阅读说明：本技术 垂直起降m形机翼构型 (Vertical take-off and landing M-shaped wing structure ) 是由 马克·穆尔 约翰·巴达拉门蒂 伊恩·维拉 亚当·瓦莫特 大卫·约瑟夫森 于 2018-11-03 设计创作，主要内容包括：垂直起降(VTOL)飞行器从垂直起飞状态过渡至巡航状态,其中垂直起飞状态使用螺旋桨来产生升力,且巡航状态使用机翼来产生升力。该飞行器具有M形机翼构型,其中螺旋桨位于翼梢吊舱、机翼吊杆和尾部吊杆上。机翼吊杆和/或尾部吊杆可以包括吊杆控制执行器。机翼、尾部吊杆和尾部上的铰接的控制表面在起飞和降落期间倾斜以使交通工具偏航。吊杆控制执行器、巡航螺旋桨、堆叠式螺旋桨和控制表面在不同的操作模式期间可以具有不同的位置,以控制飞行器的运动并减轻由飞行器产生的噪声。(A vertical take-off and landing (VTO L) aircraft transitions from a vertical take-off state to a cruise state, where the vertical take-off state uses propellers for generating lift and the cruise state uses wings for generating lift.)

垂直起降M形机翼构型

技术领域

所描述的主题总体上涉及航空运输领域，并且更具体地，涉及用于垂直起降的可以用于包括乘客和货物的运输的多种用途的交通工具。

背景技术

新兴的垂直起降(VTOL)飞行器生态系统中的一些现有交通工具依靠单独的非铰接式旋翼提供垂直升力和向前推力。然而，由于垂直升力旋翼在向前飞行期间不起作用，因此这种方法导致额外的马达重量和飞行器阻力。另一些现有飞行器使用一组分布式的倾斜推进器，所述倾斜推进器在飞行方向上旋转以提供垂直升力和向前推力两者。尽管这种方法减轻了马达的重量和飞行器阻力，但铰接式马达和推进器却导致设计复杂性的增加，使得需要六到十二个倾转旋翼来提供必要的升力和推力。

发明内容

在各个实施方式中，上述问题和其他问题由一种VTOL飞行器解决，该VTOL飞行器从主要使用堆叠式螺旋桨以产生升力的垂直起降状态过渡成主要使用一个或多个机翼以产生升力的巡航。在一个实施方式中，飞行器具有M形机翼构型，其中螺旋桨位于翼梢吊舱、机翼吊杆和尾部吊杆上。机翼吊杆和/或尾部吊杆可以包括吊杆控制执行器。每个螺旋桨可以由单独的电动马达提供动力。机翼、尾部吊杆和尾部上的铰接的控制表面可以在起飞和降落期间倾斜，从而使交通工具偏航。

在飞行器的垂直上升期间，吊舱上的旋转中的翼梢螺旋桨以90度角向上倾斜，并且堆叠的升力螺旋桨从机翼和尾部吊杆展开以提供升力。铰接的控制表面倾斜以控制起飞期间绕垂直轴线的旋转。当飞行器过渡到巡航构型时，吊舱向下旋转至零度位置，从而允许翼梢螺旋桨提供向前推力。控制表面返回到中立位置，在该中立位置，机翼、尾部吊杆和尾部以及堆叠的升力螺旋桨停止旋转并缩回到机翼吊杆和尾部吊杆中的腔体中以减小向前飞行期间的阻力。

在过渡到下降构型期间，堆叠式螺旋桨从机翼吊杆和尾部吊杆重新展开，并开始沿着机翼和尾部旋转以产生下降所需的升力。吊舱向上旋转回90度位置，并在过渡期间提供推力和升力两者。机翼上的铰接的控制表面向下倾斜以避开螺旋桨尾流，而尾部吊杆和尾部上的铰接表面倾斜以进行偏航控制。

附图说明

图1图示了根据一个或多个实施方式的VTOL飞行器的M形机翼构型。

图2A是根据一个或多个实施方式的堆叠式螺旋桨的侧视图。

图2B是根据一个或多个实施方式的堆叠式螺旋桨的俯视图。

图3图示了根据若干个实施方式的堆叠式螺旋桨的各种构型。

图4A图示了根据一个或多个实施方式的在第一操作模式期间的堆叠式螺旋桨的构型。

图4B图示了根据一个或多个实施方式的在第二操作模式期间的堆叠式螺旋桨的构型。

图4C图示了根据一个或多个实施方式的在第三操作模式期间的堆叠式螺旋桨的构型。

图4D图示了根据一个或多个实施方式的在第四操作模式期间的堆叠式螺旋桨的构型。

图4E图示了根据一个或多个实施方式的具有吊杆控制执行器的飞行器的侧视图。

图5图示了根据图1的实施方式的VTOL飞行器的爬升构型。

图6图示了根据图1的实施方式的VTOL飞行器的早期离场过渡构型。

图7A图示了根据图1的实施方式的VTOL飞行器的后期离场过渡构型。

图7B图示了根据图7A的实施方式的与一种或多种操作模式相关联的螺旋桨构型的俯视图。

图7C图示了根据图7A的实施方式的与一种或多种操作模式相关联的螺旋桨构型的俯视图。

图8图示了根据图1的实施方式的VTOL飞行器的巡航构型。

图9图示了根据图1的实施方式的VTOL飞行器的早期进场过渡构型。

图10图示了根据图1的实施方式的VTOL飞行器的后期进场过渡构型。

图11图示了根据图1的实施方式的VTOL飞行器的下降构型。

具体实施方式

附图和以下描述仅通过说明的方式描述了某些实施方式。本领域技术人员将从以下描述中容易地认识到，在不背离本文描述的原理的情况下，可以采用本文所说明的结构和方法的替代性实施方式。现在将参照几个实施方式，所述实施方式的示例在附图中图示出。注意，在可行的地方，在附图中可以使用相似或相同的附图标记，并且相似或相同的附图标记可以指示相似或相同的功能。

1.1飞行器概述

图1是根据一个或多个实施方式的垂直起降(VTOL)飞行器100的图示。所图示的VTOL飞行器100是从利用螺旋桨产生升力的垂直起飞状态过渡到利用机翼产生升力的巡航状态的过渡型飞行器。飞行器100用于运送乘客和货物。飞行器100被构造为相对于三个轴线运动。在图1中，侧倾轴线与x轴共线，俯仰轴线与y轴共线。偏航轴线与z轴共线，即垂直于x轴和y轴(例如，z轴从页面延伸出)。在一种或多种操作模式期间，坐标系的原点固定于飞行器100的重心。

飞行器100包括空气动力中心和推力中心。空气动力中心是飞行器的一点，在该点处空气动力力矩恒定。空气动力力矩因由周围气体(例如空气)施加在飞行器100上的力而产生。推力中心是沿飞行器100的一点，在该点处施加推力。飞行器100包括经策略性设计和定位的部件，使得在各种操作模式期间，空气动力中心、推力中心和/或重心可以近似对准(例如，相隔不超过五英尺(1.524米)的距离)。飞行器100的部件被布置成使得飞行器100在垂直和向前飞行期间是平衡的。例如，诸如控制表面(例如，尾部控制表面、吊杆控制执行器)、螺旋桨之类的部件和M形机翼形状协同起作用以在不同的操作模式期间使飞行器100平衡。

飞行器100包括构造至机身135的本体的M形机翼和从机身135的后部延伸的尾部区域。在图1的实施方式中，飞行器100包括左舷部分和右舷部分。机翼布置成M形构型，以使机翼的左舷部分和右舷部分各自具有在拐点处合并的两个成角度的区段。第一区段从机身135向外延伸到拐点，而第二区段从拐点向外延伸。第一区段和第二区段在拐点处以非零角度连接。在各种实施方式中，该角度在从5度至25度的范围内。在其他实施方式中，可以使用其他角度。

成角度的区段合并的前缘(例如，拐点)是沿着M形机翼的每个部分的最前点。前缘是机翼的在向前飞行期间首先与空气接触的部分。在一个实施方式中，成角度的部件合并之处的拐点与机翼的每个部分(例如，左舷部分、右舷部分)的中点重合。在一个实施方式中，机翼的左舷部分和右舷部分可以是单独的部件，每个部件具有宽的V形形状。在图1的实施方式中，机翼是连续的M形构型，但是在替代性实施方式中，机翼包括附接至机身135的两个独立的V形机翼(例如右舷、左舷)。

选择M形机翼的形状以减小在起飞和降落构型期间产生阻力的表面积，同时在向前飞行期间提供足够的升力。在一个实施方式中，翼展大约为30英尺至40英尺，并且从右舷巡航螺旋桨110的梢端至左舷巡航螺旋桨110(在下面更详细地描述)的距离为大约40英尺至50英尺。机翼表面积为大约110平方英尺至120平方英尺。替代性地，机翼可以具有用于向飞行器提供升力的任何合适的尺寸。

在一个实施方式中，M形机翼包括机翼吊杆120，其中每个机翼吊杆120的前缘位于机翼的每个部分的近似中点(例如，机翼的每个部分的成角度的区段合并之处的拐点)处。机翼吊杆120可以在前缘处附接至机翼，并且可以从前缘突出1英尺至3英尺。在一个实施方式中，机翼吊杆120的质心在机翼的中性轴线上或在机翼的中性轴线之前。机翼吊杆120可以包括附加元件，诸如电池，以在操作模式期间使飞行器100的重心对准和/或平衡。

在一个实施方式中，可以将堆叠式螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨115a、左舷堆叠式螺旋桨115b)附接至机翼吊杆120。可以将堆叠式螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨115a、左舷堆叠式螺旋桨115b)定位在机翼后方，以向飞行器100提供升力和稳定性。将堆叠式螺旋桨定位在机翼后方允许改善机翼和堆叠式螺旋桨上的循环。因此，在垂直起飞和降落期间，堆叠式螺旋桨可以对升力做出重大贡献。堆叠式螺旋桨的位置还允许在不同的操作模式下使飞行器的空气动力中心、推力中心和重心对准。

飞行器100包括附接至机身135的后端部的尾部区域。尾部区域可以包括尾部吊杆145和尾部。在一个实施方式中，飞行器包括构造成向飞行器100提供稳定性的T形尾部。T形尾部定形状并定位成在正常操作中为飞行器提供升力。这样，T形尾部可以称为升力尾部。T形尾部包括垂直于直尾翼448的顶部安装的横尾翼155。直尾翼448在图4E中的飞行器100的轮廓图中示出，且可以包括方向舵457，该方向舵457旋转以控制飞行器100的偏航运动。附接至直尾翼448的顶部的横尾翼155可以包括位于横尾翼155的后部处的一个或多个尾部控制表面160。在一个实施方式中，T形尾部构造成将空气动力中心定位在指定的乘客座位(例如，后排乘客座位)上方，使得空气动力中心在垂直飞行期间与重心重合(或近似重合)。T形尾部还可有助于在巡航构型期间将空气动力中心朝向机身135的机头(例如，机翼的略微前方)调整。

T形尾部从直尾翼448的基部至横尾翼155的顶部为大约4英尺至6英尺高，且横尾翼155大约为10英尺至20英尺宽。T形尾部可以足够高，使得当附接至尾部吊杆的一个或多个螺旋桨在过渡构型(例如，下文中更详细描述的离场(egress)和进场(ingress))期间引起负气流迎角时，尾部控制表面160的角度可以改变。改变尾部控制表面可以减少在过渡期间由螺旋桨产生的气流对T形尾部的任何负面影响。在一个实施方式中，尾部的后部上定位有航行灯，以向其他飞行器警告飞行器100的位置和航向。螺旋桨(例如，前部堆叠式螺旋桨140a、后部堆叠式螺旋桨140b)可以附接至尾部吊杆145。替代性地，一个或多个螺旋桨可以位于沿着尾部区域的任何点处。类似于堆叠式机翼螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨115a、左舷堆叠式螺旋桨115b)，尾部螺旋桨可以沿着尾部策略性地定位，以有助于空气动力中心、推力中心和重心的对准。

飞行器100依靠螺旋桨进行垂直起飞和降落，如以下关于图5和图11所述。飞行器100包括堆叠式螺旋桨(右舷堆叠式螺旋桨115a、左舷堆叠式螺旋桨115b、前部堆叠式螺旋桨140a、后部堆叠式螺旋桨140b)和单旋翼螺旋桨(巡航螺旋桨110)以使升力最大化。螺旋桨可以沿着飞行器100的翼展(例如，横向地)定向，以防止在过渡期间螺旋桨流的干扰，并且使从垂直构型过渡到巡航构型所需的功率最小化。螺旋桨的位置可以防止湍流尾流(例如，由螺旋桨产生的湍流气流)进入螺旋桨之间。螺旋桨可以定位成使得一个螺旋桨的气流不会对另一螺旋桨的气流产生负面干扰。螺旋桨的布置还可允许在过渡构型期间更显椭圆形的升力和下洗气流分布，以实现更低的诱导阻力、功率和噪声。在一个实施方式中，飞行器100具有约331平方英尺的螺旋桨面积，使得质量为约4500磅的飞行器100具有的盘负载约为每平方英尺13.6磅。盘负载是跨致动器盘的平均压力变化，更具体地说是跨旋翼或螺旋桨的平均压力变化。在螺旋桨面积约为391平方英尺(例如，在巡航螺旋桨110和堆叠式机翼螺旋桨的直径约为10英尺的情况下)的其他实施方式中，盘负载将减少到11.5。当盘负载减小时，可以减少功率使用，因此可以通过减小盘负载来提高飞行器的效率。飞行器100的螺旋桨的组合和构型产生下述盘负载，该盘负载允许飞行器100使用合理量的功率产生足够的升力以运输大的载荷而不产生过多的噪声。

1.2飞行器机身

如图1中所示，机身135位于翼展的中心，并且包括构造成容纳乘客、货物和/或飞行员的乘客舱。机身135长约35英尺至45英尺，宽约4英尺至8英尺，且高约5英尺至12英尺。在替代性实施方式中，机身135可以具有用于运输乘客和/或货物的任何合适的尺寸。

乘客舱可以包括一个或多个乘客座位。在一个实施方式中，乘客舱包括最多可容纳四个乘客的座位。座位可以布置成两个平行的排，每排有两个座位，使得一排乘客面对飞行器100的尾部，而另一排乘客面对飞行器100的机头(例如，机身135的前部区域)。在一个实施方式中，乘客座位可以分层布置，使得一排座位被升高到另一排座位上方，以使空间最大化并为乘客提供搁置他们的脚的地方。替代性地，可以将座位布置成具有两组座位的单排，每组有两个座位，组中的各个座位面向相反的方向，以使第一座位和第三座位中的乘客面对飞行器100的尾部，而第二座位和第四座位中的乘客面对飞行器100的机头。在其他构型中，所有四个座位均面对飞行器100的机头或尾部。乘客座位的布置可以具有替代性的构型，以便以特定的方式分配乘客的重量，从而使飞行器100在操作模式下平衡。在其他实施方式中，机身135可以包括更多或更少数目的座位。

机身135还可在乘客舱中包括观察屏幕，用于提供有关飞行的信息。例如，观察屏幕可以包含诸如推定的到达时间、高度、速度、有关始发位置和目的地位置的信息和/或来自飞行员的通信之类的信息。机身135的前部区域(例如，最接近飞行器100的机头的区域)包括具有控制面板和飞行员座位的驾驶舱。在一个实施方式中，驾驶舱的前部位于巡航螺旋桨110的水平平面的前面，使得巡航螺旋桨110的叶片不与飞行员成一直线。

在一些实施方式中，在机身135中的乘客舱下方定位有电池组。电池组与机身135的底表面分隔开，以便于电池组的通风。机身135的底表面还可以包括电池门，以允许移除电池组。在替代性实施方式中，电池可以放置在机身135上方并且与机翼成一体。机身135可以包括位于机头上的充电端口，在充电端口处，飞行器100可附接至充电站，以恢复存储在为飞行器100提供动力的电池中的电能。机身135的底部还可以附接有固定或可缩回的起落架，以有利于飞行器100降落并允许飞行器100在地面上短距离移动。替代性地，飞行器100可以具有从机身135的底部突出的起落滑撬并且包括用于轮子的附接点。

1.3控制表面

在图1的实施方式中，飞行器100包括横跨机翼后缘的机翼控制表面130。后缘是与机翼前缘相对的边缘。在一个实施方式中，每个机翼部分沿机翼的后部具有三个机翼控制表面130：在机身135与机翼吊杆120之间的大约5英尺至7英尺长的第一机翼控制表面以及在机翼吊杆120与机翼吊舱112之间的各自大约3英尺至5英尺长的第二机翼控制表面和第三机翼控制表面。机翼控制表面130可以在飞行器运行期间以不同角度展开，以增大由机翼产生的升力并控制飞行器100的俯仰。机翼控制表面130是铰接的，使得它们可以绕平行于机翼的铰接轴线旋转。例如，机翼控制表面130在停放构型期间处于中立位置，并旋转成在平行于x-y平面的平面下方大约40度，以便于起飞。机翼控制表面130的操作模式在下面联系图5至图11更详细地描述。

飞行器100还可以包括处于沿着飞行器的其他位置的控制表面，诸如尾部控制表面160(如上所述)和方向舵457(图4E中所示)。尾部上的控制表面(例如，尾部控制表面160、方向舵457)可以调节飞行器100的空气动力中心，以使飞行器100在不同的操作模式下动态稳定。例如，在巡航构型期间，尾部控制表面160是中立的(即，倾斜到零度角)，而尾部控制表面160在下降期间倾斜约5度至10度。在过渡到巡航构型期间，方向舵457是中立的(即，倾斜到零度角)，并且在下降期间，方向舵457倾斜大约5度至10度，以将飞行器100偏航到正确的降落取向。方向舵457可以附加于或代替如下所述的吊杆控制执行器来操作以进行偏航控制。尾部控制表面160和方向舵457的操作模式在下面联系图5至图11更详细地描述。

在一些构型中，飞行器100可以包括位于机翼吊杆120和尾部吊杆145中的每一者的底部上的控制表面，各控制表面倾斜以使飞行器100偏航。控制表面可使螺旋桨流偏转以产生控制力，从而导致偏航和直接侧滑的能力。例如，虽然控制表面在巡航构型期间是中立的(即，处于零度)，但是它们在下降期间略微旋转(例如，大约五度至十度)以使飞行器100偏航到正确的取向。在一个实施方式中，机翼吊杆120和尾部吊杆145中的每一者的底部上的控制表面是吊杆控制执行器，下面将对其进行更详细的描述。

1.4巡航螺旋桨

在一个实施方式中，飞行器100包括图1中所示的一个或多个巡航螺旋桨110。巡航螺旋桨110在起飞和降落期间向飞行器100提供升力，并且在巡航构型期间向飞行器100提供向前推力。如图1中所示，巡航螺旋桨110垂直于机身135安装在吊舱112上。在一个实施方式中，吊舱112具有非圆形横截面，以减小气动力对飞行器100的影响。每个吊舱112在不同的操作模式期间绕平行于y轴的轴线旋转。如以下联系图5至图11更详细地论述的，在垂直起飞和降落期间，吊舱112垂直于机身135，使得巡航螺旋桨110的叶片在平行于x-y平面的平面中旋转，以利于飞行器100的垂直运动。当飞行器100进入离场构型(egressconfiguration)时(即，当飞行器100接近巡航高度时)，吊舱112和巡航螺旋桨110向下(例如，绕平行于y轴的轴线朝向机身135的机头)旋转，直到吊舱与机身135平行为止，以便于飞行器100的向前推进。当飞行器100进入进场构型(ingress configuration)时(即，当飞行器100开始下降时)，吊舱112和巡航螺旋桨110向上(绕平行于y轴的轴线朝向正z方向)旋转，直到巡航螺旋桨110的叶片在与x-y平面平行的平面中保持水平，所述叶片在飞行器100下降和降落期间保持在那里。在一个实施方式中，巡航螺旋桨110可以反向旋转。例如，在一种操作模式期间，左舷巡航螺旋桨110沿顺时针方向旋转，而右舷巡航螺旋桨110沿逆时针方向旋转。

在一个实施方式中，巡航螺旋桨110中的每个巡航螺旋桨具有五个叶片，但是在其他实施方式中它们可以具有更少或更多的叶片。巡航螺旋桨110的叶片从叶片的根部到梢端变窄。巡航螺旋桨110可以具有固定的桨距(例如，巡航螺旋桨110以固定的迎角被保持)。替代性地，桨距是可变的，使得巡航螺旋桨110的叶片可以部分地旋转以控制叶片桨距。巡航螺旋桨110可以由单独的电动马达驱动。每个巡航螺旋桨110在直径方面约为8英尺至10英尺，并在机翼的每个部分(例如右舷部分、左舷部分)的自由端部处以90度角附接至吊舱112(例如，吊舱112与z轴平行)。替代性地，巡航螺旋桨110可以具有任何合适的尺寸。

1.5堆叠式螺旋桨

飞行器可以包括一个或多个堆叠式螺旋桨。螺旋桨可以位于飞行器的前部、后部、左舷和/或右舷区域。在图1的实施方式中，飞行器100包括右舷堆叠式旋桨115a和左舷堆叠式旋桨115b，其中右舷堆叠式旋桨115a和左舷堆叠式旋桨115b可以附接至飞行器的机翼或机翼吊杆120。图1的实施方式还包括可附接至尾部吊杆145的堆叠式尾部螺旋桨(例如，前部堆叠式螺旋桨140a、后部堆叠式螺旋桨140b)。替代性地，堆叠式螺旋桨可位于飞行器100上的任何其他位置。

堆叠式螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨115a、左舷堆叠式螺旋桨115b、前部堆叠式螺旋桨140a、后部堆叠式螺旋桨140b)用于在起飞和降落期间向飞行器提供升力和推力。图2A和图2B图示了根据实施方式的堆叠式螺旋桨的侧视图和俯视图。该堆叠式螺旋桨包括第一螺旋桨260和第二螺旋桨262。第一螺旋桨260和第二螺旋桨262各自包括联接至叶片毂268的两个叶片269。第一螺旋桨260的叶片269和第二螺旋桨262的叶片269绕旋转轴线264共同旋转。第一螺旋桨260和第二螺旋桨262可以具有可变的桨距。

第一螺旋桨260可以联接(例如，机械联接、电联接)至第一马达280，且第二螺旋桨262可以联接至第二马达282，以使得能够独立地控制每个螺旋桨。在一些实施方式中，第一马达280或第二马达282可以控制第一螺旋桨260和第二螺旋桨262两者。例如，如果第一马达280发生故障(例如，电池没电了)，则第二马达282可以控制第一螺旋桨260和第二螺旋桨262的旋转。堆叠式螺旋桨还可以包括离合器，该离合器允许第一螺旋桨260和第二螺旋桨262锁定在一起以确保在操作模式期间的适当的方位角266。离合器允许堆叠式螺旋桨提供来自第一螺旋桨260和第二螺旋桨262两者的推力，即使在其中所述马达中的一个马达(例如，第一马达280)发生故障而另一个马达(例如，第二马达282)控制第一螺旋桨260和第二螺旋桨262的旋转的情况下也是如此。在一些实施方式中，堆叠式螺旋桨可以包括单个马达和带有离合器的控制器，该离合器用于控制在操作模式下使用的方位角266，而在其他实施方式中，堆叠式螺旋桨可以包括带有独立的控制器的两个马达和在马达中的一个马达出现故障的情况下使用的离合器。当叶片静止或运动时，第一马达280和第二马达282还可以控制图2B中示出的第一螺旋桨260相对于第二螺旋桨262的精确的方位角266。方位角266取决于飞行器的操作模式，这将在下文中更详细地描述。

共同旋转的螺旋桨(例如，第一螺旋桨260、第二螺旋桨262)可以被同步，使得它们以相同的速度旋转以减小由飞行器100产生的噪声。当第一螺旋桨260和第二螺旋桨262以相同的速度旋转时(例如，在稳定飞行期间)，方位角266是恒定的。方位角266可以取决于叶片269的形状和/或操作模式。例如，特定的形状——诸如图2B中所示的形状——在不同的操作模式期间可以具有5度至15度的偏移角。

可以基于提供垂直上升和下降所需的推力的量以及在飞行器100行驶的地理区域中允许的噪声量来调节螺旋桨的速度。例如，在期望较低噪声水平的区域(例如，居住区域)中，飞行员可以降低飞行器100的速度，从而使飞行器100更缓慢地爬升。在一个实施方式中，叶片269中的每个叶片的自由端部的最大速度是每秒450英尺。这可以将由飞行器100产生的噪声保持在可接受阈值以下。在其他实施方式中，其他最大速度也是可以接受的(例如，取决于被认为对于飞行器和/或飞行器环境可接受的噪声水平，取决于叶片269的形状和尺寸等)。

在一个实施方式中，可以将堆叠式螺旋桨封装在管道265中。管道265可以围绕叶片269和旋翼主轴270，以增强越过第一螺旋桨260和/或第二螺旋桨262的流。管道265可以起到增大由堆叠式螺旋桨产生的推力和/或调节共同旋转的螺旋桨上方和下方的压力差的作用。第一螺旋桨260和第二螺旋桨262可以凹进到管道265内，如图2A中所示。在替代性实施方式中，第一螺旋桨260可从管道265突出或与管道265齐平，而第二螺旋桨262可凹进到管道265内。类似地，旋翼主轴270可以凹进到管道265内或从管道265突出。在图2A的实施方式中，管道265是圆筒体，其直径略大于第一螺旋桨260和第二螺旋桨262的直径。

共同旋转的螺旋桨相对于单旋翼螺旋桨可以提供优势，因为共同旋转的螺旋桨可以产生更少的噪声。由螺旋桨产生的噪声随螺旋桨的梢端速度成指数变化，因此，为了减少由单旋翼螺旋桨产生的噪声，飞行器速度也要降低。堆叠式螺旋桨设计还允许了螺旋桨之间的角度灵活性，所述角度可以在飞行的不同阶段期间变化，从而起到提高系统效率的作用。可以针对堆叠式螺旋桨上的每个螺旋桨调整速度和相位角，从而实现更灵活、适应性更强的系统。在不需要堆叠式螺旋桨的操作模式期间可以将堆叠式螺旋桨存放起来，以减小阻力并提高效率。

堆叠式螺旋桨的构型可以根据飞行器系统的实施方式和要求和/或操作模式而变化。在一个实施方式中，每个共同旋转的螺旋桨(例如，第一螺旋桨260、第二螺旋桨262)具有相同的叶片形状和轮廓，而在其他实施方式中，第一螺旋桨260和第二螺旋桨262具有不同的尺寸和旋转偏移相位。例如，第一螺旋桨260和第二螺旋桨262可以具有不同的弯度和扭转度，使得当螺旋桨在方位上被分隔开时，堆叠式螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨115a、左舷堆叠式螺旋桨115b、前部堆叠式螺旋桨140a、后部堆叠式螺旋桨140b)能够在两个表面之间实现最佳的弯度。例如，在一个实施方式中，第二螺旋桨262的直径约为第一螺旋桨260的直径的95％。

关于材料组成，堆叠式螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨115a、左舷堆叠式螺旋桨115b、前部堆叠式螺旋桨140a、后部堆叠式螺旋桨140b)可以由单一材料制成，或者可以是能够提供合适的物理性能以向飞行器提供升力的复合材料。第一螺旋桨260和第二螺旋桨262可以由相同的材料或不同的材料制成。例如，第一螺旋桨260和第二螺旋桨262可以由铝制成，或者第一螺旋桨260可以由钢制成，而第二螺旋桨262可以由钛制成。叶片毂268可以由与第一螺旋桨260和第二螺旋桨262相同或不同的材料制成。替代性地，系统的部件(例如，第一螺旋桨260、第二螺旋桨262、叶片毂268)可由金属、聚合物、复合材料或材料的任何组合制成。堆叠式螺旋桨还可能暴露于极端环境条件下，诸如风、雨、冰雹和/或极端高温或极端低温。因此，堆叠式螺旋桨的材料可以与多种外部条件相适应。

关于机械性能，第一螺旋桨260和第二螺旋桨262的材料可以具有抗压强度、剪切强度、抗张强度、弯曲强度、弹性模量、硬度、上述机械性能的衍生性能和/或使螺旋桨能够向飞行器提供垂直升力的其他性能。第一螺旋桨260和第二螺旋桨262在包括推力弯曲、离心扭转和空气动力学扭转、扭矩弯曲和振动的操作期间可能会经受极限力。第一螺旋桨260和第二螺旋桨262的材料可以具有允许螺旋桨在各种操作模式期间在施加于螺旋桨上的力作用下保持其形状的强度和刚度。在一个实施方式中，第一螺旋桨260和/或第二螺旋桨262由刚性复合材料构成。另外，叶片269的边缘或梢端可以衬有金属以增加强度和刚度。

在一个实施方式中或在某种操作模式期间，第一螺旋桨260和第二螺旋桨262可以沿逆时针方向共同旋转。在不同的操作模式中，第一螺旋桨260和第二螺旋桨262可以沿顺时针方向共同旋转。在图1的实施方式中，沿着飞行器的堆叠式螺旋桨(例如右舷堆叠式螺旋桨115a、左舷堆叠式螺旋桨115b)可以基于操作模式沿相反的方向旋转。例如，右舷堆叠式螺旋桨115a可以沿顺时针方向旋转，而左舷堆叠式螺旋桨115b可以沿逆时针方向旋转。堆叠式螺旋桨(例如，前部堆叠式螺旋桨140a、后部堆叠式螺旋桨140b)也可以沿相同或相反的方向旋转。例如，在一种操作模式期间，前部堆叠式螺旋桨140a和后部堆叠式螺旋桨140b可以均沿顺时针方向旋转。堆叠式螺旋桨的旋转方向可以取决于操作模式。根据图1中的实施方式，堆叠式螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨115a、左舷堆叠式螺旋桨115b、前部堆叠式螺旋桨140a、后部堆叠式螺旋桨140b)具有大约6英尺至10英尺的直径。替代性地，堆叠式螺旋桨可以具有任何合适的尺寸。堆叠式尾部螺旋桨(例如，前部堆叠式螺旋桨140a、后部堆叠式螺旋桨140b)可附加于或代替右舷堆叠式螺旋桨115a和左舷堆叠式螺旋桨115b来操作。上面的描述并不排除每个堆叠式螺旋桨的旋转方向的可能组合。所述示例用于说明的目的。

图3图示出了堆叠式螺旋桨的第一实施方式(左上)、第二实施方式(右上)、第三实施方式(左下)和第四实施方式(右下)。第一实施方式(左上)示出了包括具有成角度的叶片369a的第一螺旋桨360a和第二螺旋桨362a的堆叠式螺旋桨的俯视图。第一螺旋桨360a和第二螺旋桨362a各自包括两个叶片369a。叶片369a的宽度在叶片毂368a处比在叶片369a的自由端部处窄。图3的第二实施方式(右上)包括具有三个叶片369b的第一螺旋桨360b和具有三个叶片369b的第二螺旋桨362b。叶片369b在叶片毂368b处比在叶片369b的自由端部处宽。叶片369b的自由端部是圆润的。图3的第三实施方式(左下)示出了包括第一螺旋桨360b和第二螺旋桨362b的示意图，第一螺旋桨360b和第二螺旋桨362b各自包括联接至叶片毂368c的两个叶片369b。螺旋桨的叶片369b在叶片毂368c处比在自由端部处宽。第二螺旋桨362c的直径小于第一螺旋桨360c的直径。图3的第四实施方式(右下)包括具有第一螺旋桨360d和第二螺旋桨362d的螺旋桨，第一螺旋桨360d和第二螺旋桨362d各自包括联接至叶片毂368d的两个叶片369d。叶片369d从叶片毂368d到叶片369d的自由端部沿着长度弯曲。

图3示出了堆叠式螺旋桨的若干实施方式以及实施方式的组合。替代性地，堆叠式螺旋桨可以具有不同的特性(例如，形状、取向、尺寸)和实施方式的不同组合，以满足飞行器的设计约束(例如，负载能力、制造限制)。堆叠式螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨115a、左舷堆叠式螺旋桨115b、前部堆叠式螺旋桨140a，后部堆叠式螺旋桨140b)还可以具有不同数目的螺旋桨，每个螺旋桨具有不同数目的叶片，以提高飞行器效率或降低噪声。在一个实施方式中，堆叠式螺旋桨在每组叶片上包括不同的叶片桨距和不同的扭曲度分布。第一螺旋桨(例如，顶部螺旋桨)可以具有较低的桨距以诱导气流，而第二螺旋桨(例如，顶部螺旋桨下方的螺旋桨)可以具有较高的桨距以加速气流。扭曲度分布可配置成使梢端涡旋(例如，由上部叶片的梢端速度产生的涡旋)与下部叶片的相互作用稳定，以便产生最佳推力。

图4A示出了处于一种操作模式的堆叠式螺旋桨的一个实施方式的侧视图，而图4B示出了处于不同操作模式的堆叠式螺旋桨的实施方式的侧视图。图4A至图4D中所示的堆叠式螺旋桨基本上类似于图2A至图2B中所示的堆叠式螺旋桨。该示意图包括第一螺旋桨460、第二螺旋桨462、叶片毂468、叶片469、旋翼主轴470和内部腔体472。图4A示出了其中第一螺旋桨460和第二螺旋桨462联接至旋翼主轴470的示意图。旋翼主轴470包括内部腔体472。在一个实施方式中，旋翼主轴470是吊杆(例如，机翼吊杆120、尾部吊杆145)。在替代性实施方式中，旋翼主轴470可以是吊舱(例如，吊舱112)。吊杆和/或吊舱可以被构造为具有与第一螺旋桨460的叶片轮廓匹配的表面轮廓。这实现了第一螺旋桨260与旋翼主轴470之间的保形表面配合以使阻力和流动分离最小化。在图4B所示的一种操作模式下，第一螺旋桨460和第二螺旋桨462的叶片469可以凹进到旋翼主轴470的内部腔体472内，以便减小阻力。第一螺旋桨460和/或第二螺旋桨462可以同时凹进以便与操作模式配合，这将在下文中联系图5至图11更详细地描述。

1.6吊杆控制执行器

飞行器可以包括附接至飞行器的区域的吊杆。在一个实施方式中，诸如在图1中所图示的，吊杆附接至飞行器100的每个机翼和/或飞行器100的尾部。通常，吊杆包含辅助物品，诸如燃料箱。这些物品还可以用于为飞行器提供结构支撑。在一个实施方式中，吊杆可以包括有助于飞行器的不同操作模式的吊杆控制执行器。

在图1的实施方式中，螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨115a、前部堆叠式螺旋桨140a)可以联接至吊杆(例如，机翼吊杆120、尾部吊杆145)以在飞行器起飞和降落期间向飞行器提供升力。如图1中所示，右舷堆叠式螺旋桨115a附接至右舷侧机翼吊杆120，左舷堆叠式螺旋桨115b附接至左舷侧机翼吊杆120。前部堆叠式螺旋桨140a和后部堆叠式螺旋桨140b附接至尾部吊杆145。在替代性实施方式中，单旋翼螺旋桨(例如，巡航螺旋桨110)可附接至吊杆。

吊杆(例如，机翼吊杆120、尾部吊杆145)可以是中空的，并且可以用来存放对操作有用的飞行器部件。例如，吊杆可以包括电动马达和电池，以为螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨115a、左舷堆叠式螺旋桨115b)或其他飞行器部件提供动力。在一个实施方式中，电池位于机翼吊杆120的底部并且可以跨越吊杆120的长度。在其他实施方式中，电池可位于机翼吊杆120或尾部吊杆145的任一端处，以起到配重的作用，以帮助维持飞行器100的平衡和对准。电池也可放置在机翼吊杆120或尾部吊杆145中的位置，以在操作模式期间使气动弹性及旋转颤振共振最小化。电池也可以被包括在沿着飞行器100的另一位置。在机翼吊杆120的底部上可以定位有电池门，以允许移除为螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨115a、左舷堆叠式螺旋桨115b)或另一飞行器部件提供动力的电池。

在机翼吊杆120和/或尾部吊杆145中空的实施方式中，吊杆可以用作共振器以在一种或多种操作模式期间改变飞行器100的噪声特征。亥姆霍兹共振器(Helmholtzresonator)是带有开孔的诸如空气之类的气体的容器。可以将共振器调整到螺旋桨的频率，使得由越过联接至吊杆(例如，机翼吊杆120、尾部吊杆145)的螺旋桨的气流产生的噪声被减小。由螺旋桨产生的压力波动所产生的声音可以通过吊杆内部的经调整的容积的存在来修改。调整容积可以允许声学及空气动力学修改，使得由联接至吊杆的螺旋桨发出的辐射声被减小。在一个实施方式中，吊杆(机翼吊杆120、尾部吊杆145)相对于螺旋桨的尺寸具有适当的空气容积，以充当共振器。在一种操作模式中，当堆叠式螺旋桨被展开(例如，起飞)时，如下面联系图4A所描述的，内部腔体472可以用作气流流入共振器的入口。越过堆叠式螺旋桨的气流的一部分可以经由内部腔体472流入吊杆(例如，机翼吊杆120、尾部吊杆145)，并且频率可以被调整以减少由螺旋桨产生的噪声。在一个实施方式中，吊杆控制执行器425可以与作为共振器操作的吊杆(例如，机翼吊杆120、尾部吊杆145)协作地操作以减小噪声。如下文更详细地描述的，吊杆控制执行器的旋转频率可以被配置成与共振器的频率协调，以便进一步减轻噪声。

当飞行器100处于垂直起飞和降落构型时，螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨115a、左舷堆叠式螺旋桨115b)吹动空气经过机翼吊杆120和尾部吊杆145以产生升力。图4A至图4D示出了吊杆(例如，尾部吊杆145、机翼吊杆120)的实施方式的横截面图。图4A至图4D展示了在不同的操作模式期间空气在吊杆上的流动。吊杆可以包括吊杆控制执行器425，该吊杆控制执行器425被构造为绕垂直于旋转轴线464的轴线旋转。吊杆控制执行器可以是如由图4A至图4D描述的单个执行器或分体式执行器。分体式执行器可以与作为共振器操作的吊杆协作地操作，以减少由螺旋桨产生的噪声。分体式执行器可以包括附接至单个旋翼主轴470的两个吊杆控制执行器。

在一个实施方式中，吊杆可以包括联接至吊杆控制执行器425的旋翼主轴470。吊杆控制执行器425可被构造为引导来自螺旋桨的气流。图4A图示了在诸如垂直起飞构型之类的操作模式期间的吊杆控制执行器425，如下文中更详细地描述的那样。吊杆控制执行器425在图4A中处于中立位置。螺旋桨(例如，第一螺旋桨460、第二螺旋桨462)下方的气流490没有与吊杆的表面分离。图4B图示了诸如巡航构型之类的操作模式，其中，螺旋桨(例如，第一螺旋桨460、第二螺旋桨462)凹进到内部腔体472内。当螺旋桨(例如，第一螺旋桨460、第二螺旋桨462)凹进到腔体472内时，吊杆控制执行器425可能不处于工作状态(例如，吊杆控制执行器保持在中立位置)。

图4C至图4D图示了根据一个实施方式的吊杆控制执行器的两种其他操作模式。图4C至图4D示出了绕垂直于旋转轴线464的轴线(例如，从页面延伸出的轴线)旋转的吊杆控制执行器425。在各种操作模式期间，吊杆控制执行器425的角度将下游气流490沿从平行于吊杆的z轴的轴线偏离(即，向左或向右偏离)的方向引导，如下文中联系图5至图11更详细地描述的那样。吊杆控制执行器425的角度在不同的操作模式期间可以手动控制或自动控制。该角度可以在一种操作模式期间保持恒定，或者可以基于环境条件而改变。替代性地，吊杆控制执行器425可以被构造为绕垂直于旋转轴线464的轴线连续地振荡。如上所述，可以将振荡频率调整为与起共振器作用的吊杆的频率匹配。在替代性实施方式中，吊杆控制执行器425可被构造为沿另一方向引导气流490。吊杆控制执行器425的运动被配置成控制螺旋桨的侧风并减轻螺旋桨的声学特征。吊杆控制执行器425可以控制气流490的方向，这可以导致由螺旋桨产生的噪声显著降低。吊杆控制执行器425还可以允许增强飞行器的偏航控制。吊杆控制执行器425还可通过重新对准气流来提高效率并减少飞行器100所消耗的动力。

在图4A至图4D中，吊杆控制执行器425具有泪珠形状。在其他实施方式中，吊杆控制执行器425可以具有适合于减轻噪声和引导气流的另一种形状。例如，吊杆控制执行器425可以具有分体式构型，使得在一种操作模式期间，吊杆控制执行器425具有能够控制气流方向的多个纵向表面。分体式构型可被构造为允许吊杆充当共振器，如上所述。在一个实施方式中，吊杆控制执行器425和对应的吊杆(例如，尾部吊杆145、机翼吊杆120)具有非圆形的横截面，以减小气动力对飞行器100的不期望的影响(例如，气动弹性及旋转颤振)。吊杆控制执行器425还可以具有联接至旋翼主轴470的矩形端部区域和尖的或倒圆的自由端部区域。吊杆控制执行器425的形状取决于飞行器的设计考虑因素(例如，螺旋桨的尺寸、螺旋桨的位置、飞行器负载能力等)。

在图4E中示出了包括机翼吊杆和尾部吊杆的飞行器100的侧视图。该侧视图图示了联接至机翼吊杆420的一部分的吊杆控制执行器425。吊杆控制执行器425沿着机翼吊杆420的纵向表面延伸并且位于螺旋桨下方。在一个实施方式中，螺旋桨的直径大约等于吊杆控制执行器425的长度。在替代性实施方式中，螺旋桨的直径可以大于或小于吊杆控制执行器425的长度。上述内部腔体472可以具有与吊杆控制执行器425的长度相似的长度。图4E中还示出了根据一个实施方式的飞行器尾部吊杆445。飞行器尾部吊杆445包括跨尾部吊杆长度的吊杆控制执行器425。两组螺旋桨联接至尾部吊杆445。尾部吊杆控制执行器425的长度大约等于尾部螺旋桨(例如，前部堆叠式螺旋桨140a、后部堆叠式螺旋桨140b)的组合直径。在替代性实施方式中，吊杆控制执行器425的长度可以小于或大于螺旋桨的总直径。上述内部腔体472可以具有与尾部吊杆控制执行器425的长度相似的长度。

关于材料组成，吊杆控制执行器425可以由单一材料制成或者可以是能够提供合适的物理特性以控制螺旋桨后方的气流的方向的复合材料。吊杆控制执行器425可以由与旋翼主轴470相同的材料或不同的材料制成。吊杆控制执行器425还可能暴露于极端的环境条件下，诸如风、雨、冰雹和/或极端高温或极端低温。因此，吊杆控制执行器425的材料可以与多种外部条件相适应。

关于机械性能，吊杆控制执行器425的材料可以具有抗压强度、剪切强度、抗张强度、弯曲强度、弹性模量、硬度、上述机械性能的衍生性能和/或使吊杆控制执行器425能够引导螺旋桨后方或下方的气流490的其他性能。吊杆控制执行器425在包括推力弯曲、离心扭转和空气动力学扭转、扭矩弯曲和振动的操作期间可能会经受极限力。吊杆控制执行器425的材料可以具有允许吊杆控制执行器425在各种操作模式期间在施加于吊杆控制执行器425上的力作用下保持其形状的强度。

如上所述，在VTOL飞行器100中可以包括吊杆控制执行器(例如425)。吊杆控制执行器425可以构造成对飞行器100中包括的螺旋桨后方或下方的气流进行引导。在替代性实施方式中，吊杆控制执行器可以被包括在任何包括旋翼或螺旋桨的飞行器上，诸如直升机上。

1.7操作模式

图5至图11中所示的飞行器任务剖面000图示了VTOL飞行器100从阶段001至阶段007的大致轨迹。图5至图11中所示的飞行器及其部件与图1中所示的飞行器100和对应的部件基本相同(例如，巡航螺旋桨510与巡航螺旋桨110基本相同)。在每个阶段期间，调节飞行器100的部件，使得重心、推力中心和空气动力中心可以大致对准。飞行器100的部件可以被调节以使升力和推力最大化并减少因越过螺旋桨的气流而引起的噪声。可调节部件包括堆叠式螺旋桨、控制表面、吊杆控制执行器和巡航螺旋桨。在替代性实施方式中，飞行器100可以包括用于在飞行器100操作的阶段001至007期间使重心、推力中心和空气动力中心对准的更少或更多的可调节部件。

图5图示了根据一个实施方式的VTOL飞行器100的滑行和爬升构型。阶段001对应于飞行器100的停放和滑行位置，而阶段002对应于飞行器的爬升(例如，垂直起飞)构型。当飞行器100停放时(例如，当乘客进入或离开飞行器100时)，堆叠式螺旋桨(例如，前部堆叠式螺旋桨540a、后部堆叠式螺旋桨540b)可以是静止的，并且翼梢吊舱512可以向上倾斜使得其垂直于机身535。飞行器100可以包括沿着飞行器定位的一个或多个堆叠式螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨515a、左舷堆叠式螺旋桨515b、前部堆叠式螺旋桨540a、后部堆叠式螺旋桨540b)，如图5所图示。每个堆叠式螺旋桨具有可绕中心旋转轴线旋转的第一螺旋桨560和第二螺旋桨562。螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨515a、左舷堆叠式螺旋桨515b、前部堆叠式螺旋桨540a、后部堆叠式螺旋桨540b)也可以在飞行器静止或滑行时缩回到飞行器100内的腔体中。联系图1所描述的机翼控制表面130、尾部控制表面160在停放期间保持在中立位置，以确保乘客安全。方向舵557也可以保持在中立位置。

当飞行器100准备起飞时，堆叠式螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨515a、左舷堆叠式螺旋桨515b、前部堆叠式螺旋桨540a、后部堆叠式螺旋桨540b)可以旋转并增大旋转速度，直到飞行器100升起离地为止。在起飞期间，即阶段002期间，吊舱512保持与机身535成大约90度的垂直角，以使巡航螺旋桨510能够提供垂直升力。在一个实施方式中，在爬升期间，左舷堆叠式螺旋桨515b和后部堆叠式螺旋桨540b沿顺时针方向旋转，而右舷堆叠式螺旋桨515a和前部堆叠式螺旋桨540a沿逆时针方向旋转。

随着螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨515a、前部堆叠式螺旋桨540a)旋转，吊杆控制执行器525可以保持在中立位置。替代性地，吊杆控制执行器525可以成一定角度以使交通工具偏航并将气流沿一定方向导引从而使飞行器100稳定或以其他方式对飞行器100进行引导。在大多数飞行器中，偏航运动由飞行器的方向舵657控制。在一个实施方式中，偏航运动由吊杆控制执行器525部分或完全控制。偏航运动还可以通过位于飞行器100的尾部上的5度至10度角的方向舵557来控制。两个表面可以成角度以使飞行器在起飞期间保持水平位置(例如，重心、推力中心和空气动力中心大致对准)。机翼控制表面130可以降低40度，而尾部控制表面160可以降低至大约5度至10度，以控制飞行器俯仰。

图6图示了根据一个或多个实施方式的VTOL飞行器100的早期离场过渡构型。离场过渡时期、即阶段003使飞行器从其爬升状态转换至其巡航状态。当飞行器100接近巡航高度时，飞行器100开始从垂直起飞模式、即阶段002过渡至巡航构型。在该过渡开始时，吊舱612和巡航螺旋桨610开始向下过渡。在旋转的中途，堆叠式机翼螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨615a、左舷堆叠式螺旋桨615b、前部堆叠式螺旋桨640a、后部堆叠式螺旋桨640b)开始减慢，但在过渡至后期离场操作模式之前可以保持在向上的位置。机翼控制表面130保持40度的倾斜度，并且尾部控制表面160可以返回到中立位置。

图7A图示了根据一个实施方式的VTOL飞行器100的后期离场过渡构型。随着吊舱712和巡航螺旋桨710继续向下旋转直到吊舱712大致平行于机身735，飞行器100接近离场过渡段、即阶段003的末端。堆叠式螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨715a、左舷堆叠式螺旋桨715b、前部堆叠式螺旋桨740a、后部堆叠式螺旋桨740b)可以继续减慢其旋转，并且每个堆叠式螺旋桨的第一螺旋桨和第二螺旋桨可以以相同的速度旋转。机翼控制表面130偏转到中立位置，而尾部控制表面160保持在中立位置。在VTOL飞行器100的早期离场过渡构型和后期离场过渡构型期间，吊杆控制执行器(例如625、725)和方向舵(例如657、757)可以处于中立位置。替代性地，吊杆控制执行器(例如625、725)和方向舵(例如657、757)可以处于中立位置。替代性地，吊杆控制执行器(例如625、725)和方向舵(例如657、757)可以成角度，以控制偏航运动或减小噪声，特别是在有风或其他恶劣的环境条件下。

图7B示出了根据一个实施方式的处于后期离场过渡中的堆叠式螺旋桨的叶片769的俯视图。在图7B中，第一螺旋桨760领先第二螺旋桨762一个方位角766。随着螺旋桨过渡到巡航，螺旋桨(例如，第一螺旋桨760、第二螺旋桨762)的旋转速度可以减慢使得方位角766为零，并且叶片769以相同的速度旋转，如图7C的俯视图中所示。螺旋桨可以在缩回到旋翼主轴的内部腔体中之前停止旋转。

图8图示了根据一个实施方式的VTOL飞行器100的巡航构型。巡航构型、即阶段004通常以稳定、水平的飞行为特征。机翼控制表面130和尾部控制表面160保持在中立位置。在巡航期间，吊舱812保持平行于机身835，从而允许巡航螺旋桨810以巡航速度(例如，约每小时170英里)推进飞行器100。在一个实施方式中，左舷巡航螺旋桨810沿顺时针方向旋转，而右舷巡航螺旋桨810沿逆时针方向旋转。堆叠式机翼螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨815a、左舷堆叠式螺旋桨815b)和堆叠式尾部螺旋桨(例如，前部堆叠式螺旋桨840a、后堆叠式旋桨840b)可以被收起在旋翼主轴的内部腔体中，如上面联系图4A至图4B所描述的那样，以减小阻力。当螺旋桨被存放时，飞行器100在巡航模式、即阶段004期间依靠机翼以用于推进向前飞行。这对于向前水平飞行期间的效率是有益的，因为仅具有旋翼的飞行器(例如，直升机)与具有机翼的飞行器相比在巡航期间可能相对地效率低下。在一个实施方式中，在向前飞行期间，包括堆叠式螺旋桨和巡航螺旋桨的总螺旋桨面积的35％至40％是起作用的。这可以提高效率并且避免螺旋桨的旋转或折叠。替代性地，堆叠式螺旋桨(例如右舷堆叠式螺旋桨815a、左舷堆叠式螺旋桨815b、前部堆叠式螺旋桨840a、后部堆叠式螺旋桨840b)的第一螺旋桨(例如260)和/或第二螺旋桨(例如262)可以保持在其被暴露的位置。

在图8的实施方式中，吊杆控制执行器825和方向舵857在巡航构型期间保持在中立位置。特别地，堆叠式螺旋桨(例如，左舷堆叠式螺旋桨815b、后部堆叠式螺旋桨840b)可以不旋转或者可以凹进到腔体内，使得吊杆(例如，机翼吊杆120、尾部吊杆145)可以出于替代性目的(例如存储)而起作用。在第二实施方式中，吊杆控制执行器825可以成角度以控制螺旋桨后方的气流。例如，吊杆控制执行器825可以附接至巡航螺旋桨810。巡航螺旋桨810可以被构造至吊杆控制执行器，使得吊杆控制执行器具有用于引导巡航螺旋桨810后方的气流管的合适的尺寸和形状。在一种操作模式期间，吊杆控制执行器825可以引导巡航螺旋桨810的后方的气流，使得飞行器100遵循指定的飞行路线，且由巡航螺旋桨810产生的噪声减轻。在吊杆控制执行器附接至巡航螺旋桨810的实施方式中，螺旋桨后方的气流可沿平行于飞行器机身的方向流动。在该实施方式或螺旋桨不是垂直螺旋桨的另一实施方式中，吊杆控制执行器可以构造成控制俯仰和/或侧倾运动。

图9图示了根据一个实施方式的VTOL飞行器100的早期进场过渡构型。早期进场过渡段、即阶段005使飞行器从巡航阶段004转换至下降阶段006。随着飞行器100开始从巡航构型过渡成垂直下降，吊舱912和巡航螺旋桨910开始向上过渡。堆叠式机翼螺旋桨(例如，右舷堆叠式螺旋桨915a、左舷堆叠式螺旋桨915b)和堆叠式尾部螺旋桨(例如前部堆叠式螺旋桨940a、后部堆叠式螺旋桨940b)可以从旋翼主轴的内部腔体重新展开，但可能不会开始旋转。机翼控制表面130可以偏转至40度角，并且尾部控制表面160保持在中立位置。

图10图示了根据一个实施方式的VTOL飞行器100的后期进场过渡构型。当吊舱1012和巡航螺旋桨1010充分旋转使得吊舱1012垂直于机身135时，飞行器100接近该过渡段、即阶段005的末端。堆叠式机翼螺旋桨(例如右舷堆叠式螺旋桨1015a、左舷堆叠式螺旋桨1015b)和堆叠式尾部螺旋桨(例如，前部堆叠式螺旋桨1040a、后部堆叠式螺旋桨1040b)开始旋转并提高速度。每个堆叠式螺旋桨的第一螺旋桨和第二螺旋桨可以以相同或不同的速度旋转。在一个实施方式中，堆叠式螺旋桨沿相反方向旋转，使得左舷巡航螺旋桨1010、左舷堆叠式螺旋桨1015b和后部堆叠式螺旋桨1040b沿顺时针方向旋转，而右舷巡航螺旋桨1010、右舷堆叠式螺旋桨1015a和前部堆叠式螺旋桨1040a沿逆时针方向旋转。机翼控制表面130向下倾斜至40度，而尾部控制表面160保持在中立位置。

在飞行器的早期进场过渡和晚期进场过渡期间(图9至图10)，吊杆控制执行器(例如925、1025)可在螺旋桨不旋转时保持在中立位置。在其他实施方式中，如果螺旋桨开始旋转，则吊杆控制执行器(例如925、1025)可以倾斜以控制偏航运动和/或减小噪声。在一个实施方式中，吊杆控制执行器(例如925、1025)可相对于旋转轴线具有相同的角度。在其他实施方式中，吊杆控制执行器(例如925、1025)可以具有不同的角度，以将来自螺旋桨的气流相对于每个螺旋桨的旋转轴线导引。在进场过渡时期期间，附接至飞行器的尾部的方向舵(例如957、1057)也可以保持在中立位置。

图11图示了根据一个实施方式的VTOL飞行器100的下降构型。下降阶段006使飞行器从进场过渡段、即阶段005转换为降落阶段007。当飞行器100朝向降落区域下降时，巡航螺旋桨1110和堆叠式螺旋桨(例如右舷堆叠式螺旋桨1115a、左舷堆叠式螺旋桨915b、前部堆叠式螺旋桨1140a、后部堆叠式螺旋桨1140b)旋转以产生升力。堆叠式螺旋桨起到了为垂直降落提供升力并在降落期间使飞行器平衡的作用。随着飞行器100触地，螺旋桨的转速降低。吊杆控制执行器1125和方向舵1157的可被倾斜以进行偏航控制和噪声控制。机翼控制表面130向下倾斜至40度且尾部控制表面160可以降低至大约5度至10度以控制俯仰。在飞行器100触地之后，其返回到停放构型，使得螺旋桨(例如右舷堆叠式螺旋桨1115a、左舷堆叠式螺旋桨1115b、前部堆叠式螺旋桨1140a、后部堆叠式螺旋桨1140b)停止旋转。吊杆控制执行器1125、机翼控制表面130和尾部控制表面160返回到中立位置。

对图5至图11的实体所使用的堆叠式螺旋桨的描述可以根据飞行器系统的实施方式和要求而变化。例如，飞行器可以包括沿着飞行器的机身或其他区域定位的堆叠式螺旋桨。飞行器可以包括比图5至图11中所示的堆叠式螺旋桨更多或更少的堆叠式螺旋桨。堆叠式螺旋桨和/或飞行器可以缺少以上描述中包括的一些元件。堆叠式螺旋桨的操作不限于图5至图11的描述。例如，取决于飞行器或环境条件，吊杆控制执行器可以在上文中未描述的操作模式下倾斜或中立。

其他注意事项

这些描述是出于说明的目的而呈现出的；此描述并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。相关领域的技术人员可以理解，根据以上公开，能够进行许多修改和变化。

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