DE202015102833U1

DE202015102833U1 - Charging and re-provisioning station for electric and hybrid UAVs

Info

Publication number: DE202015102833U1
Application number: DE202015102833.4U
Authority: DE
Original assignee: Geola Technologies Ltd
Current assignee: Neva Aerospace Ltd Horsham Gb
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2015-06-01
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2025-06-02
Also published as: GB201709156D0; GB201613113D0; GB2529021B; GB2540052B; GB2529021A; GB201509401D0; GB2540052A; GB2551055A; GB2551055B; GB201409654D0

Abstract

Eine Ladestation für eines oder mehrere elektrische VTOL-Luftfahrzeuge, bestehend aus: einem Stützmast oder -gerüst; einer Landeplattform, die an dem genannten Stützmast oder -gerüst angebracht ist; einem Ladesystem verbunden mit einer Stromquelle zum Wiederaufladen und Kontrollieren der Batterien der genannten Luftfahrzeuge; einem Präzisionsandock- und Verankerungssystem, um die genannten Luftfahrzeuge zum Andocken auf der genannten Landeplattform zu leiten und um die genannten Luftfahrzeuge während des Aufladens in einer stabilen Position zu halten; einem elektrischen Verbindungssystem; einem Kommunikationssystem; und einem Präzisionspositioniersystem; wobei: das genannte elektrische Verbindungssystem nach der Landung automatisch eine elektrische Verbindung zwischen dem Luftfahrzeug und der Ladestation herstellt; das genannte Kommunikationssystem die Kommunikation zwischen der Ladestation und einer zentralen Kontrollstation sowie zwischen dem Luftfahrzeug bzw. der Drohne und der Ladestation herstellt; und das genannte Präzisionspositioniersystem eine Differential-GPS-Bodenstation beinhaltet.A charging station for one or more VTOL electric aircraft, comprising: a support mast or scaffold; a landing platform attached to said support mast or scaffold; a charging system connected to a power source for recharging and controlling the batteries of said aircraft; a precision docking and anchoring system for directing said aircraft to dock on said landing platform and to maintain said aircraft in a stable position during charging; an electrical connection system; a communication system; and a precision positioning system; wherein: said electrical connection system automatically establishes an electrical connection between the aircraft and the charging station after landing; said communication system establishes communication between the charging station and a central control station and between the aircraft or drone and the charging station; and said precision positioning system includes a differential GPS ground station.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische und elektrisch-hybride Luftfahrzeuge mit der Fähigkeit, senkrecht zu starten und zu landen (VTOL), und im Besonderen die Gestaltung von Lade- und Versorgungsstationen für diese Fahrzeuge.The present invention relates to electric and electric hybrid aircraft having the ability to start and land vertically (VTOL), and more particularly to the design of charging and supply stations for these vehicles.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Elektrische und hybride unbemannte Fahrzeuge oder Drohnen, die auf Multirotor-Konzepten beruhen, können dazu gebracht werden, extrem stabile VTOL-Eigenschaften aufzuweisen. Dies macht solche Drohnen potentiell attraktiv für eine Reihe von Anwendungen wie z. B. die Überwachung von Öl- und Gaspipelines oder die regelmäßige Inspektion von Bahntrassen und Straßen. Im Fall von rein elektrischen Fahrzeugen limitiert die gegenwärtige Batterietechnologie die Nutzreichweite solcher Fahrzeuge für gewöhnlich auf etwa 10 km. Obwohl hybride Luftfahrzeuge größere Reichweiten bedienen können, stellt ihre Komplexität einen Nachteil dar. Andere Methoden, um die Reichweiten zu vergrößern, wie etwa die Einbeziehung von Tragflächen in das Design von unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) mit Multirotoren, erhöht ebenso deren Komplexität. Letztlich ist die begrenzte Reichweite von elektrischen und hybriden UAVs eines der hauptsächlichen Hindernisse für den erfolgreichen Einsatz dieser Technologie in der Überwachung und anderen Gewerben.Electric and hybrid unmanned vehicles or drones based on multi-rotor concepts can be made to have extremely stable VTOL characteristics. This makes such drones potentially attractive for a number of applications, such as: For example, the monitoring of oil and gas pipelines or the regular inspection of railway lines and roads. In the case of all-electric vehicles, current battery technology usually limits the useful range of such vehicles to about 10 km. Although hybrid aircraft can handle longer ranges, their complexity is a disadvantage. Other ways to increase ranges, such as incorporating wings into the design of unmanned aerial vehicles (UAVs) with multi-rotors, also increase their complexity. Ultimately, the limited range of electric and hybrid UAVs is one of the main obstacles to the successful use of this technology in surveillance and other industries.

Es ist bekannt, dass Ladestationen eine mögliche Lösung für das Problem begrenzter Reichweiten von elektrischen Multirotor-Luftfahrzeugen darstellen. Bspw. verweisen wir auf die Abschlussarbeit „Automated Recharging For Persistence Missions with Multiple Micro Aerial Vehicles” von Yash Mulgaonkar. Die Arbeit wurde 2012 an der Universität von Pennsylvania eingereicht, um die Anforderung für die Erlangung des Titels eines Master of Science in Engineering in Teilen zu erfüllen (die Inhalte dieser Arbeit sind in diesen Verweis miteinbezogen). Derartige Diskussionen haben sich bislang hauptsächlich auf die Entwicklung von Labormustern konzentriert, die auf exponierten Ladekontakten zur Kontaktaufladung basieren. Zwar haben solche Geräte integrierte Laufzeiten von bis zu zehn Stunden aufgewiesen, jedoch bleiben derartig simple Systeme grundsätzlich ungeeignet für kommerzielle Nutzungen in realistischen externen Umgebungen, da die Geräte dort neben den Problemen, die sich aus Wetterbedingungen wie Regen, Wind, Schnee und Eis ergeben, auch mit der Beeinträchtigung durch Tiere zurechtkommen sowie menschliche Sicherheitsbedenken und den Objektschutz berücksichtigen müssen.It is known that charging stations represent a possible solution to the limited range problem of multi-rotor electric aircraft. For example. Please refer to the thesis "Automated Recharging For Persistence Missions with Multiple Micro Aerial Vehicles" by Yash Mulgaonkar. The work was submitted to the University of Pennsylvania in 2012 to partially fulfill the requirement for a Master of Science in Engineering (the contents of this work are included in this reference). Such discussions have so far mainly focused on the development of laboratory samples based on exposed charging contacts for contact charging. While such devices have built-in run times of up to ten hours, such simple systems generally remain unsuitable for commercial use in realistic external environments since the devices are there in addition to the problems resulting from weather conditions such as rain, wind, snow and ice, also have to cope with the damage caused by animals as well as human safety concerns and object protection.

Es ist daher wünschenswert, eine verbesserte Ladestation zur Verfügung zu stellen.It is therefore desirable to provide an improved charging station.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Gemäß einem Aspekt der vorgestellten Erfindung ist eine Ladestation für eines oder mehrere elektrische VTOL-Luftfahrzeuge vorgesehen, die sich zusammensetzt aus:
einem Stützmast oder -gerüst;
einer Landeplattform, die an dem Stützmast oder -gerüst befestigt ist;
einem Ladesystem, verbunden mit einer Stromquelle, zum Wiederaufladen und Kontrollieren der Batterien des Luftfahrzeugs;
einem Präzisionsandock- und Verankerungssystem, das das Luftfahrzeug zum Andocken auf den Landeplatz leitet und dort während des Ladens in einer stabilen Position festhält;
einem elektrischen Verbindungssystem;
einem Kommunikationssystem; und
einem Präzisionspositioniersystem;
wobei:
das elektrische Verbindungssystem nach der Landung automatisch eine elektrische Verbindung zwischen dem Luftfahrzeug und der Ladestation herstellt;
das Kommunikationssystem die Kommunikation herstellt zwischen der Ladestation und einer zentralen Kontrollstation sowie zwischen dem Luftfahrzeug bzw. der Drohne und der Ladestation; und das hochgenaue Positioniersystem eine Bodenstation für differentielles GPS (DGPS) beinhaltet.According to one aspect of the present invention, there is provided a charging station for one or more VTOL electric aircraft, comprising:
a support mast or scaffold;
a landing platform attached to the support mast or scaffold;
a charging system connected to a power source for recharging and controlling the batteries of the aircraft;
a precision docking and anchoring system that directs the aircraft to dock on the landing pad and holds it in a stable position during loading;
an electrical connection system;
a communication system; and
a precision positioning system;
in which:
the electrical connection system automatically establishes an electrical connection between the aircraft and the charging station after landing;
the communication system establishes communication between the charging station and a central control station and between the aircraft or drone and the charging station; and the high accuracy positioning system includes a differential GPS ground station (DGPS).

Die Landeplattform ist vorzugsweise am oberen Ende des Mastes oder der Gerüsts befestigt.The landing platform is preferably attached to the upper end of the mast or scaffolding.

Die Stromquelle umfasst vorzugsweise Solarzellen und eine Regeleinheit.The power source preferably comprises solar cells and a control unit.

Die Stromquelle kann eine Windturbine und eine Regeleinheit umfassen.The power source may include a wind turbine and a control unit.

Die Stromquelle kann aus einen Generator umfassen, der Treibstoff nutzt, um Elektrizität zu erzeugen.The power source may include a generator that uses fuel to generate electricity.

Die Stromquelle umfasst vorzugsweise einen Anschluss an das Stromversorgungsnetz.The power source preferably comprises a connection to the power supply network.

Der Landeplattform befindet sich vorzugsweise in mindestens 5 Metern, noch besser mindestens 10 Metern Höhe.The landing platform is preferably at least 5 meters, more preferably at least 10 meters in height.

Das Präzisionsverankerungssystem basiert vorzugsweise auf magnetischer Anziehung zwischen den Beinen des Luftfahrzeugs und Nuten, die in die Landeplattform geschnitten sind oder in dieser zur Verfügung stehen.The precision anchoring system is preferably based on magnetic attraction between the legs of the aircraft and grooves cut into or available in the landing platform.

Das elektrische Verbindungssystem basiert vorzugsweise auf einem servo-getriebenen Verbindungsstecker, der sich automatisch mit einem oder beiden der Beine des Luftfahrzeugs verbinden und sich wieder von diesem oder diesen lösen kann. The electrical connection system is preferably based on a servo-driven connector that can automatically connect to and disconnect from one or both of the legs of the aircraft.

Das Kommunikationssystem basiert vorzugsweise auf oder beinhaltet eine Mikrowellen- oder Funkverbindung.The communication system is preferably based on or includes a microwave or radio link.

Das Kommunikationssystem kann auf einer Satellitenverbindung basieren oder diese beinhalten.The communication system may be based on or include a satellite connection.

Das Kommunikationssystem kann auf einer Kabelverbindung basieren oder diese beinhalten.The communication system may be based on or include a cable connection.

Die Ladestation beinhaltet außerdem vorzugsweise ein Enteisungssystem, um Schnee und Eis zu schmelzen, die sich auf der Landeplattform ansammeln.The charging station also preferably includes a de-icing system to melt snow and ice accumulating on the landing platform.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorgestellten Erfindung ist eine Ladestation für eine Vielzahl von elektrischen VTOL-Luftfahrzeugen vorgesehen, die sich zusammensetzt aus:
einem Stützmast oder ein -gerüst;
einer Vielzahl von Landeplattformen, die an dem Stützmast oder -gerüst oder an Armen befestigt sind, die wiederum am Stützmast oder -gerüst befestigt sind;
einem Ladesystem, verbunden mit einer Stromquelle, zum Wiederaufladen und Kontrollieren der Batterien der Luftfahrzeuge;
einem Präzisionsandock- und Verankerungssystem, das jedes der Luftfahrzeuge zum Andocken auf der Vielzahl von Landeplätzen leitet und dort jedes der elektrischen VTOL-Luftfahrzeuge während des Ladens in einer stabilen Position festhält;
einem elektrischen Verbindungssystem;
einem Kommunikationssystem; und
einem Präzisionspositioniersystem;
wobei:
das elektrische Verbindungssystem nach der Landung automatisch eine elektrische Verbindung zwischen dem Luftfahrzeug und der Ladestation herstellt;
das Kommunikationssystem die Kommunikation herstellt zwischen der Ladestation und einer zentralen Kontrollstation sowie zwischen dem Luftfahrzeug bzw. der Drohne und der Ladestation; und
das Präzisionspositioniersystem eine Bodenstation für differentielles GPS (DGPS) beinhaltet.According to another aspect of the present invention, there is provided a charging station for a plurality of electric VTOL aircraft, which is composed of:
a support mast or scaffold;
a plurality of landing pads secured to the support mast or arms, which in turn are attached to the support mast or scaffold;
a charging system connected to a power source for recharging and controlling the batteries of the aircraft;
a precision docking and anchoring system that directs each of the aircraft to dock on the plurality of landing pads and holds each of the VTOL electric aircraft in a stable position during loading;
an electrical connection system;
a communication system; and
a precision positioning system;
in which:
the electrical connection system automatically establishes an electrical connection between the aircraft and the charging station after landing;
the communication system establishes communication between the charging station and a central control station and between the aircraft or drone and the charging station; and
the precision positioning system includes a differential GPS ground station (DGPS).

Die Stromquelle kann einen Generator umfassen, der Treibstoff nutzt, um Elektrizität zu erzeugen.The power source may include a generator that uses fuel to generate electricity.

Die Landeplattform befindet sich vorzugsweise in mindestens 5 Metern, noch besser in mindestens 10 Metern Höhe.The landing platform is preferably at least 5 meters, more preferably at least 10 meters in height.

Das Präzisionsverankerungssystem basiert vorzugsweise auf magnetischer Anziehung zwischen den Beinen der Luftfahrzeuge und Nuten, die in die Landeplattform geschnitten sind oder in dieser zur Verfügung stehen.The precision anchoring system is preferably based on magnetic attraction between the legs of the aircraft and grooves cut into or available in the landing platform.

Die Ladestation beinhaltet außerdem vorzugsweise ein einziehbares Wetterschutzsystem, das aus drei oder mehr Paneelen besteht, die automatisch bewegt werden können, um eine Abdeckung für angedockte Luftfahrzeuge zu bilden.The charging station also preferably includes a retractable weather protection system consisting of three or more panels that can be automatically moved to form a docked aircraft cover.

Die Ladestation beinhaltet außerdem vorzugsweise eine Vielzahl von einziehbaren Wetterschutzsystemen, die aus jeweils drei oder mehr Paneelen bestehen, die automatisch bewegt werden können, um eine Abdeckung für alle gedockten Luftfahrzeugen zu bilden.The charging station also preferably includes a plurality of retractable weather protection systems, each consisting of three or more panels that can be automatically moved to form a cover for all docked aircraft.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Batteriewechsel-Station vorgesehen für eines oder mehrere der elektrischen VTOL-Luftfahrzeuge, die sich zusammensetzt aus:
einem Stützmast oder ein -gerüst;
einer Landeplattform, die an dem Stützmast oder -gerüst befestigt ist;
einem Ladesystem, das mit einer Stromquelle verbunden ist, um aus den Luftfahrzeugen ausgeladene Batteriepakete wieder aufzuladen und zu kontrollieren;
einem Präzisionsandock- und Verankerungssystem, das das Luftfahrzeug zum Andocken auf der Landeplattform leitet und dort in einer stabilen Position festhält, während es angedockt ist;
einem Be- und Entladesystem für die Batteriepakete;
einem Kommunikationssystem; und
einem Präzisionspositioniersystem;
wobei:
das Kommunikationssystem die Kommunikation herstellt zwischen der Ladestation und einer zentralen Kontrollstation sowie zwischen dem Luftfahrzeug bzw. der Drohne und der Ladestation;
das Be- und Entladesystem die Mittel bereitstellt, um automatisch eine Batterie aus einem Luftfahrzeug zu entfernen und sie durch eine frisch aufgeladene Batterie zu ersetzen; und
das hochgenaue Positioniersystem eine Bodenstation für differentielles GPS (DGPS) beinhaltet.In another aspect, a battery replacement station is provided for one or more of the electric VTOL aircraft, which is composed of:
a support mast or scaffold;
a landing platform attached to the support mast or scaffold;
a charging system connected to a power source for recharging and controlling battery packs unloaded from the aircraft;
a precision docking and anchoring system that directs the aircraft to dock on the landing platform and holds it in a stable position while docked;
a loading and unloading system for the battery packs;
a communication system; and
a precision positioning system;
in which:
the communication system establishes communication between the charging station and a central control station and between the aircraft or drone and the charging station;
the loading and unloading system provides the means to automatically draw a battery from an aircraft remove and replace with a freshly charged battery; and
the high accuracy positioning system includes a differential GPS ground station (DGPS).

Gemäß einem anderen Aspekt ist eine Batteriewechsel-Station vorgesehen für eines oder mehrere der elektrischen VTOL-Luftfahrzeuge, die sich zusammensetzt aus:
einem Stützmast oder ein -gerüst;
einer Vielzahl von Landeplattformen, die an dem Stützmast oder -gerüst oder an Armen befestigt sind, die wiederum am Stützmast oder -gerüst befestigt sind;
einem Ladesystem, das mit einer Stromquelle verbunden ist, um aus den Luftfahrzeugen ausgeladene Batteriepakete wieder aufzuladen und zu kontrollieren;
einem Präzisionsandock- und Verankerungssystem, das das Luftfahrzeug zum Andocken auf der Landeplattform leitet und dort in einer stabilen Position festhält, während es angedockt ist;
einer Vielzahl von Be- und Entladesystemen für die Batteriepakete;
einem Kommunikationssystem; und
einem Präzisionspositioniersystem;
wobei:
das Kommunikationssystem die Kommunikation herstellt zwischen der Ladestation und einer zentralen Kontrollstation sowie zwischen jedem der Luftfahrzeuge bzw. der Drohnen und der Ladestation;
das Be- und Entladesystem die Mittel bereitstellt, um automatisch eine Batterie aus einem Luftfahrzeug zu entfernen und sie durch eine frisch aufgeladene Batterie zu ersetzen; und
das Präzisionspositioniersystem eine Bodenstation für differentielles GPS (DGPS) beinhaltet.In another aspect, a battery replacement station is provided for one or more of the electric VTOL aircraft, which is composed of:
a support mast or scaffold;
a plurality of landing pads secured to the support mast or arms, which in turn are attached to the support mast or scaffold;
a charging system connected to a power source for recharging and controlling battery packs unloaded from the aircraft;
a precision docking and anchoring system that directs the aircraft to dock on the landing platform and holds it in a stable position while docked;
a plurality of loading and unloading systems for the battery packs;
a communication system; and
a precision positioning system;
in which:
the communication system establishes communication between the charging station and a central control station and between each of the aircraft or drones and the charging station;
the loading and unloading system provides the means to automatically remove a battery from an aircraft and replace it with a freshly charged battery; and
the precision positioning system includes a differential GPS ground station (DGPS).

Die Stromquelle umfasst vorzugsweise eine der Folgenden: (i) Solarkraft; (ii) Windkraft; (iii) das Stromversorgungsnetz; oder (iv) einen Generator.The power source preferably includes one of the following: (i) solar power; (ii) wind power; (iii) the power grid; or (iv) a generator.

Die Ladestation oder Batteriewechsel-Station beinhaltet vorzugsweise eine Reihe von Schallwänden, um den Lärm landender und startender Luftfahrzeuge zu dämpfen.The charging station or battery changing station preferably includes a series of baffles to dampen the noise of landing and launching aircraft.

Die Ladestation oder Batteriewechsel-Station beinhaltet außerdem vorzugsweise ein System, um die Treibstofftanks von hybriden Luftfahrzeugen wieder aufzufüllen.The charging station or battery changing station also preferably includes a system to replenish the fuel tanks of hybrid aircraft.

Die Ladestation oder Batteriewechsel-Station beinhaltet außerdem vorzugsweise ein System, um einen oder mehrere landwirtschaftliche Tanks, Chemietanks, Wassertanks, Gastanks oder Flüssigkeitstanks eines Luftfahrzeugs wiederaufzufüllen.The charging station or battery changing station also preferably includes a system to replenish one or more agricultural tanks, chemical tanks, water tanks, gas tanks or liquid tanks of an aircraft.

Die Ladestation oder Batteriewechsel-Station beinhaltet außerdem vorzugsweise ein automatisches System, um Fracht aus einem Luftfahrzeug ein- und auszuladen.The charging station or battery changing station also preferably includes an automatic system for loading and unloading cargo from an aircraft.

Die Ladestation oder Batteriewechsel-Station kann so aufgebaut sein, dass im zentralen Mast oder dem Gerüst ein Zugangssystem untergebracht ist, das Menschen den Zugang erlaubt, um die Luftfahrzeuge mit Fracht und/oder Passagieren zu be- und entladen.The charging station or battery changing station may be constructed to house in the central mast or scaffolding an access system that allows people access to load and unload the aircraft with cargo and / or passengers.

Die Ladestation oder Batteriewechsel-Station kann so aufgebaut sein, dass die Station sich auf dem Meer befindet und ein Wellen- oder Wasserströmungsgenerator genutzt wird, um Strom für die Station zu gewinnen.The charging station or battery changing station may be constructed so that the station is at sea and a wave or water flow generator is used to generate power for the station.

Die Ladestation oder Batteriewechsel-Station kann so aufgebaut sein, dass der zentrale Mast oder das Gerüst durch ein Luftschiff ersetzt wird und die Landeplattformen direkt auf der Oberseite des Luftschiffes angebracht werden.The charging station or battery changing station may be constructed such that the central mast or scaffolding is replaced by an airship and the landing platforms are mounted directly on top of the airship.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorgestellten Erfindung wird eine Methode zur Wiederaufladung eines oder mehrerer VTOL-Luftfahrzeuge bereitgestellt, die darin besteht:
ein elektrisches VTOL-Luftfahrzeug zum Andocken auf eine Landeplattform zu leiten und das Luftfahrzeug in einer stabilen Position zu halten, während es auflädt;
eine automatische elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen VTOL-Luftfahrzeug und der Ladestation herzustellen, nachdem das elektrische Luftfahrzeug auf der Landeplattform gelandet ist;
die Kommunikation zwischen einer Ladestation und einer zentralen Kontrollstation bereitzustellen; und
die Kommunikation zwischen dem elektrischen Luftfahrzeug und der Ladestation bereitzustellen.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of recharging one or more VTOL aircraft, comprising:
direct a VTOL electric aircraft to dock on a landing platform and hold the aircraft in a stable position while charging;
establish an automatic electrical connection between the VTOL electric aircraft and the charging station after the electric aircraft has landed on the landing platform;
to provide communication between a charging station and a central control station; and
to provide communication between the electric aircraft and the charging station.

Gemäß einem Aspekt wird eine Methode zur Wiederaufladung einer Vielzahl von elektrischen VTOL-Luftfahrzeugen bereitgestellt, die darin besteht:
eine Vielzahl von elektrischen VTOL-Luftfahrzeugen zum Andocken auf einer Landeplattform zu leiten und jedes der Luftfahrzeuge in einer stabilen Position zu halten, während sie aufladen;
eine automatische elektrische Verbindung zwischen jedem der elektrischen VTOL-Luftfahrzeuge und der Ladestation herzustellen, nachdem die Vielzahl von elektrischen Luftfahrzeugen auf der Landeplattform gelandet ist;
die Kommunikation zwischen einer Ladestation und einer zentralen Kontrollstation bereitzustellen; und
die Kommunikation zwischen der Vielzahl von elektrischen Luftfahrzeugen und der Ladestation bereitzustellen. In one aspect, there is provided a method of recharging a plurality of VTOL electric aircraft, comprising:
direct a variety of VTOL electric aircraft to dock on a landing platform and hold each of the aircraft in a stable position while charging;
establish an automatic electrical connection between each of the VTOL electric aircraft and the charging station after the plurality of electric aircraft land on the landing platform;
to provide communication between a charging station and a central control station; and
to provide communication between the plurality of electric aircraft and the charging station.

Gemäß einem Aspekt wird eine Methode zum Batterieaustausch bei einem oder mehreren Luftfahrzeugen bereitgestellt, die darin besteht:
ein elektrisches VTOL-Luftfahrzeug zum Andocken auf einer Landeplattform zu leiten und das Luftfahrzeug in einer stabilen Position zu halten, während es angedockt ist;
automatisch die Batterie aus einem VTOL-Luftfahrzeug auszuladen und durch eine aufgeladene Batterie zu ersetzen;
die Kommunikation zwischen einer Ladestation und einer zentralen Kontrollstation bereitzustellen; und
die Kommunikation zwischen dem elektrischen VTOL-Luftfahrzeug und der Ladestation bereitzustellen.According to one aspect, there is provided a method for battery replacement in one or more aircraft, comprising:
direct a VTOL electric aircraft to dock on a landing platform and hold the aircraft in a stable position while docked;
automatically unload the battery from a VTOL aircraft and replace it with a charged battery;
to provide communication between a charging station and a central control station; and
to provide communication between the VTOL electric aircraft and the charging station.

Gemäß einem Aspekt wird eine Methode zum Batterieaustausch bei einer Vielzahl von elektrischen VTOL-Luftfahrzeugen bereitgestellt, die darin besteht:
eine Vielzahl von elektrischen VTOL-Luftfahrzeugen zum Andocken auf einer Vielzahl von Landeplattform zu leiten und jedes der Luftfahrzeuge in einer stabilen Position zu halten, während es angedockt ist;
automatisch die Batterie aus jedem der Vielzahl von VTOL-Luftfahrzeugen zu entladen und jeweils durch eine aufgeladene Batterie zu ersetzen;
die Kommunikation zwischen einer Ladestation und einer zentralen Kontrollstation bereitzustellen; und
die Kommunikation zwischen der Vielzahl von elektrischen VTOL-Luftfahrzeugen und der Ladestation bereitzustellen.In one aspect, there is provided a method of battery replacement in a variety of VTOL electric aircraft, comprising:
directing a plurality of VTOL electric aircraft to dock on a plurality of landing platforms and keeping each of the aircraft in a stable position while docked;
automatically discharge the battery from each of the plurality of VTOL aircraft and replace each with a charged battery;
to provide communication between a charging station and a central control station; and
to provide communication between the plurality of VTOL electric aircraft and the charging station.

Gemäß einem Aspekt wird eine Ladestation für ein oder mehrere elektrische VTOL-Luftfahrzeuge bereitgestellt, die sich zusammensetzt aus:
einer oder mehreren Landeplattformen;
einem Ladesystem, um eine oder mehrere Batterien eines elektrischen VTOL-Luftfahrzeugs wiederaufzuladen; und
einem automatischen elektrischen Verbindungssystem, das so aufgebaut und eingerichtet ist, dass es automatisch eine elektrische Verbindung zwischen einem oder mehreren elektrischen VTOL-Luftfahrzeugen, die auf einer oder mehreren Landeplattformen gelandet sind, und dem Ladesystem herstellt, während die Luftfahrzeuge im Gebrauch sind.In one aspect, there is provided a charging station for one or more VTOL electric aircraft, comprising:
one or more landing platforms;
a charging system for recharging one or more batteries of a VTOL electric aircraft; and
an automatic electrical connection system constructed and arranged to automatically establish an electrical connection between one or more VTOL electric aircraft that have landed on one or more landing platforms and the charging system while the aircraft are in use.

Das automatische elektrische Verbindungssystem beinhaltet vorzugsweise einen oder mehrere Motoren, wobei das automatische elektrische Verbindungssystem vorzugsweise so aufgebaut und eingerichtet ist, dass es einen oder mehrere Motoren ansteuern kann, um den elektrischen Kontakt zwischen einem oder mehreren Anschlüssen, Buchsen oder Steckern und einem oder mehreren korrespondieren Anschlüssen, Buchsen oder Steckern des elektrischen VTOL-Luftfahrzeugs herzustellen, während dieses im Gebrauch ist.The automatic electrical connection system preferably includes one or more motors, wherein the automatic electrical connection system is preferably constructed and arranged to drive one or more motors to correspond to electrical contact between one or more terminals, sockets or plugs and one or more Make connections, sockets or plugs of the electric VTOL aircraft while this is in use.

Gemäß einem Aspekt ist eine Batteriewechsel-Station vorgesehen für eines oder mehrere der elektrischen VTOL-Luftfahrzeuge, die besteht aus:
einer oder mehreren Landeplattformen; und
einem Be- und Entladesysteme, um automatisch eines oder mehrere Batteriepacks in einem oder mehreren elektrischen VTOL-Luftfahrzeugen auszutauschen, wenn diese auf einer oder mehreren Landeplattformen mit einer teilweise oder vollständig geladenen Batterie gelandet sind.In one aspect, a battery replacement station is provided for one or more of the electric VTOL aircraft, which consists of:
one or more landing platforms; and
a loading and unloading system to automatically replace one or more battery packs in one or more VTOL electric aircraft when landed on one or more landing platforms with a partially or fully charged battery.

Gemäß einem Aspekt wird eine Methode zum Wiederaufladen eines oder mehrerer elektrischer VTOL-Luftfahrzeuge bereitgestellt, die darin besteht:
automatisch eine elektrische Verbindung zwischen einem oder mehreren elektrischen VTOL-Luftfahrzeugen herzustellen, die auf einer oder mehreren Landeplattformen gelandet sind, und einem Ladesystem, um eine oder mehrere Batterien in einem oder mehreren der Luftfahrzeuge wieder aufzuladen.According to one aspect, there is provided a method for recharging one or more VTOL electric aircraft, comprising:
automatically establish an electrical connection between one or more VTOL electric aircraft that have landed on one or more landing platforms and a charging system to recharge one or more batteries in one or more of the aircraft.

Weiterhin besteht die Methode vorzugsweise darin, einen oder mehrere Motoren anzusteuern, um den elektrischen Kontakt zwischen einem oder mehreren Anschlüssen, Buchsen oder Steckern und einem oder mehreren korrespondieren Anschlüssen, Buchsen oder Steckern des elektrischen VTOL-Luftfahrzeugs herzustellen.Furthermore, the method is preferably to drive one or more motors to establish electrical contact between one or more terminals, receptacles or plugs and one or more corresponding terminals, receptacles or plugs of the VTOL electrical aircraft.

Gemäß einem Aspekt wird eine Methode zum Auswechseln der Batterie in einem oder mehreren Luftfahrzeugen bereitgestellt, die darin besteht:
automatisch eines oder mehrere Batteriepacks in einem oder mehreren elektrischen VTOL-Luftfahrzeugen auszutauschen, wenn diese auf einem oder mehreren Landeplätzen mit einer oder mehreren teilweise oder vollständig geladenen Batterie gelandet sind.According to one aspect, there is provided a method of replacing the battery in one or more aircraft, comprising:
automatically replace one or more battery packs in one or more electric VTOL aircraft when landed on one or more landing sites with one or more partially or fully charged batteries.

Die bevorzugte Ausführungsform ist mit einem Netzwerk aus Lade- und Versorgungsstationen für elektrische oder hybride Luftfahrzeug kleiner oder mittlerer Größe mit Präzisions-VTOL-Fähigkeiten verbunden. Grundsätzlich besteht jede Ladestation aus einem hohen Mast oder Gerüst, an dessen oberen Ende sich eine Landeplattform für eines oder mehrere Luftfahrzeuge befindet, einem oder mehreren Verankerungssystemen, um jedes der Luftfahrzeug auf der Landeplattform zu halten, einem elektrischen Ladesystem basierend auf einem sicheren Stecker- und Buchsensystem, um die Batterien der Luftfahrzeuge wiederaufzuladen, einem Versorgungssystem zum Wiederauffüllen und Erneuern von flüssigen oder gasförmigen Nutzlasten, einem Präzisionspositioniersystem, das es den Luftfahrzeugen mit der notwendigen Präzision zu landen und abzuheben erlaubt sowie einem Kommunikationssystem für die Kommunikation mit einer zentralen Kontrollstation. Optional können Solarzellen oder Windturbinen in die Konstruktion mitaufgenommen werden, um eine unabhängige Stromversorgung zu ermöglichen. Zusätzlich können, wenn solche Station auf See platziert werden, Wellenturbinen zur Erzeugung von Strom mitaufgenommen werden. Bei Standorten mit einem kalten Klima kann ein elektromechanisches Schiebedach- und Abdeckungssystem genutzt werden, um das Ansammeln von Schnee und Eis auf der Landeplattform zu vermeiden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Enteisungssystem genutzt werden, um die Landeplattform lastfrei zu halten.The preferred embodiment is associated with a network of charging and supply stations for small or medium size electric or hybrid aircraft with precision VTOL capabilities. Basically, each charging station consists of a tall mast or scaffolding, at the top of which is a landing platform for one or more aircraft, one or more anchoring systems to hold each of the aircraft on the landing platform, an electrical charging system based on a secure plug and socket A system of sockets for recharging aircraft batteries, a refueling and renewal system for liquid or gaseous payloads, a precision positioning system that allows aircraft to land and take off with the necessary precision, and a communication system for communication with a central control station. Optionally, solar cells or wind turbines can be included in the design, to enable an independent power supply. Additionally, when such stations are placed at sea, shaft turbines may be included to generate power. In locations with a cold climate, an electromechanical sunroof and cover system can be used to prevent the accumulation of snow and ice on the landing platform. According to another embodiment, a de-icing system may be used to keep the landing platform free of load.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Im Folgenden werden unterschiedliche Ausführungsformen der vorgestellten Erfindung beispielhaft mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:

eine Ladestation gemäß der bevorzugten Ausführungsform zeigt; und shows a charging station according to the preferred embodiment; and

Details der Andock-, Halte- und elektrischen Verbindungssysteme der Landeplattform gemäß der bevorzugten Ausführungsform zeigt. Details of the docking, holding and electrical connection systems of the landing platform according to the preferred embodiment shows.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

zeigt eine Ladestation für eines oder mehrere elektrische VTOL-Luftfahrzeuge gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorgestellten Erfindung. Ein 8 Meter langer Stahlmast 101 ist vorzugsweise sicher in einem Betonfundament im Boden 102 befestigt. Ein Stacheldrahtzaun 103 kann vorgesehen werden, um Vandalen vom Hochklettern am Mast abzuhalten. Eine Landeplattform aus Aluminium und Plastik 104 mit den Maßen 1,5 m × 3 m ist vorzugsweise am oberen Ende des Mastes 101 befestigt. Die Landeplattform ist vorzugsweise so entworfen, dass sie zwei kleine „Ceres-A” Drohnen (Neva Aerospace Ltd.) 105, 106 aufnehmen kann, die vorzugsweise jeweils mit 5 MJ Li-Polymer Batteriepaketen sowie Batterielade- und Kommunikationsanschlüssen an den Enden ihrer Kufen ausgestückt sind. shows a charging station for one or more electric VTOL aircraft according to a preferred embodiment of the present invention. One 8th Meter long steel mast 101 is preferably safe in a concrete foundation in the ground 102 attached. A barbed wire fence 103 can be provided to prevent vandals from climbing the mast. A landing platform made of aluminum and plastic 104 with the dimensions 1.5 m × 3 m is preferably at the top of the mast 101 attached. The landing platform is preferably designed to contain two small "Ceres-A" drones (Neva Aerospace Ltd.) 105 . 106 which are preferably each equipped with 5 MJ Li-Polymer battery packs and battery charging and communication ports at the ends of their runners.

Ceres-A Drohnen nutzen vier 17-Zoll (42,5 cm) Impeller bestehend aus je zwei gegenläufig rotierenden Propellern, die in einer Quad-Konfiguration angeordnet sind. Die Drohnen haben einen Durchmesser von ungefähr 1 Meter und wiegen mit Nutzlast ungefähr 20 kg. Ihr Leergewicht beträgt 14 kg. Die mögliche Flugdauer beträgt gut 25 Minuten bei einer maximalen Reichweite von 15 km.Ceres-A drones utilize four 17-inch (42.5 cm) impellers each consisting of two counter-rotating propellers arranged in a quad configuration. The drones have a diameter of about 1 meter and weigh about 20 kg with payload. Their empty weight is 14 kg. The possible duration of flight is just over 25 minutes with a maximum range of 15 km.

Ein Elektronikschacht 107 befindet sich vorzugsweise direkt unter der Landeplattform 104. Der Elektronikschacht 107 beinhaltet vorzugsweise Ladeschaltungen für die zwei Batterielade- und Kontrollsysteme der Landeplattform, Telekommunikationselektronik, ein DGPS-Bodenstationssystem, Regel- und Energieversorgungselektronik für die Umwandlung der Energie der Solarzellen sowie ein Energiespeichersystem auf Basis von Lithium-Ionen-Batterien, das in der Lage ist, 25 MJ elektrischer Energie zu speichern.An electronics bay 107 is preferably located directly under the landing platform 104 , The electronics bay 107 preferably includes charging circuitry for the two landing platform battery charging and control systems, telecommunications electronics, a DGPS ground station system, control and power electronics for solar cell energy conversion, and a lithium ion battery-based energy storage system capable of 25 To store MJ of electrical energy.

Zwei Solarpaneele 108, 109 sind vorzugsweise auf der Ladestation installiert, jedes mit den Maßen 2 m × 2 m. Die Solarpaneele laden die Lithium-Ionen-Speicherbatterien der Station durchgängig auf. Unter guten Sonnenbedingungen kann die Batterie der Station mehrmals pro Tag vollständig aufgeladen werden, sodass bis zu 5–10 Wiederaufladungen der Ceres-A Batteriepakete möglich sind. Vorzugsweise ist die Station mit einer Telekommunikationsschüssel 110 ausgestattet, um die Kommunikation mit einer zentralen Kontrollstation sicherzustellen. Eine Mikrowellenantenne (nicht abbgebildet) zur Kommunikation zwischen der Drohne und der Station kann auch zur Ausstattung gehören.Two solar panels 108 . 109 are preferably installed on the charging station, each measuring 2 m × 2 m. The solar panels continuously charge the station's lithium-ion storage batteries. Under good sun conditions, the station's battery can be fully charged several times a day, allowing up to 5-10 recharges of the Ceres-A battery packs. Preferably, the station is with a telecommunication dish 110 equipped to ensure communication with a central control station. A microwave antenna (not shown) for communication between the drone and the station may also be included in the equipment.

zeigt eine detaillierte Draufsicht der bevorzugten Landeplattform 104, 201 und und (c) zeigen die dazugehörigen Seitenansichten. In die Aluminiumplatte 201 sind vorzugsweise vier rechteckige Nuten 202–205 mit den Maßen 110 cm × 6 cm × 6 cm geschnitten. Diese Nuten sind so entworfen, dass jeweils ein Paar die Landekufen 209, 210 einer Ceres-A Drohne 208 (mit vier Impellern 211–214) aufnehmen kann. Es können Wasserablauflöcher vorgesehen werden, um im Falle von Niederschlägen Wasser abfließen zu lassen. Da die Kufen der Ceres-A 80 cm lang sind, verbleiben 30 cm Spielraum auf der Längsachse. shows a detailed plan view of the preferred landing platform 104 . 201 and and (c) show the associated side views. In the aluminum plate 201 are preferably four rectangular grooves 202 - 205 cut with the dimensions 110 cm × 6 cm × 6 cm. These grooves are designed so that each pair has the landing skids 209 . 210 a Ceres-A drone 208 (with four impellers 211 - 214 ). Water drainage holes may be provided to drain water in the event of rain. As the skids of the Ceres-A are 80 cm long, 30 cm clearance remains on the longitudinal axis.

Vier dreieckige Plastikführungen 206, 207 können um jede der Nuten vorgesehen werden, um die Landekufen 209, 210 längs und seitlich in die Nuten 201–205 zu führen.Four triangular plastic guides 206 . 207 can be provided around each of the grooves to the landing skids 209 . 210 longitudinal and lateral in the grooves 201 - 205 respectively.

Eine Bodenstation für Differential-GPS ist vorzugsweise in die Station integriert, um zusammen mit dem GPS-System der Ceres-A Drohne Genauigkeiten von ca. 1 cm bei der Landung zu ermöglichen. Dies wird unterstützt durch Sonar-Sensoren an Bord der Ceres-A Drohne, die millimetergenaue Höhenmessungen ermöglichen. Ein Auto-Landeprogramm im Flugleitsystem der Ceres-A ist, abhängig von den Windbedingungen, für gewöhnlich in der Lage, die Drohne mit einer Genauigkeit von +/–3 cm zu landen. Die Führungen 206, 207 dienen dazu, die Kufen 209, 210 korrekt in den Nuten 202–205 zu fixieren. Am Boden der Nuten 202–205 befinden sich jeweils Elektromagneten, die vorzugsweise bei der Landung aktiviert werden, um die Kufen der Drohne in einer festen Position in der Nut zu halten. Die Stecker 216, 218 werden dann vorzugsweise durch die Servomotoren 215, 217, die jeweils eine Gewindestange antreiben, in die korrespondierenden Elektrobuchse an den Kufen der Ceres-A 209, 210 geführt. Zwei elektrische Verbindungen werden fürs Laden sowie eine weitere RS485-Verbindung und eine CANBUS-Verbindung für die Kommunikation zwischen der Drohne und der Station benötigt. Eine Reihe in der Landeplattform integrierter Heizspulen kann genutzt werden, um die Enteisung und das Schmelzen von Schnee sicherzustellen. Das entstehende Wasser kann durch das Ablauflaufloch 219 abfließen.A ground station for differential GPS is preferably integrated into the station to enable, together with the GPS system of the Ceres-A drone, accuracy of about 1 cm on landing. This is supported by sonar sensors aboard the Ceres-A drone, which allow millimeter-accurate height measurements. A car landing program in the Ceres-A's flight control system is usually able to land the drone with an accuracy of +/- 3 cm, depending on the wind conditions. The guides 206 . 207 serve the runners 209 . 210 correct in the grooves 202 - 205 to fix. At the bottom of the grooves 202 - 205 There are electromagnets, which are preferably activated during the landing to keep the skids of the drone in a fixed position in the groove. The plugs 216 . 218 are then preferably by the servomotors 215 . 217 , each one Drive threaded rod into the corresponding electric socket on the skids of Ceres-A 209 . 210 guided. Two electrical connections are needed for charging as well as another RS485 connection and a CANBUS connection for communication between the drone and the station. A number of heating coils integrated in the landing platform can be used to ensure the deicing and melting of snow. The resulting water can through the drain hole 219 flow away.

Die Station wird vorzugsweise durch einen Raspberry P1 Mikrocomputer gesteuert, der alle Interfaces besitzt, die für das automatische Aufladen, die Kommunikation mit angedockten, sich nähernden oder abfliegenden Drohnen und mit der zentralen Kontrollstation benötigt werden. Grundsätzlich sendet die Station per Satelliten- oder Mikrowellenverbindung alle 10 Sekunden ihren Status an die zentrale Kontrollstation. Dieser Status kann beinhalten: (a) die Seriennummer der Drohne, die in Andockstation A angedockt ist (falls sich dort keine Drohne befindet, kann die Seriennummer 000-000 eingesetzt werden); (b) die Seriennummer der Drohne, die in Andockstation B angedockt ist (falls sich dort keine Drohne befindet, kann die Seriennummer 000-000 eingesetzt werden); (c) die Energie in den Batterien der Drohne in Andockstation A in kJ; (d) die Energie in den Batterien der Drohne in Andockstation B in kJ; (e) die im Energiespeichersystem der Ladestation verbleibende Energie in kJ; (f) die Windgeschwindigkeit in Knoten und die Windrichtung in Gradabweichung von Norden am Landeplatz; (g) die geplante Abflugzeit der Drohne in Andockstation A; (h) die geplante Abflugzeit der Drohne in Andockstation B; (1) die geplante Landezeit für eine Drohne in Andockstation A; (j) die geplante Landezeit für eine Drohne in Andockstation B.The station is preferably controlled by a Raspberry P1 microcomputer having all the interfaces needed for automatic charging, communication with docked, approaching or departing drones, and the central control station. Basically, the station transmits its status to the central control station every 10 seconds via satellite or microwave connection. This status may include: (a) the drone serial number docked in docking station A (if there is no drone there, serial number 000-000 may be used); (b) the serial number of the drone docked in docking station B (if there is no drone there, the serial number 000-000 can be used); (c) the energy in the batteries of the drone in docking station A in kJ; (d) the energy in the batteries of the drone in docking station B in kJ; (e) the energy remaining in the energy storage system of the charging station in kJ; (f) the wind speed in knots and the wind direction in degree deviation from north at the landing site; (g) the scheduled departure time of the drone in docking station A; (h) the scheduled departure time of the drone in docking station B; (1) the planned landing time for a drone in docking station A; (j) the planned landing time for a drone in docking station B.

Die Kommunikation zwischen dem Raspberry Pi und der Sendeeinheit wird vorzugsweise durch RS485 hergestellt. Die Kommunikation zwischen dem Raspberry Pi und der Ladekontrolleinheit, der Kontrolleinheit des Magnethalterungs- und des motorisierten Verbindungssystem, dem Windrichtungsmesser und der Kontrolleinheit des Enteisungssystem wird vorzugsweise durch Serial Peripheral Interface (SPI) hergestellt.The communication between the Raspberry Pi and the transmitting unit is preferably made by RS485. The communication between the Raspberry Pi and the charging control unit, the magnetic support and motorized connection system control unit, the wind direction meter and the de-icing system control unit is preferably made by Serial Peripheral Interface (SPI).

Der Raspberry Pi kommuniziert vorzugsweise alle zwei Sekunden direkt mit jeder der angedockten Drohnen, um den Andockstatus (angedockt = 1; an- oder abdockend = 2; abgedockt = 3) und den Ladestatus (ladend = 1, nicht ladend = 0) abzufragen. Das Flugleitsystem der Ceres-A ist vorzugsweise so programmiert, dass die Drohne nur abhebt, wenn sie abgedockt ist.The Raspberry Pi preferably communicates directly with each of the docked drones every two seconds to query the docking status (docked = 1, docking or undocking = 2, undocked = 3) and loading status (loading = 1, non-loading = 0). The air traffic control system of Ceres-A is preferably programmed so that the drone lifts only when it is undocked.

Der Raspberry Pi wartet auf Befehle der zentralen Kontrollstation. Die Befehle können beinhalten: (A) Drohne in Andockstation A, hebe ab zum Zeitpunkt XX h XX min XX sek; (B) Drohne in Andockstation B, hebe ab zum Zeitpunkt XX h XX min XX sek; (C) lade Flugplan in Drohne in Andockstation A hoch; (D) lade Flugplan in Drohne in Andockstation B hoch; (E) lade Daten von Drohne in Andockstation A runter; (F) lade Daten von Drohne in Andockstation B runter; (G) vorbereiten, Drohne mit der Seriennummer XXX-XXX zum Zeitpunkt XX h XX min XX sek zum Landen in Andockstation X in Empfang zu nehmen; (H) Befehle bezüglich Drohne in Andockstation A abbrechen; (I) Befehle bezüglich Drohne in Andockstation B abbrechen.The Raspberry Pi waits for commands from the central control station. The commands may include: (A) drone in docking station A, lift off at time XX h XX min XX sec; (B) drone in docking station B, lift off at time XX h XX min XX sec; (C) upload flight plan in drone in docking station A; (D) upload flight plan in drone in docking station B; (E) download data from drone in docking station A; (F) download data from drone in docking station B; (G) prepare to receive drone with serial number XXX-XXX at time XX h XX min XX sec for landing in docking station X; (H) cancel commands regarding drone in docking station A; (I) Cancel commands regarding drone in docking station B

Beim Empfang eines dieser Befehle wird der Raspberry Pi vorzugsweise dessen Validität prüfen. Falls der Mikroprozessor zum Beispiel den Befehl erhält, dass die Drohne in Andockstation A zu einem bestimmten Zeitpunkt abheben soll, wird der Mikroprozessor zuerst überprüfen, ob sich tatsächlich eine Drohne in Andockstation A befindet. Ist dieser Test erfolgreich, wird der Mikroprozessor vorzugsweise mit der Drohne in dieser Andockstation kommunizieren, um zu überprüfen, ob im Navigationssystem der Drohne ein ausführbarer Flugplan vorliegt. Ist auch dieser Test erfolgreich, wird der Raspberry Pi vorzugsweise der zentralen Kontrollstation bestätigen, dass er den Startbefehl akzeptiert. Die Startzeit wird dann in den regelmäßigen Statussendungen des Raspberry Pi aufgeführt.Upon receiving one of these commands, the Raspberry Pi will preferably check its validity. For example, if the microprocessor receives the command that the drone in Docking Station A should pick up at some point in time, the microprocessor will first check if there is actually a drone in Docking Station A. If this test is successful, the microprocessor will preferably communicate with the drone in that docking station to check if the drone navigation system has an executable flight plan. If this test is also successful, the Raspberry Pi will preferably confirm to the central control station that it accepts the start command. The start time is then listed in the regular status broadcasts of the Raspberry Pi.

Wenn ein Befehl des Typs G empfangen wird, wird der Raspberry Pi diesen vorzugsweise nur dann akzeptieren, falls der Zeitpunkt der Landung mehr als drei Minuten in der Zukunft liegt, falls die Seriennummer der Drohne in einer gespeicherten Liste autorisierter Drohnen aufgeführt ist und falls die Windgeschwindigkeit nicht höher als ein festgesetzter kritischer Wert ist. Drei Minuten vor der Landung wird der Rapsberry Pi versuchen die Mikrowellenkommunikation mit der fraglichen Drohne herzustellen. Dabei greift er auf das gespeicherte Kommunikationsprotokoll zurück, das mit der Seriennummer der Drohne korrespondiert. Falls nach einer Minute keine Kommunikation erfolgreich hergestellt werden konnte, wird der Raspberry Pi die zentrale Kontrollstation informieren, dass er die Drohne nicht erreichen kann. Gleichzeitig wird die Landeanfrage abgebrochen. Falls die Kommunikation mit der Drohne jedoch hergestellt werden konnte, wird der Raspberry Pi vorzugsweise einen Landebefehl senden, den das bordeigene Flugleitsystem anerkennt. Im Fall der Bestätigung des Befehls wird der Raspberry Pi dann 10 Mal pro Sekunde GPS-Bodenstation-Signale an bordeigene Flugleitsystem senden, um es der Drohne zu ermöglichen, die gewünschte Landeposition auf einen Zentimeter genau zu berechnen. Die Station wird zudem vorzugsweise Luftdruckmessungen an die Drohne senden, die unmittelbar nach dem Landebefehl durch ihr Barometer gemessen wurden. Dies erlaubt der Ceres-A Drohne 208 durch den Einsatz ihres bordeigenen MS5611-01BA Höhenmessers eine präzise Bestimmung ihrer relativen Höhe in Bezug auf die Landeplattform vorzunehmen. Ein Programm im Flugleitsystem der Drohne wird die Drohne dann vorzugsweise selbstständig landen. In einer Höhe von 2 Metern über der Landeplattform wird vorzugsweise das Sonarsystem der Ceres genutzt, um die Höhenmessung zu präzisieren. Grundsätzlich können abhängig von der Art der erforderlichen Landung verschiedene automatische Landeprogramme in das Flugleitsystem der Ceres hochgeladen werden. Diese können genutzt werden, um langsame oder schnelle Landungen durchzuführen, um so die Landung im Fall starker Windböen zu optimieren, um den Energieverbrauch bei der Landung zu optimieren oder die Lärmproduktion zu minimieren.If a G-type command is received, the Raspberry Pi will preferably accept it only if the time of landing is more than three minutes in the future, if the serial number of the drone is listed in a stored list of authorized drones and if the wind speed is not higher than a set critical value. Three minutes before landing, the Rapsberry Pi will try to establish microwave communication with the drone in question. He uses the stored communication protocol, which corresponds to the serial number of the drone. If communication fails successfully after one minute, the Raspberry Pi will inform the central control station that it can not reach the drone. At the same time the landing request is canceled. However, if communication with the drone could be made, the Raspberry Pi will preferably send a landing command recognized by the on-board flight control system. In the event of confirmation of the command, the Raspberry Pi will then send GPS ground station signals to onboard flight control systems 10 times per second to allow the drone to calculate the desired landing position to within one centimeter. The station will also preferably send barometric pressure measurements to the drone, which were measured by its barometer immediately after the landing command. This allows the Ceres-A drone 208 Precisely determine their relative height with respect to the landing platform by using their on-board MS5611-01BA altimeter. A program in the drone flight control system will then preferably land the drone autonomously. At a height of 2 meters above the landing platform, the Ceres sonar system is preferably used to specify the height measurement. In principle, depending on the type of landing required, various automatic landing programs can be uploaded to the Ceres flight control system. These can be used to make slow or fast landings to optimize the landing in case of strong gusts of wind to optimize landing energy use or minimize noise production.

Für Fachleute wird es offensichtlich sein, dass man sich zahlreiche verschiedene Typen mechanischer Andock- und Verbindungssystem in einer solchen Station vorstellen kann. Zum Beispiel kann ein Roboterarmsystem eingesetzt werden, das die Drohne identifiziert, sie nach der Landung festhält und dann, nachdem der Stecker angeschlossen wurde, um die Drohne aufzuladen, zu einer exakten Position bewegt.It will be apparent to those skilled in the art that many different types of mechanical docking and connection system can be imagined in such a station. For example, a robotic arm system may be employed which identifies the drone, holds it after landing, and then, after the plug has been connected to charge the drone, moved to an exact position.

Die Kommunikation zwischen der Drohne und der Station kann auch über drahtloses Internet, Funk- oder eine Kabelverbindung erfolgen. Das Aufladen der Batterien kann auch per Induktion erfolgen. In diesem Fall wird eine Drohne zur Landung auf der Landeplattform gebracht und dort vorzugsweise durch elektromagnetische Anziehung oder Luftdruck (Vakuum) festgehalten. Die Drohne kann dann induktiv aufgeladen werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann die Landeplattform aus einem isolierenden Material gefertigt sein, um die Strom-Wärme-Verluste bei der Induktion zu reduzieren, und die Induktionsspulen können beweglich sein (in zwei Dimensionen), um die induktive Kopplung zu maximieren. Dies lässt eine kleinere Landepräzision der Drohne zu. Die Drohne kann positioniert werden, um die induktive Kopplung zu maximieren.Communication between the drone and the station may also be via wireless internet, radio or cable connection. Charging the batteries can also be done by induction. In this case, a drone is brought to landing on the landing platform and held there preferably by electromagnetic attraction or air pressure (vacuum). The drone can then be charged inductively. According to this embodiment, the landing platform may be made of an insulating material to reduce the current-to-heat losses on induction, and the induction coils may be movable (in two dimensions) to maximize inductive coupling. This allows a smaller landing precision of the drone. The drone can be positioned to maximize inductive coupling.

BATTERIEWECHSEL-STATIONBATTERY CHANGE STATION

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Ladestation eine Batteriewechsel-Station beinhalten. Gemäß dieser Ausführungsform kann eine ähnliche Station wie die oben beschriebene benutzt werden, mit dem Unterschied, dass das Batteriepaket einer auf der Landeplattform landenden Drohne vorzugsweise automatisch mit einem vollaufgeladenen Batteriepaket aus der Station ausgetauscht wird. Dies ermöglicht Drohnen zu landen und schnell wieder abzuheben, ohne dass sie warten müssen, bis ihre Batterien von der Station wiederaufgeladen wurden. Eine Anzahl von Batteriepaketen (z. B. 10–20) kann in einem Kassettensystem unter der Landeplattform gelagert werden, so dass Drohnen landen und neue Batterien von der Station aufnehmen können. Die alten Batterien können dann in das Ende der Kassette eingesetzt werden, um dort auf eine ähnliche Weise geladen zu werden, wie es in der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform geschieht. Gemäß dieser Ausführungsform werden die Batteriesysteme automatisch aus der Drohne entfernt und die entfernte Batterie automatisch in ein Kassettensystem eingesetzt. Eine aufgeladene Batterie vom anderen Ende der Kassette wird dann automatisch in die Drohne eingesetzt.According to another embodiment, the charging station may include a battery replacement station. According to this embodiment, a station similar to the one described above can be used, with the difference that the battery pack of a drone landing on the landing platform is preferably automatically replaced with a fully charged battery pack from the station. This allows drones to land and quickly take off without having to wait for their batteries to be recharged from the station. A number of battery packs (eg, 10-20) may be stored in a cassette system below the landing pad so that drones can land and receive new batteries from the docking station. The old batteries may then be inserted into the end of the cassette to be charged there in a manner similar to that in the preferred embodiment described above. According to this embodiment, the battery systems are automatically removed from the drone and the removed battery is automatically inserted into a cassette system. A charged battery from the other end of the cartridge is then automatically inserted into the drone.

Eine andere Methode, um Batterie auszuwechseln, ist, die Elektrolyten gewisser Batteriesysteme auszuwechseln. Dies stellt eine einfachere Version der Batteriewechsel-Station dar, da es einfacher ist, Flüssigkeiten von der Drohne in die Station und wieder zurück zu pumpen. Die entladenen Elektrolyten werden dann vorzugsweise in einer von mehreren elektrochemischen Ladezellen in der Station wieder aufgeladen.Another way to replace the battery is to replace the electrolytes of certain battery systems. This is a simpler version of the battery replacement station as it is easier to pump fluids from the drone to the station and back again. The discharged electrolytes are then preferably recharged in one of a plurality of electrochemical load cells in the station.

BATTERIELADE- UND TANKSTATIONBATTERY CHARGING AND TANK STATION

Für hybride Drohnen kann zusätzlich zum Aufladen oder Austausch von Batterien Treibstoff aus einem von mehreren Reservoirs in der Station an Bord gepumpt werden.For hybrid drones, in addition to charging or replacing batteries, fuel may be pumped from one of several reservoirs in the station aboard.

BATTERIELADE- UND VERSORGUNGSSTATIONBATTERY CHARGING AND SUPPLY STATION

Drohnen können zusätzlich zum Wiederauftanken mit Treibstoff und elektrischen Wiederaufladen chemische Produkte für ihre Mission benötigen. Z. B. können landwirtschaftliche Drohnen Pestizide oder Düngemittel benötigen. Diese chemischen Produkte können Gase, Pulver oder Flüssigkeiten sein. Diese Produkte können in geeigneter Weise in der Station gelagert werden und an Bord der Drohne gepumpt werden, wenn diese angedockt ist.Drones, in addition to refueling and recharging, may require chemical products for their mission. For example, agricultural drones may require pesticides or fertilizers. These chemical products can be gases, powders or liquids. These products may be conveniently stored in the station and pumped aboard the drone when docked.

MONTAGEORTMOUNTING

Lade-, Tank- und Versorgungsstationen können nahezu überall platziert werden. Die häufigste Platzierung ist an Land. Allerdings ist in flachen Gewässern auch die Montage am Meeresboden möglich. Zusätzlich ist auch die Montage auf einem Boot oder Luftschiff möglich. Im Fall des Luftschiffes kann dieses kranzförmig sein und die Landeplattform kann sich (ohne einen Masten) in der Mitte des Kranzes befinden. Dies schützt während der Landung vor Wind und bietet eine gute Stabilität, so lange die Landeplattform ausreichend tief ist.Charging, tank and supply stations can be placed almost anywhere. The most common placement is on land. However, in shallow waters, the installation on the seabed is possible. In addition, mounting on a boat or airship is also possible. In the case of the airship this may be annular and the landing platform may be located (without a mast) in the middle of the wreath. This protects against wind during landing and provides good stability as long as the landing platform is sufficiently deep.

ENERGIEVERSORGUNG POWER SUPPLY

Die Energieversorgung einer Station kann, wie in der bevorzugten Ausführungsform, durch Sonneneinstrahlung erfolgen. Allerdings können auch Windturbinen genutzt werden. Zusätzlich kommen Generatoren in Frage, die beliebige Treibstoffarten verbrennen. Das Stromversorgungsnetz kann auch genutzt werden.The energy supply of a station can, as in the preferred embodiment, be effected by solar radiation. However, wind turbines can also be used. In addition, generators come into question that burn any type of fuel. The power supply network can also be used.

KOMMUNIKATIONCOMMUNICATION

Die Kommunikation mit der zentralen Kontrollstation kann via Festnetz-, Mikrowellen-, Satelliten-, Telekommunikations-, Laser- oder Funkverbindung erfolgen. Die Kommunikation zwischen der Station und der Drohne kann via Mikrowellen-, Funk- oder Laserverbindung erfolgen.Communication with the central control station can be via landline, microwave, satellite, telecommunications, laser or radio connection. The communication between the station and the drone can be done via microwave, radio or laser connection.

KAMERAÜBERWACHUNG DER STATIONENCAMERA MONITORING OF THE STATIONS

Unter anderem aus Sicherheitsgründen können eine oder mehrere Kameras an der Station angebracht sein, um die Drohnen, die Station und die Umgebung zu überwachen. Die Bilder können an die zentrale Kontrollstation übermittelt werden.Among other things, for security reasons, one or more cameras may be attached to the station to monitor the drones, the station and the surrounding area. The images can be transmitted to the central control station.

KOMBINATION VON LADESTATIONEN MIT TELEKOMMUNIKATIONS- UND MOBILTELEFONIESTATIONENCOMBINATION OF CHARGING STATIONS WITH TELECOMMUNICATIONS AND MOBILE TELEPHONE STATIONS

Ladestation können auch so gebaut werden, dass sie Sende- und Empfangsausrüstung für Telekommunikation und Mobiltelefonie beinhalten. Alternativ können schon existierende Telekommunikationsmasten so modifiziert werden, dass sie eine Ladestation für Drohnen aufnehmen können.Charging stations can also be built to include telecommunication and mobile telephony transmission and reception equipment. Alternatively, existing telecommunications towers can be modified to accommodate a charging station for drones.

WETTERSCHUTZWEATHER PROTECTION

In kälteren und feindseligeren Klimata können Schnee und Niederschläge schwere Probleme verursachen. Insbesondere Schnee und Eis können sich auf den Drohnen ansammeln, während diese angedockt sind. Für das Enteisungssystem der Station kann es in diesem Fall schwierig oder unmöglich werden, damit zurechtzukommen. Dadurch können Drohnen stranden und die Station funktionsunfähig werden. Um diesem Problem entgegenzuwirken, können hydraulisch gesteuerte Türen in die Konstruktion der Station aufgenommen werden. Z. B. können große dreieckige Paneele in die bevorzugte Ausführungsform integriert werden, die am Rand des Landeplatzes aufgehängt werden. Diese Paneele können durch Hydraulikkolben geöffnet und geschlossen werden. Im vollständig geöffneten Zustand ähneln die Paneele den Blütenblättern einer Blume mit der Landeplattform in der Mitte. Im vollständig geschlossenen Zustand sind die Blütenblätter geschlossen und bilden eine Abdeckung über den beiden Andockstationen. Dieses System schützt nicht nur die Drohnen, wenn sie angedockt sind, sondern dient bei starkem Wind auch als Windblockade und vereinfacht so die Landungen. Dieser Entwurf hilft auch Lärm zu mildern.In colder and more hostile climates, snow and rainfall can cause serious problems. In particular, snow and ice can accumulate on the drones while they are docked. In this case, the de-icing system of the station may be difficult or impossible to cope with. This may cause drones to strand and the station to become inoperative. To counteract this problem, hydraulically controlled doors can be incorporated into the construction of the station. For example, large triangular panels can be integrated into the preferred embodiment suspended at the edge of the landing site. These panels can be opened and closed by hydraulic pistons. In the fully opened state, the panels resemble the flower petals of a flower with the landing platform in the middle. In the fully closed state, the petals are closed and form a cover over the two docking stations. Not only does this system protect the drones when docked, it also acts as a windblock in high winds, simplifying landings. This design also helps to mitigate noise.

ANDERE PRAZISIONSLANDESYSTEMEOTHER PRAZISIONSLANDESYSTEME

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird, in Kombination mit genauer barometrischer Höhenmessung und Sonar, vorzugsweise Differential-GPS genutzt, um ein Landeziel mit einer Genauigkeit von einem Zentimeter in alle Richtungen zu bestimmen. Für Fachleute wird es offensichtlich sein, dass zu diesem Zweck auch andere Präzisionspositioniersystem zum Einsatz kommen können. Z. B. kann eine visuelle Markierung auf der Landeplattform den Zielpunkt markieren und eine Kamera an Bord der Drohne kann dann einen Bildprozessor einsetzen, um ihr Ziel zu identifizieren. Alternativ können Funk- oder Laserbaken genutzt werden. Zusätzlich können auf der Station angebrachte Laser, Sonar oder Funkradar eingesetzt werden, um die Position der Drohne zu bestimmen und diese Position dann der Drohne zu kommunizieren.In the preferred embodiment, in combination with more accurate barometric altimeter and sonar, differential GPS is preferably used to determine a landing target with an accuracy of one centimeter in all directions. It will be apparent to those skilled in the art that other precision positioning systems may be used for this purpose. For example, a visual marker on the landing pad may mark the target point, and a camera aboard the drone may then use an image processor to identify its target. Alternatively, radio or laser beacons can be used. In addition, laser, sonar or radio radar mounted on the station can be used to determine the position of the drone and then communicate that position to the drone.

BETRIEBSUNFÄHIGE ODER BEINTRÄCHTIGE STATIONENUNEMPLOYED OR DISABLED STATIONS

Es kann vorkommen, dass eine Station unmittelbar vor einer Landung betriebsunfähig wird. Diese Situation kann aus einem natürlichen Unfall, Vandalismus oder anderen Gründen resultieren. Für den Fall, dass eine Drohne nur noch eine unzureichende Batterieleistung besitzt, kann die Drohne programmiert werden, sicher am Boden zu landen. Der Standort zur sicheren Landung kann der Drohne von der Station mittegeteilt werden oder im Speicher des Flugleitsystems der Drohne niedergelegt sein.It may happen that a station becomes inoperative immediately before a landing. This situation can result from a natural accident, vandalism or other reasons. In the event that a drone has insufficient battery power, the drone can be programmed to land safely on the ground. The location for safe landing may be shared with the drone from the station or deposited in the memory of the drone's flight control system.

STATIONEN FÜR EINE ANDERE ANZAHL VON DROHNENSTATIONS FOR ANOTHER NUMBER OF DRONES

Es kommen zahlreiche andere Ausführungsformen für viele andere Typen von Lade- oder Wechselstation in Betracht. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform erlauben zwei Andockstationen zwei Drohnen gleichzeitig aufzuladen. Allerdings können auch Station konstruiert werden mit nur einer Andockstation. Für einige Anwendungen kann es besser sein, solche Stationen in Bodennähe zu platzieren, um den Zugang zu erleichtern. Trotzdem sollten die Landeplattformen vorzugsweise relativ hoch angebracht werden, um die Sicherheit zu erhöhen und Lärmbelästigung zu reduzieren. In einigen Fällen werden mehrere Landeplattformen an einer einzigen Station benötigt und in diesem Fall können Arme am Hauptgerüst oder -mast angebracht werden, die jeweils eine oder mehrere Landeplattformen tragen. Zusätzlich kann ein automatisches System eingesetzt werden, das kleine Drohnen bewegt und stapelt, sobald sie auf einer vorhandenen Landeplattform gelandet sind. Gemäß einer Ausführungsform können die Landeplattformen automatisch bewegt werden, so dass Starts und Landungen nur stattfinden, wenn sich eine Landeplattform auf der obersten Position befindet, aber die restlichen Landeplattformen mit ihren Drohnen unter dieser obersten Position gelagert werden. Stationen können relativ groß oder relativ klein sein. Grundsätzlich können sie einzelne oder eine Mehrzahl von Drohnen aufnehmen. Die Drohnen können ebenfalls relativ klein oder relativ groß sein. An der oberen Grenze können Stationen bemannte Vehikel oder Drohnen mit Passagieren aufnehmen. In diesen Fall kann der Hauptmast oder -gerüst Treppen, Leitern oder ein Aufzugsystem beinhalten. Dies trifft ebenfalls für große Drohnenstationen zu, die schwere Lieferung von Station zu Station transportieren. Das Innere des Mastes oder des Gerüst kann dann als Zugang fürs Be- und Entladen der Drohnen dienen. In gewissem Sinn können die großen Drohnenstationen funktional einer kleinen Gondelstation ähneln.Many other embodiments are contemplated for many other types of loading or changing stations. According to the preferred embodiment, two docking stations allow two drones to charge at the same time. However, stations can also be constructed with just one docking station. For some applications it may be better to place such stations near the ground to facilitate access. Nevertheless, the landing platforms should preferably be mounted relatively high in order to increase safety and reduce noise pollution. In some cases, multiple land platforms are needed at a single station, and in this case, arms may be attached to the main scaffold or mast, each carrying one or more landing platforms. In addition, an automatic system can be used that moves and stacks small drones once they have landed on an existing landing platform. According to one embodiment, the landing platforms may be automatically moved so that takeoffs and landings occur only when a landing platform is at the topmost position but the remaining landing platforms are stored with their drones below that topmost position. Stations can be relatively large or relatively small. Basically, they can record single or multiple drones. The drones can also be relatively small or relatively large. At the upper limit stations can pick up manned vehicles or drones with passengers. In this case, the main mast or scaffolding may include stairs, ladders or an elevator system. This is also true for large drone stations transporting heavy shipments from station to station. The interior of the mast or scaffolding can then serve as access for loading and unloading the drones. In a sense, the big drone stations can functionally resemble a small gondola station.

LÄRMMINDERUNGNOISE REDUCTION

Eines der Probleme größerer Drohnen ist die Lärmbelästigung, die sie am Boden erzeugen. Dadurch, dass die Stationen auf hohen Masten oder Gerüsten gebaut werden, kann diese Lärmbelästigung maßgeblich reduziert werden. Allerdings können auch noch weitere Maßnahmen zur Lärmreduzierung getroffen werden. Diese bestehen in der Anbringung von lärmreflektierenden oder -absorbierenden Schallwänden unter der Landeplattform. Zusätzlich kann der Einsatz von Impellern, im Gegensatz zu offenen Rotoren, in mehrrotorigen Luftfahrzeugen den Lärm signifikant reduzieren.One of the problems of larger drones is the noise they create on the ground. The fact that the stations are built on tall masts or scaffolding, this noise pollution can be significantly reduced. However, other measures for noise reduction can also be made. These consist in the installation of sound-reflecting or -absorbierenden baffles under the landing platform. In addition, the use of impellers, unlike open rotors, in multi-engined aircraft can significantly reduce noise.

ANWENDUNGEN UND GRUNDPRINZIPAPPLICATIONS AND BASIC PRINCIPLE

Elektrische und hybride mehrrotorige Luftfahrzeuge stellen hochstabile und vielseitige Flugplattformen dar, die präzise VTOL-Manöver ausführen können. Allerdings sind sie derzeit durch den gegenwärtigen Stand der Batterietechnologie noch auf Flugzeiten von gewöhnlich weniger als 30 Minuten beschränkt. Diese Begrenzung schränkt die Nützlichkeit von mehrrotorigen Drohnen drastisch ein. Der Einsatz eines Netzwerks robuster kommerzieller Ladestationen verändert diese Gleichung und eröffnet viele Anwendungen. Z. B. können Ladestationen alle 10 km neben einer Bahntrasse platziert werden, um die konstante Echtzeit-Überwachung der Bahnlinie durch kleine Drohnen zu ermöglichen. Auf die gleiche Weise kann die Technologie entlang von Gas- oder Ölpipelines eingesetzt werden.Electric and hybrid multi-rotor aircraft provide highly stable and versatile flight platforms capable of performing precise VTOL maneuvers. However, due to the current state of battery technology, they are currently limited to flight times of usually less than 30 minutes. This limitation drastically limits the usefulness of multi-rotor drones. Using a network of rugged commercial charging stations alters this equation and opens up many applications. For example, charging stations can be placed every 10 km next to a railway line to allow constant real-time monitoring of the railway line by small drones. In the same way, the technology can be used along gas or oil pipelines.

In gebirgigen oder abgelegenen Regionen kann ein zweidimensionales Netzwerk aus Stationen eine permanente Überwachungskapazität zur Verfügung stellen, um Menschen, Wildtiere, Feuer, Erdbeben oder Vulkane über mehrere Tausend Quadratkilometer fern zu überwachen. An Küstenstreifen kann ein lineares Netzwerk aus Stationen eine konstante Überwachung zum nationalen Schutz der Küsten zur Verfügung stellen. An Stränden kann die Technologie eingesetzt werden, um Haie oder andere Gefahren zu sichten. Wenn die Stationen mit Bedacht positioniert werden, sei es der Küste vorgelagert oder an Land, können kleine Drohnen für Personen am Boden im Wesentlichen unhörbar sein und können auch schwer visuell zu erkennen sein, wenn sie eine ausreichende Flughöhe einhalten.In mountainous or remote regions, a two-dimensional network of stations can provide a permanent monitoring capacity to remotely monitor humans, wildlife, fires, earthquakes, or volcanoes over several thousand square kilometers. On coastal strips, a linear network of stations can provide constant surveillance for national coastal protection. On beaches, the technology can be used to view sharks or other hazards. If the stations are positioned wisely, be it offshore or onshore, small drones may be essentially inaudible to people on the ground and may also be difficult to visually detect if they are at a sufficient altitude.

Ladestationen können auch in Masten integriert werden, die für die Strom- oder Telekommunikationsversorgung eingesetzt werden. Eine mögliche Anwendung der Drohnen wäre die Wartung, Überwachung und Reparatur dieser Netze.Charging stations can also be integrated into masts that are used for power or telecommunications supply. One possible application of the drones would be the maintenance, monitoring and repair of these networks.

Präzisionslandwirtschaft benötigt ebenfalls Ladestationen für die einwandfreie Automatisierung ihrer Prozesse. Der Transport wichtiger Vorräte in Gebirgen oder entlegenen Regionen können auch Ziele sein. Größere Drohnen können in Such- und Rettungsmissionen, für den Transport wichtiger Güter oder sogar Verwundeter eingesetzt werden.Precision farming also requires charging stations for the perfect automation of their processes. The transport of important supplies in mountains or remote regions can also be targets. Larger drones can be used in search and rescue missions, for the transport of important goods or even wounded.

Viele Anwendungen, die vom Einsatz solcher Ladestationen profitieren können, befinden sich in warmen Ländern mit reichlichem Zugang zu Solarenergie. Dies macht den ganzen Vorgang stromfrei und sauber, wenn Solarpaneele eingesetzt werden. Wenn die Landeplattformen hoch angebracht werden, besteht kein menschlicher Zugang zu gefährlichen Rotorblättern und die Lärmbelästigung ist signifikant reduziert. Da alle Aktivposten im Wesentlichen an der Spitze eines hohen Mastes oder Gerüst montiert sind, besteht außerdem ein reduziertes Risiko für die Beeinträchtigung durch Menschen oder Tiere.Many applications that can benefit from the use of such charging stations are located in warm countries with ample access to solar energy. This makes the whole process clean and clean when solar panels are used. If the landing platforms are mounted high, there is no human access to dangerous rotor blades and the noise pollution is significantly reduced. Since all assets are essentially mounted at the top of a tall mast or scaffold, there is also a reduced risk of harm from humans or animals.

Auch wenn die vorgestellte Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für Fachleute offensichtlich, dass zahlreiche Veränderungen in der Form und im Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Rahmen abzuweichen, der in den angehängten Ansprüchen gesetzt wird.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that numerous changes in form and detail may be made without departing from the scope of the appended claims.

Claims

Eine Ladestation wie in Anspruch 1 geltend gemacht, wobei die genannte Landeplattform am oberen Ende des Mastes oder des Gerüstes angebracht ist.A charging station as claimed in claim 1, wherein said landing platform is mounted at the top of the mast or scaffolding.

Eine Ladestation wie in Anspruch 1 oder 2 geltend gemacht, wobei die genannte Stromquelle Solarpaneele und eine Regeleinheit umfasst.A charging station as claimed in claim 1 or 2, wherein said power source comprises solar panels and a control unit.

Eine Ladestation wie in Anspruch 1, 2 oder 3 geltend gemacht, wobei die genannte Stromquelle eine Windturbine und eine Regeleinheit umfasst.A charging station as claimed in claim 1, 2 or 3, wherein said power source comprises a wind turbine and a control unit.

Eine Ladestation wie in jedem der vorigen Ansprüche geltend gemacht, wobei die genannte Stromquelle einen Generator umfasst, der Treibstoff nutzt, um Strom zu erzeugen.A charging station as claimed in any one of the preceding claims, wherein said power source comprises a generator that uses fuel to generate power.

Eine Ladestation wie in jedem der vorigen Ansprüche geltend gemacht, wobei die genannte Stromquelle einen Anschluss ans Stromversorgungsnetz umfasst.A charging station as claimed in any one of the preceding claims, wherein said power source comprises a connection to the power grid.

Eine Ladestation wie in jedem der vorigen Ansprüche geltend gemacht, wobei sich die genannte Landeplattform in mindestens 5 Metern Höhe befindet.A charging station as claimed in any one of the preceding claims, wherein said landing platform is at least 5 meters in height.

Eine Ladestation wie in jedem der vorigen Ansprüche geltend gemacht, wobei sich die genannte Landeplattform in mindestens 10 Meter Höhe befindet.A charging station as claimed in any one of the preceding claims, wherein said landing platform is at least 10 meters in height.

Eine Ladestation wie in jedem der vorigen Ansprüche geltend gemacht, wobei das genannte Präzisionsandocksystem auf magnetischer Anziehung zwischen den Beinen eines Luftfahrzeugs und Nuten basiert, die in die Landeplattform geschnitten sind oder dort zur Verfügung stehen.A charging station as claimed in any one of the preceding claims, wherein said precision docking system is based on magnetic attraction between the legs of an aircraft and grooves cut into or available to the landing platform.

Eine Ladestation wie in jedem der vorigen Ansprüche geltend gemacht, wobei das genannte elektrische Verbindungssystem auf einem servogetriebenen Verbindungsstecker basiert, der sich automatisch mit einem oder beiden der Beine des Luftfahrzeugs verbinden und sich wieder von diesem oder diesen lösen kann.A charging station as claimed in any one of the preceding claims, wherein said electrical connection system is based on a servo-driven connector that can automatically connect to and disconnect from one or both of the legs of the aircraft.

Eine Ladestation wie in jedem der vorigen Ansprüche geltend gemacht, wobei das genannte Kommunikationssystem auf einer Mikrowellen- oder Funkverbindung basiert oder diese umfasst.A charging station as claimed in any one of the preceding claims, wherein said communication system is based on or comprises a microwave or radio link.

Eine Ladestation wie in jedem der vorigen Ansprüche geltend gemacht, wobei das genannte Kommunikationssystem auf einer Satellitenverbindung basiert oder diese umfasst.A charging station as claimed in any one of the preceding claims, wherein said communication system is based on or comprises a satellite link.

Eine Ladestation wie in jedem der vorigen Ansprüche geltend gemacht, wobei das genannte Kommunikationssystem auf einer Kabelverbindung basiert oder diese umfasst.A charging station as claimed in any one of the preceding claims, wherein said communication system is based on or comprises a cable connection.

Eine Ladestation wie in jedem der vorigen Ansprüche geltend gemacht, die außerdem ein Enteisungssystem beinhaltet, um Schnee und Eis zu schmelzen, die sich auf der Landeplattform ansammeln.A charging station as claimed in any one of the preceding claims, further including a de-icing system for melting snow and ice accumulating on the landing platform.

Eine Ladestation für eine Vielzahl von elektrischen VTOL-Luftfahrzeugen, bestehend aus: einem Stützmast oder -gerüst; einer Vielzahl von Landeplattformen, die an dem genannten Stützmast oder -gerüst oder an Armen angebracht sind, die wiederum an dem genannten Stützmast oder -gerüst angebracht sind; einem Präzisionsandock- und Verankerungssystem, um jedes der Luftfahrzeuge zum Andocken auf einer der genannten Landeplattformen zu leiten und um jedes der genannten Luftfahrzeuge während des Laden in einer stabilen Position zu halten; einem elektrischen Verbindungssystem; einem Kommunikationssystem; und einem Präzisionspositioniersystem; wobei: das genannte elektrische Verbindungssystem nach der Landung automatisch eine elektrische Verbindung zwischen dem Luftfahrzeug und der Ladestation herstellt; das genannte Kommunikationssystem die Kommunikation zwischen der Ladestation und einer zentralen Kontrollstation sowie zwischen dem Luftfahrzeug bzw. der Drohne und der Ladestation herstellt; und das genannte Präzisionspositioniersystem eine Differential-GPS-Bodenstation beinhaltet.A charging station for a large number of electric VTOL aircraft, consisting of: a support mast or scaffold; a plurality of landing pads mounted on said support mast or on arms, which in turn are attached to said support mast or scaffold; a precision docking and anchoring system for directing each of the aircraft to dock on one of said land platforms and to maintain each of said aircraft in a stable position during loading; an electrical connection system; a communication system; and a precision positioning system; in which: said electrical connection system automatically establishes an electrical connection between the aircraft and the charging station after landing; said communication system establishes communication between the charging station and a central control station and between the aircraft or drone and the charging station; and said precision positioning system includes a differential GPS ground station.

Eine Ladestation wie in Anspruch 15 geltend gemacht, wobei die genannte Stromquelle Solarpaneele und eine Regeleinheit umfasst. A charging station as claimed in claim 15, wherein said power source comprises solar panels and a control unit.

Eine Ladestation wie in Anspruch 15 oder 16 geltend gemacht, wobei die genannte Stromquelle eine Windturbine und eine Regeleinheit umfasst.A charging station as claimed in claim 15 or 16, wherein said power source comprises a wind turbine and a control unit.

Eine Ladestation wie in Anspruch 15, 16 oder 17 geltend gemacht, wobei die genannte Stromquelle einen Generator umfasst, der Treibstoff nutzt, um Strom zu erzeugen.A charging station as claimed in claim 15, 16 or 17, wherein said power source comprises a generator that uses fuel to generate power.

Eine Ladestation wie in jedem der Ansprüche 15–18 geltend gemacht, wobei die genannte Stromquelle einen Anschluss ans Stromversorgungsnetz umfasst.A charging station as claimed in any of claims 15-18, wherein said power source comprises a connection to the power grid.

Eine Ladestation wie in jedem der Ansprüche 15–19 geltend gemacht, wobei sich die genannte Landeplattform in mindestens 5 Metern Höhe befindet.A charging station as claimed in any one of claims 15-19, wherein said landing platform is at least 5 meters high.

Eine Ladestation wie in jedem der Ansprüche 15–20 geltend gemacht, wobei sich die genannte Landeplattform in mindestens 10 Metern Höhe befindet.A charging station as claimed in any of claims 15-20, wherein said landing platform is at least 10 meters high.

Eine Ladestation wie in jedem der Ansprüche 15–21 geltend gemacht, wobei das genannte Präzisionsandocksystem auf magnetischer Anziehung zwischen den Beinen eines Luftfahrzeugs und Nuten basiert, die in die Landeplattform geschnitten sind oder dort zur Verfügung stehen.A charging station as claimed in any one of claims 15-21, wherein said precision docking system is based on magnetic attraction between the legs of an aircraft and grooves cut or available in the landing platform.

Eine Ladestation wie in jedem der Ansprüche 15–22 geltend gemacht, die außerdem ein Enteisungssystem beinhaltet, um Schnee und Eis zu schmelzen, die sich auf der Landeplattform ansammeln.A charging station as claimed in any of claims 15-22, further including a de-icing system for melting snow and ice accumulating on the landing platform.

Eine Ladestation wie in jedem der vorigen Ansprüche geltend gemacht, die außerdem ein einziehbares Wetterschutzsystem umfasst, das aus drei oder mehr Paneelen besteht, die automatisch bewegt werden können, um eine Abdeckung für angedockte Luftfahrzeuge zu bilden.A charging station as claimed in any one of the preceding claims, further comprising a retractable weather protection system consisting of three or more panels that can be automatically moved to form a docked aircraft cover.

Eine Ladestation wie in jedem der vorigen Ansprüche geltend gemacht, die außerdem eine Vielzahl von einziehbaren Wetterschutzsystemen umfasst, die aus jeweils drei oder mehr Paneelen bestehen, die automatisch bewegt werden können, um eine Abdeckung für alle gedockten Luftfahrzeugen zu bilden.A charging station as claimed in any one of the preceding claims, further comprising a plurality of retractable weather protection systems each consisting of three or more panels that can be automatically moved to form a cover for all docked aircraft.

Eine Batteriewechselstation für eines oder mehrere elektrische VTOL-Luftfahrzeuge, bestehend aus: einem Stützmast oder -gerüst; einer Landeplattform, die am genannten Stützmast oder -gerüst angebracht ist; einem Ladesystem verbunden mit einer Stromquelle zum Wiederaufladen und Kontrollieren von Batterien, die aus dem Luftfahrzeug ausgeladen wurden; einem Präzisionsandock- und Verankerungssystem, um die genannten Luftfahrzeuge zum Andocken auf der genannten Landeplattform zu leiten und um die genannten Luftfahrzeuge in einer stabilen Position zu halten, während sie angedockt sind; einem Be- und Entladesystem für Batteriepakete; einem Kommunikationssystem; und einem Präzisionspositioniersystem; wobei: das genannte Kommunikationssystem die Kommunikation zwischen der Ladestation und einer zentralen Kontrollstation sowie zwischen dem Luftfahrzeug bzw. der Drohne und der Ladestation herstellt; das genannte Be- und Entladesystem Mittel bereitstellt, automatisch eine Batterie aus einem Luftfahrzeug auszuladen und durch eine frisch aufgeladene zu ersetzen; und das genannte Präzisionspositioniersystem eine Differential-GPS-Bodenstation beinhaltet.A battery changing station for one or more electric VTOL aircraft, comprising: a support mast or scaffold; a landing platform attached to said support mast or scaffold; a charging system connected to a power source for recharging and controlling batteries discharged from the aircraft; a precision docking and anchoring system for guiding said aircraft to dock on said landing platform and to keep said aircraft in a stable position while docked; a loading and unloading system for battery packs; a communication system; and a precision positioning system; in which: said communication system establishes communication between the charging station and a central control station and between the aircraft or drone and the charging station; said loading and unloading system provides means to automatically unload a battery from an aircraft and replace it with a freshly charged one; and said precision positioning system includes a differential GPS ground station.

Eine Batteriewechselstation für eines oder mehrere elektrische VTOL-Luftfahrzeuge, bestehend aus: einem Stützmast oder -gerüst; einer Vielzahl von Landeplattformen, die am genannten Stützmast oder -gerüst oder an einem Arm angebracht sind, der wiederum am genannten Stützmast oder -gerüst angebracht ist; einem Ladesystem verbunden mit einer Stromquelle zum Wiederaufladen und Kontrollieren von Batterien, die aus dem Luftfahrzeug ausgeladen wurden; einem Präzisionsandock- und Verankerungssystem, um die genannten Luftfahrzeuge zum Andocken auf der genannten Landeplattform zu leiten und um die genannten Luftfahrzeuge in einer stabilen Position zu halten, während sie angedockt sind; einer Vielzahl von Be- und Entladesystem für Batteriepakete; einem Kommunikationssystem; und einem Präzisionspositioniersystem; wobei: das genannte Kommunikationssystem die Kommunikation zwischen der Ladestation und einer zentralen Kontrollstation sowie zwischen den Luftfahrzeugen bzw. Drohnen und der Ladestation herstellt; das genannte Be- und Entladesystem die Mittel bereitstellt, automatisch eine Batterie aus einem Luftfahrzeug auszuladen und durch eine frisch aufgeladene zu ersetzen; und das genannte Präzisionspositioniersystem eine Differential-GPS-Bodenstation beinhaltet.A battery changing station for one or more electric VTOL aircraft, comprising: a support mast or scaffold; a plurality of landing pads mounted on said support mast or on an arm, which in turn is mounted on said support mast or scaffold; a charging system connected to a power source for recharging and controlling batteries discharged from the aircraft; a precision docking and anchoring system for guiding said aircraft to dock on said landing platform and to keep said aircraft in a stable position while docked; a variety of loading and unloading system for battery packs; a communication system; and a precision positioning system; in which: said communication system establishes communication between the charging station and a central control station and between the aircraft or drones and the charging station; said loading and unloading system provides the means to automatically unload a battery from an aircraft and replace it with a freshly charged one; and said precision positioning system includes a differential GPS ground station.

Eine Batteriewechselstation wie in den Ansprüchen 26 oder 27 geltend gemacht, wobei die genannte Stromquelle aus einem der folgenden besteht: (i) Solarenergie; (ii) Windkraft; (iii) dem Stromversorgungsnetz; (iv) einem Generator.A battery changing station as claimed in claims 26 or 27, wherein said power source consists of one of the following: (i) solar energy; (ii) wind power; (iii) the power grid; (iv) a generator.

Eine Ladestation oder Batteriewechselstation wie in jedem der vorherigen Ansprüche geltend gemacht, die zudem eine Reihe von Schallwänden umfasst, um den Lärm startender und landender Luftfahrzeuge zu mildern. A charging station or battery replacement station as claimed in any one of the preceding claims, further comprising a series of baffles to mitigate the noise of starting and landing aircraft.

Eine Ladestation oder Batteriewechselstation wie in jedem der vorherigen Ansprüche geltend gemacht, die zudem ein System umfasst, um die Treibstofftanks eines hybriden Luftfahrzeugs wiederaufzufüllen.A charging station or battery replacement station as claimed in any one of the preceding claims, further comprising a system to replenish the fuel tanks of a hybrid aircraft.

Eine Ladestation oder Batteriewechselstation wie in jedem der vorherigen Ansprüche geltend gemacht, die zudem eine System umfasst, um einen oder mehrere landwirtschaftliche Tanks, Chemietanks, Wassertanks, Gastanks oder Flüssigkeitstanks eines Luftfahrzeugs wiederaufzufüllen.A charging station or battery replacement station as claimed in any one of the preceding claims, further comprising a system for replenishing one or more agricultural tanks, chemical tanks, water tanks, gas tanks or liquid tanks of an aircraft.

Eine Ladestation oder Batteriewechselstation wie in jedem der vorherigen Ansprüche geltend gemacht, die zudem ein automatisches System umfasst, um Fracht aus einem Luftfahrzeug ein- oder auszuladen.A charging station or battery replacement station as claimed in any one of the preceding claims, further comprising an automatic system for loading or unloading cargo from an aircraft.

Eine Ladestation oder Batteriewechselstation wie in jedem der vorherigen Ansprüche geltend gemacht, wobei der genannte Zentralmast oder das Gerüst ein Zugangssystem beinhaltet, um Menschen den Zugang zu ermöglichen, um Fracht und/oder Passagiere eines angedockten Luftfahrzeugs ein- oder auszuladen.A charging station or battery replacement station as claimed in any one of the preceding claims, wherein said central mast or scaffolding includes an access system to allow people access to load or unload cargo and / or passengers of a docked aircraft.

Eine Ladestation oder Batteriewechselstation wie in jedem der vorherigen Ansprüche geltend gemacht, wobei genannte Station sich auf dem Meer befindet und ein Wellen- oder Wasserströmungsgenerator genutzt wird, um Strom für die Station zu gewinnen.A charging station or battery replacement station as claimed in any one of the preceding claims, wherein said station is located at sea and a wave or water flow generator is used to recover power to the station.

Eine Ladestation oder Batteriewechselstation wie in jedem der vorherigen Ansprüche geltend gemacht, wobei der zentrale Mast oder das Gerüst durch ein Luftschiff ersetzt wird und die Landeplätze direkt auf der Oberseite des Luftschiffes angebracht werden.A charging station or battery replacement station as claimed in any one of the preceding claims, wherein the central mast or scaffolding is replaced by an airship and the landing sites are mounted directly on top of the airship.

Eine Ladestation für eines oder mehrere elektrische VTOL-Luftfahrzeuge, bestehend aus: einer oder mehrerer Landeplattformen; einem Ladesystem, um eine oder mehrere Batterien eines elektrischen VTOL-Luftfahrzeugs zu laden; und einem automatischen elektrischen Verbindungssystem, das so aufgebaut und eingerichtet ist, dass es automatisch eine elektrische Verbindung zwischen einem oder mehreren elektrischen VTOL-Luftfahrzeugen, die auf einer oder mehreren Landeplattformen gelandet sind, und dem Ladesystem herstellt, während die Luftfahrzeuge im Gebrauch sind.A charging station for one or more electric VTOL aircraft, comprising: one or more landing platforms; a charging system for charging one or more batteries of a VTOL electric aircraft; and an automatic electrical connection system constructed and arranged to automatically establish an electrical connection between one or more VTOL electric aircraft that have landed on one or more landing platforms and the charging system while the aircraft are in use.

Eine Ladestation wie in Anspruch 36 geltend gemacht, wobei das automatische elektrische Verbindungssystem vorzugsweise einen oder mehrere Motoren beinhaltet und das genannte automatische elektrische Verbindungssystem vorzugsweise so aufgebaut und eingerichtet ist, dass es einen oder mehrere Motoren ansteuern kann, um den elektrischen Kontakt zwischen einem oder mehreren Anschlüssen, Buchsen oder Steckern und einem oder mehreren korrespondieren Anschlüssen, Buchsen oder Steckern des elektrischen VTOL-Luftfahrzeugs herzustellen, während dieses im Gebrauch ist.A charging station as claimed in claim 36, wherein the automatic electrical connection system preferably includes one or more motors, and said automatic electrical connection system is preferably constructed and arranged to drive one or more motors to provide electrical contact between one or more of them Connections, jacks or plugs and one or more corresponding connections, sockets or plugs of the electric VTOL aircraft while this is in use.

Eine Batteriewechselstation für eines oder mehrere elektrische VTOL-Luftfahrzeuge, bestehend aus: einem oder mehreren Landeplätzen; und einem Be- und Entladesysteme, um automatisch eines oder mehrere Batteriepacks in einem oder mehreren elektrischen VTOL-Luftfahrzeugen auszutauschen, wenn diese auf einem oder mehreren Landeplätzen mit einer teilweise oder vollständig geladenen Batterie gelandet sind.A battery changing station for one or more electric VTOL aircraft, comprising: one or more landing sites; and a loading and unloading system to automatically replace one or more battery packs in one or more electric VTOL aircraft when landed on one or more landing sites with a partially or fully charged battery.