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WO2018029227A1 - Stationäres hubschrauber-trainingsgerät - Google Patents

Stationäres hubschrauber-trainingsgerät Download PDF

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Publication number
WO2018029227A1
WO2018029227A1 PCT/EP2017/070129 EP2017070129W WO2018029227A1 WO 2018029227 A1 WO2018029227 A1 WO 2018029227A1 EP 2017070129 W EP2017070129 W EP 2017070129W WO 2018029227 A1 WO2018029227 A1 WO 2018029227A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
training device
helicopter
electric motor
local
supplied
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/070129
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Engelbert DREILING
Gunter Freitag
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of WO2018029227A1 publication Critical patent/WO2018029227A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
    • G09B9/02—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft
    • G09B9/08—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft for teaching control of aircraft, e.g. Link trainer
    • G09B9/46—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft for teaching control of aircraft, e.g. Link trainer the aircraft being a helicopter

Definitions

  • a helicopter is a non-inherently stable aircraft, in which the pilot, especially in hover flight and in slow flight, must constantly counteract a departure from the stable attitude by means of control inputs.
  • the pilot undergoes a special training, for example in the so-called “Hoverquadrat", where on the one hand the helicopter is trained on or above a restricted area and on the other hand it becomes stable targeted movements such as. standing in the air, forward, backward and sideways movements and / or landing or Abhebevorêt executed.
  • the simulator 1 essentially comprises a frame 300 in which a helicopter is suspended 100th
  • the simulator ⁇ tor 1 allows due to the suspension of the helicopter 100 in the frame 300 certain movements such as. Tilts, tilting, rolling, rolling, climbing and sinking, but these movements of the helicopter 100 are so limited that the aircraft or the Helicopter 100 not damaged who can ⁇ .
  • the simulator 1 allows practice or training, without critical flight attitudes can be achieved.
  • the helicopter 100 is gimballed in the simulator 1 in a frame 300. As a result, all mentioned movements of the helicopter 100 are basically possible.
  • a stationary helicopter training device has a rotatable about a rotation axis rotor, which corresponds to a rotor of a real, airworthy helicopter and simulates this.
  • the rotor can be rotatable, for example, on a
  • the training device further includes an electric motor that can be driven with electrical energy and is locally mounted on the helicopter training device or on the fuselage thereof for driving the rotor.
  • the term stress "stationary" that the helicopter training device driver- -in contrast to a non-sta ⁇ tionary unit and especially in contrast to a hub, a substantially location-bound training device that is not as airworthy in particular that it its position with respect to an outer coordinate system, for example with respect to a hall in which the helicopter training device is set up, can change significantly.
  • ⁇ be credited with training device is suspended from a frame, so it can run forward, backward, sideways movements and / or landing or Abhebevor Cyprus more than a very limited circumferential.
  • Rotations of the training device about the axes of a Cartesian coordinate system are possible to a greater extent, in particular around the vertical axis, but also here that the position of the stationary helicopter training device with respect to the outer coordinate system can not change. All this is expressed by the term "stationary".
  • a criterion for distinguishing may, for example, be whether a particular component would mitma ⁇ a movement of the helicopter training device or the trunk of the training device. If so, the affected component would be a local component. Otherwise, the affected component could be an external component.
  • "local” components are those arranged to move with the helicopter exerciser, for example, the helicopter exerciser may include a hull in which the student student is seated and to which the rotor is attached executes the movements initiated by the student
  • a "local” component for example, could be attached to that fuselage so that it also carries out the named movements.
  • an “external” component is arranged in such a way that it does not make any movements of the helicopter training device .
  • a local component is, for example, the electric motor, while the energy source is an external component.
  • the local electric motor the electric power is conces- in particular ⁇ sondere wired from an external power source leads, ie in particular not from a battery integrated in the training device .
  • One aspect of the invention therefore consists in that the helicopter training device, ie in particular its rotor, is driven by an electric motor.
  • the energy for the drive is supplied to the electric motor wired from an external electrical energy source.
  • the externally supplied current is referred to herein as "mains current.”
  • the external energy source may be characterized, for example, by the fact that it may also be used to supply other electrical consumers and not just the helicopter exerciser that a generator or the like for Microtel- len of the electrical energy for operation of the helicopter training device is used.
  • one of the essential punk ⁇ te is that the energy source is not a self-installed in or on the helicopter training device battery, thereby is expressed that it is an "external" energy source.
  • the electrical energy is supplied to the local electric motor via a slip ring arrangement of the helicopter training device, wherein the slip ring arrangement is connected to the external energy source via a first cable connection and to the local electric motor via a second cable connection.
  • the slip ring assembly provides Zvi ⁇ rule the outer and the local system is the interface. Due to the use of the slip ring assembly, the exercise machine and in particular the hull can run largely free movements without causing report problems with the cable connections.
  • a respective component is a "local” component or an “external” component
  • another criterion for determining whether a respective component is a "local” component or an “external” component could be, for example, whether the respective component is in the current flow direction from the energy source to the electric motor behind the Slip ring assembly is located.
  • Components between the power source and the slip ring assembly and the power source itself are “outer” components, while components between the electric motor and slip ring assembly and the motor itself are local components.
  • the training device has an activatable emergency stop system, which is set up in such a way that it causes an interruption of the supply of electrical energy from the external energy source to the electric motor after activation of the emergency stop system. This ensures a much safer operation of the simulator.
  • the emergency stop system can be set up in such a way that, after activation, it first causes the rotor to decelerate before the interruption of the supply of electrical energy from the external energy source is brought about.
  • the emergency-stop have at least one sensor, which is so switched directed on the rotor or on the electric motor and arranged such that it detects a rotation of the Ro ⁇ tors and the rotation state of the rotor be ⁇ write an output signal to the emergency-stop sends.
  • the state of rotation can be a binary signal in the simplest case, which merely states whether the rotor is turning or not. The transmission of a speed is not provided in this case.
  • the output signal comprises a speed and that, for example, in the emergency ⁇ offsystem, the transmitted speed is compared with a reference value. Depending on the result of the comparison, the emergency stop system would decide if it is time to cut off the supply of electrical energy from the external energy source.
  • the electrical energy from the external power source is supplied to the helicopter exerciser as AC power.
  • An external AC / DC rectifier and a local DC / AC inverter are connected in such a way that the AC current supplied by the external energy source is is rectified in the outer AC / DC rectifier to a DC current, the thus generated DC power is supplied from the outer AC / DC rectifier via the slip ring assembly to the local DC / AC inverter, the DC current in the lo kalen DC / AC inverter to a suitable for operating the local electric motor AC current is reversed and finally the appropriate AC current is supplied to the local electric motor.
  • the electrical energy is supplied from the external power source to the Hub ⁇ screwdriver training device as AC power.
  • a local AC / AC converter is provided, which is connected in such a way that the AC current supplied by the external energy source is fed via the slip ring arrangement to the local AC / AC converter, the AC current in the local AC / AC converter is supplied.
  • Inverter is changed to an AC current suitable for operation of the electric motor and the appropriate AC current is supplied to the electric motor. Again, it is ensured that the electric motor is always optimally supplied with electrical energy.
  • a simulator for training a helicopter flight has such a stationary helicopter training device and a rack, wherein the helicopter training device is suspended in the frame in particular gimbal so that the helicopter exerciser can perform movements against the frame. These movements are dependent or predetermined by appropriate control commands, for example.
  • One in the helicopter training device or in the torso be ⁇ sensitive pilot pupil.
  • the electrical energy source is located outside of the helicopter training device and is arranged so that it does not join the movements of the helicopter training device.
  • the electric motor is located locally on the helicopter training device or on the fuselage thereof. is that he essentially participates in the movements of the helicopter training device.
  • Electric motor operated which generally results in the benefits of using an electric drive for the simulator.
  • the electric motor is significantly less maintenance-intensive than an internal combustion engine.
  • Arise on the other hand unlike the combustion engine no exhaust, so the drive is environmentally friendly because of the eliminated pollutants Missio ⁇ nen.
  • the simulator can therefore be used in a hall without exhaust system. Due to the connection to the external energy source, no battery is required for the operation of the simulator, since the electrical energy is supplied from the outside via the corresponding mains connection. Nevertheless, the necessary mobility ⁇ speed is given for the simulator, in particular due to the use of the slip ring. This results in advantageous ⁇ way that the simulator can be operated relatively inexpensively due to the low energy supply.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a helicopter training device
  • FIG 3 shows a second embodiment of a helicopter training device.
  • FIG. 1 shows a simulator 1 or a training device 1 for simulating a helicopter flight, which can be used to train helicopter flight students as explained in the introduction.
  • the simulator 1 comprises a helicopter training device 100, which essentially corresponds to a real Hub ⁇ screwdriver, in particular with respect to the dimensions.
  • the training device 100 is gimballed in a frame 300 of the simula ⁇ tors 1.
  • FIG 2 and FIG 3 Two possible technical embodiments of a helicopter training device 100 according to the invention are shown in FIG 2 and FIG 3, wherein the frame 300 is not shown in Figures 2 and 3, since it does not matter for the features described there of the helicopter ⁇ over-training device 100 ,
  • the helicopter training device 100 has a rotor 110 that is driven by an electric motor 120.
  • the motor 120 and the rotor 110 are, for example, connected to one another via a shaft and possibly via joints and / or gears in such a way that the motor 120 can set the rotor 110 in rotation.
  • the details of this connection between motor 120 and rotor 110 are not shown here, but can be assumed to be known.
  • the electric motor 120 is mounted on a base body 110 locally or fuselage 101 of the helicopter training device 100, so that it participates any simu ⁇ profiled movements of the training device 100 as well as the rotor.
  • the electrical current or the electrical energy for supplying the electric motor 120 is related to an external electrical energy source 200 with respect to the training device 100, ie, not from a battery integrated locally in the training device 100 or in the torso 101 of the training device 100 like.
  • the supplied from the power source 200 electrical energy passes through depending on the embodiment un ⁇ teretzliche outer and local components and Lucasverbin ⁇ applications 191, 192 as well as via a slip ring assembly 140 to the electric motor 120.
  • the slip ring assembly 140 for this purpose via a first external cable connection 191 to the power ⁇ source 200 and connected via a further local cable connection 192 to the electric motor 120.
  • the cable connections 191, 192, other electrical or electro ⁇ photonic components 132 may comprise, for example, the inverter 131, etc.
  • FIG. 2 shows a first embodiment in which a 3-phase AC mains current passes from the external power source 200 via an external power isolator 170 to an external AC / DC converter 160 which rectifies the 3-phase mains current into a DC current.
  • the rectified DC current passes via the cable connections 191, 192 and via the slip ring assembly 140 to a local DC / AC converter 131 in the simulator 100.
  • the DC / AC converter 131 generates from its assigned For example, DC power resulted in a three-phase AC current being supplied to motor 120 for its supply. In this case, the electric motor 120 is thus designed as an AC motor.
  • the use of the slip ring assembly causes 140 that provided by the outer, stationary power source 200 via the correspondingly also the outer, stationary cable 191 electric power to the dynamic, eg. About the rotational axis of the rotor 110 ro ⁇ animal forming system 100 may be supplied.
  • FIG. 3 shows a second embodiment, which corresponds to the first embodiment in large parts.
  • the 3-phase AC mains current is adapted by the external energy source 200 directly in the simulator 1 for the electric motor 120.
  • the AC grid current is re-directed via a local AC / AC converter 132 in accordance with the requirements of the AC electric motor 120.
  • an external emergency stop system 180 may further be provided.
  • the emergency stop system 180 is configured to shut off the power supply from the power source 200 to the feeder using the mains isolator 170, if necessary, ie, the emergency stop system 180 may cause disconnection from the power source 200.
  • a corresponding Steuersig ⁇ nal is in the embodiments of Figures 2 and 3 from Notaussystem 180 via a radio link to the respective
  • Mains isolator 170 transmitted.
  • the control signal is routed via appropriate cables.
  • the emergency stop system 180 is in particular configured such that, before it is disconnected from the energy source 200, it first causes the rotor 110 to be braked. To this end, the emergency-stop 180 affiliated local sensors 181 vorgese ⁇ hen that detect the movement of the rotor 110 and reported to the emergency-stop 180th Such sensors 181 may, for example, be provided on the rotor 110 itself and / or on the motor 120.
  • Deceleration of the rotor 110 can be effected by means of the electric motor 120, since an electric motor 120 can be known to be used as a brake.
  • an electric motor 120 can be known to be used as a brake.
  • the emergency-stop would be 180 send an appropriate signal to the motor controller 121, wel ⁇ che then a corresponding set "braking" operating condition of the engine 120 so that the rotor is braked 110.
  • the use of a conventional brake would be conceivable, if necessary, which acts substantially mechanically to the rotor 110 to brake it. a corresponding activation of the conventional brake would again the basis of a corresponding Steuersig ⁇ Nals Emergency shutdown 180 take place.
  • Both embodiments rely on an external electrical energy source 200, which as described provides a 3-phase AC mains current.
  • the energy source 200 for example, can fall back on a public power grid.
  • the energy source 200 for example, is a generator that provides a 2-phase AC mains current. Accordingly, would-depending on the requirements of the electric motor 120- Interpass ⁇ 's power source 200 and motor 120 connected electronics be embodied such as interconnection of AC, DC and / or inverters that the motor 120 with an overall suitable electrical energy is supplied.
  • Various constellations are conceivable and the selection of the electronics also depends on the form and in how many phases or lines the electrical energy is transferred via the
  • Slip ring 140 is to be transferred.
  • Two conceivable possibilities have been described in FIGS. 2 and 3, but it should be noted that the invention does not necessarily have to be limited to these two possibilities.
  • the Kernge ⁇ thank lie rather in that the rotor 110 is powered by an electric drive 120 and that the local drive 120 is connected by cable to the external power source 200.
  • the "local" system includes-as far as is available in the respective embodiment-as well as the DC / AC inverter 131 or the AC / AC inverter, the electric motor 120 and the cable connection 192.
  • the slip ring assembly 140 provides the interface between the external system and the local system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Versorgung eines Hubschrauber-Trainingsgerätes mit elektrischer Energie. Das Hubschrauber-Trainingsgerät weist einen rotierbaren Rotor auf, welcher von einem lokalen Elektromotor angetrieben wird. Der Elektromotor wird von einer äußeren Energiequelle mit elektrischer Energie versorgt.

Description

Beschreibung
Stationäres Hubschrauber- rainingsgerät Ein Hubschrauber ist ein nicht eigenstabiles Fluggerät, bei dem der Pilot vor allem im Schwebflug und im langsamen Flug ständig durch Steuereingaben einem Verlassen der stabilen Fluglage entgegenwirken muss. Um die hierfür notwendigen Fähigkeiten zu erlangen, unterzieht sich der Pilot einem spezi- eilen Training, bspw. im sogenannten „Hoverquadrat" . Hierbei wird zum Einen geübt, den Hubschrauber auf bzw. oberhalb einer eingeschränkten Fläche stabil zu halten, und es werden zum Anderen gezielte Flugbewegungen wie bspw. das Stehen in der Luft, Vorwärts, Rückwärts- und Seitwärts-bewegungen und/oder Lande- bzw. Abhebevorgänge ausgeführt. Falsche Steu¬ ereingaben können dabei im schlimmsten Fall zu einem Absturz des Hubschraubers führen, weswegen ein Fluglehrer den Flugschüler kontrolliert und ggf. eingreift, bevor der Hubschrau¬ ber durch den trainierenden Piloten in eine kritische Flugla- ge gebracht wird.
Ein bekanntes, geeignetes Trainingsgerät bzw. einen entspre¬ chenden Simulator 1, insb. für die Flugschulung, zeigt die FIG 1. Der Simulator 1 umfasst im Wesentlichen ein Gestell 300, in dem ein Hubschrauber 100 aufgehängt ist. Der Simula¬ tor 1 erlaubt zwar aufgrund der Aufhängung des Hubschraubers 100 in dem Gestell 300 bestimmte Bewegungen wie bspw. Neigen, Kippen, Wanken, Rollen, Steigen und Sinken, jedoch sind diese Bewegungen des Hubschraubers 100 derart eingeschränkt, dass das Fluggerät bzw. der Hubschrauber 100 nicht beschädigt wer¬ den kann. Der Simulator 1 erlaubt also mit anderen Worten das Üben bzw. Trainieren, ohne dass kritische Fluglagen erreicht werden können. Der Hubschrauber 100 wird im Simulator 1 in einem Gestell 300 kardanisch aufhängt. Dadurch sind alle genannten Bewegungen des Hubschraubers 100 grundsätzlich möglich. Trotzdem werden diese Bewegungen eingeschränkt, so dass der Hubschrauber 100 nicht in eine kritische Lage kommen kann. Der Hubschrauber 100 kann also bspw. nicht umkippen, unabsichtlich zu hoch fliegen oder abstürzen. Für den Flugschüler ist das Trainieren demnach ungefährlich. Nichtsdestotrotz erlaubt der Simu- lator 1 ein späteres Eingreifen des Fluglehrers in die Steu¬ erbewegungen des Flugschülers.
Da es sich bei diesem Simulator 1 nicht um eine reine Compu¬ tersimulation handelt, muss der Simulator 1 bzw. der Rotor des Hubschraubers 100 durch einen Motor angetrieben werden. Die entsprechende Antriebsleistung wird bisher mit Hilfe ei¬ ner Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung gestellt, es ent¬ stehen im Betrieb des Simulators also Lärm und Abgase. Elekt¬ rische Antriebe werden bislang nicht eingesetzt, weil der Entwicklungsstand von Batterien insbesondere bzgl. ihres
Preises und ihres Gewichts den Einsatz in einem Hubschraubersimulator nicht zulässt.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen in dieser Hin- sieht verbesserten Hubschraubersimulator anzugeben.
Ein stationäres Hubschrauber-Trainingsgerät weist einen um eine Rotationsachse rotierbaren Rotor auf, welcher einem Rotor eines realen, flugfähigen Hubschraubers entspricht und diesen simuliert. Der Rotor kann rotierbar bspw. an einem
Rumpf des Hubschrauber-Trainingsgerätes angebracht sein. Das Trainingsgerät weist desweiteren einen mit elektrischer Energie antreibbaren und lokal am Hubschrauber-Trainingsgerät bzw. an dessen Rumpf angeordneten Elektromotor zum Antreiben des Rotors auf.
Dabei soll der Begriff „stationär" betonen, dass das Hubschrauber-Trainingsgerät -im Unterschied zu einem nicht sta¬ tionären Gerät und insbesondere im Unterschied zu einem Hub- schrauber- ein im Wesentlichen ortsgebundenes Trainingsgerät ist, das insbesondere nicht derart flugfähig ist, dass es seine Position bzgl. eines äußeren Koordinatensystems, bspw. bzgl. einer Halle, in der das Hubschrauber-Trainingsgerät aufgestellt ist, wesentlich ändern kann. Wie einleitend be¬ schrieben ist das Trainingsgerät an einem Gestell aufgehängt, kann also Vorwärts-, Rückwärts-, Seitwärtsbewegungen und/oder Lande- bzw. Abhebevorgänge höchstens in sehr beschränktem Um- fang ausführen. Rotationen des Trainingsgerätes um die Achsen eines kartesischen Koordinatensystems sind in größerem Umfang möglich, insbesondere um die vertikale Achse, jedoch gilt auch hier, dass sich die Position des stationären Hubschrauber-Trainingsgerätes bzgl. des äußeren Koordinatensystems nicht ändern kann. All dies wird durch den Begriff „stationär" ausgedrückt.
Weiterhin wird hier und im Folgenden zwischen „lokalen" Komponenten und „äußeren" Komponenten unterschieden. Ein Krite- rium zur Unterscheidung kann bspw. darin liegen, ob eine jeweilige Komponente eine Bewegung des Hubschrauber- Trainingsgerätes bzw. des Rumpfes des Trainingsgerätes mitma¬ chen würde. Wenn dem so ist, würde die betroffene Komponente eine lokale Komponente sein. Anderenfalls könnte die betrof- fene Komponente eine äußere Komponente sein.
Dabei sind „lokale" Komponenten also diejenigen, die derart angeordnet sind, dass sie sich mit dem Hubschrauber- Trainingsgerät bewegen. Das Hubschrauber-Trainingsgerät kann bspw. einen Rumpf aufweisen, in dem der Flugschüler sitzt und an dem der Rotor befestigt ist. Der Rumpf führt die durch den Flugschüler ausgelösten Bewegungen aus. Eine „lokale" Komponente würde bspw. an diesem Rumpf befestigt sein können, so dass sie die genannten Bewegungen ebenfalls mit ausführt. Ei- ne „äußere" Komponente ist dagegen derart angeordnet, dass sie keine Bewegungen des Hubschrauber-Trainingsgerätes mit¬ macht .
Eine lokale Komponente ist bspw. der Elektromotor, während die Energiequelle eine äußere Komponente ist.
Dem lokalen Elektromotor wird die elektrische Energie insbe¬ sondere kabelgebunden von einer äußeren Energiequelle zuge- führt, d.h. insbesondere nicht von einer in das Trainingsge¬ rät integrierten Batterie.
Ein Aspekt der Erfindung besteht also darin, dass das Hub- schrauber-Trainingsgerät, d.h. insb. dessen Rotor, mit einem Elektromotor angetrieben wird. Es werden keine lokalen Batterien eingesetzt, sondern die Energie für den Antrieb wird dem Elektromotor kabelgebunden von einer äußeren elektrischen Energiequelle zugeführt. Der von außen zugeführte Strom wird hier als „Netzstrom" bezeichnet. Die äußere Energiequelle kann sich bspw. dadurch auszeichnen, dass sie ggf. auch zur Versorgung anderer elektrischer Verbraucher und nicht nur für das Hubschrauber-Trainingsgerät verwendet werden kann. Es ist jedoch auch denkbar, dass ein Generator o.ä. zum Bereitstel- len der elektrischen Energie zum Betrieb des Hubschrauber- Trainingsgerätes verwendet wird. Einer der wesentlichen Punk¬ te ist, dass die Energiequelle keine im bzw. am Hubschrauber- Trainingsgerät selbst installierte Batterie ist, was dadurch ausgedrückt wird, dass es sich um eine „äußere" Energiequelle handelt.
Dem lokalen Elektromotor wird die elektrische Energie über eine Schleifringanordnung des Hubschrauber-Trainingsgerätes zugeführt, wobei die Schleifringanordnung über eine erste Ka- belverbindung mit der äußeren Energiequelle und über eine zweite Kabelverbindung mit dem lokalen Elektromotor verbunden ist. Die Schleifringanordnung stellt die Schnittstelle zwi¬ schen dem äußeren und dem lokalen System dar. Aufgrund der Verwendung der Schleifringanordnung kann das Trainingsgerät und insbesondere der Rumpf weitestgehend freie Bewegungen ausführen, ohne dass es zu Problemem mit den Kabelverbindungen kommt .
Es sei angemerkt, dass ein weiteres Kriterium zur Feststel- lung, ob eine jeweilige Komponente eine „lokale" Komponenten oder eine „äußere" Komponente ist, könnte bspw. darin liegen, ob sich die jeweilige Komponente in Stromflussrichtung von der Energiequelle zum Elektromotor vor oder hinter der Schleifringanordnung befindet. Komponenten zwischen Energiequelle und Schleifringanordnung und die Energiequelle selbst sind „äußere" Komponenten, während Komponenten zwischen dem Elektormotor und der Schleifringanordnung sowie der Motor selbst lokale Komponenten sind.
Das Trainingsgerät weist ein aktivierbares Notaussystem auf, welches derart eingerichtet ist, dass es nach Aktivierung des Notaussystems eine Unterbrechung der Zufuhr von elektrischer Energie von der äußeren Energiequelle zum Elektromotor bewirkt. Hierdurch wird ein wesentlich sicherer Betrieb des Simulators gewährleistet.
Das Notaussystem kann dabei derart eingerichtet sein, dass es nach Aktivierung zunächst ein Abbremsen des Rotors bewirkt, bevor die Unterbrechung der Zufuhr von elektrischer Energie von der äußeren Energiequelle bewirkt wird. Um dies zu be¬ werkstelligen kann das Notaussystem zumindest einen Sensor aufweisen, welcher am Rotor oder am Elektromotor derart ein- gerichtet und angeordnet ist, dass er eine Rotation des Ro¬ tors detektiert und ein den Rotationszustand des Rotors be¬ schreibendes Ausgangssignal an das Notaussystem sendet. Der Rotationszustand kann im einfachsten Fall ein binäres Signal sein, das lediglich aussagt, ob sich der Rotor dreht oder nicht. Die Übertragung einer Drehzahl ist in diesem Fall nicht vorgesehen. Es wäre aber auch denkbar, dass das Ausgangssignal eine Drehzahl umfasst und dass bspw. in dem Not¬ aussystem die übermittelte Drehzahl mit einem Referenzwert verglichen wird. In Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs würde das Notaussystem entschieden, ob es an der Zeit ist, die Zufuhr von elektrischer Energie von der äußeren Energiequelle zu unterbrechen.
In einer Ausführungsform wird die elektrische Energie von der äußeren Energiequelle dem Hubschrauber-Trainingsgerät als AC- Strom zugeführt. Ein äußerer AC/DC-Gleichrichter sowie ein lokaler DC/AC-Wechselrichter sind derart verschaltet, dass der von der äußeren Energiequelle zugeführte AC-Strom zu- nächst in dem äußeren AC/DC-Gleichrichter zu einem DC-Strom gleichgerichtet wird, der so erzeugte DC-Strom vom äußeren AC/DC-Gleichrichter über die Schleifringanordnung dem lokalen DC/AC-Wechselrichter zugeführt wird, der DC-Strom in dem lo- kalen DC/AC-Wechselrichter zu einem zum Betrieb des lokalen Elektromotors geeigneten AC-Strom wechselgerichtet wird und schließlich der geeignete AC-Strom dem lokalen Elektromotor zugeführt wird. Somit ist sichergestellt, dass der Elektromo¬ tor stets optimal mit elektrischer Energie versorgt wird.
Auch in einer hierzu alternativen Ausführungsform wird die elektrische Energie von der äußeren Energiequelle dem Hub¬ schrauber-Trainingsgerät als AC-Strom zugeführt. Es ist ein lokaler AC/AC-Umrichter vorgesehen, der derart verschaltet ist, dass der von der äußeren Energiequelle zugeführte AC- Strom über die Schleifringanordnung dem lokalen AC/AC- Umrichter zugeführt wird, der AC-Strom in dem lokalen AC/AC- Umrichter zu einem zum Betrieb des Elektromotors geeigneten AC-Strom wechselgerichtet wird und der geeignete AC-Strom dem Elektromotor zugeführt wird. Auch hier ist sichergestellt, dass der Elektromotor stets optimal mit elektrischer Energie versorgt wird.
Ein Simulator für das Trainieren eines Hubschrauberfluges weist ein derartiges stationäres Hubschrauber-Trainingsgerät sowie ein Gestell auf, wobei das Hubschrauber-Trainingsgerät in dem Gestell derart insbesondere kardanisch aufgehängt ist, dass das Hubschrauber-Trainingsgerät Bewegungen gegenüber dem Gestell ausführen kann. Diese Bewegungen sind dabei abhängig bzw. vorgegeben durch entsprechende Steuerbefehle bspw. eines in dem Hubschrauber-Trainingsgerät bzw. in dessen Rumpf be¬ findlichen Flugschülers.
Die elektrische Energiequelle befindet sich außerhalb des Hubschrauber-Trainingsgerätes und ist derart angeordnet, dass sie die Bewegungen des Hubschrauber-Trainingsgerätes nicht mitmacht. Im Gegensatz hierzu ist der Elektromotor lokal am Hubschrauber-Trainingsgerät bzw. an dessen Rumpf derart ange- ordnet ist, dass er die Bewegungen des Hubschrauber- Trainingsgerätes im Wesentlichen mitmacht.
All dies zusammenfassend werden der Simulator und insbesonde- re dessen Hubschrauber-Trainingsgerät demnach mit einem
Elektromotor betrieben, womit sich für den Simulator allgemein die Vorteile der Verwendung eines elektrischen Antriebs ergeben. Zum Einen ist Elektromotor gegenüber einem Verbrennungsmotor deutlich weniger wartungsintensiv. Zum Anderen entstehen anders als beim Verbrennungsmotor keine Abgase, der Antrieb ist also aufgrund der wegfallenden Schadstoffemissio¬ nen umweltfreundlich. Der Simulator kann daher in einer Halle ohne Absauganlage genutzt werden. Aufgrund des Anschlusses an die äußere Energiequelle ist für den Betrieb des Simulators keine Batterie notwendig, da die elektrische Energie über den entsprechenden Netzanschluss von außen zugeführt wird. Trotzdem ist die notwendige Beweglich¬ keit für den Simulator gegeben, insbesondere aufgrund der Verwendung des Schleifringes. Dadurch ergibt sich vorteil¬ hafterweise, dass der Simulator aufgrund der günstigen Energieversorgung vergleichsweise kostengünstig betrieben werden kann. Auch kann auf besondere Vorkehrungen bzgl. der Verwendung von Batterien und deren sicheren Betrieb verzichtet wer- den. Weiterhin fallen die bei einer Verwendung von Batterien notwendigen zwischenzeitlichen Ladevorgänge nicht an, so dass es keine Einschränkungen bzgl. der Verfügbarkeit des Simula¬ tors gibt. Schließlich bewirkt die Verwendung des Elektromotors eine Er¬ höhung der Betriebssicherheit, da der Motor auch als Bremse genutzt werden kann. Auch der Verzicht auf Batterien verbessert die Betriebssicherheit, da keine brennbaren Flüssigkei¬ ten oder explosionsgefährdeten Batterien zum Einsatz kommen.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der entsprechenden Beschreibung. Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dort werden gleiche Komponenten in verschiedenen Figuren durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Es ist daher möglich, dass sich bei der Beschreibung einer zweiten Figur zu einem bestimmten Bezugszeichen, welches bereits im Zusammenhang mit einer anderen, ersten Figur erläutert wurde, keine näheren Erläuterungen finden. In einem solchen Fall kann bei der Ausführungsform der zweiten Figur davon ausgegangen werden, dass die dort mit diesem Bezugszeichen gekennzeichnete Komponente auch ohne nähere Erläuterung im Zusammenhang mit der zweiten Figur die gleichen Eigenschaften und Funktionalitäten aufweist, wie im Zusammenhang mit der ersten Figur erläutert.
Es zeigen:
FIG 1 einen Simulator für Hubschrauberflugtraining,
FIG 2 eine erste Ausführungsform eines Hubschrauber- Trainingsgerätes,
FIG 3 eine zweite Ausführungsform eines Hubschrauber- Trainingsgerätes .
Die FIG 1 zeigt einen Simulator 1 bzw. ein Trainingsgerät 1 zur Simulation eines Hubschrauberfluges, welches eingesetzt werden kann, um Hubschrauber-Flugschüler wie einleitend erläutert zu schulen. Der Simulator 1 umfasst ein Hubschrauber- Trainingsgerät 100, welches im Wesentlichen einem realen Hub¬ schrauber entspricht, insbesondere bezüglich der Dimensionen. Das Trainingsgerät 100 ist in einem Gestell 300 des Simula¬ tors 1 kardanisch aufhängt.
Zwei mögliche technische Ausführungen eines Hubschrauber- Trainingsgerätes 100 gemäß der Erfindung zeigen FIG 2 und FIG 3, wobei das Gestell 300 in den FIG 2 und 3 nicht dargestellt ist, da es für die dort beschriebenen Merkmale des Hubschrau¬ ber-Trainingsgerätes 100 keine Rolle spielt. Das Hubschrauber-Trainingsgerät 100 weist einen Rotor 110 auf, der von einem Elektromotor 120 angetrieben wird. Dabei sind der Motor 120 und der Rotor 110 bspw. über eine Welle und ggf. über Gelenke und/oder Getriebe derart miteinander verbunden, dass der Motor 120 den Rotor 110 in Rotation versetzen kann. Die Details dieser Verbindung zwischen Motor 120 und Rotor 110 sind hier nicht dargestellt, können aber als bekannt vorausgesetzt werden.
Der Elektromotor 120 ist wie auch der Rotor 110 lokal an einem Grundkörper bzw. Rumpf 101 des Hubschrauber- Trainingsgerätes 100 angebracht, so dass er eventuelle simu¬ lierte Flugbewegungen des Trainingsgerätes 100 mitmacht. Der elektrische Strom bzw. die elektrische Energie zur Versorgung des Elektromotors 120 wird aus einer bzgl. der Trainingsgerä¬ tes 100 äußeren elektrischen Energiequelle 200 bezogen, d.h. nicht von einer lokal in das Trainingsgerät 100 bzw. in den Rumpf 101 des Trainingsgerätes 100 integrierten Batterie oder ähnlichem. Die von der Energiequelle 200 bereitgestellte elektrische Energie gelangt über je nach Ausführungsform un¬ terschiedliche äußere und lokale Komponenten und Kabelverbin¬ dungen 191, 192 sowie über eine Schleifringanordnung 140 zum Elektromotor 120. Die Schleifringanordnung 140 ist hierzu über eine erste äußere Kabelverbindung 191 mit der Energie¬ quelle 200 und über eine weitere lokale Kabelverbindung 192 mit dem Elektromotor 120 verbunden. Dabei können die Kabelverbindungen 191, 192 auch weitere elektrische oder elektro¬ nische Bauteile aufweisen, bspw. Umrichter 131, 132 etc.
FIG 2 zeigt eine erste Ausführungsform, bei der ein 3- phasiger AC Netzstrom von der äußeren Energiequelle 200 über einen äußeren Netztrenner 170 zu einem äußeren AC/DC- Umrichter 160 gelangt, der den 3-phasigen Netzstrom in einen DC Strom gleichrichtet. Der gleichgerichtete DC-Strom gelangt über die Kabelverbindungen 191, 192 und über die Schleifringanordnung 140 zu einem lokalen DC/AC-Umrichter 131 im Simulator 100. Der DC/AC-Umrichter 131 erzeugt aus dem ihm zuge- führten DC Strom einen dreiphasigen AC Strom, der dem Motor 120 zu dessen Versorgung zugeführt wird. In diesem Fall ist der Elektromotor 120 also als Wechselstrommotor ausgebildet. Der DC/AC-Umrichter 131 ist wie auch der Motor 120 am Rumpf 101 des Trainingsgerätes 100 angebracht und macht dementspre¬ chend ebenfalls die eventuellen simulierten Flugbewegungen des Trainingsgerätes 100 mit. Die Verwendung der Schleifring- anordnung 140 bewirkt, dass die von der äußeren, stationären Energiequelle 200 über die entsprechend ebenfalls äußeren, stationären Kabel 191 bereitgestellte elektrische Energie dem dynamischen, bspw. um die Rotationsachse des Rotors 110 ro¬ tierenden System 100 zugeführt werden kann.
Es ist desweiteren optional eine auch als „automatische Has- pel" bezeichnete äußere Kabelspannvorrichtung 150 vorgesehen, die als automatischer Kabelaufroller wirkt und die das Kabel der Kabelverbindung 191 derart spannt bzw. ggf. freigibt, dass das entsprechende Kabel 191 dem sich bewegenden Simula¬ tor 100 nicht im Wege ist.
Die FIG 3 zeigt eine zweite Ausführungsform, die der ersten Ausführungsform in weiten Teilen entspricht. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform wird jedoch der 3-phasige AC Netzstrom von der äußeren Energiequelle 200 direkt im Simulator 1 für den Elektromotor 120 angepasst. Der AC Netzstrom wird also nach Passieren des Netztrenners 170 und der Schleifringan- ordnung 140 über einen lokalen AC/AC-Umrichter 132 gemäß den Anforderungen des Wechselstrom-Elektromotors 120 umgerichtet. In beiden Ausführungsformen kann desweiteren ein äußeres Notaussystem 180 vorgesehen sein. Das Notaussystem 180 ist eingerichtet, um ggf. die Stromzufuhr von der Energiequelle 200 an der Zuführung unter Verwendung des Netztrenners 170 abzuschalten, d.h. das Notaussystem 180 kann eine Trennung von der Energiequelle 200 bewirken. Ein entsprechendes Steuersig¬ nal wird in den Ausführungsformen der FIG 2 und 3 vom Notaussystem 180 über eine Funkverbindung an den jeweiligen
Netztrenner 170 übertragen. Es ist jedoch natürlich auch mög- lieh, dass das Steuersignal über entsprechende Kabel geführt wird .
Das Notaussystem 180 ist insbesondere derart eingerichtet, dass es vor einer Trennung von der Energiequelle 200 zunächst bewirkt, dass der Rotor 110 abgebremst wird. Hierzu sind mit dem Notaussystem 180 verbundene lokale Sensoren 181 vorgese¬ hen, die die Bewegung des Rotors 110 detektieren und dem Notaussystem 180 melden. Derartige Sensoren 181 können bspw. am Rotor 110 selbst und/oder am Motor 120 vorgesehen sein. Das
Abbremsen des Rotors 110 kann mit Hilfe des Elektromotors 120 bewirkt werden, da ein Elektromotor 120 bekanntermaßen auch als Bremse eingesetzt werden kann. Hierzu wäre eine Motor¬ steuerung 121, mit der ein Betriebszustand des Elektromotors 120 einstellbar ist, mit dem Notaussystem 180 verbunden. Für den Fall, dass der Rotor 110 bspw. aus dem oben beschriebenen Grund abgebremst werden soll, würde das Notaussystem 180 ein entsprechendes Signal an die Motorsteuerung 121 senden, wel¬ che daraufhin einen entsprechenden „Brems"-Betriebszustand des Motors 120 einstellt, so dass der Rotor 110 gebremst wird. Alternativ oder zusätzlich wäre natürlich auch die Verwendung einer konventionellen Bremse denkbar, die ggf. im Wesentlichen mechanisch auf den Rotor 110 wirkt, um diesen abzubremsen. Ein entsprechendes Aktivieren der konventionellen Bremse würde wieder aufgrund eines entsprechenden Steuersig¬ nals des Notaussystems 180 erfolgen.
Beide Ausführungsformen greifen auf eine äußere elektrische Energiequelle 200 zurück, die wie beschrieben einen 3- phasigen AC Netzstrom liefert. Hierzu kann die Energiequelle 200 bspw. auf ein öffentliches Stromnetz zurückgreifen. Es ist auch denkbar, aber nicht im Detail dargestellt, dass die Energiequelle 200 bspw. ein Generator ist, der einen 2- phasigen AC Netzstrom zur Verfügung stellt. Dementsprechend würde -je nach Anforderung des Elektromotors 120- die zwi¬ schen Energiequelle 200 und Motor 120 geschaltete Elektronik derart als Verschaltung von Wechsel-, Gleich- und/oder Umrichtern ausgestaltet sein, dass der Motor 120 mit einer ge- eigneten elektrischen Energie versorgt wird. Dabei sind ver¬ schiedene Konstellationen denkbar und die Auswahl der Elektronik hängt auch davon ab, in welcher Form und in wie vielen Phasen bzw. Leitungen die elektrische Energie über den
Schleifring 140 übertragen werden soll. Zwei denkbare Möglichkeiten wurden in den FIG 2 und 3 beschrieben, es sei aber darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht zwangsläufig auf diese beiden Möglichkeiten beschränkt sein muss. Die Kernge¬ danken liegen vielmehr darin, dass der Rotor 110 über einen elektrischen Antrieb 120 versorgt wird und dass der lokale Antrieb 120 kabelgebunden mit der äußeren Energiequelle 200 verbunden ist.
Bei der Beschreibung der Figuren wurde zwischen „lokalen" Komponenten und „äußeren" Komponenten unterschieden. Zum „äußeren" System gehören -soweit in der jeweiligen Ausführungsform vorhanden- insbesondere die Energiequelle 200, der
Netztrenner 170, der AC/DC-Gleichrichter 160, das Notaussystem 180, die Kabelverbindung 191 und die Kabelspannvorrich- tung 150. Zum „lokalen" System gehören -ebenfalls nur soweit in der jeweiligen Ausführungsform vorhanden- sowie der DC/AC- Wechselrichter 131 bzw. der AC/AC-Umrichter, der Elektromotor 120 sowie die Kabelverbindung 192. Die Schleifringanordnung 140 stellt die Schnittstelle zwischen dem äußeren System und dem lokalen System dar.

Claims

Patentansprüche
1. Stationäres Hubschrauber-Trainingsgerät (100) mit einem um eine Rotationsachse rotierbaren Rotor (110) und mit einem mit elektrischer Energie antreibbaren und lokal am Hubschrauber- Trainingsgerät (100) angeordneten Elektromotor (120) zum Antreiben des Rotors (110).
2. Stationäres Hubschrauber-Trainingsgerät (100) nach An- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem lokalen Elektromo¬ tor (120) die elektrische Energie insbesondere kabelgebunden von einer äußeren Energiequelle (200) zugeführt wird.
3. Stationäres Hubschrauber-Trainingsgerät (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem loka¬ len Elektromotor (120) die elektrische Energie über eine Schleifringanordnung (140) des Hubschrauber-Trainingsgerätes (100) zugeführt wird, wobei die Schleifringanordnung (140) über eine erste Kabelverbindung (191) mit der äußeren Ener- giequelle (200) und über eine zweite Kabelverbindung (192) mit dem lokalen Elektromotor (120) verbunden ist.
4. Stationäres Hubschrauber-Trainingsgerät (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein aktivierbares Notaussystem (180), welches derart eingerichtet ist, dass es nach Aktivierung eine Unterbrechung der Zufuhr von elektrischer Energie von der äußeren Energiequelle (200) zum Elekt¬ romotor (120) bewirkt.
5. Stationäres Hubschrauber-Trainingsgerät (100) nach An¬ spruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Notaussystem (180) derart eingerichtet ist, dass es nach Aktivierung zunächst ein Abbremsen des Rotors (110) bewirkt, bevor die Unterbre¬ chung der Zufuhr von elektrischer Energie von der äußeren Energiequelle (200) bewirkt wird.
6. Stationäres Hubschrauber-Trainingsgerät (100) nach An¬ spruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Notaussystem (180) zumindest einen Sensor (181) aufweist, welcher am Rotor (110) oder am Elektromotor (120) derart eingerichtet und angeordnet ist, dass er eine Rotation des Rotors (110) detektiert und ein den Rotationszustand des Rotors (110) beschreibendes Aus- gangssignal an das Notaussystem (180) sendet.
7. Stationäres Hubschrauber-Trainingsgerät (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie von der äußeren Energiequelle (200) dem Hubschrauber-Trainingsgerät (100) als AC-Strom zugeführt wird, wobei ein äußerer AC/DC-Gleichrichter (160) sowie ein lokaler DC/AC-Wechselrichter (131) vorgesehen sind, die derart verschaltet sind, dass
- der von der äußeren Energiequelle (200) zugeführte AC-Strom zunächst in dem äußeren AC/DC-Gleichrichter (160) zu einem
DC-Strom gleichgerichtet wird,
- der so erzeugte DC-Strom vom äußeren AC/DC-Gleichrichter (160) über die Schleifringanordnung (140) dem lokalen DC/AC- Wechselrichter (131) zugeführt wird,
- der DC-Strom in dem lokalen DC/AC-Wechselrichter (131) zu einem zum Betrieb des lokalen Elektromotors (120) geeigneten AC-Strom wechselgerichtet wird,
- der geeignete AC-Strom dem lokalen Elektromotor (120) zugeführt wird.
8. Stationäres Hubschrauber-Trainingsgerät (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie von der äußeren Energiequelle (200) dem Hubschrauber-Trainingsgerät (100) als AC-Strom zugeführt wird, wobei ein lokaler AC/AC-Umrichter (132) vorgesehen sind, der derart verschaltet ist, dass
- der von der äußeren Energiequelle (200) zugeführte AC-Strom über die Schleifringanordnung (140) dem lokalen AC/AC- Umrichter (132) zugeführt wird,
- der AC-Strom in dem lokalen AC/AC-Umrichter (132) zu einem zum Betrieb des Elektromotors (120) geeigneten AC-Strom wech¬ selgerichtet wird, - der geeignete AC-Strom dem Elektromotor (120) zugeführt wird .
9. Simulator aufweisend ein stationäres Hubschrauber- Trainingsgerät (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und ein Gestell (300), wobei das Hubschrauber-Trainingsgerät (100) in dem Gestell (300) derart insbesondere kardanisch aufgehängt ist, dass das Hubschrauber-Trainingsgerät (100) Bewegungen gegenüber dem Gestell (300) ausführen kann.
10. Simulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energiequelle (200) außerhalb des Hubschrau¬ ber-Trainingsgerätes (100) derart angeordnet ist, dass sie die Bewegungen des Hubschrauber-Trainingsgerätes (100) nicht mitmacht.
11. Simulator nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (120) lokal am Hubschrau¬ ber-Trainingsgerät (100) derart angeordnet ist, dass er die Bewegungen des Hubschrauber-Trainingsgerätes (100) im Wesent¬ lichen mitmacht.
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