WO2020069946A1 - Aircraft - Google Patents
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- WO2020069946A1 WO2020069946A1 PCT/EP2019/075948 EP2019075948W WO2020069946A1 WO 2020069946 A1 WO2020069946 A1 WO 2020069946A1 EP 2019075948 W EP2019075948 W EP 2019075948W WO 2020069946 A1 WO2020069946 A1 WO 2020069946A1
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Definitions
- a jacketed propeller engine 22, 23, 24, 25 is arranged at the ends of the blades 12, 13, 14, 15.
- Each engine is pivotally mounted about a pivot axis 26, 27, 28, 29 on the associated wings 12, 13, 14, 15.
- the pivot axes 26, 27, 28, 29 run parallel to the transverse axis 18 of the aircraft 10.
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Abstract
Description
Fluggerät Aircraft
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Fluggerät mit wenigstens vier Mantelpropeller-Triebwerken, die jeweils an ihnen zugeordneten Flügeln oder am Rumpf des Fluggeräts angeordnet und um eine parallel zur Querachse des Fluggeräts verlaufende Schwenkachse verschwenkbar sind. Insbesondere betrifft die Erfindung ein führerloses Fluggerät, das häufig auch als Drohne bezeichnet wird. Es wird daher im Folgenden überwiegend von einer Drohne gesprochen, ohne dass damit eine Beschränkung verbunden sein soll. The invention relates to an aircraft with at least four mantle propeller engines, which are each arranged on their associated wings or on the fuselage of the aircraft and can be pivoted about a pivot axis running parallel to the transverse axis of the aircraft. In particular, the invention relates to a driverless aircraft, which is often referred to as a drone. It is therefore mainly spoken of a drone in the following, without any restriction being connected therewith.
Derartige Fluggeräte oder Drohnen werden heutzutage häufig benutzt. Neben militärischen Zwecken werden die Drohnen auch für Kameraüberwachungen beispielsweise von Stromleitungen und dergleichen benutzt. Je nach Ausführungsform und Größe einer solchen Drohne können diese auch Lasten transportieren. So wird in heutiger Zeit häufig darüber nachgedacht, ob beispielsweise Pakete zuverlässig mit Drohnen ausgeliefert werden können. Für eine solche Aufgabe ist es jedoch erforderlich, dass die Drohne einen stabilen Schwebeflug einnehmen kann. Unter Schwebeflug soll hier ein Zustand beschrieben werden, in dem die Drohne ohne nennenswerte Bewegungen auf der Stelle in einer gewissen Höhe schwebt. Such aircraft or drones are often used nowadays. In addition to military purposes, the drones are also used for camera surveillance, for example of power lines and the like. Depending on the design and size of such a drone, it can also transport loads. In today's world, for example, it is often thought about whether parcels can be reliably delivered with drones. For such a task, however, it is necessary that the drone can take a stable hover. Hovering is used to describe a state in which the drone hovers on the spot at a certain height without any significant movements.
Eine Drohne der eingangs geschilderten Art ist beispielsweise aus der WO 2018/048574 Al bekannt. Dieses Fluggerät weist an vier Flügeln jeweils einen Propeller und einen Mantelpropeller auf, die um eine horizontale Achse verschwenkbar an Flügelstummeln gehalten sind. Hierdurch soll ein senkrechtes Landen bzw. Starten möglich sein. Wenn die Propeller bzw. deren Drehachsen in die horizontale Lage verschwenkt werden, wird ein starker Vortrieb erreicht. Das Einhalten eines Schwebezustands ist mit einem solchen Fluggerät grundsätzlich möglich. Durch die zusätzlichen Triebwerke erhöht sich jedoch das Gewicht des Fluggeräts und die Effizienz sinkt. A drone of the type described at the outset is known, for example, from WO 2018/048574 A1. This aircraft has on four wings each a propeller and a mantle propeller, which is about a horizontal axis are pivotally held on stubs. This should make it possible to land or take off vertically. When the propellers or their axes of rotation are pivoted into the horizontal position, strong propulsion is achieved. Maintaining a suspended state is basically possible with such an aircraft. However, the additional engines increase the weight of the aircraft and reduce efficiency.
Eine andere Drohne wird in der WO 2016/178008 Al beschrieben. Hier sind vier Propellertriebwerke vorgesehen, deren Propeller um eine vertikale Achse drehen. Ein Verschwenken der Propeller um eine horizontale Achse ist nicht vorgesehen. Auch die WO 2017/108634 Al offenbart ein Fluggerät mit mehreren Propellern, die um eine vertikale Achse drehen. Der Schwebezustand kann hier durch Änderung der Drehzahl erreicht werden, da die eingesetzten Zweiblattpropeller dies erlauben. Allerdings ist die Effizienz solcher Propeller im Vergleich zu Mantelpropellern geringer. Another drone is described in WO 2016/178008 A1. Four propeller engines are provided here, the propellers of which rotate about a vertical axis. A swiveling of the propellers around a horizontal axis is not provided. WO 2017/108634 A1 also discloses an aircraft with a plurality of propellers which rotate about a vertical axis. The floating state can be achieved here by changing the speed, since the two-blade propellers used allow this. However, the efficiency of such propellers is lower than that of shell propellers.
Aus der WO 2017/087841 Al ist es bekannt, ein Propeller- Triebwerk oder ein Mantelpropeller-Triebwerk gelenkig an einem Fluggerät anzuordnen. Ob und wie hierdurch ein Schwebeflug erreicht werden soll, wird nicht beschrieben. Aus der DE 10 2016 104 517 Al ist ein Mantelpropeller- Triebwerk bekannt, bei dem die Auslassöffnung des Triebwerks durch einen in Längsachse verschiebbaren Konus erweitert oder verengt werden kann. Dadurch lässt sich bei gleichbleibender Drehzahl der Schub verändern. From WO 2017/087841 Al it is known to articulate a propeller engine or a jacketed propeller engine on an aircraft. It is not described whether and how a hover should be achieved in this way. From DE 10 2016 104 517 A1 a jacketed propeller engine is known, in which the outlet opening of the engine can be widened or narrowed by a cone that can be displaced in the longitudinal axis. This means that the thrust can be changed while the speed remains the same.
Aufgrund der eingangs geschilderten Trägheit der Mantelpropeller-Triebwerke werden diese relativ selten bei Drohnen eingesetzt. Gleichwohl haben die Mantelpropeller- Triebwerke den Vorteil, dass sie insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten äußerst effizient arbeiten können. Bei höheren Geschwindigkeiten ist die Windanfälligkeit geringer. Bei Mantelpropellern liegt zudem ein günstigeres Schub-Gewichtsverhältnis als bei freilaufenden Propellern vor . Due to the inertia of the mantle propeller engines described at the outset, they are used relatively rarely in drones. Nevertheless, the mantle propeller engines have the advantage that they are especially at higher Speeds can work extremely efficiently. The susceptibility to wind is lower at higher speeds. Sheathed propellers also have a more favorable thrust-to-weight ratio than free-running propellers.
Bei unbemannten und batteriebetriebenen Drohnen wirkt sich dies stark auf die erzielbare Reichweite aus. Grundsätzlich wäre daher der Einsatz von Mantelpropeller-Triebwerken wünschenswert. Solche Triebwerke werden häufig auch als EDF-Motoren bezeichnet (Electric Ducted Fan-Motor) . With unmanned and battery-operated drones, this has a major impact on the range that can be achieved. In principle, the use of jacketed propeller engines would therefore be desirable. Such engines are often referred to as EDF (Electric Ducted Fan) engines.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fluggerät der eingangs geschilderten Art so auszubilden, dass eine stabile Schwebelage auch bei der Verwendung von Mantelpropeller-Triebwerken erreicht werden kann. The invention is based on the object of designing an aircraft of the type described at the outset in such a way that a stable levitation position can also be achieved when using jacketed propeller engines.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Triebwerke unabhängig voneinander um ihre Schwenkachse verschwenkbar sind derart, dass ein stabiler Schwebeflug bewirkt wird. Durch die unabhängige Verschwenkung der einzelnen Triebwerke können Gierbewegungen, Nickbewegungen oder Rollbewegungen des Fluggeräts gut und insbesondere schnell ausgeglichen werden. Durch die Veränderung des Abstrahlwinkels ändert sich der Schub unmittelbar, so dass ein schneller und direkter Ausgleich der betreffenden Bewegung möglich ist. The object is achieved according to the invention in that the engines can be pivoted about their pivot axis independently of one another in such a way that a stable hover is effected. The independent pivoting of the individual engines means that yawing, pitching or rolling movements of the aircraft can be compensated for well and in particular quickly. By changing the beam angle, the thrust changes immediately, so that a quick and direct compensation of the movement in question is possible.
Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn die Triebwerke ausgehend von der für einen maximalen Auftrieb vertikalen Lage der Drehachse sowohl nach vorne als auch nach hinten verschwenkbar sind. Durch diese Maßnahme kann ein Ausgleich von Bewegungen durch unterschiedliche Verschwenkungen der Triebwerke erfolgen. So kann vorgesehen werden, dass bei einer erfassten Drehung des Fluggeräts um die Gierachse (vertikale Achse) im Uhrzeigersinn die Triebwerke von der vertikalen Lage im Uhrzeigersinn um ihre Schwenkachsen verschwenkt werden. Bei einer Drehung des Fluggeräts entgegen dem Uhrzeigersinn werden die Triebwerke ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Dadurch wird die Drehbewegung des Fluggeräts ausgeglichen . In particular, it is expedient if the engines can be pivoted both forwards and backwards, starting from the position of the rotational axis that is vertical for maximum lift. This measure allows movements to be compensated for by different pivoting of the engines. It can be provided that when the aircraft rotates clockwise around the yaw axis (vertical axis), the engines are pivoted clockwise from the vertical position about their swivel axes. When the aircraft rotates counterclockwise, the engines are also pivoted counterclockwise. This compensates for the rotation of the aircraft.
Durch die Verschwenkung der Triebwerke verringert sich der Schub in vertikaler Richtung. Es kann daher zur Aufrechterhaltung der Flughöhe vorgesehen werden, dass gleichzeitig die Drehzahl der Propeller erhöht wird. The thrust is reduced in the vertical direction by pivoting the engines. To maintain the flight altitude, it can therefore be provided that the speed of the propellers is increased at the same time.
Bei einer erfassten Rollbewegung des Fluggeräts um die Rollachse (horizontale Längsachse in Flugrichtung) nach rechts werden die beiden linken Triebwerke (in Flugrichtung gesehen) um ihre Verschwenkachse gegenläufig verschwenkt derart, dass der Auftrieb auf der linken Seite verringert wird. Bei einer Rollbewegung nach links werden die rechten Triebwerke gegenläufig verschwenkt. Unter gegenläufig wird hier verstanden, dass die Triebwerke einer Seite des Fluggeräts einmal im und einmal gegen den Uhrzeigersinn verschwenkt werden. Dadurch wird der Auftrieb auf der betreffenden Seite reduziert, ohne dass eine Gier- oder Nickbewegung bewirkt wird. Gleichzeitig kann die Drehzahl der nicht verschwenkten Triebwerke erhöht werden, um eine schnellere Lagekorrektur zu bewirken. When the aircraft rolls over the roll axis (horizontal longitudinal axis in the direction of flight) to the right, the two left engines (seen in the direction of flight) are pivoted in opposite directions about their pivot axis in such a way that the lift on the left side is reduced. With a roll movement to the left, the right engines are pivoted in opposite directions. The opposite is understood here to mean that the engines on one side of the aircraft are pivoted once clockwise and once counterclockwise. This reduces the lift on the side in question without causing a yaw or pitch movement. At the same time, the speed of the non-swiveled engines can be increased in order to achieve a faster position correction.
Auch hier kann es vorgesehen werden, dass die Drehzahl der Propeller beim Ausgleich der Rollbewegung erhöht wird derart, dass die Flughöhe zumindest näherungsweise aufrechterhalten bleibt. Weiterhin ist vorgesehen, dass bei eiiner erfassten Nickbewegung des Flugkörpers mit dem vorderen Teil nach unten (Drehung um die Querachse) die beiden vorderen Triebwerke im Uhrzeigersinn verschwenkt werden, um einen höheren Schub in vertikaler Richtung zu bewirken. Insbesondere können die Triebwerke im Wesentlichen vertikal ausgerichtet werden. Dementsprechend wird bei einer erfassten Nickbewegung des Flugkörpers mit dem hinteren Teil nach unten die beiden hinteren Triebwerke entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt, um einen höheren Schub in vertikaler Richtung zu bewirken. Insbesondere können die Triebwerke im Wesentlichen vertikal ausgerichtet werden. Durch diese Maßnahmen wird der Auftrieb auf der sich nach unten senkenden Seite erhöht, so dass sich das Fluggerät wieder waagerecht ausrichtet. Auch hier kann zur Aufrechterhaltung der Flughöhe die Drehzahl der verschwenkten Triebwerke erhöht werden. Here, too, it can be provided that the rotational speed of the propellers is increased when the roll movement is compensated in such a way that the flight altitude is at least approximately maintained. Furthermore, it is provided that when a nodding movement of the missile is detected with the front part downward (rotation about the transverse axis), the two front engines are pivoted clockwise in order to produce a higher thrust in the vertical direction. In particular, the engines can be aligned essentially vertically. Accordingly, when the missile nodding movement is detected with the rear part downward, the two rear engines are pivoted counterclockwise in order to bring about a higher thrust in the vertical direction. In particular, the engines can be aligned essentially vertically. These measures increase the lift on the downward sinking side so that the aircraft is level again. Here, too, the speed of the swiveled engines can be increased to maintain the flight altitude.
Grundsätzlich können diese Maßnahmen manuell durch eine Fernsteuerung durch den Bediener durchgeführt werden. Dies erfordert jedoch einige Geschicklichkeit und Übung mit dem Umgang der Fernsteuerung für derartige Drohnen. In principle, these measures can be carried out manually by remote control by the operator. However, this requires some skill and practice in using the remote control for such drones.
Es kann auch vorgesehen werden, dass Mittel zum Erfassen der Gierbewegung und/oder der Nickbewegung und/oder der Rollbewegung des Fluggeräts vorhanden sind. Dann ist es zweckmäßig, dass die Verschwenkung der Triebwerke in Abhängigkeit von der Gierbewegung und/oder der Nickbewegung und/oder der Rollbewegung erfolgt. Insbesondere ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, dass eine Steuerung vorhanden ist, die in Abhängigkeit von der erfassten Gierbewegung und/oder Nickbewegung und/oder Rollbewegung die Verschwenkung der einzelnen Triebwerke bewirkt. Die Steuerung kann als Vektorsteuerung ausgebildet sein, die aus den erfassten Bewegungen des Fluggeräts einen Richtungsvektor ermittelt, in die ein veränderter Schub wirken muss, damit das Fluggerät in einer Schwebelage gehalten wird. Dieser Flugvektor kann durch die Verschwenkung der einzelnen Triebwerke unabhängig voneinander um deren Verschwenkachse bei unterstelltem gleichbleibendem Schub erreicht werden. Wie bereits ausgeführt, wirkt sich die Änderung der Schubrichtung unmittelbar auf die Ausrichtung des Fluggeräts aus, so dass die Schwebelage schnell und zuverlässig auch bei plötzlich auftretenden Windböen eingehalten werden kann. It can also be provided that means for detecting the yaw movement and / or the pitching movement and / or the rolling movement of the aircraft are present. It is then expedient for the engines to be pivoted as a function of the yaw movement and / or the pitching movement and / or the rolling movement. In particular, it is provided according to the invention that a controller is present which, depending on the detected yaw movement and / or pitching movement and / or rolling movement, causes the individual engines to be pivoted. The controller can be designed as a vector controller that unites from the detected movements of the aircraft Direction vector determined in which a changed thrust must act so that the aircraft is held in a floating position. This flight vector can be achieved by pivoting the individual engines independently of one another about their pivot axis while assuming constant thrust. As already stated, the change in the direction of thrust has a direct impact on the orientation of the aircraft, so that the levitation position can be maintained quickly and reliably even in the event of sudden gusts of wind.
Diese Vektorsteuerung kann bei unbemannten Drohnen für einen stabilen Schwebflug eingesetzt werden. Es ist hierbei grundsätzlich beliebig, wie die Drohne ausgebildet ist. Die Triebwerke können an den Flügelenden angeordnet sein. Auch ist es möglich, die Triebwerke näher am Rumpf oder am Rumpf anzuordnen. Wesentlich ist es, dass die Triebwerke ausgehend von einer vertikalen Ausrichtung in beiden Richtungen um bis zu 90° bis 120° verschwenkbar sind, damit die Vektorsteuerung in jeder Fluglage des Fluggeräts einsetzbar ist. Eine Verschwenkung um mehr als 90° in die eine oder andere Richtung ist beispielsweise bei vertikal ausgerichteter Drohne erforderlich, damit die Vektorsteuerung auch bei dieser extremen Lage einsetzbar ist . This vector control can be used with unmanned drones for a stable hover. It is basically arbitrary how the drone is designed. The engines can be arranged at the wing ends. It is also possible to arrange the engines closer to the fuselage or to the fuselage. It is essential that the engines can be pivoted up to 90 ° to 120 ° in both directions, starting from a vertical orientation, so that the vector control can be used in any flight position of the aircraft. A pivoting by more than 90 ° in one direction or the other is required, for example, in the case of a vertically aligned drone, so that the vector control can also be used in this extreme position.
Im Schwebeflug sind die Mantelpropeller-Triebwerke bzw. deren Drehachsen im Wesentlichen vertikal ausgerichtet. Im Flugbetrieb werden die Triebwerke in die horizontale Lage verschwenkt, so dass das Fluggerät mit hoher Schubleistung fliegen kann. When hovering, the jacketed propeller engines or their axes of rotation are aligned essentially vertically. During flight operations, the engines are swiveled into the horizontal position so that the aircraft can fly with high thrust.
Eine derartige Steuerung erlaubt auch, dass das Fluggerät in einer anderen Lage als in einer horizontalen Schwebelage gehalten wird. So kann das Fluggerät beispielsweise in einer 45°-Neigung schweben, in dem die Triebwerke im Vorwärtsflug um 45° gedreht werden. Auch ist es möglich, dass das Fluggerät senkrecht nach oben bzw. unten fliegen kann. Dadurch ist es möglich, beispielsweise das Fluggerät in einem engen Schacht zu bewegen. Durch die Verschwenkung der Triebwerke unabhängig voneinander kann ein schnelles Kontrollieren der Fluglage erreicht werden. Such a control also allows the aircraft to be held in a position other than a horizontal floating position. For example, the aircraft can be used in hover at a 45 ° incline by rotating the engines 45 ° in forward flight. It is also possible that the aircraft can fly vertically up or down. This makes it possible, for example, to move the aircraft in a narrow shaft. By swiveling the engines independently of one another, the flight attitude can be checked quickly.
Auch kann erreicht werden, dass sich das Fluggerät bei geringer Geschwindigkeit geradeaus in gerader Fluglage bewegt. Dies kann beispielsweise bei Kameraaufnahmen zweckmäßig sein. It can also be achieved that the aircraft moves straight ahead in a straight flight position at low speed. This can be useful for camera shots, for example.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with the aid of the schematic drawing. Show it:
Fig. 1 Die Draufsicht auf ein Fluggerät gemäß der Fig. 1 The top view of an aircraft according to the
Erfindung, Invention,
Fig. 2 die Frontansicht auf das Fluggerät, 2 shows the front view of the aircraft,
Fig. 3 die Seitenansicht auf das Fluggerät und Fig. 3 is a side view of the aircraft and
Fig. 4 die perspektivische Ansicht des Fluggeräts. Fig. 4 is a perspective view of the aircraft.
Das in der Zeichnung dargestellte Fluggerät 10 weist einen Rumpf 11 auf, an dem vier Flügel 12, 13, 14, 15 angeordnet sind. Im Einzelnen ist die Anordnung so getroffen, dass die Flügel 12, 13 ein hinteres Flügelpaar bilden, und dieThe aircraft 10 shown in the drawing has a fuselage 11 on which four wings 12, 13, 14, 15 are arranged. In detail, the arrangement is such that the wings 12, 13 form a rear pair of wings, and the
Flügel 14, 15 ein vorderes Flügelpaar bilden. Es könnenWings 14, 15 form a front pair of wings. It can
Stabilisierungsflügel 16 am Heck des Rumpfs 11 angeordnet sein. Die Flügel 12, 13, 14, 15 können gleich groß oder, wie in der Zeichnung dargestellt, unterschiedlich groß ausgebildet sein. An einem solchen Fluggerät lässt sich die Rollachse 17 definieren, die sich in Längsrichtung des Fluggeräts von vorne nach hinten erstreckt. Weiterhin kann eine Querachse 18 und eine vertikale Achse oder Gierachse 19 am Fluggerät definiert werden. Die Bezeichnungen dieser Achsen sind allgemein bekannt. Stabilizing wing 16 may be arranged at the rear of the fuselage 11. The wings 12, 13, 14, 15 can be of the same size or, as shown in the drawing, of different sizes. The roll axis 17, which extends in the longitudinal direction of the aircraft from front to rear, can be defined on such an aircraft. Furthermore, a transverse axis 18 and a vertical axis or yaw axis 19 can be defined on the aircraft. The names of these axes are generally known.
An den Enden der Flügel 12, 13, 14, 15 ist jeweils ein Mantelpropeller-Triebwerk 22, 23, 24, 25 angeordnet. Jedes Triebwerk ist um eine Verschwenkachse 26, 27, 28, 29 verschwenkbar an den zugeordneten Flügeln 12, 13, 14, 15 gelagert. Die Schwenkachsen 26, 27, 28, 29 verlaufen dabei parallel zur Querachse 18 des Fluggeräts 10. A jacketed propeller engine 22, 23, 24, 25 is arranged at the ends of the blades 12, 13, 14, 15. Each engine is pivotally mounted about a pivot axis 26, 27, 28, 29 on the associated wings 12, 13, 14, 15. The pivot axes 26, 27, 28, 29 run parallel to the transverse axis 18 of the aircraft 10.
Die einzelnen Mantelpropeller-Triebwerke können unabhängig voneinander durch nicht gezeigte Stellmotoren um diese Schwenkachsen verschwenkt werden. In der Zeichnung sind die Mantelpropeller-Triebwerke 22, 23, 25 in deren vertikalen Lage gezeigt, in der die Drehachse des Propellers vertikal verläuft. Das Mantelpropeller-Triebwerk 24 ist in den Figuren 1 und 2 in der horizontalen Lage, der Fluglage, dargestellt . The individual jacketed propeller engines can be pivoted about these pivot axes independently of one another by servomotors, not shown. In the drawing, the jacketed propeller engines 22, 23, 25 are shown in their vertical position, in which the axis of rotation of the propeller runs vertically. The mantle propeller engine 24 is shown in Figures 1 and 2 in the horizontal position, the flight position.
Durch die Stellmotoren können die Mantelpropeller- Triebwerke ausgehend von der vertikalen Stellung entgegen dem Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn um jeweils bis zu 90° - 120° verschwenkt werden und umgekehrt. Dies erlaubt eine Vektorsteuerung unabhängig von der Lage des Fluggeräts, die dann auch vertikal ausgerichtet sein kann. With the servomotors, the jacketed propeller engines can be pivoted from the vertical position counterclockwise or clockwise by up to 90 ° - 120 ° and vice versa. This allows vector control regardless of the position of the aircraft, which can then also be aligned vertically.
In der gezeigten Position der Triebwerke wird der maximale Schub in vertikaler Richtung erreicht. Dadurch ist es möglich, dass das Fluggerät nahezu senkrecht landen und starten kann. Weiterhin wird nach der Verschwenkung der Triebwerke in die Fluglage (horizontale Lage) der maximale Schub zum zügigen Fortbewegen erreicht. Insoweit ist ein derartiges Fluggerät bekannt und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung. In the position of the engines shown, the maximum thrust in the vertical direction is reached. This makes it possible for the aircraft to land and take off almost vertically. Furthermore, after the engines are swiveled into the flight position (horizontal position), the maximum Thrust to move quickly reached. To this extent, such an aircraft is known and therefore requires no further explanation.
Mit den in den Figuren dargestellten Ausrichtungen der Triebwerke in vertikaler Lage wäre bei optimalen Umgebungsbedingungen und gleicher Schubleistung aller Triebwerke ein stabiler Schwebeflug in horizontaler Lage des Fluggeräts möglich. Solche Fluggeräte werden aber in der Regel im Freien benutzt, so dass das Fluggerät den dortigen Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist. Insbesondere machen Winde und insbesondere Windböen Probleme, da sich diese unmittelbar auf die Schwebelage auswirken und ausgeglichen werden müssen. With the orientations of the engines in the vertical position shown in the figures, a stable hover flight in the horizontal position of the aircraft would be possible with optimal ambient conditions and the same thrust performance of all the engines. However, such aircraft are generally used outdoors, so that the aircraft is exposed to the ambient conditions there. In particular, winds and wind gusts in particular cause problems since these have a direct effect on the floating position and must be compensated for.
Hier ist vorgesehen, dass die Mantelpropeller-Triebwerke in Abhängigkeit von einer Gierbewegung (Drehung um die vertikale Achse 19), und/oder einer Nickbewegung (Drehung um die Querachse 18) und/oder Rollbewegung (Drehung um die Längsachse 17) um deren Schwenkachsen derart verschwenkt werden, dass die betreffende Bewegung ausgeglichen wird. Durch die Verschwenkung der Triebwerke wird die Schubrichtung unmittelbar verändert, so dass ein zeitnaher und nahezu unmittelbarer Ausgleich der betreffenden Bewegung erfolgen kann. Dadurch wird die ansonsten den Mantelpropeller-Triebwerken innewohnende Trägheit ausgeglichen . It is provided here that the mantle propeller engines as a function of a yaw movement (rotation about the vertical axis 19), and / or a pitching movement (rotation about the transverse axis 18) and / or roll movement (rotation about the longitudinal axis 17) about their pivot axes be pivoted so that the movement in question is balanced. The direction of thrust is changed directly by the swiveling of the engines, so that a timely and almost immediate compensation of the movement in question can take place. This compensates for the inertia that is otherwise inherent in the jacketed propeller engines.
Das Fluggerät 10 kann eine Steuerung 30 umfassen, mit der die erforderlichen Verschwenkungen der einzelnen Triebwerke 22, 23, 24, 25 bewirkt wird. Es können weiterhin Mittel 31 zum Erfassen der Nickbewegung, Mittel 32 zum Erfassen der Rollbewegung und Mittel 33 zum Erfassen der Gierbewegung vorhanden sein. Diese Mittel 31, 32, 33 können mit der Steuerung 30 derart Zusammenwirken, dass die Steuerung in Abhängigkeit von den erfassten Bewegungen die entsprechende Verschwenkung der einzelnen Triebwerke bewirkt. Damit kann die Schwebelage ohne manuelles Nachsteuern erreicht werden. The aircraft 10 can comprise a controller 30 with which the required pivoting of the individual engines 22, 23, 24, 25 is effected. Means 31 for detecting the pitching movement, means 32 for detecting the rolling movement and means 33 for detecting the yaw movement can also be present. These means 31, 32, 33 can use the control 30 in such a Z usammenwirken that the controller in Depending on the movements detected, the individual engines are pivoted accordingly. The floating position can thus be reached without manual readjustment.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei einer Gierbewegung des Fluggeräts im Uhrzeigersinn 34 um die vertikale Achse 19 alle Triebwerke 22, 23, 24, 25 um ihre Schwenkachsen im Uhrzeigersinn verschwenkt werden. Dadurch wird der ansonsten nach vertikal unten gerichtete Schub teilweise entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet, so dass die Gierbewegung ausgeglichen wird. Bei einer Gierbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn werden die Triebwerke ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht. Bei einer reinen Gierbewegung werden die Triebwerke gleichförmig verschwenkt, so dass bei gleichbleibendem Schub bis auf die Flughöhe keine Veränderung der Position des Fluggeräts 10 auftritt . For example, it can be provided that when the aircraft yaws in a clockwise direction 34 about the vertical axis 19, all of the engines 22, 23, 24, 25 are pivoted about their pivot axes in a clockwise direction. As a result, the thrust, which is otherwise directed vertically downward, is directed partially counterclockwise, so that the yaw movement is compensated for. If the yaw movement is counter-clockwise, the engines are also turned counter-clockwise. In the case of a pure yaw movement, the engines are pivoted uniformly, so that with the thrust remaining the same, there is no change in the position of the aircraft 10 up to the flight altitude.
Bei einer Rollbewegung 35 des Fluggeräts 10 in Flugrichtung 36 gesehen nach rechts, werden die in Flugrichtung 36 linken Triebwerke 23, 24 gegeneinander verschwenkt. Dies bedeutet, dass das eine Triebwerk 24 im Uhrzeigersinn und das andere Triebwerk 23 entgegen dem Uhrzeigersinn im gleichen Maße verschwenkt wird. Hierdurch wird der Schub in Auftriebsrichtung verringert, so dass sich der Flugkörper auf der linken Seite absenkt und die Rollbewegung nach rechts ausgeglichen wird. Hier kann vorgesehen werden, dass zur Beibehaltung der Flughöhe die Drehzahlen der verschwenkten Triebwerke 23, 24 erhöht wird, so dass insgesamt die Flughöhe aufrechterhalten bleibt. Es ist hierbei nicht relevant, dass die Änderung der Drehzahl sich nur langsam auf den Schub auswirkt. Bei einer Rollbewegung nach links werden die beiden rechten Motoren 22, 25 entsprechend verschwenkt. Für den Ausgleich einer Nickbewegung 37 um die Querachse 18 mit dem vorderen Ende des Fluggeräts 10 nach unten werden die vorderen Triebwerke 24, 25 im Uhrzeigersinn verdreht derart, dass die Drehachse der Propeller dieser Triebwerke einen steileren und insbesondere vertikalen Verlauf aufweisen. Dadurch wird der Auftrieb des Fluggeräts 10 an dessen vorderen Ende im Vergleich zum Auftrieb am hinteren Ende erhöht, so dass sich das Fluggerät 10 wieder in die horizontale Lage ausrichtet. Auch hier kann zur Stabilisierung der Flughöhe die Drehzahl der verschwenkten Propeller erhöht werden. When the aircraft 10 rolls to the right as seen in the direction of flight 36, the engines 23, 24 on the left in the direction of flight 36 are pivoted toward one another. This means that one engine 24 is pivoted clockwise and the other engine 23 counterclockwise to the same extent. This reduces the thrust in the lift direction, so that the missile lowers on the left side and the roll movement to the right is compensated for. It can be provided here that the rotational speeds of the pivoted engines 23, 24 are increased in order to maintain the flight altitude, so that the overall flight altitude is maintained. It is not relevant here that the change in speed affects the thrust only slowly. With a rolling movement to the left, the two right motors 22, 25 are pivoted accordingly. To compensate for a pitching movement 37 about the transverse axis 18 with the front end of the aircraft 10 downward, the front engines 24, 25 are rotated clockwise in such a way that the axis of rotation of the propellers of these engines have a steeper and in particular vertical profile. As a result, the lift of the aircraft 10 at its front end is increased in comparison to the lift at the rear end, so that the aircraft 10 aligns itself again in the horizontal position. Here, too, the speed of the swiveled propellers can be increased to stabilize the flight altitude.
Es ist offensichtlich, dass durch eine derartige Steuerung ein stabiler Schwebeflug auch bei ungünstigen Umgebungsbedingungen erreicht wird. Insbesondere ist es möglich, die durch Windböen oder dergleichen auftretenden plötzlichen Nick-, Roll- oder Gierbewegungen relativ schnell auszugleichen, so dass ein stabiler Schwebeflug möglich ist. It is obvious that such a control ensures stable hovering even under unfavorable environmental conditions. In particular, it is possible to compensate for the sudden pitching, rolling or yawing movements caused by gusts of wind or the like relatively quickly, so that a stable hover is possible.
Weiterhin ist es durch die unabhängige Bewegung der einzelnen Triebwerke um deren Verschwenkachsen möglich, das Fluggerät auch in engen Raumverhältnissen sicher nach oben oder unten zu bewegen. Durch die Verschwenkung der einzelnen Triebwerke in die eine oder andere Richtung kann das Fluggerät seine Position in der betreffenden Richtung ändern. Weiterhin ist es möglich, das Fluggerät auch in einer anderen Lage als in der horizontalen Lage stabil im Schwebezustand zu halten. So ist es beispielsweise möglich, das Fluggerät in einem 45° Winkel zu halten, in dem die Triebwerke nach vorne oder nach hinten verschwenkt werden. Weiterhin kann durch die Verschwenkung der Triebwerke das Fluggerät mit geringer Geschwindigkeit geradeaus fliegen. Auch ein Drehen des Fluggeräts auf der Stelle ist möglich. Naturgemäß werden die vorstehend im Einzelnen beschriebenen Bewegungen gemeinsam auftreten. Dies bedeutet, dass neben einer Gierbewegung zusätzliche Nick- oder Rollbewegungen auftreten können. Die Steuerung ist daher als Vektorsteuerung ausgelegt, so dass sich aus den erfassten Bewegungen um die Achsen 17, 18, 19 ein Ausgleichsvektor ermitteln lässt, der sich durch entsprechende Verschwenkung der Triebwerke einstellen lässt. Damit ist es möglich, das Fluggerät in einer stabilen Schwebelage zu halten, ohne dass der Schub der einzelnen Triebwerke verändert werden muss. Hierdurch ist es möglich, die effizienterenFurthermore, the independent movement of the individual engines around their swivel axes makes it possible to move the aircraft safely up or down even in confined spaces. The aircraft can change its position in the relevant direction by pivoting the individual engines in one direction or the other. Furthermore, it is possible to keep the aircraft stable in a floating state in a position other than the horizontal position. For example, it is possible to hold the aircraft at a 45 ° angle by swiveling the engines forward or backward. Furthermore, the aircraft can fly straight ahead at low speed due to the swiveling of the engines. It is also possible to turn the aircraft on the spot. Naturally, the movements described in detail above will occur together. This means that in addition to a yaw movement, additional pitching or rolling movements can occur. The controller is therefore designed as a vector controller, so that a compensation vector can be determined from the movements detected about the axes 17, 18, 19, which can be set by correspondingly pivoting the engines. This makes it possible to keep the aircraft in a stable hover position without having to change the thrust of the individual engines. This makes it possible to use the more efficient ones
Mantelpropeller-Triebwerke auch bei solchen Fluggeräten wie Drohnen einzusetzen. Sheathed propeller engines can also be used in aircraft such as drones.
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