EP4281364A1 - Transporteinheit für ein fluggerät und fluggerät - Google Patents

Transporteinheit für ein fluggerät und fluggerät

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Publication number
EP4281364A1
EP4281364A1 EP22700535.2A EP22700535A EP4281364A1 EP 4281364 A1 EP4281364 A1 EP 4281364A1 EP 22700535 A EP22700535 A EP 22700535A EP 4281364 A1 EP4281364 A1 EP 4281364A1
Authority
EP
European Patent Office
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unit
transport
aircraft
flight
supporting structure
Prior art date
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Pending
Application number
EP22700535.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Hufenbach
Jens Werner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Germanium Skies GmbH
Original Assignee
Germanium Skies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Germanium Skies GmbH filed Critical Germanium Skies GmbH
Publication of EP4281364A1 publication Critical patent/EP4281364A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B64C27/22—Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
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    • B64C27/32—Rotors
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    • B64C29/0016—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers
    • B64C29/0025—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers the propellers being fixed relative to the fuselage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
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    • B64U30/10—Wings
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    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/60—UAVs specially adapted for particular uses or applications for transporting passengers; for transporting goods other than weapons

Definitions

  • the invention relates to a transport unit for a vertically taking off and landing aircraft for transporting people and/or loads, a vertically taking off and landing aircraft for transporting people and/or loads and a control unit for controlling such an aircraft.
  • Aircraft for transporting people and/or loads are becoming increasingly important because they can be transported quickly, largely independently of infrastructure facilities such as e.g. As roads, rails, bridges, tunnels, etc., allow. This applies in particular to smaller aircraft that can take off and land vertically and therefore do not require a runway.
  • Such aircraft usually have a flight unit, which is used to drive the aircraft, and a transport unit which is connected to the flight unit and in which people and/or loads can be accommodated.
  • the aircraft may be inclined relative to the surface of the earth.
  • the associated tilting movement of the transport unit can be uncomfortable for the people to be transported, since their position changes together with the position of the aircraft.
  • the tilting movement affects the center of gravity of the aircraft, so that flight safety may be impaired.
  • a first aspect of the invention relates to a transport unit for a vertical take-off and landing aircraft for transporting people and/or loads.
  • the transport unit has a transport device, at least one fastening element and a positioning device.
  • the fastening element is designed to fasten the transport unit to a flight unit of the aircraft.
  • the positioning device is designed to change and fix an inclined position of the transport device with respect to the at least one fastening element.
  • the aircraft can in particular be what is known as a VTOL (Vertical Take-Off and Landing) aircraft.
  • the aircraft has a flight unit that is used to drive the aircraft.
  • the flight unit can have drive units, e.g. B. in the form of preferably several rotors.
  • the flight unit can have a supporting structure which extends in at least one supporting structure plane and on which the drive units can be arranged.
  • the transport device can, for example, be in the form of a transport capsule or can be encased by a transport capsule.
  • the transport capsule consequently serves to enclose the people and/or loads to be transported.
  • Such a transport capsule can preferably have an aerodynamically favorable shape, e.g. B. spherical or essentially drop-shaped, so that during flight operation on the one hand the static air resistance of the transport capsule and on the other hand the influence of the flow around the transport capsule by the rotor operation of the flight unit (dynamic air resistance) can be further reduced .
  • the teardrop shape of the transport capsule can therefore preferably extend essentially perpendicularly to the plane of the supporting structure.
  • the delivery capsule can end in an elongate shaft.
  • the spherical or teardrop shape can vary in width, e.g. B. transverse to a main flight direction of the aircraft, be reduced in order to generate the lowest possible air resistance in cross-country flight operations. Consequently, an ellipsoidal shape can be selected instead of a spherical shape.
  • the delivery capsule can have opaque and transparent surfaces.
  • the transport capsule can have one or more, e.g. B. two doors and / or flaps.
  • two doors can be arranged opposite one another and be designed to be foldable or sliding, in order to enable fast, safe and comfortable entry and exit or loading and unloading.
  • the transport capsule can be designed to close tightly. This enables the interior of the transport capsule to be air-conditioned quickly and inexpensively and protects the people or loads to be transported from the effects of the weather and the relative wind.
  • the transport device can include seats and safety devices such as e.g.
  • the transport tion capsule can also have air-conditioning devices, e.g.
  • B. have a heater, and lighting equipment to increase comfort.
  • the fastening element serves to fasten the transport unit to the flight unit, with the fastening element acting as a detachable fastening element, e.g. B. as a screw connection, coupling connection, etc., or non-detachable fastening element, z. B. can be designed as a welded joint.
  • the fastening element defines a fastening point or a fastening area in which the transport unit and the flying unit adjoin one another when the transport unit is in the fastened state.
  • the transport unit has a positioning device with which an inclined position of the transport device with respect to the fastening element can be changed and fixed.
  • the positioning device itself can be used at a fixed angle, e.g. B. stationary, be arranged with respect to the fastening element.
  • the functions of the fastening element and the positioning device can also be integrated together in a fastening and positioning device.
  • the term "inclined position" refers to a rotational position that the conveyor occupies with respect to the fastener.
  • the inclined position is characterized by an angle of inclination between the conveyor and the fastener.
  • the angle of inclination is between a straight line running through the conveyor and a straight line running through the fastener
  • the angle of inclination can also be referred to as the angle of rotation.
  • Changing and fixing a tilted position means that a transition from a first tilted position with a first tilt angle to a second and possibly further tilted position with a tilt angle deviating from the first tilt angle can take place and the transport device fixed in the selected tilted position, e.g . B. can be locked.
  • the inclination position can be changed steplessly or in definable stages.
  • the change in tilt position can be in one direction in space, i. H. about an axis of rotation, e.g. B. back and forth take place.
  • the tilted position can be changed in one or more other spatial directions, in which case the axes of rotation of the respective tilting movements can be oriented perpendicular to one another.
  • the inclined position can, for example, be changed and fixed in such a way that a central axis of the conveying device always runs along a gravitational field line of a gravitational field acting on the transport unit.
  • a reference line that runs straight through the transport device or transport capsule, preferably through an axis of rotation about which a rotary movement can take place to change the tilted position, can be regarded as the central axis.
  • Equipment of the transport facility e.g. B.
  • Seats for transporting people and/or compartments for transporting loads can be aligned with respect to the central axis in such a way that convenient transport is made possible.
  • the inclination position can be changed as a function of the gravitational field acting on the transport unit in such a way that the position of the transport device with respect to the gravitational field is change of the fastener with respect to the gravitational onsfelds is always essentially unchanged.
  • a tilted position between the transport device and the flight unit can be varied when the transport unit is attached to the flight unit.
  • This opens up the possibility of tilting the aircraft relative to the earth's surface, e.g. B. in a distance flight phase to compensate from the point of view of the transport facility. For example, this can ensure that a person and/or load to be transported is always seated upright.
  • the flight can be made more comfortable for the people to be transported, since the subjectively perceptible seating position does not change or changes only slightly. This can contribute to increased acceptance of aircraft that take off and land vertically.
  • the transport unit can optionally have a stand device which is designed to ensure that the transport unit is positioned securely on a floor space, e.g. B. the ground to allow.
  • the stand device can preferably be arranged on the transport device and can be designed to be folded in and out, so that the stand device can be folded close to the transport unit during flight in order to improve the aerodynamic behavior of the aircraft .
  • the stand device can, for. e.g Be made of metal, plastic or a fiber composite material.
  • the positioning device can have a curved sliding device.
  • the curved sliding device can be designed as a rotating rail, for example.
  • the curved sliding device can completely or partially enclose the transport device or the transport capsule, so that the transport device or transport capsule can be rotatably mounted in the curved sliding device.
  • the curved sliding device can preferably interact with a transport capsule which is essentially spherical or embodied as an ellipsoid.
  • the conveyor can be moved with the curved slider.
  • a guide by means of gear wheels can be provided for this purpose.
  • a fixing device e.g. B. in the form of a fixation bolt.
  • the curved sliding device enables a simple and safe change and fixation of the inclined position of the transport device with respect to the fastening element.
  • the transport unit can have an elongated shaft, which connects one end to the fastening element and the other end to the positioning device.
  • the shank is used for the spaced connection of the transport device and the fastening element, as well as the flight unit connected to the fastening element.
  • the shaft can, for example, as a straight rod with z.
  • the shank can preferably be of essentially rotationally symmetrical design, for example in the form of a right circular cylinder, with the longitudinal extent of the cylinder corresponding to the length of the shank and the base and top surface of the cylinder also being referred to as the narrow side.
  • the shank can be as thin as possible, i. H. have a small diameter.
  • a shaft that is as thin and rotationally symmetrical as possible significantly reduces the mass and the air resistance of the shaft and thus of the transport unit.
  • connection between the positioning device and the shaft can preferably be rigid.
  • the positioning device and the shaft can be connected to one another in a materially bonded manner, e.g. B. welded.
  • the transportation device By designing an elongated shaft and fastening the positioning device with the transport device to this shaft, it is advantageously possible to maintain a certain distance between the transport device and the fastening element. As a result, the safety of use can be significantly increased in that undesired contact between the person acting or being transported and/or the load and the flying unit attached to the transport unit can be effectively avoided. In addition, maintaining a certain distance helps to reduce noise pollution for the people being transported. In addition, by arranging the transportation device at a distance from the flight unit, the transportation device can be placed outside of the downwash of the propellers of the flight unit, which can lead to a reduction in air resistance and an improvement in aerodynamics.
  • the at least one fastening element can be part of a coupling device which is designed for the detachable fastening of the transport unit to the flight unit.
  • the fastening element forms a first part of the coupling connection which is associated with the transport unit.
  • the second part of the coupling device which corresponds to this first part of the coupling device, is arranged as a counterpart on the flight unit.
  • the coupling device can be designed as an articulated coupling device.
  • the coupling device enables a modular design of the aircraft, in which the flying units and transport units can be combined with one another as desired by means of the coupling device and can be connected and disconnected repeatedly.
  • the coupling device can be used as an automatic, i. H. automatic, be formed coupling device.
  • the clutch device can be designed to be controllable, so that remote control of the clutch process can be made possible.
  • coupling or uncoupling can be carried out depending on various conditions. For example, uncoupling can only be possible if the transported has ground contact. This can contribute to an increase in security.
  • the modular structure enables a flexible combination of transport and flight units. In other words, different types of transport and/or flight units can be exchanged for one another.
  • a first transport unit can be designed to transport people, while a second transport unit is designed to transport loads.
  • different flight units can be coupled to the same transport unit.
  • the transport units can differ from one another, for example, in the number and/or arrangement of the drive units. So e.g. Depending on the load to be transported and/or the flight conditions (wind strength and direction, altitude, etc.), flight units with more or fewer drive units can be selected.
  • a further aspect of the invention relates to a vertical take-off and landing aircraft for transporting people and/or loads.
  • the aircraft has a flight unit and a transport unit attached to the flight unit according to the above description.
  • the advantages mentioned above in relation to the transport unit are correspondingly associated with the aircraft.
  • the transport unit can be permanently attached to the flight unit, e.g. B. by means of a welded joint.
  • the transport unit can be detachably attached to the flight unit.
  • the transport unit and flight unit can be connected to one another by means of a coupling device as described above, so that the flight device has a modular structure.
  • the flight unit can have a supporting structure which extends in at least one supporting structure plane and on which the drive units can be arranged.
  • the supporting structure can have radially, axially and tangentially arranged, preferably straight or curved supporting structure beams, which can be connected, for example, by means of the connecting pieces assigned to the supporting structure, e.g. B. T-pieces, can be connected to one another at junction points and possibly to a central unit arranged in the middle of the supporting structure.
  • the interconnected truss beams can form a self-contained truss structure, i. H. without freely ending load-bearing beams, which is particularly stiff.
  • the supporting beams can be arranged, for example, in such a way that a hexagonally braced supporting structure is formed which extends in the supporting structure plane.
  • a hexagonally braced supporting structure is formed which extends in the supporting structure plane.
  • six supporting structure beams arranged radially evenly distributed can be provided, so that two adjacent radially arranged supporting structure beams enclose an angle of approximately 60°.
  • the flight unit in the hexagonal design of the support structure can have a total of 18 drive units.
  • one or more air guiding devices can be arranged on the support structure.
  • air guiding devices can also be arranged on the transport unit.
  • the air guiding devices can be constructed in the form of aerofoils or wings, for example plate-shaped or slightly curved, and can be mounted on the supporting structure in an angularly adjustable manner via a respective bearing axis of the air guiding device.
  • the air guiding devices can have a leading edge and a trailing edge, the leading edge being located in front of the trailing edge during cross-country flight operation, viewed in the direction of flight.
  • the suction side is at the top and the pressure side is at the bottom.
  • the aerofoil-like air guiding devices can have wing sections extending on both sides of the bearing axis, with a wing section which essentially points in the direction of flight during cross-country flight operations being defined as an inflow wing and a wing section extending in the opposite direction from the bearing axis as an outflow wing which points in the direction of flight of cross-country flight operations is arranged downstream of the inflow wing and essentially points in the opposite direction to the direction of flight.
  • the transport unit is fastened to the flying unit by means of the transport unit's fastening element.
  • the fastener along the supporting structure, i. H. Slidable essentially in the plane of the structure or parallel to the plane of the structure. This can, for example, enable the transport unit to be positioned with respect to the flight unit in such a way that the aerodynamics of the flight device can be improved, e.g. B. by positioning the transport unit in the current shadow of the flight unit.
  • a better view for people to be transported can be achieved if the transport unit is positioned with respect to the flight unit in such a way that a field of vision is not covered or only slightly covered by the supporting structure.
  • a central axis of the conveyor can be positioned by means of the positioning device in an area that is between a surface normal of the structural plane and a parallel of the structural plane.
  • the area can extend to a partial area between the surface normal and the parallel or be limited directly by the surface normal and the parallel.
  • the conveyor can be tilted up to 90° with respect to the plane of the structure.
  • this can enable an essentially parallel orientation of the transport unit with respect to the earth's surface.
  • the conveying device can be arranged in the plane of the supporting structure.
  • the transport device can be arranged centrally with respect to the plane of the supporting structure, so that the transport device extends essentially on both sides of the plane of the supporting structure.
  • Such an arrangement of the transport device is independent of the presence of the positioning device described above and the possibility of changing and fixing an inclined position of the transport device with respect to the fastening element.
  • a further aspect of the invention relates to a vertical take-off and landing aircraft for transporting people and/or loads, having a flight unit with a supporting structure extending in at least one supporting structure plane, a transport unit fastened to the flying unit and having a transport device , wherein the transport device is arranged in the at least one supporting structure level.
  • the center of gravity of the aircraft can be central, e.g. B. in the structural level, be positioned.
  • the gravitational force of the transport device then acts in the same plane as the lift force of the wings, without torques arising around the center of gravity axis, which would have to be compensated for by the propeller.
  • the aircraft can have a central unit, which can preferably be arranged in the middle of a central axis of the aircraft.
  • the central unit can, for example, be a housing, e.g. B. in the form of a hemisphere or an ellipsoid.
  • the central unit can consist of two interconnected, e.g. B. screwed halves can be formed. Interventions may be provided for maintenance and minor repairs.
  • the central unit can also be designed to accommodate supporting beams of the supporting structure, e.g. B. in the truss beams of the truss structure are attached at one end to the central unit and extend radially outwards from the central unit.
  • the central unit can, for example, for storing or arranging items such. B. tools or technical functional units.
  • the central unit can be a rescue system, e.g. B. a parachute to shoot out, in the uppermost part of the central unit.
  • the central unit can technical functional units such. B. control, position determination and / or communication technology and / or have a loading module.
  • the housing of the central unit can have one or more cavities for storing or arranging the aids and/or technical functional units.
  • the aids or technical functional units can be arranged in the cavities and/or on the housing, for example on the top or on the side in the free space between the radial supporting structure beams.
  • the integrated attitude determination technology can be used, for example, by means of locating signals, e.g. B. a global navigation satellite system such as GPS, Galileo, GLONASS, Beidou, etc., be designed to determine the position of the aircraft and serve to determine and control the flight route and the flight destination of the aircraft.
  • locating signals e.g. B. a global navigation satellite system such as GPS, Galileo, GLONASS, Beidou, etc., be designed to determine the position of the aircraft and serve to determine and control the flight route and the flight destination of the aircraft.
  • the integrated communication technology can be designed for internal and/or external communication, whereby internal communication is to be understood as communication between the modules of the aircraft or communication with modules that are intended for direct use with the aircraft, i.e. for example communication with the Communication between flight and transport module or aircraft and ground control station.
  • External communication is understood to mean, for example, communication regarding flight permission, flight route, location, etc. with air traffic control or the exchange of information with weather services.
  • the central unit can also have software and/or hardware for carrying out a landing approach to a takeoff and landing station.
  • a focal point can be concentrated in the center of the Aircraft are made possible, whereby the control and regulation capability of the aircraft is improved.
  • the central unit advantageously enables a centralized arrangement and execution of control devices and associated control functions and, if applicable, other assemblies of the aircraft.
  • the central unit along the central axis of the transport device or along a surface normal of the at least one supporting structure level, i. H. perpendicular to the plane of the supporting structure.
  • a displacement device can be assigned to the central unit.
  • a shifting position of the CPU can be changed and fixed.
  • the central unit can be arranged so as to enclose the central axis of the conveying device.
  • Such displaceability is independent of the presence of the positioning device described above and the possibility of changing and fixing an inclined position of the transport device with respect to the fastening element.
  • a further aspect of the invention relates to a vertical take-off and landing aircraft for transporting people and/or loads, having a flight unit with a supporting structure extending in at least one supporting structure plane, a transport unit fastened to the flying unit and having a transport device and a central unit, the central unit being displaceable along a surface normal of the at least one supporting structure plane.
  • the central unit can be moved, the center of gravity of the aircraft can be shifted.
  • the central unit can extend outwards on the side of the supporting structure level opposite the transport unit be moved.
  • the central unit as a counterweight to the transport unit, the center of gravity of the aircraft can be shifted to the plane of the structure. As a result, better flight characteristics can be achieved compared to a location of the center of gravity away from the plane of the supporting structure.
  • a torque acting on the aircraft that is generated by positioning the transport unit outside the center of gravity can be partially or completely compensated for by moving the central unit, which has a not inconsiderable mass due to the presence of batteries, etc., generating a counter-torque is generated when the central unit is also moved to a position outside the center of gravity plane.
  • the distance between the central unit and the center of gravity level which can approximately correspond to the supporting structure level, can be used to compensate for the transport mass. If the transport mass is small, the central unit remains close to the supporting structure. If the transport mass is large, the central unit is moved further out in order to generate a larger counter-torque with the larger lever arm to the supporting structure level.
  • the central unit can be integrated into the transport device.
  • main and/or secondary battery systems arranged in the central unit can be integrated into the transport device. This can be advantageous when changing the means of transport, since together with the change of the means of transport the battery can be changed in good time, so that the transport device can bring its own energy with it for the intended flight route.
  • An integration of the central unit into the transport device is also independent of the presence of the positioning device described above and the possibility of changing and fixing an inclined position of the transport device with respect to the fastening element.
  • a further aspect of the invention relates to a control unit for controlling an aircraft according to the above description.
  • the control unit is set up and designed to generate and output control signals that cause a change in the tilted position of the transport device with respect to the at least one fastening element and/or a change in a shifted position of the central unit depending on a tilted position of the flight unit.
  • the control unit can receive sensor signals from sensors, e.g. B. Tilt sensors for determining the tilted position of the flight unit, and/or receive user inputs and process them based on instructions or a code programmed in the control unit according to one or more routines while generating control signals.
  • the generated control signals are sent to actuators, e.g. B. output the positioning device or a displacement device of the central processing unit.
  • the control unit has an active signal connection with the actuators and, if necessary, sensors.
  • the control unit can be realized in terms of hardware and/or software and can be designed physically in one or more parts.
  • tilt position refers to the positioning of the flight unit in relation to the earth's surface. E.g. depending on the flight phase of the aircraft, the tilt position can vary, for example by suitably varying the rotor speed of the drive units distributed over the supporting structure.
  • the structural plane of the aircraft can be oriented essentially perpendicular to the surface of the earth in a take-off and landing phase, while the plane of the structural structure can be oriented perpendicular to the surface of the earth in a cross-country flight phase. Transitions from the take-off phase to the cross-country flight phase and from the cross-country flight phase to the landing phase can be characterized by corresponding intermediate positions of the structural plane and thus the tilted position of the flight unit.
  • the control unit can be used to automatically change the tilted position of the transport device and/or the shifted position of the central unit as a function of the tilted position of the flight unit.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary aircraft in a side view with a transport unit in a first tilted position
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the exemplary aircraft of FIG. 1 in a second tilted position
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the exemplary aircraft of FIG. 1 in a third tilted position
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further exemplary aircraft in a side view with a transport unit with an elongate shaft in a second tilted position
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the aircraft from FIG. 5 in the third tilted position and a second shifted position
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a further exemplary aircraft with a displaceable central unit
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a further exemplary aircraft with a transport device arranged in the supporting structure plane of the flight unit.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of an exemplary control unit.
  • FIGS. 1 to 3 show a first exemplary embodiment of an aircraft 100 that takes off and lands vertically and that can be used to transport people and/or loads, in various inclined positions.
  • the aircraft 100 has a flight unit 10 and a transport unit 1 which is attached to the flight unit 10 .
  • the flight unit 1 has a support structure 12 with a plurality of support beams 20 and a central unit 15.
  • the support beams 20 are connected to one another at nodes 19 by means of connecting pieces designed as T-pieces.
  • the supporting beams 20 consist of a pultruded hollow profile made of fiber-reinforced plastic, e.g. B. carbon fiber reinforced plastic. Cables for the signaling connection and power supply run in the hollow profile. Alternatively, other materials can also be used for the structural beams 20 .
  • the supporting structure 12 is formed by six supporting framework beams 20 running radially outwards from the central unit 15 and by six further supporting framework beams 20 which connect the ends of the radially running supporting framework beams 20 opposite the central unit 15 to form a hexagon at the nodes 19 12 and 12 depict the perimeter of the truss structure 12.
  • FIG. The supporting framework structure 12 extends in the supporting framework plane 11, ie the supporting framework plane 11 corresponds to the middle cross-sectional plane of the supporting framework structure 12. It is rotationally symmetrical with respect to the surface normal 13 running perpendicular to the supporting structure plane 11.
  • a total of eighteen drive units 18 are arranged on the support structure 12 concentrically around the center axis of the flight unit 10, which corresponds to the surface normal 13 shown in FIGS.
  • the drive units 18 each have a propeller with a rotor made of two rotor blades and a brushless DC motor as an electric motor, with the propeller being driven by the electric motor. This is rotatably mounted on the electric motor by means of a hub of the respective propeller.
  • the aircraft 100 can also be equipped with a different number of drive units 18 or differently configured drive units 18, e.g. B. with more than two rotor blades driven.
  • wing-like air guiding devices 21 are also arranged on the support structure 12, the angle of incidence ⁇ of which can be adjusted in order to adjust the air flow conditions to the various flight phases of the aircraft 100, e.g. B. take-off phase, cross-country flight phase, landing phase, and z. B. to be able to vary the lift of the aircraft 100.
  • the air guiding devices 21 can also be omitted.
  • the central unit 15 has a hemispherical housing made of carbon fiber reinforced or glass fiber reinforced plastic.
  • the housing are technical functional units such.
  • the central unit 15 has rechargeable accumulators for supplying energy to the drive units 18 and other electrical energy consumers.
  • the control unit 16 described below with reference to FIG Central unit 15 can be arranged.
  • the flight device 100 has a transport unit 1 .
  • the transport unit 1 has a conveying device 2, a fastening element 3 and a positioning device 4, with the fastening element 3 and the positioning device forming a common component in the first exemplary embodiment.
  • the transport device 2 has a transport capsule that is designed to be essentially spherical.
  • the spherical shape can be formed into an ellipsoid by reducing the width.
  • the transport capsule is designed to be completely closed and has a partially transparent cover so that people can look out of the transport capsule.
  • the fastening element 3 is used to fasten the transport unit 1 to the flight unit 10.
  • the fastening element 3 is designed as a screw connection. Alternatively, however, other detachable or non-detachable attachments such. B. a weld possible.
  • the fastening element 3 defines the fastening area in which the transport unit and flying unit adjoin one another when the transport unit is in the fastened state.
  • the positioning device 4 has a curved sliding device 7 which encloses the transport capsule.
  • the positioning device 4 is used to change and fix an inclined position of the transport device 2 with respect to the Fastening element 3 or the fastening area defined by the fastening element 3 .
  • the inclination of the transport device 2 with respect to the fastening element 3 and thus with respect to the flight unit 1 can be varied.
  • the tilt position is determined by the tilt angle ß, i. H. the smaller of the two angles enclosed by the central axis 5 of the conveying device 1 and the surface normal 13 of the plane 11 of the structure.
  • the central axis 5 corresponds to a gravitational field line 6 of the earth's gravitational field.
  • the angle of inclination ⁇ can vary between 0° and 90°.
  • the conveying device 1 is moved with the curved pushing device 7 in the positioning device 4 .
  • a gear connection is used for this. It is fixed in the desired tilted position using a fixing bolt.
  • the tilt angle is approximately 35°
  • the central axis 5 corresponds to a parallel 14 of the plane of the supporting structure or is aligned parallel to the plane of the supporting structure 11 .
  • the angle of inclination ß can be varied in particular depending on an inclination of the supporting structure plane 11 with respect to a gravitational field line 6 of the earth’s gravitational field, for example depending on different flight phases of the aircraft 100.
  • the angle of inclination ß can always be varied in such a way that the central axis 5 along the gravitational field never 6 runs. As a result, the positioning of the transport device 1 in the gravitational field always remains the same, so that there is no change in the position of the transported people and/or loads with respect to the earth's surface.
  • the angle of inclination ß is between 0° and 90° and is approx. ß ⁇ 35°. It can also be seen from FIGS. 1 to 3 that the angle of attack a also varies as a function of the flight phase.
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of an aircraft 100 in the transition from the take-off phase to the cross-country flight phase or during the transition from the cross-country flight phase to the landing phase, ie. H. in a second tilt position with a tilt angle ß ⁇ 35 °.
  • the aircraft 100 of this exemplary embodiment differs from the aircraft 100 of the first exemplary embodiment (see FIGS. 1 to 3) in that the transport unit 1 has an elongated shaft 8 which has one end on the fastening element 3 and the other end to the positioning device 4.
  • the shaft 8 is used for the spaced arrangement of the transport device 2 with respect to the flight unit 10, so that a Safety height distance can be maintained.
  • the shank 8 is essentially rotationally symmetrical.
  • the fastening element 3 is designed as part of a coupling device 9, so that the transport unit 1 is fastened to the flying unit 10 in a detachable manner.
  • the coupling device 9 is designed as an articulated coupling device. In combination with a modular structure of the aircraft 100, the coupling device 9 enables a flexible combination of different flight units 10 with different transport units 1.
  • the flying machine 100 of this exemplary embodiment differs from the flying machine 100 of the first exemplary embodiment (see FIGS. 1 to 3) in that the flying unit 10 has a linear sliding device 22 .
  • the fastening element 3 can be displaced along the supporting structure 12 parallel to the supporting plane 11 between a central position (see FIG. 5) and an outer position (see FIG. 6).
  • a central position can be understood as meaning a position in the area of the central axis of the flight unit 10 .
  • An outer position can be understood to mean any off-center position on the supporting structure 12 outside the area of the central axis, for example a position at a radially outer end of the supporting structure 12, i.e. an end of the supporting structure 12 which is as far away as possible from the central axis or at an outer boundary of the supporting structure 12.
  • the displacement of the articulated coupling device can be made possible, for example, along a supporting structure beam, along two supporting structure beams lying opposite one another, or also along all supporting structure beams.
  • the shift can also be used to react to prevailing wind conditions and e.g. B. to compensate for an inclination of the transport capsule due to cross winds and/or to enable better load distribution.
  • the displacement of the fastening element 3 can be realized, for example, by means of a linear drive unit.
  • the linear drive unit can, for. B. comprise a rail system arranged on the supporting structure 12, in or on which a carriage can be moved, e.g. B. using a ball bearing, which carries the fastener 3.
  • the linear shifting device 22 can be driven, for example, by means of a driven spindle, which is formed by a rotatable toothed rack or a threaded rod, or by means of a revolving toothed belt. B. can be done by a servomotor. Alternatively, the drive of the linear shifting device 22 can also be designed magnetically or electromagnetically.
  • Such a linear drive unit can advantageously implement strong acceleration, deceleration and rapid operation switching and thus enable a rapid change of direction.
  • the propeller downdraft of the drive units 18 partially flows against the transport unit 1, which can lead to turbulence and unfavorable air currents as well as increased air resistance.
  • the transport unit is located in a outer position, this is not the case, since the transport unit 1 has a free flow and does not affect the outflow of the propeller.
  • the center of gravity of the aircraft 100 is also in the center of the same.
  • the tilting of the aircraft 100 that occurs must take place by correcting torques/angular momentum around the central axis of the flight unit 10 or the center of gravity axis through the thrust of the propellers.
  • transport unit 1 If the transport unit 1 is arranged in an outer position, however, a large mass (transport unit 1 and payload) hangs below the flight unit 10, which also shifts the center of gravity of the flight vehicle 100 downwards. This can have a positive effect in the event of disturbances that cause angular momentum, since the aircraft 100 oscillates back into a stable position via the propellers of the drive units 18 without active intervention, or active control is positively supported.
  • the aircraft 100 of this exemplary embodiment differs from the aircraft 100 of the first exemplary embodiment (see FIGS. 1 to 3) in that the central unit 15 can be displaced along the surface normal 13 of the supporting structure plane 11 by means of the displacement device 23 .
  • the displacement can take place depending on a tilted position of the flight unit 10, ie depending on whether the aircraft 100 is in a takeoff or landing flight phase or a cross-country flight phase.
  • Figure 7 shows the central unit 15 in an outer position. In comparison to this, the central unit 15 in FIG. 3 is arranged closer to the plane 11 of the supporting structure. The outer position according to FIG. 7 enables the center of gravity of the aircraft 100 to be shifted.
  • the central unit 15 serves as a counterweight for the transport unit 11.
  • the flying machine 100 of this exemplary embodiment differs from the flying machine 100 of the first exemplary embodiment (see FIGS. 1 to 3) in that the transport device 2 is arranged in the supporting structure plane 11 of the flying unit 10 .
  • the conveying device 2 is arranged centrally with respect to the supporting structure plane 11 so that it extends on both sides of the supporting structure plane 11 . This has the effect that the shearing point of the aircraft 100 lies in the plane 11 of the supporting structure.
  • FIG. 9 shows a control unit 16 for controlling the aircraft 100.
  • the aircraft 100 can be designed, for example, as described above with reference to FIGS.
  • the control unit 16 is set up and designed to generate and output control signals 17 to the aircraft 100 .
  • the control signals 17 bring about a change in the tilted position of the transport device 2 with respect to the fastening element 3.
  • the control signals 17 can also bring about a change in the shifted position of the central unit 15 as a function of a tilted position of the flight unit 10.
  • the control unit 16 can be installed in the aircraft 100, e.g. B. in the central unit 15 can be arranged. Alternatively, the control unit 16 can be arranged outside the aircraft 100 . In this case, the transmission of the control signals 17 can for example by means of radio transmission, in that the control unit 16 is equipped with a transmitting device for radio signals and the aircraft 100 is equipped with a receiving device for radio signals.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transporteinheit (1) für ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät (100) zum Transport von Personen und/oder Lasten. Die Transporteinheit (1) weist eine Beförderungseinrichtung (2), mindestens ein Befestigungselement (3), ausgebildet zur Befestigung der Transporteinheit (1) an einer Flugeinheit (10) des Fluggeräts (100), und eine Positioniereinrichtung (4) auf. Die Positioniereinrichtung (4) ist zur Änderung und Fixierung einer Neigungsposition der Beförderungseinrichtung (2) bezüglich des mindestens einen Befestigungselements (3) ausgebildet. Daneben werden ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät zum Transport von Personen und/oder Lasten mit einer Flugeinheit (10) und einer an der Flugeinheit (10) befestigten Transporteinheit (1) sowie eine Steuereinheit (16) zur Steuerung eines solchen Fluggeräts (100) angegeben.

Description

Transporteinheit für ein Fluggerät und Fluggerät
Die Erfindung betrifft eine Transporteinheit für ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät zum Transport von Personen und/oder Lasten, ein senkrecht startendes und landendes Flug- gerät zum Transport von Personen und/oder Lasten sowie eine Steuereinheit zur Steuerung eines solchen Fluggeräts.
Fluggeräte zum Transport von Personen und/oder Lasten gewinnen zunehmend an Bedeutung, da sie eine schnelle Beförderung weit- gehend unabhängig von Infrastruktureinrichtungen, wie z. B. Straßen, Schienen, Brücken, Tunnel usw., ermöglichen. Insbe- sondere trifft dies auf kleinere Fluggeräte zu, die senkrecht starten und landen können und daher keine Start- und Landebahn benötigen.
Derartige Fluggeräte verfügen zumeist über eine Flugeinheit, die dem Antrieb des Fluggeräts dient, und eine mit der Flugei- nheit verbundene Transporteinheit, in der Personen und/oder Lasten aufgenommen werden können. In verschiedenen Flugsitua- tionen kann eine Neigung des Fluggeräts bezüglich der Erdober- fläche vorgesehen sein. Die damit einhergehende Kippbewegung der Transporteinheit kann für die zu transportierenden Perso- nen unangenehm sein, da sich ihre Lage zusammen mit der Lage des Fluggeräts verändert. Selbiges gilt für zu transportieren- de Lasten, die aufgrund der Kippbewegung verrutschen und be- schädigt werden können. Zudem wirkt sich die Kippbewegung auf den Schwerpunkt des Fluggeräts aus, so dass die Flugsicherheit beeinträchtigt sein kann.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, Möglich- keiten anzugeben, mit denen die vorstehend genannten negativen Auswirkungen bei einer Neigung des Fluggeräts verringert oder sogar ganz beseitigt werden können.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Transporteinheit für ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät zum Transport von Personen und/oder Lasten. Die Transporteinheit weist eine Beförderungseinrichtung, mindestens ein Befesti- gungselement und eine Positioniereinrichtung auf. Das Befesti- gungselement ist zur Befestigung der Transporteinheit an einer Flugeinheit des Fluggeräts ausgebildet. Die Positionierein- richtung ist zur Änderung und Fixierung einer Neigungsposition der Beförderungseinrichtung bezüglich des mindestens einen Be- festigungselements ausgebildet.
Bei dem Fluggerät kann es sich insbesondere um ein sog. VTOL (engl. Vertical Take-Off and Landing) Fluggerät handeln. Das Fluggerät weist eine Flugeinheit auf, die dem Antrieb des Fluggeräts dient. Die Flugeinheit kann zu diesem Zweck über Antriebseinheiten, z. B. in Form von vorzugsweise mehreren Ro- toren, verfügen. Die Flugeinheit kann eine sich in mindestens einer Tragwerksebene erstreckende Tragwerksstruktur aufweisen, an der die Antriebseinheiten angeordnet sein können.
Die Beförderungseinrichtung kann beispielsweise als Beförde- rungskapsel ausgebildet oder von einer Beförderungskapsel um- hüllt sein. Die Beförderungskapsel dient folglich der Umhül- lung der zu transportierenden Personen und/oder Lasten. Eine solche Beförderungskapsel kann bevorzugt eine aerodyna- misch günstige Form aufweisen, z. B. kugelförmig oder im We- sentlichen tropfenförmig ausgebildet sein, so dass im Flugbe- trieb zum einen der statische Luftwiderstand der Beförderungs- kapsel und zum anderen die Beeinflussung der Strömung um die Beförderungskapsel durch den Rotorenbetrieb der Flugeinheit (dynamische Luftwiderstand) weiter verringert werden kann. Die Tropfenform der Beförderungskapsel kann deshalb bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zur Tragwerksebene erstreckt sein.
Die Beförderungskapsel kann in einen längserstreckten Schaft münden. Die Kugel- oder Tropfenform kann in der Breite, z. B. quer zu einer Hauptflugrichtung des Fluggeräts, reduziert sein, um einen möglichst geringen Luftwiderstand im Strecken- flugbetrieb zu erzeugen. Statt einer Kugelform kann folglich eine ellipsoide Form gewählt sein.
Die Beförderungskapsel kann blickdichte und blickdurchlässige Flächen aufweisen. Zum Be- und Entladen der Beförderungskapsel bzw. zum Ein- und Aussteigen zu transportierender Personen kann die Beförderungskapsel ein oder mehrere, z. B. zwei, Tü- ren und/oder Klappen aufweisen. Bevorzugt können zwei Türen gegenüberliegend angeordnet und klappbar oder schiebbar ausge- bildet sein, um den Ein- und Ausstieg bzw. das Be- und Entla- den schnell, sicher und komfortabel zu ermöglichen.
Weiter bevorzugt kann die Beförderungskapsel dicht schließend ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine schnelle und kosten- günstige Klimatisierung des Innenraums der Beförderungskapsel und schützt die zu befördernden Personen bzw. Lasten vor Wit- terungseinflüssen und Fahrtwind.
Ist die Beförderungseinrichtung für einen Personentransport vorgesehen, kann sie Sitze und Sicherheitseinrichtungen wie z.
B. Sicherheitsgurte und/oder Airbags aufweisen. Die Beförde- rungskapsel kann zudem über Klimatisierungseinrichtungen, z.
B. eine Heizung, und Beleuchtungseinrichtungen zur Erhöhung des Komforts verfügen.
Das Befestigungselement dient der Befestigung der Transport- einheit an der Flugeinheit, wobei das Befestigungselement als lösbares Befestigungselement, z. B. als Schraubverbindung, Kupplungsverbindung etc., oder nicht-lösbares Befestigungsele- ment, z. B. als Schweißverbindung, ausgeführt sein kann. Das Befestigungselement legt einen Befestigungspunkt oder einen Befestigungsbereich fest, in dem Transporteinheit und Flugein- heit im befestigten Zustand der Transporteinheit aneinander- grenzen.
Weiterhin verfügt die Transporteinheit über eine Positionier- einrichtung, mit der eine Neigungsposition der Beförderungs- einrichtung bezüglich des Befestigungselements geändert und fixiert werden kann. Die Positioniereinrichtung selbst kann dazu in einem festen Winkel, z. B. ortsunveränderlich, bezüg- lich des Befestigungselements angeordnet sein. Die Funktionen des Befestigungselements und der Positioniereinrichtung können auch gemeinsam in einer Befestigungs- und Positioniereinrich- tung integriert sein.
Der Begriff „Neigungsposition" bezeichnet vorliegend eine Drehposition, die die Beförderungseinrichtung bezüglich des Befestigungselements einnimmt. Die Neigungsposition ist durch einen Neigungswinkel zwischen der Beförderungseinrichtung und dem Befestigungselement charakterisiert. Der Neigungswinkel wird dabei zwischen einer durch die Beförderungseinrichtung verlaufenden Gerade und einer durch das Befestigungselement verlaufenden Gerade eingeschlossen. Der Neigungswinkel kann auch als Drehwinkel bezeichnet werden. Ändern und Fixieren einer Neigungsposition bedeutet, dass ein Übergang von einer ersten Neigungsposition mit einem ersten Neigungswinkel, zu einer zweiten und ggf. weiteren Neigungspo- sition mit einem vom ersten Neigungswinkel abweichenden Nei- gungswinkel erfolgen kann und die Beförderungseinrichtung in der gewählten Neigungsposition fixiert, z. B. arretiert, wer- den kann. Die Änderung der Neigungsposition kann stufenlos oder in vorgebbaren Stufen ermöglicht sein.
Die Änderung der Neigungsposition kann in einer Raumrichtung, d. h. um eine Drehachse, z. B. vor und zurück, erfolgen. Opti- onal kann die Änderung der Neigungsposition in einer oder meh- reren weiteren Raumrichtungen ermöglicht sein, wobei die Dreh- achsen der jeweiligen Neigungsbewegungen senkrecht zueinander orientiert sein können.
Die Neigungsposition kann beispielsweise derart änderbar und fixierbar sein, dass eine Mittenachse der Beförderungseinrich- tung stets entlang einer Gravitationsfeldlinie eines auf die Transporteinheit einwirkenden Gravitationsfelds verläuft.
Als Mittenachse kann dabei eine Bezugslinie angesehen werden, die gerade durch die Beförderungseinrichtung oder Beförde- rungskapsel, vorzugsweise durch eine Drehachse, um die eine Drehbewegung zur Änderung der Neigungsposition erfolgen kann, verläuft. Einrichtungen der Beförderungseinrichtung, z. B. Sitze für den Transport von Personen und/oder Fächer für den Transport von Lasten können derart bezüglich der Mittenachse ausgerichtet sein, dass ein bequemer Transport ermöglicht wird.
Mit anderen Worten kann die Änderung der Neigungsposition in Abhängigkeit des auf die Transporteinheit einwirkenden Gravi- tationsfelds derart erfolgen, dass die Position der Beförde- rungseinrichtung bezüglich des Gravitationsfelds trotz Positi- onsänderung des Befestigungselements bezüglich des Gravitati- onsfelds stets im Wesentlichen unverändert ist.
Durch die Möglichkeit, die Neigungsposition der Beförderungs- einrichtung bezüglich des Befestigungsmittels zu ändern, kann gleichsam eine Neigungsposition zwischen der Beförderungsein- richtung und der Flugeinheit variiert werden, wenn die Trans- porteinheit an der Flugeinheit befestigt ist. Dies eröffnet die Möglichkeit, eine Neigung des Fluggeräts gegenüber der Erdoberfläche, z. B. in einer Streckenflugphase, aus Sicht der Beförderungseinrichtung zu kompensieren. Beispielsweise kann dadurch eine stets aufrechte Sitzposition einer zu transpor- tierenden Person und/oder Last gewährleistet werden.
Dies kann u. a. zu einer Verbesserung der Sicherheit beim Be- trieb des Fluggeräts und Transport von Personen und/oder Las- ten beitragen, da das Transportgut z. B. nicht oder nur ge- ringfügig verrutschen können. Eine Ladungs- bzw. Passagiersi- cherung kann dadurch vereinfacht sein, so dass diesbezügliche Aufwendungen verringert werden können. Der Flug kann für zu transportierende Personen angenehmer gestaltet werden, da sich die subjektiv wahrnehmbare Sitzposition nicht oder nur gering- fügig ändert. Dies kann zu einer erhöhten Akzeptanz von senk- recht startenden und landenden Fluggeräten beitragen.
Die Transporteinheit kann optional über eine Ständereinrich- tung verfügen, die dazu ausgebildet ist, ein sicheres Positio- nieren der Transporteinheit auf einer Stellfläche, z. B. dem Erdboden, zu ermöglichen. Die Ständereinrichtung kann vorzugs- weise an der Beförderungseinrichtung angeordnet sein, und kann ein- und ausklappbar ausgebildet sein, so dass die Ständerein- richtung während des Fluges nahe an die Transporteinheit ange- klappt werden kann, um das aerodynamische Verhalten des Flug- geräts zu verbessern. Die Ständereinrichtung kann z. B. aus Metall, Kunststoff oder einem Faserverbundwerkstoff gefertigt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann die Positionier- einrichtung ein gekrümmte Schiebeeinrichtung aufweisen. Die gekrümmte Schiebeeinrichtung kann beispielsweise als Dreh- schiene ausgebildet sein.
Die gekrümmte Schiebeeinrichtung kann die Beförderungseinrich- tung bzw. die Beförderungskapsel ganz oder teilweise umschlie- ßen, so dass die Beförderungseinrichtung bzw. Beförderungskap- sel drehbar in der gekrümmten Schiebeeinrichtung gelagert sein kann. Bevorzugt kann die gekrümmte Schiebeeinrichtung mit ei- ner im Wesentlichen kugelförmig oder als Ellipsoid ausgebilde- ten Beförderungskapsel Zusammenwirken.
Zur Änderung der Neigungsposition der Beförderungseinrichtung kann die Beförderungseinrichtung mit der gekrümmten Schiebe- vorrichtung bewegt werden. Hierfür kann eine Führung mittels Zahnräder vorgesehen sein. Zur Fixierung der Neigeposition kann eine Fixiereinrichtung, z. B. in Form eines Fixierbol- zens, vorgesehen sein.
Die gekrümmte Schiebeeinrichtung ermöglicht vorteilhaft eine einfache und sichere Änderung und Fixierung der Neigungsposi- tion der Beförderungseinrichtung bezüglich des Befestigungs- elements.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann die Transport- einheit einen längserstreckten Schaft aufweisen, der einen En- des an das Befestigungselement und anderen Endes an die Posi- tioniereinrichtung anschließt.
Der Schaft dient der beabstandeten Verbindung von Beförde- rungseinrichtung und Befestigungselement sowie der mit dem Be- festigungselement verbundenen Flugeinheit. Der Schaft kann beispielsweise als eine gerade verlaufende Stange mit z. B. einem rechteckigen Querschnitt mit über den Umfang der Stange gerundeten Kanten oder mit einem runden oder ovalen Stangenquerschnitt ausgebildet sein.
Der Schaft kann vorzugsweise im Wesentlichen rotationssymmet- risch ausgebildet sein, also beispielsweise die Form eines ge- raden Kreiszylinders, aufweisen, wobei die Längserstreckung des Zylinders der Länge des Schaftes entspricht und die Grund- und Deckfläche des Zylinders auch als Schmalseite bezeichnet sein können.
Bevorzugt kann der Schaft möglichst dünn sein, d. h. einen ge- ringen Durchmesser aufweisen. Eine möglichst dünne und rotati- onssymmetrische Ausführung des Schafts verringert die Masse und den Luftwiderstand des Schaftes und damit der Transport- einheit deutlich.
Bevorzugt kann die Verbindung zwischen Positioniereinrichtung und Schaft starr ausgebildet sein. Beispielsweise können Posi- tioniereinrichtung und Schaft miteinander stoffschlüssig ver- bunden, z. B. verschweißt, sein.
Durch die Ausbildung eines längserstreckten Schaftes und der Befestigung der Positioniereinrichtung mit Beförderungsein- richtung an diesem Schaft kann vorteilhaft die Einhaltung ei- nes bestimmten Abstands zwischen Beförderungseinrichtung und Befestigungselement erreicht werden. Dadurch kann die Ge- brauchssicherheit deutlich erhöht werden, indem ein uner- wünschter Kontakt zwischen der agierenden oder zu befördernden Person und/oder Last und der an der Transporteinheit befestig- ten Flugeinheit effektiv vermieden werden kann. Zudem trägt die Einhaltung eines bestimmten Abstands zur Verringerung der Lärmbelästigung für die zu befördernden Personen bei. Außerdem kann durch die beabstandete Anordnung der Beförde- rungseinrichtung von der Flugeinheit die Beförderungseinrich- tung außerhalb des Abwindes der Propeller der Flugeinheit platziert sein, was zu einer Verringerung des Luftwiderstands und einer Verbesserung der Aerodynamik führen kann.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das mindestens eine Befestigungselement Teil einer Kupplungseinrichtung sein, die zur lösbaren Befestigung der Transporteinheit an der Flugein- heit ausgebildet ist.
Dabei bildet das Befestigungselement einen ersten Teil der Kupplungsverbindung der zur Transporteinheit zugehörig ist.
Der mit diesem ersten Teil der Kupplungseinrichtung korrespon- dierende zweite Teil der Kupplungseinrichtung ist als Gegen- stück an der Flugeinheit angeordnet. Die Kupplungseinrichtung kann als Gelenkkupplungseinrichtung ausgeführt sein.
Die Kupplungseinrichtung ermöglicht eine modulare Ausbildung des Fluggeräts, bei der die Flugeinheiten und Transporteinhei- ten mittels der Kupplungseinrichtung beliebig miteinander kom- biniert werden können und wiederholt verbindbar und trennbar sind.
Bevorzugt kann die Kupplungseinrichtung als selbsttätige, d. h. automatische, Kupplungseinrichtung ausgebildet sein.
Dadurch ist ein Kuppeln der Flugeinheit mit der Transportein- heit automatisiert möglich. Der Kupplungsvorgang kann zügig und sicher durchgeführt werden, da sich ein manuelles Kuppeln erübrigt.
Die Kupplungseinrichtung kann steuerbar ausgebildet sein, so dass eine Fernsteuerung des Kupplungsvorgangs ermöglicht wer- den kann. Zudem kann das An- oder Abkuppeln abhängig von ver- schiedenen Bedingungen durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Abkuppeln nur möglich sein, falls die Transported - heit Bodenkontakt hat. Dies kann zu einer Erhöhung der Sicher- heit beitragen.
Der modulare Aufbau ermöglicht eine flexible Kombination von Transport- und Flugeinheiten. Mit anderen Worten können ver- schiedenartige Transport- und/oder Flugeinheiten gegeneinander ausgetauscht werden.
Beispielsweise kann eine erste Transporteinheit zum Transport von Personen ausgebildet sein, während eine zweite Transport- einheit zum Lastentransport ausgebildet ist. Ebenso können un- terschiedliche Flugeinheiten an dieselbe Transporteinheit ge- kuppelt werden. Die Transporteinheiten können sich beispiels- weise in der Anzahl und/oder Anordnung der Antriebseinheiten voneinander unterscheiden. So können z. B. in Abhängigkeit der zu transportierenden Last und/oder der Flugbedingungen (Wind- stärke und -richtung, Höhenlage etc.) Flugeinheiten mit mehr oder weniger Antriebseinheiten ausgewählt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein senkrecht star- tendes und landendes Fluggerät zum Transport von Personen und/oder Lasten. Das Fluggerät weist eine Flugeinheit und ei- nes an der Flugeinheit befestigte Transporteinheit gemäß vor- stehender Beschreibung auf.
Mit dem Fluggerät sind die vorstehend mit Bezug auf die Trans- porteinheit genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die Transporteinheit kann an der Flugeinheit dauerhaft befestigt sein, z. B. mittels einer Schweißverbindung. Alternativ kann die Transporteinheit lösbar an der Flugeinheit befestigt sei. Beispielsweise können Transporteinheit und Flugeinheit mittels einer Kupplungseinrichtung wie vorstehend beschreiben mitei- nander verbunden sein, so dass das Fluggerät modular aufgebaut ist. Wie bereits erwähnt kann die Flugeinheit eine sich in mindes- tens einer Tragwerksebene erstreckende Tragwerksstruktur auf- weisen, an der die Antriebseinheiten angeordnet sein können.
Die Tragwerksstruktur kann radial, axial und tangential ange- ordnete, vorzugweise gerade oder gekrümmte Tragwerksbalken aufweisen, die beispielsweise mittels der Tragwerksstruktur zugeordneten Verbindungsstücken, z. B. T-Stücken, an Knoten- punkten miteinander und ggf. mit einer mittig in der Trag- werksstruktur angeordneten Zentraleinheit verbunden sein kön- nen.
Die miteinander verbundenen Tragwerksbalken können eine in sich geschlossene Tragwerksstruktur, d. h. ohne frei endende Tragwerksbalken, bilden, die damit besonders steif ist.
Die Tragwerksbalken können beispielsweise so angeordnet sein, dass eine in der Tragwerksebene erstreckte, hexagonal ver- strebte Tragwerksstruktur ausgebildet ist. Dazu können sechs radial gleichmäßig verteilt angeordnete Tragwerksbalken vorge- sehen sein, so dass zwei benachbarte radial angeordnete Trag- werksbalken einen Winkel von ungefähr 60° einschließen. Bei- spielsweise kann die Flugeinheit in der hexagonalen Ausführung der Tragwerksstruktur insgesamt 18 Antriebseinheiten aufwei- sen.
Neben den Antriebseinheiten können an der Tragwerksstruktur ein oder mehrere Luftleiteinrichtungen angeordnet sein. Alter- nativ oder zusätzlich können auch an der Transporteinheit Luftleiteinrichtungen angeordnet sein. Die Luftleiteinrichtun- gen können tragflächen- bzw. flügelartig, beispielsweise plat- tenförmig oder leicht gewölbt, ausgebildet sein und über je- weils eine Lagerachse der Luftleiteinrichtung winkelverstell- bar an der Tragwerksstruktur gelagert sein. Bei einer tragflächenartigen Ausgestaltung können die Luft- leiteinrichtungen eine Anströmkante (engl. leading edge) und eine Abströmkante (engl. trailing edge) aufweisen, wobei sich die Anströmkante im Streckenflugbetrieb in Flugrichtung be- trachtet vor der Abströmkante befindet. Hierbei befindet sich die Saugseite (engl. suction side) oben und die Druckseite (engl. pressure side) unten. Die tragflächenartigen Luftleit- einrichtungen können beidseitig der Lagerachse erstreckte Flü- gelabschnitte aufweisen, wobei ein Flügelabschnitt, der im Streckenflugbetrieb im Wesentlichen in Flugrichtung weist, als Anströmflügel und ein von der Lagerachse gegensinnig erstreck- ter Flügelabschnitt als Abströmflügel definiert ist, welcher in Flugrichtung des Streckenflugbetriebs dem Anströmflügel nachgeordnet ist und im Wesentlichen entgegen der Flugrichtung weist.
Die Befestigung der Transporteinheit an der Flugeinheit er- folgt mittels des Befestigungselements der Transporteinheit. Optional kann das Befestigungselement entlang der Tragwerks- struktur, d. h. im Wesentlich in der Tragwerksebene oder pa- rallel zur Tragwerksebene verschiebbar sein. Dies kann bei- spielsweise eine Positionierung der Transporteinheit bezüglich der Flugeinheit derart ermöglichen, dass die Aerodynamik des Fluggeräts verbessert werden kann, z. B. indem die Transport- einheit im Strömungsschatten der Flugeinheit positioniert wird. Zudem kann eine bessere Sicht für zu transportierende Personen erreicht werden, falls die Positionierung der Trans- porteinheit bezüglich der Flugeinheit derart erfolgt, dass ein Sichtbereich nicht oder nur geringfügig durch die Tragwerks- struktur verdeckt wird.
Zur Änderung der Neigungsposition der Beförderungseinrichtung bezüglich des Befestigungselements kann eine Mittenachse der Beförderungseinrichtung mittels der Positioniereinrichtung in einem Bereich positionierbar sein, der sich zwischen einer Flächennormalen der Tragwerksebene und einer Parallelen der Tragwerksebene erstreckt. Der Bereich kann sich auf einen Teilbereich zwischen der Flächennormalen und der Parallelen erstrecken oder direkt von der Flächennormalen und der Paral- lelen begrenzt sein.
Mit anderen Worten kann die Beförderungseinrichtung um bis zu 90 ° bezüglich der Tragwerksebene geneigt werden. Dies kann bei einer senkrechten Ausrichtung der Flugeinheit bezüglich der Erdoberfläche bzw. einer Ausrichtung der Tragwerksebene im Wesentlichen entlang der Gravitationslinien des Erdgravitati- onsfelds eine im Wesentlichen parallele Ausrichtung der Beför- derungseinheit bezüglich der Erdoberfläche ermöglichen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann die Beförde- rungseinrichtung in der Tragwerksebene angeordnet sein. Bei- spielsweise kann die Beförderungseinrichtung mittig bezüglich der Tragwerksebene angeordnet sein, so dass sich die Beförde- rungseinrichtung im Wesentlichen beidseitig der Tragwerksebene erstreckt.
Eine solche Anordnung der Beförderungseinrichtung ist unabhän- gig vom Vorhandensein der vorstehend beschriebenen Positionie- reinrichtung und der Möglichkeit, eine Neigungsposition der Beförderungseinrichtung bezüglich des Befestigungselements zu ändern und zu fixieren.
Folglich betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein senk- recht startendes und landendes Fluggerät zum Transport von Personen und/oder Lasten, aufweisend eine Flugeinheit mit ei- ner sich in mindestens einer Tragwerksebene erstreckenden Tragwerksstruktur, eine an der Flugeinheit befestigte Trans- porteinheit mit einer Beförderungseinrichtung, wobei die Be- förderungseinrichtung in der mindestens einen Tragwerksebene angeordnet ist. Durch die Anordnung der Beförderungseinrichtung in der Trag- werksebene kann der Schwerpunkt des Fluggeräts zentral, z. B. in der Tragwerksebene, positioniert sein. Hierdurch können bessere Flugeigenschaften im Vergleich zu einer Lage des Schwerpunkts entfernt von der Tragwerksebene erreicht werden. Die Schwerkraft der Beförderungseinrichtung wirkt dann in der gleichen Ebene wie die Auftriebskraft der Flügel, ohne dass Drehmomente um die Schwerpunktachse entstehen, welche durch die Propeller ausgeglichen werden müssten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann das Fluggerät eine Zentraleinheit aufweisen, die bevorzugt mittig zu einer Mittenachse des Fluggeräts angeordnet sein kann. Die Zentral- einheit kann beispielsweise ein Gehäuse, z. B. in Form einer Halbkugel oder eines Ellipsoids, aufweisen. Beispielsweise kann die Zentraleinheit aus zwei miteinander verbundenen, z. B. verschraubten, Hälften ausgebildet sein. Zur Wartung und Durchführung kleinerer Reparaturen können Eingriffe vorgesehen sein. Die Zentraleinheit kann zudem zur Aufnahme von Trag- werksbalken der Tragwerksstruktur ausgebildet sein, z. B. in- dem Tragwerksbalken der Tragwerksstruktur mit einem Ende an der Zentraleinheit befestigt sind und von der Zentraleinheit radial nach außen verlaufen.
Die Zentraleinheit kann beispielsweise zur Aufbewahrung oder zur Anordnung von Gegenständen, wie z. B. Hilfsmitteln oder technische Funktionseinheiten, ausgebildet sein. Beispielswei- se kann die Zentraleinheit ein Rettungssystem, z. B. einen Fallschirm zum Herausschießen, im obersten Teil der Zentral- einheit aufweisen.
Die Zentraleinheit kann technische Funktionseinheiten, wie z. B. Steuerungs-, Lagebestimmungs- und/oder Kommunikationstech- nik und/oder ein Lademodul aufweisen. Zur Aufbewahrung oder Anordnung der Hilfsmittel und/oder tech- nischen Funktionseinheiten kann das Gehäuse der Zentraleinheit einen oder mehrere Hohlräume aufweisen. Die Hilfsmittel oder technischen Funktionseinheiten können in den Hohlräumen und/oder an dem Gehäuse, beispielsweise oberseitig oder seit- lich im Freiraum zwischen den radialen Tragwerksbalken, ange- ordnet sein.
Die integrierte Lagebestimmungstechnik kann beispielsweise mittels Ortungssignalen, z. B. eines globalen Navigationssa- tellitensystems wie GPS, Galileo, GLONASS, Beidou etc., zur Positionsbestimmung des Fluggeräts ausgebildet sein und der Ermittlung und Kontrolle der Flugroute und des Flugziels des Fluggerätes dienen.
Die integrierte Kommunikationstechnik kann zur internen und/oder externen Kommunikation ausgebildet sein, wobei unter interner Kommunikation die Kommunikation zwischen den Modulen des Fluggeräts oder die Kommunikation mit Modulen, die direkt zur Verwendung mit dem Fluggerät vorgesehen sind, zu verstehen ist, also beispielsweise die Kommunikation zur Verständigung zwischen Flug- und Transportmodul oder Fluggerät und Bodenkon- trollstation.
Unter externer Kommunikation ist beispielsweise die Kommunika- tion bezüglich Flugerlaubnis, Flugroute, Standort etc. bei der Flugsicherung oder der Informationsaustausch mit Wetterdiens- ten zu verstehen.
Darüber hinaus kann die Zentraleinheit auch Soft- und/oder Hardware für die Durchführung eines Landeanflugs auf eine Start- und Landestation aufweisen.
Durch die Positionierung von Hilfsmitteln und technischen Funktionselementen in oder an der mittig angeordneten Zentral- einheit kann eine Schwerpunktlage konzentriert im Zentrum des Fluggeräts ermöglicht werden, wodurch die Steuer- und Regelfä- higkeit des Fluggeräts verbessert ist.
Die Zentraleinheit ermöglicht vorteilhaft eine zentralisierte Anordnung und Ausführung von Steuergeräten und zugehörigen Steuerungsfunktionen sowie ggf. weiterer Baugruppen des Flug- geräts.
Optional kann die die Zentraleinheit entlang der Mittenachse der Beförderungseinrichtung oder entlang einer Flächennormalen der mindestens einen Tragwerksebene, d. h. senkrecht zur Trag- werksebene, verschiebbar sein. Hierzu kann der Zentraleinheit eine Verschiebeeinrichtung zugeordnet sein. Mit anderen Worten kann eine Verschiebeposition der Zentraleinheit geändert und fixiert werden.
Hierzu kann die Zentraleinheit die Mittenachse der Beförde- rungseinrichtung umschließend angeordnet sein. Eine solche Verschiebbarkeit ist unabhängig vom Vorhandensein der vorste- hend beschriebenen Positioniereinrichtung und der Möglichkeit, eine Neigungsposition der Beförderungseinrichtung bezüglich des Befestigungselements zu ändern und zu fixieren.
Folglich betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein senk- recht startendes und landendes Fluggerät zum Transport von Personen und/oder Lasten, aufweisend eine Flugeinheit mit ei- ner sich in mindestens einer Tragwerksebene erstreckenden Tragwerksstruktur, eine an der Flugeinheit befestigte Trans- porteinheit mit einer Beförderungseinrichtung und eine Zent- raleinheit, wobei die Zentraleinheit entlang einer Flächennor- malen der mindestens einen Tragwerksebene verschiebbar ist. Durch die Verschiebbarkeit der Zentraleinheit kann eine Verla- gerung des Schwerpunkts des Fluggeräts erreicht werden. Bei- spielsweise kann die Zentraleinheit auf der der Transportein- heit gegenüberliegenden Seite der Tragwerksebene nach außen verschoben werden. Indem die Zentraleinheit als Gegengewicht zur Transporteinheit genutzt wird, kann der Schwerpunkt des Fluggeräts in die Tragwerksebene verschoben werden. Hierdurch können bessere Flugeigenschaften im Vergleich zu einer Lage des Schwerpunkts entfernt von der Tragwerksebene erreicht wer- den.
Mit anderen Worten kann ein durch eine Positionierung der Transporteinheit außerhalb der Schwerpunktebene erzeugtes, auf das Fluggerät einwirkendes Drehmoment teilweise oder ganz kom- pensiert werden, indem durch Verschieben der Zentraleinheit, die eine nicht unerheblichen Masse aufgrund des Vorhandenseins von Batterien etc. aufweist, ein Gegenmoment erzeugt wird, wenn die Zentraleinheit ebenfalls in eine Position außerhalb der Schwerpunktebene verschoben wird.
Über den Abstand der Zentraleinheit zur Schwerpunktebene, die annähernd der Tragwerksebene entsprechen kann, kann die Kom- pensation entsprechend der Transportmasse erfolgen. Ist die Transportmasse klein, bleibt die Zentraleinheit nahe der Trag- werksebene. Ist die Transportmasse groß, wird die Zentralein- heit weiter herausgefahren, um mit dem größeren Hebelarm zur Tragwerksebene ein größeres Gegenmoment zu erzeugen.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Zentraleinheit in die Beförderungseinrichtung integriert sein.
Dies kann insbesondere bei einer in der Tragwerksebene ange- ordneten Beförderungseinrichtung vorteilhaft sein, da dadurch ein besonders kompaktes Fluggerät mit sehr guten Flugeigen- schaften geschaffen wird.Insbesondere können in der Zentral- einheit angeordnete Haupt- und/oder Nebenbatteriesysteme in die Beförderungseinrichtung integriert sein. Dies kann bei ei- nem Wechsel der Beförderungseinrichtung vorteilhaft sein, da zusammen mit dem Wechsel der Beförderungseinrichtung gleich- zeitig ein Batteriewechsel erfolgen kann, so dass die Beförde- rungseinrichtung quasi ihre eigene Energie für die vorgesehene Flugstrecke mitbringen kann.
Auch eine Integration der Zentraleinheit in die Beförderungs- einrichtung ist unabhängig vom Vorhandensein der vorstehend beschriebenen Positioniereinrichtung und der Möglichkeit, eine Neigungsposition der Beförderungseinrichtung bezüglich des Be- festigungselements zu ändern und zu fixieren.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuereinheit zur Steuerung eines Fluggeräts gemäß vorstehender Beschrei- bung. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet und ausgebildet, Steuersignale zu Generieren und Auszugeben, die eine Änderung der Neigungsposition der Beförderungseinrichtung bezüglich des mindestens einen Befestigungselements und/oder eine Änderung einer Verschiebeposition der Zentraleinheit in Abhängigkeit einer Neigeposition der Flugeinheit bewirken.
Die Steuereinheit kann Sensorsignale von Sensoren, z. B. Nei- gungssensoren zur Ermittlung der Neigeposition der Flugein- heit, und/oder Nutzereingaben empfangen und basierend auf An- weisungen oder einem in der Steuereinheit programmierten Code entsprechend einer oder mehrerer Routinen unter Generieren von Steuersignalen verarbeiten. Die generierten Steuersignale wer- den an Aktoren, wie z. B. die Positioniereinrichtung oder eine Verschiebeeinrichtung der Zentraleinheit ausgegeben. Hierzu steht die Steuereinheit in einer signaltechnischen Wirkverbin- dung mit den Aktoren und ggf. Sensoren. Die Steuereinheit kann hardware- und/oder softwaremäßig realisiert sein und physisch ein- oder mehrteilig ausgebildet sein.
Der Begriff „Neigeposition" bezeichnet die Positionierung der Flugeinheit bezüglich der Erdoberfläche. Z. B. in Abhängigkeit der Flugphase des Fluggeräts kann die Neigeposition variieren, beispielsweise indem die Rotorgeschwindigkeit der über die Tragwerksstruktur verteilten Antriebseinheiten geeignet vari- iert wird. Beispielsweise kann die Tragwerksebene des Flugge- räts in einer Start- und Landephase im Wesentlichen senkrecht zur Erdoberfläche ausgerichtet sein, während die Tragwerksebe- ne in einer Streckenflugphase senkrecht zur Erdoberfläche aus- gerichtet sein kann. Übergänge von der Start- zu Streckenflug- phase sowie von der Streckenflug- zur Landephase können durch entsprechende Zwischenpositionen der Tragwerksebene und somit Neigeposition der Flugeinheit gekennzeichnet sein.
Mittels der Steuereinheit kann eine automatisierte Änderung der Neigungsposition der Beförderungseinrichtung und/oder der Verschiebeposition der Zentraleinheit in Abhängigkeit der Nei- geposition der Flugeinheit erreicht werden.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus den Ab- bildungen sowie der zugehörigen Beschreibung ersichtlich. Es zeigen:
Figur 1 schematische Darstellung eines beispielhaften Flugge- räts in Seitenansicht mit Transporteinheit in einer ersten Neigungsposition;
Figur 2 schematische Darstellung des beispielhaften Fluggeräts der Figur 1 in einer zweiten Neigungsposition;
Figur 3 schematische Darstellung des beispielhaften Fluggeräts der Figur 1 in einer dritten Neigungsposition;
Figur 4 schematische Darstellung eines weiteren beispielhaften Fluggeräts in Seitenansicht mit Transporteinheit mit längserstrecktem Schaft in einer zweiten Neigungsposi- tion;
Figur 5 schematische Darstellung eines weiteren beispielhaften
Fluggeräts in Seitenansicht mit Verschiebeeinrichtung in einer dritten Neigungsposition und einer ersten Verschiebeposition;
Figur 6 schematische Darstellung des Fluggeräts der Figur 5 in der dritten Neigungsposition und einer zweiten Ver- schiebeposition;
Figur 7 schematische Darstellung eines weiteren beispielhaften Fluggeräts mit verschiebbarer Zentraleinheit;
Figur 8 schematische Darstellung eines weiteren beispielhaften Fluggeräts mit in der Tragwerksebene der Flugeinheit angeordneter Beförderungseinrichtung; und
Figur 9 schematische Darstellung einer beispielhaften Steuer- einheit.
In den im Folgenden erläuterten Beispielen wird auf die beige- fügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Beispie- le bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Aus- führungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben", „unten", „vorne", „hinten", „vorderes", „hinte- res" usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Fi- guren verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden kön- nen, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend.
Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden kön- nen, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ab- zuweichen. Es versteht sich zudem, dass die Merkmale der hier- in beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsfor- men miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezi- fisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die an- gefügten Ansprüche definiert. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel ei- nes senkrecht startenden und landenden Fluggeräts 100, das zum Transport von Personen und/oder Lasten genutzt werden kann, in verschiedenen Neigungspositionen. Das Fluggerät 100 weist eine Flugeinheit 10 und eine Transporteinheit 1 auf, die an der Flugeinheit 10 befestigt ist.
Die Flugeinheit 1 verfügt über eine Tragwerksstruktur 12 mit mehreren Tragwerksbalken 20 sowie eine Zentraleinheit 15. Die Tragwerksbalken 20 sind an Knotenpunkten 19 untereinander mit- tels als T-Stücke ausgebildeten Verbindungsstücken verbunden. Die Tragwerksbalken 20 bestehen aus einem pultrudierten Hohl- profil aus faserverstärktem Kunststoff, z. B. kohlefaserver- stärktem Kunststoff. Im Hohlprofil verlaufen Leitungen zur signaltechnischen Verbindung sowie Energieversorgung. Alterna- tiv können auch andere Materialien für die Tragwerksbalken 20 genutzt werden.
Die Tragwerksstruktur 12 wird durch sechs radial von der Zent- raleinheit 15 nach außen verlaufende Tragwerksbalken 20 sowie durch sechs weitere Tragwerksbalken 20 gebildet, welche die der Zentraleinheit 15 gegenüberliegenden Enden der radial ver- laufenden Tragwerksbalken 20 unter Ausbildung eines Sechsecks an den Knotenpunkten 19 miteinander verbinden und die äußere Begrenzung der Tragwerksstruktur 12 darstellen. Die Tragwerks- struktur 12 ist in der Tragwerksebene 11 erstreckt ausgebil- det, d. h. die Tragwerksebene 11 entspricht der mittleren Querschnittsebene der Tragwerksstruktur 12. Sie ist rotations- symmetrisch bezüglich der senkrecht zur Tragwerksebene 11 ver- laufenden Flächennormalen 13.
An der Tragwerksstruktur 12 sind insgesamt achtzehn Antriebs- einheiten 18 konzentrisch um die Mittenachse der Flugeinheit 10, die der in den Figuren 1 bis 3 eingezeichneten Flächennor- male 13 entspricht, angeordnet. Die Antriebseinheiten 18 ver- fügen jeweils über einen Propeller mit einem Rotor aus zwei Rotorblättern und einen bürstenlosen Gleichstrommotor als Elektromotor, wobei der Propeller mittels des Elektromotors angetrieben wird. Mittels einer Nabe des jeweiligen Propellers ist dieser drehbar am Elektromotor gelagert. Selbstverständ- lich kann das Fluggerät 100 auch mit einer abweichenden Anzahl an Antriebseinheiten 18 oder anders gestalteten Antriebsein- heiten 18, z. B. mit mehr als jeweils zwei Rotorblättern, an- getrieben werden.
An der Tragwerksstruktur 12 sind außerdem vier tragflächenar- tig ausgebildete Luftleiteinrichtungen 21 angeordnet, deren Anstellwinkel a einstellbar sind, um die Luftströmungsverhält- nisse an die verschiedenen Flugphasen des Fluggeräts 100, z. B. Startphase, Streckenflugphase, Landephase, anpassen zu kön- nen und z. B. den Auftrieb des Fluggeräts 100 variieren zu können. Die Luftleiteinrichtungen 21 können jedoch auch ent- fallen.
Die Zentraleinheit 15 weist ein halbkugelförmiges Gehäuse aus kohlefaserverstärktem oder glasfaserverstärktem Kunststoff auf. In dem Gehäuse sind technische Funktionseinheiten, wie z. B. Steuerungs-, Lagebestimmungs- und Kommunikationstechnik, sowie ein Lademodul angeordnet. Daneben weist die Zentralein- heit 15 wiederaufladbare Akkumulatoren zur Energieversorgung der Antriebseinheiten 18 sowie weiterer elektrischer Energie- verbraucher auf. Beispielsweise kann die untenstehend unter Bezugnahme auf Figur 9 beschriebene Steuereinheit 16 in der Zentraleinheit 15 angeordnet sein.
Neben der Flugeinheit 10 weist das Fluggerät 100 eine Trans- porteinheit 1 auf. Die Transporteinheit 1 verfügt über eine Beförderungseinrichtung 2, ein Befestigungselement 3, sowie ein Positioniereinrichtung 4, wobei im ersten Ausführungsbei- spiel das Befestigungselement 3 und die Positioniereinrichtung ein gemeinsames Bauteil bilden.
Die Beförderungseinrichtung 2 verfügt über eine im Wesentli- chen kugelförmig ausgebildete Beförderungskapsel. Optional kann die Kugelform durch Reduzierung der Breite zu einem El- lipsoid gestaltet sein. Die Beförderungskapsel ist vollständig geschlossen ausgebildet und verfügt über eine teilweise blick- durchlässige Hülle, so dass Personen aus der Beförderungskap- sel hinausschauen können.
Im Inneren der Beförderungskapsel sind mit Sicherheitsgurten und Airbags ausgestattete Sitze, eine Klimatisierungseinrich- tung, Displays sowie eine Kommunikationseinrichtung zur Kommu- nikation mit der Zentraleinheit 15, anderen Fluggeräten oder einer Bodenstation angeordnet.
Das Befestigungselement 3 dient der Befestigung der Transport- einheit 1 an der Flugeinheit 10. Im Ausführungsbeispiel ist das Befestigungselement 3 als Schraubverbindung ausgebildet. Alternativ sind jedoch auch andere lösbare oder nicht-lösbare Befestigungen, z. B. eine Schweißverbindung, möglich. Das Be- festigungselement 3 legt den Befestigungsbereich fest, in dem die Transporteinheit und Flugeinheit im befestigten Zustand der Transporteinheit aneinandergrenzen.
Die Positioniereinrichtung 4 weist eine gekrümmte Schiebeein- richtung 7 auf, die die Beförderungskapsel umschließt. Die Po- sitioniereinrichtung 4 dient der Änderung und Fixierung einer Neigungsposition der Beförderungseinrichtung 2 bezüglich des Befestigungselements 3 bzw. des durch das Befestigungselement 3 festgelegten Befestigungsbereichs. Mit anderen Worten kann die Neigung der Beförderungseinrichtung 2 bezüglich des Befes- tigungselements 3 und damit bezüglich der Flugeinheit 1 vari- iert werden.
Die Neigungsposition wird durch den Neigungswinkel ß bestimmt, d. h. dem kleineren der beiden Winkel, die von der Mittenachse 5 der Beförderungseinrichtung 1 und der Flächennormalen 13 der Tragwerksebene 11 eingeschlossen werden. Die Mittenachse 5 entspricht dabei einer Gravitationsfeldlinie 6 des Erdgravita- tionsfelds. In der ersten Neigungsposition gemäß Figur 1 be- trägt der Neigungswinkel ß = 0°, d. h. die Mittenachse 5, die Gravitationsfeldlinie 6 und die Flächennormale 13 entsprechen einander. Der Neigungswinkel ß kann im Ausführungsbeispiel zwischen 0° und 90° variieren.
Zur Änderung des Neigungswinkels wird die Beförderungseinrich- tung 1 mit der gekrümmten Schiebevorrichtung 7 in der Positio- niereinrichtung 4 bewegt. Hierfür wird eine Zahnradverbindung genutzt. Die Fixierung in der gewünschten Neigungsposition er- folgt mittels eines Fixierbolzens.
In der in der Figur 2 dargestellten zweiten Neigungsposition beträgt der Neigungswinkel ca. 35°, in der in Figur 3 darge- stellten dritten Neigungsposition 90°, d. h. die Mittenachse 5 entspricht einer Parallelen 14 der Tragwerksebene bzw. ist pa- rallel zur Tragwerksebene 11 ausgerichtet.
Der Neigungswinkel ß kann insbesondere in Abhängigkeit einer Neigung der Tragwerksebene 11 bezüglich einer Gravitations- feldlinie 6 des Erdgravitationsfelds variiert werden, bei- spielsweise in Abhängigkeit verschiedener Flugphasen des Flug- geräts 100. So kann der Neigungswinkel ß stets derart variiert werden, dass die Mittenachse 5 entlang der Gravitationsfeldli- nie 6 verläuft. Dadurch wird eine stets gleichbleibende Posi- tionierung der Beförderungseinrichtung 1 im Gravitationsfeld bewirkt, so dass keine Lageänderung der transportierten Perso- nen und/oder Lasten bezüglich der Erdoberfläche stattfindet.
So kann während einer Start- oder Landephase des Fluggeräts 100, in der das Fluggerät 100 wie in Figur 1 dargestellt aus- gerichtet ist, d. h. mit einer im Wesentlichen parallel zur Erdoberfläche bzw. senkrecht zur Gravitationsfeldlinie 6 aus- gerichteten Tragwerksebene 11, ein Neigungswinkel ß = 0° ge- wählt werden. Demgegenüber kann der Neigungswinkel ß in einer Streckenflugphase des Fluggeräts 100, in der das Fluggerät 100 wie in Figur 3 dargestellt ausgerichtet ist, d. h. mit einer im Wesentlichen senkrecht zur Erdoberfläche bzw. parallel zur Gravitationsfeldlinie 6 ausgerichteten Tragwerksebene 11, ß = 90° betragen. Figur 2 zeigt das Fluggerät 100 entsprechend beim Übergang von der Start- in die Streckenflugphase bzw. bei Übergang von der Streckenflugphase in die Landephase. Der Nei- gungswinkel ß liegt zwischen 0 ° und 90 ° und beträgt ca. ß ~ 35 °. Aus den Figuren 1 bis 3 geht außerdem hervor, dass auch der Anstellwinkel a in Abhängigkeit der Flugphase variiert.
Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Fluggeräts 100 im Übergang von der Start- in die Streckenflugphase bzw. bei Übergang von der Streckenflugphase in die Landephase, d. h. in einer zweiten Neigungsposition mit einem Neigungswinkel ß~ 35 °. Das Fluggerät 100 dieses Ausführungsbeispiels unter- scheidet sich vom Fluggerät 100 des ersten Ausführungsbei- spiels (siehe Figuren 1 bis 3) dadurch, dass die Transportein- heit 1 einen längserstreckten Schaft 8 aufweist, der einen En- des an das Befestigungselement 3 und anderen Endes an die Po- sitioniereinrichtung 4 anschließt.
Der Schaft 8 dient der beabstandeten Anordnung der Beförde- rungseinrichtung 2 bezüglich der Flugeinheit 10, so dass ein Sicherheitshöhenabstand eingehalten werden kann. Der Schaft 8 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet.
Zudem ist das Befestigungselement 3 als Teil einer Kupplungs- einrichtung 9 ausgebildet, so dass die Transporteinheit 1 lös- bar an der Flugeinheit 10 befestigt ist. Die Kupplungseinrich- tung 9 ist im Ausführungsbeispiel als Gelenkkupplungseinrich- tung ausgebildet. Die Kupplungseinrichtung 9 ermöglicht in Kombination mit einem modularen Aufbau des Fluggeräts 100 eine flexible Kombination unterschiedlicher Flugeinheiten 10 mit verschiedenen Transporteinheiten 1.
Die Figuren 5 und 6 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel ei- nes Fluggeräts 100 in der Streckenflugphase, d. h. bei einem Neigungswinkel ß = 90 °. Das Fluggerät 100 dieses Ausführungs- beispiels unterscheidet sich vom Fluggerät 100 des ersten Aus- führungsbeispiels (siehe Figuren 1 bis 3) dadurch, dass die Flugeinheit 10 eine lineare Schiebeeinrichtung 22 aufweist.
Mittels der linearen Schiebeeinrichtung 22 kann das Befesti- gungselement 3 entlang der Tragwerksstruktur 12 parallel zur Tragwerksebene 11 zwischen einer zentrischen Position (siehe Figur 5) und einer äußeren Position (siehe Figur 6) verschoben werden. Unter einer zentrischen Position kann dabei eine Posi- tion im Bereich der Mittenachse der Flugeinheit 10 verstanden werden.
Unter einer äußeren Position kann jede außerzentrische Positi- on an der Tragwerksstruktur 12 außerhalb des Bereichs der Mit- tenachse verstanden werden, beispielsweise eine Position an einem radial äußeren Ende der Tragwerksstruktur 12, also einem von der Mittenachse möglichst weit entfernten Ende der Trag- werksstruktur 12 bzw. an einer äußeren Begrenzung der Trag- werksstruktur 12. Die Verschiebung der Gelenkkupplungseinrichtung kann bei- spielsweise entlang eines Tragwerksbalkens, entlang zweier ei- nander gegenüberliegender Tragwerksbalken oder auch entlang aller Tragwerksbalken ermöglicht sein. Dadurch kann die Ver- schiebung auch dazu genutzt werden, um auf vorherrschende Windverhältnisse zu reagieren und z. B. eine Neigung der Be- förderungskapsel durch Seitenwind auszugleichen und/oder um eine bessere Lastverteilung zu ermöglichen.
Die Verschiebung des Befestigungselements 3 kann beispielswei- se mittels einer Linearantriebseinheit realisiert sein. Die Linearantriebseinheit kann z. B. ein an der Tragwerksstruktur 12 angeordnetes Schienensystem umfassen, in oder an dem ein Schlitten beweglich, z. B. unter Nutzung eines Kugellagers, gelagert ist, welcher das Befestigungselement 3 trägt.
Der Antrieb der linearen Schiebeeinrichtung 22 kann beispiels- weise mittels einer angetriebenen Spindel, die durch eine drehbare Zahnstange oder eine Gewindestange gebildet ist, oder mittels eines umlaufend angetriebenen Zahnriemens erfolgen, wobei der Antrieb dieser Übertragungsmittel elektrisch, z. B. durch einen Servomotor, erfolgen kann. Alternativ kann der An- trieb der lineare Schiebeeinrichtung 22 auch magnetisch oder elektromagnetisch ausgebildet sein.
Eine solche Linearantriebseinheit kann vorteilhaft eine starke Beschleunigung, Abbremsung und schnelle Betriebsumschaltung realisieren und damit einen schnellen Richtungswechsel ermög- lichen.
In der zentrischen Position gemäß Figur 5 wird die Transport- einheit 1 teilweise vom Propellerabwind der Antriebseinheiten 18 angeströmt, was zu Turbulenzen und ungünstigen Luftströmun- gen sowie erhöhtem Luftwiderstand führen kann. Befindet sich die Transporteinheit hingegen wie in Figur 6 gezeigt in einer äußeren Position, so ist dies nicht der Fall, da die Trans- porteinheit 1 frei angeströmt wird und die Abströmung der Pro- peller nicht beeinflusst.
Bei Anordnung der Transporteinheit 1 in der zentrischen Posi- tion liegt außerdem der Schwerpunkt des Fluggerätes 100 in der Mitte desselbigen. Bei Störungseinflüssen wie Turbulenzen, Luftlöchern, etc., muss das auftretende Kippen des Fluggerätes 100 durch Korrektur von Drehmomenten/Drehimpulsen um die Mit- tenachse der Flugeinheit 10 bzw. Schwerpunktachse durch die Schubleistung der Propeller erfolgen.
Bei Anordnung der Transporteinheit 1 in einer äußeren Position hängt hingegen eine große Masse (Transporteinheit 1 sowie Nutzlast) unterhalb der Flugeinheit 10, was den Schwerpunkt des Fluggerätes 100 ebenfalls nach unten verschiebt. Dies kann sich positiv bei Störungen auswirken, die einen Drehimpuls verursachen, da das Fluggerät 100 auch ohne aktives Eingreifen über die Propeller der Antriebseinheiten 18 wieder in eine stabile Lage zurückpendelt bzw. eine aktive Regelung positiv unterstützt wird.
Figur 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Fluggeräts 100 in der Streckenflugphase, d. h. bei einem Neigungswinkel ß = 90 °. Das Fluggerät 100 dieses Ausführungsbeispiels unter- scheidet sich vom Fluggerät 100 des ersten Ausführungsbei- spiels (siehe Figuren 1 bis 3) dadurch, dass die Zentralein- heit 15 entlang der Flächennormalen 13 der Tragwerksebene 11 mittels der Verschiebeeinrichtung 23 verschiebbar ist. Die Verschiebung kann in Abhängigkeit einer Neigeposition der Flugeinheit 10 erfolgen, d. h. in Abhängigkeit davon, ob sich das Fluggerät 100 in einer Start- oder Landeflugphase oder ei- ner Streckenflugphase befindet. Figur 7 zeigt die Zentraleinheit 15 in einer äußeren Position. Im Vergleich dazu ist die Zentraleinheit 15 in der Figur 3 nä- her an der Tragwerksebene 11 angeordnet. Die äußere Position gemäß Figur 7 ermöglicht eine Verlagerung des Schwerpunkts des Fluggeräts 100. Die Zentraleinheit 15 dient dabei als Gegenge- wicht zur Transporteinheit 11.
Figur 8 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Fluggeräts 100 in der Streckenflugphase, d. h. bei einem Neigungswinkel ß = 90 °. Das Fluggerät 100 dieses Ausführungsbeispiels unter- scheidet sich vom Fluggerät 100 des ersten Ausführungsbei- spiels (siehe Figuren 1 bis 3) dadurch, dass die Beförderungs- einrichtung 2 in der Tragwerksebene 11 der Flugeinheit 10 an- geordnet ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Beförderungsein- richtung 2 mittig bezüglich der Tragwerksebene 11 angeordnet, so dass sie sich beidseitig der Tragwerksebene 11 erstreckt. Hierdurch wird bewirkt, dass der Scherpunkt des Fluggeräts 100 in der Tragwerksebene 11 liegt.
Figur 9 zeigt eine Steuereinheit 16 zur Steuerung des Flugge- räts 100. Das Fluggerät 100 kann beispielsweise wie vorstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 8 beschrieben ausgebil- det sein. Die Steuereinheit 16 ist zum Generieren und Ausgeben von Steuersignalen 17 an das Fluggerät 100 eingerichtet und ausgebildet. Die Steuersignale 17 bewirken eine Änderung der Neigungsposition der Beförderungseinrichtung 2 bezüglich des Befestigungselements 3. Optional können die Steuersignale 17 zusätzlich eine Änderung der Verschiebeposition der Zentral- einheit 15 in Abhängigkeit einer Neigeposition der Flugeinheit 10 bewirken.
Die Steuereinheit 16 kann im Fluggerät 100, z. B. in dessen Zentraleinheit 15 angeordnet sein. Alternativ kann die Steuer- einheit 16 außerhalb des Fluggeräts 100 angeordnet sein. In diesem Fall kann die Übertragung der Steuersignale 17 bei- spielsweise mittels Funkübertragung erfolgen, indem die Steu- ereinheit 16 mit einer Sendeeinrichtung für Funksignale und das Fluggerät 100 mit einer Empfangsvorrichtung für Funksigna- le ausgestattet ist.
Bezugszeichenliste
1 Transporteinheit
2 Beförderungseinrichtung
3 Befestigungselement
4 Positioniereinrichtung
5 Mittenachse der Beförderungseinrichtung
6 Gravitationsfeldlinie
7 gekrümmte Schiebeeinrichtung
8 Schaft
9 Kupplungseinrichtung
10 Flugeinheit
11 Tragwerksebene
12 Tragwerksstruktur
13 Flächennormale
14 Parallele
15 Zentraleinheit
16 Steuereinheit
17 Steuersignal
18 Antriebseinheit
19 Knotenpunkt
20 Tragwerksbalken
21 Luftleiteinrichtung
22 lineare Schiebeeinrichtung
23 Verschiebeeinrichtung
100 Fluggerät a Anstellwinkel ß Neigungswinkel/Drehwinkel

Claims

Transporteinheit für ein Fluggerät und Fluggerät
Patentansprüche
1. Transporteinheit (1) für ein senkrecht startendes und lan- dendes Fluggerät (100) zum Transport von Personen und/oder Lasten, die Transporteinheit (1) aufweisend:
— eine Beförderungseinrichtung (2),
— mindestens ein Befestigungselement (3), ausgebildet zur Be- festigung der Transporteinheit (1) an einer Flugeinheit (10) des Fluggeräts (100), und
— eine Positioniereinrichtung (4), ausgebildet zur Änderung und Fixierung einer Neigungsposition der Beförderungsein- richtung (2) bezüglich des mindestens einen Befestigungs- elements (3).
2. Transporteinheit (1) nach Anspruch 1, wobei die Neigungspo- sition derart änderbar und fixierbar ist, dass eine Mittenach- se (5) der Beförderungseinrichtung (2) stets entlang einer Gravitationsfeldlinie (6) eines auf die Transporteinheit (1) einwirkenden Gravitationsfelds verläuft.
3. Transporteinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Positioniereinrichtung (4) eine gekrümmte Schiebe- einrichtung (7), beispielsweise eine Drehschiene, aufweist.
4. Transporteinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend:
— einen längserstreckten Schaft (8), der einen Endes an das Befestigungselement (3) und anderen Endes an die Positio- niereinrichtung (4) anschließt.
5. Transporteinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Befestigungselement (3) Teil einer Kupplungseinrichtung (9), ausgebildet zur lösbaren Befestigung der Transporteinheit (1) an der Flugeinheit (10), ist.
6. Senkrecht startendes und landendes Fluggerät (100) zum Transport von Personen und/oder Lasten, aufweisend:
— eine Flugeinheit (10) und
— eine an der Flugeinheit (10) befestigte Transporteinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
7. Fluggerät (100) nach Anspruch 6, wobei die Flugeinheit (10) eine sich in mindestens einer Tragwerksebene (11) erstreckende Tragwerksstruktur (12) aufweist und wobei zur Änderung der Neigungsposition der Beförderungseinrichtung (2) bezüglich des Befestigungselements (3) eine Mittenachse (5) der Beförde- rungseinrichtung (2) mittels der Positioniereinrichtung (4) in einem Bereich positionierbar ist, der sich zwischen einer Flä- chennormalen (13) der Tragwerksebene (11) und einer Parallelen (14) der Tragwerksebene (11) erstreckt.
8. Fluggerät (100) nach Anspruch 7, wobei die Beförderungsein- richtung (2) in der mindestens einen Tragwerksebene (11) ange- ordnet ist.
9. Senkrecht startendes und landendes Fluggerät (100) zum
Transport von Personen und/oder Lasten, aufweisend: — eine Flugeinheit (10), aufweisend eine sich in mindestens einer Tragwerksebene (11) erstreckende Tragwerksstruktur (12), und
— eine an der Flugeinheit (10) befestigte Transporteinheit (1) mit einer Beförderungseinrichtung (2), wobei die Beförderungseinrichtung (2) in der mindestens einen Tragwerksebene (11) angeordnet ist.
10. Fluggerät (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, aufwei- send:
— eine Zentraleinheit (15).
11. Fluggerät (100) nach Anspruch 10, wobei die Zentraleinheit
(15) entlang der Mittenachse (5) der Beförderungseinrichtung
(2) oder entlang einer Flächennormalen (13) der mindestens ei- nen Tragwerksebene (11) verschiebbar ist.
12. Fluggerät (100) nach Anspruch 10, wobei die Zentraleinheit (15) in der Beförderungseinrichtung (2) integriert ist.
13. Senkrecht startendes und landendes Fluggerät (100) zum Transport von Personen und/oder Lasten, aufweisend:
— eine Flugeinheit (10) mit einer sich in mindestens einer
Tragwerksebene (11) erstreckenden Tragwerksstruktur (12),
— eine an der Flugeinheit (10) befestigte Transporteinheit (1) mit einer Beförderungseinrichtung (2) und
— eine Zentraleinheit (15), wobei die Zentraleinheit (15) entlang einer Flächennormalen (13) der mindestens einen Tragwerksebene (11) verschiebbar ist.
14. Steuereinheit (16) zur Steuerung eines Fluggeräts (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 8 oder 10 bis 12, eingerichtet und ausgebildet zum Generieren und Ausgeben von Steuersignalen (17), die eine Änderung der Neigungsposition der Beförderungs- einrichtung (2) bezüglich des mindestens einen Befestigungs- elements (3) und/oder eine Änderung einer Verschiebeposition der Zentraleinheit (15) in Abhängigkeit einer Neigeposition der Flugeinheit (10) bewirken.
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