DE102022114599A1 - aircraft - Google Patents
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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
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
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
Aus der
Aus der
Die
Als weiteres historisches Patent zum Thema „Kranhubschrauber“ mit einem konventionellen Helikopter ist die
Die historische Patentschrift
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
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.
-
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
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
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
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
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) Der Anbindungspunkt (19) an die Steuerwelle (2) muss jeweils von den Gelenkarmen (18) erreichbar sein
- 2) Die Winkel θ1 und θ2 und γ1 und γ2 aus
13 sind beschränkt und dürfen einen Grenzwert nicht überschreiten - 3) Die Winkel θ1 und θ2 müssen zwischen -60° und 60° liegen
- 4) Die Winkel γ1 und γ2 müssen innerhalb von 90°±45° liegen.
- 1) The connection point (19) to the control shaft (2) must be accessible from the articulated arms (18).
- 2) The angles θ 1 and θ 2 and γ 1 and γ 2
13 are limited and may not exceed a limit - 3) The angles θ 1 and θ 2 must be between -60° and 60°
- 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,
Durch eine ähnliche Berechnung bekommt man den Winkel ξ2,
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.
- 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
Die Flugmanöver des Fluggeräts werden in der folgenden Tabelle erklärt:
Anmerkungen zu der Tabelle: Px und Py sind jeweils auf beiden Seiten des Fluggeräts, Backbord und Steuerbord, wie in der
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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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