DE102018112079A1

DE102018112079A1 - Senkrecht startendes Luftfahrzeug und Verfahren zu dessen Betrieb, Lasttrageinrichtung und Computerprogramm

Info

Publication number: DE102018112079A1
Application number: DE102018112079.6A
Authority: DE
Inventors: Hyun-Min Kim; Daniel Nonnenmacher; Robin Lantzsch
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV; Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV; Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2019-11-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines senkrecht startenden Luftfahrzeuges (1), bei dem eine außerhalb des Luftfahrzeuges (1) zu transportierende Außenlast (2) mittels einer Lasttrageinrichtung (5) an einer Lastaufnahmeeinrichtung (4) des Luftfahrzeuges (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Sensoreinrichtung (7) ein Lastabstand (Z) automatisch bestimmt wird, der der Abstand zwischen der Lastaufnahmeeinrichtung (4) und der an der Lasttrageinrichtung (5) befestigten (2) Außenlast ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines senkrecht startenden Luftfahrzeuges, bei dem eine außerhalb des Luftfahrzeuges zu transportierende Außenlast mittels einer Lasttrageinrichtung an einer Lastaufnahmeeinrichtung des Luftfahrzeuges befestigt ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein senkrecht startendes Luftfahrzeug mit einer Lastaufnahmeeinrichtung, eine Lasttrageinrichtung zur Befestigung an der Lastaufnahmeeinrichtung eines derartigen Luftfahrzeuges sowie ein Computerprogramm, das zur Durchführung des eingangs genannten Verfahrens eingerichtet ist.
Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet senkrecht startender Luftfahrzeuge, mit denen Außenlasten außerhalb des Luftfahrzeuges transportiert werden. Solche Luftfahrzeuge sind beispielsweise als Drehflügler ausgebildet, z.B. als Hubschrauber. Das Luftfahrzeug kann ein bemanntes oder unbemanntes Luftfahrzeug sein. Die Außenlast wird dabei von einem Startort zu einem Zielort transportiert, wobei während des gesamten Flugbetriebs des Luftfahrzeuges vom Startort zum Zielort die Außenlast außen an dem Luftfahrzeug hängt. Solche Außenlasten sind beispielsweise sperrige und/oder schwere zu transportierende Güter, zum Teil auch solche Lasten, die an einer bestimmten Stelle, z.B. am Zielort, ganz oder teilweise vom Luftfahrzeug abgeworfen werden, wie z.B. bei Löscheinsätzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb eines senkrecht startenden Luftfahrzeuges beim Transport von Außenlasten zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass mittels einer Sensoreinrichtung ein Lastabstand automatisch bestimmt wird, der der Abstand zwischen der Lastaufnahmeeinrichtung und der an der Lasttrageinrichtung befestigten Außenlast ist. Dies hat den Vorteil, dass eine von anderen Systemen auswertbare Größe, nämlich der Lastabstand, zur Verfügung steht, durch die beispielsweise eine automatische Flugregelung verbessert werden kann. Zusätzlich wird die Möglichkeit gegeben, dass der Lastabstand und hiermit ermittelte weitere Größen dem Piloten oder anderen Personen an Bord des Luftfahrzeuges angezeigt werden, sodass diese eine bessere Informationsbasis für die Durchführung ihrer Flugmission haben, wobei insbesondere kritische Flugzustände wie das Absetzen der Außenlast am Boden besser bewältigt werden können.
Hierdurch unterscheidet sich ein solcher Außenlast-Transport auch von Hubschraubereinsätzen, bei denen mittels einer Seilwinde (z.B. Rettungswinde) kurzzeitig eine Person oder ein Gegenstand außerhalb des Luftfahrzeuges hängt. In diesen Einsatzfällen befindet sich die Person oder der Gegenstand nur temporär außerhalb des Luftfahrzeuges, z.B. wenn die Person oder der Gegenstand abgesetzt wird oder zum Luftfahrzeug gezogen wird. Bei solchen Seilwinden ist es bekannt, die von der Seiltrommel der Seilwinde abgewickelte Seillänge anhand der Umdrehungszahl der Seiltrommel zu erfassen und dem Piloten oder einer sonstigen Bedienperson im Luftfahrzeug anzuzeigen.
Bei typischen Transportaufgaben von Außenlasten, wie eingangs erläutert, sind diesbezüglich bisher keine Lösungen bekannt. Die Außenlast wird mittels einer Lasttrageinrichtung an einer Lastaufnahmeeinrichtung des Luftfahrzeuges, z.B. an einem Lasthaken, befestigt. Eine Seilwinde ist hierfür in der Regel nicht vorhanden. Über die Länge der verwendeten Lasttrageinrichtung liegen bisher in der Regel keine Informationen vor, zumindest keine automatisch auswertbaren Informationen.
Die Lasttrageinrichtung ist in der Regel nicht starr am Luftfahrzeug befestigt, sodass im Flugbetrieb des Luftfahrzeuges Pendelbewegungen der Außenlast auftreten können. Durch die Ermittlung des Lastabstands ist zugleich die Pendellänge bekannt, mit der die Außenlast Pendelbewegungen am Luftfahrzeug ausführt. Mittels der Pendellänge kann beispielsweise der Flugregler, insbesondere eine Funktion zur Lastregelung des Flugreglers, in angepasster Weise betrieben werden.
Wie erwähnt, ist es für den Transport von pendelnden Außenlasten an Luftfahrzeugen typisch, dass das Luftfahrzeug keine Seilwinde aufweist, mit der die Pendellänge der Außenlast verändert werden kann. Es kann daher von einer bei einer Flugmission in der Regel gleichbleibenden Pendellänge ausgegangen werden. Die Lastaufnahmeeinrichtung kann insbesondere als biegeschlaffe Lastaufnahmeeinrichtung ausgebildet sein, z.B. als Seil oder Draht. Die Pendellänge bestimmt maßgeblich die Dynamik des Luftfahrzeuges mit der Außenlast. Bei leichten Massen der Außenlast, im Vergleich zur Masse des Luftfahrzeuges, ist die Frequenz der Pendelbewegung der Außenlast eine Funktion der Pendellänge. Auch bei größeren Massen der Außenlast besteht ein Zusammenhang zwischen der Pendelfrequenz und der Pendellänge, jedoch ist dann in verstärktem Maß das Verhältnis zwischen der Masse der Außenlast zu der Masse des Luftfahrzeuges zu berücksichtigen. Das Durchführen einer Flugmission mit einer Außenlast ist für die Crew des Luftfahrzeuges sowie für das Bodenpersonal herausfordernd, da der Pilot die Außenlast unter dem Luftfahrzeug ohne Hilfsmittel nicht direkt sehen kann und über die Bewegung des Luftfahrzeuges die Außenlast kontrollieren muss. Hierbei ist ein Aufschwingen der Außenlast in allen Flugzuständen zu verhindern. Vor allem in im Schwebeflug bei der Aufnahme und beim Absetzen der Außenlast kann eine unkontrollierte Lastbewegung für das Bodenpersonal gefährlich werden. Zudem hat das Anhängen einer Außenlast einen starken Einfluss auf die Flugeigenschaften des Luftfahrzeuges und führt daher zu einem veränderten Luftfahrzeug-Flugverhalten und Steuerverhalten.
Die Sensoreinrichtung kann unterschiedlich ausgebildet sein, dementsprechend können auch unterschiedliche Messverfahren für die Erfassung des Lastabstands eingesetzt werden. Die Sensoreinrichtung kann z.B. ein Lasersensor, ein Radarsensor, ein GPS-basierter Sensor, ein Ultraschallsensor oder ein barometrischer Sensor sein. So kann beispielsweise ein Geonavigationsempfänger, z.B. ein GPS-Empfänger oder sonstiger Satellitennavigationsempfänger, an der Stelle angeordnet sein, an der die Lasttrageinrichtung mit der Außenlast gekoppelt ist. Der Lastabstand kann dann ermittelt werden, indem ein Höhensignal des Luftfahrzeuges, das z.B. durch Radarmessung, barometrische Messung oder durch einen weiteren Geonavigationsempfänger im Luftfahrzeug gewonnen wird, mit dem durch den Geonavigationsempfänger an der Außenlast bestimmten Höhensignal verglichen werden.
Dementsprechend kann die Sensoreinrichtung ganz oder teilweise am Luftfahrzeug angeordnet sein, oder zumindest teilweise an der Lasttrageinrichtung und/oder der Außenlast. Sofern die Sensoreinrichtung zur Bestimmung des Lastabstands vollständig am Luftfahrzeug angeordnet ist, bedarf es keiner zusätzlichen Anbringung von Sensorkomponenten an anderen Stellen, wie z.B. an der Außenlast oder an der Lasttrageinrichtung, um die Erfassung des Lastabstands durchführen zu können. Auf diese Weise wird eine einfache operationelle Handhabung des erfindungsgemäßen Systems gefördert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Lastabstand im Zeitpunkt des Anhebens der Außenlast durch das Luftfahrzeug erfasst wird. Dies hat den Vorteil, dass keine permanente Bestimmung des Lastabstands durchgeführt werden muss. Stattdessen kann eine zuverlässige Bestimmung des Lastabstands einmalig im Zeitpunkt des Anhebens der Außenlast durchgeführt werden. Dies kann z.B. dadurch realisiert werden, dass mittels einer zusätzlichen Sensoreinrichtung, z.B. einer Kraft-Sensoreinrichtung, erfasst wird, wenn die an der Lastaufnahmeeinrichtung einwirkende Belastung plötzlich stark ansteigt. Hierdurch kann der Zeitpunkt des Anhebens der Außenlast erkannt werden. Beispielsweise kann ein fester absoluter oder relativer Schwellenwert der an der Lastaufnahmeeinrichtung einwirkenden Belastung zum Triggern der Erfassung des Lastabstands verwendet werden, oder eine differenzielle Größe, wie z.B. die zeitliche Veränderung der an der Lastaufnahmeeinrichtung einwirkenden Belastung. Die Erfassung des Lastabstands kann erfolgen, bevor die Außenlast vollständig angehoben ist, d.h. bevor sie vom Boden abgehoben hat.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erfolgreiche Bestimmung des Lastabstands durch wenigstens einen Signalgeber des Luftfahrzeuges akustisch, visuell und/oder haptisch bestätigt wird. Dies hat den Vorteil, dass den Personen an Bord des Luftfahrzeuges eine Rückmeldung gegeben wird, dass der Lastabstand bestimmt wurde, sodass diese Personen darüber informiert sind, dass die mit der Bestimmung des Lastabstands gekoppelten Funktionen, wie z.B. Funktionen des Flugreglers, korrekt durchgeführt werden. Zudem kann durch die im Luftfahrzeug befindlichen Personen eine Plausibilitätskontrolle durchgeführt werden, ob die vorhandenen Systeme korrekt arbeiten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Zeitpunkt des Anhebens der Außenlast über wenigstens eine weitere Sensoreinrichtung die Höhe des Luftfahrzeuges über dem Boden automatisch erfasst wird und die erfasste Höhe mit dem Lastabstand verglichen wird. Auf diese Weise kann eine von der eingangs genannten Sensoreinrichtung unabhängige Größe, die ein Maß für die Pendellänge bzw. den Lastabstand darstellt, gewonnen werden. Dies ermöglicht beispielsweise eine Plausibilitätsprüfung des über die erstgenannte Sensoreinrichtung erfassten Werts des Lastabstands. Hierdurch kann die Robustheit der Messung des Lastabstands erhöht werden. Es ist dabei vorteilhaft, wenn als weitere Sensoreinrichtung eine Sensoreinrichtung genutzt wird, die ohnehin am Luftfahrzeug vorhanden ist, wie z.B. ein Höhenmesser. Zudem verfügen die meisten Luftfahrzeuge über ein nach unten gerichtetes Radar, das den Abstand zum Boden misst. Mittels solcher Sensoreinrichtungen kann die Höhe des Luftfahrzeuges im Zeitpunkt des Anhebens der Außenlast ebenfalls erfasst werden und als Vergleichswert für den ermittelten Lastabstand herangezogen werden. Wird bei dem Vergleich festgestellt, dass der durch die Sensoreinrichtung erfasste Lastabstand unplausibel ist, kann beispielsweise eine erneute Erfassung des Lastabstands durchgeführt werden, oder es kann zumindest signalisiert werden, dass der bestimmte Lastabstand unplausibel und daher nicht verwendbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Differenz zwischen der erfassten Höhe und dem Lastabstand als Lasthöhe ermittelt wird. Auf diese Weise steht eine weitere Größe zur Verfügung, die den Abstand zwischen der Oberseite und der Unterseite der Außenlast charakterisiert. Diese Größe kann für weitere Funktionen verwendet werden, z.B. zur Optimierung des Flugreglers, oder für Anzeige-Zwecke genutzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf wenigstens einer Anzeigeeinrichtung des Luftfahrzeuges der Abstand zwischen der Außenlast und dem Boden angezeigt wird. Dies hat den Vorteil, dass Personen an Bord des Luftfahrzeuges darüber informiert werden, ob damit zu rechnen ist, dass die Außenlast in Kürze den Boden berührt. Die Anzeige des Abstands zwischen der Außenlast und dem Boden ist insbesondere unmittelbar nach dem Abheben des Luftfahrzeuges, wenn die Außenlast angehoben wird, und beim Absetzen der Außenlast am Boden von Wichtigkeit.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen der Außenlast und dem Boden unter Berücksichtigung der Lasthöhe berechnet und angezeigt wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Außenlasten mit großer vertikaler Erstreckung. Da der Lastabstand sich in der Regel auf die Distanz zwischen der Oberseite der Außenlast und der Unterseite des Luftfahrzeuges bezieht, kann durch zusätzliche Berücksichtigung der Lasthöhe eine verbesserte Anzeige des Abstands zwischen der Außenlast, d.h. der Unterseite der Außenlast, und dem Boden ermöglicht werden. Für die Bestimmung des Abstands zwischen der Unterseite der Außenlast und dem Boden kann beispielsweise die zuvor erwähnte Lasthöhe zu dem Lastabstand addiert werden und hiervon die Differenz zur aktuellen Flughöhe bestimmt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Luftfahrzeug einen Flugregler aufweist, der eine Funktion zur Lastregelung aufweist, mit der Pendelbewegungen der Außenlast ausgeregelt werden, wobei wenigstens ein Reglerparameter der Lastregelung aufgrund einer ermittelten Pendellänge der Außenlast bestimmt wird. Auf diese Weise kann der Flugbetrieb mit pendelnden Außenlasten sicherer und weniger belastend für den Piloten gestaltet werden. Die Lastregelung kann beispielsweise eine Funktion zur Kontrolle der Bewegung der Außenlast aufweisen, die darauf abzielt, Pendelbewegungen der Außenlast zu minimieren. Das Ziel hierbei ist, die Dämpfung der Auslenkung der Außenlast gegenüber dem Luftfahrzeug zu optimieren. Eine hierdurch bewirkte Stabilisierung der Pendelbewegung beruht auf dem Prinzip, dass der Aufhängepunkt der Außenlast am Luftfahrzeug, d.h. die Lastaufnahmeeinrichtung, möglichst genau über die Außenlast gestellt werden muss. Der hierfür verwendete Regler basiert darauf, dass die Lastauslenkung in Form von Pendelwinkel und Pendelraten auf die Rotorsteuerung des Luftfahrzeuges zurückgeführt wird. Zumindest ein Reglerparameter der Lastregelung ist dabei von der Pendellänge der Außenlast abhängig. Durch Kenntnis der Pendellänge, die z.B. aus dem Lastabstand gewonnen werden kann, kann ein jeweils geeigneter Reglerparameter automatisch ausgewählt werden, z.B. über ein Kennlinienfeld solcher Reglerparameter.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Pendellänge der Lastabstand oder das Minimum aus Lastabstand und erfasster Höhe verwendet wird. Sofern nur der Lastabstand als Eingangsgröße zur Verfügung steht, kann der Lastabstand direkt als Pendellänge übernommen werden. Ist zusätzlich die erfasste Höhe zum Zeitpunkt des Anhebens der Außenlast bekannt, so kann hieraus der kleinere Wert ausgewählt werden, da eine kürzere Pendellänge der kritischere Wert für die Reglerparameter der Lastregelung ist.
Die Reglerparameter für alle eingesetzten Pendellängen, z.B. 2 m bis 100 m, können in einer sogenannten Lookup-Tabelle mit den Stützpunkten der Pendellänge hinterlegt und in Abhängigkeit der kritischen Pendellänge ausgelesen werden.
Die Lastregelung kann als weitere wesentliche Einflussgröße die Masse der Außenlast beinhalten. Diese Masse besitzt einen wesentlichen Einfluss auf die Stabilität der Pendelbewegung der Außenlast. Somit ergeben sich für unterschiedliche Massen der Außenlast ebenfalls unterschiedliche optimale Reglerparameter. Die ermittelte Masse der Außenlast kann z.B. zum Auslesen der Reglerparameter aus den hinterlegten Lookup-Tabellen verwendet werden.
Die Masse der Außenlast kann beispielsweise über eine Masse-Sensoreinrichtung bestimmt werden, z.B. einen Kraftmesser oder einen Dehnungsmessstreifen. Sobald die Außenlast frei unter dem Luftfahrzeug hängt, wird über einen bestimmten Zeitraum das erfasste Masse-Signal gemittelt. Der sich letztendlich ergebende Wert der Masse wird verwendet, um die Reglerparameter der Lastregelung bereitzustellen. Die Reglerparameter für alle möglichen Massen der Außenlast, z.B. 10 kg bis 1000 kg, können in einer Lookup-Tabelle mit den Stützpunkten der Lastmasse hinterlegt und in Abhängigkeit der Lastmasse ausgelesen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass wenigstens ein weiterer Reglerparameter der Lastregelung aufgrund einer gemessenen Masse der Außenlast festgelegt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Reglerparameter der Lastregelung bei Betätigung eines Lastabwurfbetätigungselementes automatisch verändert wird. Ein solches Lastabwurfbetätigungselement kann z.B. ein Schalter oder Taster am Steuerknüppel des Luftfahrzeuges sein. Durch ein solches Lastabwurfbetätigungselement kann manuell das Kommando gegeben werden, dass die Lastaufnahmeeinrichtung automatisch geöffnet wird, sodass entweder die gesamte Außenlast abgeworfen oder abgesetzt wird, oder ein Teil der Außenlast abgeworfen oder abgesetzt wird. Im letztgenannten Fall kann somit während des Transports die Außenlast hinsichtlich ihrer Masse variieren. Beispiele hierfür sind Wasserbehälter (Bambi-Bucket), deren Inhalt im Flug zur Brandbekämpfung abgelassen wird, oder Lasthaken-Karusselle mit mehreren Lasthaken, die es ermöglichen, einen Teil der Außenlast abzuwerfen oder abzusetzen. Durch die automatische Berücksichtigung der Betätigung des Lastabwurfbetätigungselementes zur Veränderung wenigstens eines Reglerparameters der Lastregelung kann auch hier eine automatische Anpassung an die veränderten Verhältnisse erfolgen. So kann z.B. nach vollständigem Lastabwurf ein Reglerparameter der Lastregelung bereitgestellt werden, der diese veränderte Situation der nicht mehr vorhandenen Außenlast berücksichtigt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Betätigung eines Lastabwurfbetätigungselementes eine erneute Ermittlung der Masse der Außenlast durchgeführt wird und der oder die Reglerparameter der Lastregelung erneut bestimmt werden. Dies ist insbesondere sinnvoll bei teilweisem Lastabwurf oder teilweisem Absetzen der Außenlast. Hierdurch kann wiederum die Lastregelung hinsichtlich der Reglerparameter an die veränderten Verhältnisse angepasst werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch sein senkrecht startendes Luftfahrzeug mit einer Lastaufnahmeeinrichtung, insbesondere einer ohne Seilwinde ausgebildeten Lastaufnahmeeinrichtung, wobei das Luftfahrzeug zur Ausführung eines Verfahrens der zuvor erläuterten Art eingerichtet ist. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Das Luftfahrzeug kann insbesondere eine elektronische Steuereinrichtung und/oder einen Flugregler aufweisen, in dem Funktionen einprogrammiert sind, die zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor erläuterten Art eingerichtet sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Luftfahrzeug eine Sensoreinrichtung zur Ermittlung des Lastabstands aufweist. Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise als Lasersensor, Radarsensor, Ultraschallsensor, Geonavigationsempfänger oder barometrischer Sensor ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung in unmittelbarer Nähe der Lastaufnahmeeinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine besonders genaue Bestimmung des Lastabstands möglich. Insbesondere kann der senkrechte Abstand vom Luftfahrzeug zur Außenlast durch die Sensoreinrichtung gemessen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lastaufnahmeeinrichtung eine Masse-Sensoreinrichtung zur Ermittlung der Masse der an der Lastaufnahmeeinrichtung befestigten Außenlast aufweist. Hierdurch können auf einfache Weise die benötigten Daten für die Masse-Anpassung der Reglerparameter der Lastregelung bereitgestellt werden. Die Masse-Sensoreinrichtung kann z.B. als Kraftmesser oder als Dehnungsmessstreifen ausgebildet sein.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Lasttrageinrichtung zur Befestigung an der Lastaufnahmeeinrichtung eines Luftfahrzeuges der zuvor erläuterten Art, wobei die Lasttrageinrichtung wenigstens eine Lastbefestigungseinrichtung zur Befestigung der Außenlast an der Lasttrageinrichtung aufweist, wobei die Lasttrageinrichtung wenigstens einen an der Lastbefestigungseinrichtung angeordneten Geonavigationsempfänger aufweist. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Der Geonavigationsempfänger kann z.B. ein Empfänger für GPS-Signale, Galileo-Signale oder ähnliche Geonavigations-Signale sein. Mittels des Geonavigationsempfängers kann die aktuelle Höhenposition der Oberseite der Außenlast bestimmt werden, da der Geonavigationsempfänger an der Lastbefestigungseinrichtung angeordnet ist, an der die Lasttrageinrichtung mit der Außenlast gekoppelt wird.
Mittels der so gewonnenen Höheninformation der Oberseite der Außenlast kann der Lastabstand bestimmt werden. Hierzu kann z.B. die vom Geonavigationsempfänger bestimmte Höhe mit einer im Luftfahrzeug ermittelten Flughöhe verglichen werden und die Differenz als Lastabstand bestimmt werden. Ein Mechanismus an der Lastaufnahmeeinrichtung kann beispielsweise erkennen, dass eine Außenlast angehängt ist und somit den Zeitpunkt festlegen, wann der Lastabstand im Zeitpunkt des Anhebens der Außenlast erfasst werden soll.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor erläuterten Art, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird. Der Rechner kann z.B. ein Mikroprozessor oder Mikrocontroller sein. Der Rechner kann z.B. Teil des Flugreglers oder einer anderen elektronischen Steuereinrichtung des Luftfahrzeuges sein. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen

1 bis 3 ein Luftfahrzeug in den verschiedenen Phasen des Startens und Anhebens einer Außenlast und
4 einen Flugregler sowie damit verbundene Sensoreinrichtungen des Luftfahrzeuges gemäß den 1 bis 3.

In der 1 ist dargestellt, dass das Luftfahrzeug 1 bereits vom Boden 3 abgehoben hat. An einer Lastaufnahmeeinrichtung 4 des Luftfahrzeuges 1, z.B. einem Lasthaken, ist über eine Lasttrageinrichtung 5, z.B. ein Seil, eine Außenlast 2 befestigt. Die Außenlast 2 ist dabei an einer Lastbefestigungseinrichtung 6 der Lasttrageinrichtung 5 befestigt. Wie man der 1 entnehmen kann, ist die Lasttrageinrichtung 5 noch nicht unter Spannung, d.h. das Luftfahrzeug 1 befindet sich noch vor dem Zeitpunkt des Anhebens der Außenlast 2.
Die 2 zeigt einen Zustand des Luftfahrzeuges 1, bei dem sich dieses vertikal über der Außenlast 2 befindet. Die Lasttrageinrichtung 5 ist nun gestreckt und leicht gespannt. In diesem Fall befindet sich das Luftfahrzeug 1 im Zeitpunkt des Anhebens der Außenlast 2, wobei die Außenlast 2 aber noch nicht vom Boden 3 abgehoben hat. Zu diesem Zeitpunkt wird über eine an der Lastaufnahmeeinrichtung 4 angeordnete Sensoreinrichtung 7 der Abstand zur Außenlast 2 bestimmt und als Lastabstand Z₁ bereitgestellt. Für die Erfassung des Lastabstands Z₁ kann beispielsweise die Sensoreinrichtung 4 Lichtsignale (im Fall einer Laserabstandsmessung), elektromagnetische Wellen (im Fall eines Radarsensors) oder akustische Wellen (im Fall eines Ultraschall-Abstandsensors) aussenden und hierdurch die Bestimmung des Lastabstands Z₁ durchführen. Alternativ oder zusätzlich kann an der Lasttrageinrichtung 5, insbesondere an der Lastbefestigungseinrichtung 6, ein Geonavigationsempfänger 16 angeordnet sein. Mit Hilfe des vom Geonavigationsempfänger 16 bereitgestellten Höhensignals kann ebenfalls, unter Heranziehung eines Höhensignals, das im Luftfahrzeug 1 bestimmt wird, der Lastabstand Z₁ bestimmt werden.
Die 2 zeigt, dass das Luftfahrzeug 1 eine weitere Sensoreinrichtung 8 aufweist, z.B. ein Radarsensor, mit der die Höhe des Luftfahrzeuges 1 über dem Boden 3 erfasst werden kann. Zum Zeitpunkt des Anhebens der Außenlast 2, d.h. wenn der Lastabstand Z₁ erfasst wird, wird zudem der aktuelle Höhenwert der weiteren Sensoreinrichtung 8 als erfasste Höhe Z₂ bestimmt.
Die 3 zeigt den weiteren Flugbetrieb des Luftfahrzeuges 1, wenn die Außenlast 2 vom Boden 3 abgehoben ist und beispielsweise die weitere Startphase durchgeführt wird oder wenn bereits die Landephase eingeleitet wird, d.h. die Außenlast 2 wieder am Boden 3 abgesetzt werden soll. In beiden Fällen ist es vorteilhaft, Personen an Bord des Luftfahrzeuges 1 anzuzeigen, welchen Abstand die Außenlast 2 vom Boden 3 hat. So kann z.B. als ein solcher Abstandswert der Abstand h₁ bestimmt werden als $h_{1} = Z_{3} - Z_{1} .$
Hierbei ist Z₃ der aktuelle Höhenwert, den die weitere Sensoreinrichtung 8 ermittelt. Diese Bestimmung des Abstands h₁ ist mit dem Nachteil behaftet, dass Ungenauigkeiten vorliegen, wenn die Lasthöhe relativ groß ist. Daher kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Lasthöhe als zusätzlicher Wert bereitgestellt werden, z.B. als Differenz Z₂ - Z₁. Auf diese Weise kann der Abstand der Außenlast 2 über dem Boden 3 mit höherer Genauigkeit angezeigt werden, z.B. als Abstand h₂ , der bestimmt wird als $h_{2} = Z_{3} - Z_{2} .$
Die 4 zeigt weitere vorteilhafte Nutzungsmöglichkeiten der bereitgestellten erfassten Größen der Sensoreinrichtungen 7, 8 sowie einer zusätzlichen Sensoreinrichtung in Form einer Masse-Sensoreinrichtung 9, mit der die Masse m_L der an der Lastaufnahmeeinrichtung 4 befestigten Außenlast 2 bestimmt werden kann. Erkennbar ist in der 4 ein Flugregler 15, der einen Rechner 10, Lookup-Tabellen 11 und eine Lastregelung 12 aufweist. Mit dem Flugregler 15 sind beispielsweise eine Anzeigeeinrichtung 14, z.B. in Form eines Displays, sowie Aktuatoren 13 verbunden.
Dem Flugregler 15, z.B. dessen Rechner 10, sind die durch die Sensoreinrichtungen 7, 8, 9 erfassten Größen Z₁ , Z₂ , m_L , wie zuvor erläutert, zugeführt. Der Rechner 10 bestimmt hieraus zunächst eine kritische Pendellänge L_k durch Auswahl des kleineren Werts von Z₁ , Z₂ . Mittels der kritischen Pendellänge L_k und der Masse m_L der Außenlast 2 wird anhand der Lookup-Tabellen 11 eine geeignete Kombination von Reglerparametern der Lastregelung 12 ausgewählt, sodass die Lastregelung 12 optimal für die aktuelle Konfiguration aus der kritischen Pendellänge L_k und der Masse m_L ist. Diese Reglerparameter werden der Lastregelung 12 zugeführt. Die Lastregelung 12 führt eine optimierte Regelung des Luftfahrzeuges 1 derart aus, dass Pendelschwingungen der Außenlast 2 minimiert werden. Hierzu gibt die Lastregelung 12 Stellsignale an die Aktuatoren 13 des Luftfahrzeuges 1 ab.
Die zuvor erläuterten Visualisierungen, z.B. die Anzeige des Abstands h₁ oder h₂ , können z.B. dadurch erfolgen, dass der Rechner 10 entsprechende Daten auf der Anzeigeeinrichtung 14 ausgibt. Die ermittelte Masse m_L kann auf der Anzeigeeinrichtung 14 ebenfalls dargestellt werden.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines senkrecht startenden Luftfahrzeuges (1), bei dem eine außerhalb des Luftfahrzeuges (1) zu transportierende Außenlast (2) mittels einer Lasttrageinrichtung (5) an einer Lastaufnahmeeinrichtung (4) des Luftfahrzeuges (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Sensoreinrichtung (7) ein Lastabstand (Z₁) automatisch bestimmt wird, der der Abstand zwischen der Lastaufnahmeeinrichtung (4) und der an der Lasttrageinrichtung (5) befestigten (2) Außenlast ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastabstand (Z₁) im Zeitpunkt des Anhebens der Außenlast (2) durch das Luftfahrzeug (1) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des Lastabstands (Z₁) getriggert wird durch eine Messung über eine Sensoreinrichtung, z.B. einen Kraftsensor, durch die erkannt wird, wann die Außenlast (2) vom Boden angehoben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erfolgreiche Bestimmung des Lastabstands (Z₁) durch wenigstens einen Signalgeber des Luftfahrzeuges (1) akustisch, visuell und/oder haptisch bestätigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zeitpunkt des Anhebens der Außenlast (2) über wenigstens eine weitere Sensoreinrichtung (8) die Höhe des Luftfahrzeuges (1) über dem Boden (3) automatisch erfasst wird und die erfasste Höhe (Z₂) mit dem Lastabstand (Z₁) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der erfassten Höhe (Z₂) und dem Lastabstand (Z₁) als Lasthöhe ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einer Anzeigeeinrichtung (14) des Luftfahrzeuges (1) der Abstand (h₂) zwischen der Außenlast (2) und dem Boden (3) angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (h₂) zwischen der Außenlast (2) und dem Boden (3) unter Berücksichtigung der Lasthöhe berechnet und angezeigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug (1) einen Flugregler (15) aufweist, der eine Funktion zur Lastregelung (12) aufweist, mit der Pendelbewegungen der Außenlast (2) ausgeregelt werden, wobei wenigstens ein Reglerparameter der Lastregelung (12) aufgrund einer ermittelten Pendellänge (L_k) der Außenlast (2) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Pendellänge (L_k) der Lastabstand oder das Minimum aus Lastabstand (Z₁) und erfasster Höhe (Z₂) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiterer Reglerparameter der Lastregelung (12) aufgrund einer gemessenen Masse (m_L) der Außenlast (2) festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Reglerparameter der Lastregelung (12) bei Betätigung eines Lastabwurfbetätigungselementes automatisch verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betätigung eines Lastabwurfbetätigungselementes eine erneute Ermittlung der Masse (m_L) der Außenlast (2) durchgeführt wird und der oder die Reglerparameter der Lastregelung (12) erneut bestimmt werden.
Senkrecht startendes Luftfahrzeug (1) mit einer Lastaufnahmeeinrichtung (4), insbesondere einer ohne Seilwinde ausgebildeten Lastaufnahmeeinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug (1) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
Luftfahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug (1) eine Sensoreinrichtung (7) zur Ermittlung des Lastabstands (Z₁) aufweist.
Luftfahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (7) in unmittelbarer Nähe der Lastaufnahmeeinrichtung (4) angeordnet ist.
Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastaufnahmeeinrichtung (4) eine Masse-Sensoreinrichtung (9) zur Ermittlung der Masse (m_L) der an der Lastaufnahmeeinrichtung (4) befestigten Außenlast (2) aufweist.
Lasttrageinrichtung (5) zur Befestigung an der Lastaufnahmeeinrichtung (4) eines Luftfahrzeuges (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Lasttrageinrichtung (5) wenigstens eine Lastbefestigungseinrichtung (6) zur Befestigung der Außenlast (2) an der Lasttrageinrichtung (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasttrageinrichtung (5) wenigstens einen an der Lastbefestigungseinrichtung (6) angeordneten Geonavigationsempfänger (16) aufweist.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird.