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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-22
(54)【発明の名称】推進ファンと駆動システム
(51)【国際特許分類】
B64C 27/46 20060101AFI20240215BHJP
【ＦＩ】
B64C27/46
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023553955
(86)(22)【出願日】2022-02-24
(85)【翻訳文提出日】2023-11-02
(86)【国際出願番号】 IB2022051656
(87)【国際公開番号】W WO2022185164
(87)【国際公開日】2022-09-09
(31)【優先権主張番号】63/155,968
(32)【優先日】2021-03-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/156,063
(32)【優先日】2021-03-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/156,067
(32)【優先日】2021-03-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/156,076
(32)【優先日】2021-03-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523336099
【氏名又は名称】ウィスパー エアロ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】マーク ダグラス ムーア
(72)【発明者】
【氏名】イアン アンドレアス ヴィラ
(72)【発明者】
【氏名】デヴォン ジェダムスキ
(72)【発明者】
【氏名】シアオファン フェイ
(57)【要約】
低減されたノイズ放出を有する推進ファンおよび駆動システムが開示される。推進ファンは、複数のブレードを有するブレードファンを含む。ブレードファンは、複数のブレードの先端で張力をかけられる。ブレードの先端に張力をかけることによって、ブレードの角度は、推進ファンの動作中に維持され、それによって、ブレードの角度の変化に起因し得るノイズを低減する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
推進ファンであって、本体および前記本体内の複数の開口部を含む張力リングと、
円形リングに配置された複数のブレードを含むブレードファンであって、前記複数のブレードのそれぞれが、前記第１の端部よりも前記円形リングの中心に近い第１の端部および第２の端部を含み、前記複数のブレードのそれぞれの前記第１の端部が、前記張力リングの前記本体が前記ブレードファンの円周を取り囲むように、前記張力リングの前記複数の開口部の対応する１つ内に配置される、ブレードファンと、
前記張力リングおよび前記ブレードファンを少なくとも部分的に取り囲むダクトと、を備える、推進ファン。
【請求項2】
前記複数のブレードは、５つ以上のブレードを含む、請求項１に記載の推進ファン。
【請求項3】
前記複数のブレードは、２０個のブレードから８４０個のブレードを含む、請求項２に記載の推進ファン。
【請求項4】
前記複数のブレードのそれぞれが、翼と、
前記翼の第１の端部にある第１のロック端部と、
前記翼の第２の端部にある第２のロック端部であって、前記翼の前記第２の端部は、前記複数のブレードによって形成された前記円形リングの前記中心により近い、第２のロック端部と、
を備え、
前記第１のロック端部の幅および厚さは、前記翼の前記第１の端部の幅および厚さよりも大きく、前記第２のロック端部の幅および厚さは、前記翼の前記第２の端部の幅および厚さよりも大きい、請求項１に記載の推進ファン。
【請求項5】
前記複数のブレードのそれぞれの前記第１のロック端部が、前記張力リングの前記複数の開口部のうちの１つに配置されている間、前記張力リングの前記本体と直接接触する、請求項４に記載の推進ファン。
【請求項6】
前記翼が、前記翼の長さにわたる複数の異なる入射角を備える、請求項４に記載の推進ファン。
【請求項7】
前記翼は、幾何学的ねじれを含み、前記翼の第１の入射角は、前記幾何学的ねじれの第１の側にあり、前記翼の第２の入射角は、前記幾何学的ねじれの第２の側にある、請求項４に記載の推進ファン。
【請求項8】
前記複数のブレードの複数の第２のロック端部が、同じ平面に沿って配置されて、前記ブレードファンの前記円形リングを形成する、請求項４に記載の推進ファン。
【請求項9】
前記複数のブレードのそれぞれが、前記複数のブレードの少なくとも別の１つによって部分的に重なり合っている、請求項１に記載の推進ファン。
【請求項10】
前記複数のブレードの各ブレードの前縁部は、前記ブレードの第１の側にある前記複数のブレードからの第１のブレードの後縁部によって部分的に重なり合い、前記ブレードの後縁部は、前記ブレードの第２の側にある前記複数のブレードからの第２のブレードの前縁部によって部分的に重なり合う、請求項９に記載の推進ファン。
【請求項11】
前記ブレードファンに接続するように構成されたロックリングであって、前記ロックリングは、前記ロックリングの第１の端部にある複数の突起と、
前記ロックリングの前記第１の端部にある複数のスロットであって、前記複数のスロットのそれぞれが、前記複数の突起からの一対の突起の間に配置される、複数のスロットと、
前記ロックリングの前記第２の端部にある複数のねじ山であって、前記第２の端部は、前記ロックリングの前記第１の端部の反対側である、複数のねじ山と、
を備える、ロックリングをさらに備える請求項４に記載の推進ファン。
【請求項12】
前記複数のブレードの各第２のロック端部は、前記ロックリングを前記ブレードファンに直接接続するために、前記ロックリングの前記複数のスロットの対応する１つ内に配置される、請求項１１に記載の推進ファン。
【請求項13】
前記複数の突起が、前記ロックリングの前記第２の端部に垂直な基準に対してある角度で配置され、前記複数の突起の前記角度が、前記複数のブレードの前記第２のロック端部の角度と一致する、請求項１２に記載の推進ファン。
【請求項14】
前記ロックリングに接続するように構成されたハブであって、前記ハブは、前記ハブの円周に沿って配置された複数の第１の開口部であって、前記複数の第１の開口部は、前記ハブの第１の端部から前記ハブの第２の端部まで延びる、複数の第１の開口部と、
前記ハブの中心に配置された第２の開口部であって、前記第２の開口部は、前記ハブの前記第１の端部を通って前記ハブの前記第２の端部まで延びる、第２の開口部と、
前記ハブの前記第２の端部に配置されているが、前記ハブの前記第１の端部に配置されていない複数のねじ山であって、前記ハブの前記複数のねじ山は、前記ロックリングが前記ハブの前記円周を取り囲むように、前記ハブ及び前記ロックリングを一緒に接続するために、前記ロックリングの前記第２の端部の前記複数のねじ山に接続するように構成される、前記複数のねじ山と、
を備える、ハブをさらに備える、請求項１１に記載の推進ファン。
【請求項15】
第１の端部および前記第２の端部の反対側にある第２の端部を有するノーズコーンをさらに備え、前記ノーズコーンの前記第１の端部の直径は、前記ノーズコーンの前記第２の端部の直径よりも小さい、請求項１４に記載の推進ファン。
【請求項16】
前記ノーズコーンは、前記ノーズコーンの前記第２の端部の円周の周りに配置された複数の第１の開口部と、
前記ノーズコーンの前記第１の端部の中心にある第１の開口部と、
前記第１の開口部から前記複数の第２の開口部まで延びる前記ノーズコーンの厚さを通る空洞と、を備える、請求項１５に記載の推進ファン。
【請求項17】
前記ノーズコーンの前記第２の端部は、前記ノーズコーンの前記第２の端部の前記複数の第１の開口部が、前記ハブの前記第１の端部の前記複数の第１の開口部と整列するように、前記ハブの前記第１の端部に接続するように構成される、請求項１６に記載の推進ファン。
【請求項18】
前記ハブの前記第２の端部に接続するように構成された電気モータをさらに備える、請求項１５に記載の推進ファン。
【請求項19】
本体ハウジングであって、第１の端部と、
前記第１の端部の反対側にある第２の端部と、
前記第１の端部から延びる第１の中間部分であって、前記第１の中間部分は、前記張力リングの直径に実質的に一致する直径を有し、前記ブレードファンおよび張力リングは、前記第１の中間部分内に配置される、第１の中間部分と、
前記第２の端部から前記第１の中間部分に延びる第２の中間部分と、
を含む本体ハウジングをさらに備える、請求項１８に記載の推進ファン。
【請求項20】
前記第１の端部および前記第１の端部の反対側にある第２の端部を有するダクトリップをさらに備え、前記ダクトリップの前記第２の端部は、前記ノーズコーンが前記ダクトリップ内に配置されるように、前記本体ハウジングの前記第１の端部に接続される、請求項１９に記載の推進ファン。
【請求項21】
ステータであって、前記ステータは、モータハウジングであって、第１の端部、第２の端部、および前記第１の端部から前記第２の端部に向かって延びる空洞と、前記モータハウジング内に配置された前記電気モータと、を含むモータハウジングと、
複数のステータブレードであって、前記複数のステータブレードのそれぞれが、前記モータハウジングに接続された第１の端部及び前記モータハウジングから半径方向に離れて延びる第２の端部を有する、前記複数のステータブレードと、
第１の端部および第２の端部を含むステータハウジングであって、前記ステータハウジングの前記第１の端部は、前記本体ハウジングの前記第２の端部に接続される、ステータハウジングと、
を含み、
前記モータハウジング及び前記複数のステータブレードは、前記ステータハウジング内に配置される、ステータをさらに備える、請求項１９に記載の推進ファン。
【請求項22】
前記張力リングおよび前記ブレードファンを少なくとも部分的に囲む前記ダクトが、前記ステータハウジング、前記ダクトリップ、および前記本体ハウジングを備える、請求項２１に記載の推進ファン。
【請求項23】
テールコーンであって、第１の直径を有する第１の端部であって、前記テールコーンの前記第１の端部は、前記モータハウジングの前記第２の端部に接続される、第１の端部と、
前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する第２の端部と、
前記第１の端部と前記第２の端部との間の中間部分であって、前記中間部分が前記第２の直径を有する、前記中間部分と、
を含む、テールコーンをさらに備える、請求項２１に記載の推進ファン。
【請求項24】
前記テールコーンは、前記テールコーンの前記第１の端部から前記テールコーンの前記第２の端部まで延びる空洞をさらに備える、請求項２３に記載の推進ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、概して、推進ファンおよび駆動システムに関する。
【背景技術】
【0002】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年３月３日に出願された米国仮特許出願第６３/１５５，９６８号、２０２１年３月３日に出願された米国仮特許出願第６３/１５６，０６３号、２０２１年３月３日に出願された米国仮特許出願第６３/１５６，０６７号、および２０２１年３月３日に出願された米国仮特許出願第６３/１５６，０７６号の優先権を主張し、それぞれが参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２１年３月３日に出願された米国仮特許出願第６３/１５５，９６８号、２０２１年３月３日に出願された米国仮特許出願第６３/１５６，０６３号、２０２１年３月３日に出願された米国仮特許出願第６３/１５６，０６７号、および２０２１年３月３日に出願された米国仮特許出願第６３/１５６，０７６号の優先権を主張し、それぞれが参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0003】
従来の推進ファンは、典型的には、開放ロータ及びプロペラを含む。これらのタイプの従来の推進ファンは、音響限界に達している。従来の推進器は、単一の側面に支持される２つから５つのブレードを含み、それによってブレード数を５つ以下に制限する。従来の推進器が人間の耳に知覚されにくい周波数で音を発するためには、ファンの速度を上げる必要がある。しかしながら、従来の推進器は、単一の側面構造によってのみ支持されるため、より高い速度で駆動することができない。さらに、従来の推進ファンは単一の側面でのみサポートされるため、ファンブレードの角度は、ブレードファンがより速い速度で回転するにつれて変化する可能性があり、その結果、人間の耳に聞こえるピッチの変化が生じる。その結果、騒音汚染が増大する。
【発明の概要】
【0004】
騒音汚染を低減する推進ファンおよび駆動システムが開示されている。推進ファンは、複数のブレードを有するブレードファンを含む。ブレードファンは、複数のブレードの先端で張力をかけられる。一実施形態では、ブレードの先端に接続された張力リングは、ブレードの先端に張力をかける。さらに、推進ファンは、複数のブレードの根部に接続してブレードの根部に張力をかけるように構成されたロックリングを含む。複数のブレードの先端および根部に張力をかけることによって、ブレードの同じ形状およびねじれは、推力生成中および静止中に維持され、それによって、ブレードの角度の変化に起因し得るノイズを低減する。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【発明を実施するための形態】
【0006】
図面および以下の説明は、例示のみを目的として特定の実施形態を説明する。当業者は、本明細書で例示される構造および方法の代替的な実施形態が、本明細書で説明される原理から逸脱せずに採用され得ることを、以下の記載から容易に認識するであろう。つぎに、いくつかの実施形態について詳細に言及し、それらの例を添付の図面に示す。可能な限り、類似または同様の参照番号が、図面において用いられ、類似または同様の機能性を示し得ることに留意されたい。
【0007】
推進ファンと駆動システム
一実施形態では、推進ファンおよび駆動システムが開示される。一般に、推進ファン及び駆動システムは、推力を生成するように構成される。推進ファンおよび駆動システムは、航空機からリーフブロワーなどのハンドツールまでの様々な用途のための推力を生成し得る。しかしながら、推進ファンおよび駆動システムの用途は、本明細書に記載されるものに限定されない。
一実施形態では、推進ファンおよび駆動システムが開示される。一般に、推進ファン及び駆動システムは、推力を生成するように構成される。推進ファンおよび駆動システムは、航空機からリーフブロワーなどのハンドツールまでの様々な用途のための推力を生成し得る。しかしながら、推進ファンおよび駆動システムの用途は、本明細書に記載されるものに限定されない。
【0008】
図１は、一実施形態による推進ファン１００の斜視図を示す。一般に、推進ファン１００は、推力生成中に推進ファン１００によって放出されるノイズを集合的に低減する複数の構成要素を含む。したがって、推進ファン１００は、騒音汚染を低減する。例えば、推進ファン１００は、複数のファンブレードを含む張力をかけられたブレードファンを含む。ブレードファンに張力をかけることによって、推進器ファンが最大推力を生成しているか、または動作していない（例えば、静止している）かにかかわらず、ファンブレードの角度は実質的に同じに維持される。その結果、従来の推進ファンと比較して、騒音汚染が低減され、推力効率が向上する。推進ファン１００は、ファンブレードの角度が所定の許容範囲内に維持されることを考慮して、騒音汚染を低減する。例えば、推進ファン１００は、３００フィートのサイドライン／５，０００重量ポンドで６５ｄＢＡ未満のノイズを放出する。
【0009】
図２Ａは、推進ファン１００の第１の分解図を示し、図２Ｂは、一実施形態による推進ファン１００の第２の分解図を示す。推進ファン１００は、図２Ａ及び図２Ｂに示されるような複数の異なる構成要素を含む。一実施形態では、推進ファン１００は、ダクトリップ２０１、ノーズコーン２０３、ハブ２０５、ブレードファン２０９、ロックリング２１０（図８Ａ～図８Ｃに示される）、張力リング２１１、モータ２１５、本体ハウジング２１７、複数の外側ケーシング２１３Ａ及び２１３Ｂ、ステータ２１９、及びテールコーン２２１を含む。推進ファン１００の他の実施形態は、図２Ａおよび図２Ｂに示される以外の他の構成要素を含み得る。一実施形態では、ダクトリップ２０１、外側ケーシング２１３、及びステータ２１９の一部（例えば、２１９Ｃ）は、図１に示されるように、推進ファンの構成要素を収容する循環ダクトを集合的に形成する。
【0010】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｄは、一実施形態による推進ファン１００のダクトリップ２０１の斜視図、正面図、側面図、及び断面図をそれぞれ示す。一実施形態では、ダクトリップ２０１は、推進ファン１００に空気のきれいな流入を提供するように構成される。ダクトリップ２０１は、一実施形態では、本体ハウジング２１７に接続するように構成される。ダクトリップ２０１は、図２Ｂに示されるように、ダクトリップ２０１の背面上に複数の取り付け穴２２３を含み得る。締結具（例えば、ナットおよびボルト、リベットなど）は、以下でさらに説明されるように、ダクトリップ２０１を本体ハウジング２１７の第１の端部１００１に接続するために、取り付け穴２２３に配置される。
【0011】
ダクトリップ２０１は、ダクトリップ２０１をまとめて形成する複数のパネルを含み得る。例えば、ダクトリップ２０１は、ダクトリップ２０１の内面３０９をまとめて形成する第１の複数のパネルを含み得、ダクトリップ２０１が、空気がブレードファン２０９にチャネリングされる中空中心を有するように、ダクトリップ２０１の外面３０７をまとめて形成する第２の複数のパネルを含み得る。第１および第２の複数のパネルは、締結具（例えば、ネジ、ナット、ボルト）などの様々な締結手段を介して、または溶接を介して互いに接続され得る。第１および第２の複数のパネルは、アルミニウムまたはチタンなどの金属、または炭素繊維などの複合材料で作られ得る。あるいは、ダクトリップ２０１は、単一の材料から作られ得、例えば、３Ｄプリントされ得る。
【0012】
一実施形態では、ダクトリップ２０１は、第１の端部３０３（例えば、入口）および第２の端部３０５（例えば、出口）を含む。第１の端部３０３は、空気を受け入れ、空気は、第２の端部３０５を出る。図３Ｃに示されるように、第１の端部３０３の直径は、第２の端部３０５の直径よりも小さいが、他の実施形態では同じであってもよい。ダクトリップ２０１の第１の端部３０３及び第２の端部３０５の直径は、推進ファン１００の適用に依存する。例えば、ダクトリップ２０１の第１の端部３０３及び第２の端部３０５の直径は、リーフブロア用途と比較して、航空機用途に対してより大きい。
【0013】
図３Ｄは、一実施形態による、図３Ｂに示される平面Ａ－Ａ’に沿ったダクトリップ２０１の断面図である。前述のように、ダクトリップ２０１は、外面３０７および内面３０９を含む。外面３０７および内面３０９は共に、ダクトリップ２０１の第１の端部３０３からダクトリップ２０１の第２の端部３０５に向かって延びる。空気は、ダクトリップ２０１の内面３０９を通って流れる。ダクトリップ２０１の内面３０９の曲率３１１Ａおよびダクトリップ３０１の外面３０７の曲率３１１Ｂは、異なる条件（例えば、巡行、離陸、および着陸などの飛行条件）およびレイノルズ数などの様々な要因のバランスをとるように設計されている。当業者は、関心のある速度レジームおよび飛行モードにわたって好ましい圧力勾配のためにダクトリップ半径を調整することができるであろう。
【0014】
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄは、一実施形態による、推進ファン１００のノーズコーン２０３の断面の斜視図、正面図、断面図、及び斜視図をそれぞれ示す。ノーズコーン２０３は、対向気流挙動を調節し、空気力学的抗力を低減するように構成される。ノーズコーン２０３はまた、ブロードバンドまたはトーンノイズに大きく寄与することなく、冷却空気質量流で空気を送るインペラを備えて構成され得る。
【0015】
一実施形態では、ノーズコーン２０３は、ノーズコーン２０３とモータ２１５との間に配置されたハブ２０５を用いてモータ２１５に接続するように構成される。ノーズコーン２０３は、図２Ｂに示されるように、ノーズコーン２０３の背面に複数の取り付け穴を含み得る。締結具２０７（例えば、ナットおよびボルト、リベットなど）は、ノーズコーン２０３をハブ２０５の第１の端部に接続するために、取り付け穴に配置される。以下でさらに説明されるように、締結具２０７は、ハブ２０５を通って延び、モータ２１５の第１の端部に接続する。
【0016】
一実施形態では、ノーズコーン２０３は、円錐形である。しかしながら、他の実施形態では、ノーズコーン２０３は、異なる形状を有することができる。図４Ａから図４Ｄに示されるように、ノーズコーン２０３は、ノーズコーン２０３の第１の端部に開口部４０３（例えば、孔）を含む。ブレードファン２０９が回転すると、空気がノーズコーン２０３内の開口部４０３を通って引っ張られ、モータ２１５を冷却する。内部コンポーネントを冷却するために必要な二次質量流は、ノーズコーン２０３開口部４０３の内径をサイズ決定する。当業者は、異なる電気モータの熱要件およびそれらを最も制約的な条件、典型的には最大連続動作で冷却するために必要な空気に応じて、この直径を導出することができるであろう。
【0017】
図４Ｃは、一実施形態による、図４Ｂに示される平面Ｂ－Ｂ’に沿ったノーズコーン２０３の断面図である。一実施形態では、ノーズコーン２０３は中実ではなく、空洞を含む。例えば、一実施形態では、ノーズコーン２０３は、空気チャネル４０５を備える。空気チャネル４０５は、ノーズコーン２０３内の開口部４０３から、ノーズコーン２０３の第２の端部（例えば、背面）の円周の周りに配置された複数の開口部４０７まで延びる。空気は、開口部４０３から空気チャネル４０５を通って流れ、複数の開口部４０７を出て、モータ２１５を冷却する。一実施形態では、空気チャネル４０５は、図４Ｃ及び図４Ｄに示されるように、ノーズコーン２０３の外面４０９と、ノーズコーン２１１内に形成された突起４１１との間に形成される。
【0018】
一実施形態では、突起４１１は、ノーズコーン２０３の第２の端部から、ノーズコーン２０３の開口部４０３に向かって内側に突出する。突起４１１は、ノーズコーン２０３と同様の形状を有し得る。例えば、突起４１１はまた、円錐形状である。しかしながら、他の実施形態では、突起４１１は、ノーズコーン２０３とは異なる形状を有し得る。
【0019】
概して、突起４１１は、モータ２１５を冷却するための質量空気流に合わせて調整されるサイズ及び形状を有する。一実施形態では、突起４１１は、突起４１１を通って形成された空気チャネル４１３を含み、空気チャネル４１３の開口部４１５からノーズコーン２０３の第２の端部の開口部４１７に空気が流れる。一実施形態では、空気チャネル４１３の中心は、ノーズコーン２０３内の開口部４０３の中心と整列される。
【0020】
図５Ａ及び図５Ｂは、一実施形態による推進ファン１００のハブ２０５の正面図及び側面図をそれぞれ示す。ハブ２０５は、推進ファン１００の中心部分であり、以下でさらに説明されるように、ブレードファン２０９の中心に配置される。ハブ２０５は、一実施形態では、ノーズコーン２０３、ロックリング２１０、およびモータ２１５に接続するように構成される。
【0021】
図５Ａから図５Ｃに示されるように、一例では、ハブ２０５は円筒形である。一実施形態では、ハブ２０５の第１の端部５０７の直径は、ノーズコーン２０３の第２の端部の直径と一致する。ハブ２０５の第１の端部５０７（例えば、前面）は、ハブ２０５の厚さを通して形成される複数の取り付け孔５０１Ａ～５０１Ｆを含む。取り付け孔５０１の位置は、ノーズコーン２０３の第２の端部がノーズハブ２０５の第１の端部５０７に嵌合するときに、取り付け孔５０１がノーズコーン２０３の取り付け穴と整列するようになっている。締結具２０７は、取り付け孔５０１Ａ～５０１Ｆを通過し、モータ２１５の第１の端部（例えば、前面）に接続するように構成される。例えば、締結具２０７は、モータ２１５の第１の端部のねじ穴２２５にねじ込まれる。
【0022】
一実施形態では、ハブ２０５はまた、開口部５０３Ａ及び５０３Ｂなどのハブ２０５の厚さを通って延びる複数の開口部５０３を含む。複数の開口部５０３は、ノーズコーン２０３の後面の開口部４０７と一致する（例えば、同じである）形状及びサイズを有する。開口部５０３は、ノーズコーン２０３およびハブ２０５が互いに嵌合するときに、ノーズコーン２０３の後面の開口部４０７と整列するように構成される。したがって、ノーズコーン２０３の開口部４０７から出る空気は、ハブ２０５に含まれる開口部５０３を通って流れる。一実施形態では、ハブに含まれる複数の開口部５０３は、異なるサイズを有する。例えば、開口部５０３Ａは、開口部５０３Ｂよりも小さい。
【0023】
一実施形態では、ハブ２０５はまた、ハブ２０５の厚さを通って延びる開口部５０５を含む。開口部５０５は、ハブ２０５の中心に配置される。一実施形態では、開口部２０５の中心は、ノーズコーン２０３の空気チャネル４１３の中心と整列するように構成される。したがって、ノーズコーン２０３の空気チャネル４１３から出る空気流は、ハブ２０５内の開口部５０５を通って流れ、モータ２１５を冷却する。
【0024】
一実施形態では、第１の端部５０７の反対側にあるハブ２０５の第２の端部５１１は、ハブ２０５の第２の端部５１１の外周の周りに接続機構５０９を含む。接続機構５０９は、ハブ２０５をロックリング２１０に接続するように構成される。一実施形態では、接続機構５０９は、ハブ２０５がロックリング２１０にねじ込まれるようなねじ山である。ハブ２０５がロックリング２１０に接続されると、ロックリング２１０は、ハブ２０５の外周を取り囲む。モータ２１５は、ハブ２１１の第２の端部５１１の外面に嵌合するように構成される。
【0025】
一実施形態では、ハブ２０５は、ハブ２０５の第１の端部５０７と第２の端部５１１との間に配置された中間領域５１１を含む。一実施形態では、ブレードファン２０９は、ハブ２０５がブレードファン２０９の中心を通って配置される間、中間領域５１１の円周の周りに配置されるように構成される。
【0026】
図６Ａ及び図６Ｂは、一実施形態による推進ファン１００のブレードファン２０９の斜視図及び正面図をそれぞれ示す。図６Ａ～図６Ｂに示されるように、ブレードファン２０９は、複数のブレード６０１を含む。ブレードファン２０９に含まれるブレード６０１の総数は、２～５枚のブレードを有する従来の推進ファンに含まれるブレードの数よりも著しく多い。一実施形態では、ブレードファン２０９は、２０枚のブレードから８４０枚のブレードまでのブレード６０１の範囲を含み得る。しかしながら、５枚を超える任意の数のブレードを使用することができる。一般に、ブレードファン２０９に含まれるブレード６０１の総数は、適用に依存する。一実施形態では、多羽根ファンの羽根のための材料は、多羽根ファンの適用の種類にも依存する。ブレードは、アルミニウムまたはチタンなどの金属、または炭素繊維などの複合材料ででき得る。
【0027】
一実施形態では、ブレードファン２０９は、ブレードファン２０９が低い先端速度（約３００～４５０フィート／秒）で回転するときに、全体的なブレードノイズを低減する。本明細書に記載されるように、張力をかけられたファンブレード２０９は、より多くのブレードが機械的材料限界内に存在し、依然として超音波シグネチャおよび低い亜音速先端速度を達成することを可能にする。さらに、ブレード６０１の数が多いと、音調ノイズが人間の可聴性の上限（典型的な成人の場合は１６，０００Ｈｚ以上）の外側の超音波周波数に上昇する。さらに、高い羽根数による低い羽根荷重はまた、ブロードバンドノイズを引き起こす渦対渦の衝突の重大度を低減する。
【0028】
図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、複数のブレード６０１は、ハブ２０５が配置される中空の中心を有する円形のリング形状を形成するように配置される。各ブレード６０１は、ブレード６０１の前縁部及び後縁部の少なくとも一部が隣接するブレード６０１によって重なり合うように配置される。例えば、所与の羽根の前縁部は、所与の羽根の左側の羽根の後縁部によって重なり合い、所与の羽根の後縁部は、所与の羽根の右側の羽根の前縁部によって重なり合う。複数のブレード６０１の重なり合った配置は、入ってくる空気流に対して作業を行うために増加した堅牢性を提供する。この堅牢性の調整は、局所的な空力効果を考慮し、ブレード内およびブレード間の流れの層状結合に影響を与える可能性のあるレイノルズ数の効果を考慮するように調整することができる。
【0029】
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、及び図７Ｄは、一実施形態による、図６Ａ及び図６Ｂに示されるブレードファン２０９に含まれるブレード６０１の斜視図、正面図、側面図、及び上面図をそれぞれ示す。一実施形態では、各ブレード６０１は、第１のロック端部６０５、第２のロック端部６０３、及び第１のロック端部６０５と第２のロック端部６０３との間に配置された翼６０７を備える。ブレード６０１は、他の実施形態で本明細書に記載されているもの以外の他の特徴を含み得る。
【0030】
一実施形態では、第１のロック端部６０５は、ブレード６０１の先端に配置される。第１のロック端部６０５は、張力リング２１１に挿入され、ブレード６０１の先端が張力をかけられるように、ブレード６０１を張力リング２１１にロックするように構成される。ブレード６０１の先端に張力をかけることによって、ブレード６０１の先端のピッチ（例えば、角度）は、推力生成中、または推進ファン１００が静止している間に実質的に同じであり、それによって騒音汚染を低減する。
【0031】
図７Ａ～図７Ｄに示されるように、第１のロック端部６０５は、面取りされた縁部を有する長方形の形状であるが、他の形状を第１のロック端部６０５に使用することができる。一実施形態では、第１のロック端部６０５は、翼６０７の先端の幅及び厚さよりも大きい幅及び厚さを有する。しかしながら、他の実施形態では、第１のロック端部６０５は、ブレード６０１の先端と同じ幅またはより狭くてもよい。当業者は、張力による局所的な応力およびひずみを考慮して、エッジ、面取り、表面処理、およびベゼリングを調整する。
【0032】
一実施形態では、第２のロック端部６０３は、ブレード６０１の根元に配置される。第２のロック端部６０６は、ロックリング２１０に挿入され、ブレード６０１をロックリング２１０にロックするように構成される。ブレード６０１の根部に張力をかけることによって、ブレード６０１の根のピッチ（例えば、角度）は、推力生成中、または推進ファン１００が静止している間に実質的に同じであり、それによって騒音汚染を低減する。図７Ａ～図７Ｄに示されるように、第２のロック端部６０３は、複数の異なる表面（例えば、直線表面及び湾曲表面）を有し、ブレードのたわみを低減するためにロックリング２１０に接触する表面積を増加させる。一実施形態では、第２のロック端部６０３は、ブレード６０１の根部よりも大きく、第１のロック端部６０５の幅よりも広い幅を有する。しかしながら、他の実施形態では、第２のロック端部６０３は、ブレード６０１の根部と同じ幅または狭くてもよい。
【0033】
翼６０７は、第１のロック端部６０５と第２のロック端部６０３との間に配置される。一実施形態では、翼６０７は、翼６０７内に幾何学的ねじれ６０９を備える。幾何学的ねじれ６０９は、ブレード６０１の根に対して測定された翼の入射角の変化である。すなわち、翼６０７は、幾何学的ねじれ６０９による翼６０７７の長さにわたる複数の異なる入射角を含む。例えば、翼６０７は、幾何学的ねじれ６０９の第１の側面（例えば、図７Ａ～図７Ｃの幾何学的ねじれ６０９の下）に第１の入射角を有し得、幾何学的ねじれ６０９の第２の側面（例えば、図７Ａ～図７Ｃの幾何学的ねじれ６０９の上）に第２の入射角を有し得る。
【0034】
幾何学的ねじれ６０９の結果として、第１のロック端部６０５及び第２のロック端部６０９は、図７Ｄに示されるように、ブレード６０１の上面図から見たときに互いにずれている。一実施形態では、幾何学的ねじれ６０９は、ブレード６０１の先端よりもブレード６０１の根元に近い翼６０７の部分から始まる。根コードと先端コードとの間の幾何学的ねじれ６０９は、４５度まで変化し得る。
【0035】
図６Ａおよび図６Ｂに戻って参照すると、一実施形態では、ブレード６０１は、第２のロック端部６０３が円周の周りに互いに対して平行に配置され、それによってブレードファン２０９の中心に穴を形成するように配置される。その結果、第１のロック端部６０５も互いに平行に配置され、各ブレード６０１の翼６０７は、翼６０７内の幾何学的ねじれ６０９のために、隣接するブレード６０１の別の翼と重なる。
【0036】
図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃは、一実施形態による推進ファン１００のロックリング２１０の斜視図、正面図、及び側面図をそれぞれ示す。一般に、ロックリング２１０は、ブレードファン２０９およびハブ２０５に接続するように構成され、ブレード６０１の根部に有益な張力をかける。したがって、ブレードファン２０９のブレード６０１は、動作中にブレード６０１の角度を維持するために、先端および根部の両方で張力をかけられる。ロックリング２１０は、アルミニウムまたはチタンなどの金属、または炭素繊維などの複合材料ででき得る。
【0037】
ロックリング２１０は、第１の端部８０１および第２の端部８０３を含む。一実施形態では、第１の端部８０１は、第２の端部８０３の直径よりも小さい直径を有し、それによって円錐形状を形成する。この形状の調整は、ファンへの一次内部フロー（すなわち、冷却フローではない）の必要性によって決定され、また、ファンの存在下で中央本体に沿った任意の境界層圧力勾配を考慮し得る。一実施形態では、ロックリング２１０の第１の端部８０１は、ブレードファン２０９をロックリング２１０に直接接続するように構成され、それによって、ブレードファン２０９をロックリング２１０にロックする。ロックリング２１０の第１の端部８０１は、複数のロック歯８０５を含む。一実施形態では、ロック歯８０５は、ロックリング２１０の本体から、ロックリングの第２の端部８０３に垂直な基準に対してある角度で延びる突起である。
【0038】
複数のスロット８０７は、ロック歯８０５を形成する。例えば、スロット８０７は、ロック歯８０５Ａを含む一対のロック歯とロック歯８０５Ｂとの間に形成される。スロット８０７は、ブレードファン２０９の第２のロック端部６０３の寸法に一致する幅及び深さを有する。スロット８０７は、例えば、ロックリング２１０の厚さの４分の３など、ロックリング２１０の厚さを部分的に通って延びる。
【0039】
一実施形態では、複数のスロット８０７のそれぞれは、ブレードファン２０９の複数のブレード６０１の対応する１つに接続するように構成される。特に、各ブレード６０１の第２のロック端部６０３は、スロット８０７の１つに挿入され、それによって、第２のロック端部６０３の表面とスロットを形成するロック歯８０５との方向接触を介して、ブレード６０１をロックリング２１０に固定する。一実施形態では、エポキシなどの締結具もまた、各ブレード６０１の第２のロック端部６０３に適用され、ブレード６０１とロックリング２１０との間の接続をさらに強化する。ブレード６０１の第２のロック端部６０３をロックリング２１０にロックすることによって、ブレード６０１の根部のピッチは、推力生成中または静止中に実質的に同じに維持され、それによって、ピッチの変化が人間の耳に知覚可能であるため、推進ファン１００から放出される可聴ノイズを低減する。
【0040】
一実施形態では、ロックリング２１０の第２の端部８０３は、ロックリング２１０の第２の端部８０３の内周に接続機構８０９を含む。接続機構８０９は、例えば、ロックリング２１０をハブ２０５の接続機構５０９に接続するように構成される。一実施形態では、接続機構８０９は、ハブ２０５の接続機構５０９のねじ山に一致するねじ山であり、それによって、ハブ２０５がロックリング２１０にねじ込まれることを可能にする。モータ２１５がハブ２０５に接続されているので、ハブ２０５は回転し、それによってロックリング２１０及びブレードファン２０９も回転させる。
【0041】
図９Ａおよび図９Ｂは、一実施形態による推進ファン１００の張力リング２１１の斜視図および側面図をそれぞれ示す。張力リング２１１は、ブレードファン２０９の円周の周りに配置されることによって、ブレードファン２０９に接続するように構成される。より具体的には、張力リング２１１は、一実施形態による、ブレードファン２０９の第１のロック端部６０５のすべてに接続するように構成される。ブレード６０１の第１のロック端部６０５を張力リング２１１に固定することによって、ブレード６０１の先端のピッチは、推力生成中または停止中に実質的に同じに維持され、それによって、ピッチの変化が人間の耳に知覚可能であることから、推進ファン１００から放出される可聴ノイズを低減することができる。したがって、張力リング２１１を使用してブレード６０１に前もって張力をかけることは、先端ギャップに起因する非効率性を低減する。一実施形態では、張力リング２１１は、アルミニウムまたはチタンなどの金属、または炭素繊維などの複合材料で作られる。しかしながら、他の実施形態では、他の材料を使用し得る。
【0042】
図９Ａ及び図９Ｂに示されるように、張力リング２１１は、第１の端部９０３及び第２の端部９０５を含む。一実施形態では、第１の端部９０３は、第２の端部９０５の直径と実質的に同じ直径を有する。張力リング２１１の本体９０９は、第１の端部９０３と第２の端部９０５との間に配置される。
【0043】
一実施形態では、張力リング２１１の本体９０９は、張力リング２１１の厚さ全体を通って延びる複数の開口部（例えば、スロット）９０７を含む。各開口部９０７は、複数のブレード６０１のうちの１つの第１のロック端部６０５に接続するように構成される。したがって、張力リング２１１の各開口部９０７とブレード６０１との間には、１対１の関係がある。一実施形態では、エポキシなどの締結具もまた、各ブレード６０１の第１のロック端部６０５に適用され、ブレード６０１と張力リング２１１との間の接続をさらに強化する。
【0044】
一実施形態では、複数の開口部９０７は、第１の端部９０３または第２の端部９０５に垂直な基準に対して角度を付けて形成される。開口部９０７が形成される角度は、ブレード６０１の第１のロック端部６０５のピッチに一致する。開口部９０７の寸法は、第１のロック端部６０５が張力リング２１１の開口部９０７に挿入され、第１のロック端部６０５が張力リング２１１と直接接触すると、第１のロック端部６０５が張力リング２１１にロックされるように、第１のロック端部６０５の寸法と実質的に一致する。
【0045】
図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃは、一実施形態による推進ファン１００の内部ダクト本体ハウジング２１７（以下、「本体ハウジング」と称する）の斜視図、正面図、及び側面図をそれぞれ示す。一実施形態では、本体ハウジング２１７は、推進ファン１００の構成要素を収容する（例えば、部分的に取り囲む）ように構成される。例えば、一実施形態では、ブレードファン２０９、ハブ２０５、張力リング２１１、ロックリング２１０、及びモータ２１５は、本体ハウジング２１７内に収容される。他の実施形態では、推進ファン１００の他の構成要素は、本体ハウジング２１７内に含まれ得る。一実施形態では、本体ハウジング２１７は、アルミニウムまたはチタンなどの金属、または炭素繊維などの複合材料で作られる。しかしながら、他の材料は、異なる実施形態で使用され得る。
【0046】
一実施形態では、本体ハウジング２１７は、円筒形状であり、第１の端部１００１（例えば、入口）および第２の端部１００３（例えば、出口）を含む。第１の端部１００１は、一実施形態では、第２の端部１００３の直径よりも大きい直径を有する。第１の端部１００１は、本体ハウジング２１７の第１の端部１００１の円周の周りに形成される複数の取り付け穴１００５を含む。一実施形態では、本体ハウジング２１７の第１の端部１００１は、ダクトリップ２０１の取り付け穴２２３が本体ハウジング２１７の取り付け穴１００５と整列するように、ダクトリップ２０１の第２の端部３０５に接続するように構成される。前述のように、締結具２０７は、ダクトリップ２０１をダクト本体ハウジング２１７の第１の端部１００１に固定するために使用され得る。
【0047】
一実施形態では、本体ハウジング２１７の第２の端部１００３は、本体ハウジング２１７の第２の端部１００３の円周の周りに形成される複数の取り付け穴１００７を含む。一実施形態では、本体ハウジング２１７の第２の端部１００３は、ステータ２１９の第１の端部（例えば、入口）に接続するように構成される。本体ハウジング２１７の第２の端部１００３がステータ２１９の第１の端部に接続されている間、本体ハウジング２１７の第２の端部１００３の取り付け穴１００７は、ステータ２１９の第１の端部の取り付け穴と整列している。締結具（例えば、ナット、ボルト、リベット）を使用して、本体ハウジング２１７の第２の端部１０００３をステータ２１９の第１の端部に固定することができる。
【0048】
一実施形態では、本体ハウジング２１７は、それぞれが推進ファンの異なる構成要素を収容するように構成された複数の中間部分１００９を含む。複数の中間部分１００９は、第１の端部１００１から延びる第１の中間部分１００９Ａと、第２の端部１００３から延びる第２の中間部分１００９Ｂとを含む。本体ハウジング２１７の中間部分１００９は、本体ハウジング２１７の第１の端部１００１と第２の端部１００３との間に配置される。
【0049】
図１０Ｃに示されるように、第１の中間部分１００９Ａは、第２の中間部分１００９Ｂの直径とは異なる直径を有する。例えば、第１の中間部分１０００Ａの直径は、第２の中間部分１０００Ｂの直径よりも大きい。さらに、第１の中間部分１００９Ａは、第１の端部１００１よりも小さい直径を有し、第２の中間部分１００９Ｂは、第２の端部１００３よりも小さい直径を有する。
【0050】
一実施形態では、第１の中間部分１００９Ａは、ハブ２０５、ブレードファン２０９、ロックリング２１０、及び張力リング２１１を収容するように構成される。張力リング２１１は、第１の中間部分１００９Ａに収容される構成要素の最大直径を有するため、第１の中間部分１００９Ａの直径１００９Ａは、張力リング２１１の直径に基づく。一実施形態では、第１の中間部分１００９Ａの直径は、張力リング２１１の直径と実質的に同じであり、それによって、例えば、圧入により、張力リング２１１が第１の中間部分１０００Ａ内に確実に固定されることを可能にする。
【0051】
一実施形態では、第２の中間部分１００９Ｂは、モータ２１５及びステータ２１９の一部を収容するように構成される。第２の中間部分１００９Ｂの長さは、モータ２１５の長さ及び中間部分に収容されるステータ２１９の部分の長さに基づく。第２の中間部分１０００Ｂは、モータ２１５及びステータ２１９の部分を第２の中間部分１００９Ｂに収容するために、モータ２１５及びステータ２１９の部分と少なくとも同じ長さの長さを有する。一実施形態では、第２の中間部分１００９Ｂの直径は、ステータ２１９に出入りする空気の質量空気流に基づいている。 当業者は、流れの分離または渦巻きを最小限に抑えるために、複数の設計速度にわたって好ましい圧力勾配を誘導するために、直径を調整することができる。第２の部分１００９Ｂの内部空洞はまた、ノイズを低減するように調整され得る。
【0052】
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、および図１１Ｄは、一実施形態による推進ファン１００のステータ２１９の斜視図、正面図、側面図、および断面図をそれぞれ示す。一実施形態では、ステータ２１９は、複数のステータブレード２１９Ａ、モータハウジング２１９Ｂ、及びステータハウジング２１９Ｃを備える。ステータ２１９は、他の実施形態では、図１１Ａから図１１Ｄに示される構成要素以外の構成要素を含み得る。
【0053】
一実施形態では、モータハウジング２１９Ｂは、円筒形状であり、図１１Ｄに示されるように、第１の端部１１０１及び第２の端部１１０３を含む。図１１Ｄは、一実施形態による、図１１Ｂの平面Ｃ－Ｃ’に沿ったステータ２１９の断面図を示す。図１１Ｄに示されるように、モータハウジング２１９Ｂは、第１の端部１１０１と第２の端部１１０３との間に配置された空洞１１０５を含む。空洞１１０５は、第１の端部１１０１から第２の端部１１０３に向かって延び得るが、第２の端部１１０３には延びない。一実施形態では、空洞１１０５は、モータ２１５を収容するように構成される。すなわち、モータ２１５は、モータハウジング２１９Ｂの空洞１１０５内に配置される。したがって、空洞１１０５の形状及びサイズは、モータ２１５の形状及びサイズに依存する。モータ２１５が空洞１１０５内に配置され、モータ２１５がハブ２０５に間接的に接続されるので、ステータ２１９はまた、ハブ２０５及び推進器１００の他の構成要素を支持するための構造構成要素として機能する。
【0054】
一実施形態では、モータハウジング２１９Ｂは、図１１Ｂ及び図１１Ｄに示されるように、モータハウジング２１９Ｂの中心を通る孔１１１３を含む。孔１１１３の直径は、モータ２１５が孔１１１３を通って落下するのを防ぐために、モータ２１５の直径よりも小さい。孔１１１３は、モータハウジング２１９Ｂ内に配置され、放熱を補助し、したがってモータ２１５を冷却する。
【0055】
図１１Ｂを参照すると、ステータ２１９は、複数のステータブレード２１９を含む。ステータブレード２１９Ａは、モータハウジング２１９Ｂから半径方向に延びる。すなわち、各ブレード２１９Ａの根部は、モータハウジング２１９Ｂに接続され、ステータブレード２１９の翼は、モータハウジング２１９Ｂから外向きに延びる。一実施形態では、各ブレード２１９Ａは、ステータブレード２１９Ａが延びるモータハウジング２１９Ｂ上の点から垂直に延びる基準線に対して測定された角度でモータハウジング２１９Ｂから離れて延びる。
【0056】
一実施形態では、ステータブレード２１９は、モータ２１５から離れて熱を伝導する。ブレード２１９は、モータ２１５を収容するモータハウジング２１９Ｂに接触するので、ブレード２１９を通過する空気は、モータ２１５によって生成された熱を放散する。一実施形態では、ブレード２１９の配置はまた、ブレードファン２０９によって生成されるノイズを低減し、推進ファン１００によって生成される推力を制御する。ステータブレード２１９のブレード数は、ステータの高調波がブレードファン２０９の高調波を相殺するように選択することができる。超音波ファンの場合、ブレードに沿った局所的な低いレイノルズ数のために、当業者は、ブレードファン２０９が、好ましい音響のためにステータブレード２１９よりも枚数（例えば、総量）が多い複数のブレード６０１を運んでもよいことを理解するであろう。これは、特定のデザイントーンのセットのために５０％から２００％多くのブレードのどこでも変化し得る。
【0057】
一実施形態では、ステータハウジング２１９Ｃは、ステータブレード２１９及びモータハウジング２１９Ｂを収容するように構成される。すなわち、ステータブレード２１９は、ステータハウジング２１９Ｃがブレード２１９の円周を取り囲むように、ステータハウジング２１９Ｃ内に配置される。一実施形態では、ステータハウジング２１９Ｃは、第１の端部１１０７（例えば、入口）及び第２の端部１１０９（例えば、出口）を含む。図１１Ｃに示されるように、第１の端部１１０７は、第２の端部１１０９の直径よりも大きい直径を有する。したがって、ステータハウジング２１９Ｃは、円錐形状を有し得る。しかしながら、ステータハウジング２１９Ｃは、他の実施形態では、他の形状を有し得る。
【0058】
図１１Ｄを参照すると、一実施形態では、ブレード２１９Ａの先端は、ステータハウジング２１９Ｃの内面１１１１と接触している。したがって、ステータのブレード２１９Ａは静止している。ブレード２１９Ａをステータハウジング２１９Ｃの内面１１１１と接触させることによって、各ブレード２１９Ａの位置は静的である。
【0059】
図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、および図１２Ｄは、一実施形態による推進ファン１００のテールコーン２２１の斜視図、正面図、側面図、および断面図をそれぞれ示す。テールコーン２２１は、一実施形態では、推進ファン１００から出る空気と共に、ステータハウジング２１９Ｃの面積の正しい変化を生み出すように構成される。テールコーン２２１は、アルミニウムまたはチタンなどの金属で作られ得、または炭素繊維などの複合材料で作られ得る。
【0060】
テールコーン２２１は、第１の端部１２０１（例えば、入口）及び第２の端部１２０３（例えば、出口）を含む。一実施形態では、第１の端部１２０１は、第２の端部１２０３の直径よりも大きい直径を有する。一実施形態では、テールコーン２２１の直径は、テールコーン２２１の長さにわたって異なる。図１２Ｃに示すように、テールコーン２２１の直径は、中間点１２０５に到達するまで、第１の端部１２０１から第２の端部１２０３に向かって減少する。中間点１２０５から第２の端部１２０３まで、テールコーン２２１の直径は比較的一定である。
【0061】
一実施形態では、テールコーン２２１の第１の端部１２０１は、ステータ２１９のモータハウジング２１９Ｂの第２の端部１１０３に接続するように構成される。したがって、テールコーン２２１の第２の端部１２０１の直径は、ステータ２１９のモータハウジング２１９Ｂの第２の端部１１０３の直径と実質的に一致する。一実施形態では、テールコーン２２１の第１の端部１２０１は、モータハウジング２１９Ｂの第２の端部１１０３と嵌合（例えば、接触）する取り付け面１２０９を含む。取り付け面１２０９は、例えば、留め具を使用してモータハウジング２１９Ｂに取り付けられ得る。しかしながら、他の実施形態では、他の取り付け機構を使用してもよい。
【0062】
図１２Ｄを参照すると、図１２Ｂに示される平面Ｄ－Ｄ’に沿ったテールコーン２２１の断面図が示される。一実施形態では、テールコーン２２１は、テールコーンの第１の端部１２０１からテールコーンの第２の端部１２０３まで開始するテールコーン２２１の長さを通して形成された空洞１２０７を含む。テールコーン２２１の後端の成形は、ブレードディスクおよび／またはステータに続くジェットの膨張に関して、テールコーン２２１の内部からの排気された二次流によって制御される。
【0063】
一実施形態では、推進ファン１００は、中央ハブ駆動モータ２１５を含む。すなわち、一実施形態では、単一のモータ２１５を使用して推進ファン１００を駆動する。推進ファン１００に使用される例示的なモータは、電気モータである。しかしながら、他の実施形態では、ガスモータまたはジェットタービンなどの他のタイプのモータが推進ファン１００で使用され得る。一般に、推進ファン１００の適用に応じて、異なるモータタイプ及びサイズが使用されて得る。
【0064】
マルチモータドライブシステム
別の実施形態では、推進ファン１００は、上述した単一のモータ２１５だけではなく、複数のモータによって駆動され得る。図１３Ａ、図１３Ｂ、および図１３Ｃは、一実施形態による推進ファン１００の周縁マルチモータ駆動システムの斜視図、正面図、および側面図をそれぞれ示す。
別の実施形態では、推進ファン１００は、上述した単一のモータ２１５だけではなく、複数のモータによって駆動され得る。図１３Ａ、図１３Ｂ、および図１３Ｃは、一実施形態による推進ファン１００の周縁マルチモータ駆動システムの斜視図、正面図、および側面図をそれぞれ示す。
【0065】
単一のモータ２１５で推力を駆動する代わりに、複数の補助モータ１３０３Ａ、１３０３Ｂ、１３０３Ｃ、及び１３０３Ｄが本体ハウジング２１７内に配置され、リングギア１３０３を介してブレードファン２０９を駆動する。複数の補助モータ１３０３は、一実施形態では、電気モータであり得る。しかしながら、他のタイプのモータを用い得る。
【0066】
一実施形態では、リングギア１３０３は、張力リング２１１に接続されてもよい。補助モータ１３０３は、上述のモータ２１５を置き換えてもよく、またはモータ２１５と併せて使用され得る。マルチモータの冗長性は、推進ファン１００システムの例外的な耐障害性を可能にする。例えば、４つの補助モータ１３０３では、単一の補助モータの損失は、推進器の通常の動作にはほとんど重要ではない。別のモータの損失があっても、残りの補助モータ１３０３は、十分な推力を生成するために超過速度であり得る。
【0067】
図１３Ａ～図１３Ｃに示されるように、補助モータ１３０１Ａ～１３０１Ｄは、全てが推進器のハブ２０５に配置される代わりに、推進器１００の円周の周りに半径方向に広がっている。各補助モータ１３０１の端部は、リングギア１３０３に接続されたギアを含む。半径方向配置は、等しい角度間隔に限定される必要はない。例えば、ファンは、ダクトの下部象限に向かって偏った３つのモータによって駆動されてもよい。さらに、中央に収容されたモータ２１５を支持するためにハブ２０５を支持するようにステータ２１９に要求するのではなく、推進器は、モータ及びその負荷を扱うためにダクト構造自体を活用することができる。重量および抗力を除去することに加えて、これはまた、典型的には、ステータの流れの相互作用によって引き起こされるより少ない広帯域ノイズをもたらす。一実施形態では、補助モータ１３０３は、より高い２０，０００ｒｐｍでより多く動作し、５ｋＷ／ｋｇの比電力でより重い、より低い速度のモータと比較して、より優れた１５ｋＷ／ｋｇの比電力を生成することができる。補助モータ１３０３は、ギア滑り（軸方向及び半径方向）を排除するために、リングギア１３０３を一斉に駆動する。この低いベアリングは、より低いギアノイズをもたらす。
【0068】
図１４は、別の実施形態による、推進ファン１００の円周駆動システムのさらに別の実施形態を示す。図１４に示される実施形態は、図１３に説明される例と同様である。しかしながら、図１４に示される駆動システムは、中央駆動モータ２１５を省略し、推力生成のために補助モータ１３０３に依存する。
【0069】
推進機アレイ
図１５Ａおよび図１５Ｂは、一実施形態による推進ファンのアレイの正面図および斜視図をそれぞれ示す。一実施形態では、推進ファン１５００のアレイは、推進ファンの列を形成するように横方向に配置された複数の推進ファン１００を含む。図１５Ａ及び図１５Ｂに示される例では、推進ファン１５００のアレイは、第１の推進ファン１００Ａ、第２の推進ファン１００Ｂ、及び第３の推進ファン１００Ｃを含む。複数の推進ファン１００Ａ～１００Ｃの各々は、本明細書に記載される推進ファン構造を含む。３つの推進ファン１００が推進ファン１５００のアレイに含まれるが、アレイは、２つを超える任意の数の推進ファンを含み得る。
図１５Ａおよび図１５Ｂは、一実施形態による推進ファンのアレイの正面図および斜視図をそれぞれ示す。一実施形態では、推進ファン１５００のアレイは、推進ファンの列を形成するように横方向に配置された複数の推進ファン１００を含む。図１５Ａ及び図１５Ｂに示される例では、推進ファン１５００のアレイは、第１の推進ファン１００Ａ、第２の推進ファン１００Ｂ、及び第３の推進ファン１００Ｃを含む。複数の推進ファン１００Ａ～１００Ｃの各々は、本明細書に記載される推進ファン構造を含む。３つの推進ファン１００が推進ファン１５００のアレイに含まれるが、アレイは、２つを超える任意の数の推進ファンを含み得る。
【0070】
図１６は、一実施形態による推進ファンのアレイの例示的な用途を示している。図１６に示されるように、推進ファン１６００のアレイは、本明細書に記載されるように、複数の推進ファンを含む。一実施形態では、推進ファン１６００のアレイは、航空機１６０５のダクト翼１６０３に統合される。複数の推進ファンを横方向に組み合わせて、ダクト翼１６０３を形成することができる。ダクト翼１６０３は、必要に応じて、二平面のずらし、掃引、テーパー、及び二面体を追加することができる受動的な昇降二面体を作成するように成形することができる。アレイ１６００に含まれる推進ファンの総数及び推進ファンのサイズは、例えば、航空機に乗る乗客の数、速度要件、及び航空機１６０５の高度要件などの航空機の要件に依存する。
【0071】
推進ファンをアレイに組み合わせることで、いくつかの制御および推力ベクトル化の機会が開かれる。推力は、ヨーイング、ローリング、またはピッチングモーメントを誘発するために、各々の個々の推進ファン１００の間で単純に変化させることができる。推進ファン間の相対的なスパン方向のピッチ差を使用して、より速い上昇と降下を触媒することができる。これは、後縁に設置された追加の制御面によってさらに増強することができる。
【0072】
ダクトのスパン方向の組み合わせは、翼に沿って、または複葉翼自体としてさえも統合するのに適している。アレイは、システムのニーズに合わせて掃引、ずらし、二面体およびテーパーを備えた複葉翼として配置および延長することができる。推進ファンのアレイを完全な複葉翼として統合するかどうかは、必要な推力量（マイナスドラッグ）と推進ファンの相対サイズに依存する。
【0073】
推進ファンの用途
図１７Ａ、図１７Ｂ、及び図１７Ｃは、一実施形態によるホバードローン１７００の正面図、側面図、及び上面図をそれぞれ示す。ホバードローン１７００は、第１の推進ファン１００Ａ、第２の推進ファン１００Ｂ、及び第３の推進ファン１００Ｃを含む推進ファンのアレイを含む。ホバードローン１７００には３つの推進ファンのみが含まれるが、ホバードローン１７００は、図１７Ａ～図１７Ｃに示されるよりも、追加の推進ファンまたはより少ない推進ファンを含むことができる。
図１７Ａ、図１７Ｂ、及び図１７Ｃは、一実施形態によるホバードローン１７００の正面図、側面図、及び上面図をそれぞれ示す。ホバードローン１７００は、第１の推進ファン１００Ａ、第２の推進ファン１００Ｂ、及び第３の推進ファン１００Ｃを含む推進ファンのアレイを含む。ホバードローン１７００には３つの推進ファンのみが含まれるが、ホバードローン１７００は、図１７Ａ～図１７Ｃに示されるよりも、追加の推進ファンまたはより少ない推進ファンを含むことができる。
【0074】
ホバードローン１７００は、本明細書に記載されるような推進ファンのアレイを含む静かな電動垂直離着陸（ＶＴＯＬ）ドローンである。ホバードローン１７００は、都市環境などの近距離に使用し得る。ホバードローン１７００は、３６０度のカメラ及びセンサを有してもよく、例えば、１５分を超えるホバー飛行時間に使用されてもよい。一例では、推進ファン１００Ａ～１００Ｃは、それぞれ、６．４ポンド／平方フィートの増大されたディスク負荷を有する１フィートの直径を有し得る。ホバードローン１７００は、３０ポンドの最大離陸重量を有してもよい。
【0075】
図１７Ａに示される例では、各推進ファン１００Ａ～１００Ｃは、上述したように、ハブ駆動の中央に位置するモータ２１５ならびに補助モータ１３０１を含む。しかしながら、ホバードローン１７００は、補助モータ１３０１を省略して中央に位置するモータ２１５のみを含み得、または中央に位置するモータ２１５を省略して補助モータ１３０１のみを含み得る。
【0076】
図１８Ａ、図１８Ｂ、および図１８Ｃは、一実施形態による、推進ファンのアレイを含むシネマドローン１８００の正面図、側面図、および上面図をそれぞれ示す。一般に、シネマドローン１８００は、シネマニーズに使用される静かな偏向スリップストリームＶＴＯＬドローンである。シネマドローン１８００は、すべて電気式であってもハイブリッド式であり得る。シネマドローン１８００は、例えば、最大３５ポンドのジンバルペイロード（例えば、メインカメラ）を有し得る。シネマドローン１８００は、セカンダリカメラ及びセンサを有し得る。シネマドローン１８００は、２０分を超えるホバー飛行時間に使用され得る。シネマドローンは、一実施形態では、５０ｍｐｈを超える最大巡航速度を有し得る。
【0077】
一実施形態では、シネマドローン１８００は、複葉機であり、ニュートラルスタッガ（neutral stagger）を有する。図１８Ａに示されるように、シネマドローン１８００は、第１の翼１８０１及び第２の翼１８０３を含む。第１の翼１８０１及び第２の翼１８０３のそれぞれは、複数の推進ファンを含む推進ファンのアレイを含む。例えば、翼１８０１に含まれる推進ファンのアレイは、推進ファン１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、および１００Ｄを含み、翼１８０３に含まれる推進ファンのアレイは、推進ファン１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、および１００Ｈを含む。したがって、推進ファンの半分は、胴体１８０５の第１の側にあり、推進ファンの残りの半分は、胴体１８０５の第２の側にある。図１８Ａ～図１８Ｃに示される例では、推進器のアレイは、８つの推進器を含むが、任意の数の推進器が使用されてもよい。
【0078】
図１８Ａ～図１８Ｃに示されるシネマドローン１８００の各翼１８０１、１８０３は、胴体１８０５の前部に向かって２つの翼の間に形成された角度掃引を有する。図１８～１８Ｃに示される例では、翼１８０１および１８０３は、２０度の翼面を有し、３０度の翼掃引を有し得る。しかしながら、他の角度は、異なる実施形態で使用され得る。
【0079】
一実施形態では、図１８Ａ～図１８Ｃに示されるシネマドローン１８００は、一例では、最大離陸重量７５ポンド、及び目標最大積載重量３０ポンドを有する。それぞれの推進ファン１００は、例えば６０ポンド／平方フィートの増大された円板荷重の１フィートのファン直径を有し得る。シネマドローン１８００の胴体１８０５は、５．５フィートの長さ及び０．６フィートの幅を有し得る。シネマドローン１８００の翼幅は、例えば、４．３ポンド／平方フィートの翼荷重を有する１７．４平方フィートの翼面積を有する８．８フィートであり得る。
【0080】
図１９Ａ、図１９Ｂ、および図１９Ｃは、一実施形態による、推進ファンのアレイを含む輸送航空機１９００の正面図、側面図、および上面図をそれぞれ示す。輸送航空機１９００は、任意選択で有人のＶＴＯＬ飛行機である。輸送航空機１９００は、ハイブリッドまたはフル電動であってもよい。輸送航空機１９００は、例えば、１，０００～２，０００フィートの作動高度で１３０～２５０ノットの巡航速度で２０～６０海里の範囲を有し得る。
【0081】
一実施形態では、輸送航空機１９００は、複葉機であり、わずかな負のスタッガを有する。輸送航空機１９００は、第１の翼１９０１及び第２の翼１９０３を含む。胴体１９０５の前方に向かって、２つの翼１９０１および１９０３の間に角度が形成される。図１９Ａ～図１９Ｃに示される例では、翼は、５度の翼二面体および－２５度の翼掃引を有し得る。しかしながら、他の角度は、異なる実施形態で使用され得る。
【0082】
一実施形態では、推進ファンのアレイは、各翼１９０１及び１９０３に統合される。推進ファンの第１のアレイは、胴体１９０５の第１の側にあり、翼１９０１に統合され、推進ファンの第２のアレイは、胴体１９０５の第２の側にあり、翼１９０３に統合される。例えば、翼１９０１に含まれる推進ファンのアレイは、推進ファン１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、および１００Ｄを含むのに対して、翼１９０３に含まれる推進ファンのアレイは、推進ファン１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、および１００Ｈを含む。このように、推進ファンの半分は、胴体１９０５の第１の側にあり、推進ファンの残りの半分は、胴体１９０５の第２の側にある。図１９Ａ～図１９Ｃに示される例では、推進機のアレイは、８つの推進ファンを含むが、任意の数の推進ファンが用いられ得る。
【0083】
一実施形態では、輸送航空機１９００は、一例では、最大離陸重量１，０００ポンド、及び目標最大積載重量２２０ポンドを有する。それぞれの推進ファン１００は、例えば６．０ポンド／平方フィートの増大された円板荷重の、１フィートのファン直径を有し得る。輸送機１９００の胴体１９０５は、９．２フィートの長さおよび３．７５フィートの幅を有し得る。輸送機１９００の翼長は、９．４ポンド／平方フィートの翼荷重を有する１０６．３平方フィートの翼面積を有する２８．７フィートであり得る。
【0084】
図２０Ａ、図２０Ｂ、および図２０Ｃは、一実施形態による推進ファンのアレイを含む垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機の正面図、側面図、および上面図をそれぞれ示す。ＶＴＯＬ航空機２０００は、任意選択で有人のＶＴＯＬ飛行機である。ＶＴＯＬ航空機２０００は、ハイブリッドまたはフル電動であってもよい。ＶＴＯＬ航空機２０００は、１，０００～２，０００フィートの動作高度において、１３０～２５０ノットの巡航速度で、２０～４００海里の範囲を飛行し得る。一実施形態では、ＶＴＯＬ航空機２０００は、ホバリングすることが可能である。
【0085】
図２０Ａ～図２０Ｃに示される例では、ＶＴＯＬ航空機２０００は複葉機であり、わずかな負のスタッガを有する。ＶＴＯＬ航空機２０００は、第１の翼２００１及び第２の翼２００３を含む。一実施形態では、２つの翼２００１、２００３の間に、胴体２００５の前部に向かって角度が形成される。翼２００１、２００３は、５度の翼二面体および－２５度の翼掃引を有し得る。しかしながら、他の角度は、異なる実施形態で使用され得る。
【0086】
一実施形態では、推進ファンのアレイは、それぞれの翼２００１および２００３に組み込まれる。推進ファンの第１のアレイは、胴体２００５の第１の側にあって、翼２００１に組み込まれ、推進ファンの第２のアレイは、胴体２００５の第２の側にあって、翼２００３に組み込まれる。例えば、翼２００１に含まれる推進ファンのアレイは、推進ファン１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、および１００Ｄを含むのに対して、翼２００３に含まれる推進ファンのアレイは、推進ファン１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、および１００Ｈを含む。このように、推進ファンの半分は、胴体２００５の第１の側にあり、推進ファンの残りの半分は、胴体２００５の第２の側にある。図２０Ａ～図２０Ｃに示される例では、推進機のアレイは、８つの推進ファンを含むが、任意の数の推進ファンを用い得る。
【0087】
ＶＴＯＬ航空機２０００は、一例では、最大離陸重量５，０００ポンド及び目標最大積載重量１，０００ポンド（例えば、３～４人の乗客）を有する。それぞれの推進ファン１００は、例えば１１．０ポンド／平方フィートの増大された円板荷重の、５フィートのファン直径を有し得る。ＶＴＯＬ航空機２０００の胴体２００５は、例えば、２４．７フィートの長さ及び５フィートの幅を有し得る。ＶＴＯＬ航空機２０００の翼長は、例えば、１６．７ポンド／平方フィートの翼荷重を有する３００平方フィートの翼面積を有する４９フィートであり得る。
【0088】
図２１Ａ、図２１Ｂ、および図２１Ｃは、一実施形態による、推進ファンのアレイを含む配送ドローン２１００の正面図、側面図、および上面図をそれぞれ示す。配送ドローン２１００は、３６０度のカメラ及びセンサを有し得、２０分を超えるホバリング飛行時間に使用され得る。配送ドローン２１００は、一実施形態では、５０ｍｐｈを超える最大巡航速度を有し得る。
【0089】
配送ドローン２１００は、内部の荷物を配送するように構成された電気テールシッターＶＴＯＬドローンの例である。示される例では、配送ドローン２１００は、複葉機であり、ニュートラルスタッガを有する。配送ドローン２１００は、一実施形態では、胴体２１０５の後部に向かって２つの翼の間に形成された角度掃引を有する第１の翼２１０１および第２の翼２１０３を含む。
【0090】
一実施形態では、推進ファンのアレイは、それぞれの翼２１０１および２１０３に組み込まれる。推進ファンの第１のアレイは、胴体２１０５の第１の側にあって、翼２１０１に組み込まれ、推進ファンの第２のアレイは、胴体２１０５の第２の側にあって、翼２１０３に組み込まれる。例えば、翼２１０１に含まれる推進ファンのアレイは、推進ファン１００Ａ、１００Ｂ、および１００Ｃを含むのに対して、翼２１０３に含まれる推進ファンのアレイは、推進ファン１００Ｄ、１００Ｅ、および１００Ｆを含む。このように、推進ファンの半分は、胴体２１０５の第１の側にあり、推進ファンの残りの半分は、胴体２１０５の第２の側にある。図２１Ａ～図２１Ｃに示される例では、推進機のアレイは、６つの推進ファンを含むが、任意の数の推進ファンを用いることができる。
【0091】
一例では、配送ドローン２１００は、最大離陸重量５５ポンド、及び目標最大積載重量５．５ポンドを有する。それぞれの推進ファン１００は、例えば６．０ポンド／平方フィートの増大された円板荷重で、１フィートのファン直径を有することができる。配送ドローン２１００の胴体２１０５は、６．７フィートの長さおよび１．３フィートの幅を有し得る。配送ドローン２１００の翼長は、例えば、２．５ポンド／平方フィートの翼荷重を有する２１．９平方フィートの翼面積を有する８．８フィートであり得る。
【0092】
フリーブレード
本明細書に記載の推進ファン１００は、１５０ｍｐｈを超えるより高い速度能力を有するので、ブレード角度可変性または質量流量調整のいずれかを通して増加した推進効率を提供することが望ましい。上述したように、推進ファン１００は、従来のプロパルサ推進機よりも著しく高いブレード数を含む。典型的な可変ピッチプロペラ機構を実装することは、機械的複雑さの観点から過度に負担になるであろう。
本明細書に記載の推進ファン１００は、１５０ｍｐｈを超えるより高い速度能力を有するので、ブレード角度可変性または質量流量調整のいずれかを通して増加した推進効率を提供することが望ましい。上述したように、推進ファン１００は、従来のプロパルサ推進機よりも著しく高いブレード数を含む。典型的な可変ピッチプロペラ機構を実装することは、機械的複雑さの観点から過度に負担になるであろう。
【0093】
一実施形態では、上記のような推進ファンのアレイは、自由翼羽根構造を使用して航空機に組み込まれる。自由翼羽根構造は、例えば、図１７～図２１にて上述した航空機のいずれかに実装されてもよく、例えば、フリーウィングブレードは、各ブレードの空気力学的中心より前の質量バランスにより、半径方向軸に沿って自由に回転できる推進ファンである。すなわち、ブレードファン２０９は、各ブレードの空力中心の前方で質量バランスをとることにより、それらの半径方向軸に沿って自由に回転することができる。自由翼ブレードは、翼型デザイン、翼質量バランス、翼ピボットを組み合わせて、すべての飛行条件で一定のＣＬでゼロピッチモーメントに自己トリミングすることで、翼が自由に旋回できる機能を実現する。
【0094】
自由ブレード構造と推進ファン１００との組み合わせは、一定の羽根負荷を維持しながら、羽根迎角（ＡｏＡ）可変性のためのパッシブシステムを作成する。これは、電気モータが広範囲のｒｐｍにわたって高効率で動作することができるため、電気モータ駆動の推進ファン１００に独自の相乗効果を提供することができる。電気モータは、異なる流入速度にわたってより高いまたはより低い半径方向速度で動作することができ、ブレードは「浮動」してＡｏＡを整列させ、同じトリミングされた揚力係数（ＣＬ）を維持する。この機能はまた、異なる飛行条件および乱流レベルで高いノイズをもたらすブレードストールを回避する方法として、低ノイズを達成するための値を提供し得る。
【0095】
フリーブレードの使用は、多くの利点をもたらす。例えば、フリーブレードは、先端羽根質量を加えることによって、それらのＬ／ＤｍａｘＣＬ（典型的には、０．５～１．０）に近いＡｏＡに常に存在するようにピッチバランスされる。これにより、ブレードＡｏＡが常に流入と一致し、分離された流れがないことが保証される。さらに、リム駆動であるため、内部ハブ領域が空であるときに推進ファン１００で質量バランスが可能であり、最も軽い質量バランスカウンターウェイトのためにブレードの前方に（そして流れにさらされない）容積を提供する。これによって、推進ファン１００は、異なる飛行部分で約５０％のオーダーでそのｒｐｍを変化させ、ブレードが常にそれらの最適な前進比に近くなることを可能にする。電動機と組み合わせてフリーブレードを使用すると、タービンやＩＣエンジンとは異なり、電動機は高効率の広いｒｐｍを有するため、特に利点がある。したがって、タービンまたはＩＣエンジンは、所与の電力に対して固定ｒｐｍで動作する必要があるが、電気モータは動作しない。これによって、推進機は、異なる飛行部分で～５０％のオーダーでそのｒｐｍを変化させ、ブレードが常にそれらの最適な前進比に近くなることが可能となる。最後に、フリーブレードは、より広いＡｏＡ変動および推力のニーズのために、より大規模なＶＴＯＬ統合を可能にするのにも役立ち得る。
【0096】
循環ダクト制御
一実施形態では、循環制御機構は、ダクトリップ２０１に配置される。循環制御機構は、ダクトリップ２０１で空気のジェットを吹き出すように構成される。ダクトリップ２０１に空気を加えることによって、ダクトリップ２０１が達成することができるリップ吸引の量が増大される。一実施形態では、遠心または軸方向コンプレッサと組み合わせた電気モータは、ダクトリップ２０１での循環制御の吹き出しおよび／または吸引を増加させるために、残りのダクト容積に埋め込まれる。ダクトリップ２０１で吹き出す内部循環制御のために分散電気推進（ＤＥＰ）を適用することによって、推進器に追加の電力を加えるよりも低い電力で静的および低速の推力増強を達成することができる。ＤＥＰのこの内部適用は、推進ファン１００と航空機統合レベルの両方で、航空機統合の利点を最大化する。ダクトリップ２０１に循環制御を適用すると、例えば、同じファン電力で静的推力が最大４０％増加する。
一実施形態では、循環制御機構は、ダクトリップ２０１に配置される。循環制御機構は、ダクトリップ２０１で空気のジェットを吹き出すように構成される。ダクトリップ２０１に空気を加えることによって、ダクトリップ２０１が達成することができるリップ吸引の量が増大される。一実施形態では、遠心または軸方向コンプレッサと組み合わせた電気モータは、ダクトリップ２０１での循環制御の吹き出しおよび／または吸引を増加させるために、残りのダクト容積に埋め込まれる。ダクトリップ２０１で吹き出す内部循環制御のために分散電気推進（ＤＥＰ）を適用することによって、推進器に追加の電力を加えるよりも低い電力で静的および低速の推力増強を達成することができる。ＤＥＰのこの内部適用は、推進ファン１００と航空機統合レベルの両方で、航空機統合の利点を最大化する。ダクトリップ２０１に循環制御を適用すると、例えば、同じファン電力で静的推力が最大４０％増加する。
【0097】
一実施形態では、高循環制御ジェット吹き出し速度（すなわち、ほぼ音波騒音のジェット）を必要とする、高いＰＲ及び吸気速度を有する非常用電源ラム空気タービンである。静かな低速ジェット（～３００フィート/秒）を使用することができ、小さな内部ダクト電気遠心送風機によって電力を供給することができる。
【0098】
より低い速度の循環制御ジェットは、はるかに低いＰＲおよび静的なダクト流入速度を考慮すると、推進器の推力増強の点で同様に影響を与える可能性がある。循環制御の有効性は、Ｖｊｅｔ／Ｖｉｎｔａｋｅの関数である。循環制御ダクトリップ吹き出しの別の興味深い態様は、高い迎え角（すなわち、遷移中）でのダクト内リップ分離の回避である。これは、ダクト式ｅＶＴＯＬの重要な考慮事項である。吸気流がダクトリップで分離すると、ファンブレードが周期的なブレード負荷をもたらす振動する流れ条件を経験するため、ノイズが大幅に増加する。
【0099】
約３００フィート／秒のジェット速度でダクトリップ２０１に吹く循環制御を適用することによって、ダクトリップ吸引力を増加させて、総静的推力の約７５％を占めることができる。ダクトリップ２０１で空気を吹き出すことは、ダクトリップに空気力学的形状の変形を効果的に提供して、追加の周囲空気を伴う。吹き出しをオンにすると、流入空気は静的条件で望まれるはるかに大きなベルマウス（bell mouth）ダクトリップを「見る」ことができる。実際のベルマウスダクトインレットを使用すると、巡行時に大きな抵抗が発生する。ダクト循環制御吹き出しは、吹き出しが比較的効果的でない場合、巡行飛行中にオフにすることができる。コンパクトな高速遠心送風機は、超音波ブレード通過周波数で動作し、内部吹き出しを提供する。循環制御吹き出しは、高いノズルジェット速度（音速付近が最適）で最も効果的だが、我々のノズルジェットは、低ノイズを達成するために低ジェット速度用に設計されている（ジェットノイズはノズル速度の１０乗まで変化する）。このダクトの先端への適用では、流入回転角を最大化し、先端ダクトのリップの失速を防ぐことが目標である。
【0100】
一実施形態では、循環制御ダクトは、本明細書で論じられる航空機の実施形態のいずれかにおいて、ダクトリップ２０１に適用され得る。
【0101】
本明細書における「一実施形態」または「実施形態」への言及は、特定の特徴、構造、または特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の様々な箇所に現れる「一実施形態において」という語句は、必ずしも同じ実施形態を指しているとは限らない。
【0102】
本開示は、１つの実施形態およびいくつかの代替実施形態を参照して特に示され、説明されているが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更を行うことができることは、関連技術分野の当業者によって理解されるであろう。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図20A】
【図20B】
【図20C】
【図21A】
【図21B】
【図21C】
【手続補正書】
【提出日】2023-11-07
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
推進ファンであって、本体および前記本体内の複数の開口部を含む張力リングであって、前記複数の開口部のそれぞれは、前記張力リングの半径方向厚さの全体を通じて延びている、張力リングと、
円形リングに配置された複数のブレードを含むブレードファンであって、前記複数のブレードのそれぞれが、第１の端部と、前記第１の端部よりも前記円形リングの中心に近い第２の端部と、および前記第１の端部および前記第２の端部の間の翼と、を含み、前記複数のブレードのそれぞれの前記第１の端部が、前記張力リングの前記本体が前記ブレードファンの円周を取り囲むように、前記張力リングの前記複数の開口部の対応する１つ内に配置され、前記複数の開口部のうちの対応する１つ内に配置される前記複数のブレードのそれぞれの前記第１の端部の幅は、前記ブレードの前記第１の端部が延びる前記翼の第１の端部よりも広く、前記翼の前記第１の端部は、前記複数の開口部のうちの前記対応する１つ内に配置されない、ブレードファンと、
前記張力リングおよび前記ブレードファンを少なくとも部分的に取り囲むダクトと、を備える、推進ファン。
【請求項2】
前記複数のブレードは、５つ以上のブレードを含む、請求項１に記載の推進ファン。
【請求項3】
前記複数のブレードは、２０個のブレードから８４０個のブレードを含む、請求項２に記載の推進ファン。
【請求項4】
前記複数のブレードのそれぞれの前記第１の端部は、前記翼の第１の端部にある第１のロック端部と、前記翼の前記第１の端部の反対側にある前記翼の第２の端部にある第２のロック端部であって、前記翼の前記第２の端部は、前記複数のブレードによって形成された前記円形リングの前記中心により近い、第２のロック端部と、を含み、前記第１のロック端部の幅および厚さは、前記翼の前記第１の端部の幅および厚さよりも大きく、前記第２のロック端部の幅および厚さは、前記翼の前記第２の端部の幅および厚さよりも大きい、請求項１に記載の推進ファン。
【請求項5】
前記複数のブレードのそれぞれの前記第１のロック端部が、前記張力リングの前記複数の開口部のうちの１つに配置されている間、前記張力リングの前記本体と直接接触する、請求項４に記載の推進ファン。
【請求項6】
前記翼が、前記翼の長さにわたる複数の異なる入射角を備える、請求項４に記載の推進ファン。
【請求項7】
前記翼は、幾何学的ねじれを含み、前記翼の第１の入射角は、前記幾何学的ねじれの第１の側にあり、前記翼の第２の入射角は、前記幾何学的ねじれの第２の側にある、請求項４に記載の推進ファン。
【請求項8】
前記複数のブレードの前記複数の第２のロック端部が、同じ平面に沿って配置されて、前記ブレードファンの前記円形リングを形成する、請求項４に記載の推進ファン。
【請求項9】
前記複数のブレードのそれぞれが、前記複数のブレードの少なくとも別の１つによって部分的に重なり合っている、請求項１に記載の推進ファン。
【請求項10】
前記複数のブレードの各ブレードの前縁部は、前記ブレードの第１の側にある前記複数のブレードからの第１のブレードの後縁部によって部分的に重なり合い、前記ブレードの後縁部は、前記ブレードの第２の側にある前記複数のブレードからの第２のブレードの前縁部によって部分的に重なり合う、請求項９に記載の推進ファン。
【請求項11】
前記ブレードファンに接続するように構成されたロックリングであって、前記ロックリングは、前記ロックリングの第１の端部にある複数の突起と、
前記ロックリングの前記第１の端部にある複数のスロットであって、前記複数のスロットのそれぞれが、前記複数の突起からの一対の突起の間に配置される、複数のスロットと、
前記ロックリングの前記第２の端部にある複数のねじ山であって、前記第２の端部は、前記ロックリングの前記第１の端部の反対側である、複数のねじ山と、
を備える、ロックリングをさらに備える請求項４に記載の推進ファン。
【請求項12】
前記複数のブレードの各第２のロック端部は、前記ロックリングを前記ブレードファンに直接接続するために、前記ロックリングの前記複数のスロットの対応する１つ内に配置される、請求項１１に記載の推進ファン。
【請求項13】
前記複数の突起が、前記ロックリングの前記第２の端部に垂直な基準に対してある角度で配置され、前記複数の突起の前記角度が、前記複数のブレードの前記第２のロック端部の角度と一致する、請求項１２に記載の推進ファン。
【請求項14】
前記ロックリングに接続するように構成されたハブであって、前記ハブは、前記ハブの円周に沿って配置された複数の第１の開口部であって、前記複数の第１の開口部は、前記ハブの第１の端部から前記ハブの第２の端部まで延びる、複数の第１の開口部と、
前記ハブの中心に配置された第２の開口部であって、前記第２の開口部は、前記ハブの前記第１の端部を通って前記ハブの前記第２の端部まで延びる、第２の開口部と、
前記ハブの前記第２の端部に配置されているが、前記ハブの前記第１の端部に配置されていない複数のねじ山であって、前記ハブの前記複数のねじ山は、前記ロックリングが前記ハブの前記円周を取り囲むように、前記ハブ及び前記ロックリングを一緒に接続するために、前記ロックリングの前記第２の端部の前記複数のねじ山に接続するように構成される、前記複数のねじ山と、
を備える、ハブをさらに備える、請求項１１に記載の推進ファン。
【請求項15】
第１の端部および前記第２の端部の反対側にある第２の端部を有するノーズコーンをさらに備え、前記ノーズコーンの前記第１の端部の直径は、前記ノーズコーンの前記第２の端部の直径よりも小さい、請求項１４に記載の推進ファン。
【請求項16】
前記ノーズコーンは、前記ノーズコーンの前記第２の端部の円周の周りに配置された複数の第１の開口部と、
前記ノーズコーンの前記第１の端部の中心にある第１の開口部と、
前記第１の開口部から前記複数の第２の開口部まで延びる前記ノーズコーンの厚さを通る空洞と、を備える、請求項１５に記載の推進ファン。
【請求項17】
前記ノーズコーンの前記第２の端部は、前記ノーズコーンの前記第２の端部の前記複数の第１の開口部が、前記ハブの前記第１の端部の前記複数の第１の開口部と整列するように、前記ハブの前記第１の端部に接続するように構成される、請求項１６に記載の推進ファン。
【請求項18】
前記ハブの前記第２の端部に接続するように構成された電気モータをさらに備える、請求項１５に記載の推進ファン。
【請求項19】
本体ハウジングであって、第１の端部と、
前記第１の端部の反対側にある第２の端部と、
前記第１の端部から延びる第１の中間部分であって、前記第１の中間部分は、前記張力リングの直径に一致する直径を有し、前記ブレードファンおよび張力リングは、前記第１の中間部分内に配置される、第１の中間部分と、
前記第２の端部から前記第１の中間部分に延びる第２の中間部分と、
を含む本体ハウジングをさらに備える、請求項１８に記載の推進ファン。
【請求項20】
前記第１の端部および前記第１の端部の反対側にある第２の端部を有するダクトリップをさらに備え、前記ダクトリップの前記第２の端部は、前記ノーズコーンが前記ダクトリップ内に配置されるように、前記本体ハウジングの前記第１の端部に接続される、請求項１９に記載の推進ファン。
【請求項21】
ステータであって、前記ステータは、モータハウジングであって、第１の端部、第２の端部、および前記第１の端部から前記第２の端部に向かって延びる空洞と、前記モータハウジング内に配置された前記電気モータと、を含むモータハウジングと、
複数のステータブレードであって、前記複数のステータブレードのそれぞれが、前記モータハウジングに接続された第１の端部及び前記モータハウジングから半径方向に離れて延びる第２の端部を有する、前記複数のステータブレードと、
第１の端部および第２の端部を含むステータハウジングであって、前記ステータハウジングの前記第１の端部は、前記本体ハウジングの前記第２の端部に接続される、ステータハウジングと、
を含み、
前記モータハウジング及び前記複数のステータブレードは、前記ステータハウジング内に配置される、ステータをさらに備える、請求項２０に記載の推進ファン。
【請求項22】
前記張力リングおよび前記ブレードファンを少なくとも部分的に囲む前記ダクトが、前記ステータハウジング、前記ダクトリップ、および前記本体ハウジングを備える、請求項２１に記載の推進ファン。
【請求項23】
テールコーンであって、第１の直径を有する第１の端部であって、前記テールコーンの前記第１の端部は、前記モータハウジングの前記第２の端部に接続される、第１の端部と、
前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する第２の端部と、
前記第１の端部と前記第２の端部との間の中間部分であって、前記中間部分が前記第２の直径を有する、前記中間部分と、
を含む、テールコーンをさらに備える、請求項２１に記載の推進ファン。
【請求項24】
前記テールコーンは、前記テールコーンの前記第１の端部から前記テールコーンの前記第２の端部まで延びる空洞をさらに備える、請求項２３に記載の推進ファン。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0014】
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄは、一実施形態による、推進ファン１００のノーズコーン２０３の断面の斜視図、正面図、断面図、及び斜視図をそれぞれ示す。ノーズコーン２０３は、対向気流挙動を調節し、空気力学的抗力を低減するように構成される。ノーズコーン２０３はまた、ブロードバンドまたはトーンノイズに大きく寄与することなく、空気質量流の冷却を助けるインペラを備えて構成され得る。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0017】
図４Ｃは、一実施形態による、図４Ｂに示される平面Ｂ－Ｂ’に沿ったノーズコーン２０３の断面図である。一実施形態では、ノーズコーン２０３は中実ではなく、空洞を含む。例えば、一実施形態では、ノーズコーン２０３は、空気チャネル４０５を備える。空気チャネル４０５は、ノーズコーン２０３内の開口部４０３から、ノーズコーン２０３の第２の端部（例えば、背面）の円周の周りに配置された複数の開口部４０７（例えば、４０７Ａおよび４０７Ｂ）まで延びる。空気は、開口部４０３から空気チャネル４０５を通って流れ、複数の開口部４０７を出て、モータ２１５を冷却する。一実施形態では、空気チャネル４０５は、図４Ｃ及び図４Ｄに示されるように、ノーズコーン２０３の外面４０９と、ノーズコーン２１１内に形成された突起４１１との間に形成される。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0038】
複数のスロット８０７は、ロック歯８０５の間に形成される。例えば、スロット８０７は、ロック歯８０５Ａを含む一対のロック歯とロック歯８０５Ｂとの間に形成される。スロット８０７は、ブレードファン２０９の第２のロック端部６０３の寸法に一致する幅及び深さを有する。スロット８０７は、例えば、ロックリング２１０の厚さの４分の３など、ロックリング２１０の厚さを部分的に通って延びる。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0047】
一実施形態では、本体ハウジング２１７の第２の端部１００３は、本体ハウジング２１７の第２の端部１００３の円周の周りに形成される複数の取り付け穴１００７を含む。一実施形態では、本体ハウジング２１７の第２の端部１００３は、ステータ２１９の第１の端部（例えば、入口）に接続するように構成される。本体ハウジング２１７の第２の端部１００３がステータ２１９の第１の端部に接続されている間、本体ハウジング２１７の第２の端部１００３の取り付け穴１００７は、ステータ２１９の第１の端部の取り付け穴と整列している。締結具（例えば、ナット、ボルト、リベット）を使用して、本体ハウジング２１７の第２の端部１００３をステータ２１９の第１の端部に固定することができる。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0065】
単一のモータ２１５で推力を駆動する代わりに、複数の補助モータ１３０３Ａ、１３０３Ｂ、１３０３Ｃ、及び１３０３Ｄが本体ハウジング２１７内に配置され、リングギア１３０５を介してブレードファン２０９を駆動する。複数の補助モータ１３０３は、一実施形態では、電気モータであり得る。しかしながら、他のタイプのモータを用い得る。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0066】
一実施形態では、リングギア１３０５は、張力リング２１１に接続されてもよい。補助モータ１３０３は、上述のモータ２１５を置き換えてもよく、またはモータ２１５と併せて使用され得る。マルチモータの冗長性は、推進ファン１００システムの例外的な耐障害性を可能にする。例えば、４つの補助モータ１３０３では、単一の補助モータの損失は、推進器の通常の動作にはほとんど重要ではない。別のモータの損失があっても、残りの補助モータ１３０３は、十分な推力を生成するために超過速度であり得る。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0067】
図１３Ａ～図１３Ｃに示されるように、補助モータ１３０１Ａ～１３０１Ｄは、全てが推進器のハブ２０５に配置される代わりに、推進器１００の円周の周りに半径方向に広がっている。各補助モータ１３０１の端部は、リングギア１３０５に接続されたギアを含む。半径方向配置は、等しい角度間隔に限定される必要はない。例えば、ファンは、ダクトの下部象限に向かって偏った３つのモータによって駆動されてもよい。さらに、中央に収容されたモータ２１５を支持するためにハブ２０５を支持するようにステータ２１９に要求するのではなく、推進器は、モータ及びその負荷を扱うためにダクト構造自体を活用することができる。重量および抗力を除去することに加えて、これはまた、典型的には、ステータの流れの相互作用によって引き起こされるより少ない広帯域ノイズをもたらす。一実施形態では、補助モータ１３０３は、より高い２０，０００ｒｐｍでより多く動作し、５ｋＷ／ｋｇの比電力でより重い、より低い速度のモータと比較して、より優れた１５ｋＷ／ｋｇの比電力を生成することができる。補助モータ１３０３は、ギア滑り（軸方向及び半径方向）を排除するために、リングギア１３０３を一斉に駆動する。この低いベアリングは、より低いギアノイズをもたらす。
【手続補正9】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図20A】
【図20B】
【図20C】
【図21A】
【図21B】
【図21C】
【国際調査報告】