CH715281B1 - Luftfahrzeug. - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung stellt ein Luftfahrzeug (10) mit den folgenden Merkmalen bereit: Das Luftfahrzeug (10) weist ein radar-basiertes Nahbereichsfunkmessgerät (11) und eine Erkennungssoftware auf. Das Nahbereichsfunkmessgerät (11) ist dazu eingerichtet, von einer Bodenstation (14) übermittelte Sinnbilder, die eine Bewegungsrichtung und eine Geschwindigkeit einer Lande-Flugbahn (12) darstellen, zu erkennen, wobei die Lande-Flugbahn (12) des Luftfahrzeuges (10) durch die von der Erkennungssoftware ausgelegten Sinnbilder vorgegeben wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, senkrecht start- und landefähiges (vertical take-off and landing, VTOL) Luftfahrzeug.
STAND DER TECHNIK
[0002] Als VTOL wird in der Luft- und Raumfahrttechnik sprachübergreifend jedwede Art von Flugzeug, Drohne oder Rakete bezeichnet, welche die Fähigkeit besitzt, im Wesentlichen senkrecht und ohne Start- und Landebahn abzuheben und wieder aufzusetzen. Dieser Sammelbegriff wird nachfolgend in einem weiten Sinne verwendet, der nicht nur Starrflügelflugzeuge mit Tragflächen, sondern ebenso Drehflügler wie Hub-, Trag-, Flugschrauber und Hybride wie Verbundhub- oder Kombinationsschrauber sowie Wandelflugzeuge einschliesst. Die Erfindung betrifft des Weiteren Luftfahrzeuge mit der Fähigkeit, auf besonders kurzen Strecken zu starten und zu landen (short take-off and landing, STOL), auf kurzen Strecken zu starten, aber senkrecht zu landen (short take-off and vertical landing, STOVL) oder senkrecht zu starten, aber horizontal zu landen (vertical take-off and horizontal landing, VTHL).
[0003] US 5,716,032 A beschreibt ein automatisches Landesystem zum Führen eines unbemannten Luftfahrzeugs entlang eines vorbestimmten Weges zu einem vorbestimmten Punkt auf dem Boden. Das System enthält eine Bildverarbeitungseinrichtung in einem Bewegungskompensationsprozessor, der Luftfahrzeugparameter berechnet. Diese Berechnungen basieren auf der Bewegung von Elementen in dem Video eines Bildgebungssensors an Bord des Luftfahrzeugs. Der Bewegungskompensationsprozessor misst auch die Entfernung zwischen zwei Baken, die auf jeder Seite des scheinbaren Aufsetzpunkts eine bekannte Entfernung voneinander entfernt sind. Ein Wiederherstellungssteuerungsprozessor am Boden berechnet Befehle für den Autopiloten, der die Flugbahn des Luftfahrzeugs korrigiert. Das Videobild kann entweder über eine Datenverbindung zur Bodenstation übertragen oder die Bildverarbeitung kann an Bord des Luftfahrzeugs durchgeführt werden.
[0004] Ein Präzisions-Flugzeug-Landeanflugsystem gemäss DE 60 106 446 T2 bestimmt den Ort des Flugzeugs in Echtzeit durch Messen einer abgelaufenen Zeit zwischen einem Abfrage- und Transponder-Antwort-Signal an einer Mehrzahl von vorbestimmten Orten. Das System erreicht eine genaue Flugzeugpositionierung durch Messen der Transponder-Antwort-Differenzphase, um einen Anflugwinkel zu berechnen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
[0005] Der erfindungsgemässe Ansatz fusst auf der Erkenntnis, dass Senkrechtlandungen auf kleinen und dicht umbauten Landeplätzen auf einer genau vorgegebenen Flugbahn erfolgen sollten, um Zusammenstösse mit oder Störungen von anderen Benutzern, Fahrzeugen, Fussgängern usw. zu verhindern.
[0006] Der vorgeschlagene Ansatz trägt ferner dem Umstand Rechnung, dass hochpräzise Bordsysteme für räumliche Ortung und Lageverständnis in der Regel schwer und teuer sind.
[0007] Der Erfindung liegt schliesslich die Einsicht zugrunde, dass der richtige Anflug auf bestimmte Landeplätze - beispielsweise Hubschrauberlandeplätze - wohlbekannt sein sollte, und es daher nicht notwendig ist, dass jedes anfliegende Flugzeug diese Kenntnis selbsttätig erlangt. Stattdessen muss ihnen lediglich auf geeignete Weise mitgeteilt werden, wie man der vorgesehenen Flugbahn folgt.
[0008] Die Erfindung stellt vor diesem Hintergrund ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, im obigen Sinne VTOL, STOL, STOVL oder VTHL start- und landefähiges Luftfahrzeug gemäss dem unabhängigen Anspruch 1 bereit.
[0009] Ein Vorzug dieses Radar-basierten Erkennungssystems liegt darin, dass es unter Nutzbarmachung einfacher vordefinierter Zeichen und Symbole selbst unter ungünstigsten Sichtbedingungen Einsatz finden kann.
[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann das Luftfahrzeug etwa mit abgeknickten oder gar wahlweise abknickbaren Tragflächen ausgestattet sein. Eine entsprechende Variante vergrössert die im Horizontalflug wirksame Flügelfläche, ohne aber die Standfläche des Luftfahrzeuges auszudehnen.
[0011] Ferner mag das Luftfahrzeug über ein schnell ladbares Batteriesystem verfügen, welches die Antriebsenergie für Senkrechtstart und -landung sowie Horizontalflug bereitstellt und eine kurzfristige Aufladung des Luftfahrzeuges im Stand ermöglicht.
[0012] Zum Antrieb des Luftfahrzeuges können hierbei anstelle freifahrender Rotoren mehrere Mantelpropeller (ducted fans) auch unterschiedlicher Grösse zum Einsatz kommen, wie sie abseits der Luftfahrttechnik etwa von Luftkissenfahrzeugen oder Sumpfbooten bekannt sind. Das den Propeller umgebende zylindrische Gehäuse vermag in einer derartigen Ausführungsform die Schubverluste infolge von Verwirbelungen an den Blattspitzen beträchtlich zu reduzieren. Geeignete Mantelpropeller mögen horizontal oder vertikal ausgerichtet, zwischen beiden Stellungen schwenkbar ausgeführt oder aus aerodynamischen Gründen im Horizontalflug durch Lamellen (louvers) abgedeckt sein. Zudem ist eine reine Horizontalschuberzeugung mittels feststehender Mantelpropeller denkbar.
[0013] Schliesslich kommt - neben einem vorzugsweise vollautonomen Betrieb des Luftfahrzeuges - bei hinreichender Qualifikation auch die Einräumung einer manuellen Kontrolle an den menschlichen Piloten in Betracht, was der erfindungsgemässen Vorrichtung eine grösstmögliche Flexibilität in der Handhabung verleiht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0014] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
[0015] Die Figuren zeigen die vorgeschlagene Lösung. Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Luftfahrzeugs über einer Bodenstation mit einer Symbol- und Zeichenanzeige; und Fig. 2 eine Darstellung eines vorbestimmten Symbols der Symbol- und Zeichenanzeige.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
[0016] Fig. 1 illustriert die konstruktiven Merkmale einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemässen Luftfahrzeuges 10 mit einer Symbol- und Zeichenanzeige 15 und Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines vorbestimmten Symbols der Symbol- und Zeichenanzeige 15. Das System im Luftfahrzeug 10 umfasst ein zum Boden gerichtetes Nahbereichsfunkmessgerät 11 und eine einfache Erkennungssoftware, welche vordefinierte Symbole und Zeichen interpretiert, die wiederum anhand der Reflexion der Funkwellen von einer ferroelektrischen Flüssigkeitsanzeige 15 abgelesen werden.
[0017] Die Bodenstation 14 umfasst ihrerseits ein System zur Positionserfassung 13, dessen Kombination von Sensoren eine genaue Ablesung der Position des Luftfahrzeuges 10 relativ zur Bodenstation 14 erlaubt, die zur Führung dienende Flüssigkeitsanzeige 15 am Boden sowie eine geeignete Steuerung.
[0018] Das System der Bodenstation 14 zur Positionserfassung 13 erkennt mit hoher Genauigkeit die relative Position des Luftfahrzeuges 10 in Bezug auf die Bodenstation 14. Ein derartiges Ortungssystem kann eine Kombination verschiedener Sensoren (Kamera, Radar, Lidar usw.) sein, die möglicherweise unterschiedlich angeordnet sind, um die Genauigkeit der Positionserfassung 13 zu verbessern. Diese Sensorbaugruppe muss nicht leicht oder stromsparend sein und kann daher kostengünstig hergestellt werden.
[0019] Die Steuerung der Bodenstation 14 speichert eine vordefinierte Flugbahn 12 für den Anflug. Durch Vergleich dieser Flugbahn 12 und der aktuellen Position des Luftfahrzeuges 10 berechnet die Steuerung die erforderlichen Bewegungen des Luftfahrzeuges 10 mitsamt deren Geschwindigkeiten, um der Flugbahn 12 zu folgen. Die jeweilige Bewegungsrichtung und deren Geschwindigkeit werden auf der Flüssigkeitsanzeige 15 durch entsprechende Richtungspfeile bzw. Zahlen dargestellt.
[0020] Das Nahbereichsfunkmessgerät 11 liest die besagten Zeichen und Zahlen und übermittelt sie an den Flugregler, der entsprechend reagiert.

Claims (8)

1. Luftfahrzeug (10), dadurch gekennzeichnet, – dass das Luftfahrzeug (10) ein Radar-basiertes Nahbereichsfunkmessgerät (11) aufweist, – dass das Luftfahrzeug (10) eine Erkennungssoftware zum Auslegen vorbestimmter Sinnbilder aufweist, – dass das Radar-basierte Nahbereichsfunkmessgerät (11) dazu eingerichtet ist, von einer Bodenstation (14) übermittelte Sinnbilder, die eine Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit einer Lande-Flugbahn (12) darstellen, zu erkennen, wobei die Lande-Flugbahn (12) des Luftfahrzeuges (10) durch die von der Erkennungssoftware ausgelegten Sinnbilder vorgegeben wird.
2. Luftfahrzeug (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – das Nachbereichsfunkmessgerät ist dazu eingerichtet, die Sinnbilder von einer ferroelektrischen Flüssigkeitsanzeige (15) abzulesen und – die Flugbahn (12) wird mittels der Flüssigkeitsanzeige (15) vorgegeben.
3. Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – das Luftfahrzeug (10) weist einen vollelektrischen Antrieb auf.
4. Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – das Luftfahrzeug (10) umfasst abgeknickte oder abknickbare Tragflächen.
5. Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – das Luftfahrzeug (10) umfasst waagerecht feststehende Mantelpropeller für Start und Landung.
6. Luftfahrzeug (10) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – das Luftfahrzeug (10) weist Lamellen auf und – die waagerechten Mantelpropeller sind mittels der Lamellen wahlweise abdeckbar.
7. Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – das Luftfahrzeug (10) umfasst senkrecht feststehende Mantelpropeller zum Erzeugen eines Vortriebes.
8. Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – das Luftfahrzeug (10) ist manuell steuerbar.
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