DE102006028885A1

DE102006028885A1 - Senkrechtstartendes Hybridflugzeug

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Publication number: DE102006028885A1
Application number: DE102006028885A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Hybrid-Airplane Technologies De GmbH
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2026-06-22
Also published as: DE202005009621U1; DE102006028885B4

Abstract

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das Hybridflugzeug zunächst prinzipiell wie ein Hubschrauber senkrecht startet und danach durch Manipulation der Konfiguration nahezu alle Systeme, welche für den senkrechten Start benötigt wurden, für den Reiseflug verwendet. Gleichzeitig ist das Potenzial der "leichter als Luft" Konstruktionen, große Nutzlasten heben zu können, durch eine kreisrunde, linsenförmige Hülle optimal bezüglich Auftrieb und Widerstand ausgenutzt. Es wird ein Hybridfluggerät mit einer vorzugsweise kreisrunden linsenförmigen Hülle (1) vorgeschlagen, welches sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass an der Hülle (1) seitlich zwei Flügel (3.1 und 3.2) mit vorzugsweise symmetrischem Flügelprofil angebracht sind, von denen mindestens einer, vorzugsweise beide, eine symmetrisch aufgebaute Klappenkonstruktion (3.1.1/3.1.2/3.2.1/3.2.2) aufweist bzw. aufweisen und somit die Auftrieb erzeugende Konstruktion, die aus der Hülle (1) und Flügeln (3.1 und 3.2) des Hybridfluggerätes besteht, sowohl eine rotationssymmetrische als auch eine spiegelsymmetrische Konfiguration ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein senkrecht startendes und senkrecht landendes Hybridflugzeug, insbesondere ein senkrecht startendes und senkrecht landendes Hybridflugzeug mit der Fähigkeit alle zum Senkrechtstart und zur Senkrechtlandung benötigten Komponenten für den Reiseflug auszunutzen.

Es ist bekannt, dass herkömmliche Flugzeuge eine Start beziehungsweise Landebahn benötigen und dass herkömmliche Hubschrauber vergleichsweise kleine Reichweiten erreichen. Während bei Hubschraubern die Reichweite stark von der Nutzlast abhängt, können Flugzeuge nur unter erheblichen Problemen senkrecht Starten und in eine Konfiguration für den Reiseflug wechseln. Es ist bekannt, dass herkömmliche Luftschiffe nur einen kurzen Startbereich benötigen, relativ schwere Nutzlasten über relativ große Reichweiten befördern können. Luftschiffe sind jedoch wegen ihrer großen Fläche sehr windempfindlich, langsam und meistens nicht starr. Es sind leichter als Luft (LA, Lighter than Air) Konstruktionen mit Linsenförmigen Hüllen bekannt, sowie Flugzeuge, welche ihre Flügel um 90 Grad drehen können um so senkrecht zu starten.

Versuche Fluggeräte durch Verwendung von drehbaren Flügeln sowohl für den Senkrechtstart, wie auch für den Reiseflug zu konzipieren haben sich bisher nicht bewährt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Fluggerät zu schaffen, welches einen Senkrechtstart und eine Senkrechtlandung erlaubt und mit welchem relativ schwere Nutzlasten über relativ große Reichweiten transportiert werden können.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das Hybridflugzeug zunächst prinzipiell wie ein Hubschrauber senkrecht startet und danach durch Manipulation der Konfiguration nahezu alle Systeme, welche für den senkrechten Start benötigt wurden, für den Reiseflug verwendet. Gleichzeitig ist das Potenzial der „leichter als Luft" Konstruktionen große Nutzlasten heben zu können durch eine kreisrunde, linsenförmige Hülle optimal bezüglich Auftrieb und Widerstand ausgenutzt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Hybridfluggerät mit einer vorzugsweise kreisrunden, linsenförmigen Hülle vorgeschlagen, welches die in Anspruch 1 und in den Unteransprüchen genannten Merkmale aufweist, welche sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass an der Hülle seitlich zwei Flügel mit beispielsweise symmetrischem Flügelprofil angebracht sind, von denen mindestens einer so aufgebaut ist, dass sowohl das vordere, als auch das hintere Teil des Flügels um einen bestimmten Winkel geklappt werden kann und somit die Flügel des Hybridflugzeugs sowohl eine rotationssymmetrische, als auch eine spiegelsymmetrische Konfiguration einnehmen können. Die Anstellwinkel der Flügel mit beispielsweise symmetrischem Flügelprofil können vorzugsweise mit Hilfe des Drehmechanismus geregelt an den aktuellen Flugzustand angepasst werden.

Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Hybridflugzeuges, bei welchem die Rotation der Hülle mit den Flügeln für den Senkrechtstart mit beweglichen ummantelten Propellern, welche an den äußeren Enden der Flügel in die Flügel eingearbeitet sind, realisiert wird. Die Beweglichkeit der ummantelten Propeller besteht vorzugsweise darin, dass ihre Schubrichtung, wie auch ihr Schub geregelt an den aktuellen Flugzustand angepasst werden kann.

Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Hybridflugzeuges, bei welchem die Kabine an der Hüllenkonstruktion drehbar gelagert ist, sodass die Hülle um ihre vertikale Spiegelachse rotieren kann, während die Kabine nicht mitrotiert. Die eben erwähnte drehbare Lagerung beinhaltet vorzugsweise einen Schleifkontakt zur Energieübertragung von der Energieversorgung zu den Hauptantrieben. Die Steuerung erfolgt von der Kabine aus. Steuersignale werden über Funk an einen Bordcomputer in der Hülle übertragen. Dieser steuert und regelt die entsprechenden Mechanismen sowohl bei Senkrechtstart, als auch im Reiseflug und bei der Landung. Bei einem Ausfall des Bordcomputers oder der Mechanik sind manuelle Steuerimpulse zur sicheren Landung aktivierbar.

Die Energieversorgung befindet sich in der Kabine und/oder als Solarzellen auf der oberen Hüllenoberfläche.

Die drehbare Lagerung ist so ausgestaltet, dass sie bei einem bestimmten Drehwinkel der Hülle gegenüber der stehenden Kabine geregelt einrasten kann, sodass Hüllen- und Kabinenkonstruktion dann fest miteinander verbunden sind und eine ausgerichtete spiegelsymmetrische Flugzeugkonfiguration einen geregelten Vorwärtsflug gewährleisten kann. Die Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Hülle wird nach dem Senkrechtstart abgebremst, sodass der Einrasvorgang flugmechanisch kein Problem darstellt. In der Übergangsphase vom Senkrechtstart in den Reiseflug verliert dieses Fluggerät aufgrund der großen Fläche nur wenig an Höhe, vergleichbar mit einem Fallschirm. Ein Trudeln tritt nicht auf, wie bei etwa einem Teller in einem Swimmingpool, da ein LA-Gas als Flächenlast der Schwerkraft entgegenwirkt, wie etwa eine gefangene stabile Luftblase unter dem Teller im Pool.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Hybridflugzeuges ist zwischen der Kabine und dem drehbaren Lager mit dem Schleifkontakt eine schienenartige Konstruktion eingebracht, um die Position der Kabine gegenüber der Hülle mittels beispielsweise gleitender Lager oder Rollen veränderbar zu gestalten. Die Kabine kann vorzugsweise von der Schiene einfach getrennt und ausgetauscht werden. Durch die Schiene an der drehbaren Lagerung kann die Kabine nahezu zu jedem, für einen sicheren Flug erforderlichen, Punkt hinbewegt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeichnet das Hybridflugzeug dadurch aus, dass die Energieversorgung durch mindestens einen dimensionierten Verbrennungsmotor und Treibstoff und/oder durch mindestens eine dimensionierte Batterieeinheit und/oder durch mindestens eine dimensionierte Brennstoffzelleneinheit und/oder durch mindestens eine dimensionierte Solarzelleneinheit gewährleistet wird. Beispielsweise können Solarzellen auf der Oberseite der Hülle angebracht sein, wie auch Brennstoffzellen in der Nutzlast, welche die Elektromotoren der ummantelten Propeller, der Regelung und der Drehmechanismen mit Strom versorgen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeichnet das Hybridflugzeug dadurch aus, dass Nebenantriebe, welche vorzugsweise seitlich an der Kabine und/oder beispielsweise auch an der Schiene befestigt sind, für eine geregelt kontrollierbare Ausrichtung der Kabine beim Senkrechtstart vorgesehen sind.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeichnet das Hybridflugzeug dadurch aus, dass mindestens eine beispielsweise ausfahrbare Seitenleitwerkseinrichtung den Freiheitsgrad um die Hoch achse des Hybridflugzeuges im Reiseflug stabilisiert. Das Seitenleitwerk kann beispielsweise aus der Hülle ausfahrbar realisiert werden. Vorzugsweise befindet sich das Seitenleitwerk aber am hinteren Ende der Schiene, sodass sie nicht ausfahrbar gestaltet werden muss und es dort die Rotation der Hüllenkonstruktion beim Senkrechtstart nicht stört. Als konstruktive Maßnahme, um den Schwerpunkt des Systems beim Senkrechtstart in der Rotationsachse zu halten, wird z.B. die Motorisierung der Kabinenverstellbarkeit auf der vorderen Seite der Schiene positioniert.

Das Ausführungsbeispiel zeichnet das Hybridflugzeug dadurch aus, dass die statische bzw. dynamische Stabilität des Hybridflugzeuges im Reiseflug, bzw. die Steuerung des Nickmoments geregelt in umgedrehter T-Leitwerkskonfiguration von einem relativ kleinen Höhenleitwerk vorgenommen wird. Für das Momentengleichgewicht ist auch eine „Canard-Konstruktion" vor der Kabine denkbar. Das Höhenleitwerk kann beispielsweise aus dem Seitenleitwerk ausklappbar realisiert werden. Vorzugsweise befindet sich das Höhenleitwerk aber am hinteren Ende der Schiene unter dem Seitenleitwerk, sodass sie nicht ausfahrbar gestaltet werden muss und es dort die Rotation der Hüllenkonstruktion beim Senkrechtstart nicht stört. Die umgedrehte T-Leitwerkskonfiguration dient gleichzeitig als Stütze am Boden und kann stabil jedoch leicht ausgestaltet werden, sodass sie die Konstruktion gemeinsam mit der Kabine auch ohne Helium trägt. In die Kabine wie auch in das Höhenleitwerk können Räder eingebracht werden, damit sich das Hybridflugzeug auch am Boden fortbewegen kann.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeichnet das Hybridflugzeug dadurch aus, dass in einer geeigneten, vorzugsweise hori zontalen Ebene der horizontal ausgerichteten Hülle ein Notfallschirm gespannt ist, welcher die Kabine bei einem unwahrscheinlichen Versagen der Hülle und Entweichen des LA-Gases heil wieder zur Erde bringt.

Innerhalb der Hülle befindet sich eine rotationssymmetrische Ballonett-Konstruktion, mit welcher die Druckdifferenz zwischen dem Traggasdruck und dem Umgebungsdruck geregelt konstant gehalten wird.

Die Erfindung ist anschließend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Hybridfluggerätes in der rotationssymmetrischen Konfiguration für den Senkrechtstart und Senkrechtlandung in seitlicher Ansicht (1.1) und der Flügel von der Seite (1.2)
2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Hybridfluggerätes in der spiegelsymmetrischen Konfiguration für den Reiseflug in seitlicher Ansicht; und
3 eine Prinzipskizze des Übergangs von der rotationssymmetrischen Konfiguration in die spiegelsymmetrische Konfiguration bzw. des Übergangs vom Senkrechtstart in den Reiseflug darstellt.
1.1 zeigt eine kreisrunde, linsenförmige Hülle (1), welche ein Volumen (2) einschließt, das mit einem leichter als Luft Gas gefüllt werden kann. Die Ballonett-Konstruktion (1.1) verläuft konzentrisch zur Hülle in welche regelbare Lüfter (1.2) eingebaut sind. Am Außen radius der Hülle (1) befindet sich vorzugsweise ein Kohlefaserring (1.3), womit die Ausdehnung der Hülle (1) zu einer Kugel verhindert wird.
Des Weiteren zeigt 1.1 zwei Flügel (3.1 und 3.2), die an der Hülle (1) seitlich und horizontal angeordnet sind und sowohl eine rotationssymmetrische Hubschrauber-, als auch eine spiegelsymmetrische Flugzeugkonfiguration mit regelbarem Anstellwinkel einnehmen können.
1.1 zeigt die Flügel (3.1 und 3.2) von hinten bzw. von vorne. In 1.2 wird der rechte Flügel (3.2) von rechts gesehen dargestellt. In beide Flügel sind gemäß 1.2 Klappen (3.1.1, 3.1.2 und 3.2.1, 3.2.2) eingebaut, die für eine rotationssymmetrische Hubschrauber-, wie auch spiegelsymmetrische Flugzeug-Auftriebskonfiguration geregelt Sorge tragen.
Wenn es für den dynamischen Auftrieb erforderlich ist, können die Flügel (3.1 und 3.2) auch schwenkbar gestaltet werden, damit ihr Anstellwinkel geregelt verändert werden kann. Die Drehung der Flügel (3.1 und 3.2) um die Rotationsachse (4) kann mit Drehmechanismen (5) gewährleistet werden, die direkt zwischen Hülle (1) bzw. Ring (1.3) und Flügel (3.1 und 3.2) montiert sind. 1.1 veranschaulicht ein Drehmechanismus (5) in der Mitte der Hülle (1).
Es wird darauf hingewiesen, dass für die Funktionalität des Vorschlags nicht die Drehbarkeit der Flügel von Bedeutung ist, sondern die Fähigkeit der Flügelkonstruktion sowohl eine rotationssymmetrische Hubschrauber-, als auch eine spiegelsymmetrische Flugzeugkonfiguration mit regelbarem Anstellwinkel einnehmen zu können.
1.1 veranschaulicht zusätzlich die Hauptantriebe (7.1 und 7.2), die an den Enden der Flügel (3.1 und 3.2) montiert sind. Ihre Schubvektoren (8) zeigen in der Ausgangskonfiguration für den Senkrechtstart in die entgegengesetzte Richtung und sind rotationssymmetrisch angeordnet. Eine weitere Möglichkeit zum Senkrechtstart kann erfolgen, wenn die Schubvektoren vertikal nach unten wirken. Dies ist jedoch erfahrungsgemäß gefährlich wegen des Aufschaukelverhaltens. Wesentlich sicherer ist ein Senkrechtstart in der Hubschrauberkonfiguration.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Hauptantriebe (7.1 und 7.2), die an den Enden der Flügel (3.1 und 3.2) montiert sind, gegenüber der Flügel (3.1 und 3.2) mittels eingebrachter Drehmechanismen geregelt um die Rotationsachse (4) schwenkbar sind, um z.B. die Schubrichtung des Hauptantriebes (3.1 und 3.2) horizontal zu halten, während der Anstellwinkel des vollsymmetrischen Flügelprofils durch geregelte Drehung der Flügel (3.1 und 3.2) beim Senkrechtsart für den notwendigen Auftrieb sorgt. Des Weiteren wird die Hülle (1) beim ausgerichteten Reiseflug nicht angestellt, sondern geregelt in der Horizontalen gehalten, während der dynamische Auftrieb von den Flügeln (3.1 und 3.2) und von einer angepassten Canard-Konstruktion (6) an der Kabine erzeugt wird. Dem durch die Luftkräfte am Flügel entstehenden Moment um den Schwerpunkt wirkt das von den Luftkräften an der angepassten Canard-Konstruktion (6) erzeugte Moment entgegen. Somit kann man auf ein überdimensionales Höhenleitwerk verzichten und dennoch relativ schnell fliegen. Das Höhenleitwerk dient zur Steuerung des Nickmoments und zur Unterbringung einer Fahrwerkskonstruktion.
In 1.1 ist die Situation dargestellt, wie die Hauptantriebe (7.1 und 7.2) bei rotationssymmetrischer Konfiguration die Hülle (1) mit den Flügeln (3.1 und 3.2) in Rotation um die Rotationsachse (10) der Hülle (1) versetzen und durch Anstellung der Flügel (3.1 und 3.2) gegen die Rotationsrichtung Auftrieb erzeugen.
Des Weiteren zeigt 1.1 die Kabine (15), die mit der Hülle (1) mittels eines drehbaren Lagers (12) verbunden ist. Zwischen die Kabine (15) und das drehbare Lager (12) ist eine schienenartigen Konstruktion (11) eingebracht, um die Position der Kabine (15) gegenüber der Hülle (1) mittels beispielsweise gleitender Lager (14) oder beispielsweise Rollen veränderbar zu gestalten. Dies dient zur Regelung des Schwerpunktes. Die Kabine (15) kann von der Schiene (11) einfach getrennt und ausgetauscht werden. Die Kabine (15) kann die Energieversorgung (16) beinhalten. Beim Austausch der Kabine (15) wird zunächst eine Hilfsstütze unter das Hybridflugzeug geschoben, welche beim Entfernen der Kabine sowohl die Masse der Kabine, als auch deren Tragfähigkeit ersetzt.
1.1 veranschaulicht zusätzlich die Nebenantriebe (17), die an den Seiten der Kabine (15) mit einem horizontalen Schubvektor (19) befestigt sind. Die Nebenantriebe (17) an den Seiten der Kabine (15) sind symmetrisch angeordnet und verhindern bei rotationssymmetrischer Konfiguration von Hülle (1) und Flügeln (3.1 und 3.2) das Mitrotieren der Kabine (15) und regeln deren Ausrichtung.
Sowohl das Seitenleitwerk (20), als auch das Höhenleitwerk (21) sind in 1.1 veranschaulicht und weil sie mit der Schiene verbunden sind, welche in der rotierenden Konfiguration nicht mitrotiert, hat die umgedrehte T-Leitwerkskonfiguration keinen bremsenden Effekt auf die rotierende Hülle. Es ist auch denkbar, dass keine Nebenantriebe (17) montiert sind, sondern ein Fenestron im Seitenleitwerk (20), welches das Mitrotieren der Kabine (15) verhindert und die Ausrichtung des fest verbundenen Kabinen-Schienen-Leitwerkssystems regelt.
Die horizontale Ebene (22), welche beispielhaft die ideale Position für den gespannten Notfallschirm (23) darstellt, wird in 2 veranschaulicht.
2 zeigt die gleiche kreisrunde, linsenförmige Hülle (1), wie 1, jedoch ist die Hülle (1) in 2 gegenüber der Hülle (1) in 1 um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn von oben gesehen gedreht. Der Flügel (3.1) in 2 ist im Vergleich zu 1 so verändert, dass die Schubvektoren (8) der Hauptantriebe (7.1 und 7.2) in die gleiche Richtung zeigen können, um an beiden Flügeln dynamischen Auftrieb zu erzeugen und somit 2 die spiegelsymmetrische Reisekonfiguration darstellt.
Die Hauptantriebe (7.1 und 7.2) an den Enden der Flügel (3.1 und 3.2) versetzen bei spiegelsymmetrischer Konfiguration das Hybridflugzeug in eine Vorwärtsbewegung durch gleichgerichtete Schubvektoren (8) und erzeugen durch Anstellung der Flügel (3.1 und 3.2) Auftrieb.
Des Weiteren zeigt 2 die Kabine (15), die mit der Hülle (1) mittels eines drehbaren Lagers (12) verbunden ist, das jedoch für die Reisekonfiguration bereits eingerastet ist und das dann eine feste Verbindung zwischen Kabine (15) und Hülle (1) darstellt. Zwischen der Kabine (15) und dem drehbaren Lager (12) ist eine schienenartige Konstruktion (11) angebracht. Der Massenschwerpunkt des Systems kann zum Zweck der statischen und dynamischen Stabilität im Reiseflug bewegt werden, indem die Kabine (15) auf der hierfür vorgesehenen Schiene (11) bewegt wird.
2 veranschaulicht zusätzlich die Nebenantriebe (17), die an den Seiten der Kabine (15) mit einem horizontalen Schubvektor (19) um die Rotationsachse (18) rotierbar befestigt sind. Die Nebenantriebe (17) an den Seiten der Kabine (15) sind symmetrisch angeordnet und unterstützen bei spiegelsymmetrischer Konfiguration durch gleichgerichteten Schub die Vorwärtsbewegung des Hybridflugzeuges. Würde man ein Fenestron verwenden, würde man wahrscheinlich Masse einsparen, jedoch diese unterstützende Schubkraft verlieren.
Sowohl das Seitenleitwerk (20), als auch das Höhenleitwerk (21) sind in 2 veranschaulicht. Sie gewährleisten in der spiegelsymmetrischen Konfiguration die Steuerbarkeit und die Stabilität des Hybridflugzeuges im Reiseflug.
2 veranschaulicht zusätzlich die horizontale Ebene (22), welche beispielhaft die ideale Position für den gespannten Notfallschirm (23) darstellt. Der Notfallschirm weist in der Mitte ein Loch auf.
3 zeigt das stark vereinfachte Hybridflugzeug von oben in vier Zuständen (Z1 bis Z4) und die skizzenhafte Darstellung des Übergangs aus dem Senkrechtstart in den Reiseflug.
Zunächst befindet sich das Fluggerät am Boden. Die Kabine ist ausgetauscht, die Nutzlast ist geladen und alle Systeme wurden auf ihre Funktionsfähigkeit ausreichend gecheckt. Die Hilfsstütze wird weg geschoben. Die Steuerkommandos für den Start werden von der Kabine aus zum Empfänger im Hüllensystem gesendet und vom Bordcomputer an die Klappenmotoren und den Hauptantrieb weitergegeben. Die Hauptantriebe erzeugen daraufhin entgegengesetzten Schub, versetzen die Hülle und die Flügel in Rotation und das Hybridflugzeug beginnt zu steigen, bis es eine gewünschte Höhe erreicht hat. Diese Höhe darf die Prallhöhe des Hybridflugzeuges nicht übersteigen.
Das Abbremsen der Rotation nach der Steigphase (Z1) für den Übergang in den ausgerichteten Reiseflug (Z4) kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Eine sichere Variante besteht darin, nach dem Erreichen der gewünschten Höhe die Antriebe zunächst zu deaktivieren und die Flügel langsam und gleichmäßig anzustellen, so dass die Rotation wegen des erhöhten Widerstandes abklingt. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit einen für die einrastende Drehlagerung verträglichen Wert angenommen hat, rastet die Drehlagerung ein und Hülle, Flügel, Schiene, Kabine, Canard und Leitwerke bilden ein festes System, vergleichbar mit einem Flugzeug. Währenddessen sinkt das Hybridflugzeug langsam und stabil, vergleichbar mit einem Fallschirm, jedoch aufgrund des Auftriebsgases in der Hülle wesentlich langsamer. Nach dem Einrasten werden die Flügel und Klappen in die entsprechende spiegelsymmetrische Stellung gebracht und der Schub wird gleichgerichtet aktiviert. Die Steuerbefehle erfolgen auf Knopfdruck bzw. mit einem Joystick und werden für das Gerät vom Bordcomputer übersetzt.
Während des Reisefluges wird mit Hilfe der Canard- und Höhenleitwerkskonstruktion die Hülle geregelt horizontal gehalten. Die Flugmechanik im Reiseflug ist ähnlich zu einem Flugzeug bzw. Nurflügler. Der wesentliche Teil des dynamischen Auftriebs wird jedoch an den Flügeln erzeugt. Am Canard und an der Kabine entsteht ebenfalls dynamischer Auftrieb. Bei der Ankunft am Reiseziel werden die Hauptantriebe aktiviert und die Klappen als Bremsklappen benutzt, bis das Hybridflugzeug nahezu keine kinetische Energie mehr besitzt.
Die Flügel-Klappenkonfiguration wird wieder auf rotationssymmetrische Stellung gebracht und durch entgegengesetzten Schub der Hauptantriebe wird die Hülle mit den Flügeln so in Rotation versetzt, dass nach einem langsamen, stabilen und sicheren Sinken eine weiche Landung erfolgt.
Der Übergang zwischen den verschiedenen Flugphasen lässt sich aber auch wesentlich abenteuerlicher gestalten, indem der Schub nicht deaktiviert wird und die kinetische Energie der Rotation zum Teil erhalten bleibt, indem das Fluggerät spiralenförmig vom Steigflug in den Reiseflug übergeführt wird. Während des Spiralenfluges klingt die Rotation ebenfalls ab, die Kabine schaut dabei jedoch stets in dieselbe Himmelsrichtung. Die Flugregelung gewährleistet das Horizontalbleiben der Hülle. Nach dem Einrasten muss das Hybridflugzeug nun nicht mehr von Null aus beschleunigen. Die Landephase würde sich demnach mit immer enger geflogenen Kurven einleiten lassen, was sich jedoch als sehr abenteuerlich erweisen dürfte.
Erste Überlegungen hierzu führen zu der Schlussfolgerung, dass es Maßnahmen gibt, welche die Änderung der Konfiguration von rotati onssymmetrisch auf spiegelsymmetrisch und umgekehrt begünstigen.
Der Übergang erfolgt spiralenförmig, wobei die Spiralenrichtung durch die Rotationsrichtung (26) der Hülle (1) vorgegeben ist und ein innerer (3.1) und ein äußerer (3.2) Flügel definiert werden kann, wenn die rotationssymmetrische Hülle (1) eine Vorder- und eine Rückseite im Reiseflug definieren lässt. Die Rückseite kann mit einem beispielsweise aus der Hülle ausfahrbaren Seitenleitwerk (20) charakterisiert werden, während die Vorwärtsrichtung (24) der Hülle (1) in 3 mit dem entsprechenden Pfeil dargestellt wird. Die globale Ausrichtung (25) der Kabine (15) ändert sich beim Übergang nicht, sodass sie während des in 3 dargestellten Übergangs stets in die gleiche Richtung schaut.
Die möglichen Maßnahmen zur Änderung der Konfiguration von rotationssymmetrisch auf spiegelsymmetrisch sind:
Der innere Flügel (3.1) wird um die Rotationsachse (4) gegen den Uhrzeigersinn so gedreht, dass der Schub des Hauptantriebes (7.1) die innere Seite des Hybridflugzeuges während der Übergangsphase nicht absacken lässt, während die vergrößerte Widerstandsfläche des Flügels (3.1) in Folge des Drehens zur Abschwächung der Rotation beiträgt. In 3 wird das in Zustand 2 (Z2) dargestellt.
Um einen sanfteren Übergang zu gewährleisten ist es denkbar nur den Hauptantrieb (7.1) um 180 Grad zu drehen. Danach wird der Anstellwinkel des Flügels (3.1), der dann wie auch Flügel 3.2 vollsymmetrische Profile aufweist, an die symmetrische Reisekonfiguration angepasst. Denkbar ist auch, dass die Antriebe auf Umkehrschub gestellt werden oder ausgeschaltet werden, bis die Rotation aufgrund des Widerstandes abklingt. In derselben Zeit ändert man die Konfiguration.
Die Seitenleitwerke (20) werden ausgefahren und tragen durch die vergrößerte Widerstandsfläche zur Abschwächung der Rotation bei. In 3 wird das in Zustand 3 (Z3) dargestellt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Seitenleitwerke an der Schiene befestigt, dennoch könnten ausfahrbare Bremsklappen montiert sein, falls diese wegen des zu langsamen Abklingens der Rotation erforderlich sind.
Einrasten der drehbaren Lagerung (12) für eine gleichgerichtete Ausrichtung von Hülle (1), Flügel (3.1 und 3.2) und Kabine (15) für den Reiseflug. Der Massenschwerpunkt des Systems wird zum Zweck der statischen und dynamischen Stabilität im Reiseflug nach außen bewegt, indem die Kabine (15) auf der hierfür vorgesehenen Schiene (5) nach vorne bewegt wird. Durch die Veränderung des Massenträgheitsmomentes wird die Rotation schließlich gestoppt. In 3 wird das in Zustand 3 (Z3) dargestellt. Der Übergang wird mit regelungstechnischen Maßnahmen realisiert.
Der Übergang in die Phase der Senkrechtlandung erfolgt analog zu 3, jedoch rückwärts. Zunächst fliegt das Hybridflugzeug eine immer engere Kurve, bis der geregelte Übergang stattfindet und das Hybridfluggerät senkrecht landet. Danach kann die Kabine (15) ausgetauscht und das Hybridflugzeug wieder senkrecht gestartet werden.

1: Hülle
1.1: Ballonett-Konstruktion
1.2: Lüfter
1.3: Kohlefaserring
2: Volumen
3.1: Flügel (innen, s. auch 3)
3.2: Flügel (außen, s. auch 3)
3.1.1: Klappe vorn
3.2.2: Klappe hinten
4: Rotationsachse (Flügel)
5: Drehmechanismus
6: Canard
7.1: Hauptantrieb (innen, s. auch 3)
7.2: Hauptantrieb (außen, s. auch 3)
8: Schubvektor (Hauptantriebe)
9: Nullauftriebsrichtung (Flügel, Neutralstellung)
10: Rotationsachse (Hülle)
11: Schiene
12: Lagerung (drehbar um 10)
13: Schleifkontakt
14: Lager (gleitend bzw. rollend)
15: Kabine
16: Energieversorgung
17: Nebenantriebe (90° um Achse 10 gedreht dargestellt)
18: Rotationsachse (Nebenantriebe) (90° um Achse 10 gedreht!)
19: Schubvektor (Nebenantriebe) (90° um Achse 10 gedreht!)
20: Seitenleitwerk
21: Höhenleitwerk
22: Ebene (vorzugsweise horizontal)
23: Notfallschirm
24: Vorwärtsrichtung (Hülle)
25: globale Richtung (Kabine)
26: Rotationsrichtung (Hülle)

In 1.1 wurden wegen der Übersichtlichkeit 17, 18 und 19, um die Achse 10 um 90° gedreht dargestellt! Die Schubvektoren (19) sind konstruktiv immer in einer Parallelebene zur Schienenebene zu denken. Benutzt man z.B. die Fenestron-Technologie (17+) können die schweren Nebenantriebe (17) eingespart werden.

Claims

Hybridflugzeug mit mindestens einer rotationssymmetrischen, vorzugsweise linsenförmigen Hülle (1), welche ein Volumen (2) einschließt, das mit einem leichter als Luft Gas gefüllt werden kann, gekennzeichnet durch mindestens zwei an der Hülle (1) seitlich angeordneten Flügel (3.1/3.2), mit vorzugsweise voll symmetrischem Profil, die durch Rotation um die Achse (4) mittels mindestens eines Drehmechanismus (5) oder mittels Betätigung der Klappenkonstruktion (3.1.1/3.1.2/3.2.1/3.2.2) sowohl eine rotationssymmetrische als auch eine spiegelsymmetrische Konfiguration zusammen mit der Hülle (1) einnehmen können.
Hybridflugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der mindestens eine Drehmechanismus (5) auf der Achse (4), vorzugsweise in der Mitte der mindestens einen Hülle (1) befindet.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Drehmechanismus (5) geregelt ein Drehmoment auf die Flügel (3.1/3.2) übertragen kann.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel der Flügel (3.1/3.2) durch den mindestens einen Drehmechanismus (5) regelbar ist.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens zwei vorzugsweise in die Flügel integrierte Hauptantriebe (7.1/7.2), die sich vorzugsweise an den äußeren Enden der Flügel (3.1/3.2) befinden und dessen Schubvektor (8) vorzugsweise gegen die Nullauftriebsrichtung (9) der symmetrischen Flügelprofile zeigt.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eingebrachte Drehmechanismen eine relative Rotation der Hauptantriebe (7.1/7.2) gegenüber der Flügelausrichtung erlauben.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die geregelte Änderung der Rotationsrichtung des im einen der Hauptantriebe (7.1/7.2) integrierten Schuberzeugers der Schubvektor (8) des Hauptantriebes umgekehrt werden kann.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der mindestens einen Hülle (1) mindestens eine Schiene (11) verbunden ist, die vorzugsweise zur Rotationsachse (10) symmetrisch ist und die vorzugsweise die Rotationsachse (10) schneidet und die sich vorzugsweise unter der Hülle (1) befindet.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schiene (11) und die mindestens eine Hülle (1) durch mindestens eine drehbare Lagerung (12) miteinander verbunden sind und die Rotationsachse der mindestens einen drehbaren Lagerung (12) mit der mindestens einen Rotationsachse (10) zusammenfällt.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Lagerung (12) mindestens einen Schleifkontakt (13) aufweist.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Lagerung (12) abhängig von der Drehposition und der Flugphase einrastet und somit den Rotationsfreiheitsgrad der drehbaren Lagerung (12) geregelt blockiert wird, um eine symmetrische Konfiguration zu fixieren.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch mindestens einen Lager (14) die Nutzlast (15) mit der Schiene (12) verbunden ist.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lager (14) auf der Schiene (12) verschoben werden kann.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lager (14) einfach von der Schiene (12) getrennt werden kann.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Nutzlast (15) und/oder in die Schiene (12) und/oder in das Lager (14) und/oder in die Hülle (1) die Energieversorgung (16) eingebaut ist.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung (16) durch mindestens einen Verbrennungsmotor und Treibstoff und/oder durch mindestens einen Elektromotor und Batterien und/oder durch mindestens einen Elektromotor und Brennstoffzellen und/oder durch mindestens einen Elektromotor und Solarzellen gewährleistet wird.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen vorzugsweise zwei an der Nutzlast (15) befestigten Nebenantriebe (17), dessen Schubvektor (8) vorzugsweise durch Rotieren der Nebenantriebe (17) um ihre Rotationsachse (18) veränderlich ist.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen vorzugsweise zwei an der Schiene (11) und/oder am Lager (14) befestigten Nebenantriebe (17), dessen Schubvektor (8) vorzugsweise durch Rotieren der Nebenantriebe (17) um ihre Rotationsachse (18) veränderlich ist.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die geregelte Änderung der Rotationsrichtung des im einen der Nebenantriebe (17) integrierten Schuberzeugers der Schubvektor (19) des entsprechenden Nebenantriebes (17) umgekehrt werden kann.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation für den Konfigurationswechsel der Nebenantriebe (17) um ihre Rotationsachse (18) geregelt ist.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Seitenleitwerk (20), wel ches entweder an der Schiene (11) und/oder an der Hülle (1) und/oder an den Flügeln (3.1/3.2) befestigt ist.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Seitenleitwerk (20), welches ausfahrbar ist.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Höhenleitwerk (21), welches entweder an dem Seitenleitwerk (20) und/oder an der Hülle (1) und/oder an der Schiene (11) befestigt ist.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Höhenleitwerk (21), welches ausfahrbar ist.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine horizontale Ebene (22) der Hülle (1) ein Notfallschirm (23) gespannt ist.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenleitwerk (20) vorzugsweise am hinteren Ende der Schiene (11) montiert und nicht ausfahrbar ist und sich vorzugsweise das Höhenleitwerk (21) unter dem Seitenleitwerk (20) befindet und ein Fenestron (17+) in das Seitenleitwerk (20) eingebaut ist, so dass dadurch vorzugsweise auf die Nebenantriebe (17) verzichtet werden kann.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am vorderen Ende der Schiene (11) eine Canard-Konstruktion (6) für die erforderliche Stabilität im Vorwärtsflug sorgt und zusätzlichen Auftrieb erzeugt.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (1) von einem Kohlefaserring (1.3) stabilisiert wird und dass der Ring (1.3) auch aus einem anderen Faserverbundmaterial gefertigt sein kann als Kohlefaser.
Hybridflugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (1) eine Ballonett-Konstruktion (1.1) aufweist, welche in der Zusammenwirkung mit mindestens einem Lüfter (1.2) für die Kompensation der Volumenänderung des Traggases sorge trägt.