DE102021107635B3

DE102021107635B3 - hybrid aircraft

Info

Publication number: DE102021107635B3
Application number: DE102021107635.8A
Authority: DE
Inventors: Patrick Weber
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2041-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fluggerät (1), wobei an einem Auftriebskörper (5) eine erste Haltevorrichtung (9) und gegenüberliegend eine zweite Haltevorrichtung (11) mit jeweils verkippbaren Schubeinheiten (13,15) angeordnet sind, wobei der Auftriebskörper (5) um seine Längsachse rotierbar gelagert ist, die Haltevorrichtungen (9,11) durch einen Lastbügel (17) drehmomentfest verbunden sind, und der Lastbügel (17) um den Auftriebskörper (5) herumgeführt ist und zum Aufnehmen einer Last ausgeführt ist, und wobei die Steuereinheit (7) die Schubeinheiten (13,15) im Schwebeflug senkrecht ausrichtet und im Vorwärtsflug davon auslenkt, und wobei der Aktor (3) im Vorwärtsflug den Auftriebskörper (5) um die Längsachse rotiert, sodass sich eine Unterseite des Auftriebskörpers (5) entgegengerichtet zur anströmenden Luft bewegt.The invention relates to an aircraft (1), wherein a first holding device (9) and oppositely arranged a second holding device (11), each with tiltable thrust units (13, 15), are arranged on a buoyant body (5), the buoyant body (5) around its longitudinal axis is rotatably mounted, the holding devices (9, 11) are connected torque-proof by a load bracket (17), and the load bracket (17) is guided around the buoyant body (5) and is designed to take up a load, and wherein the control unit (7 ) aligns the thrust units (13,15) vertically in hovering flight and deflects them in forward flight, and wherein the actuator (3) rotates the lifting body (5) about the longitudinal axis in forward flight, so that an underside of the lifting body (5) is directed opposite to the oncoming air flow emotional.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fluggerät mit einem um eine Längsachse rotierbaren Auftriebskörper und mit einer Steuereinheit.The invention relates to an aircraft with a lifting body that can be rotated about a longitudinal axis and with a control unit.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Luftschiffe bekannt, die ein gasgefülltes Volumen mit sich führen, wobei das Gas eine geringere Dichte als Luft hat. Dies verleiht dem Luftschiff hydrostatischen Auftrieb, ohne dass eine kontinuierliche Energiezufuhr notwendig wäre. Auch sind im Stand der Technik Luftfahrzeuge bekannt, die hydrodynamischen Auftrieb erzeugen, wobei hier durch angeströmte Tragflächen oder Rotorblätter Luft nach unten beschleunigt wird und somit gemäß den Gesetzen der Impulserhaltung eine Auftriebskraft erzeugt wird. Die US 7036768 B2 beschreibt hierzu ein hybrides System, welches ein großes gasgefülltes Volumen (ein Ballon) nutzt, der oberhalb eines Rotors angeordnet werden kann und mit einem Gas leichter als Luft gefüllt werden kann. Ein solches System hat jedoch den Nachteil, dass es sehr anfällig für Windböen ist und eine hohe Bandbreite in der Steuerbarkeit nur schwer zu erreichen ist.Airships are known from the general state of the art, which carry a gas-filled volume with them, the gas having a lower density than air. This gives the airship hydrostatic lift without the need for a continuous supply of energy. Aircraft are also known in the prior art that generate hydrodynamic lift, with air being accelerated downwards here by airfoils or rotor blades that are flowed against, and a lift force is thus generated in accordance with the laws of conservation of momentum. the US7036768B2 describes a hybrid system that uses a large gas-filled volume (a balloon) that can be placed above a rotor and filled with a gas lighter than air. However, such a system has the disadvantage that it is very susceptible to gusts of wind and a high range of controllability is difficult to achieve.

Im Stand der Technik sind diverse Hybridluftschiffe bekannt. Die US 4 366 936 A betrifft hierzu ein Luftschiff, das einen kugelförmigen Ballon aufweist, der mit Auftriebsgas wie Helium unter Druck gefüllt ist, der wesentlich größer als der atmosphärische Druck ist, so dass seine Abmessungen durch Änderungen des atmosphärischen Drucks oder der Temperatur wesentlich unbeeinflusst sind. Der kugelförmige Ballon ist drehbar auf einer normalerweise horizontalen Achse mit Endteilen montiert, die von gegenüberliegenden Seiten des Ballons herausragen, und enthält ein starres Lasttragjoch, einschließlich zweier Arme, die sich von einer zentralen Lasttragstruktur nach oben erstrecken und jeweils ein oberes Ende haben, das an der Achse aufgehängt ist. Die Jocharme tragen Motoren, die das Luftschiff in Vorwärtsrichtung quer zur Achse antreiben, und es sind Mittel vorgesehen, um den Ballon um die Achse zu drehen, so dass sich die Ballonfrontfläche relativ zur Mitte des Ballons nach oben bewegt und durch den Magnus-Effekt Auftrieb bietet.Various hybrid airships are known in the prior art. the U.S.A. 4,366,936 relates to an airship having a spherical balloon filled with lifting gas such as helium under pressure substantially greater than atmospheric pressure such that its dimensions are substantially unaffected by changes in atmospheric pressure or temperature. The spherical balloon is rotatably mounted on a normally horizontal axis with end portions projecting from opposite sides of the balloon, and contains a rigid load-bearing yoke including two arms that extend upwardly from a central load-bearing structure and each have an upper end attached to the axle is suspended. The yoke arms carry motors which propel the airship in a forward direction transverse to the axis and means are provided for rotating the balloon about the axis so that the balloon front surface moves up relative to the center of the balloon and lifts by the Magnus effect offers.

Die EP 0 078 713 A2 betrifft ferner ein Luftschiff mit einem kugelförmigen Ballon, der mit Auftriebsgas wie Helium bei einem Druck gefüllt ist, der wesentlich größer ist als der atmosphärische und der zur Rotation um eine normalerweise horizontale Achse montiert ist, wobei das Luftschiff ein starres Lasttragjoch mit zwei Stützarmen aufweist, die von einer zentralen Gondel nach oben reichen und jeweils ein oberes Ende haben, das drehbar mit dem Ballon verbunden ist. Die Gondel und die Stützarme haben Flächen in der Nähe des Ballons und passen sich der Form des Ballons an, um den Luftstrom zwischen der Gondel und dem Boden des Ballons zu hemmen und diese Luft zu den Seiten und der Rückseite des Ballons umzuleiten.the EP 0 078 713 A2 also relates to an airship having a spherical balloon filled with lifting gas such as helium at a pressure substantially greater than atmospheric and mounted for rotation about a normally horizontal axis, the airship having a rigid load-bearing yoke with two support arms, extending upwards from a central nacelle and each having an upper end pivotally connected to the balloon. The nacelle and support arms have surfaces near the balloon and conform to the shape of the balloon to retard the flow of air between the nacelle and the bottom of the balloon and redirect that air to the sides and rear of the balloon.

Die DE 20 208 416 U1 betrifft darüberhinaus ein Luftschiff mit einer Vorrichtung für den Vortrieb, Auftrieb und die Steuerung, wobei die Vorrichtung aus einem rotierenden Körper besteht, der nach dem Muster des Flettner-Rotors Bewegungsenergie aus der anströmenden Luft aufnimmt und je nach seiner Anbringung am Luftschiff diese in Form von Auftrieb, negativem Auftrieb oder Vortrieb oder negativem Vortrieb an das Luftschiff weitergibt.the DE 20 208 416 U1 also relates to an airship with a device for propulsion, buoyancy and control, the device consisting of a rotating body which, in the manner of the Flettner rotor, absorbs kinetic energy from the incoming air and, depending on its attachment to the airship, converts it in the form of buoyancy, negative buoyancy or propulsion or negative propulsion passes on to the airship.

Die WO 2012 / 125 052 A2 betrifft eine luftgestützte Plattform, die in großen Größen gebaut werden kann, ohne eine starre Struktur vergleichbarer Abmessungen zu benötigen, und die sowohl den Auftrieb als auch den aerodynamischen Magnus-Effekt für den Auftrieb nutzt. Der aerodynamische Auftrieb wird in Hubkörpern erzeugt, die ebenfalls Auftriebsgas enthalten. Die Hubkörper sind in einer Säule gestapelt, an deren Unterseite sich ein strukturelles Verankerungsmodul befindet, das ebenfalls Auftriebsgas enthält. Die Hubkörper und Verankerungsmodule sind durch schlanke Strukturelemente miteinander verbunden, die zusammengenommen als Ganzes eine nicht starre Baugruppe bilden. Die Plattform kann angebunden oder als Luftfahrzeug konfiguriert sein, wobei zu diesem Zweck weitere Merkmale hinzugefügt werden können, wie z. B. ein Antriebssystem, eine Mannschaftsgondel, Kabel zu und von ein Schwenk und eine Nutzlast, die mit diesen Kabeln verbunden sind.WO 2012/125052 A2 relates to an airborne platform that can be built in large sizes without requiring a rigid structure of comparable dimensions and that uses both lift and the aerodynamic Magnus effect for lift. The aerodynamic lift is generated in lifting bodies, which also contain lifting gas. The lifting bodies are stacked in a column at the bottom of which is a structural anchoring module that also contains buoyancy gas. The lifting bodies and anchorage modules are interconnected by slender structural members which, taken together as a whole, form a non-rigid assembly. The platform can be tethered or configured as an aircraft, with additional features added for this purpose, e.g. B. a propulsion system, a crew nacelle, cables to and from a pivot and a payload connected to these cables.

Die RU 2 661 260 C1 betrifft schließlich ein Flugzeug mit einem stromlinienförmigen Ballon, zwei Propeller-Propeller-Halterungen, die von unten darauf montiert sind, mit der Möglichkeit, die Richtung der Schubvektoren zu ändern, und auch eine bemannte Gondel darunter, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Girlande, die aus mehreren gleichmäßig verteilten Flettner-Rotoren besteht, an mehreren quer angeordneten Seilen über der transportierten Ladung aufgehängt ist, um ihre Tragfähigkeit beim Transport von Fracht auf einer außenliegenden Schlinge zu erhöhen.the RU 2 661 260 C1 Finally, concerns an aircraft with a streamlined balloon, two propeller-propeller mounts mounted on it from below with the ability to change the direction of thrust vectors, and also a manned gondola under it, which is distinguished by the fact that a garland, consisting of several evenly spaced Flettner rotors, is suspended above the transported cargo by several transversely arranged ropes to increase its carrying capacity when transporting cargo on an external sling.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Luftfahrzeug bereitzustellen, welches unterschiedliche Auftriebsmechanismen nutzt und effizient ist.The object of the invention is to provide an improved aircraft which uses different lift mechanisms and is efficient.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous developments and refinements are the subject matter of the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Fluggerät mit einem mittels eines Aktors um eine Längsachse rotierbaren Auftriebskörper und mit einer Steuereinheit, wobei jeweils auf der Längsachse an einer ersten Außenseite des Auftriebskörpers eine erste Haltevorrichtung und an einer von der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Außenseite des Auftriebskörpers eine zweite Haltevorrichtung angeordnet ist, wobei an der ersten Haltevorrichtung eine erste um die Längsachse verkippbare Schubeinheit und an der zweiten Haltevorrichtung eine zweite um die Längsachse verkippbare Schubeinheit angeordnet ist und der Auftriebskörper sowohl gegenüber der ersten als auch der zweiten Haltevorrichtung um die Längsachse rotierbar gelagert ist, wobei die erste und die zweite Haltevorrichtung durch einen Lastbügel drehmomentfest verbunden sind, und der Lastbügel um den Auftriebskörper herumgeführt ist und zum Aufnehmen einer Last ausgeführt ist, und wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, die erste und zweite Schubeinheit im Schwebeflug des Fluggeräts senkrecht auszurichten und im Vorwärtsflug des Fluggeräts aus der Senkrechten auszulenken, und wobei der Aktor dazu ausgeführt ist, im Vorwärtsflug des Fluggeräts den Auftriebskörper so um die Längsachse zu rotieren, dass sich eine Unterseite des Auftriebskörpers entgegengerichtet zur anströmenden Luft und eine Oberseite des Auftriebskörpers gleichgerichtet zur anströmenden Luft bewegt.A first aspect of the invention relates to an aircraft with an actuator by means of a buoyant body rotatable along the longitudinal axis and having a control unit, a first holding device being arranged on the longitudinal axis on a first outer side of the buoyant body and a second holding device being arranged on a second outer side of the buoyant body opposite the first side, with a first holding device being arranged around the longitudinal axis on the first holding device tiltable thrust unit and a second thrust unit that can be tilted about the longitudinal axis is arranged on the second holding device and the buoyant body is mounted such that it can rotate about the longitudinal axis both in relation to the first and the second holding device, with the first and the second holding device being connected in a torque-proof manner by a load bracket, and the load bar is guided around the lifting body and is designed to take up a load, and wherein the control unit is designed to align the first and second thrust units vertically when the aircraft is hovering and in forward f lug of the aircraft from the vertical, and wherein the actuator is designed to rotate the buoyancy body about the longitudinal axis during forward flight of the aircraft such that an underside of the buoyancy body moves in the opposite direction to the oncoming air and an upper side of the buoyancy body moves in the same direction as the oncoming air.

Die Längsachse ist nicht zwingend physisch vorhanden sondern in jedem Fall eine gedachte Rotationsachse des Auftriebskörpers, der im Vorwärtsflug rotiert wird. Das schließt jedoch nicht aus, dass entlang der Längsachse beispielsweise eine mechanische Welle angeordnet ist, die durch den Auftriebskörper geführt ist und insbesondere bei flexiblen Hüllen des Auftriebskörpers für eine synchronisierte Rotation an der ersten Außenseite und der zweiten Außenseite des Auftriebskörpers sorgt.The longitudinal axis is not necessarily physically present, but in any case an imaginary axis of rotation of the lifting body, which is rotated in forward flight. However, this does not exclude a mechanical shaft being arranged along the longitudinal axis, for example, which is guided through the buoyant body and ensures synchronized rotation on the first outer side and the second outer side of the buoyant body, in particular in the case of flexible shells of the buoyant body.

Indem der Auftriebskörper im Vorwärtsflug so um die Längsachse rotiert wird, dass sich eine Unterseite des Auftriebskörpers, die zum Boden hin zeigt, entgegengerichtet zur anströmenden Luft bewegt, und sich eine Oberseite des Auftriebskörpers, die zum Himmel hin zeigt, gleichgerichtet zur anströmenden Luft bewegt, entsteht der so genannte Magnus-Effekt, der eine Auftriebskraft bewirkt, die senkrecht zur anströmenden Luft auf den Auftriebskörper ausgerichtet ist. Dieser Effekt rührt daher, dass gemäß der bekannten Bernoulli Gleichung der Druck eines Fluids mit höherer Geschwindigkeit kleiner ist als der Druck des Fluids mit geringerer Geschwindigkeit. Durch Reibungskräfte wird die anströmende Luft durch die nach vorne rotierende Seite des Auftriebskörpers an der Unterseite abgebremst und an der Oberseite mit der Bewegungsrichtung (aus Sicht des sich bewegenden Auftriebskörpers) der Luft beschleunigt und damit ihre Geschwindigkeit gesteigert. Daraus ergibt sich ein Druckgefälle und die Rotation des Auftriebskörpers bei einem Vorwärtsflug des Fluggeräts trägt zu dessen Auftrieb bei. Bei ausreichend hohen Drehzahlen und horizontalen Geschwindigkeiten im Vorwärtsflug des Fluggeräts kann unter Umständen damit die benötigte Auftriebskraft erzeugt werden, um vollständig die Schwerkraft auf das Fluggerät zu kompensieren. Das Fluggerät erzeugt dabei einen Abwind, welcher gemäß den Gesetzen der Impulserhaltung den benötigten Auftrieb liefert.By rotating the lifting body around the longitudinal axis in forward flight in such a way that an underside of the lifting body, which points towards the ground, moves in the opposite direction to the oncoming air, and an upper side of the lifting body, which points towards the sky, moves in the same direction as the oncoming air, This creates the so-called Magnus effect, which causes a buoyancy force that is directed perpendicularly to the inflowing air on the buoyancy body. This effect is due to the fact that, according to the well-known Bernoulli equation, the pressure of a fluid with a higher velocity is less than the pressure of the fluid with a lower velocity. The inflowing air is slowed down by the forward rotating side of the buoyancy body on the underside by frictional forces and accelerated on the upper side with the direction of movement (from the point of view of the moving buoyancy body) of the air, thus increasing its speed. This results in a pressure gradient and the rotation of the lifting body when the aircraft is flying forward contributes to its lift. With sufficiently high rotational speeds and horizontal speeds in forward flight of the aircraft, the necessary lift force can be generated in order to completely compensate for the gravity on the aircraft. The aircraft generates a downwash, which provides the required lift according to the laws of conservation of momentum.

Zum Übergang in den Vorwärtsflug aus dem Schwebeflug, in dem wegen der fehlenden horizontalen anströmenden Luftströmung (eventuelle Windgeschwindigkeiten werden für die folgende Erklärung vernachlässigt) die oben genannte Art der Auftriebserzeugung durch den Magnus-Effekt fehlt, werden die Schubeinheiten um die Längsachse nach oben verkippt, sodass der Schub der Schubeinheiten die Gewichtskraft des Fluggeräts zumindest teilweise kompensiert (je nachdem, ob noch ausreichend hoher hydrostatischer Auftrieb vorliegt). Der Übergang vom Schwebeflug in den Vorwärtsflug findet dabei bevorzugt so statt, wie er von Kipprotor-Drehflüglern bekannt ist, beispielsweise der V22 „Osprey“.For the transition to forward flight from hovering flight, in which the above-mentioned type of lift generation through the Magnus effect is missing due to the lack of horizontal oncoming air flow (possible wind speeds are neglected for the following explanation), the thrust units are tilted upwards about the longitudinal axis, so that the thrust of the thrust units at least partially compensates for the weight of the aircraft (depending on whether there is still sufficient hydrostatic lift). The transition from hovering flight to forward flight preferably takes place in the manner known from tiltrotor rotorcraft, for example the V22 "Osprey".

Um eventuelle Momente auszugleichen, die auf das Fluggerät um eine Querachse wirken, so genannte Nickmomente, sind die erste und die zweite Haltevorrichtung Drehmoment fest mit einem Lastbügel gemeinsam verbunden. Der Lastbügel ist um den Auftriebskörper herumgeführt und dient zum Aufnehmen einer Last. Alleine die Gewichtskraft des Lastbügels (und wenn angehängt, der Last) führen naturgemäß dazu, dass der Lastbügel wie ein Pendel nach unten hängt und dabei die erste und die zweite Haltevorrichtung in einen gemeinsamen Drehwinkel ausrichtet. Solche störenden Momente, die um die Querachse des Fluggeräts wirken können, können beispielsweise dadurch entstehen, dass der aerodynamische Neutralpunkt des Fluggeräts zusammen mit der angehängten Last nicht exakt auf die Längsachse trifft, sowie durch Momente, die aus der Rotation des Auftriebskörpers im Vorwärtsflug resultieren, oder transiente Effekte beim Übergang zwischen Schwebe- und Vorwärtsflug. Es ergibt sich daher für das gesamte Fluggerät sowohl im Schwebeflug als auch im Vorwärtsflug ein lagestabiles System, das durch die oben beschriebene Pendelwirkung in einen Gleichgewichtszustand strebt, in dem der Lastbügel sich nach unten ausrichtet.In order to compensate for any moments that act on the aircraft about a transverse axis, so-called pitching moments, the first and the second torque holding device are firmly connected to a load bracket together. The load bar is guided around the buoyancy body and is used to pick up a load. The weight of the load bracket alone (and the load if it is attached) naturally means that the load bracket hangs down like a pendulum, thereby aligning the first and the second holding device in a common angle of rotation. Such disturbing moments, which can act around the transverse axis of the aircraft, can arise, for example, because the aerodynamic neutral point of the aircraft together with the attached load does not exactly hit the longitudinal axis, as well as through moments resulting from the rotation of the lifting body in forward flight, or transient effects in the transition between hover and forward flight. This results in a positionally stable system for the entire aircraft both in hovering flight and in forward flight, which strives for a state of equilibrium due to the pendulum effect described above, in which the load bracket aligns itself downwards.

Die so stabil gehaltene erste Haltevorrichtung und zweite Haltevorrichtung weist außerdem die jeweilige Schubeinheit auf. Die jeweilige Schubeinheit kann daher bewusst und gezielt gegenüber der jeweiligen Haltevorrichtung um die Längsachse verdreht werden. Dies ist insbesondere wie oben erläutert essenziell, damit im Schwebeflug die Schubeinheiten senkrechten Schub erzeugen können und im reinen Vorwärtsflug insbesondere horizontalen Schub. Bevorzugt können die Schubeinheiten unabhängig voneinander bewegt werden, sodass beispielsweise auch ein störendes Rollmoment, Giermoment, oder dynamische Verkopplungen in der Flugdynamik des Fluggeräts berücksichtigt werden können.The first holding device and second holding device held in such a stable manner also have the respective thrust unit. The respective thrust unit can therefore be deliberately and specifically rotated about the longitudinal axis relative to the respective holding device. This is particularly essential, as explained above, so that the hover Thrust units can generate vertical thrust and in pure forward flight horizontal thrust in particular. The thrust units can preferably be moved independently of one another, so that, for example, a disruptive roll moment, yaw moment, or dynamic couplings in the flight dynamics of the aircraft can also be taken into account.

Wird der Auftriebskörper zusätzlich mit einem Gas gefüllt, das eine geringere Dichte als die umgebende Luft aufweist, so wird durch den Auftriebskörper zusätzlich zum Magnus-Effekt im Vorwärtsflug des Fluggeräts hydrostatischer Auftrieb erzeugt, unabhängig davon, ob sich das Fluggerät im Schwebeflug oder im Vorwärtsflug befindet. So kann der Auftriebskörper beispielsweise eine ellipsiodähnliche Hülle aufweisen, um ein Gas „leichter als Luft“ aufzunehmen.If the buoyancy body is also filled with a gas that has a lower density than the surrounding air, the buoyancy body generates hydrostatic lift in addition to the Magnus effect during forward flight of the aircraft, regardless of whether the aircraft is hovering or in forward flight . For example, the buoyant body can have an ellipsoid-like shell in order to absorb a gas that is “lighter than air”.

Die Steuereinheit ist bevorzugt an eine inertiale Messeinheit gekoppelt, welche Beschleunigungssensoren und Lagekreisel aufweisen kann. Somit ist eine Implementierung eines vollwertigen Flugreglers möglich, der die Rotation des Auftriebskörpers sowie das Kippen der Gondeln mit den Schubeinheiten koordiniert. Vom Flugregler wird insbesondere ein Kippwinkel einer jeweiligen Gondel und der Schub einer jeweiligen Schubeinheit einer jeweiligen Gondel so eingestellt, dass gewünschte Flugzustände erreicht werden, insbesondere Lagewinkel, Drehraten sowie translationale Größen wie Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen des Fluggeräts.The control unit is preferably coupled to an inertial measuring unit, which can have acceleration sensors and position gyros. Thus, an implementation of a full-fledged flight controller is possible, which coordinates the rotation of the lifting body and the tilting of the gondolas with the thrust units. In particular, a tilt angle of a respective nacelle and the thrust of a respective thrust unit of a respective nacelle are adjusted by the flight controller such that desired flight states are achieved, in particular attitude angles, rotation rates and translational variables such as speeds or accelerations of the aircraft.

Die externe Last kann beispielsweise ein Behälter mit Batterien zur Versorgung von elektrischen Antrieben des Fluggeräts mit elektrischer Leistung sein. Alternativ oder kombiniert dazu kann die externe Last ein Behälter sein, der dazu ausgeführt ist, Transportgut aufzunehmen, insbesondere Pakete zur Paketauslieferung.The external load can be, for example, a container with batteries for supplying electrical power to electrical drives of the aircraft. Alternatively or in combination with this, the external load can be a container that is designed to accommodate transport goods, in particular parcels for parcel delivery.

Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass ein Fluggerät bereitgestellt wird, das durch die Kombination verschiedener Auftriebsmechanismen über verschiedene Flugzustände sehr effizient ist, insbesondere durch Ausnutzung des Magnus-Effekts, und außerdem gegen Windböen unempfindlicher als beispielsweise ein Luftschiff ist. An advantageous effect of the invention is that an aircraft is provided that is very efficient through the combination of different lift mechanisms over different flight conditions, in particular by utilizing the Magnus effect, and is also less sensitive to gusts of wind than, for example, an airship.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist zumindest die erste Haltevorrichtung eine Schnittstelle auf, sodass zumindest die erste Haltevorrichtung reversibel trennbar ist und ein Randstück der zumindest ersten Haltevorrichtung mit der ersten Schubeinheit zusammen abgenommen werden kann. Bevorzugt weist auch die zweite Haltevorrichtung eine solche Schnittstelle auf, die jedoch bevorzugt so ausgeführt ist, dass zwei Fluggeräte mit jeweils abgenommenen Schubeinheiten auf unterschiedlichen Seiten miteinander an ihrer jeweiligen Schnittstelle verbunden werden können. Dadurch lässt sich aus zwei oder mehr einzelnen Fluggeräten ein größeres Fluggerät zusammensetzen. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ dazu an zumindest einer Seite des Fluggeräts eine zweite Schnittstelle außerhalb einer jeweiligen Schubeinheit angeordnet, sodass ein Verbund von einzelnen Fluggeräten geschaffen werden kann, bei dem sich jeweils zwischen zwei jeweiligen Auftriebskörpern und an einem linken und rechten äußeren Rand des zusammengesetzten Fluggeräts eine jeweilige Schubeinheit befindet.According to an advantageous embodiment, at least the first holding device has an interface so that at least the first holding device can be reversibly separated and an edge piece of the at least first holding device can be removed together with the first thrust unit. Preferably, the second holding device also has such an interface, which, however, is preferably designed in such a way that two aircraft, each with thrust units removed, can be connected to one another on different sides at their respective interface. This allows a larger aircraft to be assembled from two or more individual aircraft. In addition or as an alternative to this, a second interface is preferably arranged on at least one side of the aircraft outside of a respective thrust unit, so that a combination of individual aircraft can be created, in which there is between two respective lifting bodies and on a left and right outer edge of the composite aircraft a respective thrust unit is located.

Erfindungsgemäß umschließt der Auftriebskörper eine flexible Hülle und die flexible Hülle weist ein Volumen auf, das mit Gas gefüllt ist, insbesondere Gas mit einer Dichte kleiner als der Dichte von Luft, wobei sich eine mechanische Welle durch den Auftriebskörper erstreckt und und die mechanische Welle drehmomentfest mit der Hülle verbunden ist. Bevorzugt weist die flexible Hülle außerdem mechanisch stabilisierende Streben auf, die die Form der flexiblen Hülle vorteilhaft aufrechterhalten und beim Aufbringen eines Drehmoments auf die flexible Hülle beim Rotieren um die Längsachse unterstützen.According to the invention, the buoyant body encloses a flexible shell and the flexible shell has a volume that is filled with gas, in particular gas with a density lower than the density of air, with a mechanical shaft extending through the buoyant body and the mechanical shaft being torque-proof connected to the shell. The flexible sleeve preferably also has mechanically stabilizing struts, which advantageously maintain the shape of the flexible sleeve and support it when a torque is applied to the flexible sleeve during rotation about the longitudinal axis.

Einerseits kann das Volumen, dass durch die flexible Hülle gebildet wird, mit Luft gefüllt sein. Andererseits kann das Volumen durch ein Gas befüllt werden, das eine geringere Dichte als Luft hat und damit hydrostatischen Auftrieb erzeugt. Ähnlich zu einem Luftschiff (Zeppelin) wird dabei unabhängig von der Vorwärtsflug-Geschwindigkeit des Fluggeräts Auftrieb erzeugt. Dieser zusätzliche Auftrieb entlastet den nötigen Auftrieb, der durch den oben beschriebenen Magnus-Effekt sowie durch die Schubeinheiten im Schwebeflug erzeugt werden muss.On the one hand, the volume formed by the flexible shell can be filled with air. On the other hand, the volume can be filled with a gas that has a lower density than air and thus generates hydrostatic lift. Similar to an airship (Zeppelin), lift is generated independently of the forward flight speed of the aircraft. This additional lift relieves the necessary lift that must be generated by the Magnus effect described above, as well as by the thrust units in hovering.

Damit gemäß dieser Ausführungsform dennoch der Auftriebskörper zum Rotieren gebracht werden kann (die flexible Hülle bildet eine Außenhaut des Auftriebskörpers) ist bevorzugt eine mechanische Welle entlang der Längsachse (= der Rotationsachse) durch den Auftriebskörper hindurch geführt, sodass die erste Außenseite und die zweite Außenseite des Auftriebskörpers mit synchronisierten Geschwindigkeiten rotieren. Dies ist insbesondere wichtig bei einer flexiblen Hülle anstelle einer steifen Hülle wie einem zylindrischen Aufbau aus festem Material wie Aluminium oder Faserverbundkunststoff, da andernfalls das Drehmoment von einer zur anderen Außenseite über die flexible Hülle selbst übertragen werden müsste, was zu nachteiligen Spannungsmustern an der Hülle führen würde.So that the buoyant body can still be made to rotate according to this embodiment (the flexible sleeve forms an outer skin of the buoyant body), a mechanical shaft is preferably guided through the buoyant body along the longitudinal axis (= the axis of rotation), so that the first outer side and the second outer side of the Rotate the buoyancy body at synchronized speeds. This is particularly important with a flexible shell rather than a rigid shell such as a cylindrical structure made of rigid material such as aluminum or fiber reinforced plastic, otherwise torque would have to be transmitted from one exterior to the other through the flexible shell itself, resulting in adverse stress patterns on the shell would.

Vorteilhaft kann durch diese Ausführungsform ein sehr leichter Auftriebskörper bereitgestellt werden, der bei Befüllung mit einem leichteren Gas als Luft, beispielsweise Helium oder Wasserstoff, während des Vorwärtsflug mit der entsprechenden Rotation durch Erzeugung des Magnus-Effekts mehrere Arten von Auftrieb bewirken kann.This embodiment can advantageously provide a very light buoyant body which, when filled with a lighter gas than air, for example helium or hydrogen, can provide several types of lift during forward flight with the appropriate rotation by generating the Magnus effect.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die mechanische Welle im Bereich ihrer Enden jeweilige Scheibenpaare auf und die flexible Hülle ist zwischen den jeweiligen Scheiben der Scheibenpaare eingespannt.According to a further advantageous embodiment, the mechanical shaft has respective pairs of disks in the area of its ends and the flexible sleeve is clamped between the respective disks of the pairs of disks.

Die Scheibenpaare bewirken vorteilhaft, dass die flexible Hülle über eine größere Fläche mit der mechanischen Welle verbunden ist und somit Brüche von Fasern der Hülle oder Risse in der Hülle besser vermieden werden können, auch bei schnellen Anfahrvorgängen beim Anfahren der Rotationsbewegung des Auftriebskörpers. Die flexible Hülle ist damit langlebiger. Bevorzugt weisen die Scheibenpaare einen wesentlich größeren Durchmesser als die mechanische Welle auf.The advantage of the disk pairs is that the flexible cover is connected to the mechanical shaft over a larger area and thus breaks in the cover fibers or cracks in the cover can be better avoided, even during rapid start-up processes when the rotational movement of the buoyancy body is started. The flexible cover is thus more durable. The pairs of disks preferably have a significantly larger diameter than the mechanical shaft.

Erfindungsgemäß ist die mechanische Welle auf Ansteuerung der Steuereinheit hin in ihrer Länge veränderbar, wobei sich bei einer Verlängerung der mechanischen Welle der Radius des Auftriebskörpers gegenüber der Längsachse verringert und die längliche Ausdehnung entlang der Längsachse vergrößert.According to the invention, the length of the mechanical shaft can be changed upon activation of the control unit, with an extension of the mechanical shaft reducing the radius of the buoyant body relative to the longitudinal axis and increasing the longitudinal extension along the longitudinal axis.

Die Längenveränderung der mechanischen Welle bewirkt, dass die Nahtstellen zwischen der mechanischen Welle und der flexiblen Hülle in unterschiedlichen Abständen voneinander positioniert werden können. Insbesondere beim Verlängern der mechanischen Welle wird somit die Ausdehnung des Auftriebskörpers entlang der Längsachse vergrößert, gleichzeitig aber der maximale Radius des Auftriebskörpers verkleinert. Die dadurch entstandene Volumenverringerung des Auftriebskörpers wird bevorzugt durch Absaugen und Auslassen des darin enthaltenen Gases in die Umgebung oder in einen Druckbehälter zur Speicherung des Gases kompensiert. Das Auslassen des Gases in die Umgebung bietet sich insbesondere bei der Verwendung von Luft an. Wird dagegen ein wertvolleres Gas wie Helium oder Wasserstoff verwendet, wird bevorzugt die Kompression des Gases in den Druckbehälter zur Speicherung angewendet.The change in length of the mechanical shaft means that the interfaces between the mechanical shaft and the flexible sheath can be positioned at different distances from one another. In particular when lengthening the mechanical shaft, the extension of the buoyant body along the longitudinal axis is thus increased, but at the same time the maximum radius of the buoyant body is reduced. The resulting reduction in volume of the buoyant body is preferably compensated for by sucking off and releasing the gas contained therein into the environment or into a pressure vessel for storing the gas. Venting the gas into the environment is particularly useful when air is used. On the other hand, if a more valuable gas such as helium or hydrogen is used, compression of the gas into the pressure vessel for storage is preferably used.

Durch die Verringerung des maximalen Radius des Auftriebskörpers wird vorteilhaft erreicht, dass die effektive Widerstandsfläche im Vorwärtsflug des Fluggeräts signifikant verringert wird und damit das Fluggerät höhere Geschwindigkeiten erreichen kann. Ein weiterer Vorteil der Verringerung des größten Radius des Auftriebskörpers ist die verringerte Böenlast, d. h. dass das Fluggerät aufgrund einer Böe deutlich geringere Antworten zeigt als bei einem größeren Radius des Auftriebskörpers.Reducing the maximum radius of the lifting body has the advantageous effect that the effective drag area is significantly reduced when the aircraft is flying forward, and the aircraft can therefore reach higher speeds. Another advantage of reducing the maximum radius of the lifting body is the reduced gust load, i. H. that the aircraft shows significantly lower responses due to a gust than with a larger radius of the lifting body.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform dient ein Auslasselement des Auftriebskörpers dazu, das von der Hülle umschlossene Gas durch die Volumenverkleinerung des Auftriebskörpers bei einer Verlängerung der mechanischen Welle zumindest teilweise abzulassen und/oder zur späteren Zurückspeisung in den Auftriebskörper in einen Gasspeicher zu komprimieren. Der Gasspeicher ist bevorzugt ein metallischer Druckbehälter oder aus Faserverbundwerkstoff gefertigt, der mit einer Pumpe verbunden ist um das Gas aus dem Auftriebskörper komprimiert zu speichern.According to a further advantageous embodiment, an outlet element of the buoyant body is used to at least partially release the gas enclosed by the envelope due to the volume reduction of the buoyant body when the mechanical shaft is lengthened and/or to compress it in a gas storage tank for later feeding back into the buoyant body. The gas reservoir is preferably a metal pressure vessel or made of fiber composite material, which is connected to a pump in order to store the gas from the buoyant body in compressed form.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, die mechanische Welle dann zum Verlängern anzusteuern, wenn eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit erreicht wird und/oder Windböen einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten.According to a further advantageous embodiment, the control unit is designed to control the mechanical shaft for lengthening when a predefined limit speed is reached and/or gusts of wind exceed a predefined threshold value.

Um die oben genannten Vorteile der höheren Geschwindigkeit und der geringeren Böen-Anfälligkeit des Auftriebskörpers durch Verringerung des Radius um die Längsachse auszunutzen, wird gemäß dieser vor Ausführungsform von der Steuereinheit die Verlängerung der mechanischen Welle und insbesondere der Anschlusspunkte zu der flexiblen Hülle dann angeregt, wenn auftretende Windböen einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten oder die vorgegebene oder tatsächliche Geschwindigkeit im Vorwärtsflug des Fluggeräts eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit erreicht und im Begriff ist zu überschreiten.In order to exploit the above-mentioned advantages of the higher speed and the lower susceptibility to gusts of the buoyancy body by reducing the radius around the longitudinal axis, according to this prior embodiment the control unit stimulates the extension of the mechanical shaft and in particular the connection points to the flexible cover when Wind gusts that occur exceed a specified threshold value or the specified or actual speed in forward flight of the aircraft reaches and is about to exceed a specified limit speed.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Aktor eine von der Luftströmung im Vorwärtsflug angetriebene Einrichtung. Diese Einrichtung weist bevorzugt ein um die Längsachse drehbares Schaufelrad auf, das ähnlich zu dem Schaufelrad eines Anemometers ausgestaltet ist. Bei Vorliegen einer Anströmung im Vorwärtsflug des Fluggeräts wird durch die anströmende Luft das Schaufelrad bewegt, welches dann den Auftriebskörper zum Rotieren anregt und den Magnus-Effekt hervorruft. Weitere Einrichtungen sind denkbar, beispielsweise eine Luftschraube in Form eines Propellers, Anemometer-ähnliche Schaufeln, die auf dem Auftriebskörpers selbst angebracht sind, beispielsweise konkave Lamellen. oder Ähnliches.According to a further advantageous embodiment, the actuator is a device driven by the air flow in forward flight. This device preferably has a paddle wheel that can be rotated about the longitudinal axis and is configured similarly to the paddle wheel of an anemometer. If there is an inflow during forward flight of the aircraft, the impeller is moved by the inflowing air, which then stimulates the lifting body to rotate and causes the Magnus effect. Other devices are conceivable, such as an air screw in the form of a propeller, anemometer-like blades that are attached to the buoyancy body itself, such as concave slats. or similar.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Aktor einen ansteuerbaren Motor auf, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, den Motor im Vorwärtsflug des Fluggeräts so anzusteuern, dass der Auftriebskörper so um die Längsachse rotiert, dass sich eine Unterseite des Auftriebskörpers entgegengerichtet zur anströmenden Luft und eine Oberseite des Auftriebskörpers gleichgerichtet zur anströmenden Luft bewegt.According to a further advantageous embodiment, the actuator has a controllable motor, with the control unit being designed to control the motor when the aircraft is flying forward in such a way that the lifting body rotates about the longitudinal axis in such a way that an underside of the lifting body is opposite to the oncoming air flow and a Top of the buoyancy body moved in the same direction to the incoming air.

Im Gegensatz zur vorhergehenden Ausführungsform wird gemäß dieser Ausführungsform ein ansteuerbarer Motor bereitgestellt, um aktiv den Auftriebskörper anzudrehen. Während eine spezielle Ansteuerung in der vorhergehenden Ausführungsform nicht notwendig ist, da sich die Rotation im Vorwärtsflug mit der anströmenden Luft automatisch einstellt, kann ein solcher Motor gemäß dieser Ausführungsform unter Umständen größere Freiheitsgrade bei der Erzeugung des Auftriebs durch den Magnus-Effekt über verschiedene Flugzustände mit sich bringen und die Auftriebserzeugung damit optimiert werden. Unter Umständen ist auch die Verwendung eines Motors aerodynamisch günstiger und/oder leichter.In contrast to the previous embodiment, a controllable motor is provided according to this embodiment in order to actively rotate the buoyant body. While a special control is not necessary in the previous embodiment, since the rotation in forward flight adjusts itself automatically with the incoming air, such a motor according to this embodiment can possibly have greater degrees of freedom in generating lift through the Magnus effect over different flight conditions bring themselves and the generation of lift can be optimized. Under certain circumstances, the use of a motor is also aerodynamically more favorable and/or lighter.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Steuereinheit einen Gierregler, wobei ein Ausgangswert des Gierreglers eine Schubdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Schubeinheit ist, sodass ein Moment um eine Hochachse des Fluggeräts erzeugt wird.According to a further advantageous embodiment, the control unit includes a yaw controller, with an output value of the yaw controller being a thrust difference between the first and the second thrust unit, so that a moment about a vertical axis of the aircraft is generated.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die erste und die zweite Schubeinheit jeweils einen elektrischen Motor und einen Propeller auf. Alternativ zum offenen Propeller kann beispielsweise an ummanteltes Triebwerk in Form beispielsweise einer elektrischen Turbine verwendet werden.According to a further advantageous embodiment, the first and the second thrust unit each have an electric motor and a propeller. As an alternative to the open propeller, a jacketed engine in the form of an electric turbine, for example, can be used.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details result from the following description, in which at least one exemplary embodiment is described in detail-if appropriate with reference to the drawing. Identical, similar and/or functionally identical parts are provided with the same reference symbols.

Es zeigen:

1: Ein Fluggerät in einem Zustand für den Vorwärtsflug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung - Frontalansicht.
2: Das Fluggerät in dem Zustand für den Vorwärtsflugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung - Seitenansicht.
3: Das Fluggerät in einem Zustand für den Schwebeflug gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung - Seitenansicht.

Show it:

1 : An aircraft in a state for forward flight according to an embodiment of the invention - front view.
2 : The aircraft in the state for forward flight according to the embodiment of the invention - side view.
3 : The aircraft in a state for hovering according to the embodiment of the invention - side view.

Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.The representations in the figures are schematic and not to scale.

1 zeigt ein Fluggerät 1 mit einem heliumgefüllten Auftriebskörper 5, der von einer flexiblen Polymer-Hülle umschlossen wird. Der Auftriebskörper 5 kann mittels eines elektrischen Aktors 3 um eine Längsachse rotiert werden. Außerdem weist das Fluggerät 1 eine Steuereinheit 7 auf, um den Aktor 3 im Vorwärtsflug zur Erzeugung des Magnus-Effekts anzusteuern. Dabei rotiert der Auftriebskörper 5 so um seine Längsachse (horizontal in 1 gezeichnet), dass sich die Unterseite des Auftriebskörpers 5 entgegengesetzt zur Anströmrichtung durch die ankommende Luft bewegt. Geometrisch gesehen auf der Längsachse sind außerdem an einer ersten Außenseite des Auftriebskörpers 5 eine erste röhrenförmige Haltevorrichtung 9 und an einer von der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Außenseite des Auftriebskörper 5 eine zweite röhrenförmige Haltevorrichtung 11 angeordnet, wobei an der ersten Haltevorrichtung 9 eine erste um die Längsachse verkippbare Schubeinheit 13 und an der zweiten Haltevorrichtung 11 eine zweite um die Längsachse verkippbare Schubeinheit 15 angeordnet ist. Beide Schubeinheiten 9,11 weisen elektrische Motoren und Propeller auf, die jeweils gemeinsam verkippbar sind. Der Auftriebskörper 5 ist demnach sowohl gegenüber der ersten als auch der zweiten Haltevorrichtung 9,11 um die Längsachse rotierbar, wobei die erste und die zweite Haltevorrichtung 9,11 durch einen Lastbügel 17 drehmomentfest verbunden sind und durch dessen Schwerkraft lagewinkelstabil gehalten werden. Der Lastbügel 17 ist dazu um eine Unterseite des Auftriebskörpers 5 herumgeführt und zum Aufnehmen einer Last ausgeführt. Die Steuereinheit 7 richtet die erste und zweite Schubeinheit 13,15 im Schwebeflug des Fluggeräts 1 senkrecht aus, im reinen Vorwärtsflug dagegen mit einer überwiegend waagrechten Komponente (je nachdem, wie viel Auftrieb durch den Schub der Schubeinheiten noch kompensiert werden muss). Ein elektrischer Aktor 3 wird außerdem im Vorwärtsflug des Fluggeräts 1 von der Steuereinheit 7 so angesteuert, um den Auftriebskörper 5 um die Längsachse wie oben beschrieben zum Hervorrufen des Magnus-Effekts zu rotieren. Eine mechanische Welle 19 erstreckt sich durch den Auftriebskörper 5 und ist drehmomentfest mit der Hülle im Bereich der jeweiligen Haltevorrichtung 9,11 verbunden. In diesem jeweiligen Bereich sind Scheibenpaare auf der mechanischen Welle angeordnet, die einen größeren Durchmesser als die mechanische Welle aufweisen und die flexible Hülle zwischen den jeweiligen Scheiben der Scheibenpaare einspannen. Außerdem ist die mechanische Welle 19 auf Ansteuerung der Steuereinheit 7 hin in ihrer Länge veränderbar. Dies erfolgt durch einen Spindeltrieb, wobei sich bei einer Verlängerung der mechanischen Welle 19 der Radius des Auftriebskörpers 5 gegenüber der Längsachse verringert und die längliche Ausdehnung in Richtung der Längsachse vergrößert. Überschüssiges Gas, das durch die dabei auftretende Volumenverkleinerung des Auftriebskörpers 5 anfällt, wird aus dem Volumen des Auftriebskörpers 5 abgelassen. Mittels Ansteuerung durch die Steuereinheit 7 wird die mechanische Welle 19 dann zum Verlängern angesteuert, wenn eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit erreicht wird oder Windböen einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten. 1 shows an aircraft 1 with a helium-filled buoyancy body 5, which is enclosed by a flexible polymer shell. The buoyant body 5 can be rotated about a longitudinal axis by means of an electric actuator 3 . In addition, the aircraft 1 has a control unit 7 in order to control the actuator 3 in forward flight to generate the Magnus effect. The buoyant body 5 rotates around its longitudinal axis (horizontally in 1 drawn) that the underside of the buoyant body 5 moves opposite to the direction of flow through the incoming air. In addition, viewed geometrically on the longitudinal axis, a first tubular holding device 9 is arranged on a first outer side of the buoyant body 5 and a second tubular holding device 11 is arranged on a second outer side of the buoyant body 5 opposite the first side, with a first holding device 11 being arranged on the first holding device 9 around the longitudinal axis tiltable thrust unit 13 and on the second holding device 11 a second tiltable about the longitudinal axis thrust unit 15 is arranged. Both thrust units 9.11 have electric motors and propellers, which can each be tilted together. The buoyant body 5 is therefore rotatable about the longitudinal axis relative to both the first and the second holding device 9,11, the first and the second holding device 9,11 being torque-proof connected by a load bracket 17 and being held in a stable position by its gravity. For this purpose, the clevis 17 is guided around an underside of the buoyancy body 5 and is designed to take up a load. The control unit 7 aligns the first and second thrust unit 13, 15 vertically when the aircraft 1 is hovering, but with a predominantly horizontal component in pure forward flight (depending on how much lift still has to be compensated for by the thrust of the thrust units). An electric actuator 3 is also controlled by the control unit 7 during forward flight of the aircraft 1 in order to rotate the lifting body 5 about the longitudinal axis as described above in order to bring about the Magnus effect. A mechanical shaft 19 extends through the buoyant body 5 and is connected torque-proof to the shell in the region of the respective holding device 9,11. In this respective area, pairs of discs are arranged on the mechanical shaft, which have a larger diameter than the mechanical shaft and clamp the flexible sleeve between the respective discs of the pairs of discs. In addition, the length of the mechanical shaft 19 can be changed by activation of the control unit 7 . This is done by a spindle drive, with an extension of the mechanical shaft 19 reducing the radius of the buoyant body 5 relative to the longitudinal axis and increasing the longitudinal extent in the direction of the longitudinal axis. Excess gas, which occurs as a result of the volume reduction of the buoyant body 5 that occurs in the process, is discharged from the volume of the buoyant body 5 . The mechanical shaft 19 is then actuated to lengthen by means of actuation by the control unit 7 when a predetermined limit speed is reached or when there is wind gusts exceed a predetermined threshold.

2 zeigt das Fluggerät 1 in einer Seitenansicht, wobei der Flugzustand des Fluggeräts 1 ein horizontaler Flug in der Zeichnung nach rechts gerichtet ist. Daher ist die Gondel mit der ersten Schubeinheit 13 nach rechts gerichtet horizontal verkippt gezeichnet dargestellt und liefert in diesem Beispiel keinerlei Auftrieb. Der Auftrieb hingegen wird alleine durch Erzeugung des Magnus-Effekts und durch den hydrostatischen Auftrieb des Heliums innerhalb des Auftriebskörpers 5 erzeugt. 2 shows the aircraft 1 in a side view, the flight condition of the aircraft 1 being a horizontal flight to the right in the drawing. Therefore, the gondola is shown tilted horizontally with the first thrust unit 13 pointing to the right and does not provide any lift in this example. The buoyancy, on the other hand, is generated solely by the generation of the Magnus effect and by the hydrostatic buoyancy of the helium within the buoyant body 5 .

3 zeigt das Fluggerät 1 in derselben Seitenansicht wie 2, jedoch nicht mehr im Flugzustand des Horizontalflugs, sondern im Flugzustand des Schwebeflugs. Da im Schwebeflug der Magnus-Effekt nicht auftritt, wird der hydrostatische Auftrieb durch das Helium durch den Schub der Schubeinheiten 13,15 unterstützt, indem die Schubeinheiten 13,15 senkrecht nach oben ausgerichtet werden. 3 shows the aircraft 1 in the same side view as 2 , but no longer in the flight condition of level flight, but in the flight condition of hovering. Since the Magnus effect does not occur when hovering, the hydrostatic lift from the helium is supported by the thrust of the thrust units 13,15 by the thrust units 13,15 being aligned vertically upwards.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been illustrated and explained in more detail by means of preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by a person skilled in the art without departing from the protective scope of the invention. It is therefore clear that a large number of possible variations exist. It is also understood that the exemplary embodiments given are really only examples and should not be construed as limiting in any way the scope, applications or configuration of the invention. Rather, the preceding description and the description of the figures enable the person skilled in the art to concretely implement the exemplary embodiments, whereby the person skilled in the art, knowing the disclosed inventive idea, can make a variety of changes, for example with regard to the function or the arrangement of individual elements mentioned in an exemplary embodiment. without departing from the scope of protection defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanations in the description.

BezugszeichenlisteReference List

11: Fluggerätaircraft
33: Aktoractuator
55: Auftriebskörperbuoyancy body
77: Steuereinheitcontrol unit
99: erste Haltevorrichtungfirst holding device
1111: zweite Haltevorrichtungsecond holding device
1313: erste Schubeinheitfirst thrust unit
1515: zweite Schubeinheitsecond thrust unit
1717: Lastbügelload bracket
1919: mechanische Wellemechanical wave

Claims

Fluggerät (1) mit einem mittels eines Aktors (3) um eine Längsachse rotierbaren Auftriebskörper (5) und mit einer Steuereinheit (7), wobei jeweils auf der Längsachse an einer ersten Außenseite des Auftriebskörpers (5) eine erste Haltevorrichtung (9) und an einer von der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Außenseite des Auftriebskörpers (5) eine zweite Haltevorrichtung (11) angeordnet ist, wobei an der ersten Haltevorrichtung (9) eine erste um die Längsachse verkippbare Schubeinheit (13) und an der zweiten Haltevorrichtung (11) eine zweite um die Längsachse verkippbare Schubeinheit (15) angeordnet ist und der Auftriebskörper (5) sowohl gegenüber der ersten als auch der zweiten Haltevorrichtung (9,11) um die Längsachse rotierbar gelagert ist, wobei die erste und die zweite Haltevorrichtung (9,11) durch einen Lastbügel (17) drehmomentfest verbunden sind, und der Lastbügel (17) um den Auftriebskörper (5) herumgeführt ist und zum Aufnehmen einer Last ausgeführt ist, und wobei die Steuereinheit (7) dazu ausgeführt ist, die erste und zweite Schubeinheit (13,15) im Schwebeflug des Fluggeräts (1) senkrecht auszurichten und im Vorwärtsflug des Fluggeräts (1) aus der Senkrechten auszulenken, und wobei der Aktor (3) dazu ausgeführt ist, im Vorwärtsflug des Fluggeräts (1) den Auftriebskörper (5) so um die Längsachse zu rotieren, dass sich eine Unterseite des Auftriebskörpers (5) entgegengerichtet zur anströmenden Luft und eine Oberseite des Auftriebskörpers (5) gleichgerichtet zur anströmenden Luft bewegt, wobei der Auftriebskörper (5) eine flexible Hülle aufweist und die flexible Hülle ein Volumen umschließt, das mit Gas gefüllt ist, wobei sich eine mechanische Welle (19) durch den Auftriebskörper (5) erstreckt und die mechanische Welle (19) drehmomentfest mit der Hülle verbunden ist, und wobei die mechanische Welle (19) auf Ansteuerung der Steuereinheit (7) hin in ihrer Länge veränderbar ist, wobei sich bei einer Verlängerung der mechanischen Welle (19) der Radius des Auftriebskörpers (5) gegenüber der Längsachse verringert und die längliche Ausdehnung in Richtung der Längsachse vergrößert.Aircraft (1) with a lifting body (5) that can be rotated about a longitudinal axis by means of an actuator (3) and with a control unit (7), with a first holding device (9) and on A second holding device (11) is arranged on a second outer side of the buoyant body (5) opposite the first side, with a first thrust unit (13) tiltable about the longitudinal axis being on the first holding device (9) and a second one being on the second holding device (11). thrust unit (15) tiltable about the longitudinal axis is arranged and the buoyant body (5) is mounted rotatably about the longitudinal axis both in relation to the first and the second holding device (9,11), the first and the second holding device (9,11) being a load bracket (17) are connected in a torque-proof manner, and the load bracket (17) is guided around the buoyancy body (5) and is designed to absorb a load, and wherein the control purity (7) is designed to align the first and second thrust unit (13,15) vertically when the aircraft (1) is hovering and to deflect them from the vertical when the aircraft (1) is flying forward, and the actuator (3) is designed for this purpose to rotate the lifting body (5) around the longitudinal axis during forward flight of the aircraft (1) in such a way that an underside of the lifting body (5) moves in the opposite direction to the oncoming air and an upper side of the lifting body (5) moves in the same direction as the oncoming air, with the lifting body (5) has a flexible shell and the flexible shell encloses a volume that is filled with gas, a mechanical shaft (19) extending through the buoyancy body (5) and the mechanical shaft (19) being torque-proof connected to the shell, and wherein the length of the mechanical shaft (19) can be changed upon activation of the control unit (7), with an extension of the mechanical shaft (19) increasing the radius of the up drive body (5) is reduced relative to the longitudinal axis and increases the longitudinal extent in the direction of the longitudinal axis.

Fluggerät (1) nach Anspruch 1, wobei die mechanische Welle (19) im Bereich ihrer Enden jeweilige Scheibenpaare aufweist und die flexible Hülle zwischen den jeweiligen Scheiben der Scheibenpaare eingespannt ist.Aircraft (1) after claim 1 , wherein the mechanical shaft (19) has respective pairs of disks in the region of its ends and the flexible sheath is clamped between the respective disks of the pairs of disks.

Fluggerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gas eine Dichte kleiner als die Dichte von Luft aufweist.Aircraft (1) according to one of the preceding claims, wherein the gas has a density lower than the density of air.

Fluggerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Auslasselement des Auftriebskörpers (5) dazu dient, das von der Hülle umschlossene Gas durch die Volumenverkleinerung des Auftriebskörpers (5) bei einer Verlängerung der mechanischen Welle (19) zumindest teilweise abzulassen und/oder zur späteren Zurückspeisung in den Auftriebskörper (5) in einen Gasspeicher zu komprimieren.Aircraft (1) according to one of the preceding claims, wherein an outlet element of the buoyancy body (5) is used to at least partially release the gas enclosed by the envelope due to the reduction in volume of the buoyancy body (5) when the mechanical shaft (19) is lengthened and/or to be compressed into a gas reservoir for later feeding back into the buoyant body (5).

Fluggerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (7) dazu ausgeführt ist, die mechanische Welle (19) dann zum Verlängern anzusteuern, wenn eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit erreicht wird und/oder Windböen einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten.Aircraft (1) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (7) is designed to control the mechanical shaft (19) to extend it when a predetermined limit speed is reached and/or gusts of wind exceed a predetermined threshold value.

Fluggerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Aktor (3) eine von der Luftströmung im Vorwärtsflug angetriebene Einrichtung ist.Aircraft (1) according to one of Claims 1 until 5 , wherein the actuator (3) is a device driven by the air flow in forward flight.

Fluggerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Aktor (3) einen ansteuerbaren Motor aufweist, wobei die Steuereinheit (7) dazu ausgeführt ist, den Motor im Vorwärtsflug des Fluggeräts (1) so anzusteuern, dass der Auftriebskörper (5) so um die Längsachse rotiert, dass sich eine Unterseite des Auftriebskörpers (5) entgegengerichtet zur anströmenden Luft und eine Oberseite des Auftriebskörpers (5) gleichgerichtet zur anströmenden Luft bewegt.Aircraft (1) according to one of Claims 1 until 5 , wherein the actuator (3) has a controllable motor, wherein the control unit (7) is designed to control the motor in forward flight of the aircraft (1) in such a way that the lifting body (5) rotates about the longitudinal axis in such a way that an underside of the buoyant body (5) in the opposite direction to the oncoming air and an upper side of the buoyant body (5) moves in the same direction as the oncoming air.

Fluggerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (7) einen Gierregler umfasst, wobei ein Ausgangswert des Gierreglers eine Schubdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Schubeinheit (13,15) ist, sodass ein Moment um eine Hochachse des Fluggeräts (1) erzeugt wird.Aircraft (1) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (7) comprises a yaw controller, an output value of the yaw controller being a thrust difference between the first and the second thrust unit (13, 15), so that a moment about a vertical axis of the aircraft ( 1) is generated.

Fluggerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Schubeinheit (13,15) jeweils einen elektrischen Motor und einen Propeller aufweisen.Aircraft (1) according to one of the preceding claims, wherein the first and the second thrust unit (13, 15) each have an electric motor and a propeller.