DE102019003854A1 - Aircraft with at least one lifting propeller and an electric motor drive for the lifting propeller and system for operating the aircraft - Google Patents
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Abstract
Luftfahrzeug mit zumindest einem Hubpropeller (6) und einem elektromotorischen Antrieb für den Hubpropeller (6) und Anlage zum Betrieb des Luftfahrzeugs.Ein Luftfahrzeug (1) mit zumindest einem Hubpropeller (6) und einem elektromotorischen Antrieb für den Hubpropeller (6),ist mit einem elektrischen Stromabnehmer (7) zum Anlegen an eine überirdische stationäre Stromleitung (2) versehen. Das Luftfahrzeug (1) weist zumindest einen ersten Sensor zum seitlichen Ausrichten des Luftfahrzeugs (1) auf die Stromleitung (2) auf.Dadurch kann das Luftfahrzeug kontinuierlich mit umweltfreundlicher elektrischer Energie versorgt werden.Aircraft with at least one lifting propeller (6) and an electric motor drive for the lifting propeller (6) and system for operating the aircraft. An aircraft (1) with at least one lifting propeller (6) and an electric motor drive for the lifting propeller (6) is with an electrical current collector (7) for application to an above-ground stationary power line (2). The aircraft (1) has at least one first sensor for laterally aligning the aircraft (1) with the power line (2). This enables the aircraft to be continuously supplied with environmentally friendly electrical energy.
Description
Luftfahrzeug mit zumindest einem Hubpropeller und einem elektromotorischen Antrieb für den Hubpropeller und Anlage zum Betrieb des Luftfahrzeugs.Aircraft with at least one lifting propeller and an electric motor drive for the lifting propeller and system for operating the aircraft.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Luftfahrzeug mit zumindest einem Hubpropeller und einem elektromotorischen Antrieb für den Hubpropeller.The invention relates to an aircraft with at least one lifting propeller and an electric motor drive for the lifting propeller.
Ein derartiges Luftfahrzeug ist z. B. durch die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Luftfahrzeug zu schaffen, das über einen großen Zeitraum unabhängig von den Lichtverhältnissen mit hoher Leistung elektrisch betrieben werden kann.The invention is based on the object of creating an aircraft that can be operated electrically with high power over a long period of time, regardless of the lighting conditions.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Dabei wird die gesamte für den Betrieb des Luftfahrzeugs benötigte Energie über den Stromabnehmer kontinuierlich und umweltfreundlich aus der Stromleitung bezogen. Das Luftfahrzeug kann auch mit höheren Lasten z.B. im Pendelverkehr über einen langen Zeitraum kontinuierlich betrieben werden. Es können so nicht nur Personen, sondern auch bei entsprechender elektrischer und mechanischer Ausgestaltung auch Lasten transportiert werden.This object is achieved by the invention according to claim 1.
All of the energy required to operate the aircraft is drawn continuously and environmentally friendly from the power line via the pantograph. The aircraft can also be operated continuously over a long period of time with higher loads, for example in shuttle traffic. In this way, not only people but also loads can be transported if the electrical and mechanical design is appropriate.
Die Stromleitung kann z.B. an Masten in Höhenbereichen oberhalb von anderen Verkehrsmitteln, Anlagen oder sonstigen Hindernissen aufgehängt sein. Da nur das Leitungsgewicht getragen werden muss, ist der mechanische Aufwand zum Aufhängen der Leitungen z.B. im Vergleich zu Seilbahnen gering. Die Strecke muss nicht geradlinig verlaufen. Der Streckenverlauf kann somit leicht den Umgebungsbedingungen auch in seinem Höhenprofil angepasst werden. Da das Gesamtgewicht des Luftfahrzeugs die Stromleitung nicht belastet, können auch mehrere der Luftfahrzeuge gleichzeitig in einem Streckenabschnitt verkehren.The power line can e.g. be suspended from masts at heights above other means of transport, systems or other obstacles. Since only the cable weight has to be carried, the mechanical effort for hanging up the cables is e.g. low compared to cable cars. The route does not have to be straight. The course of the route can thus be easily adapted to the ambient conditions, including its height profile. Since the total weight of the aircraft does not put a strain on the power line, several of the aircraft can also operate on a route section at the same time.
Daher können die Haltestationen z.B. an verkehrstechnisch günstigen Plätzen im Nahbereich von Haltestellen anderer Verkehrsmittel verlegt werden. Aber auch die Stützpunkte der Stromleitungen können an topographisch günstigen Stellen angeordnet werden. Durch die relativ freie Streckenführung ist es auch leichter möglich, boden- oder umweltrechtliche Hindernisse zu umgehen. Der gesamte Investitionsaufwand bleibt gering.Therefore the stopping stations can e.g. be relocated at places with favorable traffic conditions in the vicinity of stops of other means of transport. But the support points of the power lines can also be arranged at topographically favorable locations. The relatively free route also makes it easier to bypass land or environmental barriers. The total investment outlay remains low.
Das z.B. drohnenartige Luftfahrzeug kann mit einer Vielzahl von zueinander unabhängig angetriebenen Hubantrieben versehen sein. Dadurch ist es möglich, den Ausfall eines der Hubantriebe durch entsprechende Steuerung der anderen zu kompensieren.The e.g. Drone-like aircraft can be provided with a plurality of mutually independently driven lifting drives. This makes it possible to compensate for the failure of one of the lifting drives by controlling the other accordingly.
Durch mehrere der ersten Sensoren ist es möglich das Luftfahrzeug auf die Stromleitung auszurichten, sodass seine Längsachse parallel zur Stromleitung verläuft und sodass der Kontaktbereich des Stromabnehmers innerhalb einer zulässigen Seitenabweichung zur Stromleitung bleibt. Die Stromleitung besteht aus zwei beabstandeten parallelen Leitungsdrähten. Dementsprechend ist auch der Stromabnehmer elektrisch und mechanisch zweigeteilt.Several of the first sensors make it possible to align the aircraft with the power line so that its longitudinal axis runs parallel to the power line and so that the contact area of the pantograph remains within a permissible lateral deviation from the power line. The power line consists of two spaced parallel lead wires. Accordingly, the pantograph is also divided into two parts, electrically and mechanically.
Es ist aber auch möglich, das Luftfahrzeug mittels eines Umgebungspositioniersystems in der Art eines GPS zu steuern. In einem solchen Fall ist es von Vorteil, die genauen Positionsdaten des Luftfahrzeugs entlang der Stromleitung in einem Kalibrierlauf zu ermitteln. Ein solches Positioniersystem kann auch zusätzlich zu dem sensorgesteuerten System vorgesehen sein, um das Fahrzeug z.B. auch bei einer beschädigten Leitung steuern zu können.However, it is also possible to control the aircraft by means of an environment positioning system such as a GPS. In such a case it is advantageous to determine the exact position data of the aircraft along the power line in a calibration run. Such a positioning system can also be provided in addition to the sensor-controlled system in order to position the vehicle e.g. to be able to control even with a damaged line.
Das Luftfahrzeug kann z.B. für den Lastentransport oder für den Personentransport mit einer abschließbaren Kabine für die Personen ausgebildet sein.The aircraft can e.g. be designed for the transport of loads or for the transport of people with a lockable cabin for the people.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Stromabnehmer einen senkrecht auslenkbaren Kontaktbereich auf, der auf die Stromleitung aufsetzbar ist. Das Luftfahrzeug ist mit zumindest einem zweiten Sensor zur Erfassung der Höhenlage der Stromleitung relativ zum Luftfahrzeug versehen. Durch den zweiten Sensor kann der Stromabnehmer mit seinem Kontaktbereich sicher innerhalb in einer zulässigen Höhenabweichung gehalten werden.According to a further development of the invention, the current collector has a vertically deflectable contact area that can be placed on the power line. The aircraft is provided with at least one second sensor for detecting the altitude of the power line relative to the aircraft. By means of the second sensor, the current collector with its contact area can be kept safely within a permissible height deviation.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist der Stromabnehmer einen schräg nach unten weisenden, schwenkbar gelagerten Bügel auf, der mit seinem Kontaktbereich auf die Oberseite der Stromleitung gleitend aufsetzbar ist. Der Kontaktbereich ist quer zur Stromleitung ausgerichtet. In der Nähe des Kontaktbereichs ist am Stromabnehmer ein Abstandssensor zur Überwachung des Seitenabstands zur Stromleitung angeordnet. Der Bügel kann mit seinem Kontaktbereich in seiner Höhenlage relativ weit ausgelenkt werden und damit auch an Steigungen sicher mit der Stromleitung in Kontakt bleiben. Es versteht sich, dass der Kontaktbereich eine hinreichende Breite aufweist, um auch bei seitlichen Abweichungen mit der Stromleitung in Kontakt zu bleiben, was durch den Abstandssensor sicher gewährleistet wird.According to another further development of the invention, the current collector has a pivotably mounted bracket which points obliquely downwards and which can be slidably placed with its contact area on the top of the power line. The contact area is aligned across the power line. A distance sensor for monitoring the lateral distance to the power line is arranged on the current collector near the contact area. The height of the bracket with its contact area can be deflected relatively far and thus remain securely in contact with the power line even on inclines. It goes without saying that the contact area has a sufficient width to be in contact with the power line even in the event of lateral deviations to stay, which is safely guaranteed by the distance sensor.
Das Aufsetzen des Stromabnehmers auf die Oberseite der Stromleitung ermöglicht in einfacher Weise die Abstützung der Stromleitung von unten, so dass sich das Luftfahrzeug oberhalb der Stromleitung ungehindert ausdehnen kann. Im Lastenverkehr können auch sehr sperrige Teile transportiert werden.Placing the current collector on top of the power line enables the power line to be supported from below in a simple manner, so that the aircraft can expand unhindered above the power line. Very bulky parts can also be transported in freight traffic.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist das Luftfahrzeug ist mit Steuerungsmitteln zum autonomen Fortbewegen versehen und sind die Sensoren mit den Steuerungsmitteln verbunden. Dadurch ist es möglich mehrere der Luftfahrzeuge gleichzeitig entlang der Stromleitung konfliktfrei zu betreiben Die Steuerungsmittel können mit einem Steuermodul zur waagerechten Ausrichtung des Fahrzeugbodens versehen sein.According to another development of the invention, the aircraft is provided with control means for autonomous movement and the sensors are connected to the control means. This makes it possible to operate several of the aircraft simultaneously along the power line without conflict. The control means can be provided with a control module for the horizontal alignment of the vehicle floor.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist das Luftfahrzeug einen nachladbaren elektrischen Speicher auf, dessen Kapazität größer ist als der Energiebedarf für das Erreichen eines benachbarten Landeplatzes. Dadurch kann das Luftfahrzeug z.B. bei Stromausfall aus eigener Kraft nicht nur eine nächstliegende Haltestation sondern auch einen anderen geeigneten Landeplatz in der Nähe der Stromleitung erreichen. Die Kapazität des Speichers sollte dann auch für die Rückkehr zur Stromleitung ausreichen.According to another development of the invention, the aircraft has a rechargeable electrical storage device, the capacity of which is greater than the energy requirement for reaching an adjacent landing site. Thereby the aircraft can e.g. In the event of a power failure, you can not only reach a nearest stopping point but also another suitable landing site near the power line. The storage capacity should then also be sufficient for the return to the power line.
Bei einer Anlage zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs ist eine Stromleitung in einer Höhe oberhalb von terrestrischen Anlagen und Aktivitäten verlegt. Eine derartige Leitung kann in seiner Linienführung weitgehend flexibel und unabhängig von Störungsquellen verlegt werden. Da das Luftfahrzeug ohne weiteres auch größere Steigungen bewältigen kann, müssen die Leitungen nicht geradlinig verlaufen, sondern können deutlich durchhängen, so dass die Spannweite zwischen den Stützpunkten erheblich vergrößert werden kann.In a system for operating an aircraft according to the invention, a power line is laid at a height above terrestrial systems and activities. Such a line can be laid largely flexibly in its routing and independently of sources of interference. Since the aircraft can easily cope with steep gradients, the lines do not have to run in a straight line, but can sag significantly, so that the span between the support points can be increased considerably.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die Stromleitung entlang einer Fahrstrecke verlegt ist, die Haltestationen für das Luftfahrzeug aufweist. Die Haltestationen sind vor allem für den Personenverkehr geeignet.According to another development of the invention, the power line is laid along a route that has stopping stations for the aircraft. The stopping stations are particularly suitable for passenger traffic.
Die Haltestationen können z.B. ebenerdig angelegt sein. Da die Stromleitung nicht überall konfliktfrei bis zum Boden abgesenkt werden kann, ist es möglich, dass sich das Luftfahrzeug für die Landung und den Start von der Stromleitung lösen und aus dem Pufferspeicher betrieben werden kann. Die ebenerdige Anordnung der Haltestation ermöglicht den Passagieren einen bequemen Zugang zum Luftfahrzeug.The stopping stations can e.g. be laid out at ground level. Since the power line cannot be lowered to the ground everywhere without conflict, it is possible that the aircraft can detach itself from the power line for landing and take-off and can be operated from the buffer storage. The ground-level arrangement of the stopping station allows passengers convenient access to the aircraft.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die Fahrstrecke für den Personenverkehr ausgelegt und sind die Haltestationen in der Höhe der Stromleitungen an Stationsmasten ausgebildet, die mit Liften und Warteräumen für die Passagiere versehen sind. Zumindest die Lifte können raumsparend innerhalb der Hauptsäule des Stationsmastes angeordnet sein. Seitenarme des Stationsmastes können die Warteräume für die Passagiere aufweisen.According to another development of the invention, the route is designed for passenger traffic and the stopping stations are constructed at the height of the power lines on station masts which are provided with lifts and waiting rooms for the passengers. At least the lifts can be arranged in a space-saving manner within the main column of the station mast. Side arms of the station mast can have the waiting rooms for the passengers.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Haltestation nach oben weisende Auflageflächen zum Abstützen des ruhenden Luftfahrzeugs aus, das mit dazu passenden Gegenauflageflächen versehen ist. Dadurch ist es möglich in der Haltephase den Hubantrieb abzuschalten und störende Luftströmungen zu vermeiden. Der Seitenarm muss dann allerdings das volle Gesamtgewicht des Luftfahrzeugs tragen. Die Zentrierschrägen erleichtern vor allem das Ausrichten des von der Leitung abgehobenen, frei einschwebenden Luftfahrzeugs.According to a further embodiment of the invention, the holding station has support surfaces pointing upwards to support the stationary aircraft, which is provided with matching counter support surfaces. This makes it possible to switch off the lifting drive in the holding phase and to avoid disruptive air currents. The side arm then has to bear the full total weight of the aircraft. Above all, the centering bevels facilitate the alignment of the freely floating aircraft lifted off the line.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Anlage zwei der parallel verlaufenden Fahrstrecken für den Hin- und Rückverkehr aufweist, so dass die Masten für beide Strecken genutzt werden könnenAccording to a further embodiment of the invention, the system has two of the parallel routes for the outward and return traffic, so that the masts can be used for both routes
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Anlage zum Betreiben eines Luftfahrzeugs, mit mehreren der Luftfahrzeuge, -
2 einen Ausschnitt aus der Anlage nach1 ,
-
1 a perspective view of part of a system for operating an aircraft, with several of the aircraft, -
2 a section from the plant1 ,
Die
Ein bügelartiger schräg nach unten weisender Stromabnehmer
Die Stationsmasten
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- LuftfahrzeugAircraft
- 22
- Stromleitungpower line
- 33
- StationsmastStation mast
- 44th
- LeitungsmastMast
- 55
- KontaktbereichContact area
- 66th
- HubpropellerLifting propeller
- 77th
- StromabnehmerPantograph
- 88th
- SeitenarmBranch
- 99
- AuslageflächeDisplay area
- 1111
- HaltestationStopping point
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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