DE102022114599A1 - aircraft - Google Patents

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    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/003Aircraft not otherwise provided for with wings, paddle wheels, bladed wheels, moving or rotating in relation to the fuselage
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Abstract

Für Missionsprofile von Fluggeräten, die sich den größten Teil der Mission im Schwebeflug befinden, werden nach dem heutigen Stand der Technik hauptsächlich Luftschiffe, die sehr viel Platz benötigen, oder energieintensiv Fluggeräte mit mehreren Rotoren eingesetzt.Dieses Fluggerät verfügt über nur einen einzigen Rotorverband mit einem oder mehreren Rotoren, die mechanisch fest zusammengekoppelt sein können, wobei die Rotoren um die Querachse rotieren, wie z.B. Zyklorotoren. Die Stabilisierung des Fluggerätes um die Querachse erfolgt durch ein Gegendrehmoment (Nickmoment), welches vom Rumpf und von der zu transportierenden Nutzlast erzeugt wird. Um Instabilitäten zu vermeiden, befindet sich der Gesamtschwerpunkt von Rumpf und Nutzlast unterhalb von und mit einem Abstand zu dem Rotor. Aufgrund der Tatsache, dass nur ein Motor für den Antrieb benötigt wird, die Rotoren konzentrisch zu einer einzelnen Rotorwelle angeordnet sind, sich kein Abstand zwischen den Flügelspitzen zweier Rotoren befinden muss und keine Kabine oder Struktur mit dem Nachlauf interagieren muss, ist eine höhere Energieeffizienz im Vergleich zu Fluggeräten nach dem heutigen Stand der Technik zu erwarten. Für einen Rotorverband mit zwei oder mehreren Rotoren ist eine besonders hohe Steuerbarkeit zu erwarten.Die Erfindung betrifft ein Drehflügelfluggerät zum Befördern einer Last, insbesondere in Form einer Person oder einer Fracht, sowie die Anwendung als Kranhubschrauber und Flugsportgerät.For mission profiles of aircraft that are hovering for most of the mission, according to the current state of technology, airships that require a lot of space or energy-intensive aircraft with multiple rotors are mainly used. This aircraft only has a single rotor assembly with one or several rotors that can be mechanically firmly coupled together, with the rotors rotating about the transverse axis, such as cyclorotors. The aircraft is stabilized around the transverse axis by a counter-torque (pitching moment) which is generated by the fuselage and the payload to be transported. To avoid instabilities, the overall center of gravity of the fuselage and payload is below and at a distance from the rotor. Due to the fact that only one motor is required for propulsion, the rotors are arranged concentrically to a single rotor shaft, there is no need to have a gap between the wing tips of two rotors, and no cabin or structure needs to interact with the wake, greater energy efficiency is imminent Comparison to aircraft based on the current state of the art is to be expected. A particularly high level of controllability is to be expected for a rotor assembly with two or more rotors. The invention relates to a rotary-wing aircraft for transporting a load, in particular in the form of a person or cargo, as well as the use as a crane helicopter and aviation sports equipment.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Drehflügelfluggeräte, die den Schwebeflug beherrschen.The invention generally relates to rotary wing aircraft that are capable of hovering flight.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Es ist bekannt, dass Starrflügelflugzeug mit Schubvektorsteuerung (VTOL-Flugzeuge), Ornithopter, Multikopter und Hubschrauber den Flugzustand des Schwebeflugs erreichen und halten können.It is known that fixed-wing thrust vector control aircraft (VTOL aircraft), ornithopters, multicopters and helicopters can achieve and maintain the hover flight condition.

Wegen ihren kleinen Rotoren oder Turbinen sind VTOL-Flugzeuge im Schwebeflug relativ energieineffizient. Dies ist hauptsächlich der Fall, da bei der Auslegung von VTOL-Flugzeugen davon ausgegangen wird, dass diese nur kurze Schwebephasen vor und nach längeren Streckenflügen erreichen müssen. Die meist bekanntesten und im Schwebeflug energieeffizientesten VTOL-Flugzeuge sind die Kipprotor- und Kippflügelfluggeräte.Because of their small rotors or turbines, VTOL aircraft are relatively energy inefficient when hovering. This is mainly the case because the design of VTOL aircraft assumes that they only need to achieve short hover periods before and after longer cross-country flights. The most well-known and most energy-efficient VTOL aircraft when hovering are the tiltrotor and tilt-wing aircraft.

Ornithopter sind von der Natur inspirierte Fluggeräte, die von Menschen entwickelt wurden, wobei auch diese Fluggeräte energieineffizient sind. Vor allem die Motoren, welche abwechselnd ihre Rotationsrichtung ändern sind energieineffizient. Außerdem sind Ornithopter, die den Schwebeflug halten können, nur in kleinen leichten Modellen umsetzbar (https://www.dailymail.co. uk/sciencetech/article-6165071 /Scientists-develop-newflying-robot-mimics-flight-fruit-flies.html und https://www.youtube.com/watch?v=dURvisvMYT8), was diese Fluggeräte für den Praxiseinsatz nicht qualifiziert. Dies liegt hauptsächlich daran, dass das Prinzip des Ornithopters von einer Umströmung bei geringen Reynoldszahlen abhängig ist.Ornithopters are nature-inspired flying machines developed by humans, although these flying machines are also energy inefficient. In particular, the motors that alternately change their direction of rotation are energy inefficient. In addition, ornithopters that can maintain hovering flight can only be implemented in small, light models (https://www.dailymail.co. uk/sciencetech/article-6165071 /Scientists-develop-newflying-robot-mimics-flight-fruit-flies .html and https://www.youtube.com/watch?v=dURvisvMYT8), which does not qualify these aircraft for practical use. This is mainly because the principle of the ornithopter depends on a flow around it at low Reynolds numbers.

Dass Multikopter mehrere Rotoren haben macht diese Fluggeräte nicht nur aus aerodynamischer, sondern auch aus der Perspektive des Antriebs ineffizient. Die aerodynamische Ineffizienz begründet sich hauptsächlich auf einer suboptimalen Nutzung der Rotorfläche und auf Rotor-Rotor Strömungsinteraktionen auch im Nachlauf. Die Ineffizienz des Antriebs lässt sich auf die geringere elektrische Energieeffizienz der kleineren Motoren im Vergleich zu einem Drehflügler mit nur einem Rotor (und somit mit einem einzelnen größeren Motor) zurückführen. Zudem haben Multicopter meist keinen Hauptsteuermechanismus, wie es bei konventionellen Drehflüglern der Fall ist (Collective-/ Cyclic-Steuerung), weshalb sie die individuelle Drehgeschwindigkeiten einzelner Motoren anpassen müssen, um das Fluggerät stabil in der Luft halten zu können, was energieineffizient ist. Eine Alternative sind Zyklorotor-Multikopter. Diese Zyklorotor-Multikopter leiden weniger unter dem Mangel einer Steuerbarkeit der einzelnen Rotoren, sie haben jedoch dennoch ähnliche Energieeffizienzprobleme wie andere Multicopter.The fact that multicopters have multiple rotors makes these aircraft inefficient not only from an aerodynamic perspective, but also from a drive perspective. The aerodynamic inefficiency is mainly due to suboptimal use of the rotor area and rotor-rotor flow interactions, including in the wake. The inefficiency of the propulsion can be attributed to the lower electrical energy efficiency of the smaller engines compared to a rotorcraft with only one rotor (and therefore a single larger engine). In addition, multicopters usually do not have a main control mechanism as is the case with conventional rotorcraft (collective/cyclic control), which is why they have to adjust the individual rotation speeds of individual motors in order to keep the aircraft stable in the air, which is energy inefficient. Cyclorotor multicopters are an alternative. These cyclorotor multicopters suffer less from the lack of controllability of the individual rotors, but they still have similar energy efficiency problems as other multicopters.

Der konventionelle Hubschrauber ist am Energieeffizientesten für den Flugzustand des Schwebeflugs. Zudem ist der Hubschrauber auch das bevorzugte Fluggerät für das Tragen von schweren Lasten im Schwebeflug. Jedoch leidet das Konzept unter einer hohen Komplexität der Steuerung und unter Leistungsverlusten durch einen unvermeidbaren Antrieb (Heckrotor, Auslassdüsen, Koaxialrotor oder ähnliche) zum Drehmomentausgleich, sowie der konstanten Strömungsinteraktion zwischen dem Nachlauf und der Kabine bzw. Nutzlast.The conventional helicopter is the most energy efficient for the hover flight condition. The helicopter is also the preferred aircraft for carrying heavy loads while hovering. However, the concept suffers from high control complexity and power losses due to an unavoidable drive (tail rotor, exhaust nozzles, coaxial rotor or similar) for torque compensation, as well as the constant flow interaction between the wake and the cabin or payload.

In den folgenden Absätzen wird der Zyklorotor im Hinblick auf seine Vorteile genauer beschrieben, während außerdem auch die Grenzen des Hubschraubers besser definiert werden. Ziel ist es zu zeigen, dass Zyklorotoren in bestimmten Flugständen, vor allem im Schwebeflug, energieeffizienter und besser in ihrer Steuerbarkeit sind.The following paragraphs will describe the cyclorotor in more detail in terms of its advantages, while also better defining the limitations of the helicopter. The aim is to show that cyclorotors are more energy efficient and easier to control at certain flight levels, especially when hovering.

Allgemein beschreibt ein Zyklorotor, Zyklokopter, Zyklogyro, Zykloidalpropeller oder Zykloidalrotor einen zylindrischen Rotor, dessen Zylindermantel aus mehreren Rotorblättern besteht, welche mit ihrer Spannweite parallel zu der Rotorachse orientiert sind und um diese Achse auf dem Zylindermantel rotieren. In den historischen Patenten US 1753252 A und US 2045233 A ist das allgemeine Funktionsprinzip eines Zyklorotors beschrieben.In general, a cyclorotor, cyclocopter, cyclologyro, cycloidal propeller or cycloidal rotor describes a cylindrical rotor whose cylinder jacket consists of several rotor blades, which are oriented with their span parallel to the rotor axis and rotate about this axis on the cylinder jacket. In the historical patents US 1753252 A and US 2045233 A The general operating principle of a cyclorotor is described.

Ein Pitching-Mechanismus der Blätter ermöglicht mittels einer periodischen Änderung des Anstellwinkels der Rotorblätter die Erzeugung und Steuerung eines Schubvektors. Hierbei werden die Rotorblätter entlang ihrer Spannweite schwenkbar gelagert und durch Steuerstangen einzeln in ihrem Anstellwinkel variiert.A blade pitching mechanism enables the generation and control of a thrust vector by periodically changing the angle of attack of the rotor blades. The rotor blades are pivoted along their span and their angle of attack is varied individually using control rods.

Der Zyklorotor macht sich zum Vorteil, dass die Rotationsbewegung einzelner Rotorblätter eines Zyklorotors um die (von der Blattwurzel zur Blattspitze verlaufende) Blattlängsachse auf einen wesentlich geringeren Widerstand durch das Massenträgheitsmoment trifft, als wenn bei einem konventionellen Helikopter für ein vergleichbares Richtungsänderungsmanöver zumindest der gesamte Rotor und häufig auch die gesamte Kabine bewegt werden muss.The advantage of the cyclorotor is that the rotational movement of individual rotor blades of a cyclorotor around the longitudinal axis of the blade (running from the blade root to the blade tip) encounters significantly lower resistance due to the mass moment of inertia than in a conventional helicopter For a comparable change of direction maneuver, at least the entire rotor and often also the entire cabin must be moved.

Da für eine Flugrichtungsänderung eines Zyklorotors lediglich der Blattanstellwinkel variiert werden muss, können aufgrund des geringeren Massenträgheitsmoments kürzere Steuerzeiten bei gleichem Energieaufwand erreicht werden, was somit das Fluggerät erheblich an Agilität gewinnen lässt. Hierbei ist anzumerken, dass das Zyklorotorfluggerät im Gesamtvolumen im Vergleich zu einem konventionellen Helikopter nicht zwingend ein geringeres Massenträgheitsmoment besitzen muss, sondern lediglich davon profitiert, dass weniger Masse bewegt werden muss, um eine Schubvektoränderung zu erreichen.Since only the blade angle of attack has to be varied to change the direction of flight of a cyclorotor, shorter control times can be achieved with the same energy expenditure due to the lower mass moment of inertia, which allows the aircraft to gain considerable agility. It should be noted that the cyclorotor aircraft does not necessarily have to have a lower mass moment of inertia in terms of its overall volume compared to a conventional helicopter, but simply benefits from the fact that less mass has to be moved in order to achieve a change in thrust vector.

Aufgrund der Anordnung der Rotorblätter eines Zyklorotors ist die Geschwindigkeitsverteilung (und damit auch die Mach-Zahl) entlang der Spannweite des Blattes konstant, was einen Betrieb mit geringeren Verlusten im Vergleich zu konventionellen Drehflügelfluggeräten zulässt.Due to the arrangement of the rotor blades of a cyclorotor, the speed distribution (and therefore the Mach number) is constant along the blade span, allowing operation with lower losses compared to conventional rotary wing aircraft.

Des Weiteren operieren Zyklorotoren im Vergleich zu konventionellen Helikoptern unter geringeren Drehgeschwindigkeiten, was zu einer erheblichen Geräuschreduktion führt. Die Eigenschaft der niedrigen Geräuschcharakteristik als Vorteil von Zyklorotoren wurde bereits festgestellt und veröffentlich unter S. J. Kim: „Design, development and flight test of vertical take-off and landing UAV, cyclocopter“, Guggenheim Memorial Lecture, 30th ICAS Congress, Daejeon, South Korea, September 25 - 30 2016 , sowie R. Gibbens, J. Boschma und C. Sullivan: „Construction and testing of a new aircraft cycloidal propeller“, 13th Lighter-Than-Air Systems Technology Conference, American Institute of Aeronautics and Astronautics, June 1999 und J. H. Boschma: „Cycloidal propulsion for UAV VTOL applications“, SBIR Topic Number N98-022, Report prepared for the government technical liaison naval air warfare center - aircraft division, by Bosch Aerospace, November 1998 .Furthermore, cyclorotors operate at lower rotational speeds compared to conventional helicopters, which leads to a significant reduction in noise. The property of low noise characteristics as an advantage of cyclorotors has already been established and published at SJ Kim: “Design, development and flight test of vertical take-off and landing UAV, cyclocopter”, Guggenheim Memorial Lecture, 30th ICAS Congress, Daejeon, South Korea, September 25 - 30 2016 , as well as R. Gibbens, J. Boschma and C. Sullivan: “Construction and testing of a new aircraft cycloidal propeller,” 13th Lighter-Than-Air Systems Technology Conference, American Institute of Aeronautics and Astronautics, June 1999 and JH Boschma: “Cycloidal propulsion for UAV VTOL applications”, SBIR Topic Number N98-022, Report prepared for the government technical liaison naval air warfare center - aircraft division, by Bosch Aerospace, November 1998 .

Zudem ist für die Flugrichtungsänderung und auch schnellen Vorwärtsflug eines Zyklorotorbetriebenen Fluggerätes keine Neigung der Flugkabine erforderlich, was im Vergleich zu konventionellen Drehflügelfluggeräten erhebliche Komfort-Vorteile bietet.In addition, the flight cabin does not need to be tilted to change the direction of flight and also to fly forward quickly of a cyclorotor-powered aircraft, which offers significant comfort advantages compared to conventional rotary-wing aircraft.

Die historischen Patente US 1656492 A , US 2507657 A , US 2633311 A , US 5265827 A und US 6932296 B2 haben verschiedene Ausführungen von Fluggeräten mit Zyklorotor-Antrieb angegeben.The historical patents US 1656492 A , US 2507657 A , US 2633311 A , US 5265827 A and US 6932296 B2 have specified various versions of aircraft with cyclorotor propulsion.

Aus der EP 3397551 B1 ist ein Fluggerät bekannt, welches grundsätzlich nach der Art eines konventionellen Drehflügelfluggerätes ausgebildet ist, wobei auf einen Heckrotor verzichtet wurde und stattdessen für den Momentenausgleich und den Horizontalschub zusätzlich zwei Zyklorotoren seitlich angebracht sind. Dem daraus resultierenden Vorteil einer erhöhten Horizontalfluggeschwindigkeit steht ein Energieeffizienzverlust durch das Ersetzen des Heckrotors durch zwei Zyklorotoren, sowie ein resultierender höherer Antriebsbedarf infolge eines zusätzlichen Widerstandes und einer erhöhten Strukturmasse entgegen. Außerdem kann die Interaktion des Rotornachlaufs (des Hauptrotors) zu einer Interaktion und somit zu aerodynamischen Störungen der Zyklorotoren führen.From the EP 3397551 B1 An aircraft is known which is basically designed in the manner of a conventional rotary-wing aircraft, with a tail rotor being dispensed with and instead two additional cyclorotors being attached to the side for torque compensation and horizontal thrust. The resulting advantage of increased horizontal flight speed is offset by a loss of energy efficiency due to replacing the tail rotor with two cyclorotors, as well as a resulting higher drive requirement as a result of additional resistance and increased structural mass. In addition, the interaction of the rotor wake (the main rotor) can lead to interaction and thus aerodynamic disturbances of the cyclorotors.

Aus der EP 3715249 A1 ist ein Fluggerät bekannt, welches grundsätzlich nach der Art eines Tragflächenflugzeuges ausgebildet ist, wobei vier Zyklorotoren in den Flügelflächen eingelassen sind und so für einen Vortrieb im Horizontalflug sorgen, sowie Auftrieb während dem Start und der Landung bieten. Den Bauraumersparnissen durch die Integration der Zyklorotoren in die Flügelflächen steht eine daraus resultierende Störung der Strömung an den Flügeln entgegen. Durch die Anordnung der Rotorpaare in einer Linie parallel zum Rumpf des Fluggerätes ist eine aerodynamische Störung der hinteren Rotoren durch die Wirbel aus den vorderen Rotoren zu erwarten. Außerdem ist durch die Verwendung von vier Rotoren ein erhöhtes strukturelles Gewicht und somit ein erhöhter Antriebsbedarf im Vergleich zu konventionellen Drehflügelfluggeräten zu erwarten.From the EP 3715249 A1 An aircraft is known which is basically designed in the manner of a wing aircraft, with four cyclorotors embedded in the wing surfaces and thus ensure propulsion in horizontal flight and provide lift during take-off and landing. The space savings through the integration of the cyclorotors into the wing surfaces are counteracted by the resulting disruption of the flow on the wings. Due to the arrangement of the rotor pairs in a line parallel to the fuselage of the aircraft, an aerodynamic disturbance of the rear rotors due to the vortices from the front rotors is to be expected. In addition, the use of four rotors is expected to result in increased structural weight and thus increased drive requirements compared to conventional rotary wing aircraft.

Die DE 102018112079 A1 offenbart ein senkrecht startendes Drehflügelfluggerät, welches zum Tragen von Lasten geeignet ist. Durch die Anwendung eines konventionellen Hubschraubers als Fluggerät sind die bereits erwähnten Nachteile von Helikoptern, wie beispielsweise das relativ langsame Ansprechverhalten bei Steuereingaben und die suboptimale Energieeffizienz als negativ in diesem Konzept zu bewerten. Zudem führt die Verwendung eines Heckrotors (oder durch andere Antriebe) zum Momentenausgleich des Giermoments zu Energieverlusten, da die aufgewendete Energie nicht aktiv für den Vor- oder Auftrieb genutzt werden kann.The DE 102018112079 A1 discloses a vertical take-off rotary wing aircraft which is suitable for carrying loads. By using a conventional helicopter as an aircraft, the disadvantages of helicopters already mentioned, such as the relatively slow response to control inputs and the suboptimal energy efficiency, can be seen as negative in this concept. In addition, the use of a tail rotor (or other drives) to compensate for the yaw moment leads to energy losses, as the energy used cannot be actively used for propulsion or lift.

Als weiteres historisches Patent zum Thema „Kranhubschrauber“ mit einem konventionellen Helikopter ist die DE 19950405 A1 zu nennen, wobei hier die gleichen Nachteile eines Helikopters auftreten.Another historical patent on the subject of “crane helicopters” with a conventional helicopter is the DE 19950405 A1 to mention, although the same disadvantages of a helicopter occur here.

Die historische Patentschrift US 4482110 A beschreibt eine Luftschiff-Zyklorotor Kombination für den Anwendungsfall eines Kranhubschraubers. Dabei rotieren die einzelnen Rotorblätter um die Außenhaut des Luftschiffs. Als Nachteile dieses Anwendungsfalls im Vergleich zu der zu meldenden Neuerfindung sind die hohe Komplexität des Gerätes sowie der hohe zu erwartende Interferenzwiderstand zwischen den Rotorblättern und der Außenhaut des Luftschiffs zu nennen. Zudem ist der große Platzbedarf des Luftschiffs ein signifikanter Nachteil.The historical patent specification US 4482110 A describes an airship-cyclorotor combination for the application of a crane helicopter. The individual rotor blades rotate around the outer skin of the airship. The disadvantages of this application compared to the new invention to be reported are the high complexity of the device and the high expected interference resistance between the rotor blades and the outer skin of the airship. In addition, the airship's large space requirement is a significant disadvantage.

PROBLEMPROBLEM

Das Konzept konventioneller Hubschrauber nach dem heutigen Stand der Technik leidet unter einer hohen Komplexität der Steuerung und unter Leistungsverlusten durch einen unvermeidbaren Antrieb (Heckrotor, Auslassdüsen, Koaxialrotor oder ähnliche) zum Drehmomentausgleich, sowie der konstanten Strömungsinteraktion zwischen dem Nachlauf und der Kabine bzw. Nutzlast.The concept of conventional helicopters according to the current state of the art suffers from a high level of control complexity and from power losses due to an unavoidable drive (tail rotor, exhaust nozzles, coaxial rotor or similar) for torque compensation, as well as the constant flow interaction between the wake and the cabin or payload.

Zudem sind VTOL-Flugzeuge aufgrund ihrer kleinen Rotoren oder Turbinen im Schwebeflug relativ energieineffizient.Additionally, VTOL aircraft are relatively energy inefficient when hovering due to their small rotors or turbines.

Das Hauptziel dieser Erfindung ist, für den Transport von Lasten oder Personen im langsamen Vor- und Rückwärtsflug, sowie im Schwebeflug einen verbesserten Leistungsgütegrad (Figure of Merit) des Rotors oder des gesamten Rotorverbands zu ermöglichen.The main aim of this invention is to enable an improved figure of merit of the rotor or the entire rotor assembly for the transport of loads or people in slow forward and backward flight, as well as in hovering flight.

Damit soll das Ziel erreicht werden, dass Nutzlasten für einen möglichst kleinen Leistungsbedarf transportiert werden können. Die primären Einsatzgebiete des Fluggerätes sind der Lastentransport und der Einsatz als Flugsportgerät, sowie die Personenbeförderung und die Anwendung als Lastenkran.This is intended to achieve the goal of being able to transport payloads with the lowest possible power requirement. The primary areas of application of the aircraft are the transport of loads and use as an aviation sports device, as well as the transport of people and use as a cargo crane.

LÖSUNGSOLUTION

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Der Anspruch beschreibt, ohne darauf beschränkt zu sein, dass das Fluggerät über einen einzelnen Rotor verfügt oder, dass alle Rotoren des Fluggerätes dieselbe Drehrichtung haben und entweder mechanisch fest oder durch ein Getriebe gekoppelt sind, wobei die Rotorflügel auf einer geschlossenen Bahn um die Drehachse des Rotors drehbar sind und die Achsen der Flügelspannweite parallel zur Drehachse bleiben.This problem is solved by the features listed in claim 1. The claim describes, without being limited to, that the aircraft has a single rotor or that all rotors of the aircraft have the same direction of rotation and are either mechanically fixed or coupled by a gear, with the rotor blades on a closed path around the axis of rotation of the Rotors are rotatable and the axes of the wingspan remain parallel to the axis of rotation.

ERREICHTE VORTEILEADVANTAGES ACHIEVED

Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Fluggerätekonzepten, unterscheidet sich die Erfindung hauptsächlich dahingegen, dass für das Fluggerät kein Antrieb zum Erzeugen eines Gegendrehmoments, sowohl um die Quer-, als auch die Längsachse erforderlich ist. Die Erfindung führt somit zu erheblichen Leistungsersparnissen, da auf weitere Antriebe verzichtet werden kann, was somit die Energieeffizienz des Fluggerätes steigert.Based on the aircraft concepts known from the prior art, the invention differs mainly in that no drive is required for the aircraft to generate a counter-torque, both about the transverse and longitudinal axes. The invention thus leads to considerable power savings, since additional drives can be dispensed with, which thus increases the energy efficiency of the aircraft.

Ein maßgeblicher Vorteil ist, dass im Gegenteil zu Kranhubschraubern, der Strömungsnachlauf dieser Erfindung weder auf die Kabine noch auf die Last drückt. Mit der Position des Rotors oder des Rotorverbands ist auch eine bessere Erreichbarkeit des Zielorts der Last möglich, weil Rotor und Rumpf nicht über der Last stehen müssen. Da der Rotor hinter dem Piloten positioniert ist, ist ein besseres Sichtfeld für den Piloten im Vergleich zu Multikoptern zu erwarten. Wenn das Gerät ohne einen Piloten durch einen Operator vom Boden aus ausgesteuert wird, ist es für den Operator möglich an der Seite des Geräts zu stehen und so ein Sichtfeld mit geringer (/keiner) Beeinträchtigung zu erreichen.A significant advantage is that, in contrast to crane helicopters, the flow wake of this invention does not put pressure on the cabin or the load. The position of the rotor or the rotor assembly also makes it easier to reach the load's destination because the rotor and hull do not have to be above the load. Since the rotor is positioned behind the pilot, a better field of vision for the pilot can be expected compared to multicopters. When the device is controlled by an operator from the ground without a pilot, it is possible for the operator to stand to the side of the device and thus achieve a field of view with little (/no) obstruction.

Für Zyklorotoren oder ähnliche Rotoren mit Rotorblättern, die parallel zur Drehachse des Rotors drehen und deren Drehachse nahezu horizontal zum Boden steht, sind die typischen Vorteile von Zyklorotoren zu erwarten. Ein Vorteil ist die schnellere Reaktionsfähigkeit auf Steuerbefehle, da das Fluggerät nach vorne und hinten fliegen kann, ohne dass der Rotor gekippt werden muss. Außerdem ist der Betrieb leiser, als bei konventionellen Drehflügelfluggeräten.The typical advantages of cyclorotors can be expected for cyclorotors or similar rotors with rotor blades that rotate parallel to the axis of rotation of the rotor and whose axis of rotation is almost horizontal to the ground. One advantage is the faster response to control commands, as the aircraft can fly forwards and backwards without having to tilt the rotor. In addition, operation is quieter than with conventional rotary-wing aircraft.

Im Vergleich mit anderen Zyklorotor-Fluggeräten sinkt das benötigte Antriebsvermögen durch das Vermeiden zusätzlicher Stellantriebe im Vergleich zu Zyklorotor-Konzepten nach dem heutigen Stand der Technik, wodurch mit dem Fluggerät somit längere Flugzeiten erzielt werden und höhere Nutzlasten transportiert werden können.In comparison with other cyclorotor aircraft, the required propulsion capacity is reduced by avoiding additional actuators compared to current cyclorotor concepts Technology that allows longer flight times to be achieved with the aircraft and higher payloads can be transported.

Ein weiterer Vorteil greift bei Ausführungsformen mit zwei oder mehr Rotoren, da die Erfindung darauf beruht, dass das gesamte Fluggerät über eine einzige Antriebseinheit, vorzugsweise mittels eines Motors (und zusätzlichen Servomotoren), betrieben wird. Dadurch verringert sich die Strukturmasse des Fluggeräts relativ zu konventionellen Zyklorotor-Fluggeräten und die Energieeffizienz wird somit gesteigert.A further advantage applies to embodiments with two or more rotors, since the invention is based on the entire aircraft being operated via a single drive unit, preferably by means of a motor (and additional servo motors). This reduces the structural mass of the aircraft relative to conventional cyclorotor aircraft and thus increases energy efficiency.

Da sich der Zyklorotor oberhalb des Schwerpunktes des Fluggeräts befindet und der Rotor den Schubvektor unabhängig von dem Nickwinkel der Zelle immer nach oben zeigen kann, ist eine Stabilisierung des Fluggerätes durch die rückstellenden Gegendrehmomente des Rotors gegeben. Auch für Rollbewegungen kann von einem stabilen Flugverhalten ausgegangen werden, da sich hier ebenso der Rotor oberhalb des Fluggeräts befindet und die Schubverteilung zwischen den zwei steuerbaren Rotoren ohne eine Verschiebung der Rotoren verändert werden kann und so eine Roll Bewegung gesteuert werden kann.Since the cyclorotor is located above the center of gravity of the aircraft and the rotor can always point the thrust vector upwards regardless of the pitch angle of the cell, the aircraft is stabilized by the restoring counter torques of the rotor. Stable flight behavior can also be assumed for roll movements, since the rotor is also located above the aircraft and the thrust distribution between the two controllable rotors can be changed without shifting the rotors and thus a roll movement can be controlled.

In der Ausführungsform mit einem einzelnen Rotor sind erhebliche Gewichtseinsparungen im Vergleich zu konventionellen Zyklorotor-Fluggeräten zu erwarten, während weiterhin eine Stabilisierung um die Quer- und Rollachse gewährleistet werden kann.In the single rotor embodiment, significant weight savings can be expected compared to conventional cyclorotor aircraft while still ensuring stabilization around the transverse and roll axes.

In den Ausführungsformen eines einzelnen Rotors bzw. eines fest verbundenen Rotorverbands wird die Antriebsleistung direkt auf die Rotorachse aufgeprägt, was den Vorteil geringer Transmissionsverluste bietet.In the embodiments of a single rotor or a firmly connected rotor assembly, the drive power is applied directly to the rotor axis, which offers the advantage of low transmission losses.

Außerdem vorteilhaft ist die Einfachheit des Fluggeräts, das mit vier Steuereingaben eine Vielfalt von verschiedenen Flugzuständen erreichen kann, während der Bedarf an Gegenmomenten kaum variiert.Another advantage is the simplicity of the aircraft, which can achieve a variety of different flight states with four control inputs, while the need for counter-torques hardly varies.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben.

  • 1 zeigt das Fluggerät mit Nutzlastaufnahmehaken;
  • 2 zeigt den einzelnen Rotor ohne Steuerungsmechanismus;
  • 3 zeigt den Rotorverband mit zwei Steuerungsmechanismen;
  • 4 zeigt die Achse des Rotorverbands ohne Rotorblätter;
  • 5 zeigt eine Seitenansicht des Steuerungsmechanismus mit einem Rotor;
  • 6 zeigt das Strömungsfeld insbesondere den Nachlauf, wobei die Stromlinien die Richtung der Geschwindigkeitsvektoren und die Graustufen die Größe der Geschwindigkeit (dunkler bedeutet schneller) zeigen;
  • 7 zeigt in einer Momentaufnahme eine Seitenansicht des Fluggeräts, wobei sich das Fluggerät mit voranschreitender Zeit langsam nach links bewegen würde;
  • 8 zeigt den Gelenkarmroboter-Mechanismus (2-RRR Mechanismus);
  • 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Muskelkraft-Fluggeräts;
  • 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Fluggeräts mit drei Rotoren;
  • 11 zeigt den Steuermechanismus des mittleren Rotors des Fluggeräts mit drei Rotoren (die Stützprofile, Steuerstange und Blätter des kleinen Rotors werden teilweise verdeckt);
  • 12 zeigt das Optimierungsgebiet und die Begrenzung der maximal erreichbaren Position des Gelenkarm-Anbindungspunktes an der Steuerwelle; und
  • 13 zeigt eine Seitenansicht des 2-RRR Mechanismus und dessen veränderliche Parameter.
The preferred exemplary embodiments of the present invention are described below with reference to the following figures.
  • 1 shows the aircraft with payload hook;
  • 2 shows the single rotor without control mechanism;
  • 3 shows the rotor assembly with two control mechanisms;
  • 4 shows the axis of the rotor assembly without rotor blades;
  • 5 shows a side view of the control mechanism with a rotor;
  • 6 shows the flow field in particular the wake, with the streamlines showing the direction of the velocity vectors and the grayscale showing the magnitude of the velocity (darker means faster);
  • 7 shows a side view of the aircraft in a snapshot, with the aircraft slowly moving to the left as time progresses;
  • 8th shows the articulated arm robot mechanism (2-RRR mechanism);
  • 9 shows an exemplary embodiment of the muscle-powered aircraft;
  • 10 shows an embodiment of the aircraft with three rotors;
  • 11 shows the control mechanism of the center rotor of the three-rotor aircraft (the support profiles, control rod and blades of the small rotor are partially obscured);
  • 12 shows the optimization area and the limitation of the maximum achievable position of the articulated arm connection point on the control shaft; and
  • 13 shows a side view of the 2-RRR mechanism and its variable parameters.

HAUPTAUSPRÄGUNGSFORMMAIN FORM

Die bevorzugte Ausprägungsform ist in 1 gezeigt und wird in den 2 bis 8, 12 und 13 detailliert dargestellt. Sie verfügt über zwei Zyklorotoren (30), die einen Verband (25) bilden; vier Servomotoren (20) wobei jeweils zwei einen Rotor steuern; einen Rumpf (6) der aus allen Komponenten des Fluggerätes besteht, die nicht mit dem Rotor (30) drehen, inklusive eventueller Flugregler, Nutzlastaufnahmehaken (8) und der Batterie (7). Prinzipiell sind in dieser Ausführungsform keine Leitwerke oder andere Maßnahmen zur Stabilisierung des Fluggerätes (24) um die Hochachse (54) erforderlich. Da das Fahrwerk des Fluggerätes nicht relevant für die Ausführung des Rotors ist, wurde es in den Zeichnungen nicht berücksichtigt. Das Fluggerät (24) kann entweder über ein Fahrwerk, eine Startvorrichtung am Boden oder aus der Hand gestartet werden.The preferred form is in 1 shown and is in the 2 until 8th , 12 and 13 presented in detail. It has two cyclorotors (30) that form an assembly (25); four ser of motors (20), two of which control a rotor; a fuselage (6) which consists of all components of the aircraft that do not rotate with the rotor (30), including any flight controllers, payload hooks (8) and the battery (7). In principle, in this embodiment, no tail units or other measures are required to stabilize the aircraft (24) around the vertical axis (54). Since the landing gear of the aircraft is not relevant to the design of the rotor, it was not taken into account in the drawings. The aircraft (24) can be started either via a landing gear, a starting device on the ground or by hand.

Der Steuermechanismus eines Rotors ist in der Hauptausprägungsform mit zwei Servomotoren ausgeführt, welche zusammen den Schubvektor sowohl in Betrag, als auch in der Richtung ändern können. Der Rumpf (6) und der Rotorverband (25) sind in drei Punkten gelagert: die zwei Kugellager am Rotor (28), die sich an der Backbord- und Steuerbord-Seite befinden und den Motor an der Backbord-Seite (das Antriebskonzept kann selbstverständlich auch an einer Ebene senkrecht zur Rotorachse gespiegelt werden). Der Flugregler und alle elektronischen Teile sind am Rumpf (6) befestigt. Die (Nutz-) Last, die nicht gezeigt ist, wird von dem Nutzlastaufnahmehaken gehalten. Die Rotorkugellager (28) sind als dünnwandige Kugellager ausgeführt, sodass im Inneren des Kugellagers so viel Raum wie nötig für die Steuerwelle (2) zur Verfügung steht.The main form of the control mechanism of a rotor is designed with two servo motors, which together can change the thrust vector in both amount and direction. The fuselage (6) and the rotor assembly (25) are mounted at three points: the two ball bearings on the rotor (28), which are located on the port and starboard side, and the engine on the port side (the drive concept can of course can also be mirrored on a plane perpendicular to the rotor axis). The flight controller and all electronic parts are attached to the fuselage (6). The (payload) load, not shown, is held by the payload receiving hook. The rotor ball bearings (28) are designed as thin-walled ball bearings, so that as much space as necessary is available inside the ball bearing for the control shaft (2).

Das Fluggerät (24) kann in dem Flugzustand der ausgeglichenen Momente (Drehmoment des Motors wird durch rückstellendes Moment des Rumpfs (6) kompensiert) um die Rotorachse oszillieren (bzw. vibrieren). Diese Oszillation kann in der Hauptausprägungsform durch einen Regler oder mittels einer Platte über den aerodynamischen Widerstand gedämpft werden.The aircraft (24) can oscillate (or vibrate) about the rotor axis in the flight state of balanced moments (torque of the motor is compensated by the restoring moment of the fuselage (6)). In its main form, this oscillation can be dampened by a controller or by means of a plate via the aerodynamic resistance.

Ein Kern der Erfindung ist die mechanische Kopplung mehrerer Rotoren derart, dass mehrere Rotoren über einen einzelnen Motor, wie es in 1 dargestellt ist, angetrieben werden können. Hierbei wird die Bewegung des Motors (21) von einem Zahnrad (22) auf der Motorwelle über einen Zahnkranz (1) auf den dem Motor (21) am nächsten positionierten Rotor übertragen. Dabei prägt eine Antriebsnabe (29) die Antriebslast von dem Zahnkranz (1) über den Anbindungspunkt (23) auf die Stützprofile (10) auf, welche die Last über dünnwandige Kugellager am Anbindungspunkt (11) auf das Rotorblatt (4) übertragen.A core of the invention is the mechanical coupling of several rotors in such a way that several rotors can be operated via a single motor, as in 1 is shown, can be driven. The movement of the motor (21) is transmitted from a gear (22) on the motor shaft via a gear ring (1) to the rotor positioned closest to the motor (21). A drive hub (29) applies the drive load from the ring gear (1) via the connection point (23) to the support profiles (10), which transfer the load to the rotor blade (4) via thin-walled ball bearings at the connection point (11).

Des Weiteren wird die Antriebslast zwischen den Rotoren mittels einer Verbindung bestehend aus Kugellagern (5) gekoppelt, wobei zwei getrennte Kugellager zwischen jedem Blattpaar stehen. Zudem kann die Antriebslast über die Rotorachse (3), die an dem festen Verbindungspunkt (9) gekoppelten Stützprofile (10), sowie über die Kugellager (5) an den nächsten Rotor weitergegeben werden. Durch eine separate Ausführung der Steuereinheit auf beiden Seiten des Rotorverbands, welche in 5 beschrieben wird, wird die Antriebslast aus einem Motor geliefert, wobei beide Rotoren individuell ihren Schubvektor unabhängig voneinander festlegen können.Furthermore, the drive load is coupled between the rotors by means of a connection consisting of ball bearings (5), with two separate ball bearings between each pair of blades. In addition, the drive load can be passed on to the next rotor via the rotor axis (3), the support profiles (10) coupled to the fixed connection point (9), and via the ball bearings (5). Through a separate design of the control unit on both sides of the rotor assembly, which in 5 As described, the drive load is supplied by a motor, whereby both rotors can individually determine their thrust vector independently of each other.

Die zwei einzelnen Rotoren (30) sind koaxial zueinander angeordnet, sodass sie einen Rotorverband (25) bilden. Innerhalb dieses Rotorverbands sind die Abstände (36) zwischen den Flügelspitzen (37) zweier Rotoren in Richtung der Rotorachse (3) nach Anspruch 5 als gering zu betrachten, mit dem Ziel, die Randwirbelbildung an den Flügeln bestmöglich zu verhindern.The two individual rotors (30) are arranged coaxially to one another so that they form a rotor assembly (25). Within this rotor assembly, the distances (36) between the wing tips (37) of two rotors in the direction of the rotor axis (3) according to claim 5 are to be considered small, with the aim of preventing the formation of edge vortices on the wings as best as possible.

Der Steuermechanismus (32) ist in 5, 8 und 13 abgebildet. Die Ansteuerung eines jeden Rotors erfolgt über einen sogenannten 2-RRR Mechanismus, welcher auf dem Prinzip eines Gelenkarmroboters mit fünf Armen basiert und zwei Freiheitsgrade hat. Die Steuerstäbe (14) der Rotorblätter sind axial versetzt auf der Steuerwelle (2) angebracht. An den zwei Befestigungspunkten (17) kann der Steuerbefehl von je einem Servomotor (20) übertragen werden. Die eingeleitete Bewegung wird jeweils über die zwei Gelenkarme (16) und (18) auf die Steuerwelle (2) am Anbindungspunkt (19) übertragen, wobei die Gelenkarme miteinander über dünne Kugellager (15) verbunden sind. Die Bewegung der Steuerwelle (2) wird nun über ein weiteres flaches Kugellager an den Steuerstab (14) übertragen, welcher dann über ein Kugellager am Befestigungspunkt (12) die Pitchingbewegung des Rotorblattes (4) ausführen kann. Der Vorteil dieses Mechanismus ist, dass die Position der Steuerstäbe exakt kontrolliert werden kann. Somit kann mit diesem Mechanismus jeder Punkt in einer Ebene senkrecht zur Rotorachse angesteuert werden, was mit anderen Steuermechanismen häufig nicht möglich ist. Dadurch ist es möglich den Schubvektor beliebig in Betrag und Richtung durch lediglich eine Hauptsteuerwelle (2) vorzugeben.The control mechanism (32) is in 5 , 8th and 13 pictured. Each rotor is controlled via a so-called 2-RRR mechanism, which is based on the principle of an articulated robot with five arms and has two degrees of freedom. The control rods (14) of the rotor blades are mounted axially offset on the control shaft (2). The control command can be transmitted by a servo motor (20) at each of the two attachment points (17). The movement initiated is transmitted to the control shaft (2) at the connection point (19) via the two articulated arms (16) and (18), with the articulated arms being connected to one another via thin ball bearings (15). The movement of the control shaft (2) is now transmitted via another flat ball bearing to the control rod (14), which can then carry out the pitching movement of the rotor blade (4) via a ball bearing at the attachment point (12). The advantage of this mechanism is that the position of the control rods can be precisely controlled. This means that every point in a plane perpendicular to the rotor axis can be controlled with this mechanism, which is often not possible with other control mechanisms. This makes it possible to specify the thrust vector in any amount and direction using just one main control shaft (2).

Die Position der Servomotoren-Anbindungspunkte und die Länge der Gelenkarme des 2-RRR Mechanismus kann in einem Optimierungsverfahren weiter verfeinert werden, um Singularitäten im Betrieb zu vermeiden und um die Momente um die Servomotorwellen gering zu halten. Hierfür sind die Länge der Gelenkarme und der horizontale und vertikale Abstand (in einer Ebene senkrecht zur Steuerwelle) zwischen Servomotoren-Anbindungspunkt und der Rotorachse in einem Optimierungsverfahren zu wählen. Dieses Verfahren zum Optimieren des 2-RRR Mechanismus betrachtet ein Gebiet (51) und bewertet jeden Punkt innerhalb des Gebiets nach gewünschten Kriterien bezüglich bestimmter Eigenschaften (siehe unten) des Gelenkarms. Aus diesem Prozess ergibt sich ein Untergebiet (52), welches die gewünschten Eigenschaften aufweist. Beide Gebiete werden durch eine äußere Grenze (53) beschränkt, in der sich die Steuerwelle bewegen kann.The position of the servo motor connection points and the length of the articulated arms of the 2-RRR mechanism can be further refined in an optimization process to avoid singularities in operation and to keep the moments around the servo motor shafts low. For this, the length of the Articulated arms and the horizontal and vertical distance (in a plane perpendicular to the control shaft) between the servo motor connection point and the rotor axis in an optimization process. This method of optimizing the 2-RRR mechanism considers an area (51) and evaluates each point within the area according to desired criteria regarding certain properties (see below) of the articulated arm. This process results in a subarea (52) which has the desired properties. Both areas are limited by an outer boundary (53) within which the control shaft can move.

Die Position der äußeren Grenze (53) ist hauptsächlich abhängig von dem Innendurchmesser der dünnwandigen-Kugellager (28), dem Durchmesser der Kugellager-Aufnahme am Rumpf, sowie dem Durchmesser der Steuerwelle. In anderen Worten ist der Durchmesser des Kreises (53), welcher die äußere Grenze bildet gleich dem Innendurchmesser des Kugellagers minus zweimal der Dicke des Aufnahme-Rings am Rumpf minus dem Steuerstangendurchmesser.The position of the outer limit (53) is mainly dependent on the inner diameter of the thin-walled ball bearings (28), the diameter of the ball bearing holder on the fuselage, and the diameter of the control shaft. In other words, the diameter of the circle (53) which forms the outer boundary is equal to the inner diameter of the ball bearing minus twice the thickness of the receiving ring on the fuselage minus the control rod diameter.

Im Folgenden wird auf die Eigenschaften des Gelenkarms weiter eingegangen:

  1. 1) Der Anbindungspunkt (19) an die Steuerwelle (2) muss jeweils von den Gelenkarmen (18) erreichbar sein
  2. 2) Die Winkel θ1 und θ2 und γ1 und γ2 aus 13 sind beschränkt und dürfen einen Grenzwert nicht überschreiten
  3. 3) Die Winkel θ1 und θ2 müssen zwischen -60° und 60° liegen
  4. 4) Die Winkel γ1 und γ2 müssen innerhalb von 90°±45° liegen.
The characteristics of the articulated arm are discussed further below:
  1. 1) The connection point (19) to the control shaft (2) must be accessible from the articulated arms (18).
  2. 2) The angles θ 1 and θ 2 and γ 1 and γ 2 13 are limited and may not exceed a limit
  3. 3) The angles θ 1 and θ 2 must be between -60° and 60°
  4. 4) The angles γ 1 and γ 2 must be within 90°±45°.

Die erlaubt Werte für die Winkel γ1, γ2, θ1 und θ2 sind abhängig von den zu erwartenden Kräften, die von der Steuerwelle (2) übertragen werden und von den Servomotor-Eigenschaften. Außerdem sind die Winkel von der Festigkeit der Gelenkarme abhängig und müssen für jeden Einsatzfall individuell bestimmt werden.The permitted values for the angles γ 1 , γ 2 , θ 1 and θ 2 depend on the expected forces transmitted by the control shaft (2) and on the servo motor properties. In addition, the angles depend on the strength of the articulated arms and must be determined individually for each application.

In diesem Fall werden die Winkel θ1 und θ2 durch die Länge des Gelenkarms, der von den Servomotoren gedreht wird begrenzt: Je kleiner θ1 und θ2 sind, desto weiter müssen die Servomotoren drehen. Die Winkel γ1 und γ2 sind derart beschränkt, dass die senkrechte Komponente der Kraft auf den Gelenkarm begrenzt ist, sodass die Momente, die der Servomotor liefern muss, begrenzt bleiben.In this case, the angles θ 1 and θ 2 are limited by the length of the articulated arm that is rotated by the servo motors: the smaller θ 1 and θ 2 are, the further the servo motors have to rotate. The angles γ 1 and γ 2 are limited such that the vertical component of the force on the articulated arm is limited, so that the moments that the servo motor has to deliver remain limited.

Um die Steuerwelle genau an ihrem gewünschten Ort zu positionieren, sind die folgenden Gleichungen nötig:In order to position the control shaft exactly at its desired location, the following equations are necessary:

Die Positionssuche wird zunächst an der Koordinate des Orts (Px,Py) begonnen, welche zusammen mit den Koordinaten eines Verbindungspunkts zwischen Servomotor und Gelenkarm (17) erlaubt, einen Winkel ξ1, ξ 1 = arctan ( A s y + P s y A s x + P x ) ,

Figure DE102022114599A1_0001
und eine Länge Lp, L p = ( A s x P x ) 2 + ( A s y P y ) 2
Figure DE102022114599A1_0002
zu berechnen, die zusammen die Lösung des Winkels θ1 geben: θ 1 = 1 2 π + ξ 1 + arccos ( L 1 2 L 2 2 + L p 2 2 L 1 L p ) .
Figure DE102022114599A1_0003
The position search is first started at the coordinate of the location (P x , P y ), which, together with the coordinates of a connection point between the servo motor and the articulated arm (17), allows an angle ξ 1 ξ 1 = arctan ( A s y + P s y A s x + P x ) ,
Figure DE102022114599A1_0001
and a length Lp, L p = ( A s x P x ) 2 + ( A s y P y ) 2
Figure DE102022114599A1_0002
to calculate which together give the solution of the angle θ 1 : θ 1 = 1 2 π + ξ 1 + arccos ( L 1 2 L 2 2 + L p 2 2 L 1 L p ) .
Figure DE102022114599A1_0003

Durch eine ähnliche Berechnung bekommt man den Winkel ξ2, ξ 2 = arctan ( B s y + P y , B s x P x ) ,

Figure DE102022114599A1_0004
und die Länge LpB, L p B = ( B s x P x ) 2 + ( B s y P y ) 2 ,
Figure DE102022114599A1_0005
die zusammen die Lösung des Winkels θ2 geben: θ 2 = 1 2 π ξ 2 arccos ( L 3 2 L 4 2 + L p B 2 2 L 4 L p B ) .
Figure DE102022114599A1_0006
A similar calculation gives the angle ξ 2 , ξ 2 = arctan ( b s y + P y , b s x P x ) ,
Figure DE102022114599A1_0004
and the length L pB , L p b = ( b s x P x ) 2 + ( b s y P y ) 2 ,
Figure DE102022114599A1_0005
which together give the solution of the angle θ 2 : θ 2 = 1 2 π ξ 2 arccos ( L 3 2 L 4 2 + L p b 2 2 L 4 L p b ) .
Figure DE102022114599A1_0006

Anmerkung: Anstatt der arctan()-Funktion ist die arctan2()-Funktion zu bevorzugen, um Teilungen durch null zu vermeiden und die Gleichung in allen Quadranten einsetzen zu können.Note: Instead of the arctan() function, the arctan2() function is preferred in order to avoid divisions by zero and to be able to use the equation in all quadrants.

Die Variablen aus den obigen Gleichungen sind folgendermaßen definiert:

Asx, Asy
Koordinaten des linken (wie in 13 gezeigt) Servomotor-Anbindungspunkts (17) des 2-RRR Mechanismus;
Bsx, Bsy
Koordinaten des rechten (wie in 13 gezeigt) Servomotor-Anbindungspunkts (17) des 2-RRR Mechanismus;
L1
Länge des linken Gelenkarms am Servomotor des 2-RRR Mechanismus;
L2
Länge des linken Gelenkarms an der Steuerwelle des 2-RRR Mechanismus;
L3
Länge des rechten Gelenkarms an der Steuerwelle des 2-RRR Mechanismus;
L4
Länge des rechten Gelenkarms am Servomotor des 2-RRR Mechanismus;
Px, Py
x- und y-Koordinaten ((x) und (y) wie in 13 definiert) der gewünschten Position der Steuerwelle;
θ1
erforderlicher Winkel am linken Servomotor, um die gewünschte Position der Steuerwelle zu erreichen; und
θ2
Erforderlicher Winkel am rechten Servomotor, um die gewünschte Position der Steuerwelle zu erreichen.
The variables from the above equations are defined as follows:
Asx, Asy
Coordinates of the left (as in 13 shown) servo motor connection point (17) of the 2-RRR mechanism;
Bsx, Bsy
Coordinates of the right (as in 13 shown) servo motor connection point (17) of the 2-RRR mechanism;
L1
Length of the left articulated arm on the servo motor of the 2-RRR mechanism;
L2
Length of the left articulated arm on the control shaft of the 2-RRR mechanism;
L3
Length of the right articulated arm on the control shaft of the 2-RRR mechanism;
L4
Length of the right articulated arm on the servo motor of the 2-RRR mechanism;
Px, Py
x and y coordinates ((x) and (y) as in 13 defined) the desired position of the control shaft;
θ1
required angle on the left servo motor to achieve the desired position of the control shaft; and
θ2
Required angle on the right servo motor to achieve the desired position of the control shaft.

Dieses Verfahren kann für beide Seiten des Rotors oder Rotorverbands verwendet werden, um die vier nötigen Steuerwinkel des Fluggeräts zu bestimmen. Das gleiche Verfahren wird auch bei der Optimierung eines konventionellen 2-RRR Mechanismus benötig und verwendet.This procedure can be used for both sides of the rotor or rotor assembly to determine the four necessary control angles of the aircraft. The same procedure is also required and used when optimizing a conventional 2-RRR mechanism.

Für die Regelung des Rotorzustands werden hauptsächlich nur die vier Servomotoren verwendet, sodass die Steuerung durch die Bewegung der zwei Steuerwellen innerhalb des Kreisförmigen Bereichs der Kugellager-Aufnahmestruktur (60) des Rumpfes erfolgt. Da das Fluggerät für den Flugzustand des Schwebeflugs geeignet ist, wurden unter Referenz dieses Flugzustandes Steuerbord, Backbord, die vordere und die hintere „Richtung“ definiert und in der Nomenklatur angegeben. Diese Richtungen müssen nicht als obligatorische Flugrichtungen gelten. In der Haupausprägungsform ist der Vorwärtsflug stabiler, weil der aerodynamische Widerstand des Rumpfes in diesem Flugzustand den Drehmomenten entgegenwirkt. Anzumerken ist aber, dass der Nachlauf im Schwebe- oder Langsam-Flug nicht mit der Kabine, dem Rumpf oder der Struktur des Fluggeräts interagiert. Dies ist in 6 zu sehen, wo der Nachlauf dünn und ungefähr entgegen der Richtung des Schubs verläuft. Zur weiteren Kontrolle des Fluggeräts kann die Drehgeschwindigkeit des Rotors an die Abflugmasse, die hauptsächlich durch das Gewicht der Nutzlast und der Energiequelle beeinflusst wird, angepasst werden.Only the four servo motors are mainly used to control the rotor state, so that the control is carried out by the movement of the two control shafts within the circular area of the ball bearing receiving structure (60) of the fuselage. Since the aircraft is suitable for the hovering flight condition, starboard, port, front and rear “directions” were defined with reference to this flight condition and specified in the nomenclature. These directions do not have to be considered mandatory flight directions. In its main form, forward flight is more stable because the aerodynamic resistance of the fuselage counteracts the torques in this flight condition. It should be noted, however, that the wake in hover or slow flight does not interact with the cabin, fuselage or structure of the aircraft. This is in 6 to see where the wake is thin and roughly opposite to the direction of the thrust. To further control the aircraft, the rotation speed of the rotor can be adjusted to the takeoff mass, which is mainly influenced by the weight of the payload and the energy source.

Die Flugmanöver des Fluggeräts werden in der folgenden Tabelle erklärt: Backbord Seite Steuerbord Seite Px Py Px Py Gieren Ø +/- Ø -/+ Steigen Ø - Ø - Sinken Ø + Ø + Nicken nur mit Steuerung der Drehzahl und des maximalen Einstellwinkels der Blätter erreichbar (schwer) Schieben nur durch rollen erreichbar (einfach) Rollen +/- Ø -/+ Ø Vorwärtsflug + - - - Rückwärtsflug - - + - The flight maneuvers of the aircraft are explained in the following table: Port side Starboard side Px Py Px Py Yaw O +/- O -/+ Climb O - O - Sink O + O + Nod can only be achieved by controlling the speed and the maximum setting angle of the blades (difficult) Push only accessible by rolling (easy) roll +/- O -/+ O Forward flight + - - - Reverse flight - - + -

Anmerkungen zu der Tabelle: Px und Py sind jeweils auf beiden Seiten des Fluggeräts, Backbord und Steuerbord, wie in der 13 definiert und von außen des Fluggeräts entlang der Querachse (55) zu sehen. Wenn in zwei Spalten der gleichen Zeile die Zeichen +/zusammen mit den Zeichen -/+ verwendet werden, bedeutet dies, dass zwei Richtungen möglich sind und, dass entweder das erste Zeichen (vor dem /) oder das zweite Zeichen (nach dem /) verwendet wird (andere Kombinationen sind nicht zulässig). Die Flugmanöver in der Tabelle sind so dargestellt, als würde der Schubvektor entgegen einem Vektor zwischen Rotorachse und Steuerwelle wirken, der Winkel zwischen Schubvektor und dem Vektor zwischen der Rotorachse und der Steuerwelle beträgt also in Rotationsrichtung 180°. Tatsächlich ist der Winkel jedoch etwas größer, wie es in 6 zu sehen ist (hier eine Abweichung von 15° dargestellt). Der Winkel kann zudem von dem Bodeneffekt, der genauen Rotor-Geometrie (bspw. von der Seitenscheibe) und der Rumpfgeometrie (z.B. von der Verkleidung) abhängen und sollte darum auch an dem zu fertigenden Gerät gemessen werden, um die Steuerungsparameter anzupassen. Dieser Winkel kann zu einer Veränderung der zu erwartenden Bewegung des Fluggeräts führen, sodass bspw. bei einer Steuereingabe zum vertikalen Start des Fluggeräts der Rotor einen Schubvektor z.B. mit einer Neigung von 15° (in Drehrichtung (57) des Rotors) nach oben erzeugt.Notes on the table: Px and Py are on both sides of the aircraft, port and starboard, respectively, as shown in the 13 defined and can be seen from the outside of the aircraft along the transverse axis (55). If the +/characters are used together with the -/+ characters in two columns of the same row, it means that two directions are possible and that either the first character (before the /) or the second character (after the /) is used (other combinations are not permitted). The flight maneuvers in the table are shown as if the thrust vector were acting against a vector between the rotor axis and the control shaft, so the angle between the thrust vector and the vector between the rotor axis and the control shaft is 180° in the direction of rotation. However, the angle is actually slightly larger, as shown in 6 can be seen (here a deviation of 15° is shown). The angle can also depend on the ground effect, the exact rotor geometry (e.g. on the side window) and the fuselage geometry (e.g. on the fairing) and should therefore also be measured on the device to be manufactured in order to adjust the control parameters. This angle can lead to a change in the expected movement of the aircraft, so that, for example, when a control input is made to launch the aircraft vertically, the rotor generates a thrust vector, for example with an upward inclination of 15° (in the direction of rotation (57) of the rotor).

Die gegebene Bewegung der Position der Steuerwelle (Px, Py von jeder Rotor(verband)seite) zeigt die erforderliche Richtungsänderung die notwendig ist, um das Fluggerät in die gewünschte Bewegung zu bringen. Da die Hochachse (54) mit dem Rumpf um die Rotorachse oszillieren kann, bedeutet dies für den Piloten bzw. die Auslegung eines Flugreglers, dass der Winkel des Rumpfs gegenüber der Horizontalen zu berücksichtigen ist. Die Koordinatensysteme für die Gier-, Steig-, (usw.) Bewegungen sind immer auf die aktuelle Ausrichtung des Rumpfs und des Fluggeräts zu beziehen. Ausgenommen hiervon ist die Ausführungsform, welche die Batterie oder eine andere Last an dem Steuerungsmechanismus (2-RRR oder anders) befestigt, was dazu führt, dass der Pilot/Flugregler das Koordinatensystem in Bezug zu der Hoch- (54), Quer- (55) und Längsachse (56) der Batterie oder der Lasts setzen muss. Zusätzlich muss auch beachtet werden, dass die Gier-, Roll- und Nickbewegungen auf den Mittelpunkt der Rotorachse bezogen sind, was bedeutet, dass sich das Zentrum des Fluggeräts und die Fluggerät-Achse von 1 und 7 für diese Bewegungen mit einer Kombination von Rotation und Translation bewegen wird. Für Bewegungen, die eine Rotation um die Hoch- oder LängsAchse beinhalten (also Gieren und Rollen) ist Reaktion des Rotors mit einem Versatz von 90° des Rotors aufgrund des Gyro-Effekts zu erwarten. Bei der Erstellung der Steuertabelle wurde diese verspätete Reaktion bereits berücksichtigt. Es sind also die genannten Steuerbefehle (innerhalb kleiner aerodynamischer Abweichungen, wie oben beschrieben) ohne weitere Anpassungen zu verwenden.The given movement of the position of the control shaft (P x , P y from each rotor side) shows the required change in direction that is necessary to bring the aircraft into the desired movement. Since the vertical axis (54) can oscillate with the fuselage around the rotor axis, this means for the pilot or the design of a flight controller that the angle of the fuselage relative to the horizontal must be taken into account. The coordinate systems for the yaw, climb, (etc.) movements must always be related to the current orientation of the fuselage and the aircraft. The exception to this is the embodiment that attaches the battery or other load to the control mechanism (2-RRR or otherwise), which results in the pilot/flight controller changing the coordinate system with respect to the vertical (54), horizontal (55 ) and longitudinal axis (56) of the battery or load must be set. In addition, it must also be noted that the yaw, roll and pitch movements are related to the center of the rotor axis, which means that the center of the aircraft and the aircraft axis are from 1 and 7 for these movements will move with a combination of rotation and translation. For movements that involve rotation around the vertical or longitudinal axis (i.e. yaw and roll), the rotor reaction is to be expected with an offset of 90° of the rotor due to the gyro effect. This delayed reaction was already taken into account when the tax table was created. The control commands mentioned (within small aerodynamic deviations, as described above) can therefore be used without further adjustments.

Für einen Prototyp wurden die Rotorblätter (4), sowie die Stützprofile (10) und Steuerstäbe (14) mit einem 3D-Druckverfahren hergestellt, welche dann auf einer Rotorachse aus CFK angebracht wurden. Weitere denkbare Fertigungsverfahren für die 3D-gedruckten Bauteile sind die Fertigung aus Metall oder mittels Spritzgussverfahrens für Serienprodukte. Auch eine Anfertigung dieser Komponenten aus Holz oder Komposit-Materialien ist denkbar. Die Flügelprofile der Rotorblätter wurden im CAD-Entwurf als NACA0024 Profile ausgelegt. Im 3D-Druckverfahren schrumpft das Filament aus ABS ähnlichem Material, was schlussendlich zu einem NACA0026-ähnlichen Profil führt.For a prototype, the rotor blades (4), as well as the support profiles (10) and control rods (14) were manufactured using a 3D printing process, which were then attached to a CFRP rotor axle. Other conceivable manufacturing processes for 3D printed components include manufacturing from metal or using injection molding for series products. It is also conceivable that these components could be made from wood or composite materials. The wing profiles of the rotor blades were designed as NACA0024 profiles in the CAD design. In the 3D printing process, the filament made of ABS-like material shrinks, ultimately resulting in a profile similar to NACA0026.

Zu berücksichtigen sind ebenfalls die Fliehkräfte, welche hauptsächlich auf die Stützprofile und auf die Steuerstangen wirken. Die Oszillation des Anstellwinkels der Blätter führt zu wechselnden Lasten, die quadratisch mit der Drehzahl des Rotors und linear mit dem RotorRadius ansteigen. Um diese Lasten zu verkleinern ist es notwendig, dass das Rotorblatt so leicht wie möglich entworfen wird und dessen Schwerpunkt zwischen Pitch- (12) und Dreh- (11) Punkt liegt. Die weitere Theorie wird in der DE102017011890 ausreichend beschrieben.The centrifugal forces, which mainly act on the support profiles and the control rods, must also be taken into account. The oscillation of the angle of attack of the blades leads to changing loads that increase quadratically with the speed of the rotor and linearly with the rotor radius. In order to reduce these loads, it is necessary that the rotor blade is designed to be as light as possible and that its center of gravity lies between the pitch (12) and rotation (11) points. The further theory is in the DE102017011890 adequately described.

Für diese Neuerfindung ist das Verhältnis zwischen dem Abstand der Anbindungspunkte der Steuer- (12) und Antriebs- (11) Stange und das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des dünnwandigen Kugellagers des Steuerungsmechanismus und dem Durchmesser der Kugellager-Aufnahmestruktur (60) entscheidend. Zum einen führt ein großer Abstand zwischen den Anbindungspunkten der Steuer- (12) und Antriebs- (11) Stangen vorteilhafterweise zu geringeren Kräfte in den Steuerstangen. Jedoch führt ein größerer Abstand auch zu der Notwendigkeit einer größeren Bewegung der Steuerwelle um die gleiche Anstellwinkel-Funktion erreichen zu können. Dies führt wiederrum nachteiliger weise zu einem größeren dünnwandigen Kugellager um die Rotorachse.For this new invention, the ratio between the distance between the connection points of the control (12) and drive (11) rod and the ratio between the diameter of the thin-walled ball bearing of the control mechanism and the diameter of the ball bearing receiving structure (60) is crucial. On the one hand, a large distance between the connection points of the control (12) and drive (11) rods advantageously leads to lower forces in the control rods. However, a larger distance also results in the need for a larger movement of the control shaft to achieve the same angle of attack function. This in turn disadvantageously leads to a larger, thin-walled ball bearing around the rotor axis.

Die Dimensionen des Prototyps sind in der folgenden Tabelle, nur Beispielhaft, gegeben. Änderungen in z.B. der Ziel-Nutzlast und den Dimensionen des Rotors können die Absolut- und Relativgrößen verändern. Benennung oder Beschreibung Variable absolut Große (mm) relativ Große (-) Rotor Radius R 85,0 1,00 Profilsehne c 56,7 0,667 Abstand zwischen den Anbindungspunkten der Steuer- (12) und Antriebs- (11) Stange d 16,9 0,199 Abstand der Steuerwelle (2) e 10,0 0,118 Spannweite der Blätter b 85,0 1,00 Abstand zwischen dem Anbindungspunkt (11) der Antriebsstange und der Blattvorderkante 19,8 0,233 Abstand des Rotorblatt-Schwerpunkts von der Blattvorderkante 25,5 0,300 Abstand zwischen dem Anbindungspunkt (12) des Steuerstabs und der Blattvorderkante 36,7 0,432 Länge des Steuerstabs (14) I 85,6 1,01 Gelenkarm am Servomotor (16) 26,2 0,308 Gelenkarm an der Steuerwelle (18) 44,1 0,519 Horizontalabstand zwischen Servomotorwelle (17) und Steuerwelle (2) Dx (13) 45,4 0,534 Vertikalabstand zwischen Servomotorwelle (17) und Steuerwelle (2) Dy (13) 6,44 0,076 Durchmesser der Steuerwelle (2) 4,00 0,047 Abstand A (8) 48,5 0,571 Abstand C (8) 20,2 0,238 The dimensions of the prototype are given in the following table, as an example only. Changes in, for example, the target payload and the dimensions of the rotor can change the absolute and relative sizes. Naming or description variable absolute size (mm) relatively large (-) Rotor radius R 85.0 1.00 profile chord c 56.7 0.667 Distance between the connection points of the control (12) and drive (11) rod d 16.9 0.199 Control shaft distance (2) e 10.0 0.118 Span of leaves b 85.0 1.00 Distance between the connection point (11) of the drive rod and the leading edge of the blade 19.8 0.233 Distance of the rotor blade center of gravity from the leading edge of the blade 25.5 0.300 Distance between the connection point (12) of the control rod and the leading edge of the blade 36.7 0.432 Control rod length (14) I 85.6 1.01 Articulated arm on the servo motor (16) 26.2 0.308 Articulated arm on the control shaft (18) 44.1 0.519 Horizontal distance between servo motor shaft (17) and control shaft (2) D x ( 13 ) 45.4 0.534 Vertical distance between servo motor shaft (17) and control shaft (2) D y ( 13 ) 6.44 0.076 Control shaft diameter (2) 4.00 0.047 Distance A ( 8th ) 48.5 0.571 Distance C ( 8th ) 20.2 0.238

WEITERE AUSPRÄGUNGSFORMENOTHER FORMS

In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Fluggerät durch den bereits erwähnten Energieeffizienzgewinn aufgrund der Einsparungen im Antriebsvermögen zudem als ein Flugsportgerät mit einem Muskelkraft-Antrieb betrieben werden, wie es in 9 dargestellt ist. Das Flugsportgerät kann optional durch einen elektrischen Antrieb unterstützt werden.In a preferred embodiment, the aircraft can also be operated as an aircraft with a muscle power drive due to the energy efficiency gain already mentioned due to the savings in propulsion capacity, as in 9 is shown. The aviation equipment can optionally be supported by an electric drive.

Wenn die Antriebseinheit des Rotors (auch Muskelkraft-Antrieb denkbar) nicht direkt an der Rotorachse oder durch ein Zahnrad mit der Rotorachse verbunden ist, kann der Antrieb über eine Kette (44) oder einen Zahnriemen die Antriebslast auf die Rotorachse übertragen, wie es in 9 dargestellt ist. In dieser Ausführungsform wird ebenfalls ein ausgleichendes (Nick-) Moment durch den Antrieb erzeugt, wobei für den Muskelkraft-Antrieb dieses Gegendrehmoment durch das Einbringen einer Kraft in das Pedal erzeugt wird und über die Kette (44) an den Rotor übertragen wird. Für den Fall des Antriebs über eine Kette (44) ist jegliche Verbindung zwischen Rumpf und Rotorachse gelagert auszuführen. Für den Fall eines Muskelkraftantriebs muss der Mensch sich an der Rumpfstruktur festhalten, um somit die Kraft in das Pedal einbringen zu können. Sollte anstatt eines Muskelkraftantriebes ein Motor verwendet werden, kann das Moment eingebracht werden, indem der Motor fest mit dem Rumpf verbunden ist.If the drive unit of the rotor (muscle power drive is also conceivable) is not connected directly to the rotor axis or to the rotor axis through a gear, the drive can transfer the drive load to the rotor axis via a chain (44) or a toothed belt, as shown in 9 is shown. In this embodiment, a compensating (pitching) moment is also generated by the drive, with this counter-torque being generated for the muscle power drive by introducing a force into the pedal and being transmitted to the rotor via the chain (44). If the drive is via a chain (44), any connection between the fuselage and the rotor axis must be supported. In the case of muscle power propulsion, the person has to hold on to the trunk structure in order to apply the force to the pedal to be able to. If a motor is used instead of muscle power, the torque can be introduced by firmly connecting the motor to the hull.

In einer weiteren Ausprägungsform besteht das Fluggerät aus einem Hauptrotor in der Mitte und zwei Rotoren jeweils an den Seiten des Hauptrotors, wobei alle Rotoren auf einer Achse angeordnet sind, wie es in 10 dargestellt ist. Hierbei könnte der Hauptrotor mit einem größeren Durchmesser, als die Seitenrotoren ausgeführt sein. Alle drei Rotoren werden über einen einzelnen Motor angetrieben, wobei die Drehzahl des Hauptrotors über ein Getriebe oder durch einen Motorregler angepasst werden könnte. Weil die Aufgabe des Hauptrotors hauptsächlich in der Schuberzeugung und weniger in der Steuerung des Fluggerätes liegt, werden die Seitenrotoren von den Servomotoren angesteuert und der Hauptrotor lediglich über die Drehzahlvariation des Motors gesteuert.In a further embodiment, the aircraft consists of a main rotor in the middle and two rotors on each side of the main rotor, with all rotors being arranged on one axis, as shown in 10 is shown. The main rotor could be designed with a larger diameter than the side rotors. All three rotors are driven by a single motor, although the speed of the main rotor could be adjusted via a gearbox or by a motor controller. Because the task of the main rotor is primarily to generate thrust and less to control the aircraft, the side rotors are controlled by the servo motors and the main rotor is only controlled by varying the speed of the motor.

In einer weiteren Ausführungsform hängt die Batterie an der Steuerwelle, was dazu führt, dass der Steuerstab versucht, durch das Gewicht der Batterie immer die gleiche Position zu behalten, auch wenn der Rumpf oszilliert. Ein Beispiel dafür ist in 10 dargestellt. Dieses Konzept bietet den Vorteil, dass aufgrund der hohen Batteriemasse und der Unabhängigkeit der Batterieposition von der Rumpfposition, ein nahezu konstantes Steuerkommando, das zu einem nach oben gerichteten Schubvektor führt. Für eine Ausführungsform mit drei Rotoren, die in 10 und 11 dargestellt ist, kann so über diesen Ansatz eine konstante Schubvektorrichtung für den mittleren Zentralrotor vorgegeben werden, um die Nutzung kräftiger und energieintensiver Servomotoren zu sparen, wodurch dennoch ein stabiles Flugverhalten bei einer besseren Energieeffizienz zu erwarten ist.In a further embodiment, the battery is suspended from the control shaft, which results in the control rod trying to always maintain the same position due to the weight of the battery, even when the hull oscillates. An example of this is in 10 shown. This concept offers the advantage that, due to the high battery mass and the independence of the battery position from the fuselage position, an almost constant control command, which leads to an upward thrust vector. For an embodiment with three rotors, the in 10 and 11 is shown, this approach can be used to specify a constant thrust vector direction for the central central rotor in order to save the use of powerful and energy-intensive servo motors, which means that stable flight behavior with better energy efficiency can still be expected.

In einer erweiterten Ausführungsform wird aus Stabilitätsgründen auf beiden Rotorseiten ein Steuermechanismus angebracht. Der sonst in der bevorzugten Ausführungsform nur von einer Seite gesteuerte Rotor würde hohe Biege- und Torsionsmomente an den Flügeln erfahren, weshalb mittels dieser erweiterten Ausführungsform der Rotor an beiden Seiten abgestützt wird. Mittels dieser Erweiterung kann die Batterie auch an beiden Seiten des Flügels jeweils an der Steuerwelle befestigt werden, wodurch der Rotor von beiden Seiten abgestützt wird. Zusätzlich kann mittels einer Querverstrebung in Rotorachsenrichtung zwischen den beiden Steuerwellen eine zusätzliche Versteifung erreicht werden und eine Verwendung zusätzlicher Servomotoren kann vermieden werden. Stabilität ist besonders für den Zentralrotor von großer Bedeutung, da dieser die Hauptlasten aufnehmen soll. Dieses Konzept der Stabilisierung des Rotors durch die Nutzung von zwei Steuereinheiten je Rotor kann auch in den anderen Ausführungsformen genutzt werden.In an expanded embodiment, a control mechanism is installed on both sides of the rotor for reasons of stability. The rotor, which would otherwise only be controlled from one side in the preferred embodiment, would experience high bending and torsional moments on the blades, which is why the rotor is supported on both sides by means of this expanded embodiment. Using this extension, the battery can also be attached to the control shaft on both sides of the wing, thereby supporting the rotor from both sides. In addition, additional stiffening can be achieved by means of a cross brace in the rotor axis direction between the two control shafts and the use of additional servo motors can be avoided. Stability is particularly important for the central rotor, as it is supposed to absorb the main loads. This concept of stabilizing the rotor by using two control units per rotor can also be used in the other embodiments.

In einer weiteren bevorzugten Ausprägungsform kann auf den Transport von zusätzlichen Trimm- und Ausgleichsgewichten verzichtet werden, da der Schwerpunkt des Fluggerätes derart ausreichend weit vor dem Zyklorotor positioniert ist, sodass das durch die Nutzlast (43) aufgeprägte rückstellende Moment stets größer ist, als das wirkende Moment des Antriebs (58). Damit kann eine instabile Flugsituation vermieden werden. Das Vermeiden von Zusatzgewichten erhöht somit die Nutzlastkapazität des Fluggerätes.In a further preferred embodiment, the transport of additional trimming and balancing weights can be dispensed with since the center of gravity of the aircraft is positioned sufficiently far in front of the cyclorotor so that the restoring moment imposed by the payload (43) is always greater than the acting one Torque of the drive (58). This can avoid an unstable flight situation. Avoiding additional weights increases the payload capacity of the aircraft.

In einer weiteren bevorzugten Ausprägungsform werden mehr als zwei Rotoren achsenparallel zueinander angeordnet, sodass eine Steuerung des Fluggerätes um die Hoch- (54) und Längsachse (56) mittels des Erzeugens entgegengesetzter Schubvektoren der einzelnen Rotoren, wie in der Hauptausprägungsform möglich bleibt. Diese Ausprägung hat den Vorteil, dass so eine zusätzliche Gierstabilität durch aktive Regelung des Fluggerätes erzielt werden kann.In a further preferred embodiment, more than two rotors are arranged axes parallel to one another, so that control of the aircraft about the vertical (54) and longitudinal axis (56) by generating opposite thrust vectors of the individual rotors remains possible, as in the main embodiment. This feature has the advantage that additional yaw stability can be achieved through active control of the aircraft.

Ebenso kann sich zwischen den koaxial angeordneten Rotoren eine Kabine / ein Rumpf befinden.There can also be a cabin/fuselage between the coaxially arranged rotors.

Weitere Möglichkeiten als optionale Ausprägungsformen zur Steuerung des werden im Folgenden beschrieben und können auch mit dieser Ausprägungsform kombiniert werden. Further options as optional forms for controlling the are described below and can also be combined with this form.

Die axiale Versetzung der Steuerstangen aus der bevorzugten Ausführungsform kann durch einen direkten Antrieb (ohne eine Übersetzung) umgesetzt werden, wenn größere Kugellager an dem Anbindungspunkt zwischen den Steuerstangen und der Steuerwelle verwendet werden. Der Durchmesser des Kugellagers je Steuerstange würde jedoch ca. dem Innendurchmesser des Zahnkranzes aus der bevorzugten Ausführung entsprechen, weshalb diese Ausführung ineffizient wäre.The axial displacement of the control rods in the preferred embodiment can be implemented by a direct drive (without a gear ratio) if larger ball bearings are used at the connection point between the control rods and the control shaft. However, the diameter of the ball bearing per control rod would correspond approximately to the inner diameter of the ring gear from the preferred embodiment, which is why this embodiment would be inefficient.

In einer weiteren Ausführungsform, die vorzugweise für den Hauptrotor denkbar ist, befinden sich alle Steuerstäbe (14) in, oder nahezu in, einer Ebene senkrecht zur Rotorachse, wobei eine Steuerstange mit dem äußeren Steuerring (46) fest verbunden ist (50) und die anderen Steuerstangen an diesem Steuerring (46) gelagert sind (49). Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Motor die Leistung direkt auf die Rotorachse aufbringen kann und nicht wie in der bevorzugten Ausführungsform die Leistung über ein Zahnrad auf den Zahnkranz überträgt. Somit können hier aufgrund der Einsparung der Übersetzung Reibungsverluste eingespart werden. Mit dem äußeren Steuerring (46) sind prinzipiell drei Ausführungsform denkbar. Diese unterscheiden sich in den Freiheitsgraden der Steuerung, die dem Rotor zur Verfügung stehen. Es wird zwischen einem und zwei Freiheitsgraden unterschieden.In a further embodiment, which is preferably conceivable for the main rotor, all control rods (14) are located in, or almost in, a plane perpendicular to the rotor axis, with one control rod being firmly connected to the outer control ring (46) (50) and the other control rods are mounted on this control ring (46) (49). This embodiment has the advantage that the engine delivers the power directly to the Rotor axis can apply and does not transfer the power to the ring gear via a gear, as in the preferred embodiment. This means that friction losses can be saved here due to the savings in translation. In principle, three embodiments are conceivable with the outer control ring (46). These differ in the degrees of freedom of control available to the rotor. A distinction is made between one and two degrees of freedom.

Für die Ausführungsform mit einem Freiheitsgrad ist ein Bespiel von diesem Mechanismus ist in 11 dargestellt. Hier ist der äußere Ring an einer inneren Scheibe (31) gelagert, die wiederum an der Rotorachse gelagert ist, wie es in 11 dargestellt ist. Dies bietet den Vorteil, dass kein oder nur ein Servomotor zur Steuerung des inneren Rotors verwendet werden muss. Wie es in 11 dargestellt ist, sollte die Rotorachse nicht im Zentrum der inneren Steuerscheibe (31) gelagert sein (48), sondern mit einem Abstand, um einen Schubvektor erzeugen zu können. Diese innere Steuerscheibe kann passiv gesteuert werden, indem sie durch eine Verbindung (45) mit dem Rumpf oder einer massereichen Komponente (Batterie (7) oder Nutzlast (43)) durch die Gewichtskraft an einer Position gehalten wird. Dadurch können die Steuerstäbe zwar um die Rotorachse auf dem äußeren Ring des Kugellagers um die Rotorachse rotieren, die Schubvektorrichtung des Rotors ist jedoch fixiert.For the one degree of freedom embodiment, an example of this mechanism is shown in 11 shown. Here the outer ring is mounted on an inner disk (31), which in turn is mounted on the rotor axis, as shown in 11 is shown. This offers the advantage that no or only one servo motor has to be used to control the inner rotor. Like it in 11 is shown, the rotor axis should not be mounted (48) in the center of the inner control disk (31), but at a distance in order to be able to generate a thrust vector. This inner control disk can be passively controlled by being held in one position by the weight of a connection (45) to the fuselage or a high-mass component (battery (7) or payload (43)). This means that the control rods can rotate around the rotor axis on the outer ring of the ball bearing, but the thrust vector direction of the rotor is fixed.

In dieser Ausführungsform wird für den Steuermechanismus eines Rotors lediglich ein Servomotor eingesetzt. Für diesen Fall kann der Servomotor lediglich die Richtung des Schubvektors beeinflussen, während der Betrag des Schubvektors über die Drehzahl des Motors kontrolliert werden kann. Da der Steuermechanismus für diesen Fall nur einen Freiheitsgrad hat, ist das Fluggerät jedoch nicht mehr so einfach kontrollierbar, weil die Schubregelung über die Drehzahl des Motors vorgenommen wird und dies somit zu längeren Regelzeiten führt.In this embodiment, only a servo motor is used for the control mechanism of a rotor. In this case, the servo motor can only influence the direction of the thrust vector, while the magnitude of the thrust vector can be controlled via the speed of the motor. Since the control mechanism in this case only has one degree of freedom, the aircraft is no longer so easy to control because the thrust control is carried out via the speed of the engine and this therefore leads to longer control times.

Für eine Ausführungsform der Steuerung mit zwei Freiheitsgraden ist die innere Steuerscheibe (31) nicht mehr als Scheibe, sondern als Ring ausgeführt, der groß genug ist, sodass die Rotorwelle durch diesen hindurchgeführt werden kann. Dies ermöglicht eine Schubvektorsteuerung, sowohl in Betrag als auch Richtung. Hierfür kann ein x-y- oder 2-RRR-Mechanismus verwendet werden, um die Scheibe in einer Ebene senkrecht zur Rotorachse exakt zu positionieren. Hierbei ist der innere Steuerring (31) an dem äußeren Ring (46) gelagert, sodass der innere Steuerring (31) nicht rotiert. Eine Steuereingabe auf den Rotor ist möglich, indem der innere Steuerring (31) durch einen Mechanismus verschoben wird und damit über die Lagerung zwischen den Ringen die Translationsbewegung an den äußeren Steuerring (46) überträgt.For an embodiment of the control with two degrees of freedom, the inner control disk (31) is no longer designed as a disk, but as a ring that is large enough so that the rotor shaft can be guided through it. This enables thrust vector control, both in magnitude and direction. An x-y or 2-RRR mechanism can be used to precisely position the disk in a plane perpendicular to the rotor axis. The inner control ring (31) is mounted on the outer ring (46), so that the inner control ring (31) does not rotate. A control input to the rotor is possible by moving the inner control ring (31) using a mechanism and thus transmitting the translational movement to the outer control ring (46) via the bearing between the rings.

In den oben genannten Ausführungsformen mit einem und zwei Freiheitsgraden, kann ein Steuermechanismus an der inneren Steuerscheibe (31) oder dem inneren Steuerring (31) des Rotors befestigt werden. Das Steuersignal kann über ein U-Profil ausgehend von der Steuereinheit (z.B. einem 2-RRR Mechanismus) geleitet werden, welche über einen zusätzlichen Servomotor zur Steuerung des Zentralrotors verfügt.In the above one and two degrees of freedom embodiments, a control mechanism may be attached to the inner control disk (31) or the inner control ring (31) of the rotor. The control signal can be routed via a U-profile from the control unit (e.g. a 2-RRR mechanism), which has an additional servo motor to control the central rotor.

In einer weiteren Ausführungsform des Steuermechanismus wird ein x-y-Mechanismus (Funktionsprinzip eines Kreuztisches), anstatt eines 2-RRR Mechanismus verwendet, wobei der 2-RRR Mechanismus die bevorzugte Ausführungsform ist.In a further embodiment of the control mechanism, an x-y mechanism (functional principle of a cross table) is used instead of a 2-RRR mechanism, with the 2-RRR mechanism being the preferred embodiment.

Bei einer besonderen Ausführungsform besteht das Fluggerät aus lediglich einem Rotor mit einem Steuerungsmechanismus. Durch den auf dem erfindungsgemäßen Fluggerät positionierten Rotor ist es möglich, das Fluggerät in der Ebene senkrecht zur Rotorachse zu bewegen, wobei eine beliebige Flugrichtungsänderung von einem Winkel bis zu 360° in der Ebene durch den Pitching-Mechanismus durchgeführt werden kann. Vor allem bei einer starken Seitenwindkomponente oder auch bei einem großen Abstand des Schwerpunktes von der Ruhelage in Rotorachsenrichtung kann eine Stabilisierung um die Hochachse (54) nicht ohne weiteres gewährleistet werden, weshalb eine Seitenflosse bzw. ein Seitenruder genutzt wird, welches im Nachlauf des Rotors positioniert werden kann. Durch eine andere Ausprägungsform mit einem einzelnen Rotor kann die Steuerung des Fluggerätes um die Hochachse (54) mittels eines Propellers vorgenommen werden. Des Weiteren ist eine Ausführungsform denkbar, in der das Fluggerät mittels Führungsseilen vom Boden aus um die Hochachse (54) stabilisiert wird. Außerdem ist eine Stabilisierung des Fluggerätes um die Hochachse (54) durch eine Variation des Schwerpunktes z.B. durch die Verschiebung eines Trimmgewichtes oder der Batterie denkbar.In a special embodiment, the aircraft consists of only one rotor with a control mechanism. The rotor positioned on the aircraft according to the invention makes it possible to move the aircraft in the plane perpendicular to the rotor axis, with any change in flight direction from an angle up to 360° in the plane being able to be carried out by the pitching mechanism. Especially when there is a strong crosswind component or when the center of gravity is at a large distance from the rest position in the direction of the rotor axis, stabilization around the vertical axis (54) cannot be easily guaranteed, which is why a fin or rudder is used, which is positioned in the wake of the rotor can be. In another embodiment with a single rotor, the aircraft can be controlled around the vertical axis (54) using a propeller. Furthermore, an embodiment is conceivable in which the aircraft is stabilized from the ground about the vertical axis (54) using guide ropes. It is also conceivable to stabilize the aircraft around the vertical axis (54) by varying the center of gravity, for example by moving a trim weight or the battery.

In einer weiteren Ausprägungsform mit einem einzelnen Rotor werden flexible Rotorblätter verwendet, die entweder komplett oder nur im Bereich der Spannweitenmitte des Flügels flexibel sind. Diese Eigenschaft ermöglicht es, den Rotor von beiden Seiten unterschiedlich anzusteuern. Dadurch kann ein ähnlicher Effekt, wie bei der Kopplung von zwei Rotoren erreicht werden, wobei hier lediglich ein Rotor verwendet wird und die Blätter somit durchgängig sind. Bei der Eingabe unterschiedlicher Steuerbefehle werden die Rotorblätter in Spannweitenrichtung leicht tordiert. Dies kann beispielsweise zum Drehen des Fluggerätes um die Hochachse (54) nützlich sein. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist die komplette Abwesenheit der mittleren Randwirbel, was zu einer erhöhten Energieeffizienz führt.In a further embodiment with a single rotor, flexible rotor blades are used, which are either completely flexible or only flexible in the area of the mid-span of the wing. This property makes it possible to control the rotor differently from both sides. This allows a similar effect to be achieved as when coupling two rotors, although only one rotor is used here and the leaves are therefore continuous. When different control commands are entered, the rotor blades are slightly twisted in the span direction. This can be useful, for example, for rotating the aircraft about the vertical axis (54). An advantage of this embodiment is the complete absence of the central edge vortices, which leads to increased energy efficiency.

In einer weiteren Ausführungsform werden die Stützprofile (10), welche die Verbindung zwischen der Rotorachse und den Flügeln darstellen, durch eine Scheibe ersetzt. Diese Scheibe könnte beispielsweise aus CFK, Holz oder einer dünnen PLA platte bestehen. Des Weiteren kann die Scheibe sowohl mit Aussparungen für Gewichtseinsparungen oder als ausgefüllte Scheibe für eine bessere aerodynamische Effizienz ausgeführt sein. Eine Aussparung in der Mitte der Scheibe und eine ausgefüllte Scheibe an den Rändern würde den Vorteil haben, dass die Luft zwar durch den Rotor in axiale Richtung strömen kann, aber die Entstehung von Flügelrandwirbeln verringert werden würde. Es ist Anzumerken, dass bei einer nicht-kreisförmigen Ausführung des Rotorquerschnitts senkrecht zur Rotorachse die Scheibe die Form der nicht-kreisförmigen Rotorbahn annimmt. Außerdem sind Löcher in der Scheibe vorgesehen, welche die Anbindung zwischen Rotorblatt und Steuerstange (14) ermöglichen.In a further embodiment, the support profiles (10), which represent the connection between the rotor axis and the blades, are replaced by a disk. This disc could, for example, be made of CFRP, wood or a thin PLA plate. Furthermore, the disc can be designed with recesses for weight savings or as a filled disc for better aerodynamic efficiency. A recess in the middle of the disk and a filled disk at the edges would have the advantage that the air can flow through the rotor in the axial direction, but the formation of wing edge vortices would be reduced. It should be noted that with a non-circular design of the rotor cross section perpendicular to the rotor axis, the disk takes on the shape of the non-circular rotor track. Holes are also provided in the disk, which enable the connection between the rotor blade and the control rod (14).

In der bevorzugten Ausführungsform des Fluggerätes bewegen sich die Rotorblätter auf einer Kreisbahn (42) um die Rotorachse, was charakteristisch für das Konzept eines Zyklorotors ist. In einer weiteren Ausführungsform bewegen sich die Rotorblätter auf einer nicht-kreisförmigen Bahn, da das Grundprinzip des Fluggerätes weiterhin gültig ist, solange beim Drehen des Rotors ein nicht vernachlässigbares Moment (58) um die Rotorachse erzeugt wird und die Rotorachse parallel oder nahezu parallel zur Querachse (55) des Fluggeräts ist. Aus diesem Grund können die Rotorblätter statt auf traditionellen kreisförmigen Zyklorotor-Bahnen auch beispielsweise auf elliptischen bahnen rotieren. Dynamisch veränderbare Rotorbahnen werden in der US8540485B2 und der US11198507B2 beschreiben. Auch die US9580171B2 ( EP2858894B1 ) und die GB190906378A beschreiben langestreckte Schleifenpfade für Rotoren. Für diese Ausführungsform des Fluggerätes sind auch andere nicht kreisförmige geschlossene Bahnen nicht auszuschließen. Bei der Verwendung von nicht-kreisförmigen Rotorbahnen ist ein besserer aerodynamischer Leistungsgütegrad im Vergleich zu kreisförmigen Rotorbahnen zu erwarten.In the preferred embodiment of the aircraft, the rotor blades move in a circular path (42) around the rotor axis, which is characteristic of the concept of a cyclorotor. In a further embodiment, the rotor blades move on a non-circular path, since the basic principle of the aircraft continues to apply as long as a non-negligible moment (58) is generated around the rotor axis when the rotor rotates and the rotor axis is parallel or almost parallel to the transverse axis (55) of the aircraft. For this reason, the rotor blades can also rotate on elliptical paths instead of traditional circular cyclorotor paths. Dynamically changeable rotor orbits are used in the US8540485B2 and the US11198507B2 describe. Also the US9580171B2 ( EP2858894B1 ) and the GB190906378A describe long loop paths for rotors. Other non-circular closed paths cannot be ruled out for this embodiment of the aircraft. When using non-circular rotor orbits, better aerodynamic performance is expected compared to circular rotor orbits.

Eine beliebige nicht-kreisförmige Rotorbahn, wie sie in Anspruch 14 beschrieben ist, ist eine Rotorbahn, welche den parasitären aerodynamischen Widerstand eines Rotorprofils mittels der Anpassung des effektiven Anstellwinkels eliminiert. Um dies erreichen zu können, muss die lokale Anströmrichtung des Rotorblattes immer senkrecht zu dem gewünschten Rotorschubvektor zeigen, wobei im Schwebeflug der Schubvektor nach oben zeigt. Dies würde so zu einer abgerundeten dreieckigen Bahn führen, wobei sich das Rotorblatt an einer Seite des Dreiecks mit einem Einstellwinkel von 0° relativ zu der Rotorbahn und parallel zu der Schubrichtung bewegt (z.B. im Schwebeflug nach oben). Die Rotorblätter an den anderen zwei Seiten des Dreiecks bewegen sich jeweils entgegen der Schubrichtung (nach unten für den Schwebeflug). Für diese zwei Seiten des Dreiecks ist der Winkel der Bahn (zwischen den Schenkeln des Dreiecks) derart gewählt, dass die lokale Anströmrichtung an den Blättern senkrecht zur Schubrichtung ist. Zudem wird der Einstellwinkel der Blätter derart gewählt, dass der gewünschte Schub erzeugt werden kann. Die Transition zwischen den drei geraden Strecken der Bahn ist mithilfe von strömungsmechanischen Simulationen zu optimieren, um hohe Spannungen in der Struktur, sowie starke Sprünge in der Strömungsgeschwindigkeit zu verringern. Es ist anzumerken, dass die geraden Linien des Dreiecks auch z.B. als Spline-Basierte Bahn leicht gekrümmt sein könnten, um Sprünge der Geschwindigkeit am Rotorblatt, die von der Form der Bahn abhängig sind, zu vermeiden.Any non-circular rotor track as described in claim 14 is a rotor track which eliminates the parasitic aerodynamic drag of a rotor profile by adjusting the effective angle of attack. In order to achieve this, the local flow direction of the rotor blade must always point perpendicular to the desired rotor thrust vector, with the thrust vector pointing upwards when hovering. This would result in a rounded triangular path, with the rotor blade moving on one side of the triangle at a setting angle of 0° relative to the rotor path and parallel to the thrust direction (e.g. upwards in hover). The rotor blades on the other two sides of the triangle move in the opposite direction to the direction of thrust (downwards for hovering flight). For these two sides of the triangle, the angle of the path (between the legs of the triangle) is chosen such that the local flow direction on the blades is perpendicular to the thrust direction. In addition, the setting angle of the blades is selected such that the desired thrust can be generated. The transition between the three straight sections of the path must be optimized using fluid mechanics simulations in order to reduce high stresses in the structure and large jumps in flow velocity. It should be noted that the straight lines of the triangle could also be slightly curved, for example as a spline-based path, in order to avoid jumps in the speed of the rotor blade, which depend on the shape of the path.

In einer Ausführungsform werden die Nutzlast bzw. Große massereiche Komponenten über einen Haken (8) gelagert an dem Fluggerät angebracht. Auch eine Befestigung über eine seilartige Verbindung ist denkbar, was jedoch zu einer verminderten Flugstabilität führen würde. Des Weiteren könnte die Masse über eine feste Anbindung mit dem Rumpf verbunden sein, wie es in 10 dargestellt ist.In one embodiment, the payload or large, high-mass components are mounted on the aircraft via a hook (8). Fastening via a rope-like connection is also conceivable, but this would lead to reduced flight stability. Furthermore, the mass could be connected to the fuselage via a fixed connection, as in 10 is shown.

Um die Stabilität zu erhöhen kann in radiale Richtung der Rotorachse eine Platte angebracht werden, welche einen aerodynamischen Widerstand erzeugt, der dann Oszillationsbewegungen des Rumpfes bzw. der Nutzlast dämpft.In order to increase stability, a plate can be attached in the radial direction of the rotor axis, which creates aerodynamic resistance, which then dampens oscillatory movements of the fuselage or the payload.

In einer bevorzugten Ausprägungsform des Fluggerätes sind massereiche Bauteile (z. B. Motoren, Kraftstoff, Batterien und anderes ...) so zu positionieren, dass der Schwerpunkt (26) möglichst nahe an der Mitte der Rotorachse entlang der Querachse (55) und möglichst weit entfernt von der Rotorachse entlang die Längsachse (56) positioniert ist, um so eine Stabilität im Flug ohne Nutzlast zu garantieren.In a preferred embodiment of the aircraft, high-mass components (e.g. engines, fuel, batteries and others...) are to be positioned in such a way that the center of gravity (26) is as close as possible to the center of the rotor axis along the transverse axis (55) and as possible is positioned far away from the rotor axis along the longitudinal axis (56) in order to guarantee stability in flight without a payload.

In Anwendungsfällen, in denen das Fluggerät einen Flug ohne (Nutz-)Last (Leerflug) durchführt, werden die Rotormomente geringer, weshalb ein geringeres Gesamtgewicht des Rumpfs benötigt wird, um den Rotormomenten entgegenzuwirken. Nichtsdestotrotz ist es in diesen Anwendungsfällen notwendig, dass die Batterie, der Rumpf und andere Lasten so positioniert sind, dass die notwendigen Momente erreicht werden können. Eine mechanische oder elektrische Bewegung des Schwerpunkts mithilfe z.B. einem ausfahrbaren Arm ist in diesem Fall auch denkbar.In applications in which the aircraft performs a flight without (payable) load (idle flight), the rotor moments become lower, which is why a lower overall weight of the fuselage is required to counteract the rotor moments. Nevertheless, in these applications it is necessary that the battery, hull and other loads are positioned so that the necessary moments can be achieved. A mechanical or electrical movement of the center of gravity using, for example, an extendable arm is also conceivable in this case.

In einer weiteren bevorzugten Ausprägungsform ist der Schwerpunkt des Fluggerätes (26) benutzerdefiniert variabel. Die Position der Nutzlast kann hierbei mit einem Seilwindenmechanismus o.ä. vertikal und/oder horizontal verändert werden, um somit eine gewünschte Trimmung vorzunehmen.In a further preferred embodiment, the center of gravity of the aircraft (26) is variable in a user-defined manner. The position of the payload can be changed vertically and/or horizontally using a cable winch mechanism or similar in order to achieve the desired trim.

In einer weiteren bevorzugten Ausprägungsform ist der Schwerpunkt (26) des Fluggerätes durch eine benutzerdefinierte Variation der Position massereicher Komponenten des Fluggerätes (z.B. Kraftstoff, Batterie und anderes ...) veränderlich und kann hierbei mit einem Seilwindenmechanismus o.ä. vertikal und/oder horizontal verändert werden, um somit eine gewünschte Trimmung vorzunehmen.In a further preferred embodiment, the center of gravity (26) of the aircraft can be changed by a user-defined variation of the position of massive components of the aircraft (e.g. fuel, battery and others...) and can be adjusted vertically and/or horizontally using a cable winch mechanism or similar can be changed to achieve the desired trim.

Die Position des Schwerpunkts (26) ist in den Ansprüchen 3 und 6 sehr frei definiert, da diese von vielen Parametern abhängig ist. Das Ziel ist vor allem, dass das der Winkel (α) zwischen einer Linie (35), die durch die Rotorachse und den Schwerpunkt geht, und dem Lot (34) der Rotorachse zwischen 30° und 60° in allen vorgesehen Flugzuständen beträgt. Der Grund dafür ist, dass geringere Winkel die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass der Rumpf im Nachlauf des Rotors steht. Da der Rumpf sich beim Überschreiten eines Winkels von 90° möglicherweise in eine unkontrollierte Rotation begeben würde, führt eine Vergrößerung des Winkels über den beschriebenen Bereich hinaus zu einer Verringerung der Sicherheitsfaktor. Dazu hängt der Abstand (D) zwischen Rotorachse (3) und dem Schwerpunkt (26) sowohl von dem Drehmoment des Rotor(verband)s, als auch von dem Gewicht des Rumpfes ab. Das Drehmoment lässt sich in Abhängigkeit des Leistungsgütegrads des Rotor(verband)s beschreiben, wobei ein erhöhter Leistungsgütegrad (Effizienz) zu einem geringeren Moment führt. Deshalb könnte ein effizientes Fluggerät, das einen schweren Rumpf hat, sogar mit einem Abstand (D) von 0,5-mal dem mittleren Abstand zwischen der Achse (3) des Rotors (30) oder Rotorverbands (25) und dem Flügel-Anbindungspunkt (11) in einer Ebene beschrieben werden. Dieser mittlere Abstand zwischen der Achse (3) des Rotors (30) und dem Flügel-Anbindungspunkt (11) ist für einen Zyklorotor als Rotorradius bekannt. Eine gegensätzliche Ausführungsform wäre ein Fluggerät, das nur eine geringe Nutzlast trägt und einen sehr langen Rumpf, der beispielsweise aus dünnen CFK-Rohren besteht. In so einer Ausführungsform wäre ein Abstand (D) von bis zu 200-mal dem Rotorradius denkbar.The position of the center of gravity (26) is very freely defined in claims 3 and 6, as it depends on many parameters. The main goal is that the angle (α) between a line (35) that passes through the rotor axis and the center of gravity and the perpendicular (34) of the rotor axis is between 30° and 60° in all intended flight states. The reason for this is that lower angles increase the likelihood that the fuselage will be in the wake of the rotor. Since the fuselage would potentially enter an uncontrolled rotation if an angle of 90° was exceeded, increasing the angle beyond the described range leads to a reduction in the safety factor. The distance (D) between the rotor axis (3) and the center of gravity (26) depends on both the torque of the rotor (assembly) and the weight of the fuselage. The torque can be described depending on the performance quality of the rotor (assembly), with an increased performance quality (efficiency) leading to a lower torque. Therefore, an efficient aircraft that has a heavy fuselage could even have a distance (D) of 0.5 times the average distance between the axis (3) of the rotor (30) or rotor assembly (25) and the wing attachment point ( 11) can be described in one level. This average distance between the axis (3) of the rotor (30) and the blade connection point (11) is known as the rotor radius for a cyclorotor. An opposite embodiment would be an aircraft that only carries a small payload and a very long fuselage made, for example, of thin CFRP tubes. In such an embodiment, a distance (D) of up to 200 times the rotor radius would be conceivable.

Wie in Anspruch 9 beschrieben, sollte in einer Ausprägungsform der Abstand (C) zwischen dem Mittelpunkt der Verbindungspunkte (23) der Steuerstäbe (14) und dem am nächsten gelegenen Verbindungspunkt (19) nicht größer, wie der Abstand (A) zwischen den beiden Verbindungspunkten (19) der zwei Gelenkarme (18) sein. Der Grund dafür ist, dass die Momente auf die Servomotorwellen (17), die nicht um die Wellenachse wirken, soweit wie möglich zu eliminiert werden, während gleichzeitig auch die Momente um die Achse der Servomotorwelle minimiert werden sollen. Dass die resultierende Kraft der Steuerstäbe (14) ungefähr auf dem Mittelpunkt der Verbindungspunkte (23) wirkt, müssen die zwei Gelenkarme (18) sowohl der Kraft, als auch den Momenten entgegenwirken. Aus diesem Grund dient der Abstand (A) dazu, dass die oben genannten ungewünschten nicht-axial Momente vermieden werden. Je größer der Abstand (A) ist, desto geringer kann die Kraft am dem von den Verbindungspunkten (23) am weitest entferntesten Gelenkarm (18) sein und damit auch die dem am nächsten gelegenen Gelenkarm (18). Wenn der Abstand (A) groß genug ist können die Servomotoren kleiner dimensioniert werden und dazu kann ein schwacher Servomotor verwendet, um den am weitesten entfernten Gelenkarm (18) bewegen zu können.As described in claim 9, in one embodiment the distance (C) between the center of the connection points (23) of the control rods (14) and the closest connection point (19) should not be greater than the distance (A) between the two connection points (19) of the two articulated arms (18). The reason for this is that the moments on the servo motor shafts (17) that do not act around the shaft axis should be eliminated as much as possible, while at the same time the moments around the axis of the servo motor shaft should also be minimized. To ensure that the resulting force of the control rods (14) acts approximately at the center of the connection points (23), the two articulated arms (18) must counteract both the force and the moments. For this reason, the distance (A) serves to avoid the undesirable non-axial moments mentioned above. The larger the distance (A), the lower the force can be on the articulated arm (18) furthest away from the connection points (23) and thus also on the closest articulated arm (18). If the distance (A) is large enough, the servo motors can be made smaller and a weak servo motor can be used to move the furthest away articulated arm (18).

Weitere Ausführungsformen der Erfindung können Fachleuten unter der Berücksichtigung der Beschreibung und der Anwendung der hierin offenbarten Erfindung ersichtlich werden. Beispielsweise können Kugellager in den verschiedenen Ausführungsformen selbstverständlich auch durch andere Wälzlager ersetzt werden. Daher ist es beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele lediglich als exemplarisch betrachtet werden sollen, wobei der tatsächliche Umfang und Gegenstand der Erfindung durch die folgenden Ansprüche definiert wird.Further embodiments of the invention may become apparent to those skilled in the art upon consideration of the description and application of the invention disclosed herein. For example, ball bearings in the various embodiments can of course also be replaced by other rolling bearings. Therefore, it is intended that the description and examples be considered as exemplary only, with the true scope and subject matter of the invention being defined by the following claims.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST

11
Zahnkranz, nur an der Seite des Motors (21) benötigtSprocket, only needed on the side of the motor (21).
22
Steuerwellecontrol shaft
33
RotorachseRotor axis
44
Rotorblattrotor blade
55
Verbindungspunkt zwischen den zwei Rotorblättern (4) und dem Stützprofil (10) verbunden durch ein Kugellager je RotorblattConnection point between the two rotor blades (4) and the support profile (10) connected by a ball bearing for each rotor blade
66
Rumpfhull
77
BatteriegehäuseBattery case
88th
NutzlastaufnahmehakenPayload pick-up hook
99
Fester Verbindungspunkt zwischen der Rotorachse (3) und den Stützprofilen (10)Fixed connection point between the rotor axis (3) and the support profiles (10)
1010
Stützprofil, auch als Rotorarm bekannt und kann auch als Antriebsarm dienenSupport profile, also known as rotor arm and can also serve as a drive arm
1111
Verbindungspunkt zwischen dem Rotorblatt (4) und den Stützprofil (10) verbunden durch ein KugellagerConnection point between the rotor blade (4) and the support profile (10) connected by a ball bearing
1212
Verbindungspunkt zwischen dem Rotorblatt (4) und den Steuerstab (14) verbunden durch ein KugellagerConnection point between the rotor blade (4) and the control rod (14) connected by a ball bearing
1414
SteuerstabControl rod
1515
Gelagerter Verbindungspunkt zwischen den zwei Gelenkarmen (16) und (18)Bearing connection point between the two articulated arms (16) and (18)
1616
Der dem Servomotor (20) am nächsten gelegene GelenkarmThe articulated arm closest to the servo motor (20).
1717
Servomotorwelle bzw. fester Verbindungspunkt zwischen dem Servomotor (20) und dem Gelenkarm (16)Servo motor shaft or fixed connection point between the servo motor (20) and the articulated arm (16)
1818
Der der Steuerwelle (2) näher gelegene Gelenkarm (diese Nummer bezeichnet zwei Gelenkarme je Steuerwelle)The articulated arm closer to the control shaft (2) (this number indicates two articulated arms per control shaft)
1919
Gelagerter Verbindungspunkt zwischen Gelenkarm (18) und Steuerwelle (2)Bearing connection point between articulated arm (18) and control shaft (2)
2020
Servomotorservo motor
2121
AntriebselektromotorDrive electric motor
2222
Zahnrad zur Übertragung des Drehmoments vom (Haupt-) Antriebsmotor (21) auf den Zahnkranz (1)Gear for transmitting the torque from the (main) drive motor (21) to the ring gear (1)
2323
Verbindungspunkt zwischen Steuerwelle (2) und den Steuerstäben (14) jeweils einzeln verbunden durch ein KugellagerConnection point between the control shaft (2) and the control rods (14), each individually connected by a ball bearing
2424
Fluggerätaircraft
2525
RotorverbandRotor assembly
2626
Schwerpunkt des RumpfesCenter of gravity of the torso
2828
Rotorkugellager, das als Verbindung zwischen Rotor und Rumpf (6) an der Antriebsnabe (29) dientRotor ball bearing that serves as a connection between the rotor and the hull (6) on the drive hub (29).
2929
Antriebsnabedrive hub
3030
Cyclogyro-Rotor, ohne Steuermechanismus (32) gezeigtCyclogyro rotor, shown without control mechanism (32).
3131
Innere Steuerscheibe oder -ringInner control disc or ring
3232
2-RRR-Steuermechanismus2-RRR control mechanism
3434
Lot ausgehend von der RotorachsePlumb starting from the rotor axis
3535
Verbindungslinie von der Rotorachse (3) zu dem Schwerpunkt (26)Connecting line from the rotor axis (3) to the center of gravity (26)
3636
Abstand (36) innerhalb eines Rotorverbands (25) zwischen den Flügelspitzen (37) zweier Rotoren in Richtung der Rotorachse (3)Distance (36) within a rotor assembly (25) between the wing tips (37) of two rotors in the direction of the rotor axis (3)
3737
FlügelspitzenWingtips
3838
FlügelspannweiteWingspan
4242
Geschlossene Bahn, auf der sich die Flügel des Rotors bewegenClosed path on which the rotor blades move
4343
Nutzlastpayload
4444
KetteChain
4545
Verbindungsstange zwischen den äußeren Steuerring (46) und der Batterie (7)Connecting rod between the outer control ring (46) and the battery (7)
4646
Äußere SteuerringOuter control ring
4747
Dünnwandiges Kugellager zwischen der äußeren Steuerring (46) und der inneren Steuerscheibe (31)Thin-walled ball bearing between the outer control ring (46) and the inner control disk (31)
4848
Gelagerte Verbindung zwischen der Rotorachse (3) und der inneren Steuerscheibe (31)Beared connection between the rotor axis (3) and the inner control disk (31)
4949
Gelagerte Verbindung zwischen der äußeren Steuerscheibe (46) und der Steuerstange (14) (Verbindung jeweils an jeder Steuerstange der Steuerscheibe bis auf eine einzige Verbindung)Beared connection between the outer control disk (46) and the control rod (14) (connection on each control rod of the control disk except for a single connection)
5050
Feste Verbindung zwischen der äußeren Steuerscheibe (46) und der Steuerstange (14), wodurch die äußere Steuerscheibe (46) von der Steuerstange (14) um das Kugellager (47) gedreht wird (Verbindung existiert pro Steuereinheit nur einmal)Fixed connection between the outer control disk (46) and the control rod (14), whereby the outer control disk (46) is rotated by the control rod (14) around the ball bearing (47) (connection only exists once per control unit)
5151
Durch Optimieren zu erforschendes GebietArea to be explored by optimizing
5252
Untergebiet aus dem zu optimierenden Gebiet (51), das die gewünschten Eigenschaften erfülltSub-area from the area to be optimized (51) that meets the desired properties
5353
Maximale Größe des Kreises innerhalb des zu optimierenden Gebiets (51), in welchem sich die Steuerwelle (2) bewegen kannMaximum size of the circle within the area to be optimized (51) in which the control shaft (2) can move
5454
Hochachsevertical axis
5555
QuerachseTransverse axis
5656
LängsachseLongitudinal axis
5757
Rotor-DrehrichtungRotor rotation direction
5858
Das vom Rotor erzeugte, nicht zu vernachlässigende Drehmoment (es überwiegt die anderen Drehmomente des Rotors)The torque generated by the rotor, which is not negligible (it outweighs the other torques of the rotor)
6060
Aufnahme des dünnwandigen Kugellagers am RumpfMounting the thin-walled ball bearing on the fuselage
AA
Abstand zwischen den beiden Verbindungspunkten (19) der zwei Gelenkarme (18), die eine Verbindung mit der Steuerwelle (2) herstellenDistance between the two connection points (19) of the two articulated arms (18), which establish a connection with the control shaft (2).
AsAs
Position (x,y) des linken Verbindungspunkts (17) von Servomotor (20) und Gelenkarm (16) des rechten 2-RRR Mechanismus, wobei der Nullpunkt das Zentrum der Rotorachse (3) istPosition (x,y) of the left connection point (17) of the servo motor (20) and the articulated arm (16) of the right 2-RRR mechanism, where the zero point is the center of the rotor axis (3).
BsBs
Position (x,y) des linken Verbindungspunkts (17) von Servomotor (20) und Gelenkarm (16) des rechten 2-RRR Mechanismus, wobei der Nullpunkt das Zentrum der Rotorachse (3) istPosition (x,y) of the left connection point (17) of the servo motor (20) and the articulated arm (16) of the right 2-RRR mechanism, where the zero point is the center of the rotor axis (3).
CC
Abstand zwischen dem Mittelpunkt aller Verbindungspunkte (23) der Steuerstäbe (14) von einer Steuereinheit und dem am nächsten gelegenen Verbindungspunkt (19) eines Gelenkarms (18) zu der Steuerwelle (2)Distance between the center of all connection points (23) of the control rods (14) from a control unit and the closest connection point (19) of an articulated arm (18) to the control shaft (2)
DD
Abstand zwischen der Rotorachse (3) und dem Schwerpunkt (26) in einer Ebene senkrecht zur RotorachseDistance between the rotor axis (3) and the center of gravity (26) in a plane perpendicular to the rotor axis
DxDx
Abstand in x-Richtung zwischen der Steuerwelle und der ServomotorwelleDistance in x direction between the control shaft and the servo motor shaft
DyDy
Abstand in y-Richtung zwischen der Steuerwelle und der ServomotorwelleDistance in y direction between the control shaft and the servo motor shaft
FgFg
Richtung der SchwerkraftDirection of gravity
LL
Richtung der Auftriebskraft bzw. SchubDirection of the buoyancy force or thrust
PP
Gewünschte Position (x,y) der Steuerwelle zur Berechnung der Drehwinkel der Servomotorwellen, wobei der Nullpunkt das Zentrum der Rotorachse istDesired position (x,y) of the control shaft for calculating the angle of rotation of the servo motor shafts, where the zero point is the center of the rotor axis
XX
Längsachse (56), wobei der Pfeil in die Vorwärtsrichtung zeigtLongitudinal axis (56), with the arrow pointing in the forward direction
xx
lokale Achse zur Berechnung der Drehwinkel der ServomotorwellenLocal axis for calculating the rotation angles of the servo motor shafts
YY
Querachse (55), wobei der Pfeil in Richtung Steuerbord zeigtTransverse axis (55), with the arrow pointing towards starboard
yy
lokale Achse zur Berechnung der Drehwinkel der ServomotorwellenLocal axis for calculating the rotation angles of the servo motor shafts
ZZ
Hochachse (54), wobei der Pfeil in Richtung Boden zeigtVertical axis (54), with the arrow pointing towards the ground
αα
Winkel zwischen einer Verbindungslinie von der Rotorachse (3) zu dem Schwerpunkt (26) und dem Lot der Rotorachse.Angle between a connecting line from the rotor axis (3) to the center of gravity (26) and the perpendicular of the rotor axis.
γ1, γ2γ1, γ2
Winkel zwischen die zwei Gelenkarme eines ServomotorsAngle between the two articulated arms of a servo motor
θ1, θ2θ1, θ2
Drehwinkel der Servomotorwelle um die z-AchseAngle of rotation of the servo motor shaft around the z-axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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  • R. Gibbens, J. Boschma und C. Sullivan: „Construction and testing of a new aircraft cycloidal propeller“, 13th Lighter-Than-Air Systems Technology Conference, American Institute of Aeronautics and Astronautics, June 1999 [0013]R. Gibbens, J. Boschma and C. Sullivan: “Construction and testing of a new aircraft cycloidal propeller”, 13th Lighter-Than-Air Systems Technology Conference, American Institute of Aeronautics and Astronautics, June 1999 [0013]
  • J. H. Boschma: „Cycloidal propulsion for UAV VTOL applications“, SBIR Topic Number N98-022, Report prepared for the government technical liaison naval air warfare center - aircraft division, by Bosch Aerospace, November 1998 [0013]J. H. Boschma: “Cycloidal propulsion for UAV VTOL applications”, SBIR Topic Number N98-022, Report prepared for the government technical liaison naval air warfare center - aircraft division, by Bosch Aerospace, November 1998 [0013]

Claims (16)

Fluggerät (24), umfassend - einen Rotor (30), bestehend aus zumindest einem Flügel (4), der auf einer geschlossenen Bahn (42) um die Drehachse (3) des Rotors (30) drehbar ist, während die Achse des Flügels in Spannweitenrichtung (Flügelquerachse) parallel zur Drehachse (3) bleibt; - eine schwenkbare Lagerung eines Rotorflügels (4) um den Flügel-Anbindungspunkt (11) am Rotor; - einen Mechanismus zum variieren des Anstellwinkels eines Rotorflügels (4) relativ zu und entlang der geschlossenen Bahn (42); und - einen Fluggeräterumpf (6), umfassend Nutzlasten oder auch den Nutzlastenanbindungspunkt (8,43); dadurch gekennzeichnet, dass - das Fluggerät (24) über einen einzelnen Rotor (30) verfügt, - oder alle Rotoren des Fluggerätes (24) dieselbe Drehrichtung (57) haben und entweder mechanisch fest oder durch ein Getriebe zusammengekoppelt sind, um ein Rotorverband (25) zu bilden.Aircraft (24), comprising - a rotor (30), consisting of at least one wing (4), which can be rotated on a closed path (42) about the axis of rotation (3) of the rotor (30), while the axis of the wing is in Span direction (wing transverse axis) remains parallel to the axis of rotation (3); - a pivotable mounting of a rotor blade (4) around the blade connection point (11) on the rotor; - a mechanism for varying the angle of attack of a rotor blade (4) relative to and along the closed path (42); and - an aircraft fuselage (6), comprising payloads or the payload connection point (8, 43); characterized in that - the aircraft (24) has a single rotor (30), - or all rotors of the aircraft (24) have the same direction of rotation (57) and are either mechanically fixed or coupled together by a gear to form a rotor assembly (25 ) to build. Fluggerät (24) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluggeräterumpf (6) in mindestens einem Anbindungspunkt (28,60) an dem Rotor (30) oder Rotorverband (25) durch eine direkte Lagerung (28) oder einen Motor (21) gelagert ist, sodass eine relative Rotation von Rotor (30) oder Rotorverband (25) und Fluggeräterumpf (6) um die Achse (3) des Rotors oder Rotorverbands möglich ist.Aircraft (24) after Claim 1 , characterized in that the aircraft fuselage (6) is mounted in at least one connection point (28,60) on the rotor (30) or rotor assembly (25) by a direct bearing (28) or a motor (21), so that a relative rotation of the rotor (30) or rotor assembly (25) and aircraft fuselage (6) around the axis (3) of the rotor or rotor assembly is possible. Fluggerät (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Fluggeräterumpfes (6) und der Achse (3) des Rotors (30) oder Rotorverbands (25) zwischen 0,5 und 200 mal dem mittleren Abstand zwischen der Achse (3) des Rotors (30) oder Rotorverbands (25) und dem Flügel-Anbindungspunkt (11) in einer Ebene entspricht.Aircraft (24) according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the center of gravity of the aircraft fuselage (6) and the axis (3) of the rotor (30) or rotor assembly (25) is between 0.5 and 200 times the average distance between the axis (3) of the rotor (30) or rotor assembly (25) and the blade connection point (11) in one plane. Fluggerät (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer besonderen Ausführungsform mit mindestens zwei Rotoren (30) die Rotoren axial zueinander an einer einzelnen Rotorachse (3) angeordnet sind, wobei die Rotorachse (3) nicht zwangsläufig durchgängig sein muss, und der Rotorverband von einem einzelnen Antrieb angetrieben wird.Aircraft (24) according to one of the preceding claims, characterized in that in a special embodiment with at least two rotors (30), the rotors are arranged axially to one another on a single rotor axis (3), the rotor axis (3) not necessarily having to be continuous , and the rotor assembly is driven by a single drive. Fluggerät (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (36) innerhalb eines Rotorverbands (25) zwischen den Flügelspitzen (37) zweier Rotoren in Richtung der Rotorachse (3) zwischen 0% und 10% der Flügelspannweite (38) beträgt.Aircraft (24) according to one of the preceding claims, characterized in that the distance (36) within a rotor assembly (25) between the wing tips (37) of two rotors in the direction of the rotor axis (3) is between 0% and 10% of the wingspan (38 ) amounts. Fluggerät (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt (26) des Fluggeräterumpfes während dem stabilen Schwebeflug-Zustand derart unterhalb der Rotorachse (3) positioniert ist, dass der Winkel (α) in Gegenrichtung der Rotordrehrichtung (57) zwischen einer Verbindungslinie (35) von der Rotorachse (3) zu dem Schwerpunkt (26) und dem Lot (34) ausgehend von der Rotorachse (3) zwischen 30° und 60° beträgt.Aircraft (24) according to one of the preceding claims, characterized in that the center of gravity (26) of the aircraft fuselage is positioned below the rotor axis (3) during the stable hovering state in such a way that the angle (α) is in the opposite direction of the rotor rotation direction (57) between a connecting line (35) from the rotor axis (3) to the center of gravity (26) and the perpendicular (34) starting from the rotor axis (3) is between 30° and 60°. Fluggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus zum variieren des Flügel-Anstellwinkels relativ zu der geschlossenen Bahn (42) aus einer Steuerstange (14) und einer Lagerung am Anbindungspunkt (12) des Flügels (4), sowie einer gelagerten Anbindung der Steuerstange (14) an den Zentralsteuermechanismus (2 oder 46) besteht.Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanism for varying the wing angle of attack relative to the closed path (42) consists of a control rod (14) and a bearing at the connection point (12) of the wing (4), as well as a mounted one There is a connection between the control rod (14) and the central control mechanism (2 or 46). Fluggerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zentralsteuermechanismus (2 oder 46), und damit indirekt auch die Steuerstäbe (14), durch einen horizontalen Gelenkarmroboter-Mechanismus mit 5 Armen (2-RRR) ( 5) angesteuert werden, wobei die Position der Steuerwelle (2) hierbei jeweils von zwei Gelenkarmpaaren (16 und 18) mit jeweils einem Servomotor (20) bewegt wird.aircraft Claim 7 , characterized in that each central control mechanism (2 or 46), and thus indirectly also the control rods (14), is controlled by a horizontal articulated robot mechanism with 5 arms (2-RRR) ( 5 ) are controlled, the position of the control shaft (2) being moved by two pairs of articulated arms (16 and 18), each with a servo motor (20). Fluggerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (C) zwischen dem Mittelpunkt der Verbindungspunkte (23) der Steuerstäbe (14) und dem am nächsten gelegenen Verbindungspunkt (19) nicht größer, wie der Abstand (A) zwischen den beiden Verbindungspunkten (19) der zwei Gelenkarme (18) ist.aircraft Claim 8 , characterized in that the distance (C) between the center of the connection points (23) of the control rods (14) and the closest connection point (19) is not greater than the distance (A) between the two connection points (19) of the two Articulated arms (18). Fluggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuermechanismus zum variieren des Anstellwinkels relativ zu der geschlossenen Bahn, welcher unter anderem die Steuerstange (14) und die Servomotoren beinhalten kann, für jeden Rotor separat ausgeführt ist.Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that the control mechanism for varying the angle of attack relative to the closed path, which can include, among other things, the control rod (14) and the servo motors, is designed separately for each rotor. Fluggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung mehrerer Flügel (4) pro Rotor jeweils benachbarte Flügel (4) eines Rotors (30) in der Form identisch sind und der Winkel zwischen benachbarten Antriebsstangen (13) innerhalb eines Rotors jeweils gleich ist.Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that when using several blades (4) per rotor, adjacent blades (4) of a rotor (30) are identical in shape and the angle between adjacent drive rods (13) within each rotor is equal to. Fluggerät (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät nur einen Rotor (30) hat.Aircraft (24) according to one of the preceding claims, characterized in that the aircraft has only one rotor (30). Fluggerät (24) nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät zwei Rotoren (30) auf einem einzelnen Rotorverband (25) umfasst.Aircraft (24) after Claim 1 until 11 , characterized in that the aircraft comprises two rotors (30) on a single rotor assembly (25). Fluggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rotorblätter (4) auf einer Bahn, die die Form eines abgerundeten Dreiecks hat, um die Rotorachse (3) bewegen.Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor blades (4) move around the rotor axis (3) on a path which has the shape of a rounded triangle. Fluggerät nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rotorblätter (4) auf einer Kreisbahn um die Rotorachse (3) bewegen.aircraft Claim 1 until 13 , characterized in that the rotor blades (4) move in a circular path around the rotor axis (3). Fluggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Rotor(en) ein Cyclogyro-Rotor(en) (30) ist / sind.Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor(s) is/are a cyclogyro rotor(s) (30).
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