CN104903192B - 无人驾驶的飞机和用于无人驾驶的飞机的运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无人驾驶的飞机(10)，其驱动器(12)包括构造为柴油和/或煤油马达的带有用于马达增压的增压装置(30)的内燃机(28)。特别地混合驱动器(32)设置为驱动器(12)，更特别地将并联混合驱动器设置为驱动器(12)。

Description

无人驾驶的飞机和用于无人驾驶的飞机的运行方法
技术领域
本发明涉及一种无人驾驶的飞机以及用于无人驾驶的飞机的运行方法。
无人驾驶的飞机、也称为遥控飞机（Drohne）或UAV（无人机）是无人驾驶的航空飞行器，其例如为了测量目的可以应用为目标描述遥控飞机用于监控、侦查、勘探，或者也可以在装备有武器的情况下尤其在战区中应用。遥控飞机可以在例如军事、情报服务或者民用上所使用。遥控飞机无人驾驶地飞行要么自动化地通过计算机程序来控制要么从地面通过无线电信号或者通过卫星传输来控制。根据使用和配备，遥控飞机可以承载有效载荷，如例如用于军事上攻击的火箭。
在通常的语言应用中，针对这样的飞机常用缩写UAV用于“Unmanned AerialVehicle (无人机) ”。另外采用缩写UAS用于“Unmanned Aircraft System (无人驾驶的飞行器系统) ”。该名称包括由飞行的遥控飞机、用于起动和必要时降落的地面站台以及用于引导和监控飞行的站台组成的整个系统。
在Reg Austin：“Unmanned Aircraft Systems – UAVS design, developmentand deployment”，Wiley出版社，2010中全面描述UAS和不同的UAV。这里的公开内容建立在该文献中的知识上；该文献以此通过参考被并入。
背景技术
从DE 10 2010 021 022 A1中已知螺旋桨飞机（Kippfluegel-Flugzeug）的形式的UAV。
从US 8 128 019 B2以及EP 2 196 392 A2中已知带有混合动力系统的UAV。这两个文献涉及微型UAV，其可以由步兵(Fußtruppe)在战场中随身携带并且可以以非常小的功率在较低的高度中飞行。在这里以恒定的转速运行内燃机；可变地运行附加的电动马达，从而在简单的和轻量的结构中实施功率调节。
带有从大约70 kg到大约1000 kg的最大起飞重量的较大的UAV现在单独以活塞式发动机运行，其中通常使用奥托马达（Otto-Motor）。更大的UAV通常具有燃气涡轮动力装置，从而可以产生相应的功率。
发明内容
本发明尤其针对这种带有从大约70 kg起的最大起飞重量的较大的UAV，并且目标是提供一种带有成本合适的、但是非常多样地可用于不同的飞行功能的驱动器的无人驾驶的飞行器。
该目的通过下述技术方案的无人驾驶的飞机解决：一种无人驾驶的飞机，其混合驱动器包括构造为柴油和/或煤油马达的带有用于马达增压的增压装置的内燃机和电动马达，其中，用于所述混合驱动器的控制器构造成依赖于高度、起动或者降落飞行相对于竖直线的角度、期望的速度、允许的散发热量、允许的运行噪声级和/或温度这些参数中的至少一个参数来控制所述增压装置和/或所述混合驱动器、马达增压的第一级和/或第二级的接通和切断或者所述电动马达的接通和切断。
本发明有利的设计方案是下述技术方案的主题。在下述技术方案中说明了有利的运行方法。
本发明提供一种无人驾驶的飞机，其驱动器包括构造为柴油和/或煤油马达的带有用于马达增压(Motoraufladung)的增压装置(Ladereinrichtung)的内燃机。
优选地，驱动器是混合驱动器，其除内燃机之外还包括电动马达和用以存储用于驱动电动马达的电能的蓄能装置。
优选地，混合驱动器具有可切换的离合器装置，利用所述离合器装置所述内燃机和/或所述电动马达可以选择性地与推力产生器连接。
优选地，可以选择性地以并联或串联的方式运行所述内燃机和所述电动马达。
优选地，增压装置被构造用于多级的增压且/或至少包括尤其用于多级的增压的第一增压器和第二增压器。
优选地，增压装置包括至少一个通过废气能量可驱动的增压器。
优选地，增压装置包括至少一个机械的增压器。
优选地，至少一个机械的增压器可以通过内燃机的输出轴和/或通过电动马达来驱动。
优选地，机械的增压器可以通过混合驱动器的电动马达来驱动。
优选地，设置有控制器，利用所述控制器可以依赖于在飞行运行中不同的参数来控制增压装置和/或混合驱动器。
优选地，控制器构造成依赖于高度、起动或降落飞行相对于竖直线的角度、期望的速度、允许的散发热量、允许的运行噪声级和/或温度这些参数中的至少一个参数来控制增压装置和/或混合驱动器、尤其马达增压的第一和/或第二级的接通和切断或电动马达的接通和切断。
优选地，内燃机是旋转活塞马达（Kreiskolbenmotor）。
优选地，飞机具有大于70 kg和尤其大于250 kg的最大起飞重量。
根据另一方面，本发明提供一种用于运行这样的无人驾驶的飞机的方法：
依赖于高度、起动或者降落飞行相对于竖直线的角度、期望的速度、允许的散发热量、允许的运行噪声级和/或温度这些参数中的至少一个参数来控制驱动器的内燃机的增压和/或混合驱动器的电动马达和内燃机的共同作用。
优选地，在超过或者低于用于所述至少一个参数的预设的极限值的情况下：
-第一增压级；
-第二增压级，
-机械的增压器，
-电的增压器，
-第一废气增压器，
-第二废气增压器或者
-除运转的内燃机之外的电动马达
和/或
-除运转的电动马达之外内燃机
被接通或者断开。
UAV对于最不同的应用以不同的配置在军事上和民用上使用。在能量效率方面纯粹电的驱动器是有利的。在热的特征（Signatur）或者声的特征方面纯粹电的驱动器尤其在军事的使用中也是有利的。换句话说在军事的使用中用于UAV的电的驱动器的优点在于，特别安静的飞行运行和/或带有较低热排放的飞行运行是可行的，从而减小发现UAV的危险。
但是现在纯粹电的驱动器仅仅适用于低功率和短的飞行时间。例如纯粹电的驱动器可描述针对在20分钟和最大3小时之间的飞行时间中直到大约70 kg的最大起动重量的策略上的UAV。然后典型的驱动器功率为在2和20kW之间。但是在此在当前的电池的存储密度中存在问题。
为了电的驱动器的优点也可用于较大的UAV并且也可用于较高的飞行高度和其它的距离、尤其用于MALE等级(中等高度长持久性)的UAV或者也用于HALE等级(高的高度长持久性)的UAV，本发明设置柴油或者煤油驱动的并且具有增压的内燃机的使用。
特别优选地该内燃机是混合驱动器的部份，尤其设置柴油电的混合驱动器。
柴油和煤油马达可以普遍地使用，例如也作为航行支持的UAV的驱动器。相应的马达具有相比于奥托马达或者燃气轮机更小的燃料需求并且具有更好的部份负荷工况。
为了在能量上和系统技术上的优化，根据本发明设置了通过增压装置进行增压。
如果在这里对于增压器使用内燃机的废气能量(如例如柴油马达的废气能量)，则由此可以显著地降低热的特征。
优选地这样增压的柴油或者煤油内燃机与电的部件在用于UAV的动力总成系统中结合。这尤其提供下述优点：
-例如在排放区域中纯粹电的运行是可行的。在使用内燃机的情况中可以实现飞行，其中在排放区域中实现纯粹的或者尽可能电的运行，从而降低热和声的特征并且这样提高飞机的安全性。
-通过接入（Aufschaltung）电动马达到机械的传动系中可实现助力运行（Boost-Betrieb）。这样的助力运行可以例如应用于在严苛的环境条件中的起动和/或降落阶段或者应用于逃离或者应用于需要不寻常的高功率的其它的情况。
-这样的驱动器可以用于所有UAV的可行的配置。UAV可以具有例如直升飞机配置、A/C配置、倾斜翼配置（Tilt-Wing-Konfiguration）和/或倾转旋翼配置（Tilt-Rotor-Konfiguration）。
尤其根据本发明的实施形式，UAV可以利用螺旋桨驱动器（Propellerantrieb）和/或叶轮驱动器或者利用每单个内燃机的功率等级30kW到400kW的转子进行驱动。在需要较高功率时可以使用例如多个内燃机。特别有利地考虑柴油/煤油旋转活塞马达。
这样的旋转活塞马达构造为非常紧凑并且(即使在利用柴油或者煤油的情况下)相对轻量。另外所述旋转活塞马达可以简单地以多个功率级来制造。对于下面的功率级可以设置例如单片旋转活塞马达；在较大的功率级中使用另一种片等等。
特别优选的设计方案涉及将这样的内燃机与电动马达和电的蓄能器结合成混合驱动器，其优选地设置为在针对内燃机设置不同的增压概念的情况中的并联混合。
优选地UAV设置有“重质燃料”燃料运行和增压。对“重质燃料”尤其在美国理解为柴油和/或煤油驱动器。
虽然带有增压的柴油马达当然在汽车技术中已知。提到例如“Smart”-PKW（轿车）的三缸涡轮柴油马达作为对于已知的带有增压的柴油马达的实例，三缸涡轮柴油马达作为单个马达也可以在市场上获得。在本发明中带有增压的柴油马达或者带有增压的煤油马达用于无人驾驶的飞机。这尤其在UAV的航行相关的应用中是有利的。
内燃机的增压是特别有利的。例如在使用废气能量的情况中设置增压。在这里使用尤其与废气涡轮机耦合的增压器—“涡轮增压器”。尤其废气能量二级地被相继接通的废气涡轮机充分使用。通过使用废气能量实现废气温度的减小。由此减小对于UAV的红外线探测的特征。
利用柴油或者煤油待运行的马达的另外的优点是相对奥托马达或者燃气轮机的较好的效率以及较好的部份负荷工况；此外这样的马达是较耐用的。柴油马达在较低的转速情况下输出其额定功率。
特别优选地至少设置第一增压器和第二增压器，从而可实现至少一个二级的增压。
对于较低的高度和较小的功率，内燃机可以在没有增压的情况下工作。对于稍微较高的功率接通增压的第一级。对于更高的功率然后可以另外接通（hinzuschalten）第二级。具有另外使用废气能量的二级的增压尤其是有利的。这样的二级的增压对于超过大约4000m的较高的高度是有利的并且也可以用于大约10000m到12000m的高度。
另一有利的概念是机械的增压。因此优选的是，作为增压器的内燃机具有至少一个机械的增压器。机械的增压的优点是，马达不必相对废气压力工作。优选地可以解耦机械的增压。机械的增压器的驱动可以例如通过内燃机的驱动器轴和/或通过电的驱动器实现。特别优选地混合驱动器的电动马达应用为电的驱动器。
因此多级的增压在有使用和没有使用废气能量的情况下在使用来自内燃机或者来自电驱动器中的机械的能量的情形中可以想象。
特别优选地设置控制器，其根据不同的参数在UAV的飞行运行中控制不同的类型的驱动器–电动马达和/或内燃机–和/或不同的增压系统。
为此可行的参数是不同的高度。其可以例如通过压力传感器探测。在本发明的这样的设计方案中UAV具有压力传感器，其信号应用于控制驱动器。另外的可行的参数是例如高度和/或高速飞行。另一参数可以是用于起动和/或降落运行的功率。利用这样的驱动器概念不仅MALE等级的UAV而且HALE等级的UAV可以以大的功能性和大范围的使用可行性来运行。
根据另一方面本发明提供一种带有混合驱动器的UAV，其中UAV在降落后作为机动的电流供给单元运行。UAV优选地飞行到期望的使用地点并且在那里相比于接地的应急电流机组可迅速地使用。由于该提高的使用灵活性，UAV尤其可以飞行至在陆路上不能达到的或者只能困难地达到的使用地点，并且那里确保电流供给。驱动用于提供期望的功率的发电机的内燃机用作为最初的能量供给。在另一实施形式中电的蓄能器可以取消，使得可以节约重量。UAV如上下文所说明。
附图说明
接下来根据附图详细地解释本发明的实施例。其中：
图1示出了带有驱动器的无人驾驶的飞机的第一实施形式的示意性的图示；
图2示出了带有驱动器的无人驾驶的飞机的第二实施形式的示意性的图示；
图3示出了带有驱动器的飞机的第三实施形式的示意性的图示；
图4示出了用于根据图1到3的无人驾驶的飞机的驱动器的第一实施形式的示意性的图示；
图5示出了在第一运行模式中驱动器的第一实施形式的示意性的图示；
图6示出了在第二运行模式中根据图4的驱动器的第一实施形式的示意性的图示；
图7示出了在第三运行模式中根据图4的驱动器的第一实施形式的示意性的图示；
图8示出了用于根据图1到3的无人驾驶的飞机之一的驱动器的第二实施形式的示意性的图示；
图9示出了在第一运行模式中根据图8的驱动器的第二实施形式的示意性的图示；
图10示出了在第二运行模式中根据图8的驱动器的第二实施形式的示意性的图示；
图11示出了在第三运行模式中根据图8的驱动器的第二实施形式的示意性的图示；
图12示出了用于根据图1到3的无人驾驶的飞机之一的驱动器的第三实施形式的示意性的图示；
图13示出了在第一运行模式中图12的驱动器的第三实施形式的示意性的图示；
图14示出了在第二运行模式中图12的驱动器的第三实施形式的示意性的图示；
图15示出了在第三运行模式中图12的驱动器的第三实施形式的示意性的图示；
图16示出了在第四运行模式中图12的驱动器的第三实施形式的示意性的图示；
图17示出了在第五运行模式中图12的驱动器的第三实施形式的示意性的图示；以及
图18示出了基于在飞行运行中不同的参数用于描述无人驾驶的飞机的驱动器的控制器的示意性的图表。
具体实施方式
在图1到3中示出了示意性地带有相应的驱动器12的勾画的无人驾驶的飞机10的三个不同的实施形式。无人驾驶的飞机10也称为遥控飞机或者在专业术语中也称为UAV。无人驾驶的飞机是用于无人驾驶的飞行器系统–称为UAS–的部份，通过其可以实施军事上和民用上的活动、如尤其勘探飞行、监控功能或者测量功能。UAS除了示出的无人驾驶的飞机12之外还具有另外的未示出的、但是充分已知的系统部件，如例如地面支持的控制器站，利用其可以遥控地操作UAV以及相应的用于在无人驾驶的飞机10和控制站之间通信的通信装置。对于UAS的更多细节参考开头提到的文献Reg Austin：“Unmanned Aircraft Systems –UAS design, development and deployment”，Wiley出版社，2010。
在图1中示出第一UAV14，其以马达运行的滑翔机（Segelflugzeug）的形式设置有固定的承载面16、平常的尾翼（Leitwerk）18和推力产生器18(在这里以螺旋桨20的形式例如在侧向稳定器22处)。该第一UAV14的结构基于设有电的辅助驱动器的滑翔机“e智能”的结构，该滑翔机由斯图加特大学飞机制造学院开发并且在2011年5月25日完成其首次飞行。
然而不同于已知的带有电驱动器的e智能巡航动力滑翔机（e-Genius-Reisemotorsegler），在第一UAV14中未装备有乘客仓；相反地，为飞行员和乘客所开发的空间设置用于安置UAS部件和其有效载重（Nutzfracht）用于执行期望的UAV任务。
在图2中所示出的第二UAV24为采用直升机实施方式的UAV，其同样可以利用驱动器12驱动。在这里转子25或者转子25和尾旋翼设置为推力产生器18。
在图3所示出的第三UAV26中作为用于在螺旋桨飞机的实例(侧斜翼和倾转旋翼配置)上的无人驾驶的飞机10的另外的实例。在该第三UAV26中也使用驱动器12，从而以倾转旋翼（Kipprotor）27的形式驱动推力产生器18。
接下来根据图4到17详细地解释用于驱动器12的不同的实施例。
在全部三个在这里示出的驱动器12的不同的实施形式中，其设有构造用于柴油和/或煤油运行的内燃机28和设有用于使内燃机28增压的增压装置30。
此外驱动器12在全部三个在这里示出的实施例中是混合驱动器32。混合驱动器32除了内燃机28还具有电机34。电机34可以在运行状态中作为电动马达36使用，其在图纸中通过字母M表明，并且在另一运行状态中作为电的发电机38使用，其在图纸中通过字母G指示。在另外的、在这里没有详细地示出的实施形式中电机34可以是电动马达或发电机。在另外的、后来进一步详细地解释的实施形式中设置有分开的电动马达36、M和分开的发电机38、G。
混合驱动器32此外具有电的蓄能器40，其例如构造为可以增压的蓄电池单池的装置或者构造为蓄电池装置并且在图纸中也以“B”标记。电机34通过功率电子设备（Leistungselektronik）42、E与电的蓄能器40、B联接。
混合驱动器32在示出的实施形式中构造为并联混合，其中可选择性地使用电动马达36或者内燃机28用于驱动无人驾驶的飞机10，或者可以不仅使用内燃机28而且可以使用电动马达用于共同驱动。为此设置可切换的离合器装置44，利用其内燃机28和电机34可以选择性地与和推力产生器18连接的输出轴62耦合。
可切换的离合器装置44具有用于耦合内燃机28的第一离合器46和用于耦合电机34的第二离合器48。离合器装置44和增压装置30—见图1到3—可以依赖于在飞行运行中不同的参数进行控制，如这在此后更详细地解释。“离合器”在这里表明用于利用其可以选择性地传递(接合离合器)或者断开(分离离合器)扭矩的装置的总称。
如可以继续由图4到17所得到，增压装置30具有至少一个用于使内燃机28增压的第一增压器52。第一增压器52可以为增压目的构造为废气涡轮增压器54用于充分使用废气能量。
尤其增压装置30具有用于产生压力的压缩机56，从而将带有提高的压力的燃烧空气供应到内燃机28。
压缩机56可以与第一废气涡轮机58耦合，从而这样形成废气涡轮增压器54作为第一增压器52。
内燃机28在优选的设计方案中具有旋转活塞马达60。旋转活塞马达60尤其构造成如在德国专利申请DE 10 2012 101 032.3中所说明和示出的那样，并且相应地设计用于具有柴油或煤油的运行。根据用于UAV14、24、26的期望的功率级，旋转活塞马达60构造为单片旋转活塞马达、构造为双片旋转活塞马达或者构造为三片旋转活塞马达或者构造为多片旋转活塞马达。作为旋转活塞马达60的配置为此具有关于模块性(Modulariät)的特别的能力，从而通过较少的花费可以设置一个或者多个片。
首先解释驱动器12的这里示出的实施形式的共同的元件，而接下来详细地探讨这里示出的实施形式的区别。
图4到7示出了用于带有单级的增压的驱动器12的第一实施例，其中以带有压缩机56、C和与压缩机56联接的第一废气涡轮机58、T的废气涡轮增压器54的形式仅仅示出第一增压器52。内燃机28和电机34选择性地通过第一离合器46和第二离合器48可以联接到输出轴62上并且由此联接到推力产生器18上。
因此驱动器12具有内燃机28，其可以构造为柴油马达和三角活塞马达，并且设有以具有压缩机56和第一废气涡轮机58的增压装置30形式的增压系统。马达输出轴64可以通过第一离合器46与推力产生器18连接。发电机38和电动马达36或(如在这里所示出)可以作为发电机G或者电动马达M运行的电机34通过电子调节单元(功率电子设备42、E)与缓冲电池(电的蓄能器40、B)连接，所述缓冲电池交替地在发电机运行中充电或者应用于在电动马达运行中向电机34供给电能。
图5示出了第一运行模式，在其中混合驱动器32在纯粹的电运行中运行。为此分离第一离合器46并且接合第二离合器48。
图6示出了“传统的”运行，在其中混合驱动器32的驱动线路（Antriebsleitung）单独由内燃机28所提供。为此接合第一离合器46并且分离第二离合器48。
在图7中所示出的第三运行模式中不仅接合第一离合器46而且接合第二离合器48，并且因此不仅内燃机28而且电机34与输出轴62连接并且因此也彼此连接。在该第三模式中在运行作为电动马达M的电机34时可以实施电的助力功能（Booster-Funktion）—也就是通过附加的电能提高系统功率—或者在电机34的发电机功能G中实施充电运行。
因此通过示出的混合驱动器32的第一实施形式的结构(如混合驱动器在图4到7中所示出)可实现至少四个下述的运行状态：
a)传统的运行：内燃机28驱动推力产生器18，而发电机G和电动马达M解耦。这相应于以前的基于内燃机的UAV驱动器系统的运行模式。
b)“电的助力”：除内燃机28之外，电动马达M与输出轴62耦合。据此附加的扭矩可以传递到输出轴62上，由此对于短的时间(依赖于电的蓄能器40的电容)提供附加的功率并且据此可以支持(abfangen)在功率需求中的峰值。
c)“充电模式”：在运行阶段中，其不需要用于推力产生器18的内燃机28的全部的马达功率，供使用的功率的部份可以输送给发电机G，从而再次使电的蓄能器40充电。
d)“纯粹电的运行”：除了之前提到的运行模式之外也可以解耦和断开内燃机28，从而转换到纯粹电的运行上。在这里现在电动马达E耦合到输出轴上，电动马达由电的蓄能器B供给电能。
这尤其提供下面的优点：
并联混合的功能性允许纯粹电的运行用于降低在严苛的任务阶段中的热和声的特征。同时在传统的运行中可以充分使用化石燃料的高蓄能密度（Energiespeicherdicht），从而实现由纯粹的电驱动器不能提供的操作范围。补充地，系统提供电池再次在飞行中充电的可行性，其中通过内燃机28的负荷点升高可以选择内燃机28的有效率的运行状态。
在图8到11中示出了混合驱动器32的第二实施形式。该第二实施形式基本相应于第一实施形式，除了如下区别，即第二实施形式除第一废气涡轮机58、T之外还具有第二废气涡轮机66、T，第二废气涡轮机与马达输出轴64和/或输出轴62耦合或者可以与马达输出轴64和/或输出轴62耦合。
通过第二废气涡轮机66使得内燃机28的废气能量在两个级中充分使用。在第一废气涡轮机58、T中压缩机56、C使用废气能量用于使内燃机28增压。在第二废气涡轮机66、T中使用保留的废气能量用于另外的驱动。
据此废气温度相对于第一实施形式可以下降，因此可以减小无人驾驶的飞机10的热的特征。
此外混合驱动器32的在图8到11中所示出的第二实施形式的功能性相应于混合驱动器32的第一实施形式的功能性，如其在图4到7中所示出。相应地图9也示出了用于纯粹的电运行的第一运行模式，图10示出了用于传统的运行的第二运行模式，并且图11示出了第三运行模式，在第三运行模式中要么可以实施电的助力要么可以实施充电运行。对于该三个运行模式的另外的细节参考关于第一实施形式的上文的实施方式。
在图12到17中示出混合驱动器32的第三实施形式作为用于UAV14、24、26的用于驱动器12的实例，其中相同的或者相应的元件具有与在先前两个实施形式中相同的参考标号并且关于详细的细节可以参考上文的说明。
增压装置30在该第三实施形式中构造用于可切换的多级的增压，并且具有用于提供多级的增压的第一增压器52和第二增压器70，其中不同的增压器52、70可以通过控制器50受控制地接通或者断开，从而接通或者断开不同的增压级。
在混合驱动器32的第三实施形式中，在这里代替可以不仅在电动马达运行中而且在发电机运行中运行的电机34，示出至少一个电动马达36、M和发电机38、G。离合器装置44具有用于将马达输出轴64耦合到输出轴62上的第一离合器46、用于将电动马达36、M耦合到输出轴62上的第二离合器48和用于将发电机72耦合到马达输出轴64上的第三离合器72。
此外设置增压器离合器装置74，从而切换增压装置30；尤其耦合或者解耦第一增压器52和/或第二增压器70。
为了形成第一增压器52，压缩机56设置有第一废气涡轮机58。
此外机械的增压器76设置为第二增压器70。机械的增压器76可以使用例如压缩机56和机械的驱动源。在第一设计方案或者第一增压模式中为此充分使用电的驱动器，如尤其电动马达36、M。在第二实施方式或者第二增压模式中为此充分使用马达输出轴64的运动。
在图12中所示出的实施例中示意性地将压缩机56、C示出为压力产生器，其可以通过增压器离合器装置74的第一增压器离合器78耦合到第一废气涡轮机58、T上，从而这样形成作为第一增压器52的废气涡轮增压器54，并且可以通过增压器离合器装置74的第二增压器离合器80耦合到电动马达36、M上，从而这样形成电地运行的机械的增压器76，并且必要时可以通过增压器离合器装置74的第三增压器离合器82耦合到马达输出轴64上，从而这样形成可以通过输出轴运动驱动的机械的增压器76。
在示出的实施方式中简单地将可切换的离合器装置44的第二离合器48表明为第三增压器离合器82。
在图13到17中示出了五个用于该混合驱动器32的第三实施形式的不同的运行模式。在图13的运行模式中接合第一增压器离合器78，使得第一增压级起作用。以第一级增压的内燃机28通过接合的第一离合器46与推力产生器18连接。发电机38、G通过接合的第三离合器72同样与马达输出轴64连接。因此在图13中所示出的第一运行模式相应于充电运行，其中通过在第一级上增压的内燃机28产生推力并且使用多余的功率用于电的蓄能器40的充电。分离第二离合器48和第二增压器离合器80，使得电动马达36既不与增压装置30连接也不与推力产生器18连接。
图14示出了作为第二运行模式的电的运行。为此分离第二增压器离合器80并且电动马达通过第二离合器48的接合与输出轴62连接并且由此与推力产生器18连接。分离第一离合器46和第三离合器72，从而内燃机28和发电机都不与输出轴62连接。可以在这里断开内燃机28。
在纯粹具有废气涡轮增压器54的单级的增压中在图15所示出的第三运行模式相应于传统的运行。为此仅仅接合第一离合器56和第一增压器离合器78，分离所有其余的离合器。
图16示出了采用纯粹以内燃机28运行的形式的第四运行模式，其中但是其通过第二增压器70(电的增压)而增压。为此接合第一离合器46和第二增压器离合器80，分离所有其它的离合器。
图17示出了第五运行模式，在其中电的助力示出为另外的功能性。为此单级增压的内燃机28(废气涡轮增压器54积极地)与推力产生器18连接并且另外电动马达36还与推力产生器18连接。接合第一离合器46和第二离合器48以及第一增压器离合器78，分离所有其它的离合器。
当然由于不同的离合器46、48、72、78、80、82的不同的切换其它的运行模式也是可行的。
在图12到17中所示出的混合驱动器32的第三实施形式中，驱动器12具有带有增压系统(增压装置30)的内燃机(柴油马达/三角活塞马达)和废气涡轮机58，该增压装置包括压缩机56。增压装置30的压缩机56可以在这里通过离合器系统(增压器离合器装置74)要么由废气涡轮机58要么由电动马达(例如混合系统的电动马达M)驱动。内燃机28的马达输出轴64可以直接与推力产生器18(例如螺旋桨20或者转子25、27)连接。另外，电的发电机38、G可以通过单独的离合器(第三离合器72)与马达输出轴64和/或输出轴62连接。发电机38、G和电动马达36、M通过电子调节单元(功率电子设备42、E)与缓冲电池(用于电的蓄能器40、B的实例)连接，缓冲蓄电池交替地由发电机38、G充电或者应用于供给电动马达36、M。
通过在图12到17中所示出的结构可实现尤其下面的四个运行状态：
a)“传统的运行”：废气涡轮增压器54的压缩机56由增压装置30的废气涡轮机58驱动，电动马达36、M和发电机38、G在此解耦。这相应于以前的传统的驱动器系统的运行模式，然而区别在于带有附加的增压的柴油或者煤油运行。
b)“电的涡轮”：增压装置70的压缩机56在该情况中由电动马达36、M所驱动。据此相比于这在将电动马达36、M耦合到输出轴62上的情况中可以产生更大的功率提高。
c)“电的助力”：在此除了内燃发动机的功率之外将电动马达36、M的功率传递到输出轴62上。
d)“充电模式”：在运行阶段中（其中不需要推力产生器18的内燃机28的全部的马达功率），一部分供使用的功率可以输送给发电机38、G，从而使电池(电的蓄能器40、B)充电。增压装置30的压缩机56在这里由废气涡轮机58驱动，而电动马达36、M被解耦。
这尤其提供下面的优点。
除了并联混合的功能性(以内燃发动机运行、纯粹电的运行或者重复充电电池)电动马达36、M可以以两种类型使用，从而提供附加的功率：
a)通过电的助力，在其中功率直接供应到输出轴62上或者
b)通过电驱动的机械的增压器76，在其中提供用于增压需要的功率由电动马达36、M提供并且不必介入（eingreifen）到内燃机的过程中。这具有如下优点，相比于带有废气涡轮机58的驱动器没有反压力在废气中形成，此外内燃机28相对于废弃涡轮机必须工作。相对于用于机械的增压器76的机械的驱动器(尤其通过与马达输出轴64耦合)的应用，无需剥夺输出轴的机械的功率。
前面根据附图示出了用于混合驱动器32的不同的实施形式。当然其它的但是在这里没有详细地示出的实施形式也是可行的。例如第二废气涡轮机66也可以在图12到17中所示出的实施形式中存在，尤其能够通过分离的切换装置可切换，其可以接通或者断开该第二废气涡轮机66。
此外除了通过混合驱动器的电动马达36来驱动机械的增压器76之外或者作为其备选，用于驱动压缩机的分离的电动马达也是可行的。另一方面，通过马达输出轴64来驱动压缩机56也是可行的。此外代替具有仅仅一个压缩机56的描述，也可以设置经由第一废气涡轮机58、第二废气涡轮机66、混合驱动器32的电动马达36和/或通过马达输出轴64能驱动的多个压缩机。
接下来仍然根据在图18中的描述详细地解释用于无人驾驶的飞机10的混合驱动器32的可行的控制器。
如图2和3所示出，无人驾驶的飞机10可以是UAV24、26(其能够垂直起动和降落(VTOL))并且/或者可以是UAV14、26（其能够如飞机一样常规地起动和降落(在飞机10的行驶中充分使用空气流(CTOL))。
在图18的图表中通过飞行速度v示出所需要的功率P。箭头R示出了巡航飞行的范围–巡航范围。“ISA”代表国际标准大气压(标准大气压)。
曲线S示出了在海拔高度上在标准大气压条件中对于不同的飞行条件需要的功率；曲线H1示出了在高的高度和标准大气压条件中需要的功率，以及曲线H2示出了在高的高度中和在提高大约15°C的标准大气压条件中需要的功率。
通过不同的运行模式全部覆盖在该不同的运行条件和飞行条件中需要的功率范围。
控制器切换不同的运行模式，尤其接通或者断开增压装置或者接通或者断开不同的增压器或者增压的不同的级，依赖于说明运行条件的参数、如实际/额定速度、高度(尤其可通过压力感应器检测)、期望的VTOL或者CTOL或者温度。
在图中所示出的、通过控制器可接通或者可断开的功率级L表示用于下述的最大可达到的功率：
L1在没有增压的情况下的内燃机运行；
L2带有在第一级中增压的内燃机运行–尤其第一增压器52的运行，也就是废气涡轮增压器54的运行；
L3带有在第二级中增压的内燃机运行–例如第二增压器70的运行、尤其电驱动的机械的增压器76的运行；
L4带有在第二级中增压的并且附加地带有电的助力功能的内燃机运行。
马达增压提高了内燃机28的可获得的马达功率。这可在较大的高度中和/或在较高的环境温度中(“热和高的情况”)实现尤其垂直的起动。此外由此提高最大巡航速度。
电的助力的可行性进一步提高了用于这样的条件的可获得的功率，其中功率提高的极限通过马达增压实现。由此可以进一步扩展使用范围。例如在更高的高度中和在更高的温度中的垂直的起动是可行的；在复杂的条件中也可以进一步提高最大巡航速度。
附图标记列表
10 无人驾驶的飞机
12 驱动器
14 第一UAV
16 承载面
18 推力产生器
20 螺旋桨
22 侧向稳定器
24 第二UAV
25 转子
26 第三UAV
27 倾转旋翼
28 内燃机
30 增压装置
32 混合驱动器
34 电机
36、M 电动马达
38、G 发电机
40、B 电的蓄能器
42、E 功率电子设备
44 可切换的离合器装置
46 第一离合器
48 第二离合器
50 控制器
52 第一增压器
54 废气涡轮增压器
56 压缩机
58 第一废气涡轮机
60 旋转活塞马达
62 输出轴
64 马达输出轴
66 第二废气涡轮机
70 第二增压器
72 第三离合器
74 增压器离合器装置
76 机械的增压器
78 第一增压器离合器
80 第二增压器离合器
82 第三增压器离合器
S 海拔高度
R 巡航范围
V 前进速度
P 功率
H1 高的高度，在ISA的情况下
H2 高的高度，在ISA+15°C的情况下
ISA 标准大气压
VTOL 垂直起动/降落
CTOL 常规的起动/降落
L1 没有增压的内燃机运行
L2 带有第1级增压的内燃机运行
L3 带有第2级增压的内燃机运行
L4 带有第3级增压的内燃机运行 + 电的助力。

Claims (15)

1.一种无人驾驶的飞机(10），其混合驱动器(32)包括构造为柴油和/或煤油马达的带有用于马达增压的增压装置(30)的内燃机(28)和电动马达(36、M)，其中，用于所述混合驱动器的控制器(50)构造成依赖于高度、起动或者降落飞行相对于竖直线的角度、期望的速度、允许的散发热量、允许的运行噪声级和/或温度这些参数中的至少一个参数来控制所述增压装置(30)和/或所述混合驱动器(32)、马达增压的第一级(L2)和/或第二级(L3)的接通和切断或者所述电动马达(36、M)的接通和切断。
2.根据权利要求1所述的飞机，
其特征在于，
所述混合驱动器(32)除所述内燃机(28)之外还包括电动马达(36、M)和用以储存用于驱动所述电动马达(36、M)的电能的蓄能装置。
3.根据权利要求2所述的飞机，
其特征在于，
所述混合驱动器(32)具有可切换的离合器装置(44)，利用所述离合器装置能够将所述内燃机(28)和/或所述电动马达(36、M)选择性地与推力生产器(18)连接。
4.根据权利要求2或3所述的飞机，
其特征在于，
所述内燃机(28)和所述电动马达(36、M)能够选择性地以并联或串联的方式运行。
5.根据权利要求1所述的飞机，
其特征在于，
所述增压装置(30)被构造用于多级增压且/或至少包括用于多级的增压的第一增压器(52)和第二增压器(70)。
6.根据权利要求1所述的飞机，
其特征在于，
所述增压装置(30)包括至少一个能够通过废气能量驱动的增压器。
7.根据权利要求1所述的飞机，
其特征在于，
所述增压装置(30)包括至少一个机械的增压器(76)。
8.根据权利要求7所述的飞机，
其特征在于，
所述至少一个机械的增压器(76)能够通过所述内燃机(28)的输出轴(62)和/或通过电动马达(36、M)驱动。
9.根据权利要求8所述的飞机，其特征在于，
所述机械的增压器(76)能够通过所述混合驱动器(32)的电动马达(36、M)驱动。
10.根据权利要求2所述的飞机，
其特征在于，
设置控制器(50)，利用所述控制器所述增压装置(30)和/或所述混合驱动器(32)能够依赖于在飞行运行中的不同的参数进行控制。
11.根据权利要求1所述的飞机，
其特征在于，
所述内燃机(28)是旋转活塞马达(60)。
12.根据权利要求1所述的飞机，
其特征在于，
所述飞机具有大于70kg的最大起飞重量。
13.根据权利要求12所述的飞机，
其特征在于，
所述飞机具有大于250kg的最大起飞重量。
14.用于运行根据前述权利要求中任一项所述的无人驾驶的飞机(10)的方法，
其特征在于依赖于高度、起动或者降落飞行相对于竖直线的角度、期望的速度、允许的散发热量、允许的运行噪声级和/或温度这些参数中的至少一个参数来控制混合驱动器(32)的内燃机(28)的增压和/或混合驱动器(32)的内燃机(28)和电动马达(36、M)的共同作用。
15.根据权利要求14所述的方法，
其特征在于，
在超过或者低于用于所述至少一个参数的预设的极限值的情况下：
-第一增压级(L2)；
-第二增压级(L3)，
-机械的增压器(76)，
-电的增压器，
-第一废气增压器，
-第二废气增压器或
-除运转的内燃机(28)之外的电动马达(36、M)和/或
-除运转的电动马达(36、M)之外的内燃机(28)
被接通或者断开。
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