复合升力航空器.pdf

一种复合升力航空器，其用于提升和运输有效载荷到传送位置，该航空器包括安装在机架上的通过氦气或者其它比空气轻的气体填充的气囊。可变且可逆的竖直助推器定位在机架上，至少两个可变且可逆的横向助推器安装在气囊上或者安装在连接于机架上并且从机架延伸出来的桁架杆上，其中，当航空器连接到有效载荷进行运输时，氦气或者其它比空气轻的气体基本上支撑所述航空器的重量，竖直推动器然后连续接合来支撑有效载荷的重量并对有效载荷提供升力，然后接合横向助推器，以便使得所述航空器横向运动到传送位置，由此，一旦位于传送位置，减小或者逆转可变且可逆的竖直助推器的升力，以便使得所述航空器下降并且能够使得有效载荷再次接合地面，必要时，可以逆转可变且可逆的竖直助推器以便于从航空器卸下有效载荷，一旦卸下载荷，航空器通过氦气或者其它比空气轻的气体继续保持在高空。通过这种方式，航空器利用氦气或者其它比空气轻的气体来抵消或者基本上抵消航空器的重量，竖直助推器提供提升有效载荷的动力。

1.  一种复合升力航空器，其用于提升和运输有效载荷到传送位置，所述航空器包括：
a.气囊装置，其用于容纳比空气轻的气体，并且在膨胀时具有基本上固定的尺寸和基本上球形的形状；
b.机架，其上表面上适于接收和固定地安装所述气囊装置；
c.多个可变的竖直助推器，其安装成与所述机架接合；以及
d.至少两个可变的横向助推器，所述可变的横向助推器安装成与所述航空器接合，
其中，当所述航空器连接到有效载荷上进行运输时，所述气囊装置中的比空气轻的气体基本上支撑和抵消所述航空器的重量，所述多个可变的竖直助推器可接合，以便产生升力并且升起有效载荷的重量并将该有效载荷的重量保持在高空，一旦位于高空，所述可变的横向助推器可接合，以便使得所述航空器横向运动到传送位置，一旦所述航空器位于传送位置，所述多个可变的竖直助推器的升力将减小以便降低所述航空器，直到有效载荷再次接合地面，以便从所述航空器卸下所述有效载荷。

2.  根据权利要求1所述的航空器，其特征在于，所述多个可变的竖直助推器是可逆的。

3.  根据权利要求1或者2所述的航空器，其特征在于，所述至少两个可变的横向助推器是可逆的。

4.  根据权利要求1、2或者3所述的航空器，其特征在于，每个可变的竖直助推器通过桁架杆安装到机架上，所述桁架杆的近端与所述机架固定接合，所述桁架杆的远端安装所述可变的竖直助推器。

5.  根据权利要求1、2、3或者4所述的航空器，其特征在于，每个可变的横向助推器安装在所述气囊装置上。

6.  根据权利要求1、2、3、4或者5所述的航空器，其特征在于，每个可变的横向助推器通过桁架杆安装到机架上，所述桁架杆的近端与所述机架固定接合，所述桁架杆的远端安装所述可变的横向助推器。

7.  根据权利要求1、2、3、4、5或者6所述的航空器，其特征在于，所述至少两个可变的横向助推器的每个允许航空器围绕航空器的基本上竖直的轴线旋转。

8.  根据权利要求1、2、3、4、5、6或者7所述的航空器，其特征在于，所述机架的上表面中具有凹陷，所述凹陷适于将所述气囊装置接收和固定地安装在所述机架的上表面上。

9.  根据权利要求1、2、3、4、5、6或者7所述的航空器，其特征在于，一保持环安装在所述机架的上表面上，所述气囊装置被接收和安装在所述保持环上。

10.  根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或者9所述的航空器，其特征在于，所述至少一对可变的横向助推器在相互结合使用以便沿着相同方向推动时，选择性地向前或者向后推动所述航空器。

11.  根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或者10所述的航空器，其特征在于，在所述气囊装置中的比空气轻的气体是氦气。

12.  根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或者11所述的航空器，其特征在于，在所述气囊装置中的比空气轻的气体是加热的氦气，以便防止冰或者雪聚集在气囊装置的外表面上。

13.  根据权利要求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，所述可变的竖直助推器包括由燃气轮机驱动的可变螺距的推进器。

14.  根据权利要求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，所述可变的竖直助推器包括由燃气轮机驱动的可变的转子。

15.  根据权利要求1、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，所述可变的横向助推器包括由燃气轮机驱动的可变螺距的推进器。

16.  根据权利要求1、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，所述可变的横向助推器包括由燃气轮机驱动的可变的转子。

17.  一种复合升力航空器，其用于提升和运输有效载荷到传送位置，所述航空器包括：
a.气囊装置，其用于容纳比空气轻的气体，并且在膨胀时具有基本上固定的尺寸和基本上球形的形状；
b.机架，其上表面上适于接收和安装所述气囊装置；
c.多个安装支架，其一体地连接到所述机架的外表面上；
d.多个固定缆线，其中，每个缆线的第一端固定到机架上的安装支架上，这些缆线在所述气囊装置的顶部上竖直延伸，每个缆线的第二端固定到机架的正对相对侧的相对的安装支架上，以便保持所述气囊装置与所述机架接合；
e.多个桁架杆，其一体地连接到所述机架上，每个桁架杆从所述机架的外表面向外延伸；
f.多个可变的竖直助推器，每个安装在所述多个桁架杆中的相应一个的远端上；以及
g.至少两个可变的横向助推器，所述可变的横向助推器安装成与所述航空器接合，
其中，当所述航空器连接到有效载荷上进行运输时，比空气轻的气体基本上支撑和抵消所述航空器的重量，所述多个可变的竖直助推器可接合，以便产生升力并且将所述航空器和有效载荷保持在高空，其中，所述可变的横向助推器可接合，以便使得所述航空器横向运动到传送位置，由此，一旦所述航空器位于传送位置，所述多个可变的竖直助推器的升力减小以便将所述航空器和有效载荷降低到地面上，以便从所述航空器卸下所述有效载荷。

18.  一种用于利用根据权利要求1或者17所述的航空器提升和运输有效载荷到传送位置的方法，所述方法包括如下步骤：
a.利用比空气轻的气体基本上支撑和抵消所述航空器的重量而离开地面，并且利用竖直推动器来提升所述航空器和有效载荷；
b.利用可变的竖直助推器将所述航空器定位在地面上的有效载荷上方；
c.将所述有效载荷连接到所述航空器上；
d.连续接合多个可变的竖直助推器，以便升高所述航空器和有效载荷，并将所述航空器和有效载荷保持在高空；
e.接合至少两个可变的横向助推器，以便使得所述航空器横向运动到传送位置；
f.一旦位于传送位置，减小多个可变竖直助推器的升力，以便使得所述航空器下降并且能够使得有效载荷再次接合地面；以及
g.从所述航空器卸下所述有效载荷。

复合升力航空器
技术领域
本发明涉及一种复合升力航空器，其利用氦气或者其它比空气轻的气体填充的气囊来抵消航空器的全部或者基本上全部的重量，该航空器采用竖直的助推器来提升有效载荷，并且采用横向助推器来横向操控和移动航空器和有效载荷，以便在一段距离上提供重的有效载荷升力，从而减小、基本上消除或者完全消除更换压载的需要，特别是在遥远的位置和苛刻的环境中。
背景技术
可变升力的装置，例如气球或者飞船是本领域已知的用于移动或者提升重物或者大尺寸的物体的装置，这些大尺寸的物体的尺寸太大，难以由卡车、火车、直升机或者飞机来运输。一般地，这种可变升力的装置由气球或者飞船构成，该气球或者飞船包含氦气或者其它比空气轻的气体，例如氖、甲烷、乙烷或者氢气，在一些情况下其具有连接到气球上的吊舱或者平台，该可变升力的装置通常设有用于在压力下存储比空气轻的气体的罐。该气球或者飞船通常由柔性气囊构成，该气囊由刚性结构支撑，该刚性结构包括梁组件，其中一根梁在一个维度上的尺寸相对于其它两维上的尺寸更长。
几十年来，私有企业和政府视图在苛刻和恶劣的条件和环境下运输重的载荷，特别是在北极或者其它遥远的区域。作为例子，在没有路或者仅仅冬天有路或者包括对环境敏感区域的地区，在油气和矿物开采业务领域通常需要短途提升重物的能力。在一些情况下，最多存在季节性或者临时性的措施，而且一些措施是成本高，很多方面效率有限。例如，在一年中几个月有效的冬天的路，在遥远的区域通常仅仅在逐渐缩短的寒冷冬季可行。在遥远的地区在沼泽、常年冻土和开阔水面其它的运输方法至少季节性地依赖空中运输，其具有内在的成本和需要大量基础设施来支撑。
最近，提出了填充比空气轻的气体(LTA)的航空器来在遥远的北极环境中运输有效载荷。但是，与这些航空器相关的大的压载的传送的物流存在很大的技术障碍和成本，在飞船中压载运送是需要的，与过去一样，因为以前的飞船是基于采用比空气轻的气体来提升货物和飞船本身的100％的重量，当这种传统的飞船不携带货物时，货物的重量必须用压载(通常是水或者沙子)来替代，以便保持中性浮力。尽管这样比较省燃料并且适于长距离牵引重物，但是在遥远的苛刻的环境例如北极牵引重物是不实际的。尽管可以采用水作为压载，需要规划和支撑设备来确保获取压载源，当采用水压载时，水保持在冻结温度以上以便确保迅速和有效的有效载荷下降并且管理压载。因此，需要一种改进的航空器，其能在一段距离上提供有效载荷升力，而不需要更换压载，特别是在遥远区域和苛刻的环境。还需要一种改进的航空器，其不依赖于空气动力学来实现提升或者保持在高空，并更容易操纵，以辅助拾取和传送有效载荷。在这方面，本发明基本上实现了这些需要。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的航空器，其能在相对短的距离上提供有效载荷升力，而不需要更换压载，特别是在遥远位置和苛刻环境中，该航空器利用氦气或者其它比空气轻的气体填充的气囊来抵消或者基本上抵消航空器的重量，可变的且可逆的竖直助推器提供提升有效载荷的动力。
本发明的另一目的在于提供一种改进的航空器，其不依赖于空气动力学来实现提升或者保持在高空，其具有更大的可操纵性、简化了对有效载荷的拾取和传送。
本发明的又一目的在于提供一种改进的航空器，其由于航空器上的可变且优选可逆的横向和竖直助推器而更易于操纵，这些助推器在与球形提升气囊结合使用时，允许本发明的航空器能够围绕穿过航空器的中心的基本上竖直的轴线旋转，从而允许在拾取和传送有效载荷时的精度、灵活性和简化的操作。
根据本发明的一个方面，提供一种复合升力航空器，其用于提升和运输有效载荷到传送位置，所述航空器包括：气囊装置，其用于容纳比空气轻的气体，并且在膨胀时具有基本上固定的尺寸和基本上球形的形状；机架，其上表面上适于接收和固定地安装所述气囊装置；多个可变的竖直助推器，其安装成与所述机架接合；以及至少两个可变的横向助推器，所述可变的横向助推器安装成与所述航空器接合，其中，当所述航空器连接到有效载荷上进行运输时，所述气囊装置中的比空气轻的气体基本上支撑和抵消所述航空器的重量，所述多个可变的竖直助推器可接合，以便产生升力并且升起有效载荷的重量并将该有效载荷的重量保持在高空，一旦位于高空，所述可变的横向助推器可接合，以便使得所述航空器横向运动到传送位置，一旦所述航空器位于传送位置，所述多个可变的竖直助推器的升力将减小以便降低所述航空器，直到有效载荷再次接合地面，以便从所述航空器卸下所述有效载荷。
根据本发明的另一方面，提供一种复合升力航空器，其用于提升和运输有效载荷到传送位置，所述航空器包括：气囊装置，其用于容纳比空气轻的气体，并且在膨胀时具有基本上固定的尺寸和基本上球形的形状；机架，其上表面上适于接收和安装所述气囊装置；多个安装支架，其一体地连接到所述机架的外表面上；多个固定缆线，其中，每个缆线的第一端固定到机架上的安装支架上，这些缆线在所述气囊装置的顶部上竖直延伸，每个缆线的第二端固定到机架的正对相对侧的相对的安装支架上，以便保持所述气囊装置与所述机架接合；多个桁架杆，其一体地连接到所述机架上，每个桁架杆从所述机架的外表面向外延伸；多个可变的竖直助推器，每个安装在所述多个桁架杆中的相应一个的远端上；以及至少两个可变的横向助推器，所述可变的横向助推器安装成与所述航空器接合，其中，当所述航空器连接到有效载荷上进行运输时，比空气轻的气体基本上支撑和抵消所述航空器的重量，所述多个可变的竖直助推器可接合，以便产生升力并且将所述航空器和有效载荷保持在高空，其中，所述可变的横向助推器可接合，以便使得所述航空器横向运动到传送位置，由此，一旦所述航空器位于传送位置，所述多个可变的竖直助推器的升力减小以便将所述航空器和有效载荷降低到地面上，以便从所述航空器卸下所述有效载荷。
根据本发明的又一方面，提供一种用于利用根据本发明的航空器提升和运输有效载荷到传送位置的方法，所述方法包括如下步骤：利用比空气轻的气体基本上支撑和抵消所述航空器的重量而离开地面，并且利用竖直推动器来提升所述航空器和有效载荷；利用可变的竖直助推器将所述航空器定位在地面上的有效载荷上方；将所述有效载荷连接到所述航空器上；连续接合多个可变的竖直助推器，以便升高所述航空器和有效载荷，并将所述航空器和有效载荷保持在高空；接合至少两个可变的横向助推器，以便使得所述航空器横向运动到传送位置；一旦位于传送位置，减小多个可变竖直助推器的升力，以便使得所述航空器下降并且能够使得有效载荷再次接合地面；以及从所述航空器卸下所述有效载荷。
本发明的优点在于，提供了改进的航空器，其能够在一段距离上提供有效载荷升力，而不需要更换压载，特别是在遥远位置和苛刻环境中，该航空器利用氦气或者其它比空气轻的气体填充的气囊来支撑或者基本上支撑和抵消航空器的重量，由此允许可变竖直助推器提供提升有效载荷的动力。
此外，本发明提供了一种改进的航空器，其不依赖于空气动力学来实现提升或者保持在高空，或者提供对航空器的控制(驾驶和操纵)。这是因为与传统的雪茄形航空器相比本发明提供了球形的由氦气(或者其它比空气轻的气体)填充的提升气囊，该传统的航空器依赖于翼片来驾驶并且因此需要气流在其上流动，类似于方向舵。在起飞和着陆时，几乎不可能没有气流流过传统比空气轻的航空器的这种翼片，因此需要来自地勤人员的很多帮助，以助于发射和收回传统航空器。此外，这种传统航空器通常通过船首而被系泊，当风向改变时必须能够旋转360度，这需要非常大的降落场。在本发明的一种实施方式中60米的航空器的降落场通常在直径上小于120米。
本发明的又一优点在于，例如本发明所采用的球形的由氦气(或者其它比空气轻的气体)填充的提升气囊相比于传统的非球形的可操纵式或者雪茄形的航空器相比，制造和操作成本更低。
本发明的另一优点在于，提供了一种改进的航空器，其由于其球形和航空器上的可变且优选可逆的横向和竖直助推器而更易于操纵。这些助推器在与球形的由氦气(或者其它比空气轻的气体)填充的提升气囊结合使用时，允许本发明的航空器能够围绕穿过航空器的中心的基本上竖直的轴线旋转，从而允许在拾取和传送有效载荷时的精度、灵活性和简化的操作。
附图说明
现在将参照附图来描述本发明的优选实施方式，其中：
图1示出了根据本发明的航空器的一种实施方式的前视图；
图2示出了根据本发明的航空器的一种实施方式的视图，其示出了该航空器在通往传送位置的路线中支撑着运输载荷；
图3示出了根据本发明的航空器的另一种实施方式的前视图，其中，航空器机架被显示出，其在底侧具有降落橇；
图4示出了图3所示的实施方式的底侧透视图；
图5A示出了用于本发明的航空器的机架结构的一种实施方式的前视图，该机架结构示出为不具有外部覆盖外壳；
图5B示出了图5A所示的用于本发明的航空器的机架结构的实施方式的前视图，其中，该机架结构示出为具有外部覆盖外壳，其被局部切开；以及
图6示出了根据本发明的航空器的一种替代实施方式的前视图，其示出了从机架延伸的桁架杆，支撑每个可变的横向助推器。
具体实施方式
如这里描述的，本发明提供一种改进的航空器，其可以在一段距离上提供有效载荷/重的有效载荷的提升，而不需要更换压载，特别是在遥远位置和苛刻环境中，该航空器利用通过氦气或者其它比空气轻的气体填充的气囊来完全或者基本上抵消、支撑和提升航空器的重量，可变的(并且优选可逆的)竖直助推器提供提升动力以提升有效载荷。
作为例子，在本发明的一种实施方式中，本发明的航空器可以在高达40吨高达100海里的范围内处理载荷(在其它实施方式中，该示例性的载荷和距离可以减小到例如20吨，50到80海里的距离，应当理解，可以根据需要建造更大或者更小的航空器来提供这种航空器所需的提升和范围需求)。
参照图1和2，根据本发明的航空器1包括容纳比空气轻的气体的气囊3，在该优选实施方式中，该气体为氦气，但是，本领域技术人员清楚地了解，可以采用其它气体(在下文中，当提及氦气时，本领域技术人员应当理解，也适用于其它比空气轻的惰性气体)。在本发明的一种实施方式中，球形气囊中的氦气可以被加热，其优点在于，当被加热时，防止了在球形气囊的外表面上聚集冰和雪。在本发明的一种替代实施方式中，可以在气囊的表面施加声学的或者其它的振动频率，以便散出任何聚集的雪或者冰。气囊3可以是基本上全部织物的结构，其形状通过内部气压被保持，例如通过在球形气囊内的内部气球(气袋)中保持气压，如本领域公知的，该织物优选为达可纶(Dacron)聚酯加强的层压件，其在大多数现代飞船上是标准材料，应当理解，本领域技术人员了解采用其它的替代材料。在本发明的一种实施方式中，该球形气囊的最上侧部分通过带或者缆线连接到脊形环或者其它装置27上，这允许必要时直升机或者其它航空器牵引或者提升本发明的航空器。在本发明的另一种实施方式中，在气囊上设置进入端口或者门29，以便允许在必要时接近气袋的内侧用于检查和修复。
气囊3安装在机架5上，机架的上表面优选具有凹陷，用于接收和安装气囊3。在本发明的一种替代实施方式中，膨胀泡沫或者其它合适的材料形成的垫环或者缓冲器可以设置在气囊和机架之间，以便最小化气囊和机架之间的摩擦。在本发明的一种实施方式中，机架的上表面设置有安装在其上的保持环，气囊牢固地定位于该保持环上，该保持环的直径对应于上述凹陷的外周。
在本发明的一种优选实施方式中，如图5A和5B所示，机架5是飞行器-铝的桁架结构(其优选已经螺栓连接或者铆接在一起)，如图5B所示，其具有外表面或者边缘，其例如可以是柔性层。优选的是，本发明的航空器的仪器、飞行控制和航空垫子设备是常规的，是可以商业获得的部件。
在本发明的一种优选实施方式中，机架包括基部环、外部覆盖层或者边缘以及桁架杆，以便支撑可变的且可逆的竖直助推器(如后面描述的)。在本发明的一种实施方式中，基部环包括十二个桁架部分，他们通过螺栓连接或者铆接在一起，以形成十米直径的环，该环高为1.75米，但是本领域技术人员应当理解，可以采用其它尺寸、变型和设置。桁架部分优选由螺栓连接或者铆接的铝管材制成。
参照图5A，该基部环用作外部覆盖层或者后边缘、下层后舱19和桁架杆11的安装点。基部环的内部空间足以容纳所有主要的飞行系统和燃料存储。缆线安装支架7一体地连接在机架5上，在一种优选实施方式中，每个安装支架基本上围绕机架5的中心等距，并且相互之间基本上等距，应当理解，在本发明的替代实施方式中，可以采用缆线安装支架的替代的定位布置。
在本发明的一种实施方式中，为了保持气囊3与机架5接合，采用固定缆线9，其中，每个缆线9的第一端部在机架5上固定到缆线安装支架7上，这些缆线基本上在气囊的顶部上竖直延伸，每个缆线的第二端部在机架的正对侧固定到相对的安装支架上，本领域技术人员应当理解，“缆线”可以包括材料带，其具有足够强度、拉伸性能和柔性。在本发明的一种替代实施方式中，可以采用本领域技术人员公知的保持气囊与机架固定接合的替代方法。
桁架杆11也一体地连接到机架5上，在一种优选实施方式中，每个桁架杆11基本上彼此等距，并且距离机架中心的距离相等，每个桁架杆定位成使得每个桁架杆围绕机架的外周等距离间隔开(应当理解，在本发明的替代实施方式中，可以采用桁架杆的替代的定位设置)。如图1中所示，每个桁架杆11优选从机架5的外表面向外延伸。
在本发明的优选实施方式中，与每个桁架杆的远端相连的是可变的(且优选可逆的)安装在每个桁架杆13上的竖直助推器13。在本发明的优选实施方式中，四个可变且可逆的竖直助推器围绕机架等距离间隔开，应当理解，根据本发明，可以采用三个等距离间隔开的可变且可逆的竖直助推器或者多于四个等距离间隔开的可变且可逆的竖直助推器，应当理解，本领域技术人员了解采用替代的间隔布置。
优选的是，可变且可逆的竖直助推器是大的可变且可逆的螺纹推进器(pitch propeller)或者转子(rotator)，其例如通过燃气轮机(直接或者优选通过齿轮箱或者动力传送箱以本领域技术人员公知的方式)驱动，该燃气轮机竖直或者水平定向，应当理解，当采用水平定向的燃气轮机时，采用适于将来自燃气轮机的水平轴的功率输出转换到可变螺纹推进器或者转子的动力传送箱。在本发明的一种替代实施方式中，可变且可逆的竖直助推器推进器或者转子连接到每个桁架杆的远端，燃气轮机距离可变且可逆的竖直助推器一定的距离定位，例如，位于机架结构内，并且通过齿轮箱、动力传送箱和驱动轴连接到推进器或者转子上。在本发明的一种实施方式中，对于每个助推器可以采用普拉特·惠特尼(Pratt & Whitney)公司的PW100系列的发动机，应当理解，例如根据航空器的承载能力和本领域技术人员公知的其它因素，可以采用宽范围内的发动机设置、发动机尺寸和发动机构造(例如，一个发动机驱动四个助推器，或者两个或者更多个发动机可以驱动四个助推器，或者每个助推器可以通过其自身的发动机驱动)。可选择的是，可以采用用于气垫飞行器的助推器。在本发明的一种实施方式中，转子叶片的螺距控制设置成采用类似于现代直升机中使用的旋转斜板布置，以便根据需要引导和控制转子的推力。应当理解，可以设想，可变且可逆的竖直助推器可以以提供竖直推力定向/旋转的方式旋转，以便如本领域技术人员了解的一样提供方向控制、稳定性和提升物体。
在本发明的优选实施方式中，填充氦气的气囊用来完全或者基本上提升、支撑和抵消航空器的重量，被提升的有效载荷的重量利用可变且优选可逆的竖直助推器。在本发明的一种实施方式中，采用具有80英尺到150英尺之间的直径的氦气填充的气囊，以便抵消或者基本上抵消航空器的重量(氦气填充的气囊的直径是：当填充氦气时，其能基本上或者完全提升、支撑和抵消航空器的重量，应当理解，可以根据航空器的整体重量和本领域技术人员公知的其它因素来采用各种尺寸的气囊)。
在本发明的优选实施方式中，可变的竖直助推器是可逆的，使得由于燃料在飞行期间燃烧(并且航空器的整体重量减少了所燃烧的燃料的量)，当航空器达到其目的地时，航空器可以明显比在飞行开始是更加有浮力，这可能需要竖直助推器逆转来产生指向上的推力来抵消减轻的航空器的过多的浮力，该竖直助推器的逆转的推力迫使航空器抵抗变轻的航空器的浮力朝着地面。在本发明的一种替代实施方式中，可变的助推器是可变的，但是是不可逆的，只在限制的环境中使用，其中不需要利用逆转(指向上)的推力，此时航空器的整体重量不会完全被比空气轻的气体的浮力抵消。在本发明的一种替代实施方式中，一个或者多个辅助的指向上的竖直推进器设置在航空器上，当接合时，其会根据需要在这种辅助的指向上的竖直助推器的正常操作中提供指向上的推力或者补充竖直助推器的逆转力。在本发明的一种优选实施方式中，至少两个可变且可逆的横向助推器15安装在与机架相连的桁架杆25上，如图6所示，该两个横向助推器优选与球形气囊3的中心基本上等距离，这些桁架杆可例如在其中还包围了楼梯，该楼梯提供从机架对横向助推器的接近，以便进行维护。修复等。在本发明的一种替代实施方式中，可变且可逆的横向助推器15可以安装到球形气囊的外表面上，该外表面在助推器安装的区域优选被结构增强，以便以本领域技术人员公知的方式分配横向助推器的载荷，这些可变且可逆的助推器优选安装在气囊的相对的侧上(并且优选与气囊的中心基本上等距离)，以便在操作其间提供改进的平衡、控制和稳定。在本发明的一种替代实施方式中，可变且可逆的横向助推器可以以本领域技术人员公知的方式定位在机架的外表面上。
还应当理解，横向助推器可以枢转或者来自其的推力可以根据需要被引导，以便在某种程度上提供横向推力的引导/旋转，从而提供升力和方向控制，如本领域技术人员所了解的。
优选的是，横向助推器是可逆的，并且当与另一个彼此结合使用以沿着相同的方向推动时，选择性地根据需要向前或者向后推动航空器。使用横向助推器也允许航空器围绕穿过航空器中心的基本上竖直的轴线旋转，由此使得更容易操纵航空器，并且更容易拾取和传送有效载荷。
当航空器不携带有效载荷时，航空器的重量被氦气的提升力抵消或者基本上抵消，通过横向助推器仅需要最小量的燃料来横向推动航空器，竖直助推器仅需要最小量的燃料来改变高度。在本发明的一种实施方式中，多个横向助推器每个分别通过其自身的与该横向助推器邻近的发动机提供动力。在本发明的一种替代实施方式中，通过驱动轴、动力传送箱和/或齿轮箱，横向助推器可以通过例如位于机架结构内的发动机驱动。在本发明的一种实施方式中，可以设置平衡助推器，其安装在航空器上适当的位置，并且可以通过电子方式或者液压或者其它方式供能，以便提供对航空器的控制和操纵性的补充。
在本发明的一种实施方式中，本发明的航空器也可以设有辅助能源，例如电源，用于在紧急情况(例如涡轮故障)时对任何电驱动的助推器提供能量，并且对控制系统、气袋系统(以便保持气囊的球形)提供动力，并且对人类环境系统提供动力。
在本发明的优选实施方式中，设置提升线，用于将有效载荷以传统的方式连接到航空器上。还应当理解，本发明的航空器优选具有在紧急情况下从提升线快速释放有效载荷的能力(或者从航空器释放提升线本身)，例如本领域技术人员了解的设置在一些直升机吊索上的“快速释放”机构。
在本发明的一种实施方式中，设置系泊绞车，其可被用来根据需要辅助精确定位航空器。在本发明的一种实施方式中，照明灯可以定位在机架的下表面上，以便选择性地对位于机架正下方的空间和其支撑的有效载荷进行照明，以便辅助地勤人员定位、加载和卸载有效载荷。在本发明的一种实施方式中，如图3、4、5A和5B所示，可以在机架的下表面上定位降落橇23，一般用于着陆。
在三个步骤中实现采用本发明来提升、运输和降低有效载荷到传送位置。
在第一步骤中，飞行员通过横向助推器将航空器定位在一个区域上，使得地勤人员(没有示出)可将提升线21(如图5A和5B所示)连接到有效载荷上。在本发明的一种替代实施方式中，绞车(未示出)也可以固定在机架的下表面上，该绞盘用来提升或者降低提升线21。在本发明的一种实施方式中，系泊绞车(未示出)定位在机架的下表面上，在使用中，其将航空器固定到地面上的固定点上，如本领域技术人员了解的一样。一旦提升线连接到有效载荷上，飞行员将动力施加到竖直助推器上以便产生刚好足够的指向下的竖直推力来从提升线上去除松弛部分，并且将航空器的中心定位在有效载荷上方。一旦确定有效载荷已经适当固定，并且任何地勤人员都处于安全位置，飞行员施加更大竖直推力，直到有效载荷完全从地面提升。在一种优选实施方式中，本发明的航空器设计成在启程高度上方3000到6000英尺的高度操作，但是，本领域技术人员清楚地了解，可以进行变化。
在第二步骤中，如图2、3和4所示，飞行员利用横向助推器来运输航空器1和有效载荷17到传送位置，该传送位置优选离有效载荷提升的位置在0到100英里的范围内(应当理解，根据本发明可以根据需要设置航空器具有个更长的范围)、以35到60英里每小时的飞行速度(应当理解，根据需要，根据本发明可以设置航空器具有超过该范围的速度，并且应当理解，在一些情况下，由于安全、燃料储备和本领域技术人员了解的其它因素，以低于35英里每小时的速度操作航空器是优选的)。在本发明的一种实施方式中，可以沿着航空器的建议飞行的路线定位可运输的燃料箱，以便能够在需要时在路线中加燃料，并且允许航空器在延长的范围运行。
第三步骤是在卸载点卸下有效载荷。在本发明的一种优选实施方式中，在离卸载点1到2英里的地方开始渐进着陆。优选的是，飞行员通过使得航空器移入盛行风中来接近卸载点。当航空器减速时，飞行员使用横向助推器来定位载荷、在可变竖直助推器上稍微减小提升力以便缓慢降低有效载荷到地面，并且如果需要极高的准确性，地勤人员可以连接标志线和小的绞车以便将载荷精确的拉动就位，类似于起重机操作。一旦载荷位于地面，飞行员进一步降低竖直助推器的提升推力(或者需要时，将竖直助推器逆转，以便当航空器的相对浮力可能由于在到达下载点的路线中的燃料燃烧量而增加时克服航空器的当前浮力)，直到提升缆线松弛，其中，地勤人员从线上移除有效载荷，航空器可以继续前往下一目的地。
还应当理解，本发明还具有紧急氦气排出系统，以便从气囊迅速释放氦气，该系统与燃料倾倒系统协同工作，在燃气轮机故障的情况下，飞行员能够通过采用该系统来控制航空器的高度(该氦气排出系统能够以受控的速度排出一些氦气，并且因此允许航空器以受控地方时具有负的浮力，而燃料倾倒系统能够以受控的速度抛放燃料，因此允许航空器变成正浮力)。这些系统结合能够使得航空器(不是有效载荷)实现中立浮力或者改变其浮力以便避免障碍。在最坏的情况下，它们可以用来缓慢的降低速度，并且提供连续着陆，类似于现在的热气球的方式(并且在航空器安装有平衡助推器的情况下，并且这些平衡助推器在紧急情况下可用，则飞行员可以利用平衡助推器来在下降过程中对准航空器，使得航空器的降落撬平行对准滑行方向，由此最小化着陆时对航空器的损害)。在本发明的一种优选实施方式中，这些系统可以通过辅助能量系统或者备用能量系统和/或电池或者其它本领域技术人员公知的能源来提供动力。作为最终的备用系统，快速氦气释放装置可以设置在气囊的上部中，使得在连续着陆时，飞行员可以瞬间抛放氦气，使得气囊收缩并由此保持机架和其它硬件部件。
重要的是，应当注意，本发明的航空器消耗大量的飞行装载到目的地的燃料，燃料重量的减少要求飞行员缓慢连续减小对竖直助推器的供能，以便保持航空器不获得高度。一旦释放载荷，航空器可以具有正的浮力，因为通过已经燃烧的燃料已经减小了起飞重量，并且航空器不再支撑卸下的有效载荷。这使得飞行员必须从可变且可逆的助推器逆转推力，以便抑制航空器升高，在本发明中，通过以本领域技术人员公知的方式逆转推进器上的叶片螺距来实现逆转的推力。
参照优选实施方式描述了本发明。但是，本领域技术人员应当理解，可以进行各种变型和修改，而不背离这里描述的本发明的范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种复合升力航空器，其用于提升和运输地面上方的有效载荷到传送位置，所述航空器包括：
a.气囊装置，其用于容纳比空气轻的气体，并且在膨胀时具有基本上固定的尺寸和基本上球形的形状；
b.机架，其上表面上适于接收和固定地安装所述气囊装置；
c.多个可变的竖直助推器，其安装成与所述机架接合；以及
d.至少两个可变的横向助推器，所述可变的横向助推器安装成与所述航空器接合，
其中，当所述航空器连接到有效载荷上进行运输时，所述气囊装置中的比空气轻的气体基本上支撑和抵消所述航空器的重量，所述多个可变的竖直助推器可接合，以便产生升力并且升起有效载荷的重量并将该有效载荷的重量保持在高空，一旦位于高空，所述可变的横向助推器可接合，以便使得所述航空器横向运动到传送位置，一旦所述航空器位于传送位置，所述多个可变的竖直助推器的升力将减小以便降低所述航空器，直到有效载荷再次接合地面，以便从所述航空器卸下所述有效载荷。
2.根据权利要求1所述的航空器，其特征在于，所述多个可变的竖直助推器是可逆的。
3.根据权利要求1或者2所述的航空器，其特征在于，所述至少两个可变的横向助推器是可逆的。
4.根据权利要求1、2或者3所述的航空器，其特征在于，每个可变的竖直助推器通过桁架杆安装到机架上，所述桁架杆的近端与所述机架固定接合，所述桁架杆的远端安装所述可变的竖直助推器。
5.根据权利要求1、2、3或者4所述的航空器，其特征在于，每个可变的横向助推器安装在所述气囊装置上。
6.根据权利要求1、2、3或者4所述的航空器，其特征在于，每个可变的横向助推器通过桁架杆安装到机架上，所述桁架杆的近端与所述机架固定接合，所述桁架杆的远端安装所述可变的横向助推器。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或者6所述的航空器，其特征在于，所述至少两个可变的横向助推器的每个允许航空器围绕航空器的基本上竖直的轴线旋转。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或者7所述的航空器，其特征在于，所述机架的上表面中具有凹陷，所述凹陷适于将所述气囊装置接收和固定地安装在所述机架的上表面上。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、6或者7所述的航空器，其特征在于，一保持环安装在所述机架的上表面上，所述气囊装置被接收和安装在所述保持环上。
10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或者9所述的航空器，其特征在于，所述至少两个可变的横向助推器在相互结合使用以便沿着相同方向推动时，选择性地向前或者向后推动所述航空器。
11.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或者10所述的航空器，其特征在于，在所述气囊装置中的比空气轻的气体是氦气。
12.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或者11所述的航空器，其特征在于，所述气囊装置具有外表面，在所述气囊装置中的比空气轻的气体是加热的氦气，以便防止冰或者雪聚集在气囊装置的外表面上。
13.根据权利要求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，所述可变的竖直助推器包括由燃气轮机驱动的可变螺距的推进器。
14.根据权利要求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，所述可变的竖直助推器包括由燃气轮机驱动的可变的转子。
15.根据权利要求1、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，所述可变的横向助推器包括由燃气轮机驱动的可变螺距的推进器。
16.根据权利要求1、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，所述可变的横向助推器包括由燃气轮机驱动的可变的转子。
17.一种复合升力航空器，其用于提升和运输地面上方的有效载荷到传送位置，所述航空器包括：
a.气囊装置，其用于容纳比空气轻的气体，并且在膨胀时具有基本上固定的尺寸和基本上球形的形状；
b.机架，其上表面上适于接收和安装所述气囊装置；
c.多个安装支架，其一体地连接到所述机架上；
d.多个固定缆线，其中，每个缆线的第一端固定到机架上的安装支架上，这些缆线在所述气囊装置的顶部上竖直延伸，每个缆线的第二端固定到机架的正对相对侧的相对的安装支架上，以便保持所述气囊装置与所述机架接合；
e.多个桁架杆，其一体地连接到所述机架上，每个桁架杆从所述机架的外表面向外延伸；
f.多个可变的竖直助推器，每个安装在所述多个桁架杆中的相应一个的远端上；以及
g.至少两个可变的横向助推器，所述可变的横向助推器安装成与所述航空器接合，
其中，当所述航空器连接到有效载荷上进行运输时，比空气轻的气体基本上支撑和抵消所述航空器的重量，所述多个可变的竖直助推器可接合，以便产生升力并且将所述航空器和有效载荷保持在高空，其中，所述可变的横向助推器可接合，以便使得所述航空器横向运动到传送位置，由此，一旦所述航空器位于传送位置，所述多个可变的竖直助推器的升力减小以便将所述航空器和有效载荷降低到地面上，以便从所述航空器卸下所述有效载荷。
18.一种用于利用根据权利要求1或者17所述的航空器提升和运输有效载荷的方法，所述方法包括如下步骤：
a.利用比空气轻的气体基本上支撑和抵消所述航空器的重量而离开地面，并且利用竖直推动器来提升所述航空器和有效载荷；
b.利用可变的竖直助推器将所述航空器定位在地面上的有效载荷上方；
c.将所述有效载荷连接到所述航空器上；
d.连续接合多个可变的竖直助推器，以便升高所述航空器和有效载荷，并将所述航空器和有效载荷保持在高空；
e.接合至少两个可变的横向助推器，以便使得所述航空器横向运动到传送位置；
f.一旦位于传送位置，减小多个可变竖直助推器的升力，以便使得所述航空器下降并且能够使得有效载荷再次接合地面；以及
g.从所述航空器卸下所述有效载荷。