CN103347782A - 飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种遥控的小型飞行器，具有至少一个升力面（17）、至少一对推进驱动装置（12、13）和一个配重元件（20），所述配重元件的位置沿小型飞行器（10）的纵向方向是可变的，用于改变小型飞行器（10）的重心。为了在改进飞行性能的同时实现紧凑和坚固的结构形式，所述小型飞行器（10）的升力面（17）设置在通过推进驱动装置（12、13）的旋转轴线形成的平面上方，以产生用于从停止状态起飞和/或着陆的升力。

Description

飞行器

技术领域

本发明涉及一种飞行器，特别是一种遥控的小型飞行器，具有至少一个升力面、至少一对推进驱动装置以及一个配重元件，所述配重元件的位置沿飞行器的纵向方向是可变的，用于改变飞行器的重心。背景技术

这种飞行器由WO 2008/007147 A1已知。这里设置在飞行器下面的摆锤作为配重元件。在摆锤适当地定位时可以实现飞行器的悬停状态。所述飞行器装备有机翼组、尾翼组和相应各自的控制面。

这里不利的是，只有在较长时间的练习之后，才能可靠地操纵这种飞行器或小型飞行器运动。此外，特别是由于用于尾翼组的尾桁和/或由于配重元件摆锤式的布置形式，这种飞行器较为笨重。由此这种飞行器的运输较为困难。此外还存在飞行器在运输时和/或不利的飞行操纵时可能易于发生损坏的危险。

由此明显限制了这种飞行器的使用可能性，例如作为用于侦察/勘测的无人机。

发明内容

因此本发明的目的是，这样来改进开头所述类型的飞行器，特别是可遥控的小型飞行器，使得在改进飞行特性的同时实现较为紧凑和坚固的结构形式。由权利要求1的前序部分的特征出发，通过该权利要求特征部分的特征来实现所述目的。

在根据本发明的遥控小型飞行器中特别有利的是，升力面设置在通过推进驱动装置的旋转轴线形成的平面的上方，用于产生举升力、特别是用于从停止状态起飞和/或着陆。

由此可以实现一种特别紧凑的结构形式。此外，通过升力面所建议的关于推进驱动装置的布置形式在停止状态已经提供了高的升力，这种升力有利实现非常小的起飞和/或着陆速度，特别是由于转向（custer）效应。特别是飞行器适于用作垂直起飞飞行器和/或垂直降落飞行器。术语推进器当然也可以用于螺旋桨、旋翼或其他形式的空气动力学马达。

优选所述升力面作为上部的升力面设置在一个下部的升力面的上方，特别是上部的升力面和下部的升力面集成为一个单一的闭合的机翼，以构成无机身的飞行器。在闭合的机翼的设计方案中，在英语中也称为“closed wing”，上部的升力面和下部的升力面在两个相互背离的升力面端部上特别是在上部的升力面和/或下部的升力面的整个进深上通过侧面相互固定连接并相互间隔开地设置。可以不再使用如传统的飞行器中的机身。这有利于实现稳定的并且由此改进的飞行性能。由此可以更为容易地控制飞行器。例如一个人可以较为快速地学会这种遥控的小型飞行器的操作。此外，通过闭合的机翼实现了紧凑且坚固的结构形式。

这种飞行器具有较小的重量，特别是小于1kg。此外，这种飞行器基本上通过机翼形成。由此在运输和/或不利的飞行操控时降低了这种飞行器，特别是作为无人驾驶和遥控的小型飞行器发生损坏的风险。所述飞行器优选构造成飞翼式飞机（Nurflügler）。在构造成飞翼式飞机或准飞翼式飞机时，基本上避免了突出的构件，例如尾桁（Heckausleger），并且进一步降低了在运输或飞行中发生损坏的危险。上部的升力面和下部的升力面可以相互完全重叠地彼此叠置，由此可以实现一种更为紧凑的结构形式。特别是这种飞行器在飞行中使自身稳定和/或基本上避免了气流分离/失速（Str mungsabriss）。

根据另一个实施形式，闭合的机翼构造成环形机翼（英语：ringwing）或盒式机翼（英语：box wing）。优选环形机翼构造成竖直的环形机翼，从而形成在设定的飞行方向上向前和向后敞开的管或敞开的环。环形机翼或盒式机翼是已知的机翼设计方案，这种机翼设计方案有利于实现坚固的结构和/或稳定的飞行性能。此外这种机翼还具有良好的举升特性，由此使得可以实现较低的起飞速度。升力面和/或机翼可以由能经济地制造的并且易于运输的薄膜材料构成。在使用薄膜材料时，为了运输可以简单地将薄膜材料卷起。对于采用薄膜材料可选地或附加地，也可以设想使用碳纤维材料或其他适当的纤维复合材料。由此有利于在较低的重量的同时实现高稳定性。

根据一个改进方案，上部的升力面、下部的升力面和/或机翼构成为刚性的、薄膜式的或可充气的。升力面和/或机翼的刚性的结构的优点是特别稳定和坚固的结构。在一个可选的实施形式中，升力面和/或整个机翼可以构造成可充气的，由此可以将飞行器非常节省空间地包装，以便进行运输。为了在飞行中使用，升力面和/或机翼可以构造成能通过流动的气流自动充气，如在滑翔伞中那样，或者由可充气并且能封闭的腔或罐构成。这些腔或罐可以用空气填充或用用于供应飞行器的驱动装置和/或能量供应单元的燃料填充。例如所述腔或罐包含用于使配设给飞行器的燃料电池运行的氢。

用于在上部的升力面和/或下部的升力面上产生气流的推进驱动装置对的推进器优选沿飞行器的纵向方向设置这两个升力面的前面或后面。两个推进驱动装置的两个推进器关于设定的飞行方向定位在所述一个或多个升力面和/或所述机翼的前面或后面。优选设有两对或更多对推进驱动装置。优选一对或多对推进驱动装置同轴地设置。在运行中，通过旋转的推进器在停止状态下或在非常低的飞行器速度下已经可以以高速度引导和/或抽吸空气经过机翼的两个升力面。由此实现了特别低的起飞速度。在上部的升力面布置在下部的升力面上方的一种布置形式中，可以利用大约是仅具有一个升力面的结构的两倍大小的面积用于产生升力。优选飞行器构造成能由一个人在手上使其起飞的小型飞行器。特别是所述飞行器作为垂直起飞飞行器和/或垂直降落飞行器构造成可垂直起降的（英语VTOL：垂直起降（vertical take-offand landing））。

推进驱动装置对优选设置在上部的升力面和下部的升力面之间。由此降低了推进驱动装置发生损坏的危险，因为推进驱动装置由所述两个升力面和/或所述机翼至少部分地包围或包裹。此外，在推进驱动装置这样布置时，对于上部和下部的升力面同时的入流可以实现较小的推进器直径。

此外，上部的升力面和/或下部的升力面设置在推进驱动装置的旋转轴线和推进器的最大推进器跨度之间。由此确保了，在运行中通过推进器以高速度引导空气经过下部升力面和/或上部的升力面。由此有利实现飞行器低的起飞速度、特别是可VTOL的构型。

推进驱动装置的推进器优选子还是在推进器圆周的范围内由至少一个推进器保护壳包围。由此，降低了在运输和/或飞行使用中推进器发生损坏的风险。多个推进驱动装置的各推进器可以分别单独地由推进器保护壳包围，特别是构造成导管推进器（Mantelpropeller），或者这些推进器由唯一一个推进器保护壳共同地包围。如果给每个推进器设置一个推进器保护壳，则各个推进器保护元件可以通过支杆相互连接。

此外推进器保护壳可以与一个或多个升力面或机翼固定地连接，特别是通过支杆连接，由此形成一种总体上坚固且紧凑的结构。飞行器的结构优选构造成半刚性的。由此明显降低了由于谐振效应导致的危险。特别是机翼位于推进器保护壳的圆周之内。飞行器的最大高度和宽度特别是通过推进器保护壳的高度和宽度确定。

优选有外壳的推进器的静推力大于无外壳的推进器的静推力，由此进一步有利于实现较低的起飞速度。推进器保护壳可以例如具有圆柱形、管形、与机翼形状或升力面类似或相同的横截面。优选机翼具有比推进器保护壳小的高度并且相对于推进器保护壳的中线向下偏移。由此有利于对上部的升力面和/或下部的升力面的良好的入流。

根据一个改进方案，配重元件居中地设置，特别是设置在推进驱动装置之间，配重元件设置在升力面上。通过配重元件可以实现绕飞行器的横向轴线对飞行器进行配平，特别是用于补偿不同的载荷分布。配重元件优选用于针对外部影响和/或不利的空气动力学效应实现稳定化。此外，配重元件可以用于绕飞行器的横向轴线控制飞行器，由此控制飞行高度。特别是由于在其位置上可变的配重元件，用于尾翼组，例如升降舵组（垂直尾翼）和/或方向舵组（水平尾翼）的尾桁。

配重元件可以是能沿飞行器的中线在飞行器的纵向上直线移动的或者是能够绕飞行器的横向轴线通过摆动机构摆动的，例如通过伺服马达或超声波马达来实现。优选配重元件设置在升力面、特别是上部的升力面的下方，并且能绕横向轴线摆动地支承地与升力面和/或机翼连接。由此配重元件和摆动机构至少部分地通过上部的升力面和/下部的升力面或者说机翼保护，免受外部影响。配重元件构造成用于容纳装备元件，例如控制器、传感器、供能电池、载重等。

根据另一个实施形式，设有控制器，用于控制飞行器，特别是通过遥控器进行控制，其中关于飞行器的纵向轴线和/或竖直轴线的飞行姿态能通过推进驱动装置的驱动力之间的差，优选通过推进驱动装置的转速或推进器定位角之间的差来调整。由此，可以在没有控制面的情况下实现飞行姿态绕飞行器的纵向轴线、竖直轴线和/或横向轴线的改变。由此降低了飞行器在运输中和/或在飞行中发生损坏的危险。飞行器的飞行姿态仅通过推力、特别是推进驱动装置的转速以及通过飞行器沿纵向方向的重量分布来控制。

对于通过转速进行的控制必要的是，设有至少一对或多对推进驱动装置。这里一对推进驱动装置的各推进驱动装置相互背向地设置成从飞行器的中心出发。如果例如第一推进驱动装置的转速降低，则同时通过该推进驱动装置产生的驱动力也降低。如果同时第二推进驱动装置的转速保持在第一推进驱动装置的原始水平或升高，则第二推进驱动装置的驱动力大于第一推进驱动装置的驱动力。由此飞行器朝第一推进驱动装置的方向绕其竖直轴线旋转。在希望朝第二推进驱动装置的方向绕竖直轴线旋转时，则相对于第一推进驱动装置的转速降低第二推进驱动装置的转速。

优选在升力面和/或在机翼中集成和/或印刷有控制装置和/或能量供应装置。作为控制装置例如设置至少一个天线。此外附加地或可选地可以设置太阳能元件作为能量供应装置。天线也可以用作能量供应装置，此时能量通过微波传递。通过能量供应装置可以给飞行器的蓄电池充电。优选控制装置和/或能量供应装置构造成发射应答器，特别是RFID（英语radiofrequency identification（射频识别）），特别是具有反馈通道的发射应答器。

根据一个独立的并独立于本发明主题的可设想的改进方案，能量供应装置构造成用于激光束的能量吸收区。由此例如飞行器的蓄电池可以远程地通过激光束充电。优选设置多个、特别是并排设置的能量吸收区。由此可以实现自调节地引导激光束，由此简化了充电过程。此外，对于多个并排设置的能量吸收区，可以设置带自动间距调整的控制器。此时会出险以下情况，飞行器的距离越远，则激光束变得越宽并照射越多个并排设置的能量吸收区。飞行器距离越近，则激光束更为会聚和狭窄。这导致了，激光束到达较少的能量吸收区。这种效应可以用于间距调整。

按本发明的飞行器作为遥控的无人侦察机

的应用是特别有利的，其中优选在侦察机上设置监控装置。作为监控装置优选在配重元件上、升力面和/或机翼的前边缘上和/或推进器保护壳的前边缘上设置例如成像的传感器。飞行器由于其紧凑的并且重量轻的结构形式可以由一个人例如在背包中舒适地运输。此外，飞行特性非常稳定，以至于与常见的机型相比一个人可以在较短的时间内掌握这种无人机。在飞行特性方面，较低的起飞速度是非常有利的。这允许由一个人在手中实现起飞，由此飞行器即使在不平整的地域也可以在任何时间完成起飞。因此对于着陆不需要专门的接收装置。

附图说明

下面根据实施例结合附图来详细说明本发明。此外，本发明的改进方案、优点和应用可能性也可以由下面对实施例的说明以及由附图得出。这里所有所说明的和/或用图形示出的特征本身或以任意的组合原则上是本发明的内容，与在权利要求中对其的概括或权利要求的引用关系无关。权利要求的内容也构成说明书的组成部分。

但应明确指出，本发明并不应限于所给出的示例。其中

图1示出根据本发明的飞行器的示意性正视图，

图2示出根据图1的按本发明的飞行器的部分剖开的示意性侧视图，以及

图3示出根据图1和2的按本发明的飞行器的部分剖开的示意性俯视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的飞行器或小型飞行器10的示意性正视图。飞行器10构造成绕竖直轴线11为轴线对称的，并具有两个推进驱动装置12、13，它们分别具有一个推进器14。推进器14在这里所示的实施例中在推进器14的外圆周的区域内由推进器保护壳15包围。这里，设有唯一一个推进器保护壳15用于两个推进驱动装置12、13的推进器14。可选地，对于推进驱动装置12、13的推进器14可以设想采用单独的推进器保护元件，所述推进器保护元件可以相互连接，以稳定结构。

根据按图1的正视图，或参考飞行器10的设定的飞行方向，在推进器保护壳15的后面设置闭合的机翼16。在这里所示的实施例中，机翼16构造成环形翼16。飞行器10没有附加的机身地构成，即构造成无机身的。机翼16具有上部的升力面17，所述上部的升力面设置在下部的升力面18的上方。机翼16的高度小于推进器保护壳15的高度。在这里所示的实施例中，机翼16的高度比推进器保护壳15的高度小约1/3。

此外，机翼16相对于推进器保护壳15基于居中的对称的布置形式向下偏置。但这里机翼16没有突出于推进器保护壳15的圆周，而是保持在该圆周之内。

推进驱动装置12、13相互隔开间距地并且关于竖直轴线11轴线对称地固定在上部的升力面17的下侧19上。此外配重元件20居中地设置在下侧19上。在这里所示的实施例中，配重元件20通过摆动连接件21固定在下侧19上。这里摆动连接件21允许配重元件20绕横向轴线22摆动。

图2示出根据图1的按本发明的飞行器10的部分剖开的示意性侧视图。配重元件20在这里所示的实施例中沿在该实施例中设定的飞行方向的方向向前突出于推进器保护壳15。在相互背向设置的升力面端部上分别设置一个侧面27，这些侧面在上部和下部的升力面17、18的整个进深上延伸。

在机翼15的侧面27上例如设置有这里示意性示出的控制装置23。控制装置23这里构造成集成在机翼15中的天线23，并用于接收用于遥控无人驾驶飞行器10的控制信号。

图3示出根据图1和2的按本发明的飞行器10的部分剖开的示意性俯视图。在上部的升力面17上示例性地设置并示意性示出能量供应装置25。所述能量供应装置25在这里所示的实施例中构造成太阳能模块25。

飞行器10构造成关于纵向轴线25是轴线对称的。此外，上部的升力面17还具有关于纵向轴线25构造成轴线对称的切口26。所述切口26构造成基本上为V形的并且朝配重元件20的方向渐缩。切口26的最小的宽度对应于配重元件20的宽度，以便在配重元件20绕横向轴线22摆动时使得配重元件20可以越过上部的升力面17伸出。在这里所示的实施例中，下部的升力面18同样具有这里没有详细示出的切口26，以便在配重元件20绕横向轴线22摆动时使得配重元件20可以越过下部的升力面18伸出。

下面参考图1至3详细说明飞行器10的功能原理。

如果例如无人驾驶的飞行器10应用作用于侦察的无人机，则飞行器装备有适当的监控装置。所述监控装置可以是配重元件20的整体的组成部分。监控装置的运行以及飞行器10的控制所需的能量通过蓄电池和/或一个或多个能量供应装置24保证。

飞行器10的尺寸和重量设计成，使得小型飞行器10能够由一个人例如在背包中运输。飞行器10的控制通过一个遥控器实现，所述遥控器可以由一个人操作。遥控器的信号由控制装置23接收并传递。

这里控制这样进行，即，使得飞行器10绕纵向轴线25和/或竖直轴线11摆动，其方式是，使推进驱动装置12、13以彼此不同的转速运行。通过推进驱动装置12、13的不同的转速，各推进驱动装置产生彼此不同的驱动力，由此飞行器10绕其纵向轴线25和/或其竖直轴线11旋转。以这种方式可以控制飞行器10的飞行方向。

为了控制飞行器10的飞行高度，使配重元件20绕飞行器10的横向轴线22摆动。由此飞行器10的重心发生偏移并且根据摆动的方向飞行器10进入爬升位置或进入下降位置。

由此，对于飞行器10的控制不需要控制面，由此飞行器10特别坚固并且有利于实现高的可用性。此外可以不必设置尾桁，这确保了紧凑的结构形式。

通过设置在推进器14前面或在另一个实施形式中设置在推进器后面的升力面17、18，已经可以在停止状态下以高速度引导空气经过升力面17、18。这导致非常低的起飞速度，由此飞行器10可以从一个人的手上起飞和/或降落到手上。

附图标记列表

Claims (11)

1.一种遥控的小型飞行器，具有至少一个升力面（17）、至少一对推进驱动装置（12、13）和一个配重元件（20），所述配重元件的位置沿小型飞行器（10）的纵向方向是可变的，用于改变小型飞行器（10）的重心，所述升力面（17）设置在通过推进驱动装置（12、13）的旋转轴线形成的平面上方，以产生升力，其特征在于，所述升力面（17）作为上部的升力面（17）设置在一个下部的升力面（18）的上方，所述小型飞行器构造成飞翼式飞机，并且关于飞行器（10）的纵向轴线（25）和/或竖直轴线（11）的飞行姿态能够通过推进驱动装置（12、13）的驱动力之间的差、特别是通过推进驱动装置的转速之间的差来调整。

2.根据权利要求1所述的小型飞行器，其特征在于，上部的升力面（17）和下部的升力面（18）集成为一个单一的闭合的机翼（16），以构成无机身的小型飞行器（10）。

3.根据权利要求2所述的小型飞行器，其特征在于，闭合的机翼（16）构造成环形机翼或盒式机翼。

4.根据上述权利要求之一所述的小型飞行器，其特征在于，上部的升力面（17）、下部的升力面（18）和/或机翼（16）构成为刚性的、薄膜式的或可充气的。

5.根据上述权利要求之一所述的小型飞行器，其特征在于，推进驱动装置对（12、13）的推进器（14）沿飞行器（10）的纵向方向设置在两个升力面（17、18）的前面或后面，以产生在上部的升力面（17）和/或下部的升力面（18）上的气流。

6.根据上述权利要求之一所述的小型飞行器，其特征在于，上部的升力面（17）和/或下部的升力面（18）设置在推进驱动装置（12、13）的旋转轴线和推进器（14）的最大推进器跨度之间，和/或推进驱动装置对（12、13）设置在上部的升力面（17）和下部的升力面（18）之间。

7.根据上述权利要求之一所述的小型飞行器，其特征在于，各推进驱动装置（12、13）的推进器（14）至少部分地在推进器圆周的区域内由至少一个推进器保护壳（15）包围。

8.根据上述权利要求之一所述的小型飞行器，其特征在于，配重元件（20）居中地、特别是在推进驱动装置（12、13）之间设置在升力面（17）上，其中配重元件（20）优选在上部的升力面（17）的下方并且能绕横向轴线（22）摆动地支承地与升力面（17）连接。

9.根据上述权利要求之一所述的小型飞行器，其特征在于，通过控制器来控制小型飞行器（10），特别是通过遥控器进行控制，其中关于横向轴线（22）的飞行姿态能通过配重元件（20）的移位来调整。

10.根据上述权利要求之一所述的小型飞行器，其特征在于，在升力面（17、18）中和/或在机翼（16）中集成和/或印刷控制装置（23）和/或能量供应装置（24）。

11.根据上述权利要求之一所述的小型飞行器（10）作为遥控的无人侦察机的应用，其中，优选在无人侦察机上设置监控装置。

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