WO2024141644A1 - Luftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug, vorzugsweise Drehflügler (1), insbesondere Tragschrauber, Helikopter oder Multikopter, und/oder Kipprotorwandelflugzeug, mit zumindest einem Rotor (2), der zumindest zwei Rotorblätter (3, 4) umfasst, und mit zumindest einem um eine Drehachse (5) drehbaren Rotorkopf (15), der zur Aufnahme der Rotorblätter (3, 4) zumindest eine Rotorblattlagerung (16) aufweist, mittels der die Rotorblätter (3, 4) um zumindest eine Schlagachse (17) schlagen können, so dass ein Rotorschwerpunkt (20) des Rotors (2) im Bereich der Drehachse (5) verbleibt. Erfindungsgemäß ist die Rotorblattlagerung (16) außerhalb der Schlagachse (17) angeordnet.

Description

Luftfahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug, vorzugsweise einen Drehflügler, insbesondere Tragschrauber, Helikopter oder Multikopter, und/oder ein Kipprotorwandelflugzeug, mit zumindest einem Rotor, der zumindest zwei Rotorblättern umfasst, und mit zumindest einem um eine Drehachse drehbaren Rotorkopf, der zur Aufnahme der Rotorblätter zumindest eine Rotorblattlagerung aufweist, mittels der die Rotorblätter um zumindest eine Schlagachse schlagen können, so dass ein Rotorschwerpunkt des Rotors im Bereich der Drehachse verbleibt.

Aus der DE 20 2012 104 809 U1 ist ein Luftfahrzeug mit einem an einem Rotorkopf angeordneten Rotor offenbart. Der Rotorkopf umfasst einen Rotorblattträger, der wiederum ein Schlaggelenk aufweist, um welches die Rotorblätter des Rotors schlagen können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kompakten Rotorkopf zu schaffen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Luftfahrzeug und eine Rotorkopf mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.

Vorgeschlagen wird ein Luftfahrzeug. Das Luftfahrzeug kann beispielsweise ein Drehflügler sein, der wiederum ein Tragschrauber, ein Helikopter oder ein Multikopter sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann es sich beim Luftfahrzeug auch um ein Kipprotorwandelflugzeug handeln. Das Luftfahrzeug umfasst zumindest einen Rotor, der zumindest zwei Rotorblätter umfasst. Der Tragschrauber und der Helikopter als Drehflügler bzw. als Luftfahrzeug umfassen in den gängigsten Ausführungen lediglich einen Rotor. Der Helikopter weist außerdem in den meisten Ausführungen mehr als zwei Rotorblätter auf. Der Multikopter weist mehrere Rotoren auf, die zueinander versetzt sind. So kann der Multikopter beispielsweise vier Rotoren aufweisen, die in einem Quadrat oder einem Rechteck angeordnet sind. Der Multikopter kann aber auch noch mehr Rotoren aufweisen. Die Rotoren können zusätzlich oder alternativ übereinander bzw. in zumindest zwei übereinander angeordneten Ebenen angeordnet sein. Der Multikopter kann ferner eine Drohne bzw. drohnenähnlich sein, wobei diese im Allgemeinen ferngesteuerte Luftfahrzeuge sind. Bei den hier beschriebenen Luftfahrzeugen bzw. Drehflüglern sind die Rotoren bzw. die im folgenden erläuterten Rotorköpfe derart angeordnet, dass diese in einem oberen Bereich des Luftfahrzeugs angeordnet sind.

Beim Kipprotorwandelflugzeug kann außerdem der Rotor und/oder der im folgenden erläuterte Rotorkopf schwenkbar ausgebildet sein. Hierdurch kann für einen Start und/oder eine Landung des Kipprotorwandelflugzeugs der Rotor so eingestellt werden, dass dieser wie beispielsweise bei einem Helikopter wirkt. Hierbei erzeugt der Rotor Auftrieb, so dass das Kipprotorwandelflugzeug senkrecht starten und/oder landen kann. Nach dem Start wird der Rotor nach vorne geschwenkt, so dass der Rotor einen Vortrieb erzeugt. Der Rotor wirkt dann wie ein Propeller. Vor der Landung kann der Rotor wieder nach oben geschwenkt werden, so dass er wieder Auftrieb erzeugt und eine senkrechte Landung des Kipprotorwandelflugzeugs ermöglicht wird.

Das Luftfahrzeug umfasst ferner zumindest einen um eine Drehachse drehbaren Rotorkopf, der zur Aufnahme der Rotorblätter eine Rotorblattlagerung aufweist, mittels der die Rotorblätter um zumindest eine Schlagachse schlagen kann. Um die Schlagachse kann der Rotor wippen, so dass sich dieser beim Flug gegenüber der Flugrichtung neigen kann. Hierdurch verbleibt ein Rotorschwerpunkt des Rotors im Bereich der Drehachse. Der Bereich kann beispielsweise 1 - 10 mm betragen. Infolgedessen werden Unwuchten des Rotors beim Rotieren verringert, so dass Vibrationen verringert werden und das Flugverhalten, die Flugstabilität und vor allem ein Flugkomfort verbessert wird. Weiterhin ist die Rotorblattlagerung außerhalb der Schlagachse angeordnet. Hierdurch kann der Rotorkopf kompakter ausgebildet werden. Der Rotorkopf wird hierdurch verkürzt, da die Rotorblattlagerung außerhalb der Schlagachse angeordnet ist.

Von Vorteil ist es, wenn die Schlagachse zum Rotor beabstandet ist. Hierbei kann die Schlagachse in Richtung der Drehachse zum Rotor beabstandet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Schlagachse in einer Vertikalrichtung des Luftfahrzeugs vom Rotor beabstandet sein. Hierbei kann die Schlagachse auch in Richtung der Drehachse und/oder in Vertikalrichtung des Luftfahrzeugs zu einem Bereich einer Blattwurzel des jeweiligen Rotorblatts beabstandet sein. Im Bereich der beiden Blattwurzeln sind die zumindest zwei Rotorblätter miteinander verbunden. Der Blattwurzel liegt eine Blattspitze des Rotorblatts gegenüber. Die Blattspitze ist das äußere Ende des Rotorblatts und weist bei Rotation die höchste Rotationsgeschwindigkeit auf. Die Blattwurzel ist ein innerer Bereich des Rotorblatts, wenn es im Rotor angeordnet ist.

Vorteilhaft ist es, wenn die Schlagachse in Richtung der Drehachse und/oder in Vertikalrichtung des Luftfahrzeugs oberhalb der Rotorblattlagerung angeordnet ist.

Von Vorteil ist es, wenn die Schlagachse in Richtung der Drehachse und/oder in Vertikalrichtung des Luftfahrzeugs oberhalb des Rotors angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn die Rotorblattlagerung in Richtung der Drehachse und/oder in Vertikalrichtung des Luftfahrzeugs zumindest teilweise unterhalb des Rotors angeordnet ist.

Ebenso ist es von Vorteil, wenn die Schlagachse im Bereich des Rotorschwerpunkts angeordnet ist. Der Bereich kann beispielsweise 1 - 10 mm betragen. Hierdurch bewegt sich der Rotorschwerpunkt beim Schlagen des Rotors bzw. der Rotorblätter nur wenig von der Schlagachse weg bzw. verbleibt im Bereich der Schlagachse. Infolgedessen werden die Unwuchten verringert bzw. es bilden sich lediglich geringe Unwuchten aus.

Vorteilhaft ist es, wenn die Rotorblattlagerung zumindest zwei, insbesondere zueinander geneigte, Gelenkelemente umfasst, an denen die Rotorblätter und/oder der Rotor angeordnet ist. Beispielsweise können sich die Verlängerungslinien der Gelenkelemente, zumindest in einer Ruhestellung des Rotors, d.h. wenn dieser parallel zur Horizontalrichtung orientiert ist, in der Schlagachse schneiden. Zusätzlich oder alternativ können sich die Verlängerungslinien oberhalb der Rotorblattlagerung schneiden. Zusätzlich oder alternativ können sich die Verlängerungslinien oberhalb des Rotors schneiden. Die Gelenkelemente können beispielsweise als Gelenkstangen ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ können die Gelenkelemente die Rotorblätter und/oder den Rotor beweglich und/oder gelenkig lagern.

Von Vorteil ist es, wenn der Rotorkopf ein Trägerelement umfasst, an der die Rotorblattlagerung angeordnet ist. Am Trägerelement können auch die zumindest zwei Gelenkelemente angeordnet sein.

Vorteilhaft ist es, wenn die Rotorblattlagerung, insbesondere in Richtung der Drehachse und/oder in Vertikalrichtung des Luftfahrzeugs, zwischen Trägerelement und Rotor und/oder Rotorblättern angeordnet ist.

Von Vorteil ist es, wenn das Trägerelement eine Rotorscheibe ist. Alternativ ist es von Vorteil, wenn das Trägerelement mittels einer Rotorwellenverlän- gerung und/oder an einem Rotorwellenende angeordnet ist. Die Rotorwellen- verlängerung kann auch auf der Rotorscheibe angeordnet sein. Weiterhin kann die Rotorwellenverlängerung und eine Rotorwelle des Rotorkopfs einteilig miteinander ausgebildet sein. Vorteilhaft ist es, wenn sich der Rotor um die Rotorwellenverlängerung herum erstreckt, wobei der Rotor vorzugsweise eine Hülse umfasst, die sich um die Rotorwellenverlängerung und/oder um die Rotorwelle herum erstreckt. Zusätzlich oder alternativ können sich auch zumindest Verbindungselemente des Rotors zum Verbinden der zumindest zwei Rotorblätter um die Rotorwellenverlängerung und/oder um die Rotorwelle herum erstrecken. Hierdurch kann der Rotor von der Rotorwellenverlängerung beabstandet werden, so dass sich der Rotor gegenüber der Rotorwellenverlängerung und/oder der Rotorwelle beim Schlagen bewegen kann.

Von Vorteil ist es, wenn der Rotor in Richtung der Drehachse und/oder in Vertikalrichtung des Luftfahrzeugs oberhalb oder unterhalb des Trägerelements angeordnet ist.

Vorteilhaft ist es, wenn die Gelenkelemente gelenkig, insbesondere drehbar, mit dem Trägerelement und drehbar mit dem Rotor verbunden sind. Hierdurch können sich die Gelenkelemente beim Schlagen des Rotors bewegen.

Vorteilhaft ist es, wenn die Gelenkelemente mittels Gelenken mit dem Rotor, den Rotorblättern und/oder dem Trägerelement gelenkig verbunden sind. Die Gelenke können Dreh- und/oder Schwenkgelenke sein. Zusätzlich oder alternativ können die Gelenke auch Kugelgelenke sein. Die Gelenkelemente können sich somit gegenüber dem Rotor, den Rotorblättern und/oder dem Trägerelement drehen und/oder schwenken und/oder bewegt werden. Der Rotor bzw. die Rotorblätter können hierdurch schlagen.

Vorgeschlagen wird des Weiteren ein Rotorkopf für ein Luftfahrzeug, wobei das Luftfahrzeug zumindest ein Merkmal der vorangegangenen und/oder nachfolgenden Beschreibung aufweist. Außerdem umfasst der Rotorkopf zumindest ein Merkmal der vorangegangenen und/oder nachfolgenden Beschreibung. Vorgeschlagen wird ferner die Verwendung eines Rotorkopfs für ein Luftfahrzeug, wobei das Luftfahrzeug zumindest ein Merkmal der vorangegangenen und/oder nachfolgenden Beschreibung aufweist. Außerdem umfasst der Rotorkopf zumindest ein Merkmal der vorangegangenen und/oder nachfolgenden Beschreibung.

Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines Tragschraubers als Luftfahrzeug,

Figur 2 eine schematische Ansicht eines Rotorkopfs mit Rotorblättern und Schlagachse,

Figur 3 eine schematische Ansicht des Rotorkopfs und eines um die Schlagachse gekippten Rotors,

Figur 4 eine schematische Ansicht des Rotorkopfs, bei dem die Rotorblattlagerung außerhalb der Schlagachse ist,

Figur 5 eine schematische Ansicht des Rotorkopfs, bei dem die Rotorblattlagerung außerhalb der Schlagachse ist, mit schlagendem Rotor,

Figur 6 eine schematische Ansicht des Rotorkopfs, bei dem die Rotorblattlagerung außerhalb der Schlagachse ist und bei dem der Rotor unterhalb der Rotorblattlagerung ist, und

Figur 7 eine schematische Ansicht des Rotorkopfs, bei dem die Rotorblattlagerung außerhalb der Schlagachse ist und bei dem der Rotor unterhalb der Rotorblattlagerung ist, mit schlagendem Rotor.

Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines Luftfahrzeugs 1 . Beim Luftfahrzeug 1 kann es sich um einen Tragschrauber, einen Helikopter oder um einen Multi- kopter handeln. Der hier gezeigte Tragschrauber, wie auch der Helikopter oder der Multikopter, sind Drehflügler. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Tragschrauber gezeigt. Das Luftfahrzeug 1 umfasst zumindest einen Rotor 2, der ferner zumindest zwei Rotorblätter 3, 4 umfasst. Beim hier gezeigten Tragschrauber kann der Rotor 2 in Autorotation versetzt werden. Der Multikopter zeichnet sich dadurch aus, dass dieser mehrere Rotoren 2 umfasst. Beim Multikopter als Drehflügler bzw. Luftfahrzeug 1 können diese mehreren Rotoren 2 in einer Fläche nebeneinander und/oder in zumindest zwei Ebenen übereinander angeordnet sein. Der Rotor 2 ist ferner um eine Drehachse 5 drehbar an einem Mast 6 des Luftfahrzeugs 1 gelagert. Dass der Rotor 2 beim Tragschrauber in Autorotation versetzbar ist, bedeutet, dass dieser während einer normalen Flugphase nicht von einem Antrieb des Tragschraubers 1 angetrieben wird. Der Rotor 2 wird während des Flugs durch einen von vorne anströmendem Fahrtwind in Rotation, nämlich die Autorotation, versetzt. Hierdurch kann beispielsweise auf einen drehmomentausgleichenden Heckrotor verzichtet werden. Außerdem besteht durch die Autorotation eine sehr hohe Flugsicherheit, da sich der Rotor 2 ständig in Autorotation befindet. Beim Helikopter sowie beim Multikopter als Drehflügler bzw. als Luftfahrzeug 1 ist der Rotor 2 oder sind die Rotoren 2 im Gegensatz zum Tragschrauber als Drehflügler bzw. Luftfahrzeug 1 angetrieben. Zusätzlich oder alternativ kann das Luftfahrzeug 1 auch ein Kipprotorwandelflugzeug sein, bei dem der zumindest eine Rotor 2 und/oder der im folgenden beschriebene Rotorkopf 15 geschwenkt werden kann. Das Kipprotorwandelflugzeug kann hierdurch in einem Flugmodus als Flugzeug fliegen und in einem anderen Flugmodus Ähnlichkeit zu einem Hubschrauber aufweisen.

Beim Kipprotorwandelflugzeug kann der Rotor 2 für einen Start und/oder eine Landung nach oben geschwenkt werden, so dass das Kipprotorwandelflugzeug als Hubschrauber fliegt und senkrecht starten und/oder landen kann. Während der Flugphase kann der Rotor 2 nach vorne oder hinten geschwenkt werden, so dass der Rotor 2 wie der im folgenden erläuterte Propeller 12 wirkt.

Das Luftfahrzeug 1 umfasst ferner eine Personenkabine 7, in der ein Pilot und/oder weitere Personen sitzen können. Zusätzlich oder alternativ kann die Personenkabine 7 auch einen Frachtraum für Fracht und/oder einen Sensorikbereich für Sensoren umfassen. Ferner umfasst das Luftfahrzeug 1 Räder 8 und/oder Kufen und/oder Schwimmer, so dass das Luftfahrzeug 1 auf dem Wasser starten und landen kann. Um einen Auftrieb des Luftfahrzeugs 1 zu verbessern, kann dieser, wie hier gezeigt ist, Tragflächen 9 aufweisen, die beidseitig am Luftfahrzeug 1 bzw. an der Personenkabine 7 angeordnet sind. Von der Personenkabine 7 oder von den Tragflächen 9 erstrecken sich mindestens eine Strebe 10 nach hinten. An der zumindest einen Strebe 10 ist hier ein Leitwerk 11 angeordnet, um eine Stabilität und/oder Lenkbarkeit des Luftfahrzeugs 1 zu verbessern.

Um eine Vorwärtsfahrt beim Tragschrauber als Drehflügler bzw. Luftfahrzeug 1 zu erreichen, ist im hier gezeigten Ausführungsbeispiel im hinteren Bereich der Personenkabine 7 ein Propeller 12 angeordnet, der von einem hier nicht gezeigten Antrieb angetrieben wird. Zusätzlich oder alternativ kann der Propeller 12 auch im vorderen Bereich und/oder im seitlichen Bereich angeordnet sein. Vorteilhaft kann es sein, wenn jeweils ein Propeller 12 links und rechts neben der Personenkabine 7, beispielsweis an den Tragflächen 9, angeordnet ist. Der Propeller 12 erzeugt die Vorwärtsfahrt und somit den Fahrtwind, mit dem der Rotor 2 in Autorotation versetzt wird.

Beim Multikopter sowie beim Helikopter kann auf den Propeller 12 mit dem dazugehörigen Antrieb verzichtet werden. Beim Helikopter wird ferner ein drehmomentausgleichender Heckrotor eingesetzt, wenn der Helikopter als Drehflügler bzw. Luftfahrzeug 1 lediglich einen Rotor 2 aufweist. Beim Multi- kopter als Drehflügler bzw. Luftfahrzeug 1 kann ebenfalls auf den Propeller 12 verzichtet werden. Außerdem wird beim Multikopter als Drehflügler bzw. Luftfahrzeug 1 der drehmomentausgleichende Heckrotor nicht benötigt, da dieser mehrere Rotoren 2 aufweist. Der Multikopter als Drehflügler bzw. Luftfahrzeug 1 kann beispielsweise vier Rotoren 2 aufweisen, die in einem Quadrat oder einem Rechteck angeordnet sind. Der Multikopter kann aber auch noch mehr Rotoren 2 aufweisen, die flächig angeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ können zumindest einige Rotoren 2 auch übereinander angeordnet sein. Der Multikopter als Drehflügler bzw. Luftfahrzeug 1 kann die Form einer Drohne aufweisen. Beim Kipprotorwandelflugzeug dient der Rotor 2 als Propeller 12, wenn dieser in der Flug- oder Reisephase in Flugrichtung bzw. nach vorne oder hinten geschwenkt ist.

Beim Propeller 12 strömt die Luft im Wesentlichen gleichmäßig von vorne auf den Propeller 12. Eine Propellerebene des Propellers 12 ist im Wesentlichen senkrecht zur Anströmung der Luft bzw. zur Flugrichtung. Beim Rotor 2 hingegen ist eine Rotorebene des Rotors 2 parallel zur Anströmung der Luft bzw. zur Flugrichtung. Hierdurch weist das nach vorne rotierende Rotorblatt 3, 4 eine höhere Anströmgeschwindigkeit auf als das nach hinten rotierende Rotorblatt 3, 4, da sich beim nach vorne rotierenden Rotorblatt 3, 4 die Fluggeschwindigkeit und die Rotationsgeschwindigkeit addieren und beim nach hinten rotierenden Rotorblatt 3, 4 subtrahieren. Beim Rotor 2 wechseln somit die Anströmgeschwindigkeiten der Luft und somit der erzeugte Auftrieb bei einem Umlauf zyklisch. Beim Propeller 12 werden die Propellerflügel ständig mit der selben Anströmgeschwindigkeit angeströmt.

Hier ist des Weiteren eine Längsrichtung 13 und eine Vertikalrichtung 14 des Luftfahrzeugs 1 gezeigt. Um die Längsrichtung 13, oder auch Längsachse, kann der Luftfahrzeug 1 rollen bzw. wanken. Die Längsrichtung 13 kann auch als Rollachse bezeichnet werden. Um die Vertikalrichtung 14, oder auch Hochrichtung, Hochachse oder Gierachse, kann der Luftfahrzeug 1 gieren bzw. schlingern.

Merkmale, welche bereits in der zumindest einen vorgegangenen Figur beschrieben sind, können der Einfachheit halber nicht nochmals erklärt werden. Ferner können Merkmale auch erst in dieser oder in zumindest einer der nachfolgenden Figuren beschrieben werden. Des Weiteren werden der Einfachheit halber für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet. Außerdem können der Übersichtlichkeit halber nicht mehr alle Merkmale in den folgenden Figuren gezeigt und/oder mit einem Bezugszeichen versehen sein. Es können jedoch in einer oder mehreren der vorangegangenen Figuren gezeigte Merkmale auch in dieser oder in einer oder mehreren der nachfolgenden Figuren vorhanden sein. Ferner können der Übersichtlichkeit halber Merkmale auch erst in dieser oder in einer oder mehreren der nachfolgenden Figuren gezeigt und/oder mit einem Bezugszeichen versehen sein. Nichtsdestotrotz können Merkmale, welche erst in einer oder mehreren der nachfolgenden Figuren gezeigt sind, auch bereits in dieser oder einer vorangegangenen Figur vorhanden sein.

Figur 2 zeigt einen Rotorkopf 15 mit dem Rotor 2 des Luftfahrzeugs 1 . Das Luftfahrzeug 1 kann mehrere Rotorköpfe 15 aufweisen. Wie beispielsweise zum Multikopter als Drehflügler bzw. Luftfahrzeug 1 erläutert ist, kann dieser mehrere Rotoren 2 aufweisen, die an jeweils einem Rotorkopf 15 angeordnet sind.

Der Rotorkopf 15 umfasst eine Rotorblattlagerung 16, mittels der der Rotor 2 gelagert ist. Des Weiteren kann der Rotor 2 mittels der Rotorblattlagerung 16 um eine Schlagachse 17 schlagen. Das heißt, der Rotor 2 kann um die Schlagachse 17 wippen. In Figur 3 ist der Rotor 2 gezeigt, der um die Schlagachse 17 gekippt ist bzw. schlägt. Die Figuren 2 und 3 zeigen den Rotorkopf 2 des Stands der Technik. Beim Rotieren des Rotors 2 wird stets ein Rotorblatt 3, 4 in Flugrichtung nach vorne und das andere Rotorblatt 3, 4 in Flugrichtung nach hinten rotieren. Das nach vorne laufende Rotorblatt 3, 4 erzeugt einen höheren Auftrieb als das nach hinten laufende Rotorblatt 3, 4, da sich beim vorlaufenden Rotorblatt 3, 4 die Bewegung nach vorne und der Fahrtwind addieren, wohingegen sich beim nach hinten laufenden Rotorblatt 3, 4 die Bewegung nach hinten und der Fahrtwind subtrahieren. Ohne das Schlagen würden hierbei Kräfte auf den Rotorkopf wirken, die aufgenommen werden müssten. Durch das Schlagen des Rotors 2 um die Schlagachse 17 können diese Kräfte vermieden werden. Das in den Figuren nach oben, also vom Luftfahrzeug 1 weg, geschwenkte Rotorblatt 3, 4 ist das in Flugrichtung des Luftfahrzeugs 1 vordere Rotorblatt 3, 4. Dementsprechend ist das in den Figuren nach unten, also zum Luftfahrzeug 1 hin, geschwenkte Rotorblatt 3, 4 das in Flugrichtung des Luftfahrzeugs 1 hintere Rotorblatt 3, 4.

Die beiden Rotorblätter 3, 4 sind, wie hier zu sehen ist, nicht zueinander fluchtend ausgerichtet. Vielmehr sind sie zueinander zugeneigt, was vorteilhaft für das Flugverhalten des Luftfahrzeugs 1 ist. Hierdurch verschiebt sich jedoch ein Rotorschwerpunkt 20 nach außerhalb des Rotors 2.

Der Rotorkopf 15 umfasst einen Rotorblattträger 22, an dem ein Schlaggelenksblock 21 angeordnet ist. Am Schlaggelenksblock 21 ist der Rotor 2 mit den zumindest zwei Rotorblättern 3, 4 angeordnet. Durch den Schlaggelenksblock 21 verläuft die Schlagachse 17, um die der Rotor 2 schlagen kann. Wie hier zu sehen ist, ist der Rotor 2 bzw. sind die beiden Rotorblätter 3, 4 unter der Schlagachse 17 angeordnet. Dieses Prinzip wird auch Unterhängung genannt und hat den Vorteil, dass der Rotorschwerpunkt 20, der sich wie hier zu sehen ist, aus den beiden Blattschwerpunkten 18, 19 bildet, in der Schlagachse 17 angeordnet ist. Da die Schlagachse 17 stets in der Drehachse 5 angeordnet ist, kann hierdurch verhindert werden, dass sich beim Schlagen des Rotors 2 der Rotorschwerpunkt 20 seitlich verschiebt, so dass der Rotorschwerpunkt 20 nicht mehr durch die Drehachse 5 verläuft. Vielmehr verläuft auch beim Schlagen des Rotors 2 der Rotorschwerpunkt 20 in der Drehachse 5, wie in Figur 3 zu sehen ist. Hierdurch wird eine Unwucht beim Schlagen des Rotors 2 verhindert, was vorteilhaft für einen ruhigen Flug des Luftfahrzeugs 1 ist.

Der Rotorkopf 15 umfasst ferner ein Trägerelement 23, auf dem die Rotorblattlagerung 16 angeordnet ist. Das Trägerelement 23 kann beispielsweise eine Rotorscheibe 25 sein. Des Weiteren weist der Rotorkopf 15 eine Rotorwelle 24 auf, die drehbar in einem Rotorkopfträger 28 angeordnet ist. Somit kann sich der Rotorkopf 15 um die Drehachse 5 gegenüber dem restlichen Luftfahrzeug 1 , beispielsweise gegenüber dem Mast 6, drehen. Der hier gezeigte Rotorkopfträger 28 kann um eine Nickachse 26 und um eine Rollachse 27 gedreht werden, so dass auch der Rotorkopf 15 sowie der Rotor 2 um die Nickachse 26 und um die Rollachse 27 gekippt werden. Die Drehung bzw. das Kippen des Rotorkopfs 15 sowie des Rotors 2 um die Nickachse 26 und um die Rollachse 27 kann beim Luftfahrzeug 1 und insbesondere beim Tragschrauber dazu eingesetzt werden, um den Drehflügler 1 zu steuern. Wird nämlich beispielsweise der Rotor 2 um die Rollachse 27 gedreht bzw. gekippt, kann mit dem Luftfahrzeug 1 nach links oder rechts geflogen werden. Wird der Rotor 2 um die Nickachse 26 in Flugrichtung nach vorne gedreht bzw. gekippt, kann nach vorne oder schneller geflogen werden. Wird der Rotor 2 um die Nickachse 26 nach hinten gedreht bzw. gekippt, kann rückwärts oder langsamer geflogen werden.

In Figur 2 ist ferner ein erster und ein zweiter Kosinuswinkel 43, 44 gezeigt. Die Rotorblätter 3, 4 sind im Ruhezustand gegenüber einer Horizontalen jeweils um den entsprechenden Kosinuswinkel 43, 44 nach oben geneigt. Die Kosinuswinkel 43, 44 sind ferner zueinander gleich und liegen in einem Bereich zwischen 1 ° und 10°. Die beiden Rotorblätter 3, 4 sind somit nicht zueinander fluchtend, sondern schließen einen Winkel von 180° minus zweimal einem Kosinuswinkel 43, 44 ein. Die Kosinuswinkel werden aufgrund einer Überlagerung aus Zentrifugalkraft und Auftriebskraft der Rotorblätter 3, 4 eingestellt. Die aus diesen beiden Kräften resultierende Kraft wirkt somit entlang des Rotorblatts 3, 4, so dass auf das Rotorblatt 3, 4 hauptsächlich Zugkräfte wirken.

In Figur 4 ist der erfindungsgemäße Rotorkopf 15 gezeigt. In Figur 5 ist der Rotorkopf 15 der Figur 4 gezeigt, bei dem der Rotor 2 schlägt. Darin ist die Rotorblattlagerung 16 außerhalb der Schlagachse 17 angeordnet. Hierdurch kann der Rotorkopf 15 kompakt ausgebildet werden. Insbesondere ist der Rotorkopf 15 verkürzt. Auf den Schlaggelenksblock 21 , wie er in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, kann verzichtet werden. Wie hier zu sehen ist, ist die Schlagachse 17 im Vergleich zu den Figuren 2 und 3 am selben Platz, so dass auch mit diesem Rotorkopf 15 bzw. der Rotorblattlagerung 16 auch beim Schlagen des Rotors 2 der Rotorschwerpunkt 20 in der Drehachse 5 verbleibt.

Von Vorteil ist es, wenn die Rotorblattlagerung 16, wie hier gezeigt ist, zumindest zwei Gelenkelemente 29, 30 umfasst. Diese sind zueinander geneigt, so dass sich deren Verlängerungslinien 31 , 32 schneiden. Die beiden Verlängerungslinien 31 , 32 schneiden sich, wenn sich der Rotor 2 in Ruhestellung befindet, d.h. wenn der Rotor 2 parallel zur Längsrichtung 13 ist, in der Drehachse 5, in der Schlagachse 17 und/oder im Rotorschwerpunkt 20. Zusätzlich oder alternativ können sich die beiden Verlängerungslinien 31 , 32 auch in Vertikalrichtung 14 oberhalb der Rotorblattlagerung 16 und/oder in Vertikalrichtung 14 oberhalb des Rotors 2 schneiden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem der Rotor 2 nicht gekippt ist bzw. nicht schlägt, schneiden sich die beiden Verlängerungslinien 31 , 32 der beiden Gelenkelemente 29, 30 in der Schlagachse 17 und/oder im Rotorschwerpunkt 20.

Die beiden Gelenkelemente 29, 30 sind des Weiteren gelenkig und vorzugsweise an beiden Gelenkelementenden 33, 34 mit dem Rotor 2 und/oder dem Trägerelement 23 verbunden. Infolgedessen können sich die beiden Gelenkelemente 29, 30 gegenüber dem Trägerelement 23 und/oder gegenüber dem Rotor 2 drehen. Hierdurch kann der Rotor 2 schlagen.

Des Weiteren kann die Rotorblattlagerung 16 zumindest ein Gelenk 39 - 42 umfassen, mittels dem die Gelenkelemente 29, 30 gelenkig mit dem Rotor 2, den Rotorblättern 3, 4 und/oder dem Trägerelement 23 verbunden sind. Hier weist jedes Gelenkelement 29, 30 an den jeweiligen Gelenkelementenden 33, 34 ein Gelenk 39 - 42 auf. Die Gelenkelemente 39 - 42 können sich hierdurch drehen bzw. schwenken und hierdurch das Schlagen des Rotors 2 bzw. der Rotorblätter 3, 4 ermöglichen, wie es in Figur 5 gezeigt ist. Die Gelenke 39 - 42 können Dreh- und/oder Schwenkgelenke sein und/oder als Kugelgelenke ausgebildet sein.

Ferner können die Rotorblätter 3, 4 auch mit weiteren, hier nicht gezeigten, Schwenkgelenken am Rotorkopf 15 angeordnet sein. Durch diese weiteren Schwenkgelenke können die Rotorblätter 3, 4 bei der Rotation in der Rotorebene des Rotors 2 bzw. in Rotationsrichtung nach vorne oder hinten schwenken, so dass Corioliskräfte beim Rotieren der Rotorblätter 3, 4 ausgeglichen werden.

Figur 5 zeigt den schlagenden Rotor 2, bei dem die Rotorblattlagerung 16 außerhalb der Schlagachse 17 angeordnet ist. Wie mit Hilfe der Rotorblattlagerung 16 erreicht ist, verbleibt der Rotorschwerpunkt 20 in der Drehachse 5 bzw. im Bereich der Drehachse 5, so dass infolgedessen eine Unwucht des Rotors 2 beim Rotieren vermieden wird. Wie hier zu sehen ist, hat sich gegenüber der Anordnung und Orientierung der beiden Gelenkelemente 29, 30 der Figur 4 das erste Gelenkelement 29 aufgerichtet bzw. es hat sich von der Drehachse 5 und/oder von der Vertikalrichtung 14 weggedreht. Da eine Länge der beiden Gelenkelemente 29, 30 konstant ist, hat der schlagende Rotor 2 das erste Gelenkelement 29 nach oben gezogen. Daneben wurde das zweite Gelenkelement 30 durch den schlagenden Rotor 2 nach unten, d.h. in Richtung Trägerelement 23, gedrückt. Durch diese Bewegung ist erreicht, dass der Rotorschwerpunkt 20 in der Drehachse 5 verbleibt. In den Ausführungsbeispielen der Figur 4 und 5 liegt der Rotor 2 auf der Rotorblattlagerung 16 auf. Das Schwenken der Gelenkelemente 29, 30 ist hier durch die Gelenke 39 - 42 ermöglicht. Die Gelenkelemente 29, 30 sind mit Hilfe der Gelenke 39 - 42 gegenüber dem Rotor 2, den Rotorblättern 3, 4 und/oder dem Trägerelement 23 schwenkbar. Die Gelenkelemente 29, 30 verbinden zusätzlich den Rotor 2 bzw. die Rotorblätter 3, 4 mit dem Trägerelement 23.

Vorteilhaft ist es, wenn die Gelenkelemente 29, 30 in der Länge unveränderbar sind bzw. eine konstante Länge aufweisen.

Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorblattlagerung 16 außerhalb der Schlagachse 17 angeordnet ist. Hier wird der Einfachheit halber lediglich noch auf die wesentlichen Unterschiede zu den vorangegangenen Figuren eingegangen. Hier ist die Rotorblattlagerung 16 am Trägerelement 23 angeordnet, wobei der Rotorkopf 15 hier neben dem Trägerelement 23 auch die Rotorscheibe 25 aufweist. Das Trägerelement 23 ist hier auf einer Rotorwellenverlängerung 35 angeordnet. Die Rotorwellenverlängerung 35 ist eine Verlängerung der Rotorwelle 24. Die Rotorwellenverlängerung 35 und die Rotorwelle 24 können einteilig miteinander ausgebildet sein. Alternativ kann die Rotorwellenverlängerung 35 auch mit der Rotorwelle 24 verbunden sein und/oder die Rotorwellenverlängerung 35 kann auf der Rotorscheibe 25 angeordnet sein. Mittels der Rotorwellenverlängerung 35 kann das Trägerelement 23 von der Rotorscheibe 25 und/oder vom Rotorkopfträger 28 beabstandet sein. In diesem Ausführungsbeispiel hängt der Rotor 2 und/oder die Rotorblattlagerung 16 am Trägerelement 23. Des Weiteren kann das Trägerelement 23 und/oder die Rotorscheibe 25 einteilig mit der Rotorwellenverlängerung 35 ausgebildet sein.

Die Rotorblattlagerung 16 umfasst wieder die beiden Gelenkelemente 29, 30, die gelenkig, mittels den Gelenken 39 - 42, mit dem Trägerelement 23 und/oder mit dem Rotor 2 bzw. den Rotorblättern 3, 4 verbunden sind, wie es bereits in den vorangegangenen Figuren beschrieben ist. Hierdurch kann der Rotor 2 um die Schlagachse 17 schlagen, wobei der Rotorschwerpunkt 20 in der Drehachse 5 verbleibt.

Des Weiteren erstreckt sich der Rotor 2 in einem Abschnitt um die Rotorwelle 24 bzw. um die Rotorwellenverlängerung 35 herum. Hierfür umfasst der hier gezeigte Rotor 2 eine Hülse 36, die zwischen den beiden Rotorblättern 3, 4 angeordnet ist. Die Hülse umfasst eine Durchführung 37, durch die sich die Rotorwelle 24 bzw. die Rotorwellenverlängerung 35 durch die Hülse 36 erstreckt. Die Durchführung 37 weist ferner einen größeren Durchmesser in Längsrichtung 13 auf als der Durchmesser der Rotorwelle 24 bzw. der Rotorwellenverlängerung 35 in Längsrichtung 13 ist. Hierdurch kann sich der Rotor 2 bzw. die Hülse 36 in Längsrichtung 13 gegenüber der Rotorwelle 24 bzw. der Rotorwellenverlängerung 35 bewegen, wenn der Rotor 2 schlägt. Die Hülse 36 kann ringförmig sein und/oder die beiden Rotorblätter 3, 4 miteinander verbinden. Alternativ zur Hülse 36 kann der Rotor 2 auch zumindest ein Verbindungselement aufweisen, das die beiden Rotorblätter 3, 4 miteinander verbindet und das sich an der Rotorwelle 24 bzw. der Rotorwellenverlängerung 35 seitlich vorbei erstreckt. Vorteilhafterweise umfasst der Rotor 2 zwei Verbindungselemente, die sich auf beiden Seiten an der Rotorwelle 24 bzw. der Rotorwellenverlängerung 35 vorbei erstrecken. Hierdurch kann der Rotor 2 ebenfalls schlagen.

Das Trägerelement 23 ist hier an einem Rotorwellenende 38 angeordnet. Das Rotorwellenende 38 kann hierbei durch die Rotorwelle 24 gebildet sein, wenn sich die Rotorwelle 24 bis zum hier gezeigten Trägerelement 23 erstreckt oder wenn die Rotorwelle 24 durch die Rotorwellenverlängerung 35 verlängert ist.

Zu beachten ist hier, wie auch in Figur 7, dass lediglich die Hülse 36 geschnitten dargestellt ist. Figur 7 zeigt das Ausführungsbeispiel der Figur 6, wobei der Rotor 2 schlägt. Mit Hilfe der Durchführung 37 in der Hülse 36 kann sich, wie hier gezeigt ist, der Rotor 2 gegenüber der Rotorwelle 24 bzw. der Rotorwellenverlängerung 35 in Längsrichtung 13 bewegen, so dass der Rotor 2 schlagen kann. Mit

Hilfe der hier gezeigten Ausführung kann das Schlagen des Rotors 2 begrenzt werden, da bei einer bestimmten Auslenkung des Rotors 2 die Hülse 36 an der Rotorwelle 24 bzw. der Rotorwellenverlängerung 35 anstößt und eine weitere Auslenkung beim Schlagen verhindert ist. Die Gelenke 39 - 42 ermöglichen wieder das Schwenken der Gelenkelemente 29, 30 und somit das Schlagen des Rotors 2 bzw. der Rotorblätter 3, 4.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentan- Sprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.

Bezuqszeichenliste

1 Luftfahrzeug

2 Rotor

3 erstes Rotorblatt

4 zweites Rotorblatt

5 Drehachse

6 Mast

7 Personenkabine

8 Räder

9 Tragfläche

10 Streben

11 Leitwerk

12 Propeller

13 Längsrichtung

14 Vertikalrichtung

15 Rotorkopf

16 Rotorblattlagerung

17 Schlagachse

18 erster Blattschwerpunkt

19 zweiter Blattschwerpunkt

20 Rotorschwerpunkt

21 Schlaggelenksblock

22 Rotorblattträger

23 Trägerelement

24 Rotorwelle

25 Rotorscheibe

26 Nickachse

27 Rollachse

28 Rotorkopfträger

29 erstes Gelenkelement

30 zweites Gelenkelement 31 erste Verlängerungslinie

32 zweite Verlängerungslinie

33 erstes Gelenkelementende

34 zweites Gelenkelementende 35 Rotorwellenverlängerung

36 Hülse

37 Durchführung

38 Rotorwellenende

39 erstes Gelenk 40 zweites Gelenk

41 drittes Gelenk

42 viertes Gelenk

43 erster Kosinuswinkel

44 zweiter Kosinuswinkel

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1 . Luftfahrzeug, vorzugsweise Drehflügler (1 ), insbesondere Tragschrauber, Helikopter oder Multikopter, und/oder Kipprotorwandelflugzeug, mit zumindest einem Rotor (2), der zumindest zwei Rotorblätter (3, 4) umfasst, und mit zumindest einem um eine Drehachse (5) drehbaren Rotorkopf (15), der zur Aufnahme der Rotorblätter (3, 4) zumindest eine Rotorblattlagerung (16) aufweist, mittels der die Rotorblätter (3, 4) um zumindest eine Schlagachse (17) schlagen können, so dass ein Rotorschwerpunkt (20) des Rotors (2) im Bereich der Drehachse (5) verbleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblattlagerung (16) außerhalb der Schlagachse (17) angeordnet ist.

2. Luftfahrzeug (1) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagachse (17), insbesondere in Richtung der Drehachse (5), zum Rotor (2), insbesondere zu einem Bereich einer Blattwurzel des jeweiligen Rotorblatts (3, 4), beabstandet ist.

3. Luftfahrzeug (1 ) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagachse (17) in Richtung der Drehachse (5) oberhalb der Rotorblattlagerung (16) angeordnet ist.

4. Luftfahrzeug (1 ) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagachse (17) in Richtung der Drehachse (5) oberhalb des Rotors (2) angeordnet ist und/oder dass die Rotorlagerung (16) in Richtung der Drehachse (5) zumindest teilweise unterhalb des Rotors (2) angeordnet ist.

5. Luftfahrzeug (1 ) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagachse (17) im Bereich des Rotorschwerpunkts (20) angeordnet ist.

6. Luftfahrzeug (1 ) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblattlagerung (16) zumindest zwei, insbesondere zueinander geneigte, Gelenkelemente (29, 30) umfasst, an denen die Rotorblätter (3, 4) angeordnet sind.

7. Luftfahrzeug (1 ) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkopf (15) ein Trägerelement (23) umfasst, an der die Rotorblattlagerung (16), insbesondere die Gelenkelemente (29, 30), angeordnet ist.

8. Luftfahrzeug (1 ) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblattlagerung (16) Gelenke (39 - 42) umfasst, mittels denen die Gelenkelemente (29, 30) gelenkig mit dem Rotor (2), den Rotorblättern (3, 4) und/oder mit dem Trägerelement (23) verbunden sind.

9. Luftfahrzeug (1 ) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblattlagerung (16), insbesondere in Richtung der Drehachse (5), zwischen Trägerelement (23) und Rotor (2) und/oder den Rotorblättern (3, 4) angeordnet ist.

10. Luftfahrzeug (1 ) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (23) eine Rotorscheibe (25) ist oder dass das Trägerelement (23) an einer Rotorwellenverlängerung (35) und/oder an einem Rotorwellenende (38) angeordnet ist.

11 . Luftfahrzeug (1 ) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rotor (2) um die Rotorwellenverlängerung (35) herum erstreckt, wobei der Rotor (2) vorzugsweise Verbindungselemente zum Verbinden der Rotorblätter (3, 4) und/oder eine Hülse (36) umfasst, die sich um die Rotorwellenverlängerung (35) herum erstrecken.

12. Luftfahrzeug (1 ) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) in Vertikalrichtung

(14) des Luftfahrzeugs (1 ) oberhalb oder unterhalb des Trägerelements (23) angeordnet ist.

13. Luftfahrzeug (1 ) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkelemente (29, 30) gelenkig, insbesondere drehbar, mit dem Trägerelement (23) und mit dem Rotor (2) verbunden sind.

14. Rotorkopf (15) für ein Luftfahrzeug (1 ) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei der Rotorkopf (15) vorzugsweise zumindest ein in den vorangegangenen Ansprüchen genanntes und/oder den Rotorkopf (15) betreffendes Merkmal aufweist.

15. Verwendung eines Rotorkopfs (15) für einen Luftfahrzeug (1 ) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei der Rotorkopf

(15) vorzugsweise zumindest ein in den vorangegangenen Ansprüchen genanntes und/oder den Rotorkopf (15) betreffendes Merkmal aufweist.