WO2015089679A1 - Vertical takeoff and landing aircraft (vtol) - Google Patents

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WO2015089679A1
WO2015089679A1 PCT/CH2014/000167 CH2014000167W WO2015089679A1 WO 2015089679 A1 WO2015089679 A1 WO 2015089679A1 CH 2014000167 W CH2014000167 W CH 2014000167W WO 2015089679 A1 WO2015089679 A1 WO 2015089679A1
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WO
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rotor
fuselage
vtol aircraft
aircraft according
aircraft
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Application number
PCT/CH2014/000167
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German (de)
French (fr)
Inventor
Raphaël CONCA-GARCIA
Original Assignee
Conca-Garcia Raphaël
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Conca-Garcia Raphaël filed Critical Conca-Garcia Raphaël
Publication of WO2015089679A1 publication Critical patent/WO2015089679A1/en

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B64C29/0008Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded
    • B64C29/0016Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers
    • B64C29/0033Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers the propellers being tiltable relative to the fuselage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04Helicopters
    • B64C27/12Rotor drives
    • B64C27/16Drive of rotors by means, e.g. propellers, mounted on rotor blades
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C2211/00Modular constructions of airplanes or helicopters

Definitions

  • VERTICAL AIRCRAFT (VTOL)
  • the invention relates to a VTOL aircraft.
  • a VTOL aircraft (“vertical take-off and landing aircraft”) or hybrid aircraft is an aircraft that can take off and land vertically and without a runway, which, in contrast to helicopters, also has rigid wings, which in horizontal flight with sufficient Propulsion generate lift.
  • VTOL aircraft are able to make a transition between vertical hovering (with the possibility of stationary hovering) and faster, and usually more economical, level flight during the flight. They are thus more economical than helicopters and more versatile than surface aircraft.
  • the invention relates to the field of VTOL aircraft with rigid wings and rotary blades, so with one or more propellers, which are arranged rotatably about one or more axes and generally have a large diameter, ie in the form of rotors, wing screws or rotatable wings.
  • the US 2,437,330 shows an aircraft with a fuselage and in a front region of the fuselage pivotally arranged wings.
  • a rotor is pivotable forwards about a transverse axis, so that it perceives the role of a conventional propulsion propeller in horizontal flight, while rotating in vertical flight in the manner of a helicopter rotor about a substantially vertical axis.
  • a tail rotor balances the torque of the main rotor like a helicopter.
  • the aircraft is relatively large and has a complex structure.
  • the control is difficult. Due to the mechanical power transmission between the main and tail rotor results in a limited usable space.
  • WO 2005/039973 A2 shows an aircraft with a rotor provided with a vertical unit, which is arranged via a linkage pivotally mounted on a gondola-like loading unit for receiving a load.
  • the rotor is pivotally mounted on the linkage.
  • a wing unit is attached to the linkage, which generates lift.
  • This Fiug réelle has due to its design only a limited true horizontal flight capability.
  • the large rotor and the wing unit separated from the loading unit lead to an unstable position in the landed state; if necessary, special ground-based equipment is necessary to achieve a stable position, which greatly restricts the flexible use of the device.
  • a stable flight behavior is also achieved only by a arranged on the charging unit stabilization unit, which also results in a complex structure.
  • the object of the invention is to provide a the technical field mentioned above belonging VTOL aircraft, which has a simple structure and a stable flight behavior.
  • the VTOL aircraft comprises:
  • each one propeller is rotatably mounted on each main wing about a horizontal longitudinal axis
  • a rotor having at least two rotor blades, wherein the rotor is arranged on a pivotally mounted about a transverse axis on the fuselage rotor carrier.
  • the axis of rotation of the propeller is preferably fixed relative to the orientation of the fuselage and always parallel to the longitudinal axis of the aircraft, resulting in a particularly simple structure.
  • the propellers can also be pivotable about an axis (in particular transversely to the main flight direction). It is central that they can assume an orientation in which their axis of rotation substantially corresponds to the mentioned horizontal longitudinal axis.
  • the terms “horizontal”, “vertical”, “longitudinal axis”, “transverse axis” and “vertical axis” are used here used in the following sense:
  • the VTOL aircraft can start vertically, ie in the vertical direction (in the direction of the vertical axis), but also move from one location to another at a substantially constant altitude, ie in a horizontal direction.
  • the longitudinal axis of the aircraft or of the fuselage corresponds in the second case to the direction of flight.
  • the transverse axis is perpendicular to the longitudinal axis and defines together with this a horizontal plane.
  • the main wings are preferably attached to the side of the fuselage. As a result, the hull is accessible from above and below, which allows flexible use.
  • the at least two propellers are preferably arranged in an end region of the main wing. This results in particularly stable flight characteristics and reduced edge vortex resistance. Because of the vertical take-off and landing, the area of the main wings can be greatly reduced, so that a span between the preferred lateral propeller positions is sufficient anyway.
  • the rotor can advantageously be pivoted from a substantially vertical position about the transverse axis to the rear in a substantially horizontal position. In the horizontal position, the (essentially vertical) plane spanned by the rotor blades is thus arranged behind the fuselage. The pilot's view is not affected forward in this configuration in any position of the rotor. In addition, advantageous flight characteristics, in particular at the transition between vertical and horizontal flight and vice versa result.
  • the main wings advantageously have a symmetrical profile (analogous to the profile of the wings of a jet fighter). Due to the VTOL capabilities and the buoyancy performance of the hull, the surface lift is sufficient, this design also results in a small silhouette with correspondingly low air resistance.
  • the aircraft according to the invention thus enables economical operation in horizontal flight.
  • the angle of attack of the rotor blades is adjustable. In vertical flight, the angle of attack of the rotor blades is advantageously coupled to the position of the elevator. In this way, the height in hovering can be easily controlled or changed (Pitch Control).
  • the inventive construction of the VTOL aircraft is particularly simple and thus cost feasible. It allows self-stabilization and thus easy handling with safe flight characteristics. Due to its foldability, the rotor can be used to assist propulsion and it offers low air resistance in horizontal flight. So it is possible to travel at high speeds with low engine power. In addition, the rotor can have a relatively large vertical distance to the fuselage in vertical flight, which results in stable flight characteristics and simplifies loading and loading.
  • an adjustable rudder is dispensed with.
  • the appropriate control can be done by taking different positions of the propeller blades of the two laterally arranged propeller.
  • the aircraft comprises a fork-shaped pivot lever, which is pivotally mounted on the hull, wherein at a free end of the rotor arm is arranged.
  • the fork shape allows an arrangement of the bearing points of the pivot lever as far outside as possible. In the middle there is space left, which can be used.
  • the pivot lever may be pivotally mounted on the body with a first end which is opposite the free end.
  • the bearing can also be located in a central region of the pivot lever.
  • the pivot lever is mounted on two bearing points in laterally outer regions of the fuselage, so that between the bearing points a useful space is recessed, which is available independently of a pivot position of the pivot lever.
  • the entire hull width thus remains usable - regardless of the pivoting position of the pivot lever. In contrast to known solutions, this results in an enlarged usable space, which can also be used very flexibly. Due to the central arrangement of the work space, relatively large and / or heavy objects can be safely transported.
  • the pivot lever is mounted in the center of the fuselage.
  • the pivot lever - with appropriate dimensioning - is mounted on one side only laterally on the hull.
  • the useful space is designed as a receiving space for one or more useful modules, in particular passenger and / or payload modules.
  • the aircraft can thus be equipped as part of the production, but possibly also later, as needed with a corresponding utility module.
  • a payload module is conceivable, which essentially fills the entire usable space. Otherwise, the payload module is equipped with a cab for one (or more) pilots.
  • the payload module may comprise a lifting device, so that objects can also be picked up, for example, in the hovering flight of the aircraft from the ground.
  • the hull comprises fastening devices for simple and secure attachment of the module or modules and interfaces for the transmission of energy and data, in particular control and control data.
  • the hull is shaped like a frame.
  • the bearings of a fork-shaped pivot lever are then arranged laterally on the frame, while the Nutzmodule can be used in the frame.
  • the result is a light but stable hull structure with maximum receiving space.
  • the two bearing points are arranged in the longitudinal direction in front of the center of gravity of the aircraft in a substantially vertical pivot position of the pivot lever, wherein an axial distance between the bearings and the center of gravity is not greater than 10% of a total length of the fuselage.
  • the center of gravity is advantageously independent of the longitudinal flight position between the bearings and the main wings. This arrangement enables safe flight characteristics in horizontal and vertical flight in particular. The result is a dynamic adjustment of the weight distribution, wherein the buoyant force of the rotor is always directed substantially so that it is opposite to the weight forces of the individual elements of the aircraft.
  • the aircraft is self-stabilizing.
  • the bearing points can be displaceable in the longitudinal direction of the fuselage, so that the configuration of the load distribution can be adapted.
  • This adjustment can also be done automatically, for. B. on the basis of force and / or inclination sensors.
  • the pivot lever on two lateral elements, which are connected to a corresponding lateral bearing point of the fuselage. With a free end of the lateral elements, a rotor bridge is connected, which carries the rotor carrier.
  • the pivot lever comprises an extension portion which extends beyond the bearing point on the opposite side of the rotor carrier.
  • the extension section can perform various tasks.
  • accumulators for feeding propeller and / or rotor drives are accommodated in the extension section.
  • the accumulators thus form a counterweight to the rotor bridge and the elements arranged thereon, in particular the rotor.
  • the extension portions in the vertical and thus generally grounded flight configuration generally protrude downwardly.
  • the accumulators accommodated in the extension sections can thus be achieved in a simple manner and with short lines of devices arranged on the floor for charging the accumulators.
  • foldable foot elements for parking the VTOL aircraft are advantageously arranged on the ground at a free end of the extension section. These foot elements can be designed as often runners in helicopters.
  • They are swung up at the transition from the vertical to the horizontal flight configuration along with the extension sections. Furthermore, they can be folded back after take-off and at the latest at the transition to the horizontal flight configuration, so that the air resistance is minimized and a visual obstruction is prevented.
  • the hinged foot members or an end portion of the extension portion may comprise contact elements which cooperate with bottom-mounted mating contacts and allow recharging of the rechargeable batteries after placement of the aircraft.
  • the contact need not necessarily be made by direct contact of conductive materials, the contact elements and the mating contacts can interact, for example, inductively.
  • the pivot lever and extension sections are arranged laterally of the aircraft fuselage, for example of a utility module receiving frame. Are they extending? Foot elements substantially in the longitudinal direction, the space is kept underneath the fuselage.
  • the utility module can thus be loaded from below, with a suitable bracket on the fuselage it can - for example by means of a winch - are lowered down.
  • the utility module can thus be placed on the ground or a device for further transport or transported through an opening in the landing of the aircraft further down.
  • the aircraft further comprises a (controllable) elevator, which is arranged in a front region of the fuselage. It can be arranged there without conflicts with the propellers or the rotor and allows a fixed arrangement of the at least two propellers.
  • the height control is thus carried out in horizontal flight analogous to that of a conventional aircraft.
  • the elevator elsewhere z. B. in the main wing or behind it, be arranged.
  • At least two rotor propellers are arranged on the at least two rotor blades.
  • Various combinations are possible, for. B. two, three or four rotor blades, each with a rotor propeller, four rotor blades, with two opposing flights! each carrying a propeller, etc.
  • a rotor wing can in principle also carry several rotor propellers.
  • the propellers arranged on the main wing can also be driven by one or more electric motors.
  • An accumulator for supplying the various electric motors can be fed by a generator driven by an internal combustion engine.
  • Other solutions, eg. As the use of a fuel cell or a hybrid drive with combustion and electric motor are also conceivable.
  • the drives for the rotor propellers on the one hand and the propeller arranged on the main wing on the other hand can be designed in different ways.
  • a rotor independent of the boom with propellers for torque compensation is arranged on the rotor carrier.
  • the propellers are primarily used for torque compensation, but they can also make a contribution to the drive in the vertical direction with appropriate orientation.
  • the propellers may be obliquely aligned with respect to a horizontal plane.
  • the boom and the propeller can be oriented, for example, so that the propeller (exclusively) to drive in the horizontal direction afford.
  • the boom may be pivotable about an axis parallel to the axis of rotation of the rotor.
  • the drives of the boom arranged on the propeller are advantageously controlled so that the boom is always returned to a basic position, in particular parallel to the longitudinal direction of the aircraft.
  • the at least two rotor blades each comprise a foldable rotor blade section (also referred to below as "winglet").
  • the rotor blades therefore comprise a base part which is rotatably arranged on the rotor carrier and the rotor blade section which can be folded radially on the base part.
  • the folding axis is preferably substantially parallel to the main plane of the base part.
  • the winglets allow a reduction of air resistance in horizontal flight and lead in folded position to a reduced space requirement in the rotor plane. Accordingly, the area of the winglets can be comparatively large. These can also have a strongly curved lift profile. As a result, much buoyancy is already generated at low rotor speed. Lower speeds, however, also result in lower noise emissions and enable economical operation. Finally, a VTOL aircraft with this design has excellent sliding properties (autorotation).
  • the folding rotor blade sections are arranged radially outside of attachment points of the rotor propeller.
  • the rotor propellers are so on Base part located directly within the transition to the hinged sections.
  • the folding rotor blade sections preferably have a return mechanism which moves the rotor blade sections when they fall below a predetermined centrifugal force into a position of rest oriented substantially perpendicular to a base section of the respective rotor blade.
  • the return mechanism can be designed such that the angle of attack of the winglets is controlled exclusively by the centrifugal force and eliminates additional control and corresponding drives.
  • the solution is correspondingly inexpensive and weight-saving.
  • the return mechanism includes, for example, suitably sized spring means which counteract the centrifugal force.
  • the VTOL aircraft according to the invention is advantageously brought into a horizontal flight configuration by pivoting the rotor carrier from a vertical flight configuration in which an axis of rotation of the rotor is oriented substantially vertically, in which the rotor is fixed relative to the rotor carrier and the at least two rotor blades are vertical are oriented.
  • the rotor carrier with the rotor is folded down with advantage to the rear.
  • the fixation of the rotor provides stable flight characteristics and the rotor can also be fixed in a position in which it is optimal for the use of the aircraft.
  • folding winglets reduces the radial extent of the rotor in the horizontal flight configuration, which also benefits the flight characteristics and considerably reduces the space requirement and aerodynamic drag of the rotor.
  • the at least two rotor propellers are designed such that they generate propulsion in the horizontal flight configuration.
  • the rotor propellers thus act in this configuration as further propulsion propellers, which are the propellers on the main wings support.
  • Existing folding winglets arranged radially outside the fastening points of the rotor propellers can, as mentioned, be folded back in the horizontal flight configuration so that maximum propulsion results with minimal air resistance.
  • the rotor is automatically fixed in a predetermined rotational position (about the rotor axis) during pivoting of the rotor carrier from the vertical to the horizontal flight configuration when falling below a predetermined angle between a main plane of the fuselage and a rotational axis of the rotor.
  • the two wings are arranged horizontally or vertically, resulting in a balanced mass distribution.
  • the automatic fixation facilitates the operation of the aircraft and ensures that the rotor in horizontal flight does not adversely affect the flight characteristics of the aircraft.
  • the aircraft has one or more of the following kinks: a) between the fuselage and sections of the elevator arranged laterally on the fuselage;
  • the interconnected elements can be pivoted either about a simple pivot axis against each other or the buckling includes not only a pivot and an inclined thereto arranged rotation axis.
  • the main wings are in particular folded down in a substantially vertical position.
  • the rotor head can be pivoted relative to the rotor bridge, or it is pivoted together with the rotor bridge relative to the lateral elements de pivot lever. This allows an erection of the rotor axis with the rotor folded back.
  • the kink in the area of Base section of the rotor blades then makes it possible to fold the projecting rearward over the fuselage width projecting part of the rotor blades forward, so that when folded, the width of the aircraft, the trunk width not or only slightly.
  • the winglets can be connected to the sections of the elevator in the front area.
  • Fig. 1 is an oblique view of a first embodiment of an inventive
  • FIG. 2 is an illustration of the aircraft with various utility modules
  • 3A-C is a side elevation, plan view and front elevation of the aircraft in the vertical flight configuration
  • Fig. 5 is an oblique view of the aircraft in the horizontal flight configuration
  • 6A-C are side, front and top views of the aircraft in the horizontal flight configuration
  • Fig. 8 is an oblique view of a second embodiment of an inventive
  • VTOL aircraft in vertical flight configuration
  • Fig. 9 is an oblique view of the aircraft in a transitional position between vertical and horizontal flight configuration
  • FIG. 10 is an oblique view of the aircraft in the horizontal flight configuration.
  • FIG. 1 shows an oblique image of a VTOL aircraft according to the invention in the vertical flight configuration.
  • the aircraft 1 comprises a hull 10 with an open, substantially rectangular and horizontally oriented frame 11, in which a useful module 20 is accommodated.
  • the main directions of movement are vertical (z-direction) and horizontal (x-direction).
  • FIG. 2 shows the aircraft 1 with various useful modules 20a, 20b, 20c.
  • the left sidewall is omitted in each case to give an insight into the respective module.
  • Common to the modules 20a ... c is the external shape; they all comprise vertical front walls 21 a ... c and rear walls 22a ... c; the floor 23a ... c and the ceiling 24a ... 24c are arched.
  • the modules 20 thus fit into a corresponding receptacle 1 2 of the frame 1 1.
  • the first user module 20a is a passenger module for receiving passengers. It includes appropriate seats and possibly controls, if the aircraft 1 is not operated remotely. Depending on the desired altitude, the passenger module is designed with or without a pressurized cabin.
  • the second user module 20b is a load module with a receiving space for loads to be transported. A pilot's seat is not provided.
  • the third user module 20c is a load module with a lifting crane. This comprises a crane hook, which can be lowered through an opening in the bottom 23c of the utility module 20c. The aircraft 1 can thus loads of the Pick up soil.
  • Other modules may be used as long as they fit into the receiving space 12 and do not interfere with the pivotal movement of the rotor described below.
  • the modules 20 each comprise interfaces for the power supply and the data exchange with the fuselage 10. Control and control data can be transmitted via electrical contacts or by radio.
  • the modules 20 can be made interchangeable or be connected in the context of the production with the frame 1 1.
  • the fuselage front portion 13 and the trunk rear portion 14 take on components required for flight operation, such.
  • control electronics including sensors (air velocity, air pressure, temperature, position) and communication means, an accumulator unit for feeding the electric drives, an internal combustion engine (eg., A piston engine, a turbine, fuel cells) for the direct drive and / or the Operation of a generator for charging the accumulator, the corresponding fuel tank, etc.
  • an elevator 30 Arranged on the frame 1 1 is also in a front region, substantially laterally of the fuselage front part 13, an elevator 30 with two laterally on the frame 1 1 pivotable about a horizontal axis rudder elements 31, 32.
  • the main wings 41, 42 are arranged, which are directed with respect to the horizontal plane xy starting from the frame 1 1 obliquely upward, the included between the xy plane and the main surface of the main wing 42, 42 angle is about 10 ° ,
  • the main wings 41, 42 carry at their outer end in each case a fixedly arranged electric Propeilerantrieb 5 1, 52 arranged thereon propeller 53, 54.
  • the propeller drive 51 is arranged in the fuselage rear part 14 and the drive power is mechanically (eg Waves) to the propellers.
  • the propellers 53, 54 serve primarily for lateral control and the fine adjustment of the forward or backward movement.
  • the directions of rotation of the propeller 53, 54 are advantageously in opposite directions.
  • the main wings 41, 42 also advantageously comprise flaps which together form the aileron of the aircraft in a manner known per se.
  • a rotor fork 60 On the fuselage 10 is pivotally mounted a rotor fork 60. It is hinged on both sides via a respective horizontal and transverse pivot axis slightly before the center of gravity in the vertical flight configuration on the frame 1 1 and comprises two lateral pivot lever 6 1, 62. Between the free ends is a Rotor bridge 63 attached.
  • the rotor bridge 63 includes a rotor bearing, in which the rotor 70 is rotatably mounted. In flight operation, the rotor bearing is fixedly arranged on the rotor bridge 63. For transporting and stowing the aircraft 1, as explained below, in connection with FIG. 7, it can be rotated by 90 ° relative to the rotor bridge. From the rotor bridge 63 electrical power and control signals to the rotor 70 are also transmitted via rotary contacts.
  • the rotor 70 comprises two rotor blades 71, 72, which are mounted on a central rotor head 73, which forms the hub of the rotor 70. In the position shown in Figure 1, the pivot lever 6 1, 62 of the rotor fork 60 are pivoted vertically upwards, d.
  • the rotor bearing of the rotor bridge 63 has a in the same direction, ie vertically, upwardly directed axis of rotation. Accordingly, the two rotor blades 71, 72 rotate about a vertical axis and span a horizontal plane.
  • the rotor blades 71, 72 have an inner region 71. 1, 72. 1, which is mounted pivotably on the rotor head 73.
  • the pivotal position (pitch) of the two rotor blades 71, 72 is in each case opposite and can be adjusted starting from the rotor bridge 63.
  • suitable mechanical transmission elements or local actuators are arranged on the rotor. Placed hinged to this area is a main area 7 1 .2, 72.2.
  • the folding axis is fixed in flight mode, a folding takes place - as explained below in connection with Figure 7 - for the transport and stowage of the aircraft 1 instead.
  • a propeller drive 74, 75 arranged thereon with the propeller 76, 77, wherein the axes of rotation of the propeller substantially in that of the rotor blades 71, 72nd lie spanned horizontal plane and are offset by 180 ° to each other.
  • the propeller drive 74, 75 includes an electric motor, which is accommodated in an aerodynamically optimized housing and which is in operative connection with the respective propeller 76, 77 (possibly via a transmission).
  • the propellers 76, 77 may be variable pitch propellers. They provide the rotational energy of the rotor 70 in vertical flight and, if necessary, additional driving force in the direction of flight in horizontal flight.
  • FIG. 7 In the area of the propellers, another folding axis, parallel to the main plane of the main area 71.2, 72.2, is arranged, via which winglets 71.3, 72.3 are mounted on the main areas 71, 2, 72.2.
  • the winglets have a high performance profile with maximum lift.
  • a spring-supported return mechanism is also arranged, which pivots the winglets 71.3, 72.3 in the absence of centrifugal force in a right angle to the main area 71.2, 72.2 angled and directed away from the rotor fork 60 position.
  • FIG. 1 shows the position of the winglets 71.3, 72.3 during operation of the rotor 70 in the vertical flight configuration, so that the centrifugal force moves the winglets 71.3, 72.3 outwards into the extension of the main area 71.2, 72.2 of the rotor blades 71, 72.
  • the winglets automatically ensure the correct rotational speed of the rotor in order to achieve sufficient vertical lift.
  • the winglets are active only in vertical flight and in the transition up to a rotor angle of about 45 ° (measured for vertical orientation) linear decreasing. Between 0 and 45 °, the centrifugal force directly controls the angle of attack of the winglets and, in parallel, the power of the rotor drives. If the rotation is too fast, the angle of attack is increased and the power reduced - if it is too low, the angle of attack is reduced and the power increased. In the event of a power failure, the system automatically assumes a safe sink rate of approx. 3-4 m / s. With a rotor angle of more than 45 °, the winglets have little impact on performance, the rotor speed is reduced and the winglets are folded back by the driving wind.
  • FIGS. 3A-3C show a side view, a top view and a front view of the aircraft 1 in the vertical flight configuration.
  • Figures 3A-3C in particular also clearly the landing skids, namely a central front Landekufe 81, which is arranged between the rudder elements 31, 32 of the elevator 30 on the front part of the frame 1 1, and two lateral rear landing skids 82, 83rd , which are arranged below the main wing 41, 42 in the rear region of the side parts of the frame 1 1.
  • the landing skids 81, 82, 83 extending from the frame 1 1 obliquely backwards down and are formed transversely to the direction of flight to reduce the air resistance very narrow, while in the direction of flight have a multiple greater extent.
  • the lifting capacity in hover is determined by the performance of the rotor and the corresponding drives. This can be substantially increased if the forward movement for rotation occurs through the propeller arranged on the main wing. This is especially in special flight situations, eg. As the start in high altitude or unexpectedly strong downhill in the mountains, an advantage.
  • FIG. 4 shows an oblique view of the aircraft in an intermediate position between vertical and horizontal flight configuration.
  • the pivoting levers 61, 62 of the rotor fork 60 with the rotor bridge 63 arranged thereon are pivoted backwards about the transversely oriented, horizontal axes of rotation. To the same extent, the orientation of the axis of rotation of the rotor 70 moves obliquely behind.
  • the pivot levers 61, 62, the frame 1 1 and an inserted into the receiving space 12 of the frame 1 1 Nutzmodul are dimensioned so that the pivot lever can be freely pivoted to the horizontal orientation shown in Figure 5.
  • the resulting by the horizontal movement aerodynamic lift starts at a rotor tip angle of about 50 ° (measured between the rotor axis and the vertical position).
  • the rotor fork 60 is further tilted (lowered) with the rotor 70, whereby the rotor blades 71, 72, the propellers 76, 77 and the winglets 71.3, 72.3 take a negative pitch.
  • the aircraft can continue driving, which further increases the inclination of the rotor 70 to the rear until the main wing 41, 42 and in addition the hull the Buoyancy for horizontal flight can take over.
  • the transition from horizontal to vertical flight takes place in reverse order under a reduction of the horizontal speed.
  • FIG. 5 shows an oblique image of the aircraft in the horizontal flight configuration.
  • Figure 6A-C shows a side view, a front view and a plan view of the aircraft in this flight configuration.
  • the pivot levers 61, 62 are pivoted all the way back, lie on the side parts of the frame 1 1 and are fixed in this position.
  • the rotor head 73 of the rotor 70 and thus the rotor axis of rotation are horizontal, parallel to the direction of flight, oriented.
  • the rotor 70 is fixed in this flight configuration in a position in which the rotor blades 71, 72 are vertically oriented, so starting from the rotor head 73 extend vertically upwards or downwards.
  • the inner regions 71.1, 72.1 and thus the entire rotor blades 71, 72 are pivoted relative to the rotor head 73 so that the main surface of the rotor blades 71, 72 are also parallel to the direction of flight.
  • the air resistance of the rotor 70 is thus minimized.
  • the winglets 71.3, 72.3 are pivoted 90 ° backwards relative to the respective main area 71.2, 72.2, ie lie behind the respective main area 71.2, 72.2. This results in a further reduction of air resistance and the space required in the vertical direction is reduced.
  • the axes of rotation of the propellers 76, 77 arranged on the rotor blades 71, 72 likewise run parallel in the direction of flight and the two propellers 76, 77 can contribute additional thrust in the forward direction, so that the aircraft 1 has four effective drives in this flight configuration.
  • the elevator 30 serves for height control and forms a secondary wing.
  • the electric drives are operated in the range of their nominal power.
  • operation takes place in the area of the maximum power.
  • FIG. 7 shows an oblique image of the aircraft in the folded-in state.
  • the aircraft occupies a minimal space and can be so easily and inexpensively transport and store.
  • the aircraft can be, for example, on a move roadworthy trailer or park in a standard parking area.
  • the payload can be moved as needed on roads, z. B. for the fine distribution, without the corresponding utility module would have to be removed from the aircraft.
  • the aircraft according to the invention can also be used in container logistics, where the useful modules serve as containers and are taken out of the fuselage together with the cargo to be transported further and by other means of transport (eg by road, rail or waterway). be transported further.
  • the rotor bearing is pivoted relative to the rotor bridge 63 by 90 ° upwards, so that the rotor head 73 facing upward.
  • the rotor blades 71, 72 also have their main surfaces vertically upward, with the main parts 71.2, 72.2 are folded over the inner portions 71.1, 72.1 by 90 ° to the front.
  • the winglets 71.3, 72.3 are located in the extension of the main parts 71 .2, 72.2 and extend like these laterally along the trunk 10 forward and thus enclose the utility module 20 a.
  • the rotor 70 arranged on the propeller 76, 77 are oriented parallel to the side part of the frame 1 1.
  • the main wings 41, 42 are folded upwards vertically, as are the rudder elements 31, 32 of the elevator 30.
  • the propellers arranged on the main wings 41, 42 are fixed in a vertical direction.
  • the control In vertical flight, the control conventionally takes place vertically along the vertical axis via the pitch adjustment of the rotor blades 71, 72.
  • the height is controlled by the forward and Back movement of the stick, whereby when pulling the nose of the aircraft turns around the transverse axis upwards, respectively, a positive pitch increases the buoyancy and pulls the aircraft along the elevation axis upwards. Pressing the stick reverses the movement.
  • the control of the direction takes place in horizontal flight conventionally aerodynamically along the longitudinal axis via ailerons in or on the main wings 41, 42 in conventional combination with a rotation about the transverse axis via the elements 31, 32 of the elevator (pulling on the stick), which by the opposite adjustment the propeller 53, 54 and supported by a rotation about the vertical axis, in vertical flight, the direction control is exclusively by the opposite adjustment of the propeller 53, 54 on the left or right shift of the stick, wherein in horizontal flight a left shift rotation about the longitudinal axis in the direction of flight in Counterclockwise, in vertical flight, a rotation to the left about the vertical axis causes.
  • the control in the opposite direction is analog.
  • the control of the forward or backward movement is carried out in vertical flight by the synchronous adjustment of the position of the blades of the propeller 53, 54, triggered by the operation of a pistol grip on the stick in the forward or reverse direction (or a gas / brake pedal analogous to vehicles or Via a variable pitch propeller lever).
  • the trim of all controls is done electrically as part of a conventional servo control for autopilots (height, direction, speed).
  • the horizontal forward motion is controlled by a "Power & Speed” lever, which includes four positions, namely “Park” (lock), “Roll / Start / Land” (unlock), “Gear up” and “Fly".
  • the position of the propeller blades of the propellers arranged on the main wings is influenced.
  • the power control of the rotor drives is also provided, which provides only four stages, namely recuperation, idle, normal and maximum power and emergency situations "kick fill power", which requests the maximum power of all systems or optional only vertically or horizontally.
  • the actual power to be provided depends on the required torque and thus u. a. regulated fully automatically depending on the position of the propeller or rotor blades.
  • the actual control of the drives takes place fully automatically as a function of the required drive power and the state of charge of the accumulator.
  • Weight drive system complete 100 kg maximum total motor power approx. 140 kW
  • the total length designates the entire length of the fuselage in the corresponding flight configuration, including the rotor hub in the horizontal flight configuration.
  • FIGS. 8-10 show a second embodiment of a VTOL aircraft according to the invention.
  • FIG. 8 shows an oblique view of the aircraft in the vertical flight configuration
  • FIG. 9 shows an oblique view of the aircraft in a transitional position between vertical and horizontal flight configurations
  • FIG. 10 shows an oblique view of the aircraft in the horizontal flight configuration.
  • the aircraft 100 comprises a fuselage 1 10 having an open, substantially rectangular and horizontally oriented frame 1 1, in which a utility module 120 is accommodated.
  • the longitudinal axis x, the transverse axis y and the vertical axis z can be seen in FIG. 8, wherein the longitudinal axis x and the transverse axis y span a horizontal plane xy, the vertical axis z and the transverse axis y a vertical plane yz transverse to the longitudinal axis x.
  • the main directions of movement are vertical (z-direction) and horizontal (x-direction).
  • control electronics including sensors (air velocity, air pressure, temperature, position) and communication means, an accumulator unit for feeding the electric drives, an internal combustion engine (eg., A piston engine, a turbine, fuel cells) for the direct drive and / or the Operation of a generator for charging the accumulator, the corresponding fuel tank, etc.
  • an elevator 130 Arranged on the frame 1 1 1 is also in a front region, substantially laterally of the fuselage front part 1 13, an elevator 130 with two laterally on the frame 1 1 1 pivotable about a horizontal axis rudder elements 1 31, 1 32.
  • the main wings 141, 142 are arranged, which are directed obliquely upwards relative to the horizontal plane xy starting from the frame 1 1, which is enclosed between the plane xy and the main surface of the main wings 142, 142 Angle is about 10 °.
  • the main wings 141, 142 carry at their outer end in each case a fixedly arranged electric propeller drive 1 5 1, 1 52 with arranged thereon propeller 1 53, 1 54.
  • the Propefierantrfeb in the hull Schutei / 1 14 is arranged and the drive power is mechanically ( eg via waves) to the propellers.
  • the propellers 153, 1 54 primarily for side control and the fine adjustment of the forward or backward movement.
  • the directions of rotation of the propellers 1 53, 1 54 are advantageously in opposite directions.
  • the main wings 141, 142 also advantageously include flaps that together form the aileron of the aircraft in a manner known per se.
  • a rotor fork ⁇ ⁇ On the hull 1 10 pivotally mounted is a rotor fork ⁇ ⁇ . It is hinged on both sides via a horizontal and transversely oriented pivot axis slightly before the center of gravity in the vertical flight configuration on the frame 1 1 1 and includes two lateral pivot lever 161, 162.
  • the pivot lever 1 61, 162 comprise a lower part 161 .1, 162.1, which extends from the region of the pivot axis to the lower end, and an upper part 16 1.2, 162.2, between whose free ends a rotor bridge 163 is attached.
  • the lower part 161 .1, 1 62.1 comprises a housing in which accumulators for feeding the propeller and rotor drives are accommodated. He acts as a counterweight to the rotor bridge with arranged components.
  • runner elements 164 are arranged. In the vertical flight configuration shown in FIG. 8, they are fully extended and extend, starting from the pivoting levers 161, 162, in the horizontal direction and parallel to the longitudinal axis of the aircraft 100, backwards or forwards. They carry the aircraft 100 when it rests on the ground. The underside of the aircraft 100 is thus freely accessible.
  • the rotor bridge 163 comprises a rotor bearing on which, starting from the rotor bridge 163 connecting the pivoting levers 161, 162, firstly a cantilevered arm 190 is pivotably arranged about an axis oriented perpendicular to the connecting axis of the pivoting levers 161, 162.
  • the boom 190 comprises symmetrically to the axis of two base parts 191, 192, which are formed flat, wherein the main surfaces are parallel to the pivot axis.
  • the base portions 191, 192 generally extend longitudinally of the aircraft 100, but may be pivoted about the pivot axis from that base position.
  • each base part 191, 192 is ever a propeller drive 195, 196 arranged with a propeller 193, 194.
  • the propeller drives 195, 196 with the propellers 193, 1 4 are pivotable about a longitudinal axis of the base parts 191, 192.
  • the axes of rotation of the propellers 193, 194 point obliquely upward, on opposite sides of the aircraft 100.
  • the propeller drive 195, 196 includes an electric motor, which is accommodated in an aerodynamically optimized housing and which is in operative connection with the respective propeller 193, 194 (possibly via a gearbox).
  • the propellers 193, 194 may be variable pitch propellers.
  • the rotor 170 is rotatably mounted.
  • the rotor bearing with arm 190 and rotor 170 is fixed to the rotor bridge 163.
  • the rotor bridge 163 also transmits electrical power and control signals to the rotor bearing.
  • the transmission can be done by conventional cable connections, since these only a relative Rotation angle between rotor bridge and rotor bearing (or boom 190) must endure of about 160 °.
  • the rotor 170 comprises two rotor blades 171, 172, which are mounted on a central rotor head 173, which forms the hub of the rotor 170.
  • the pivot lever 161, 162 of the rotor fork 160 are pivoted vertically upwards, ie they include a right angle with the lateral longitudinal elements of the frame 1 1 1 a.
  • the rotor bearing of the rotor bridge 163 has a in the same direction, that is vertical, upward rotational axis.
  • the two rotor blades 171, 172 rotate about a vertical axis and span a horizontal plane.
  • the rotor blades 171, 172 are pivotally mounted on the rotor head 173 in a conventional manner.
  • the pivot position (pitch) of the two rotor blades 171, 172 is in each case opposite and can be adjusted starting from the rotor bridge 163.
  • suitable mechanical transmission elements or local actuators are arranged on the rotor.
  • the rotor blades 171, 172 are also foldable on the rotor head about folding axes parallel to the rotor axis of rotation.
  • the folding axes are fixed during vertical flight, a folding takes place at the transition to the horizontal flight and - as explained above for the first embodiment in connection with the figure 7 - for the transport and stowage of the aircraft 100 instead.
  • the propellers 193, 194 arranged on the arm 1 90 compensate for the torque of the rotor 170 and, due to their respective orientation, supply additional driving force in the direction of flight in horizontal flight and in vertical direction in vertical flight.
  • the propellers 193, 194 are controlled so that the boom 190 is always substantially in the longitudinal direction of the aircraft 100.
  • the transitional position between the vertical and horizontal flight configuration shown in FIG. 9 is reached by the pivoting levers 161, 162 of the rotor fork 160 with the rotor bridge 163 arranged therebehind the transversely oriented, horizontal rotational axes to the rear be pivoted.
  • the orientation of the axis of rotation of the rotor 170 moves obliquely behind.
  • the two propellers 193, 194 arranged on the arm 190 successively become more and more pivoted forward orientation, so that they contribute to the horizontal propulsion.
  • Coupled to the inclination of the pivot lever 161, 162 also the runner elements 164 are folded back.
  • the pivot levers 16 1, 162, the frame 1 1 1 and an inserted into the receiving space of the frame 1 1 1 Nutzmodul 120 are dimensioned so that the pivot lever 161, 162 can be freely pivoted to the horizontal orientation shown in Figure 10.
  • the resulting by the horizontal movement aerodynamic lift starts at a rotor tip angle of about 50 ° (measured between the rotor axis and the vertical position).
  • the rotor fork 160 with the rotor 170 is further inclined (lowered), whereby the rotor blades 171, 172 take a negative pitch.
  • the aircraft can continue to travel, which further reinforces the inclination of the rotor 170 to the rear until the main wings 141, 142 and, in addition, the fuselage can take over the lift for the horizontal flight.
  • the transition from horizontal to vertical flight takes place in reverse order under a reduction of the horizontal speed.
  • the pivoting levers 161, 162 are pivoted completely backwards, lie on the side parts of the frame 11 and are fixed in this position.
  • the rotor head 173 of the rotor 170 and thus the rotor axis of rotation are oriented horizontally, parallel to the direction of flight.
  • the rotor blades 171, 172 are folded back and thus offer a very low air resistance.
  • the runner elements are folded back completely into the lower (or now front) part of the swivel levers.
  • the axes of rotation of the propellers 193, 14 arranged on the arm 190 also run parallel in the direction of flight and the two propellers 193, 194 can contribute additional thrust in the forward direction, so that the aircraft 100 has four effective drives in this flight configuration.
  • the elevator 130 serves for height control and forms a secondary wing.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiment.
  • constructive details of the individual components can be designed differently.
  • the Nutzmodule may have a different shape, in particular, the aerodynamic geometry of Modulunter- or -oberseite is not mandatory - so cuboidal container can be included, which survive below and / or above the fuselage front and rear.
  • Central here is primarily that the pivoting movement of the rotor is not limited.
  • controls can be provided in other ways, instead of a lever, for example, a stick, a control horn or a steering wheel can be provided.
  • the aircraft according to the invention can be designed with smaller and, in particular, larger dimensions, the corresponding payload also correspondingly also being smaller or larger. As already mentioned, there is also a great deal of freedom in terms of the drive technologies within the inventive concept.
  • VTOL aircraft which has a simple structure and a stable flight behavior.

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Abstract

A VTOL aircraft comprises a fuselage (10), two main wings (41, 42) which are arranged on both sides of a rear region of the fuselage (10), two propellers (53, 54), wherein in each case one propeller (53, 54) is arranged on each main wing (41, 42) so as to be rotatable about a horizontal longitudinal axis, and a rotor (70) having at least two rotor blades (71, 72), wherein the rotor (70) is arranged on a rotor carrier (60) mounted on the fuselage so as to be pivotable about a transverse axis. This structure is particularly simple and thus cost-effective to realize. It allows self-stabilization and thus easy handling with reliable flight properties. The rotor (70) can, on account of its flappability, be used to support propulsion and provides little air resistance when flying horizontally.

Description

SENKRECHTSTARTERFLUGZEUG (VTOL)  VERTICAL AIRCRAFT (VTOL)
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft ein VTOL-Flugzeug. The invention relates to a VTOL aircraft.
Stand der Technik State of the art
Ein VTOL-Flugzeug ("vertical take-off and landing aircraft") oder Hybridflugzeug ist ein Fluggerät, welches senkrecht und ohne Start- oder Landebahn starten und landen kann, welches aber im Unterschied zu Hubschraubern auch starre Tragflächen besitzt, welche im Horizontalflug bei ausreichendem Vortrieb Auftrieb erzeugen. VTOL-Flugzeuge sind in der Lage, während des Flugs einen Übergang zwischen dem vertikalen Schwebeflug (mit der Möglichkeit des stationären Schwebens) und dem schnelleren und in der Regel wirtschaftlicheren Horizontalflug zu vollbringen. Sie sind somit wirtschaftlicher als Hubschrauber und vielseitiger einsetzbar als Flächenflugzeuge. Die Erfindung bezieht sich auf den Bereich der VTOL-Flugzeuge mit starren Tragflächen und Drehflügeln, also mit einem oder mehreren Propellern, die drehbar um eine oder mehrere Achsen angeordnet sind und in der Regel einen grossen Durchmesser aufweisen, also in der Form von Rotoren, Flügelschrauben oder drehbaren Flügeln vorliegen. A VTOL aircraft ("vertical take-off and landing aircraft") or hybrid aircraft is an aircraft that can take off and land vertically and without a runway, which, in contrast to helicopters, also has rigid wings, which in horizontal flight with sufficient Propulsion generate lift. VTOL aircraft are able to make a transition between vertical hovering (with the possibility of stationary hovering) and faster, and usually more economical, level flight during the flight. They are thus more economical than helicopters and more versatile than surface aircraft. The invention relates to the field of VTOL aircraft with rigid wings and rotary blades, so with one or more propellers, which are arranged rotatably about one or more axes and generally have a large diameter, ie in the form of rotors, wing screws or rotatable wings.
Derartige Flugzeuge sind an sich bekannt. So zeigt die US 2,437,330 (A. S. Muilgardt) ein Fluggerät mit einem Rumpf und in einem vorderen Bereich des Rumpfs schwenkbar angeordneten Tragflächen. Ein Rotor ist um eine Querachse nach vorne verschwenkbar, so dass er im Horizontalflug die Rolle eines üblichen Vortriebspropellers wahrnimmt, während er im Vertikalflug in der Art eines Hubschrauberrotors um eine im Wesentlichen vertikale Achse rotiert. Ein Heckrotor gleicht wie bei einem Hubschrauber das Drehmoment des Hauptrotors aus. Such aircraft are known per se. Thus, the US 2,437,330 (A. S. Muilgardt) shows an aircraft with a fuselage and in a front region of the fuselage pivotally arranged wings. A rotor is pivotable forwards about a transverse axis, so that it perceives the role of a conventional propulsion propeller in horizontal flight, while rotating in vertical flight in the manner of a helicopter rotor about a substantially vertical axis. A tail rotor balances the torque of the main rotor like a helicopter.
Das Fluggerät ist relativ gross und hat einen aufwendigen Aufbau. Die Steuerung ist schwierig. Aufgrund der mechanischen Kraftübertragung zwischen Haupt- und Heckrotor ergibt sich ein eingeschränkter Nutzraum. The aircraft is relatively large and has a complex structure. The control is difficult. Due to the mechanical power transmission between the main and tail rotor results in a limited usable space.
Die WO 2005/039973 A2 (D. G. Baldwin) zeigt ein Fluggerät mit einer mit einem Rotor versehenen Vertikaleinheit, die über ein Gestänge schwenkbar an einer gondelartigen Ladeeinheit zur Aufnahme einer Ladung angeordnet ist. Der Rotor ist am Gestänge schwenkbar angeordnet. Ferner ist am Gestänge auch eine Tragflächeneinheit befestigt, welche Auftrieb erzeugt. Dieses Fiuggerät weist aufgrund seiner Bauform nur eine beschränkte echte Horizontalflugfähigkeit auf. Der grosse Rotor und die von der Ladeeinheit abgesetzte Tragflächeneinheit führen zu einer instabilen Lage in gelandetem Zustand; allenfalls sind spezielle bodengestützte Einrichtungen notwendig, um eine stabile Lage zu erreichen, was den flexiblen Einsatz des Geräts stark einschränkt. Ein stabiles Flugverhalten wird zudem nur durch eine an der Ladeeinheit angeordnete Stabilisierungseinheit erreicht, wodurch sich auch hier ein komplexer Aufbau ergibt. WO 2005/039973 A2 (DG Baldwin) shows an aircraft with a rotor provided with a vertical unit, which is arranged via a linkage pivotally mounted on a gondola-like loading unit for receiving a load. The rotor is pivotally mounted on the linkage. Furthermore, a wing unit is attached to the linkage, which generates lift. This Fiuggerät has due to its design only a limited true horizontal flight capability. The large rotor and the wing unit separated from the loading unit lead to an unstable position in the landed state; if necessary, special ground-based equipment is necessary to achieve a stable position, which greatly restricts the flexible use of the device. A stable flight behavior is also achieved only by a arranged on the charging unit stabilization unit, which also results in a complex structure.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes VTOL-Flugzeug zu schaffen, welches einen einfachen Aufbau und ein stabiles Flugverhalten aufweist. The object of the invention is to provide a the technical field mentioned above belonging VTOL aircraft, which has a simple structure and a stable flight behavior.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung umfasst das VTOL-Flugzeug: The solution of the problem is defined by the features of claim 1. According to the invention, the VTOL aircraft comprises:
a) einen Rumpf, a) a hull,
b) zwei Hauptflügel, welche beidseitig an einem hinteren Bereich des Rumpfs angeordnet sind, b) two main wings, which are arranged on both sides at a rear area of the fuselage,
c) zwei Propeller, wobei je ein Propeller an jedem Hauptflügel um eine horizontale Längsachse drehbar angeordnet ist, und c) two propellers, each one propeller is rotatably mounted on each main wing about a horizontal longitudinal axis, and
d) einen Rotor mit mindestens zwei Rotorflügeln, wobei der Rotor an einem um eine Querachse schwenkbar am Rumpf gelagerten Rotorträger angeordnet ist. d) a rotor having at least two rotor blades, wherein the rotor is arranged on a pivotally mounted about a transverse axis on the fuselage rotor carrier.
Es können auch mehr als zwei Propeller vorhanden sein. Die Drehachse der Propeller ist bevorzugt relativ zur Orientierung des Rumpfes fest und immer parallel zur Längsachse des Flugzeugs, wodurch sich ein besonders einfacher Aufbau ergibt. Die Propeller können aber auch um eine Achse (insbesondere quer zur Hauptflugrichtung) schwenkbar sein. Zentral ist, dass sie eine Orientierung einnehmen können, in welcher ihre Drehachse im Wesentlichen der erwähnten horizontalen Längsachse entspricht. Die Bezeichnungen "horizontal", "vertikal", "Längsachse", "Querachse" und "Hochachse" werden hier jeweils in folgendem Sinn verwendet: Das VTOL-Flugzeug kann senkrecht, also in vertikaler Richtung (in Richtung der Hochachse), starten, sich aber auch auf im Wesentlichen gleichbleibender Flughöhe, also in horizontaler Richtung, von einem Ort zu einem anderen fortbewegen. Die Längsachse des Flugzeugs bzw. des Rumpfs entspricht im zweiten Fall der Flugrichtung. Die Querachse steht senkrecht zur Längsachse und definiert mit dieser zusammen eine horizontale Ebene. There may also be more than two propellers. The axis of rotation of the propeller is preferably fixed relative to the orientation of the fuselage and always parallel to the longitudinal axis of the aircraft, resulting in a particularly simple structure. The propellers can also be pivotable about an axis (in particular transversely to the main flight direction). It is central that they can assume an orientation in which their axis of rotation substantially corresponds to the mentioned horizontal longitudinal axis. The terms "horizontal", "vertical", "longitudinal axis", "transverse axis" and "vertical axis" are used here used in the following sense: The VTOL aircraft can start vertically, ie in the vertical direction (in the direction of the vertical axis), but also move from one location to another at a substantially constant altitude, ie in a horizontal direction. The longitudinal axis of the aircraft or of the fuselage corresponds in the second case to the direction of flight. The transverse axis is perpendicular to the longitudinal axis and defines together with this a horizontal plane.
Die Hauptflügel sind bevorzugt seitlich am Rumpf angebracht. Dadurch ist der Rumpf von oben und unten zugänglich, was eine flexible Nutzung ermöglicht. Die mindestens zwei Propeller sind bevorzugt in einem Endbereich der Hauptflügel angeordnet. Daraus ergeben sich besonders stabile Flugeigenschaften und reduzierte Randwirbelwiderstände. Wegen der vertikalen Start- und Landemöglichkeit lässt sich die Fläche der Hauptflügel stark reduzieren, so dass eine Spannweite zwischen den bevorzugten seitlichen Propellerpositionen ohnehin ausreicht. The main wings are preferably attached to the side of the fuselage. As a result, the hull is accessible from above and below, which allows flexible use. The at least two propellers are preferably arranged in an end region of the main wing. This results in particularly stable flight characteristics and reduced edge vortex resistance. Because of the vertical take-off and landing, the area of the main wings can be greatly reduced, so that a span between the preferred lateral propeller positions is sufficient anyway.
Der Rotor lässt sich mit Vorteil von einer im Wesentlichen vertikalen Position um die Querachse nach hinten in eine im Wesentlichen horizontale Position verschwenken. In der horizontalen Position ist die von den Rotorflügeln aufgespannte (im Wesentlichen vertikale) Ebene also hinter dem Rumpf angeordnet. Die Sicht des Piloten ist nach vorne bei dieser Konfiguration in keiner Stellung des Rotors beeinträchtigt. Zudem ergeben sich vorteilhafte Flugeigenschaften, insbesondere beim Übergang zwischen Vertikal- und Horizontalflug bzw. umgekehrt. The rotor can advantageously be pivoted from a substantially vertical position about the transverse axis to the rear in a substantially horizontal position. In the horizontal position, the (essentially vertical) plane spanned by the rotor blades is thus arranged behind the fuselage. The pilot's view is not affected forward in this configuration in any position of the rotor. In addition, advantageous flight characteristics, in particular at the transition between vertical and horizontal flight and vice versa result.
Die Hauptflügel haben mit Vorteil ein symmetrisches Profil (analog dem Profil der Flügel eines Düsenjägers). Aufgrund der VTOL-Fähigkeiten und der Auftriebsieistung des Rumpfes reicht der Flächenauftrieb aus, durch diese Gestaltung ergibt sich zudem eine kleine Silhouette mit entsprechend geringem Luftwiderstand. Das erfindungsgemässe Flugzeug ermöglicht damit einen sparsamen Betrieb im Horizontalflug. The main wings advantageously have a symmetrical profile (analogous to the profile of the wings of a jet fighter). Due to the VTOL capabilities and the buoyancy performance of the hull, the surface lift is sufficient, this design also results in a small silhouette with correspondingly low air resistance. The aircraft according to the invention thus enables economical operation in horizontal flight.
Der Anstellwinkel der Rotorflügel ist verstellbar. Im Vertikalflug ist der Anstellwinkel der Rotorflügel mit Vorteil an die Stellung des Höhenruders gekoppelt. So lässt sich die Höhe im Schwebeflug auf einfache Weise kontrollieren oder verändern (Pitch Control). Der erfindungsgemässe Aufbau des VTOL-Flugzeugs ist besonders einfach und damit kostengünstig realisierbar. Er ermöglicht eine Selbststabilisierung und damit eine einfache Handhabbarkeit mit sicheren Flugeigenschaften. Der Rotor lässt sich aufgrund seiner Klappbarkeit zur Unterstützung des Vortriebs heranziehen und er bietet im Horizontalflug einen geringen Luftwiderstand. Es werden also hohe Reisegeschwindigkeiten bei geringer Motorleistung ermöglicht. Zudem kann der Rotor im Vertikalflug einen verhältnismässig grossen vertikalen Abstand zum Rumpf aufweisen, was stabile Flugeigenschaften zur Folge hat und die Beladung und das Zusteigen vereinfacht. The angle of attack of the rotor blades is adjustable. In vertical flight, the angle of attack of the rotor blades is advantageously coupled to the position of the elevator. In this way, the height in hovering can be easily controlled or changed (Pitch Control). The inventive construction of the VTOL aircraft is particularly simple and thus cost feasible. It allows self-stabilization and thus easy handling with safe flight characteristics. Due to its foldability, the rotor can be used to assist propulsion and it offers low air resistance in horizontal flight. So it is possible to travel at high speeds with low engine power. In addition, the rotor can have a relatively large vertical distance to the fuselage in vertical flight, which results in stable flight characteristics and simplifies loading and loading.
Mit Vorteil wird auf ein verstellbares Seitenruder verzichtet. Die entsprechende Steuerung kann durch die Einnahme unterschiedlicher Stellungen der Propellerblätter der beiden seitlich angeordneten Propeller erfolgen. Advantageously, an adjustable rudder is dispensed with. The appropriate control can be done by taking different positions of the propeller blades of the two laterally arranged propeller.
Mit Vorteil umfasst das Flugzeug einen gabelförmigen Schwenkhebel, welcher schwenkbar am Rumpf gelagert ist, wobei an einem freien Endeder Rotorträger angeordnet ist. Die Gabelform ermöglicht eine Anordnung der Lagerstellen des Schwenkhebels soweit aussen wie möglich. Mittig bleibt Platz ausgespart, welcher genutzt werden kann. Advantageously, the aircraft comprises a fork-shaped pivot lever, which is pivotally mounted on the hull, wherein at a free end of the rotor arm is arranged. The fork shape allows an arrangement of the bearing points of the pivot lever as far outside as possible. In the middle there is space left, which can be used.
Der Schwenkhebel kann mit einem ersten Ende, welches dem freien Ende gegenüberliegt, schwenkbar am Rumpf gelagert sein. Die Lagerstelle kann sich aber auch in einem mittleren Bereich des Schwenkhebels befinden. The pivot lever may be pivotally mounted on the body with a first end which is opposite the free end. The bearing can also be located in a central region of the pivot lever.
Besonders bevorzugt ist der Schwenkhebel an zwei Lagerstellen in seitlich äusseren Bereichen des Rumpfs gelagert, so dass zwischen den Lagerstellen ein Nutzraum ausgespart ist, welcher unabhängig von einer Schwenkstellung des Schwenkhebels verfügbar ist. Die gesamte Rumpfbreite bleibt somit nutzbar - unabhängig von der Schwenkstellung des Schwenkhebels. Im Unterschied zu bekannten Lösungen ergibt sich somit ein vergrösserter Nutzraum, welcher zudem sehr flexibel genutzt werden kann. Durch die zentrale Anordnung des Nutzraums lassen sich verhältnismässig grosse und/oder schwere Objekte sicher transportieren. Particularly preferably, the pivot lever is mounted on two bearing points in laterally outer regions of the fuselage, so that between the bearing points a useful space is recessed, which is available independently of a pivot position of the pivot lever. The entire hull width thus remains usable - regardless of the pivoting position of the pivot lever. In contrast to known solutions, this results in an enlarged usable space, which can also be used very flexibly. Due to the central arrangement of the work space, relatively large and / or heavy objects can be safely transported.
Alternativ ist der Schwenkhebel in der Rumpfmitte gelagert. Es sind grundsätzlich auch Ausführungen denkbar, bei welchem der Schwenkhebel - bei entsprechender Dimensionierung - nur einseitig seitlich am Rumpf gelagert ist. Mit Vorteil ist der Nutzraum als Aufnahmeraum für eines oder mehrere Nutzmodule, insbesondere Personen- und/oder Nutzlastmodule, ausgebildet. Das Flugzeug lässt sich somit im Rahmen der Fertigung, gegebenenfalls aber auch später, je nach Bedarf mit einem entsprechenden Nutzmodul ausrüsten. In einem ferngesteuerten Betrieb ist ein Nutzlastmodul denkbar, welches im Wesentlichen den gesamten Nutzraum ausfüllt. Ansonsten ist das Nutzlastmodul mit einer Kabine für einen (oder mehrere) Piloten ausgerüstet. Das Nutzlastmodul kann eine Hebeeinrichtung umfassen, so dass Gegenstände auch beispielsweise im Schwebeflug des Flugzeugs vom Boden her aufgenommen werden können. Der Rumpf umfasst Befestigungseinrichtungen zur einfachen und sicheren Befestigung des Moduls bzw. der Module sowie Schnittstellen für die Übertragung von Energie und Daten, insbesondere Steuer- und Kontrolldaten. Alternatively, the pivot lever is mounted in the center of the fuselage. In principle, embodiments are also conceivable in which the pivot lever - with appropriate dimensioning - is mounted on one side only laterally on the hull. Advantageously, the useful space is designed as a receiving space for one or more useful modules, in particular passenger and / or payload modules. The aircraft can thus be equipped as part of the production, but possibly also later, as needed with a corresponding utility module. In a remote-controlled operation, a payload module is conceivable, which essentially fills the entire usable space. Otherwise, the payload module is equipped with a cab for one (or more) pilots. The payload module may comprise a lifting device, so that objects can also be picked up, for example, in the hovering flight of the aircraft from the ground. The hull comprises fastening devices for simple and secure attachment of the module or modules and interfaces for the transmission of energy and data, in particular control and control data.
Mit Vorteil ist der Rumpf rahmenartig ausgebildet. Die Lagerstellen eines gabelförmigen Schwenkhebels sind dann seitlich am Rahmen angeordnet, während die Nutzmodule in den Rahmen eingesetzt werden können. Es ergibt sich eine leichte aber stabile Rumpfstruktur mit maximalem Aufnahmeraum. Advantageously, the hull is shaped like a frame. The bearings of a fork-shaped pivot lever are then arranged laterally on the frame, while the Nutzmodule can be used in the frame. The result is a light but stable hull structure with maximum receiving space.
Mit Vorteil sind die zwei Lagerstellen in Längsrichtung vor dem Schwerpunkt des Flugzeugs in einer im Wesentlichen vertikalen Schwenkstellung des Schwenkhebels angeordnet, wobei ein axialer Abstand zwischen den Lagerstellen und dem Schwerpunkt insbesondere nicht grösser ist als 10% einer Gesamtlänge des Rumpfs. Generell befindet sich der Schwerpunkt mit Vorteil unabhängig von der Flugstellung in Längsrichtung zwischen den Lagerstellen und den Hauptflügeln. Diese Anordnung ermöglicht sichere Flugeigenschaften im Horizontal- und insbesondere im Vertikalflug. Es ergibt sich eine dynamische Anpassung der Gewichtsverteilung, wobei die Auftriebskraft des Rotors stets im Wesentlichen so gerichtet ist, dass sie den Gewichtskräften der einzelnen Elemente des Flugzeugs entgegengerichtet ist. Das Flugzeug ist also selbststabilisierend. Advantageously, the two bearing points are arranged in the longitudinal direction in front of the center of gravity of the aircraft in a substantially vertical pivot position of the pivot lever, wherein an axial distance between the bearings and the center of gravity is not greater than 10% of a total length of the fuselage. In general, the center of gravity is advantageously independent of the longitudinal flight position between the bearings and the main wings. This arrangement enables safe flight characteristics in horizontal and vertical flight in particular. The result is a dynamic adjustment of the weight distribution, wherein the buoyant force of the rotor is always directed substantially so that it is opposite to the weight forces of the individual elements of the aircraft. The aircraft is self-stabilizing.
In einer Ausführungsform der Erfindung können die Lagerstellen in Längsrichtung des Rumpfs verschiebbar sein, so dass die Konfiguration der Lastverteilung angepasst werden kann. Diese Anpassung kann auch automatisch erfolgen, z. B. auf der Basis von Kraft- und/oder Neigungssensoren. Bevorzugt weist der Schwenkhebel zwei seitliche Elemente auf, welche mit einer entsprechenden seitlichen Lagerstelle des Rumpfs verbunden sind. Mit einem freien Ende der seitlichen Elemente ist eine Rotorbrücke verbunden, welche den Rotorträger trägt. In one embodiment of the invention, the bearing points can be displaceable in the longitudinal direction of the fuselage, so that the configuration of the load distribution can be adapted. This adjustment can also be done automatically, for. B. on the basis of force and / or inclination sensors. Preferably, the pivot lever on two lateral elements, which are connected to a corresponding lateral bearing point of the fuselage. With a free end of the lateral elements, a rotor bridge is connected, which carries the rotor carrier.
Bevorzugt umfasst der Schwenkhebel einen Verlängerungsabschnitt, welcher sich auf der Gegenseite des Rotorträgers über die Lagerstelle hinaus erstreckt. Preferably, the pivot lever comprises an extension portion which extends beyond the bearing point on the opposite side of the rotor carrier.
Der Verlängerungsabschnitt kann verschiedene Aufgaben erfüllen. So sind in einer bevorzugten Ausführungsform im Verlängerungsabschnitt Akkumulatoren zur Speisung von Propeller- und/oder Rotorantrieben aufgenommen. Die Akkumulatoren bilden somit ein Gegengewicht zur Rotorbrücke und den daran angeordneten Elementen, insbesondere dem Rotor. Ferner ragen die Verlängerungsabschnitte in der vertikalen und somit der am Boden in der Regel eingenommenen Flugkonfiguration im Wesentlichen nach unten. Die in den Verlängerungsabschnitten aufgenommenen Akkumulatoren können somit auf einfache Weise und mit kurzen Leitungen von am Boden angeordneten Einrichtungen zum Aufladen der Akkumulatoren erreicht werden. Ferner sind an einem freien Ende des Verlängerungsabschnitts mit Vorteil klappbare Fusselemente zum Abstellen des VTOL-Flugzeugs auf dem Boden angeordnet. Diese Fusselemente können wie oft bei Hubschraubern kufenartig ausgebildet sein. Sie werden beim Übergang von der vertikalen in die horizontale Flugkonfiguration zusammen mit den Verlängerungsabschnitten hochgeschwenkt. Ferner können sie nach dem Abheben und spätestens beim Übergang in die horizontale Flugkonfiguration zurückgeklappt werden, so dass der Luftwiderstand minimiert und eine Sichtbehinderung verhindert werden. The extension section can perform various tasks. Thus, in a preferred embodiment, accumulators for feeding propeller and / or rotor drives are accommodated in the extension section. The accumulators thus form a counterweight to the rotor bridge and the elements arranged thereon, in particular the rotor. Furthermore, the extension portions in the vertical and thus generally grounded flight configuration generally protrude downwardly. The accumulators accommodated in the extension sections can thus be achieved in a simple manner and with short lines of devices arranged on the floor for charging the accumulators. Furthermore, foldable foot elements for parking the VTOL aircraft are advantageously arranged on the ground at a free end of the extension section. These foot elements can be designed as often runners in helicopters. They are swung up at the transition from the vertical to the horizontal flight configuration along with the extension sections. Furthermore, they can be folded back after take-off and at the latest at the transition to the horizontal flight configuration, so that the air resistance is minimized and a visual obstruction is prevented.
Die klappbaren Fusselemente oder ein Endbereich des Verlängerungsabschnitts können Kontaktelemente umfassen, die mit am Boden angeordneten Gegenkontakten zusammenwirken und nach dem Aufsetzen des Flugzeugs ein Wiederaufladen der Akkumulatoren ermöglichen. Der Kontakt muss nicht zwingend durch direkten Kontakt leitender Materialien erfolgen, die Kontaktelemente und die Gegenkontakte können auch beispielsweise induktiv zusammenwirken. The hinged foot members or an end portion of the extension portion may comprise contact elements which cooperate with bottom-mounted mating contacts and allow recharging of the rechargeable batteries after placement of the aircraft. The contact need not necessarily be made by direct contact of conductive materials, the contact elements and the mating contacts can interact, for example, inductively.
Die Schwenkhebel und Verlängerungsabschnitte sind seitlich des Flugzeugrumpfs, beispielsweise eines Nutzmoduls aufnehmenden Rahmens angeordnet. Erstrecken sich die Fusselemente im Wesentlichen in Längsrichtung, wird der Raum unterhalb des Flugzeugrumpfs freigehalten. Das Nutzmodul kann somit von unten her beladen werden, bei geeigneter Halterung am Rumpf kann es - beispielsweise mit Hilfe einer Winde - nach unten abgesenkt werden. Das Nutzmodul kann so auf den Boden oder eine Vorrichtung zum Weitertransport abgesetzt oder durch eine Öffnung in der Aufsetzfläche des Flugzeugs weiter nach unten transportiert werden. The pivot lever and extension sections are arranged laterally of the aircraft fuselage, for example of a utility module receiving frame. Are they extending? Foot elements substantially in the longitudinal direction, the space is kept underneath the fuselage. The utility module can thus be loaded from below, with a suitable bracket on the fuselage it can - for example by means of a winch - are lowered down. The utility module can thus be placed on the ground or a device for further transport or transported through an opening in the landing of the aircraft further down.
Mit Vorteil umfasst das Flugzeug weiter ein (steuerbares) Höhenruder, welches in einem vorderen Bereich des Rumpfs angeordnet ist. Es lässt sich dort ohne Konflikte mit den Propellern oder dem Rotor anordnen und ermöglicht eine fixe Anordnung der mindestens zwei Propeller. Die Höhensteuerung erfolgt also im Horizontalflug analog zu derjenigen eines üblichen Flugzeugs. Advantageously, the aircraft further comprises a (controllable) elevator, which is arranged in a front region of the fuselage. It can be arranged there without conflicts with the propellers or the rotor and allows a fixed arrangement of the at least two propellers. The height control is thus carried out in horizontal flight analogous to that of a conventional aircraft.
Alternativ kann das Höhenruder an anderer Stelle, z. B. im Bereich der Hauptflügel oder dahinter, angeordnet sein. Alternatively, the elevator elsewhere, z. B. in the main wing or behind it, be arranged.
Mit Vorteil sind mindestens zwei Rotorpropeller an den mindestens zwei Rotorflügeln angeordnet. Verschiedene Kombinationen sind möglich, z. B. zwei, drei oder vier Rotorflügel mit jeweils einem Rotorpropeller, vier Rotorflügel, wobei zwei gegenüberliegende Flüge! je einen Propeller tragen usw. Ein Rotorflügel kann grundsätzlich auch mehrere Rotorpropeller tragen. Advantageously, at least two rotor propellers are arranged on the at least two rotor blades. Various combinations are possible, for. B. two, three or four rotor blades, each with a rotor propeller, four rotor blades, with two opposing flights! each carrying a propeller, etc. A rotor wing can in principle also carry several rotor propellers.
Durch die Verwendung eines direkten Rotorantriebes kann auf einen Momentenausgleich verzichtet werden, was den Vorteilen von Drehflüglern (Autogyro) oder Tip-Jets gleichkommt. Die Verwendung von Elektromotoren ist zum Antrieb der Rotorpropeller wegen der Einfachheit, Betriebssicherheit, den Gewichts-/Leistungsmöglichkeiten und Robustheit bezüglich Zentrifugalkraft ideal - aber nicht zwingend. By using a direct rotor drive can be dispensed with a torque compensation, which is equivalent to the advantages of rotary wing aircraft (Autogyro) or tip jets. The use of electric motors is ideal for driving the rotor propellers because of simplicity, reliability, the weight / performance options and robustness with respect to centrifugal force - but not mandatory.
Auch die am Hauptflügel angeordneten Propeller können durch einen oder mehrere Elektromotoren angetrieben werden. Ein Akkumulator zur Versorgung der verschiedenen Elektromotoren kann durch einen von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator gespeist werden. Andere Lösungen, z. B. der Einsatz einer Brennstoffzelle oder ein Hybridantrieb mit Verbrennungs- und Elektromotor sind ebenfalls denkbar. Die Antriebe für die Rotorpropeller einerseits und die am Hauptflügel angeordneten Propeller andererseits können auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein. The propellers arranged on the main wing can also be driven by one or more electric motors. An accumulator for supplying the various electric motors can be fed by a generator driven by an internal combustion engine. Other solutions, eg. As the use of a fuel cell or a hybrid drive with combustion and electric motor are also conceivable. The drives for the rotor propellers on the one hand and the propeller arranged on the main wing on the other hand can be designed in different ways.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist am Rotorträger ein vom Rotor unabhängiger Ausleger mit Propellern zum Drehmomentausgleich angeordnet. In der vertikalen Flugkonfiguration dienen die Propeller primär zum Drehmomentausgleich, sie können aber bei entsprechender Ausrichtung auch einen Beitrag zum Antrieb in Vertikalrichtung leisten. Die Propeller können beispielsweise gegenüber einer Horizontalebene schräg ausgerichtet sein. In a preferred embodiment, a rotor independent of the boom with propellers for torque compensation is arranged on the rotor carrier. In the vertical flight configuration, the propellers are primarily used for torque compensation, but they can also make a contribution to the drive in the vertical direction with appropriate orientation. For example, the propellers may be obliquely aligned with respect to a horizontal plane.
Im Horizontalflug können der Ausleger und die Propeller beispielsweise so orientiert werden, dass die Propeller (ausschliesslich) zum Antrieb in horizontaler Richtung leisten. In horizontal flight, the boom and the propeller can be oriented, for example, so that the propeller (exclusively) to drive in the horizontal direction afford.
Der Ausleger kann um eine Achse parallel zur Rotationsachse des Rotors schwenkbar sein. Die Antriebe der am Ausleger angeordneten Propeller werden mit Vorteil so gesteuert, dass der Ausleger stets in eine Grundposition, insbesondere parallel zur Längsrichtung des Flugzeugs, rückgeführt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen VTOL-Flugzeugs umfassen die mindestens zwei Rotorflügel jeweils einen klappbaren Rotorflügelabschnitt (im Folgenden auch "Winglet" genannt). Die Rotorflügel umfassen also einen am Rotorträger drehbar angeordneten Basisteil und den radial aussen am Basisteil klappbar angeordneten Rotorflügelabschnitt. Die Klappachse liegt bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Hauptebene des Basisteils. Die Winglets ermöglichen eine Reduktion des Luftwiderstands im Horizontalflug und führen in abgeklappter Stellung zu einem reduzierten Platzbedarf in der Rotorebene. Entsprechend kann die Fläche der Winglets vergleichsweise gross ausfallen. Diese können zudem ein stark gewölbtes Auftriebsprofil aufweisen. Dadurch wird bereits bei geringer Rotorgeschwindigkeit viel Auftrieb erzeugt. Geringere Drehzahlen haben aber auch geringere Lärmemissionen zur Folge und ermöglichen einen wirtschaftlichen Betrieb. Schliesslich weist ein VTOL-Flugzeug mit diesem Design hervorragende Gleiteigenschaften (Autorotation) auf. The boom may be pivotable about an axis parallel to the axis of rotation of the rotor. The drives of the boom arranged on the propeller are advantageously controlled so that the boom is always returned to a basic position, in particular parallel to the longitudinal direction of the aircraft. In a preferred embodiment of the inventive VTOL aircraft, the at least two rotor blades each comprise a foldable rotor blade section (also referred to below as "winglet"). The rotor blades therefore comprise a base part which is rotatably arranged on the rotor carrier and the rotor blade section which can be folded radially on the base part. The folding axis is preferably substantially parallel to the main plane of the base part. The winglets allow a reduction of air resistance in horizontal flight and lead in folded position to a reduced space requirement in the rotor plane. Accordingly, the area of the winglets can be comparatively large. These can also have a strongly curved lift profile. As a result, much buoyancy is already generated at low rotor speed. Lower speeds, however, also result in lower noise emissions and enable economical operation. Finally, a VTOL aircraft with this design has excellent sliding properties (autorotation).
Mit Vorteil sind die klappbaren Rotorflügelabschnitte radial ausserhalb von Befestigungsstellen der Rotorpropeller angeordnet. Die Rotorpropeller sind also am Basisteil unmittelbar innerhalb des Übergangs zu den klappbaren Abschnitten angeordnet. Dadurch haben die Rotorpropeller ein maximales auf den jeweiligen Rotorflügel wirkendes Drehmoment zur Folge, können aber auch bei abgeklapptem Wingiet ihren jeweiligen Zweck ohne Weiteres erfüllen. Bevorzugt weisen die klappbaren Rotorflügelabschnitte einen Rückholmechanismus auf, welcher die Rotorflügelabschnitte beim Unterschreiten einer vorgegebenen Zentrifugalkraft in eine im Wesentlichen senkrecht zu einem Basisabschnitt des jeweiligen Rotorflügels orientierte Ruhestellung bewegt. Der Rückholmechanismus kann derart ausgestaltet sein, dass der Anstellwinkel der Winglets ausschliesslich durch die Zentrifugalkraft gesteuert wird und eine zusätzliche Steuerung und entsprechende Antriebe entfallen. Die Lösung ist entsprechend kostengünstig und gewichtsparend. Advantageously, the folding rotor blade sections are arranged radially outside of attachment points of the rotor propeller. The rotor propellers are so on Base part located directly within the transition to the hinged sections. As a result, the rotor propellers result in a maximum torque acting on the respective rotor blade, but can easily fulfill their respective purpose even when the Wingiet is folded down. The folding rotor blade sections preferably have a return mechanism which moves the rotor blade sections when they fall below a predetermined centrifugal force into a position of rest oriented substantially perpendicular to a base section of the respective rotor blade. The return mechanism can be designed such that the angle of attack of the winglets is controlled exclusively by the centrifugal force and eliminates additional control and corresponding drives. The solution is correspondingly inexpensive and weight-saving.
Bei einer Rotorneigung von weniger als ca. 45° zur Längsachse kann die Rotordrehzahl reduziert werden, so dass die Winglets durch den Rückholmechanismus und/oder den Fahrtwind zurückgeklappt werden. Der Rückholmechanismus umfasst beispielsweise passend dimensionierte Federmittel, die der Zentrifugalkraft entgegenwirken. With a rotor pitch of less than about 45 ° to the longitudinal axis, the rotor speed can be reduced so that the winglets are folded back by the return mechanism and / or the wind. The return mechanism includes, for example, suitably sized spring means which counteract the centrifugal force.
Das erfindungsgemässe VTOL-Flugzeug ist mit Vorteil durch Verschwenken des Rotorträgers von einer vertikalen Flugkonfiguration, in welcher eine Drehachse des Rotors im Wesentlichen senkrecht orientiert ist, in eine horizontale Flugkonfiguration bringbar, in welcher der Rotor gegenüber dem Rotorträger fixiert ist und die mindestens zwei Rotorflügel senkrecht orientiert sind. Der Rotorträger mit dem Rotor ist dabei mit Vorteil nach hinten abklappbar. Die Fixierung des Rotors schafft stabile Flugeigenschaften und der Rotor kann zudem in einer Stellung fixiert werden, in welcher er für die Nutzung des Flugzeugs optimal ist. The VTOL aircraft according to the invention is advantageously brought into a horizontal flight configuration by pivoting the rotor carrier from a vertical flight configuration in which an axis of rotation of the rotor is oriented substantially vertically, in which the rotor is fixed relative to the rotor carrier and the at least two rotor blades are vertical are oriented. The rotor carrier with the rotor is folded down with advantage to the rear. The fixation of the rotor provides stable flight characteristics and the rotor can also be fixed in a position in which it is optimal for the use of the aircraft.
Beim Einsatz von klappbaren Winglets reduziert sich in der horizontalen Flugkonfiguration die radiale Ausdehnung des Rotors, was ebenfalls den Flugeigenschaften zu Gute kommt und den Platzbedarf und Luftwiderstand des Rotors erheblich verringert. The use of folding winglets reduces the radial extent of the rotor in the horizontal flight configuration, which also benefits the flight characteristics and considerably reduces the space requirement and aerodynamic drag of the rotor.
Bevorzugt sind die mindestens zwei Rotorpropeller derart ausgebildet, dass sie in der horizontalen Flugkonfiguration Vortrieb erzeugen. Die Rotorpropeller wirken also in dieser Konfiguration als weitere Vortriebspropeller, welche die Propeller an den Hauptflügeln unterstützen. Vorhandene, radial ausserhalb der Befestigungsstellen der Rotorpropeller angeordnete klappbare Winglets können in der horizontalen Flugkonfiguration, wie erwähnt, zurückgeklappt sein, so dass sich ein maximaler Vortrieb bei minimalem Luftwiderstand ergibt. Mit Vorteil wird beim Verschwenken des Rotorträgers von der vertikalen in die horizontale Flugkonfiguration beim Unterschreiten eines vorgegebenen Winkels zwischen einer Hauptebene des Rumpfs und einer Drehachse des Rotors der Rotor automatisch in einer vorgegebenen Drehstellung (um die Rotorachse) fixiert. Bei einem zweiflügligen Rotor sind die beiden Flügel beispielsweise horizontal oder vertikal angeordnet, so dass sich eine ausgeglichene Massenverteilung ergibt. Die automatische Fixierung erleichtert die Bedienung des Flugzeugs und stellt sicher, dass der Rotor im Horizontalflug die Flugeigenschaften des Flugzeugs nicht negativ beeinflusst. Preferably, the at least two rotor propellers are designed such that they generate propulsion in the horizontal flight configuration. The rotor propellers thus act in this configuration as further propulsion propellers, which are the propellers on the main wings support. Existing folding winglets arranged radially outside the fastening points of the rotor propellers can, as mentioned, be folded back in the horizontal flight configuration so that maximum propulsion results with minimal air resistance. Advantageously, the rotor is automatically fixed in a predetermined rotational position (about the rotor axis) during pivoting of the rotor carrier from the vertical to the horizontal flight configuration when falling below a predetermined angle between a main plane of the fuselage and a rotational axis of the rotor. For example, in a two-bladed rotor, the two wings are arranged horizontally or vertically, resulting in a balanced mass distribution. The automatic fixation facilitates the operation of the aircraft and ensures that the rotor in horizontal flight does not adversely affect the flight characteristics of the aircraft.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des VTOL-Flugzeugs ist dieses klappbar ausgebildet. Dabei weist das Flugzeug eine oder mehrere der folgenden Knickstellen auf: a) zwischen dem Rumpf und seitlich am Rumpf angeordneten Abschnitten des Höhenruders; In a preferred embodiment of the VTOL aircraft this is designed hinged. In this case, the aircraft has one or more of the following kinks: a) between the fuselage and sections of the elevator arranged laterally on the fuselage;
b) zwischen dem Rumpf und den Hauptflügeln; b) between the hull and the main wings;
c) zwischen dem Rotorkopf und zwei seitlichen Elementen des Schwenkhebels; und/oder d) im Bereich eines Basisabschnitts der Rotorflügel. c) between the rotor head and two lateral elements of the pivoting lever; and / or d) in the region of a base section of the rotor blades.
Bei einer Knickstelle können die miteinander verbundenen Elemente entweder um eine einfache Schwenkachse gegeneinander verschwenkt werden oder das Knicken umfasst neben einer Schwenk- auch eine geneigt zu dieser angeordnete Drehachse.  In a kink, the interconnected elements can be pivoted either about a simple pivot axis against each other or the buckling includes not only a pivot and an inclined thereto arranged rotation axis.
Die Hauptflügel sind insbesondere nach oben in eine im Wesentlichen vertikale Stellung abklappbar. Analoges gilt für das Höhenruder. Der Rotorkopf kann relativ zur Rotorbrücke verschwenkt werden, oder er wird zusammen mit der Rotorbrücke gegenüber den seitlichen Elementen de Schwenkhebels verschwenkt. Dies ermöglicht ein Aufrichten der Rotorachse bei nach hinten geklapptem Rotor. Die Knickstelle im Bereich des Basisabschnitts der Rotorflügel ermöglicht es dann, den bei nach hinten abgeklapptem Rotor über die Rumpfbreite hinausragenden Teil der Rotorflügel nach vorne zu klappen, so dass im eingeklappten Zustand die Breite des Flugzeugs die Rumpfbreite nicht oder nur geringfügig überschreitet. Die Winglets können im vorderen Bereich mit den Abschnitten des Höhenruders verbunden werden. The main wings are in particular folded down in a substantially vertical position. The same applies to the elevator. The rotor head can be pivoted relative to the rotor bridge, or it is pivoted together with the rotor bridge relative to the lateral elements de pivot lever. This allows an erection of the rotor axis with the rotor folded back. The kink in the area of Base section of the rotor blades then makes it possible to fold the projecting rearward over the fuselage width projecting part of the rotor blades forward, so that when folded, the width of the aircraft, the trunk width not or only slightly. The winglets can be connected to the sections of the elevator in the front area.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung. From the following detailed description and the totality of the claims, further advantageous embodiments and feature combinations of the invention result.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen: BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The drawings used to explain the embodiment show:
Fig. 1 ein Schrägbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Fig. 1 is an oblique view of a first embodiment of an inventive
VTOL-Flugzeugs in der vertikalen Flugkonfiguration;  VTOL aircraft in vertical flight configuration;
Fig. 2 eine Darstellung des Flugzeugs mit verschiedenen Nutzmodulen; FIG. 2 is an illustration of the aircraft with various utility modules; FIG.
Fig. 3A-C eine Seitenansicht, Draufsicht und Vorderansicht des Flugzeugs in der vertikalen Flugkonfiguration; 3A-C is a side elevation, plan view and front elevation of the aircraft in the vertical flight configuration;
Fig. 4 ein Schrägbild des Flugzeugs in einer Übergangsstellung zwischen vertikaler und horizontaler Flugkonfiguration; 4 is an oblique view of the aircraft in an intermediate position between vertical and horizontal flight configuration;
Fig. 5 ein Schrägbild des Flugzeugs in der horizontalen Flugkonfiguration; Fig. 5 is an oblique view of the aircraft in the horizontal flight configuration;
Fig. 6A-C eine Seitenansicht, Vorderansicht und Draufsicht des Flugzeugs in der horizontalen Flugkonfiguration; 6A-C are side, front and top views of the aircraft in the horizontal flight configuration;
Fig. 7 ein Schrägbild des Flugzeugs im eingeklappten Zustand; 7 is an oblique view of the aircraft in the folded state;
Fig. 8 ein Schrägbild einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Fig. 8 is an oblique view of a second embodiment of an inventive
VTOL-Flugzeugs in der vertikalen Flugkonfiguration; Fig. 9 ein Schrägbild des Flugzeugs in einer Übergangssteiiung zwischen vertikaler und horizontaler Flugkonfiguration; und VTOL aircraft in vertical flight configuration; Fig. 9 is an oblique view of the aircraft in a transitional position between vertical and horizontal flight configuration; and
Fig. 10 ein Schrägbild des Flugzeugs in der horizontalen Flugkonfiguration. 10 is an oblique view of the aircraft in the horizontal flight configuration.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wege zur Ausführung der Erfindung Basically, the same parts are provided with the same reference numerals in the figures. Ways to carry out the invention
Die Figur 1 zeigt ein Schrägbild eines erfindungsgemässen VTOL-Flugzeugs in der vertikalen Flugkonfiguration. Das Flugzeug 1 umfasst einen Rumpf 10 mit einem offenen, im Wesentlichen rechteckigen und horizontal orientierten Rahmen 1 1 , in welchem ein Nutzmodul 20 aufgenommen ist. Aus der Figur 1 ersichtlich sind die Längsachse x, die Querachse y und die Hochachse z, wobei die Längachse x und die Querachse y eine horizontale Ebene xy aufspannen, die Hochachse z und die Querachse y eine vertikale Ebene yz quer zur Längsachse x. Die Hauptbewegungsrichtungen sind vertikal (z-Richtung) und horizontal (x-Richtung). FIG. 1 shows an oblique image of a VTOL aircraft according to the invention in the vertical flight configuration. The aircraft 1 comprises a hull 10 with an open, substantially rectangular and horizontally oriented frame 11, in which a useful module 20 is accommodated. 1, the longitudinal axis x, the transverse axis y and the vertical axis z, wherein the longitudinal axis x and the transverse axis y span a horizontal plane xy, the vertical axis z and the transverse axis y a vertical plane yz transverse to the longitudinal axis x. The main directions of movement are vertical (z-direction) and horizontal (x-direction).
In der Figur 2 ist das Flugzeug 1 mit verschiedenen Nutzmodulen 20a, 20b, 20c dargestellt. Die linke Seitenwand ist jeweils weggelassen, um einen Einblick in das jeweilige Modul zu gewähren. Den Modulen 20a...c gemeinsam ist die äussere Form; sie alle umfassen senkrechte Frontwände 21 a...c und Rückwände 22a...c; der Boden 23a...c und die Decke 24a...24c sind gewölbt. Die Module 20 passen somit in eine entsprechende Aufnahme 1 2 des Rahmens 1 1. Beim ersten Nutzmodul 20a handelt es sich um ein Personenmodul zur Aufnahme von Fluggästen. Es umfasst entsprechende Sitze und gegebenenfalls Bedienungselemente, falls das Flugzeug 1 nicht ferngesteuert betrieben wird. Je nach angestrebter Flughöhe ist das Personenmodul mit oder ohne Druckkabine ausgebildet. Beim zweiten Nutzmodul 20b handelt es sich um ein Lastmodul mit einem Aufnahmeraum für zu transportierende Lasten. Ein Pilotenplatz ist nicht vorgesehen. Ein mit diesem Nutzmodu! 20b ausgestattetes Flugzeug 1 ist zur Fernsteuerung bestimmt. Beim dritten Nutzmodul 20c handelt es sich um ein Lastmodul mit Hebekran. Dieser umfasst einen Kranhaken, welcher durch eine Öffnung im Boden 23c des Nutzmoduls 20c abgesenkt werden kann. Das Flugzeug 1 kann somit im Schwebezustand Lasten vom Erdboden aufnehmen. Weitere Module können eingesetzt werden, solange sie in den Aufnahmeraum 12 passen und die unten beschriebene Schwenkbewegung des Rotors nicht behindern. FIG. 2 shows the aircraft 1 with various useful modules 20a, 20b, 20c. The left sidewall is omitted in each case to give an insight into the respective module. Common to the modules 20a ... c is the external shape; they all comprise vertical front walls 21 a ... c and rear walls 22a ... c; the floor 23a ... c and the ceiling 24a ... 24c are arched. The modules 20 thus fit into a corresponding receptacle 1 2 of the frame 1 1. The first user module 20a is a passenger module for receiving passengers. It includes appropriate seats and possibly controls, if the aircraft 1 is not operated remotely. Depending on the desired altitude, the passenger module is designed with or without a pressurized cabin. The second user module 20b is a load module with a receiving space for loads to be transported. A pilot's seat is not provided. One with this Nutzmodu! 20b equipped aircraft 1 is intended for remote control. The third user module 20c is a load module with a lifting crane. This comprises a crane hook, which can be lowered through an opening in the bottom 23c of the utility module 20c. The aircraft 1 can thus loads of the Pick up soil. Other modules may be used as long as they fit into the receiving space 12 and do not interfere with the pivotal movement of the rotor described below.
Die Module 20 umfassen jeweils Schnittstellen für die Energieversorgung und den Datenaustausch mit dem Rumpf 10. Steuer- und Kontrolldaten können über elektrische Kontakte oder per Funk übertragen werden. Die Module 20 können auswechselbar ausgeführt werden oder im Rahmen der Herstellung fest mit dem Rahmen 1 1 verbunden werden. The modules 20 each comprise interfaces for the power supply and the data exchange with the fuselage 10. Control and control data can be transmitted via electrical contacts or by radio. The modules 20 can be made interchangeable or be connected in the context of the production with the frame 1 1.
Am Rahmen 1 1 angeordnet sind vor dem Aufnahmeraum 12 ein Rumpf-Vorderteil 13 und hinter dem Aufnahmeraum 12 ein Rumpf-Hinterteil 14. Bei eingesetztem Nutzmodul 20 ergibt sich eine durchgängige Dachlinie. Der Rumpf-Vorderteil 13 und der Rumpf-Hinterteil 14 nehmen für den Flugbetrieb benötigte Komponenten auf, so z. B. Steuerelektronik inklusive Sensoren (Luftgeschwindigkeit, Luftdruck, Temperatur, Lage) und Kommunikationsmitteln, eine Akkumulator-Einheit zur Speisung der elektrischen Antriebe, einen Verbrennungsmotor (z. B. einen Kolbenmotor, eine Turbine, Brennstoffzellen) für den direkten Antrieb und/oder den Betrieb eines Generators zum Aufladen des Akkumulators, den entsprechenden Treibstofftank usw. Arranged on the frame 11 are a fuselage front part 13 in front of the receiving space 12 and a fuselage rear part 14 behind the receiving space 12. When the user module 20 is inserted, a continuous roof line results. The fuselage front portion 13 and the trunk rear portion 14 take on components required for flight operation, such. B. control electronics including sensors (air velocity, air pressure, temperature, position) and communication means, an accumulator unit for feeding the electric drives, an internal combustion engine (eg., A piston engine, a turbine, fuel cells) for the direct drive and / or the Operation of a generator for charging the accumulator, the corresponding fuel tank, etc.
Am Rahmen 1 1 angeordnet ist zudem in einem vorderen Bereich, im Wesentlichen seitlich des Rumpf-Vorderteils 13, ein Höhenruder 30 mit zwei seitlich am Rahmen 1 1 um eine horizontale Achse schwenkbaren Ruderelementen 31 , 32. In einem hinteren Bereich, im Wesentlichen seitlich des Rumpf-Hinterteils 14, sind die Hauptflügel 41 , 42 angeordnet, welche gegenüber der horizontalen Ebene xy ausgehend vom Rahmen 1 1 schräg nach oben gerichtet sind, der zwischen der Ebene xy und der Hauptfläche der Hauptflügel 42, 42 eingeschlossene Winkel beträgt ca. 10°. Die Hauptflügel 41 , 42 tragen an ihrem äusseren Ende jeweils einen fix angeordneten elektrischen Propeilerantrieb 5 1 , 52 mit daran angeordnetem Propeller 53, 54. Alternativ ist der Propellerantrieb 51 im Rumpf- Hinterteil 14 angeordnet und die Antriebsleistung wird mechanisch (z. B. über Wellen) auf die Propeller übertragen. Im Vertikalflug dienen die Propeller 53, 54 primär zur Seitensteuerung und die Feineinstellung der Vor- bzw. Rückwärtsbewegung. Die Drehrichtungen der Propeller 53, 54 sind mit Vorteil gegenläufig. Die Hauptflügel 41 , 42 umfassen ferner mit Vorteil Klappen, die in an sich bekannter Weise gemeinsam das Querruder des Flugzeugs bilden. Arranged on the frame 1 1 is also in a front region, substantially laterally of the fuselage front part 13, an elevator 30 with two laterally on the frame 1 1 pivotable about a horizontal axis rudder elements 31, 32. In a rear area, substantially laterally of Fuselage rear parts 14, the main wings 41, 42 are arranged, which are directed with respect to the horizontal plane xy starting from the frame 1 1 obliquely upward, the included between the xy plane and the main surface of the main wing 42, 42 angle is about 10 ° , The main wings 41, 42 carry at their outer end in each case a fixedly arranged electric Propeilerantrieb 5 1, 52 arranged thereon propeller 53, 54. Alternatively, the propeller drive 51 is arranged in the fuselage rear part 14 and the drive power is mechanically (eg Waves) to the propellers. In vertical flight, the propellers 53, 54 serve primarily for lateral control and the fine adjustment of the forward or backward movement. The directions of rotation of the propeller 53, 54 are advantageously in opposite directions. The main wings 41, 42 Also advantageously comprise flaps which together form the aileron of the aircraft in a manner known per se.
Am Rumpf 10 schwenkbar angeordnet ist eine Rotorgabel 60. Sie ist beidseitig über jeweils eine horizontale und quer orientierte Schwenkachse geringfügig vor dem Schwerpunkt in der vertikalen Flugkonfiguration am Rahmen 1 1 angelenkt und umfasst zwei seitliche Schwenkhebel 6 1 , 62. Zwischen deren freien Enden ist eine Rotorbrücke 63 befestigt. On the fuselage 10 is pivotally mounted a rotor fork 60. It is hinged on both sides via a respective horizontal and transverse pivot axis slightly before the center of gravity in the vertical flight configuration on the frame 1 1 and comprises two lateral pivot lever 6 1, 62. Between the free ends is a Rotor bridge 63 attached.
Die Rotorbrücke 63 umfasst ein Rotorlager, in welchem der Rotor 70 drehbar gelagert ist. Im Flugbetrieb ist das Rotorlager fest an der Rotorbrücke 63 angeordnet. Zum Transportieren und Verstauen des Flugzeugs 1 lässt es sich - wie weiter unten, im Zusammenhang mit der Figur 7 erklärt - um 90° relativ zur Rotorbrücke verdrehen. Von der Rotorbrücke 63 werden über Drehkontakte zudem elektrische Leistung sowie Steuersignale zum Rotor 70 übertragen. Der Rotor 70 umfasst zwei Rotorflügel 71 , 72, welche an einem zentralen Rotorkopf 73, welcher die Nabe des Rotors 70 bildet, gelagert sind. In der in der Figur 1 gezeigten Position sind die Schwenkhebel 6 1 , 62 der Rotorgabel 60 vertikal nach oben verschwenkt, d. h. sie schliessen einen rechten Winkel mit den seitlichen Längselementen des Rahmens 1 1 ein. Das Rotorlager der Rotorbrücke 63 weist eine in dieselbe Richtung, also vertikal, nach oben gerichtete Drehachse auf. Entsprechend rotieren die beiden Rotorflügel 71 , 72 um eine vertikale Achse und spannen eine horizontale Ebene auf. The rotor bridge 63 includes a rotor bearing, in which the rotor 70 is rotatably mounted. In flight operation, the rotor bearing is fixedly arranged on the rotor bridge 63. For transporting and stowing the aircraft 1, as explained below, in connection with FIG. 7, it can be rotated by 90 ° relative to the rotor bridge. From the rotor bridge 63 electrical power and control signals to the rotor 70 are also transmitted via rotary contacts. The rotor 70 comprises two rotor blades 71, 72, which are mounted on a central rotor head 73, which forms the hub of the rotor 70. In the position shown in Figure 1, the pivot lever 6 1, 62 of the rotor fork 60 are pivoted vertically upwards, d. H. they include a right angle with the lateral longitudinal elements of the frame 1 1 a. The rotor bearing of the rotor bridge 63 has a in the same direction, ie vertically, upwardly directed axis of rotation. Accordingly, the two rotor blades 71, 72 rotate about a vertical axis and span a horizontal plane.
Die Rotorflügel 71 , 72 weisen ausgehend vom Rotorkopf 73 einen inneren Bereich 71 .1 , 72.1 auf, welcher schwenkbar am Rotorkopf 73 gelagert ist. Die Schwenkstellung (Pitch) der beiden Rotorflügel 71 , 72 ist jeweils entgegengesetzt und lässt sich ausgehend von der Rotorbrücke 63 einstellen. Dazu sind geeignete mechanische Übertragungselemente oder lokale Aktoren am Rotor angeordnet. An diesem Bereich klappbar gelagert ist ein Hauptbereich 7 1 .2, 72.2. Die Klappachse ist im Flugbetrieb fixiert, ein Einklappen findet - wie weiter unten im Zusammenhang mit der Figur 7 erklärt - für den Transport und das Verstauens des Flugzeugs 1 statt. Am äusseren Ende des Hauptbereichs 71 .2, 72.2 ist jeweils ein Propellerantrieb 74, 75 mit daran angeordnetem Propeller 76, 77 angeordnet, wobei die Drehachsen der Propeller im Wesentlichen in der von den Rotorflügeln 71 , 72 aufgespannten horizontalen Ebene liegen und um 180° zueinander versetzt sind. Der Propellerantrieb 74, 75 beinhaltet einen Elektromotor, welcher in einem aerodynamisch optimierten Gehäuse aufgenommen ist und welcher mit dem jeweiligen Propeller 76, 77 (ggf. über ein Getriebe) in Wirkverbindung steht. Bei den Propellern 76, 77 kann es sich um Verstellpropeller handeln. Sie liefern die Drehenergie des Rotors 70 im Vertikalflug und bedarfsweise zusätzliche Antriebskraft in Flugrichtung im Horizontalflug. Starting from the rotor head 73, the rotor blades 71, 72 have an inner region 71. 1, 72. 1, which is mounted pivotably on the rotor head 73. The pivotal position (pitch) of the two rotor blades 71, 72 is in each case opposite and can be adjusted starting from the rotor bridge 63. For this purpose, suitable mechanical transmission elements or local actuators are arranged on the rotor. Placed hinged to this area is a main area 7 1 .2, 72.2. The folding axis is fixed in flight mode, a folding takes place - as explained below in connection with Figure 7 - for the transport and stowage of the aircraft 1 instead. At the outer end of the main region 71 .2, 72.2 is in each case a propeller drive 74, 75 arranged thereon with the propeller 76, 77, wherein the axes of rotation of the propeller substantially in that of the rotor blades 71, 72nd lie spanned horizontal plane and are offset by 180 ° to each other. The propeller drive 74, 75 includes an electric motor, which is accommodated in an aerodynamically optimized housing and which is in operative connection with the respective propeller 76, 77 (possibly via a transmission). The propellers 76, 77 may be variable pitch propellers. They provide the rotational energy of the rotor 70 in vertical flight and, if necessary, additional driving force in the direction of flight in horizontal flight.
Im Bereich der Propeller ist eine weitere Klappachse, parallel zur Hauptebene des Hauptbereichs 71.2, 72.2, angeordnet, über welche Winglets 71.3, 72.3 an den Hauptbereichen 71 .2, 72.2 gelagert sind. Die Winglets weisen ein Hochleistungsprofil mit maximalem Auftrieb auf. Zwischen den Winglets 71.3, 72.3 und dem jeweiligen Hauptbereich 71.2, 72.2 ist ferner ein federgestützter Rückholmechanismus angeordnet, welche die Winglets 71.3, 72.3 bei fehlender Zentrifugalkraft in eine rechtwinklig zum Hauptbereich 71 .2, 72.2 abgewinkelte und von der Rotorgabel 60 weg gerichtete Stellung verschwenkt. Die Figur 1 zeigt also die Stellung der Winglets 71.3, 72.3 bei Betrieb des Rotors 70 in der vertikalen Flugkonfiguration, so dass die Zentrifugalkraft die Winglets 71.3, 72.3 nach aussen in die Verlängerung des Hauptbereichs 71.2, 72.2 der Rotorflügel 71 , 72 bewegt. In the area of the propellers, another folding axis, parallel to the main plane of the main area 71.2, 72.2, is arranged, via which winglets 71.3, 72.3 are mounted on the main areas 71, 2, 72.2. The winglets have a high performance profile with maximum lift. Between the winglets 71.3, 72.3 and the respective main area 71.2, 72.2, a spring-supported return mechanism is also arranged, which pivots the winglets 71.3, 72.3 in the absence of centrifugal force in a right angle to the main area 71.2, 72.2 angled and directed away from the rotor fork 60 position. Thus, FIG. 1 shows the position of the winglets 71.3, 72.3 during operation of the rotor 70 in the vertical flight configuration, so that the centrifugal force moves the winglets 71.3, 72.3 outwards into the extension of the main area 71.2, 72.2 of the rotor blades 71, 72.
Die Winglets stellen - unabhängig von den sonstigen Steueranweisungen - automatisch die richtige Drehzahl des Rotors zum Erreichen eines ausreichenden vertikalen Auftriebs sicher. Die Winglets sind nur im Vertikalflug und im Übergang bis zu einem Rotorwinkel von ca. 45° (gemessen zur vertikalen Orientierung) linear abnehmend aktiv. Zwischen 0 und 45° steuert die Zentrifugalkraft direkt den Anstellwinkel der Winglets und parallel dazu die Leistung der Rotorantriebe. Ist die Rotation zu schnell, wird der Anstellwinkel erhöht und die Leistung reduziert - ist diese zu gering, wird der Anstellwinkel reduziert und die Leistung erhöht. Bei einem Leistungsausfall nimmt das System von selbst eine sichere Sinkrate von ca. 3-4 m/s an. Bei einem Rotorwinkel von mehr als 45° haben die Winglets kaum mehr einen Einfluss auf die Leistung, die Rotordrehzahl wird reduziert und die Winglets werden durch den Fahrwind zurückgeklappt. Independently of the other control instructions, the winglets automatically ensure the correct rotational speed of the rotor in order to achieve sufficient vertical lift. The winglets are active only in vertical flight and in the transition up to a rotor angle of about 45 ° (measured for vertical orientation) linear decreasing. Between 0 and 45 °, the centrifugal force directly controls the angle of attack of the winglets and, in parallel, the power of the rotor drives. If the rotation is too fast, the angle of attack is increased and the power reduced - if it is too low, the angle of attack is reduced and the power increased. In the event of a power failure, the system automatically assumes a safe sink rate of approx. 3-4 m / s. With a rotor angle of more than 45 °, the winglets have little impact on performance, the rotor speed is reduced and the winglets are folded back by the driving wind.
In den Figuren 3A-3C sind eine Seitenansicht, eine Draufsicht und eine Vorderansicht des Flugzeugs 1 in der vertikalen Flugkonfiguration dargestellt. Neben den bereits aus der Figur 1 ersichtlichen Komponenten zeigen die Figuren 3A-3C insbesondere auch deutlich die Landekufen, nämlich eine zentrale vordere Landekufe 81 , welche zwischen den Ruderelementen 31 , 32 des Höhenruders 30 am Frontteil des Rahmens 1 1 angeordnet ist, und zwei seitliche hintere Landekufen 82, 83, welche unterhalb der Hauptflügel 41 , 42 im hinteren Bereich der Seitenteile des Rahmens 1 1 angeordnet sind. Die Landekufen 81 , 82, 83 erstrecken sich ausgehend vom Rahmen 1 1 schräg nach hinten unten und sind quer zur Flugrichtung zur Verringerung des Luftwiderstandes sehr schmal ausgebildet, während sie in Flugrichtung eine mehrfach grössere Ausdehnung aufweisen. FIGS. 3A-3C show a side view, a top view and a front view of the aircraft 1 in the vertical flight configuration. In addition to the already from the Figure 1 apparent components Figures 3A-3C in particular also clearly the landing skids, namely a central front Landekufe 81, which is arranged between the rudder elements 31, 32 of the elevator 30 on the front part of the frame 1 1, and two lateral rear landing skids 82, 83rd , which are arranged below the main wing 41, 42 in the rear region of the side parts of the frame 1 1. The landing skids 81, 82, 83 extending from the frame 1 1 obliquely backwards down and are formed transversely to the direction of flight to reduce the air resistance very narrow, while in the direction of flight have a multiple greater extent.
Die Tragleistung im Schwebeflug wird durch die Leistungsfähigkeit des Rotors und der entsprechenden Antriebe bestimmt. Diese kann wesentlich erhöht werden, wenn zur Rotation die Vorwärtsbewegung durch die am Hauptflügel angeordneten Propeller kommt. Dies ist insbesondere bei besonderen Flugsituationen, z. B. dem Start in grosser Höhe oder bei unerwartet starken Abwinden in den Bergen, von Vorteil. The lifting capacity in hover is determined by the performance of the rotor and the corresponding drives. This can be substantially increased if the forward movement for rotation occurs through the propeller arranged on the main wing. This is especially in special flight situations, eg. As the start in high altitude or unexpectedly strong downhill in the mountains, an advantage.
Die Figur 4 zeigt ein Schrägbild des Flugzeugs in einer Übergangsstellung zwischen vertikaler und horizontaler Flugkonfiguration. Die Schwenkhebel 61 , 62 der Rotorgabel 60 mit der daran angeordneten Rotorbrücke 63 werden um die quer orientierten, horizontalen Drehachsen nach hinten verschwenkt. Im selben Mass verschiebt sich die Orientierung der Drehachse des Rotors 70 nach schräg hinten. Die Schwenkhebel 61 , 62, der Rahmen 1 1 und ein in den Aufnahmeraum 12 des Rahmens 1 1 eingesetztes Nutzmodul sind so dimensioniert, dass die Schwenkhebel ungehindert bis in die in der Figur 5 gezeigte horizontale Orientierung verschwenkt werden können. FIG. 4 shows an oblique view of the aircraft in an intermediate position between vertical and horizontal flight configuration. The pivoting levers 61, 62 of the rotor fork 60 with the rotor bridge 63 arranged thereon are pivoted backwards about the transversely oriented, horizontal axes of rotation. To the same extent, the orientation of the axis of rotation of the rotor 70 moves obliquely behind. The pivot levers 61, 62, the frame 1 1 and an inserted into the receiving space 12 of the frame 1 1 Nutzmodul are dimensioned so that the pivot lever can be freely pivoted to the horizontal orientation shown in Figure 5.
Der sich durch die Horizontalbewegung ergebende aerodynamische Auftrieb setzt bei einem Rotorkippwinkel von ca. 50° (gemessen zwischen der Rotorachse und der vertikalen Position) ein. Bei zunehmender Geschwindigkeit in Flugrichtung wird die Rotorgabel 60 mit dem Rotor 70 weiter nach hinten geneigt (abgesenkt), wodurch die Rotorflügel 71 , 72, die Propeller 76, 77 und die Winglets 71.3, 72.3 einen negativen Pitch einnehmen. Durch diese Massnahme kann das Flugzeug weiter Fahrt aufnehmen, was die Neigung des Rotors 70 nach hinten weiter verstärkt, bis die Hauptflügel 41 , 42 und ergänzend der Rumpf den Auftrieb für den Horizontalflug übernehmen können. Der Übergang vom Horizontal- zum Vertikalflug spielt sich in umgekehrter Reihenfolge unter einer Reduktion der horizontalen Geschwindigkeit ab. The resulting by the horizontal movement aerodynamic lift starts at a rotor tip angle of about 50 ° (measured between the rotor axis and the vertical position). With increasing speed in the direction of flight, the rotor fork 60 is further tilted (lowered) with the rotor 70, whereby the rotor blades 71, 72, the propellers 76, 77 and the winglets 71.3, 72.3 take a negative pitch. By this measure, the aircraft can continue driving, which further increases the inclination of the rotor 70 to the rear until the main wing 41, 42 and in addition the hull the Buoyancy for horizontal flight can take over. The transition from horizontal to vertical flight takes place in reverse order under a reduction of the horizontal speed.
Die Figur 5 zeigt ein Schrägbild des Flugzeugs in der horizontalen Flugkonfiguration. Die Figur 6A-C zeigt eine Seitenansicht, eine Vorderansicht und eine Draufsicht des Flugzeugs in dieser Flugkonfiguration. Die Schwenkhebel 61 , 62 sind ganz nach hinten verschwenkt, liegen auf den Seitenteilen des Rahmens 1 1 auf und sind in dieser Stellung fixiert. Der Rotorkopf 73 des Rotors 70 und damit die Rotordrehachse sind horizontal, parallel zur Flugrichtung, orientiert. Der Rotor 70 ist in dieser Flugkonfiguration in einer Stellung fixiert, in welcher die Rotorflügel 71 , 72 vertikal orientiert sind, also ausgehend vom Rotorkopf 73 vertikal nach oben bzw. nach unten verlaufen. Die inneren Bereiche 71.1 , 72.1 und damit die gesamten Rotorflügel 71 , 72 sind relativ zum Rotorkopf 73 so verschwenkt, dass die Hauptfläche der Rotorflügel 71 , 72 ebenfalls parallel zur Flugrichtung sind. Der Luftwiderstand des Rotors 70 wird somit minimiert. Die Winglets 71.3, 72.3 sind relativ zum jeweiligen Hauptbereich 71.2, 72.2 um 90° nach hinten verschwenkt, liegen also hinter dem jeweiligen Hauptbereich 71.2, 72.2. Es ergibt sich eine weitere Reduktion des Luftwiderstands und auch der Platzbedarf in vertikaler Richtung verringert sich. FIG. 5 shows an oblique image of the aircraft in the horizontal flight configuration. Figure 6A-C shows a side view, a front view and a plan view of the aircraft in this flight configuration. The pivot levers 61, 62 are pivoted all the way back, lie on the side parts of the frame 1 1 and are fixed in this position. The rotor head 73 of the rotor 70 and thus the rotor axis of rotation are horizontal, parallel to the direction of flight, oriented. The rotor 70 is fixed in this flight configuration in a position in which the rotor blades 71, 72 are vertically oriented, so starting from the rotor head 73 extend vertically upwards or downwards. The inner regions 71.1, 72.1 and thus the entire rotor blades 71, 72 are pivoted relative to the rotor head 73 so that the main surface of the rotor blades 71, 72 are also parallel to the direction of flight. The air resistance of the rotor 70 is thus minimized. The winglets 71.3, 72.3 are pivoted 90 ° backwards relative to the respective main area 71.2, 72.2, ie lie behind the respective main area 71.2, 72.2. This results in a further reduction of air resistance and the space required in the vertical direction is reduced.
Die Drehachsen der an den Rotorflügeln 71 , 72 angeordneten Propeller 76, 77 verlaufen ebenfalls parallel in Flugrichtung und die beiden Propeller 76, 77 können zusätzlichen Schub in Vorwärtsrichtung beitragen, so dass das Flugzeug 1 in dieser Flugkonfiguration über vier wirksame Antriebe verfügt. Im Horizontalflug dient das Höhenruder 30 zur Höhensteuerung und bildet eine sekundäre Tragfläche. The axes of rotation of the propellers 76, 77 arranged on the rotor blades 71, 72 likewise run parallel in the direction of flight and the two propellers 76, 77 can contribute additional thrust in the forward direction, so that the aircraft 1 has four effective drives in this flight configuration. In horizontal flight, the elevator 30 serves for height control and forms a secondary wing.
Für die normale Reisegeschwindigkeit werden die elektrischen Antriebe im Bereich ihrer Nominalleistung betrieben. Für kurzzeitige Phasen mit Höchstgeschwindigkeit erfolgt ein Betrieb im Bereich der Maximalleistung. For the normal cruising speed, the electric drives are operated in the range of their nominal power. For short-term phases at maximum speed, operation takes place in the area of the maximum power.
Die Figur 7 zeigt ein Schrägbild des Flugzeugs im eingeklappten Zustand. In diesem nimmt das Flugzeug einen minimalen Raum ein und lässt sich so einfach und kostengünstig transportieren und lagern. Das Flugzeug lässt sich beispielsweise auf einem strassentauglichen Anhänger bewegen oder auf einem üblichen Parkfeld abstellen. Die Nutzlast lässt sich so bei Bedarf auch auf Strassen weiter bewegen, z. B. für die Feinverteilung, ohne dass das entsprechende Nutzmodul vom Flugzeug entfernt werden müsste. Alternativ kann das erfindungsgemässe Flugzeug auch in einer Container-Logistik verwendet werden, wobei die Nutzmodule als Container dienen und zusammen mit der weiter zu transportierenden Ladung aus dem Rumpf entnommen und durch andere Transportmittel (z. B. auf dem Strassen-, Schienen oder Wasserweg) weiter transportiert werden. FIG. 7 shows an oblique image of the aircraft in the folded-in state. In this, the aircraft occupies a minimal space and can be so easily and inexpensively transport and store. The aircraft can be, for example, on a move roadworthy trailer or park in a standard parking area. The payload can be moved as needed on roads, z. B. for the fine distribution, without the corresponding utility module would have to be removed from the aircraft. Alternatively, the aircraft according to the invention can also be used in container logistics, where the useful modules serve as containers and are taken out of the fuselage together with the cargo to be transported further and by other means of transport (eg by road, rail or waterway). be transported further.
Im Unterschied zur horizontalen Flugkonfiguration, wie in der Figur 6 gezeigt, ist das Rotorlager relativ zur Rotorbrücke 63 um 90° nach oben verschwenkt, so dass der Rotorkopf 73 nach oben weist. Die Rotorflügel 71 , 72 weisen mit ihren Hauptflächen ebenfalls vertikal nach oben, wobei die Hauptteile 71.2, 72.2 gegenüber den inneren Bereichen 71.1 , 72.1 um 90° nach vorne geklappt sind. Die Winglets 71.3, 72.3 befinden sich in der Verlängerung der Hauptteile 71 .2, 72.2 und erstrecken sich wie diese seitlich entlang des Rumpfs 10 nach vorne und schliessen damit das Nutzmodul 20 ein. Die am Rotor 70 angeordneten Propeller 76, 77 sind parallel zum Seitenteil des Rahmens 1 1 orientiert. Die Hauptflügel 41 , 42 sind senkrecht nach oben geklappt, ebenso die Ruderelemente 31 , 32 des Höhenruders 30. Die an den Hauptflügeln 41 , 42 angeordneten Propeller sind in einer vertikalen Richtung fixiert. Die Steuerung der Höhe erfolgt im Horizontalflug konventionell aerodynamisch entlang der Querachse über die Ruderelemente 31 , 32 des Höhenruders 30. Im Vertikalflug erfolgt die Steuerung konventionell vertikal entlang der Hochachse über die Pitchverstellung der Rotorflügel 71 , 72. Gesteuert wird die Höhe über die Vor- und Zurückbewegung des Sticks, wobei beim Ziehen die Nase des Flugzeugs um die Querachse nach oben dreht, respektive ein positiver Pitch den Auftrieb erhöht und das Flugzeug entlang der Höhenachse nach oben zieht. Beim Drücken des Sticks erfolgt die umgekehrte Bewegung. In contrast to the horizontal flight configuration, as shown in Figure 6, the rotor bearing is pivoted relative to the rotor bridge 63 by 90 ° upwards, so that the rotor head 73 facing upward. The rotor blades 71, 72 also have their main surfaces vertically upward, with the main parts 71.2, 72.2 are folded over the inner portions 71.1, 72.1 by 90 ° to the front. The winglets 71.3, 72.3 are located in the extension of the main parts 71 .2, 72.2 and extend like these laterally along the trunk 10 forward and thus enclose the utility module 20 a. The rotor 70 arranged on the propeller 76, 77 are oriented parallel to the side part of the frame 1 1. The main wings 41, 42 are folded upwards vertically, as are the rudder elements 31, 32 of the elevator 30. The propellers arranged on the main wings 41, 42 are fixed in a vertical direction. In vertical flight, the control conventionally takes place vertically along the vertical axis via the pitch adjustment of the rotor blades 71, 72. The height is controlled by the forward and Back movement of the stick, whereby when pulling the nose of the aircraft turns around the transverse axis upwards, respectively, a positive pitch increases the buoyancy and pulls the aircraft along the elevation axis upwards. Pressing the stick reverses the movement.
Die Steuerung der Richtung erfolgt im Horizontalflug konventionell aerodynamisch entlang der Längsachse über Querruder in oder an den Hauptflügeln 41 ,42 in konventioneller Kombination mit einer Drehung um die Querachse über die Elemente 31 , 32 des Höhenruders (Ziehen am Stick), welche durch die gegensätzliche Verstellung der Propeller 53, 54 und mit einer Drehung um die Hochachse unterstützt wird, im Vertikalflug erfolgt die Richtungssteuerung ausschliesslich durch die gegensätzliche Verstellung der Propeller 53, 54 über das Links bzw. Rechtsverschieben des Sticks, wobei im Horizontalflug ein Linksverschieben eine Drehung um die Längsachse in Flugrichtung im Gegenuhrzeigersinn, im Vertikalflug eine Drehung nach links um die Hochachse, bewirkt. Die Steuerung in Gegenrichtung erfolgt analog. The control of the direction takes place in horizontal flight conventionally aerodynamically along the longitudinal axis via ailerons in or on the main wings 41, 42 in conventional combination with a rotation about the transverse axis via the elements 31, 32 of the elevator (pulling on the stick), which by the opposite adjustment the propeller 53, 54 and supported by a rotation about the vertical axis, in vertical flight, the direction control is exclusively by the opposite adjustment of the propeller 53, 54 on the left or right shift of the stick, wherein in horizontal flight a left shift rotation about the longitudinal axis in the direction of flight in Counterclockwise, in vertical flight, a rotation to the left about the vertical axis causes. The control in the opposite direction is analog.
Die Steuerung der Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung erfolgt im Vertikalflug durch die synchrone Verstellung der Stellung der Blätter der Propeller 53, 54, ausgelöst durch die Betätigung eines Pistolengriffs am Stick in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung (oder über ein Gas-/Bremspedal analog zu Fahrzeugen oder Uber einen Verstellpropeller-Hebel). The control of the forward or backward movement is carried out in vertical flight by the synchronous adjustment of the position of the blades of the propeller 53, 54, triggered by the operation of a pistol grip on the stick in the forward or reverse direction (or a gas / brake pedal analogous to vehicles or Via a variable pitch propeller lever).
Die Trimmung aller Steuerelemente erfolgt elektrisch im Rahmen einer üblichen Servosteuerung für Autopiloten (Höhe, Richtung, Geschwindigkeit). Die horizontale Vorwärtsbewegung wird mit einem "Power & Speed"-Hebel gesteuert, welcher vier Positionen umfasst, namentlich "Park" (lock), "Roll/Start/Land" (unlock), "Gear up" und "Fly". Beeinflusst wird namentlich die Stellung der Propellerblätter der an den Hauptflügeln angeordneten Propeller. Am selben Hebel ist ebenfalls die Leistungssteuerung der Rotorantriebe vorgesehen, welche lediglich vier Stufen vorsieht, namentlich Rekuperation, Leerlauf, Normal und maximale Leistung sowie für Notfallsituationen "Kick Füll Power", welche die maximale Leistung aller Systeme oder wahlweise nur vertikal oder nur horizontal anfordert. Die tatsächlich bereitzustellende Leistung wird in Abhängigkeit des benötigten Drehmoments und damit u. a. in Abhängigkeit der Stellung der Propeller- bzw. Rotorblätter vollautomatisch geregelt. The trim of all controls is done electrically as part of a conventional servo control for autopilots (height, direction, speed). The horizontal forward motion is controlled by a "Power & Speed" lever, which includes four positions, namely "Park" (lock), "Roll / Start / Land" (unlock), "Gear up" and "Fly". In particular, the position of the propeller blades of the propellers arranged on the main wings is influenced. On the same lever, the power control of the rotor drives is also provided, which provides only four stages, namely recuperation, idle, normal and maximum power and emergency situations "kick fill power", which requests the maximum power of all systems or optional only vertically or horizontally. The actual power to be provided depends on the required torque and thus u. a. regulated fully automatically depending on the position of the propeller or rotor blades.
Die eigentliche Steuerung der Antriebe (inkl. eines Verbrennungsmotors zum Antrieb eines Generators zum Speisen des Akkumulators) erfolgt vollautomatisch in Abhängigkeit von der verlangten Antriebsleistung und dem Ladezustand des Akkumulators. The actual control of the drives (including an internal combustion engine for driving a generator for powering the accumulator) takes place fully automatically as a function of the required drive power and the state of charge of the accumulator.
Alle Antriebssysteme sind doppelt aber nicht redundant; sie sind so ausgelegt, dass auch bei einem Ausfall der Hälfte der Systeme die verbleibenden Antriebe auch bei maximaler Zuladung ein sicheres und gesteuertes Absinken und Landen sicherstellen können (hotspare, fail-save). Beispielhafte technische Spezifikationen des dargestellten Flugzeugs sind in der folgenden Tabelle festgehalten: All drive systems are double but not redundant; They are designed in such a way that the remaining drives can ensure safe and controlled lowering and landing even at maximum load even if half of the systems fail (hot spare, fail-save). Exemplary technical specifications of the aircraft shown are recorded in the following table:
Gewicht Antriebssystem komplett 100 kg maximale Gesamtmotorleistung ca. 140 kW Weight drive system complete 100 kg maximum total motor power approx. 140 kW
Spannweite 4.991 mSpan 4,991 m
(Horizontalflug) (Horizontal Flight)
Spannweite (Vertikalflug) 8.980 m Span (vertical flight) 8,980 m
Länge (Horizontalflug) 5.079 m Length (horizontal flight) 5,079 m
Länge (Vertikalflug) 3.329 m Length (vertical flight) 3,329 m
Höhe (Horizontalflug) 4.500 m Altitude (horizontal flight) 4,500 m
Höhe (Vertikalflug) 3.179 m (ohne Fahrwerk) Altitude (vertical flight) 3,179 m (without chassis)
Flügelfläche (Horizontalflug) Hauptflügel 2.14 m2 Wing area (horizontal flight) Main wing 2.14 m 2
Rumpfflügel 9.14 m2 Höhenruder 0.4 m2 Hull wing 9.14 m 2 elevator 0.4 m 2
Total: 1 1.68 m2 Total: 1 1.68 m 2
Propellerfläche (Vertikalflug) 4.759 m2 Propeller surface (vertical flight) 4,759 m 2
Streckung (Horizontalflug) 7.4 Extension (horizontal flight) 7.4
Streckung (Vertikalflug) 17.0 Extension (vertical flight) 17.0
Schwerpunkt (Horizontalflug) von vorne gemessen 50% der Center of gravity (horizontal flight) measured from the front 50% of
Gesamtlänge (Horizontalflug)  Total length (horizontal flight)
Schwerpunkt (Vertikalflug) von vorne gemessen 52 - 60% der Center of gravity (vertical flight) measured from the front 52 - 60% of
Gesamtlänge (Vertikalflug)  Total length (vertical flight)
Leergewicht 222 kg (ohne Nutzmodul) maximales Startgewicht 472.5 kg Tankvolumen 20 1 Curb weight 222 kg (without payload module) maximum take-off weight 472.5 kg Tank volume 20 1
Reisegeschwindigkeit 300 km/h maximale Geschwindigkeit 370 km/h zulässige Höchstgeschwindigkeit 420 km/h beste Steiggeschwindigkeit 45 km/h maximale Steigrate 14 m/s maximale Flughöhe 6000 m Cruising speed 300 km / h maximum speed 370 km / h maximum speed 420 km / h best speed 45 km / h maximum climb rate 14 m / s maximum altitude 6000 m
Treibstoffverbrauch 18 l/h Fuel consumption 18 l / h
Die Gesamtlänge bezeichnet die gesamte Länge des Rumpfs in der entsprechenden Flugkonfiguration, inklusive Rotornabe in der Horizontalflugkonfiguration. The total length designates the entire length of the fuselage in the corresponding flight configuration, including the rotor hub in the horizontal flight configuration.
Die Figuren 8 - 10 zeigen eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemässen VTOL- Flugzeugs. Die Figur 8 zeigt ein Schrägbild des Flugzeugs in der vertikalen Flugkonfiguration, die Figur 9 ein Schrägbild des Flugzeugs in einer Übergangsstellung zwischen vertikaler und horizontaler Flugkonfiguration und die Figur 10 ein Schrägbild des Flugzeugs in der horizontalen Flugkonfiguration. FIGS. 8-10 show a second embodiment of a VTOL aircraft according to the invention. FIG. 8 shows an oblique view of the aircraft in the vertical flight configuration, FIG. 9 shows an oblique view of the aircraft in a transitional position between vertical and horizontal flight configurations, and FIG. 10 shows an oblique view of the aircraft in the horizontal flight configuration.
Das Flugzeug 100 umfasst einen Rumpf 1 10 mit einem offenen, im Wesentlichen rechteckigen und horizontal orientierten Rahmen 1 1 1 , in welchem ein Nutzmodul 120 aufgenommen ist. Aus der Figur 8 ersichtlich sind die Längsachse x, die Querachse y und die Hochachse z, wobei die Längsachse x und die Querachse y eine horizontale Ebene xy aufspannen, die Hochachse z und die Querachse y eine vertikale Ebene yz quer zur Längsachse x. Die Hauptbewegungsrichtungen sind vertikal (z-Richtung) und horizontal (x- Richtung). The aircraft 100 comprises a fuselage 1 10 having an open, substantially rectangular and horizontally oriented frame 1 1, in which a utility module 120 is accommodated. The longitudinal axis x, the transverse axis y and the vertical axis z can be seen in FIG. 8, wherein the longitudinal axis x and the transverse axis y span a horizontal plane xy, the vertical axis z and the transverse axis y a vertical plane yz transverse to the longitudinal axis x. The main directions of movement are vertical (z-direction) and horizontal (x-direction).
Am Rahmen 1 1 1 angeordnet sind vor dem Aufnahmeraum mit dem Nutzmodul 120 ein Rumpf-Vorderteil 1 1 3 und hinter dem Aufnahmeraum ein Rumpf-Hinterteil 1 14. Bei eingesetztem Nutzmodul 120 ergibt sich eine durchgängige Dachlinie. Der Rumpf- Vorderteil 1 13 und der Rumpf-Hinterteil 1 14 nehmen für den Flugbetrieb benötigte Komponenten auf, so z. B. Steuerelektronik inklusive Sensoren (Luftgeschwindigkeit, Luftdruck, Temperatur, Lage) und Kommunikationsmitteln, eine Akkumulator-Einheit zur Speisung der elektrischen Antriebe, einen Verbrennungsmotor (z. B. einen Kolbenmotor, eine Turbine, Brennstoffzellen) für den direkten Antrieb und/oder den Betrieb eines Generators zum Aufladen des Akkumulators, den entsprechenden Treibstofftank usw. Arranged on the frame 1 1 1 in front of the receiving space with the Nutzmodul 120 a fuselage front part 1 1 3 and behind the receiving space a fuselage rear part 1 14. When inserted Nutzmodul 120 results in a continuous roofline. The hull- Front part 1 13 and the fuselage rear part 1 14 take on the components needed for flight operations, such. B. control electronics including sensors (air velocity, air pressure, temperature, position) and communication means, an accumulator unit for feeding the electric drives, an internal combustion engine (eg., A piston engine, a turbine, fuel cells) for the direct drive and / or the Operation of a generator for charging the accumulator, the corresponding fuel tank, etc.
Am Rahmen 1 1 1 angeordnet ist zudem in einem vorderen Bereich, im Wesentlichen seitlich des Rumpf-Vorderteils 1 13, ein Höhenruder 130 mit zwei seitlich am Rahmen 1 1 1 um eine horizontale Achse schwenkbaren Ruderelemente 1 31 , 1 32. In einem hinteren Bereich, im Wesentlichen seitlich des Rumpf-Hinterteils 1 14, sind die Hauptflügel 141 , 142 angeordnet, welche gegenüber der horizontalen Ebene xy ausgehend vom Rahmen 1 1 schräg nach oben gerichtet sind, der zwischen der Ebene xy und der Hauptfläche der Hauptflügel 142, 142 eingeschlossene Winkel beträgt ca. 10°. Die Hauptflügel 141 , 142 tragen an ihrem äusseren Ende jeweils einen fix angeordneten elektrischen Propellerantrieb 1 5 1 , 1 52 mit daran angeordnetem Propeller 1 53, 1 54. Alternativ ist der Propefierantrfeb im Rumpf-Hintertei/ 1 14 angeordnet und die Antriebsleistung wird mechanisch (z. B. über Wellen) auf die Propeller übertragen. Im Vertikalflug dienen die Propeller 153, 1 54 primär zur Seitensteuerung und die Feineinstellung der Vor- bzw. Rückwärtsbewegung. Die Drehrichtungen der Propeller 1 53, 1 54 sind mit Vorteil gegenläufig. Die Hauptflügel 141 , 142 umfassen ferner mit Vorteil Klappen, die in an sich bekannter Weise gemeinsam das Querruder des Flugzeugs bilden. Arranged on the frame 1 1 1 is also in a front region, substantially laterally of the fuselage front part 1 13, an elevator 130 with two laterally on the frame 1 1 1 pivotable about a horizontal axis rudder elements 1 31, 1 32. In a rear area , substantially laterally of the fuselage rear part 1 14, the main wings 141, 142 are arranged, which are directed obliquely upwards relative to the horizontal plane xy starting from the frame 1 1, which is enclosed between the plane xy and the main surface of the main wings 142, 142 Angle is about 10 °. The main wings 141, 142 carry at their outer end in each case a fixedly arranged electric propeller drive 1 5 1, 1 52 with arranged thereon propeller 1 53, 1 54. Alternatively, the Propefierantrfeb in the hull Hintertei / 1 14 is arranged and the drive power is mechanically ( eg via waves) to the propellers. In vertical flight serve the propellers 153, 1 54 primarily for side control and the fine adjustment of the forward or backward movement. The directions of rotation of the propellers 1 53, 1 54 are advantageously in opposite directions. The main wings 141, 142 also advantageously include flaps that together form the aileron of the aircraft in a manner known per se.
Am Rumpf 1 10 schwenkbar angeordnet ist eine Rotorgabel Ι όΟ. Sie ist beidseitig über jeweils eine horizontale und quer orientierte Schwenkachse geringfügig vor dem Schwerpunkt in der vertikalen Flugkonfiguration am Rahmen 1 1 1 angelenkt und umfasst zwei seitliche Schwenkhebel 161 , 162. Die Schwenkhebel 1 61 , 162 umfassen einen unteren Teil 161 .1 , 162.1 , welcher sich vom Bereich der Schwenkachse bis zum unteren Ende erstreckt, sowie einen oberen Teil 16 1.2, 162.2, zwischen dessen freien Enden eine Rotorbrücke 163 befestigt ist. Der untere Teil 161 .1 , 1 62.1 umfasst ein Gehäuse, in welchem Akkumulatoren zur Speisung der Propeller- und Rotorantriebe aufgenommen sind. Er wirkt damit als Gegengewicht zur Rotorbrücke mit angeordneten Komponenten. Am unteren Ende der Schwenkhebel 161 , 162 sind um horizontale Achsen schwenkbar Kufenelemente 164 angeordnet. In der in der Figur 8 dargestellten vertikalen Flugkonfiguration sind sie vollständig ausgefahren und erstrecken sich ausgehend von den Schwenkhebeln 161 , 162 in horizontaler Richtung und parallel zur Längsachse des Flugzeugs 100 nach hinten bzw. nach vorne. Sie tragen das Flugzeug 100, wenn es auf dem Boden aufsitzt. Die Unterseite des Flugzeugs 100 ist somit frei zugänglich. On the hull 1 10 pivotally mounted is a rotor fork Ι όΟ. It is hinged on both sides via a horizontal and transversely oriented pivot axis slightly before the center of gravity in the vertical flight configuration on the frame 1 1 1 and includes two lateral pivot lever 161, 162. The pivot lever 1 61, 162 comprise a lower part 161 .1, 162.1, which extends from the region of the pivot axis to the lower end, and an upper part 16 1.2, 162.2, between whose free ends a rotor bridge 163 is attached. The lower part 161 .1, 1 62.1 comprises a housing in which accumulators for feeding the propeller and rotor drives are accommodated. He acts as a counterweight to the rotor bridge with arranged components. At the lower end of the pivot levers 161, 162 pivotable about horizontal axes runner elements 164 are arranged. In the vertical flight configuration shown in FIG. 8, they are fully extended and extend, starting from the pivoting levers 161, 162, in the horizontal direction and parallel to the longitudinal axis of the aircraft 100, backwards or forwards. They carry the aircraft 100 when it rests on the ground. The underside of the aircraft 100 is thus freely accessible.
Die Rotorbrücke 163 umfasst ein Rotorlager, an welchem ausgehend von der die Schwenkhebel 161 , 162 verbindenden Rotorbrücke 163 zunächst ein beidseitiger Ausleger 190 um eine senkrecht zur Verbindungsachse der Schwenkhebel 161 , 162 orientierte Achse schwenkbar angeordnet ist. Der Ausleger 190 umfasst symmetrisch zur Achse zwei Basisteile 191 , 192, die flächig ausgebildet sind, wobei die Haupflächen parallel zur Schwenkachse verlaufen. In der in der Figur 8 dargestellten vertikalen Flugkonfiguration sind beispielsweise sowohl die Schwenkachse als auch die Hauptflächen vertikal orientiert, die Basisteile 191 , 192 erstrecken sich in der Regel in Längsrichtung des Flugzeugs 100, können aber um die Schwenkachse gegenüber dieser Grundposition verschwenkt werden. Am Ende jedes Basisteils 191 , 192 ist je ein Propellerantrieb 195, 196 mit einem Propeller 193, 194 angeordnet. Die Propellerantriebe 195, 196 mit den Propellern 193, 1 4 sind um eine Längsachse der Basisteile 191 , 192 verschwenkbar. In der vertikalen Flugkonfiguration gemäss Figur 8 weisen die Drehachsen der Propeller 193, 194 schräg nach oben, auf gegenüberliegende Seiten des Flugzeugs 100. The rotor bridge 163 comprises a rotor bearing on which, starting from the rotor bridge 163 connecting the pivoting levers 161, 162, firstly a cantilevered arm 190 is pivotably arranged about an axis oriented perpendicular to the connecting axis of the pivoting levers 161, 162. The boom 190 comprises symmetrically to the axis of two base parts 191, 192, which are formed flat, wherein the main surfaces are parallel to the pivot axis. For example, in the vertical flight configuration illustrated in FIG. 8, both the pivot axis and the major surfaces are vertically oriented, the base portions 191, 192 generally extend longitudinally of the aircraft 100, but may be pivoted about the pivot axis from that base position. At the end of each base part 191, 192 is ever a propeller drive 195, 196 arranged with a propeller 193, 194. The propeller drives 195, 196 with the propellers 193, 1 4 are pivotable about a longitudinal axis of the base parts 191, 192. In the vertical flight configuration according to FIG. 8, the axes of rotation of the propellers 193, 194 point obliquely upward, on opposite sides of the aircraft 100.
Der Propellerantrieb 195, 196 beinhaltet einen Elektromotor, welcher in einem aerodynamisch optimierten Gehäuse aufgenommen ist und welcher mit dem jeweiligen Propeller 193, 194 (ggf. über ein Getriebe) in Wirkverbindung steht. Bei den Propellern 193, 194 kann es sich um Verstellpropeller handeln. Anschliessend an den Ausleger 190 ist der Rotor 170 drehbar gelagert. Im Flugbetrieb ist das Rotorlager mit Ausleger 190 und Rotor 170 fest an der Rotorbrücke 163 angeordnet. Zum Transportieren und Verstauen des Flugzeugs 100 lässt es sich - analog zur ersten Ausführungsform - um 90° relativ zur Rotorbrücke verdrehen. Von der Rotorbrücke 163 werden zudem elektrische Leistung sowie Steuersignale zum Rotorlager übertragen. Die Übertragung kann durch übliche Kabelverbindungen erfolgen, da diese nur einen relativen Drehwinkel zwischen Rotorbrücke und Rotorlager (bzw. Ausleger 190) von ca. 160° aushalten müssen. Der Rotor 170 umfasst zwei Rotorflügel 171 , 172, welche an einem zentralen Rotorkopf 173, welcher die Nabe des Rotors 170 bildet, gelagert sind. In der in der Figur 8 gezeigten Position sind die Schwenkhebel 161 , 162 der Rotorgabel 160 vertikal nach oben verschwenkt, d. h. sie schliessen einen rechten Winkel mit den seitlichen Längselementen des Rahmens 1 1 1 ein. Das Rotorlager der Rotorbrücke 163 weist eine in dieselbe Richtung, also vertikal, nach oben gerichtete Drehachse auf. Entsprechend rotieren die beiden Rotorflügel 171 , 172 um eine vertikale Achse und spannen eine horizontale Ebene auf. Die Rotorflügel 171 , 172 sind in gängiger Weise schwenkbar am Rotorkopf 173 gelagert. Die Schwenkstellung (Pitch) der beiden Rotorflügel 171 , 172 ist jeweils entgegengesetzt und lässt sich ausgehend von der Rotorbrücke 163 einstellen. Dazu sind geeignete mechanische Übertragungselemente oder lokale Aktoren am Rotor angeordnet. Die Rotorflügel 171 , 172 sind zudem am Rotorkopf um Klappachsen parallel zur Rotor- Drehachse klappbar. Die Klappachsen sind beim Vertikalflug fixiert, ein Einklappen findet beim Übergang in den Horizontalflug sowie - wie weiter oben für die erste Ausführungsform im Zusammenhang mit der Figur 7 erklärt - für den Transport und das Verstauens des Flugzeugs 100 statt. The propeller drive 195, 196 includes an electric motor, which is accommodated in an aerodynamically optimized housing and which is in operative connection with the respective propeller 193, 194 (possibly via a gearbox). The propellers 193, 194 may be variable pitch propellers. Subsequent to the boom 190, the rotor 170 is rotatably mounted. In flight operation, the rotor bearing with arm 190 and rotor 170 is fixed to the rotor bridge 163. For transporting and stowing the aircraft 100, it can be rotated by 90 ° relative to the rotor bridge-analogously to the first embodiment. The rotor bridge 163 also transmits electrical power and control signals to the rotor bearing. The transmission can be done by conventional cable connections, since these only a relative Rotation angle between rotor bridge and rotor bearing (or boom 190) must endure of about 160 °. The rotor 170 comprises two rotor blades 171, 172, which are mounted on a central rotor head 173, which forms the hub of the rotor 170. In the position shown in Figure 8, the pivot lever 161, 162 of the rotor fork 160 are pivoted vertically upwards, ie they include a right angle with the lateral longitudinal elements of the frame 1 1 1 a. The rotor bearing of the rotor bridge 163 has a in the same direction, that is vertical, upward rotational axis. Accordingly, the two rotor blades 171, 172 rotate about a vertical axis and span a horizontal plane. The rotor blades 171, 172 are pivotally mounted on the rotor head 173 in a conventional manner. The pivot position (pitch) of the two rotor blades 171, 172 is in each case opposite and can be adjusted starting from the rotor bridge 163. For this purpose, suitable mechanical transmission elements or local actuators are arranged on the rotor. The rotor blades 171, 172 are also foldable on the rotor head about folding axes parallel to the rotor axis of rotation. The folding axes are fixed during vertical flight, a folding takes place at the transition to the horizontal flight and - as explained above for the first embodiment in connection with the figure 7 - for the transport and stowage of the aircraft 100 instead.
Die am Ausleger 1 90 angeordneten Propeller 193, 194 gleichen das Drehmoment des Rotors 170 aus und liefern aufgrund ihrer jeweiligen Orientierung zusätzliche Antriebskraft in Flugrichtung im Horizontalflug sowie in Vertikalrichtung im Vertikalflug. Die Propeller 193, 194 werden so gesteuert, dass der Ausleger 190 stets im Wesentlichen in Längsrichtung des Flugzeugs 100 steht. The propellers 193, 194 arranged on the arm 1 90 compensate for the torque of the rotor 170 and, due to their respective orientation, supply additional driving force in the direction of flight in horizontal flight and in vertical direction in vertical flight. The propellers 193, 194 are controlled so that the boom 190 is always substantially in the longitudinal direction of the aircraft 100.
Ausgehend von der in der Figur 8 gezeigten vertikalen Flugkonfiguration gelangt man in die in der Figur 9 gezeigte Übergangsstellung zwischen vertikaler und horizontaler Flugkonfiguration, indem die Schwenkhebel 161 , 162 der Rotorgabel 160 mit der daran angeordneten Rotorbrücke 163 um die quer orientierten, horizontalen Drehachsen nach hinten verschwenkt werden. Im selben Mass verschiebt sich die Orientierung der Drehachse des Rotors 170 nach schräg hinten. Gleichzeitig werden die beiden am Ausleger 190 angeordneten Propeller 193, 194 sukzessive in eine mehr und mehr nach vorne gerichtete Orientierung verschwenkt, so dass sie zum horizontalen Vortrieb beitragen. Gekoppelt an die Neigung der Schwenkhebel 161 , 162 werden zudem auch die Kufenelemente 164 zurückgeklappt. Die Schwenkhebel 16 1 , 162, der Rahmen 1 1 1 und ein in den Aufnahmeraum des Rahmens 1 1 1 eingesetztes Nutzmodul 120 sind so dimensioniert, dass die Schwenkhebel 161 , 162 ungehindert bis in die in der Figur 10 gezeigte horizontale Orientierung verschwenkt werden können. Starting from the vertical flight configuration shown in FIG. 8, the transitional position between the vertical and horizontal flight configuration shown in FIG. 9 is reached by the pivoting levers 161, 162 of the rotor fork 160 with the rotor bridge 163 arranged therebehind the transversely oriented, horizontal rotational axes to the rear be pivoted. To the same extent, the orientation of the axis of rotation of the rotor 170 moves obliquely behind. At the same time, the two propellers 193, 194 arranged on the arm 190 successively become more and more pivoted forward orientation, so that they contribute to the horizontal propulsion. Coupled to the inclination of the pivot lever 161, 162 also the runner elements 164 are folded back. The pivot levers 16 1, 162, the frame 1 1 1 and an inserted into the receiving space of the frame 1 1 1 Nutzmodul 120 are dimensioned so that the pivot lever 161, 162 can be freely pivoted to the horizontal orientation shown in Figure 10.
Der sich durch die Horizontalbewegung ergebende aerodynamische Auftrieb setzt bei einem Rotorkippwinkel von ca. 50° (gemessen zwischen der Rotorachse und der vertikalen Position) ein. Bei zunehmender Geschwindigkeit in Flugrichtung wird die Rotorgabel 160 mit dem Rotor 170 weiter nach hinten geneigt (abgesenkt), wodurch die Rotorflügel 171 , 172 einen negativen Pitch einnehmen. Durch diese Massnahme kann das Flugzeug weiter Fahrt aufnehmen, was die Neigung des Rotors 170 nach hinten weiter verstärkt, bis die Hauptflügel 141 , 142 und ergänzend der Rumpf den Auftrieb für den Horizontalflug übernehmen können. Der Übergang vom Horizontal- zum Vertikalflug spielt sich in umgekehrter Reihenfolge unter einer Reduktion der horizontalen Geschwindigkeit ab. The resulting by the horizontal movement aerodynamic lift starts at a rotor tip angle of about 50 ° (measured between the rotor axis and the vertical position). With increasing speed in the direction of flight, the rotor fork 160 with the rotor 170 is further inclined (lowered), whereby the rotor blades 171, 172 take a negative pitch. As a result of this measure, the aircraft can continue to travel, which further reinforces the inclination of the rotor 170 to the rear until the main wings 141, 142 and, in addition, the fuselage can take over the lift for the horizontal flight. The transition from horizontal to vertical flight takes place in reverse order under a reduction of the horizontal speed.
In der in der Figur 10 gezeigten horizontalen Flugkonfiguration sind die Schwenkhebel 161 , 162 ganz nach hinten verschwenkt, liegen auf den Seitenteilen des Rahmens 1 1 1 auf und sind in dieser Stellung fixiert. Der Rotorkopf 173 des Rotors 170 und damit die Rotordrehachse sind horizontal, parallel zur Flugrichtung, orientiert. Die Rotorflügel 171, 172 sind nach hinten geklappt und bieten somit einen sehr geringen Luftwiderstand. Die Kufenelemente sind ganz in den unteren (bzw. jetzt vorderen) Teil der Schwenkhebel zurückgeklappt. In the horizontal flight configuration shown in FIG. 10, the pivoting levers 161, 162 are pivoted completely backwards, lie on the side parts of the frame 11 and are fixed in this position. The rotor head 173 of the rotor 170 and thus the rotor axis of rotation are oriented horizontally, parallel to the direction of flight. The rotor blades 171, 172 are folded back and thus offer a very low air resistance. The runner elements are folded back completely into the lower (or now front) part of the swivel levers.
Die Drehachsen der am Ausleger 190 angeordneten Propeller 193, 1 4 verlaufen ebenfalls parallel in Flugrichtung und die beiden Propeller 193, 194 können zusätzlichen Schub in Vorwärtsrichtung beitragen, so dass das Flugzeug 100 in dieser Flugkonfiguration über vier wirksame Antriebe verfügt. Im Horizontalflug dient das Höhenruder 130 zur Höhensteuerung und bildet eine sekundäre Tragfläche. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere konstruktive Details der einzelnen Komponenten können anders ausgeführt sein. Namentlich können die Nutzmodule eine andere Form aufweisen, insbesondere ist die aerodynamische Geometrie der Modulunter- bzw. -Oberseite nicht zwingend - so können auch quaderförmige Container aufgenommen werden, die unten und/oder oben über das Rumpf-Vorder- bzw. -Hinterteil überstehen. Zentral ist hier primär, dass die Schwenkbewegung des Rotors nicht eingeschränkt wird. The axes of rotation of the propellers 193, 14 arranged on the arm 190 also run parallel in the direction of flight and the two propellers 193, 194 can contribute additional thrust in the forward direction, so that the aircraft 100 has four effective drives in this flight configuration. In horizontal flight, the elevator 130 serves for height control and forms a secondary wing. The invention is not limited to the illustrated embodiment. In particular, constructive details of the individual components can be designed differently. In particular, the Nutzmodule may have a different shape, in particular, the aerodynamic geometry of Modulunter- or -oberseite is not mandatory - so cuboidal container can be included, which survive below and / or above the fuselage front and rear. Central here is primarily that the pivoting movement of the rotor is not limited.
Auch die Steuerelemente können auf andere Weise bereitgestellt werden, anstelle eines Hebels kann beispielsweise ein Stick, ein Steuerhorn oder ein Steuerrad vorgesehen sein. Das erfindungsgemässe Flugzeug kann mit kleineren und insbesondere grösseren Dimensionen ausgeführt werden, wobei entsprechend auch die aufnehmbare Nutzlast kleiner bzw. grösser ausfällt. Wie bereits erwähnt, besteht zudem in Bezug auf die Antriebstechnologien innerhalb des erfindungsgemässen Konzepts eine grosse Freiheit. Also, the controls can be provided in other ways, instead of a lever, for example, a stick, a control horn or a steering wheel can be provided. The aircraft according to the invention can be designed with smaller and, in particular, larger dimensions, the corresponding payload also correspondingly also being smaller or larger. As already mentioned, there is also a great deal of freedom in terms of the drive technologies within the inventive concept.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die Erfindung ein VTOL-Flugzeug geschaffen wird, welches einen einfachen Aufbau und ein stabiles Flugverhalten aufweist. In summary, it should be noted that a VTOL aircraft is provided by the invention, which has a simple structure and a stable flight behavior.

Claims

Patentansprüche Patent claims
VTOL-Flugzeug umfassend a) einen Rumpf, b) zwei Hauptflügel, welche beidseitig an einem hinteren Bereich des Rumpfs angeordnet sind, c) zwei Propeller, wobei je ein Propeller an jedem Hauptflügel um eine horizontale Längsachse drehbar angeordnet ist, d) einen Rotor mit mindestens zwei Rotorflügeln, wobei der Rotor an einem um eine Querachse schwenkbar am Rumpf gelagerten Rotorträger angeordnet ist. VTOL aircraft comprising a) a fuselage, b) two main wings, which are arranged on both sides of a rear area of the fuselage, c) two propellers, with one propeller on each main wing being arranged to be rotatable about a horizontal longitudinal axis, d) a rotor at least two rotor blades, the rotor being arranged on a rotor carrier which is pivotably mounted on the fuselage about a transverse axis.
VTOL-Flugzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor zwischen einer im Wesentlichen vertikalen Position um die Querachse nach hinten in eine im Wesentlichen horizontale Position verschwenkbar ist. VTOL aircraft according to claim 1, characterized in that the rotor is pivotable between a substantially vertical position about the transverse axis backwards into a substantially horizontal position.
VTOL-Flugzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen gabelförmigen Schwenkhebel, welcher schwenkbar am Rumpf gelagert ist, wobei an einem freien Endedes Schwenkhebels der Rotorträger angeordnet ist. VTOL aircraft according to claim 1 or 2, characterized by a fork-shaped pivot lever which is pivotally mounted on the fuselage, the rotor carrier being arranged at a free end of the pivot lever.
VTOL-Flugzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkhebel an seinem ersten Ende an zwei Lagerstellen in seitlich äusseren Bereichen des Rumpfs gelagert ist, so dass zwischen den Lagerstellen ein Nutzraum ausgespart ist, welcher unabhängig von einer Schwenkstellung des Schwenkhebels verfügbar ist. VTOL aircraft according to claim 3, characterized in that the pivot lever is mounted at its first end at two bearing points in laterally outer areas of the fuselage, so that a usable space is left between the bearing points, which is available regardless of a pivot position of the pivot lever.
VTOL-Flugzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutzraum als Aufnahmeraum für eines oder mehrere Nutzmodule, insbesondere Personen- und/oder Nutzlastmodule, ausgebildet ist. VTOL aircraft according to claim 4, characterized in that the useful space is designed as a receiving space for one or more utility modules, in particular passenger and/or payload modules.
VTOL-Flugzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Lagerstellen in Längsrichtung vor dem Schwerpunkt des Flugzeugs in einer im Wesentlichen vertikalen Schwenkstellung des Schwenkhebels angeordnet sind, wobei ein axialer Abstand zwischen den Lagerstellen und dem Schwerpunkt insbesondere nicht grösser ist als 10% einer Gesamtlänge des Rumpfs. VTOL aircraft according to claim 4 or 5, characterized in that the two bearing points are arranged in the longitudinal direction in front of the center of gravity of the aircraft in a substantially vertical pivot position of the pivot lever, wherein an axial distance between the bearing points and the center of gravity is in particular not greater than 10% of the total length of the fuselage.
7. VTOL-Flugzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkhebel eine Rotorbrücke aufweist, welche zwei seitliche Elemente des Schwenkhebels verbindet und den Rotorträger trägt. 7. VTOL aircraft according to one of claims 3 to 6, characterized in that the pivot lever has a rotor bridge which connects two side elements of the pivot lever and carries the rotor carrier.
8. VTOL-Flugzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkhebel einen Verlängerungsabschnitt umfasst, welcher sich auf einer Gegenseite des Rotorträgers über eine Lagerstelle am Rumpf hinaus erstreckt. 8. VTOL aircraft according to one of claims 3 to 7, characterized in that the pivot lever comprises an extension section which extends on an opposite side of the rotor carrier beyond a bearing point on the fuselage.
9. VTOL-Flugzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Verlängerungsabschnitt Akkumulatoren zur Speisung von Propeller- und/oder Rotorantrieben aufgenommen sind. 9. VTOL aircraft according to claim 8, characterized in that accumulators for feeding propeller and / or rotor drives are accommodated in the extension section.
10. VTOL-Flugzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einem freien Ende des Verlängerungsabschnitts klappbare Fusselemente zum Abstellen des VTOL-Flugzeugs auf dem Boden angeordnet sind. 10. VTOL aircraft according to claim 8 or 9, characterized in that foldable foot elements for parking the VTOL aircraft on the ground are arranged at a free end of the extension section.
1 1 . VTOL-Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein Höhenruder, welches in einem vorderen Bereich des Rumpfs angeordnet ist. 1 1 . VTOL aircraft according to one of claims 1 to 10, characterized by an elevator which is arranged in a front area of the fuselage.
12. VTOL-Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Rotorpropeller an den mindestens zwei Rotorflügeln angeordnet sind. 12. VTOL aircraft according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that at least two rotor propellers are arranged on the at least two rotor blades.
13. VTOL-Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am Rotorträger ein vom Rotor unabhängiger Ausleger mit Propellern zum Drehmomentausgleich angeordnet ist. 13. VTOL aircraft according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that a boom independent of the rotor with propellers for torque compensation is arranged on the rotor carrier.
14. VTOL-Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Rotorflügel jeweils einen klappbaren Rotorflügelabschnitt umfassen. 14. VTOL aircraft according to one of claims 1 to 13, characterized in that the at least two rotor blades each comprise a foldable rotor blade section.
15. VTOL-Flugzeug nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die klappbaren Rotorflügelabschnitte radial ausserhalb von Befestigungsstellen der Rotorpropeller angeordnet sind. 15. VTOL aircraft according to claims 13 and 14, characterized in that the foldable rotor wing sections are arranged radially outside of fastening points of the rotor propellers.
16. VTOL-Flugzeug nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die klappbaren Rotorflügelabschnitte einen Rückholmechanismus aufweisen, welcher die Rotorflügelabschnitte beim Unterschreiten einer vorgegebenen Zentrifugalkraft in eine im Wesentlichen senkrecht zu einem Basisabschnitt des jeweiligen Rotorflügels orientierte Ruhestellung bewegt. 16. VTOL aircraft according to claim 14 or 15, characterized in that the foldable rotor wing sections have a return mechanism which moves the rotor wing sections into a rest position oriented essentially perpendicular to a base section of the respective rotor wing when the centrifugal force falls below a predetermined level.
17. VTOL-Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Verschwenken des Rotorträgers von einer vertikalen Flugkonfiguration, in welcher eine Drehachse des Rotors im Wesentlichen senkrecht orientiert ist, in eine horizontale Flugkonfiguration bringbar ist, in welcher der Rotor gegenüber dem Rotorträger fixiert ist und die mindestens zwei Rotorflügel senkrecht orientiert sind. 17. VTOL aircraft according to one of claims 1 to 16, characterized in that it can be brought by pivoting the rotor carrier from a vertical flight configuration in which an axis of rotation of the rotor is oriented essentially vertically into a horizontal flight configuration in which the rotor is fixed relative to the rotor carrier and the at least two rotor blades are oriented vertically.
18. VTOL-Flugzeug nach den Ansprüchen 17 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Rotorpropeller derart ausgebildet sind, dass sie in der horizontalen Flugkonfiguration Vortrieb erzeugen. 18. VTOL aircraft according to claims 17 and 12, characterized in that the at least two rotor propellers are designed such that they generate propulsion in the horizontal flight configuration.
19. VTOL-Flugzeug nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verschwenken des Rotorträgers von der vertikalen in die horizontale Flugkonfiguration beim Unterschreiten eines vorgegebenen Winkels zwischen einer Hauptebene des Rumpfs und einer Drehachse des Rotors der Rotor automatisch in einer vorgegebenen Drehstellung fixiert wird. 19. VTOL aircraft according to claim 17 or 18, characterized in that when pivoting the rotor carrier from the vertical to the horizontal flight configuration when falling below a predetermined angle between a main plane of the fuselage and an axis of rotation of the rotor, the rotor is automatically fixed in a predetermined rotational position .
20. VTOL-Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass es klappbar ausgebildet ist, wobei das Flugzeug eine oder mehrere der folgenden Knickstellen aufweist: a) zwischen dem Rumpf und seitlich am Rumpf angeordneten Abschnitten des Höhenruders; b) zwischen dem Rumpf und den Hauptflügeln; zwischen dem Rotorkopf und zwei seitlichen Elementen des Schwenkhebels; und/oder 20. VTOL aircraft according to one of claims 1 to 19, characterized in that it is designed to be foldable, the aircraft having one or more of the following kinks: a) between the fuselage and sections of the elevator arranged laterally on the fuselage; b) between the fuselage and the main wings; between the rotor head and two side elements of the pivot lever; and or
im Bereich eines Basisabschnitts der Rotorflügel. in the area of a base section of the rotor blades.
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