中，該機(jī)架結(jié)構(gòu)示出為具有外部覆蓋外殼，其被局部切開；以 及
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的航空器的一種替代實(shí)施方式的前視圖，其示出 了從機(jī)架延伸的桁架桿，支撐每個可變的橫向助推器。
具體實(shí)施例方式
如這里描述的，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的航空器，其可以在一段距離上提 供有效載荷/重的有效載荷的提升，而不需要更換壓載，特別是在遙遠(yuǎn)位置和 苛刻環(huán)境中，該航空器利用通過氦氣或者其它比空氣輕的氣體填充的氣嚢來 完全或者基本上抵消、支撐和提升航空器的重量，可變的(并且優(yōu)選可逆的) 豎直助推器提供提升動力以提升有效載荷。
作為例子，在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的航空器可以在高達(dá)40 噸高達(dá)100海里的范圍內(nèi)處理載荷(在其它實(shí)施方式中，該示例性的載荷和 距離可以減小到例如20噸，50到80海里的距離，應(yīng)當(dāng)理解，可以根據(jù)需要 建造更大或者更小的航空器來提供這種航空器所需的提升和范圍需求)。
參照圖1和2，根據(jù)本發(fā)明的航空器1包括容納比空氣輕的氣體的氣嚢 3,在該優(yōu)選實(shí)施方式中，該氣體為氦氣，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚地了 解，可以采用其它氣體(在下文中，當(dāng)提及氦氣時，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解，也適用于其它比空氣輕的惰性氣體)。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，球 形氣嚢中的氦氣可以被加熱，其優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)被加熱時，防止了在球形氣嚢 的外表面上聚集水和雪。在本發(fā)明的一種替代實(shí)施方式中，可以在氣嚢的表 面施加聲學(xué)的或者其它的振動頻率，以便散出任何聚集的雪或者冰。氣嚢3
可以是基本上全部織物的結(jié)構(gòu)，其形狀通過內(nèi)部氣壓^皮保持，例如通過在球形氣嚢內(nèi)的內(nèi)部氣球(氣袋)中保持氣壓，如本領(lǐng)域^^知的，該織物優(yōu)選為
達(dá)可綸(Dacron)聚酯加強(qiáng)的層壓件，其在大多數(shù)現(xiàn)代飛船上是標(biāo)準(zhǔn)材料， 應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員了解采用其它的替代材料。在本發(fā)明的一種實(shí)施 方式中，該球形氣嚢的最上側(cè)部分通過帶或者纜線連4妄到脊形環(huán)或者其它裝 置27上，這允許必要時直升機(jī)或者其它航空器牽引或者提升本發(fā)明的航空 器。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，在氣嚢上設(shè)置進(jìn)入端口或者門29,以便 允許在必要時接近氣袋的內(nèi)側(cè)用于檢查和修復(fù)。
氣嚢3安裝在機(jī)架5上，機(jī)架的上表面優(yōu)選具有凹陷，用于接收和安裝 氣嚢3。在本發(fā)明的一種替代實(shí)施方式中，膨脹泡沫或者其它合適的材料形 成的墊環(huán)或者緩沖器可以設(shè)置在氣嚢和機(jī)架之間，以便最小化氣嚢和機(jī)架之 間的摩擦。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，機(jī)架的上表面設(shè)置有安裝在其上的 保持環(huán)，氣嚢牢固地定位于該保持環(huán)上，該保持環(huán)的直徑對應(yīng)于上述凹陷的 外周。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖5A和5B所示，機(jī)架5是飛行 器-鋁的街架結(jié)構(gòu)(其優(yōu)選已經(jīng)螺栓連接或者鉚接在一起)，如圖5B所示， 其具有外表面或者邊緣，其例如可以是柔性層。優(yōu)選的是，本發(fā)明的航空器 的儀器、飛行控制和航空墊子設(shè)備是常規(guī)的，是可以商業(yè)獲得的部件。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，機(jī)架包括基部環(huán)、外部覆蓋層或者邊 緣以及街架桿，以便支撐可變的且可逆的豎直助推器(如后面描述的)。在 本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，基部環(huán)包括十二個桁架部分，他們通過螺栓連接 或者鉚接在一起，以形成十米直徑的環(huán)，該環(huán)高為1.75米，但是本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)當(dāng)理解，可以采用其它尺寸、變型和設(shè)置。桁架部分優(yōu)選由螺栓連接 或者鉚接的鋁管材制成。
參照圖5A，該基部環(huán)用作外部覆蓋層或者后邊緣、下層后艙19和桁架 桿11的安裝點(diǎn)?；凯h(huán)的內(nèi)部空間足以容納所有主要的飛行系統(tǒng)和燃料存 儲。纜線安裝支架7—體地連接在機(jī)架5上，在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，每個 安裝支架基本上圍繞機(jī)架5的中心等距，并且相互之間基本上等距，應(yīng)當(dāng)理 解，在本發(fā)明的替代實(shí)施方式中，可以采用纜線安裝支架的替代的定位布置。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，為了保持氣嚢3與機(jī)架5接合，采用固定 纜線9，其中，每個纜線9的第一端部在機(jī)架5上固定到纜線安裝支架7上，頂部上豎直延伸，每個纜線的第二端部在機(jī)架的正 對側(cè)固定到相對的安裝支架上，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，"纜線"可以包 括材料帶，其具有足夠強(qiáng)度、拉伸性能和柔性。在本發(fā)明的一種替代實(shí)施方 式中，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的保持氣嚢與機(jī)架固定接合的替代方法。
桁架桿11也一體地連接到機(jī)架5上，在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，每個桁
架桿11基本上彼此等距，并且距離機(jī)架中心的距離相等，每個桁架桿定位 成使得每個桁架桿圍繞機(jī)架的外周等距離間隔開(應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的替 代實(shí)施方式中，可以采用桁架桿的替代的定位設(shè)置)。如圖1中所示，每個
街架桿11優(yōu)選從機(jī)架5的外表面向外延伸。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，與每個街架桿的遠(yuǎn)端相連的是可變的(且 優(yōu)選可逆的)安裝在每個桁架桿13上的豎直助推器13。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí) 施方式中，四個可變且可逆的豎直助推器圍繞機(jī)架等距離間隔開，應(yīng)當(dāng)理解， 根據(jù)本發(fā)明，可以采用三個等距離間隔開的可變且可逆的豎直助推器或者多 于四個等距離間隔開的可變且可逆的豎直助推器，應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人 員了解采用替代的間隔布置。
優(yōu)選的是，可變且可逆的豎直助推器是大的可變且可逆的螺紋推進(jìn)器 (pitchpropeller)或者轉(zhuǎn)子(rotator),其例如通過燃?xì)廨啓C(jī)(直接或者優(yōu)選 通過齒輪箱或者動力傳送箱以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式)驅(qū)動，該燃?xì)廨?機(jī)豎直或者水平定向，應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)采用水平定向的燃?xì)廨啓C(jī)時，采用適于 將來自燃?xì)廨啓C(jī)的水平軸的功率輸出轉(zhuǎn)換到可變螺紋推進(jìn)器或者轉(zhuǎn)子的動 力傳送箱。在本發(fā)明的一種替代實(shí)施方式中，可變且可逆的豎直助推器推進(jìn) 器或者轉(zhuǎn)子連接到每個街架桿的遠(yuǎn)端，燃?xì)廨啓C(jī)距離可變且可逆的豎直助推 器一定的距離定位，例如，位于沖幾架結(jié)構(gòu)內(nèi)，并且通過齒^^箱、動力傳送箱 和驅(qū)動軸連接到推進(jìn)器或者轉(zhuǎn)子上。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，對于每個 助推器可以采用普拉特.惠特尼(Pratt & Whitney)公司的PW100系列的發(fā) 動機(jī)，應(yīng)當(dāng)理解，例如根據(jù)航空器的承載能力和本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它 因素，可以采用寬范圍內(nèi)的發(fā)動機(jī)設(shè)置、發(fā)動機(jī)尺寸和發(fā)動機(jī)構(gòu)造(例如， 一個發(fā)動機(jī)驅(qū)動四個助推器，或者兩個或者更多個發(fā)動機(jī)可以驅(qū)動四個助推 器，或者每個助推器可以通過其自身的發(fā)動機(jī)驅(qū)動)?？蛇x擇的是，可以采用用于氣墊飛行器的助推器。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子葉片的螺距 控制設(shè)置成采用類似于現(xiàn)代直升機(jī)中使用的旋轉(zhuǎn)斜板布置，以便根據(jù)需要引 導(dǎo)和控制轉(zhuǎn)子的推力。應(yīng)當(dāng)理解，可以設(shè)想，可變且可逆的豎直助推器可以 以提供豎直推力定向/旋轉(zhuǎn)的方式旋轉(zhuǎn)，以便如本領(lǐng)域技術(shù)人員了解的一樣提 供方向控制、穩(wěn)定性和提升物體。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，填充氦氣的氣嚢用來完全或者基本上提 升、支撐和抵消航空器的重量，被提升的有效載荷的重量利用可變且優(yōu)選可
逆的豎直助推器。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，采用具有80英尺到150英 尺之間的直徑的氦氣填充的氣嚢，以便抵消或者基本上抵消航空器的重量 (氦氣填充的氣嚢的直徑是當(dāng)填充氦氣時，其能基本上或者完全提升、支 撐和抵消航空器的重量，應(yīng)當(dāng)理解，可以根據(jù)航空器的整體重量和本領(lǐng)域技 術(shù)人員公知的其它因素來采用各種尺寸的氣嚢)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，可變的豎直助推器是可逆的，使得由于燃 料在飛行期間燃燒(并且航空器的整體重量減少了所燃燒的燃料的量)，當(dāng) 航空器達(dá)到其目的地時，航空器可以明顯比在飛行開始是更加有浮力，這可 能需要豎直助推器逆轉(zhuǎn)來產(chǎn)生指向上的推力來抵消減輕的航空器的過多的 浮力，該豎直助推器的逆轉(zhuǎn)的推力迫使航空器抵抗變輕的航空器的浮力朝著 地面。在本發(fā)明的一種替代實(shí)施方式中，可變的助推器是可變的，但是是不 可逆的，只在限制的環(huán)境中使用，其中不需要利用逆轉(zhuǎn)(指向上)的推力， 此時航空器的整體重量不會完全被比空氣輕的氣體的浮力抵消。在本發(fā)明的 一種替代實(shí)施方式中， 一個或者多個輔助的指向上的豎直推進(jìn)器設(shè)置在航空 器上，當(dāng)接合時，其會根據(jù)需要在這種輔助的指向上的豎直助推器的正常操 作中提供指向上的推力或者補(bǔ)充豎直助推器的逆轉(zhuǎn)力。在本發(fā)明的一種優(yōu)選 實(shí)施方式中，至少兩個可變且可逆的橫向助推器15安裝在與機(jī)架相連的街 架桿25上，如圖6所示，該兩個橫向助推器優(yōu)選與球形氣嚢3的中心基本 上等距離，這些軒架桿可例如在其中還包圍了樓梯，該樓梯提供從機(jī)架對橫 向助推器的接近，以便進(jìn)行維護(hù)。修復(fù)等。在本發(fā)明的一種替代實(shí)施方式中， 可變且可逆的橫向助推器15可以安裝到球形氣囊的外表面上，該外表面在 助推器安裝的區(qū)域優(yōu)選被結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，以便以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式分配 橫向助推器的載荷，這些可變且可逆的助推器優(yōu)選安裝在氣嚢的相對的側(cè)上(并且優(yōu)選與氣嚢的中心基本上等距離)，以便在操作其間提供改進(jìn)的平衡、 控制和穩(wěn)定。在本發(fā)明的一種替代實(shí)施方式中，可變且可逆的橫向助推器可 以以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式定位在機(jī)架的外表面上。
還應(yīng)當(dāng)理解，橫向助推器可以樞轉(zhuǎn)或者來自其的推力可以根據(jù)需要被引 導(dǎo)，以便在某種程度上提供橫向推力的引導(dǎo)/旋轉(zhuǎn),從而提供升力和方向控制， 如本領(lǐng)域:技術(shù)人員所了解的。
優(yōu)選的是，橫向助推器是可逆的，并且當(dāng)與另一個彼此結(jié)合使用以沿著 相同的方向推動時，選擇性地根據(jù)需要向前或者向后推動航空器。使用橫向 助推器也允許航空器圍繞穿過航空器中心的基本上豎直的軸線旋轉(zhuǎn)，由此使 得更容易操縱航空器，并且更容易拾取和傳送有效載荷。
當(dāng)^t空器不攜帶有效載荷時，航空器的重量被氦氣的提升力抵消或者基 本上抵消，通過橫向助推器僅需要最小量的燃料來橫向推動航空器，豎直助 推器僅需要最小量的燃料來改變高度。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，多個橫 向助推器每個分別通過其自身的與該橫向助推器鄰近的發(fā)動機(jī)提供動力。在
本發(fā)明的一種替代實(shí)施方式中，通過驅(qū)動軸、動力傳送箱和/或齒輪箱，橫向 助推器可以通過例如位于機(jī)架結(jié)構(gòu)內(nèi)的發(fā)動機(jī)驅(qū)動。在本發(fā)明的一種實(shí)施方 式中，可以設(shè)置平衡助推器，其安裝在航空器上適當(dāng)?shù)奈恢?，并且可以通過 電子方式或者液壓或者其它方式供能，以便提供對航空器的控制和操縱性的 補(bǔ)充。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的航空器也可以設(shè)有輔助能源，例 如電源，用于在緊急情況(例如渦輪故障)時對任何電驅(qū)動的助推器提供能 量，并且對控制系統(tǒng)、氣袋系統(tǒng)(以便保持氣嚢的球形)提供動力，并且對 人類環(huán)境系統(tǒng)提供動力。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，設(shè)置提升線，用于將有效載荷以傳統(tǒng)的方 式連接到航空器上。還應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的航空器優(yōu)選具有在緊急情況下從 提升線快速釋放有效載荷的能力(或者從航空器釋放提升線本身)，例如本 領(lǐng)域技術(shù)人員了解的設(shè)置在一些直升機(jī)吊索上的"快速釋放"機(jī)構(gòu)。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，設(shè)置系泊絞車，其可被用來根據(jù)需要輔助 精確定位航空器。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，照明燈可以定位在機(jī)架的下 表面上，以便選擇性地對位于機(jī)架正下方的空間和其支撐的有效載荷進(jìn)行照明，以便輔助地勤人員定位、加載和卸載有效載荷。在本發(fā)明的一種實(shí)施方
式中，如圖3、 4、 5A和5B所示，可以在機(jī)架的下表面上定位降落橇23， 一般用于著陸。
在三個步驟中實(shí)現(xiàn)采用本發(fā)明來提升、運(yùn)輸和降低有效載荷到傳送位置。
在第一步驟中，飛行員通過橫向助推器將航空器定位在一個區(qū)域上，使 得地勤人員(沒有示出)可將提升線21 (如圖5A和5B所示)連接到有效 載荷上。在本發(fā)明的一種替代實(shí)施方式中，絞車(未示出)也可以固定在機(jī) 架的下表面上，該絞盤用來提升或者降低提升線21。在本發(fā)明的一種實(shí)施方 式中，系泊絞車(未示出)定位在機(jī)架的下表面上，在使用中，其將航空器 固定到地面上的固定點(diǎn)上，如本領(lǐng)域技術(shù)人員了解的一樣。 一旦提升線連接 到有效載荷上，飛行員將動力施加到豎直助推器上以便產(chǎn)生剛好足夠的指向 下的豎直推力來從提升線上去除松弛部分，并且將航空器的中心定位在有效 載荷上方。 一旦確定有效載荷已經(jīng)適當(dāng)固定，并且任何地勤人員都處于安全 位置，飛行員施加更大豎直推力，直到有效載荷完全從地面提升。在一種優(yōu) 選實(shí)施方式中，本發(fā)明的航空器設(shè)計(jì)成在啟程高度上方3000到6000英尺的 高度操作，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚地了解，可以進(jìn)行變化。
在第二步驟中，如圖2、 3和4所示，飛行員利用沖黃向助推器來運(yùn)輸航 空器1和有效栽荷17到傳送位置，該傳送位置優(yōu)選離有效載荷提升的位置 在0到100英里的范圍內(nèi)(應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明可以根據(jù)需要設(shè)置航空器 具有個更長的范圍)、以35到60英里每小時的飛行速度(應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù) 需要，根據(jù)本發(fā)明可以設(shè)置航空器具有超過該范圍的速度，并且應(yīng)當(dāng)理解， 在一些情況下，由于安全、燃料儲備和本領(lǐng)域技術(shù)人員了解的其它因素，以 低于35英里每小時的速度操作航空器是優(yōu)選的)。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式 中，可以沿著航空器的建議飛行的路線定位可運(yùn)輸?shù)娜剂舷洌员隳軌蛟谛?要時在路線中加燃料，并且允許航空器在延長的范圍運(yùn)行。
第三步驟是在卸載點(diǎn)卸下有效栽荷。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中， 在離卸載點(diǎn)1到2英里的地方開始漸進(jìn)著陸。優(yōu)選的是，飛行員通過使得航 空器移入盛行風(fēng)中來接近卸載點(diǎn)。當(dāng)航空器減速時，飛行員使用橫向助推器 來定位載荷、在可變豎直助推器上稍微減小提升力以便緩慢降低有效載荷到地面，并且如果需要極高的準(zhǔn)確性，地勤人員可以連接標(biāo)志線和小的絞車以 便將載荷精確的拉動就位，類似于起重機(jī)操作。 一旦載荷位于地面，飛行員 進(jìn)一步降低豎直助推器的提升推力(或者需要時，將豎直助推器逆轉(zhuǎn)，以便 當(dāng)航空器的相對浮力可能由于在到達(dá)下載點(diǎn)的路線中的燃料燃燒量而增加 時克服航空器的當(dāng)前浮力)，直到提升纜線松弛，其中，地勤人員從線上移 除有效載荷，航空器可以繼續(xù)前往下一目的地。
還應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明還具有緊急氦氣排出系統(tǒng)，以便從氣嚢迅速釋放氦 氣，該系統(tǒng)與燃料傾倒系統(tǒng)協(xié)同工作，在燃?xì)廨啓C(jī)故障的情況下，飛行員能 夠通過采用該系統(tǒng)來控制航空器的高度(該氦氣排出系統(tǒng)能夠以受控的速度 排出一些氦氣，并且因此允許航空器以受控地方時具有負(fù)的浮力，而燃料傾 倒系統(tǒng)能夠以受控的速度拋放燃料，因此允許航空器變成正浮力)。這些系 統(tǒng)結(jié)合能夠使得航空器(不是有效載荷)實(shí)現(xiàn)中立浮力或者改變其浮力以便 避免障礙。在最壞的情況下，它們可以用來緩慢的降低速度，并且提供連續(xù) 著陸，類似于現(xiàn)在的熱氣球的方式(并且在航空器安裝有平衡助推器的情況 下，并且這些平衡助推器在緊急情況下可用，則飛行員可以利用平衡助推器 來在下降過程中對準(zhǔn)航空器，使得航空器的降落撬平行對準(zhǔn)滑行方向，由此 最小化著陸時對航空器的損害)。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，這些系 統(tǒng)可以通過輔助能量系統(tǒng)或者備用能量系統(tǒng)和/或電池或者其它本領(lǐng)域技術(shù) 人員公知的能源來提供動力。作為最終的備用系統(tǒng)，快速氦氣釋放裝置可以 設(shè)置在氣嚢的上部中，使得在連續(xù)著陸時，飛行員可以瞬間拋放氦氣，使得 氣嚢收縮并由此保持機(jī)架和其它硬件部件。
重要的是，應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的航空器消耗大量的飛行裝載到目的地的 燃料，燃料重量的減少要求飛行員緩慢連續(xù)減小對豎直助推器的供能，以便 保持航空器不獲得高度。 一旦釋放載荷，航空器可以具有正的浮力，因?yàn)橥?過已經(jīng)燃燒的燃料已經(jīng)減小了起飛重量，并且航空器不再支撐卸下的有效載 荷。這使得飛行員必須從可變且可逆的助推器逆轉(zhuǎn)推力，以便抑制航空器升 高，在本發(fā)明中，通過以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式逆轉(zhuǎn)推進(jìn)器上的葉片螺 距來實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)的推力。
參照優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可 以進(jìn)行各種變型和修改，而不背離這里描述的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種復(fù)合升力航空器，其用于提升和運(yùn)輸有效載荷到傳送位置，所述航空器包括a. 氣囊裝置，其用于容納比空氣輕的氣體，并且在膨脹時具有基本上固定的尺寸和基本上球形的形狀；b. 機(jī)架，其上表面上適于接收和固定地安裝所述氣囊裝置；c. 多個可變的豎直助推器，其安裝成與所述機(jī)架接合；以及d. 至少兩個可變的橫向助推器，所述可變的橫向助推器安裝成與所述航空器接合，其中，當(dāng)所述航空器連接到有效載荷上進(jìn)行運(yùn)輸時，所述氣囊裝置中的比空氣輕的氣體基本上支撐和抵消所述航空器的重量，所述多個可變的豎直助推器可接合，以便產(chǎn)生升力并且升起有效載荷的重量并將該有效載荷的重量保持在高空，一旦位于高空，所述可變的橫向助推器可接合，以便使得所述航空器橫向運(yùn)動到傳送位置，一旦所述航空器位于傳送位置，所述多個可變的豎直助推器的升力將減小以便降低所述航空器，直到有效載荷再次接合地面，以便從所述航空器卸下所述有效載荷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空器，其特征在于，所述多個可變的豎直 助推器是可逆的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的航空器，其特征在于，所述至少兩個 可變的橫向助推器是可逆的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或者3所述的航空器，其特征在于，每個可變的 豎直助推器通過桁架桿安裝到機(jī)架上，所述桁架桿的近端與所述機(jī)架固定接 合，所述街架桿的遠(yuǎn)端安裝所述可變的豎直助推器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或者4所述的航空器，其特征在于，每個可 變的^f黃向助推器安裝在所述氣嚢裝置上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4或者5所述的航空器，其特征在于，每個 可變的橫向助推器通過桁架桿安裝到機(jī)架上，所述桁架桿的近端與所述^L架 固定接合，所述桁架桿的遠(yuǎn)端安裝所述可變的橫向助推器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5或者6所述的4元空器，其特征在于， 所述至少兩個可變的橫向助推器的每個允許航空器圍繞航空器的基本上豎 直的軸線旋轉(zhuǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5、 6或者7所述的航空器，其特征在于， 所述機(jī)架的上表面中具有凹陷，所述凹陷適于將所述氣嚢裝置接收和固定地 安裝在所述機(jī)架的上表面上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5、 6或者7所述的航空器，其特征在于， 一保持環(huán)安裝在所述機(jī)架的上表面上，所述氣嚢裝置被接收和安裝在所述保 持環(huán)上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8或者9所述的航空器，其 特征在于，所述至少一對可變的橫向助推器在相互結(jié)合使用以便沿著相同方 向推動時，選擇性地向前或者向后推動所述航空器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9或者10所述的航空器， 其特征在于，在所述氣嚢裝置中的比空氣輕的氣體是氦氣。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10或者11所述的航 空器，其特征在于，在所述氣嚢裝置中的比空氣輕的氣體是加熱的氦氣，以 便防止冰或者雪聚集在氣嚢裝置的外表面上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11或者12所述的航空器，其特征在于，所述可變的豎直助推器包括由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動的可變螺距的推進(jìn)器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11或者12所述 的航空器，其特征在于，所述可變的豎直助推器包括由燃?xì)?侖機(jī)驅(qū)動的可變 的轉(zhuǎn)子。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13或者 14所述的航空器，其特征在于，所述可變的橫向助推器包括由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動 的可變螺距的推進(jìn)器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13或者14所述的航空器，其特征在于，所述可變的橫向助推器包括由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動 的可變的轉(zhuǎn)子。
17. —種復(fù)合升力航空器，其用于提升和運(yùn)輸有效載荷到傳送位置，所 述航空器包括a. 氣嚢裝置，其用于容納比空氣輕的氣體，并且在膨脹時具有基本上固 定的尺寸和基本上球形的形狀；b. 機(jī)架，其上表面上適于接收和安裝所述氣嚢裝置；c. 多個安裝支架，其一體地連接到所述機(jī)架的外表面上；d. 多個固定纜線，其中，每個纜線的第一端固定到機(jī)架上的安裝支架上， 這些纜線在所述氣嚢裝置的頂部上豎直延伸，每個纜線的第二端固定到^^架 的正對相對側(cè)的相對的安裝支架上，以便保持所述氣嚢裝置與所述機(jī)架接 合；e. 多個桁架桿，其一體地連接到所述才幾架上，每個桁架桿從所述^L架的 外表面向外延伸；f. 多個可變的豎直助推器，每個安裝在所述多個街架桿中的相應(yīng)一個的 遠(yuǎn)端上；以及g. 至少兩個可變的橫向助推器，所述可變的橫向助推器安裝成與所述航 空器接合，其中，當(dāng)所述航空器連接到有效載荷上進(jìn)行運(yùn)輸時，比空氣輕的氣體基 本上支撐和抵消所述航空器的重量，所述多個可變的豎直助推器可接合，以 便產(chǎn)生升力并且將所述航空器和有效載荷保持在高空，其中，所述可變的橫 向助推器可接合，以便使得所述航空器橫向運(yùn)動到傳送位置，由此， 一旦所 述航空器位于傳送位置，所述多個可變的豎直助推器的升力減小以便將所述 航空器和有效載荷降低到地面上，以便從所述航空器卸下所述有效載荷。
18. —種用于利用根據(jù)權(quán)利要求1或者17所述的航空器提升和運(yùn)輸有 效載荷到傳送位置的方法，所述方法包括如下步驟a. 利用比空氣輕的氣體基本上支撐和抵消所述航空器的重量而離開地 面，并且利用豎直推動器來提升所述航空器和有效載荷；b. 利用可變的豎直助推器將所述航空器定位在地面上的有效載荷上方；c. 將所述有效載荷連接到所述航空器上；d. 連續(xù)接合多個可變的豎直助推器，以便升高所述航空器和有效載荷， 并將所述航空器和有效載荷保持在高空；e. 接合至少兩個可變的橫向助推器，以便使得所述航空器橫向運(yùn)動到傳 送位置；f. 一旦位于傳送位置，減小多個可變豎直助推器的升力，以便使得所述 航空器下降并且能夠使得有效載荷再次接合地面；以及g. 從所述航空器卸下所述有效載荷。
全文摘要
一種復(fù)合升力航空器，其用于提升和運(yùn)輸有效載荷到傳送位置，該航空器包括安裝在機(jī)架上的通過氦氣或者其它比空氣輕的氣體填充的氣囊?？勺兦铱赡娴呢Q直助推器定位在機(jī)架上，至少兩個可變且可逆的橫向助推器安裝在氣囊上或者安裝在連接于機(jī)架上并且從機(jī)架延伸出來的桁架桿上，其中，當(dāng)航空器連接到有效載荷進(jìn)行運(yùn)輸時，氦氣或者其它比空氣輕的氣體基本上支撐所述航空器的重量，豎直推動器然后連續(xù)接合來支撐有效載荷的重量并對有效載荷提供升力，然后接合橫向助推器，以便使得所述航空器橫向運(yùn)動到傳送位置，由此，一旦位于傳送位置，減小或者逆轉(zhuǎn)可變且可逆的豎直助推器的升力，以便使得所述航空器下降并且能夠使得有效載荷再次接合地面，必要時，可以逆轉(zhuǎn)可變且可逆的豎直助推器以便于從航空器卸下有效載荷，一旦卸下載荷，航空器通過氦氣或者其它比空氣輕的氣體繼續(xù)保持在高空。通過這種方式，航空器利用氦氣或者其它比空氣輕的氣體來抵消或者基本上抵消航空器的重量，豎直助推器提供提升有效載荷的動力。
文檔編號B66F11/00GK101506032SQ200780031036
公開日2009年8月12日 申請日期2007年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月29日
發(fā)明者彼得·E.·杰斯 申請人:天鉤國際公司