CN107054632A - 旋转翼飞行器以及用于这种旋转翼飞行器的起飞和着陆设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及称作旋翼直升飞机或自转旋翼机、自旋翼机或旋翼飞行器的旋转翼飞行器(2)，其具有转子和螺旋桨。用于旋转翼飞行器(2)的起飞和着陆设备(1)具有位置固定的支架(3)，在支架(3)上，导引装置(4)围绕水平轴线能在起飞位置和着陆位置之间摆动。在其外端部区域上，设有用于将加速力传递到旋转翼飞行器(2)上的驱动器(5)，该加速力可以由此与旋转翼飞行器(2)的车载驱动器无关地产生。耦连装置为此具有圆周侧的接触面和另一个端侧的接触面，该圆周侧的接触面形成电接触装置的正极，另一个端侧的接触面形成负极。

Description

旋转翼飞行器以及用于这种旋转翼飞行器的起飞和着陆设备

技术领域

本发明涉及一种旋转翼飞行器，也称作旋翼直升飞机或自转旋翼机、自旋翼机或旋翼飞行器的，其具有转子和借助用于产生所需推进力的驱动器能处于旋转状态的螺旋桨。此外，本发明涉及一种用于这种旋转翼飞行器的起飞和着陆设备。

背景技术

旋翼直升飞机也称作自转旋翼机、自旋翼机或旋翼飞行器，是一种旋翼机，其中，通过行驶风驱使转子在飞行过程中处于旋转状态(自动旋转)。通过旋转形成的浮力在此通过旋转的转子叶片的阻力根据转子面的迎角形成。

为此，转子固定在与合页连接的杆上，该合页允许转子叶片的角度变化。为了进行控制而使整个转子偏转。此外还需要传统的方向舵来进行控制。

自动旋转由此实现，转子叶片在转子平面的内部区域内具有较大的迎角，从而造成加速叶片的力。而在外直径中，合力制动叶片。这些力在稳态飞行中平衡。若转子平面的迎角增大，则在加速和制动范围之间的界限向外移动，这形成了有利于加速的不平衡，使得转子的转数提高。

因为转子仅通过空气流驱动，所以它受到的机械负载很小并且不需要复杂的传动机构。驱动器故障同样并不是很重要的。旋翼直升飞机不具有最小速度并因此不会涉及失速的飞行状态。

只通过驱动器(所谓的螺旋桨推进器)实现推进力。为了缩短所需的起飞距离可以将转子在起飞之前通过另一个电机或驱动单元加速到起飞转速，该驱动单元将驱动功率短暂地传递到转子上。

虽然原则上为了旋转翼飞行器的运行不存在对起飞和着陆轨道特别的要求，但也已经设置了起飞和着陆设备，该起飞和着陆设备简化或主要首先能够实现旋翼直升飞机的起飞。因此，公司FockeAchgelis的例如小型旋翼直升飞机Fa330设计使用在U型艇和船上。无电机的小型旋翼直升飞机可以在船的速度为30km/h时起飞，仅通过行驶风驱动并因此通过在大致300m的长拖缆上的自动旋转上升至120m的高度。所谓的起飞台用作起飞和着陆设备。

发明内容

基于此现有技术，本发明所要解决的技术问题是，设计开头所述类型的旋转翼飞行器，使得它一方面能够实现特别高效的飞行，另一方面能以比较小的耗费制造。此外，本发明所要解决的技术问题是，创造一种用于这种旋转翼飞行器的起飞和着陆设备，其显著简化了被驱动的旋转翼飞行器的起飞和着陆过程。

第一个技术问题按本发明通过一种旋转翼飞行器解决，其也称作旋翼直升飞机、自转旋翼机或自旋翼机，所述旋转翼飞行器具有转子和借助用于产生所需推进力的驱动器能够处于旋转状态的螺旋桨，其中，所述驱动器具有电机和确定用于给驱动器供给能量的能量存储器。

根据本发明规定了一种旋转翼飞行器，其中，驱动器包括用于纯电动驱动运行或混合动力驱动运行的电机并且具有确定用于给驱动器供给能量的能量存储器。克服本领域的偏见，已表明惊人的是，自旋翼机的飞行原理以特别好的方式适合用于借助电机的运行。在此，本发明所基于的是，能耗只在例如能借助备选的或可并联运行的内燃机辅助的起飞阶段中特别高。因此，由于飞行整体上需要比较低的能耗并且所述飞行还带来低排放、尤其是噪音生成，按本发明的旋转翼飞行器优选也适合用于市内交通，其中，本发明主要利用短的起飞和着陆阶段。在实践中已显示，利用已充电的能量存储器比传统的加注燃料更快地供能。但即使出现电驱动器也和此外必要时共同运行的内燃机的故障，也几乎排除了旋转翼飞行器的坠毁的可能性，因为在该情况下旋转翼飞行器可以转变为可控的下降飞行并且安全地着陆。

在起飞阶段加速时增大的能量需求可以明显减少，其方式为，机械的驱动功率通过稳态的起飞辅助装置提供并且借助相应的耦连装置在起飞阶段中从外部引入。这种起飞辅助装置一方面可以经受整个旋转翼飞行器的平动加速、例如弹射。另一方面在此同时通过转矩的传递，转子也可以加速到期望的转数。为此需要的装置可以例如在起飞阶段中与正加速的旋转翼飞行器一起运动。

此外，本发明的一种结构方案是特别有利的，其中，驱动器的驱动功率按需求或者可传递到螺旋桨上或者可传递到转子和螺旋桨上，因此也就是说驱动功率可以分布在转子和螺旋桨上并因此同时可以调节最佳的运行点或者说工作点。为此，例如可以借助耦连装置进行驱动功率的力控制的传递。

在飞行中由携带的能量存储器进行对驱动器的供能。而实践特别合适的是，旋转翼飞行器配有可分离的电连接，尤其是插接连接，通过该电连接使旋转翼飞行器短暂地与位置固定的或稳态的供电装置连接。也就是说通过旋转翼飞行器配有可拆卸的电接触装置，由此相应地减少由携带的能量存储器的能量获取。由此可以减小能量存储器的容量，同时由此减小其自重。

在本发明的另一个同样特别合理的结构方案中，旋转翼飞行器配有用于为辅助起飞阶段传递尤其是平动的加速力的机械的耦连装置，以例如借助滑座或滚轮车确保加速力可靠的传递。但同时，机械耦连装置也可以用作在着陆阶段中可靠和可控地制动旋转翼飞行器的制动器。

在此被证明特别有利的是，在机械耦连装置中集成有用于将电能传递到驱动器上的电接触装置。因此，也就是说也在旋转翼飞行器已加速的起飞阶段中可以继续给驱动器供电，直到达到起飞速度为止。因此，在耗能的起飞阶段中一直保持电连接并且相应地减轻了飞行器上的能量存储器的负荷。

本发明的另一个特别有利的实施形式还由此实现，旋翼直升飞机具有发电机或电机能够以发电机工作方式运行，因此可利用转子和/或螺旋桨的旋转来产生电能。已证实惊人的是，由转子产生的浮力不仅可以通过减小的转子迎角而且还可以通过有针对性的制动减小，方式是电动驱动器切换成制动能回收模式。因此，可以回收能量并给电能存储器充电。此外，还可以实现紧急供电，该紧急供电在能量存储器完全故障时通过产生的电能维持最重要的功能。

根据本发明的另一个同样特别适宜的结构方案，旋转翼飞行器由框架结构连同固定在该框架结构上的功能模块构成并因此不仅允许在重量很小的同时节约成本的制造，而且还允许根据不同的使用目的快速地调整。作为旅客运输的备选，尤其还可以补充例如作为作业或救援的目的功能模块。

优选地，功能模块具有承载驱动器的驱动器模块、承载能量存储器的存储器模块、具有乘客舱的乘客模块和/或起落架模块。在此，至少单独的模块，尤其是存储器模块，可调换地设置在旋转翼飞行器上，其中，快速耦连装置允许在最短时间内顺利地更换。因此，也就是说不仅电能存储器可以连同容纳该电能存储器的存储器模块被更换，而且例如驱动器模块也可以更换，以便可以进行驱动器的养护，而不必使旋转翼飞行器整个停止运行。这种更换系统也可以例如很大程度上自动化。此外，存储器模块可更换地集成到旋转翼飞行器中，例如双层地板中。

旋转翼飞行器在此优选由多个可更换并且由此允许快速更换乘客和电池的功能模块构成。为此使用设计成乘客或充电舱的功能模块的快速更换系统以及设计成能量存储器的功能模块的快速更换系统。

在实践中，航空飞行以登入为所选的飞行连接提供的乘客舱开始进行，乘客舱与下一个可供使用的旋转翼飞行器耦连。因为可以毫无问题地提供多个适合的乘客舱，所以在实践中在上和下飞机期间不会出现不期望的减速并因此同时最佳地充分利用了不与一个确定的乘客舱连接的旋转翼飞行器。

容器以及电池从侧面推入回旋货车(Gyrovan)中为此目的设置的连续空腔。容器和电池为此具有滚轮。若容器和电池在其位置上，固定螺栓插入容器中设置的固定孔中并且通过锁销锁定防止无意的打开。测试或检验螺栓的位置和锁销的位置。元件的操作可以既机械地、液压地或气动地又电动地进行。

螺栓被例如弹簧加载并且在其静止位置中处于抽出状态。通过从外部施加以压缩空气插入螺栓。若压缩空气输入中断或出现无意的压力降，则螺栓自动地锁上。在此，螺栓同样可以用于电接触。

通过轨道系统将旋转翼飞行器运输至起飞设备并且启动旋转翼飞行器。在充电之后，首先将乘客舱与旋转翼飞行器分离，使得乘客舱必要时在用电能存储器更换能量容器之后立即又可投入使用。

在改进的容器系统中为了运输人或为了容纳电荷，容器系统被牵引器件，例如金属线或纤维绳包绕。附加地，牵引器件也包含飞行员安全护罩，该飞行员安全护罩包括飞行员座椅。牵引器件一方面与主转子连接，另一方面与降落伞连接。

本发明的另一个特别有利的实施形式实现的方式是，框架结构由通过型材连接的预制的面元件或者说扁平元件，例如板件构成，该板件可以在工业上以期望的特性预制成并且快速地连接成期望的框架结构。因此，根据改变了的要求的调整可以在制造时毫无问题地通过不同型材和面元件的使用而实现。在实践中，为此适合的是型材和面元件，该型材和面元件具有作为主要材料组成部分的铝或碳纤维并且可以设计成复合材料。此外，也可以使用制动能回收的原料，例如西印度轻木，其中，该结构借助CNC铣削技术以及必要时通过粘接制成和机械的连接部位以碳纤维增强的塑料容纳部(CFK)或金属容纳部的形式集成。该结构获得由纤维增强的塑料构成的涂层，其中，作为补充也可以层压部分，例如节点。

所述的第二技术问题，即创造一种用于这种旋转翼飞行器的起飞和着陆设备，解决的方式是，起飞和着陆设备具有位置固定的或静止的支架和用于将加速力传递到旋转翼飞行器上的驱动器。因此，在旋转翼飞行器的起飞阶段中所需的加速力不通过旋转翼飞行器产生，而是通过起飞和着陆设备产生。由此与旋转翼飞行器的车载能量存储器无关地可以通过外部的位置固定的能源提供在起飞阶段中旋转翼飞行器的加速时提高的能量需求并且相应地减轻车载能量存储器的负荷。

为此，起飞和着陆设备具有耦连装置，该耦连装置带有第一耦连元件和与旋转翼飞行器连接的第二耦连元件，因此通过用于辅助或仅开始加速的起飞和着陆设备提供并且借助耦连装置在起飞阶段中传递加速所需的机械的驱动功率。

虽然耦连装置可以根据各要求以不同的结构形状实现，可实现特别优选的变型的方式是，第二耦连元件具有旋转对称的凸起并且第一耦连元件具有用于凸起的容纳部，该容纳部在圆周上至少局部区段具有第一接触面，具有在凸起的端面上具有第二接触面。由此实现可靠的机械的耦连装置，该机械的耦连装置在较宽的角度范围内与两个耦连元件的相对角度位置无关，这尤其在着陆阶段中证明是主要的优点。

此外，实践特别适合的是，至少一个接触面相对凸起借助弹簧元件预紧，其中，以这种方式同时可以实现锁定连接。因此，锁定连接的解开要求例如通过旋转翼飞行器的驾驶员的释放，使得旋转翼飞行器尤其不会无意地被分离。

在此，在耦连元件设计用于尤其是通过形状配合式的连接装置传递加速力和/或减速力并且为此目的例如形成用于凸起的侧凹时，耦连装置还允许较大力的传递。

在飞行中由携带的能量存储器给驱动器供能。而实践特别适合的是，旋转翼飞行器设计具有可分离的电接触装置，尤其是插入式连接装置，通过该插入式连接装置将旋转翼飞行器短暂地与位置固定的或静止的供电装置连接。通过也就是说旋转翼飞行器设计具有可拆卸的电接触装置，相应地减小了从携带的能量存储器中的取出。由此可以减小能量存储器的容量并由此同时降低其自重。

耦连装置的两个区段相互电绝缘，使得它们在电接触时形成用于将电能传输到车载驱动器上的两极。因此，也就是说也可以在起飞阶段(其中旋转翼飞行器已加速)中，继续给其供给电能，直到达到起飞速度为止。因此在耗能的起飞阶段中一直保持电连接并且相应地减轻了车载能量存储器的负荷。

这种起飞辅助装置，类似弹射器可以一方面存在于整个旋转翼飞行器的平动的加速中。另一方面，在此同时也可以通过传递转矩将转子加速到期望的转数。

为此适合的滑座可以例如在起飞阶段中与正加速的旋转翼飞行器一起运动。

在本发明的另一个同样特别合理的结构方案中，旋转翼飞行器设计具有用于传递尤其是平动的加速力来辅助起飞阶段的机械的耦连装置，以便例如借助滑座或平板车确保加速力可靠的传递。

但同时，机械耦连装置也可以用作在着陆阶段中保护和受控地制动旋转翼飞行器的缓冲器。为此，耦连元件可以与在导引装置上可移动的滑座连接，使得驱动功率尤其是借助牵引器件可传递到滑座上。

本发明的另一个同样特别有利的结构方案也由此实现，导引装置围绕基本上水平轴线偏转移动地布置，使得在旋转翼飞行器的起飞阶段中可调节在加速方向上向上倾斜的定向并且在着陆阶段中可调节在减速方向上向下倾斜的定向。起飞和着陆设备的驱动器可以在此与导引装置共同地可移动或位置固定地布置。

在起飞和着陆设备的另一个特别节省空间的变型方案中，支架具有至少两个通过铰链连接的支承臂，尤其是在该结构形式中作为垂直铰接臂，其中，第一支承臂可偏转移动地与支架连接，第二支承臂与耦连元件连接。因此，当支承臂通过偏转运动跟踪对起飞或着陆阶段合理的运动轨道时可以省掉着陆轨。附加的平台在此用于与飞机起落架一起立在平台上的稳定旋转翼飞行器。

此外，已证明特别合理的是，驱动器在旋转翼飞行器的着陆阶段中作为发电机工作并且可以在该回收模式中将动能转化为电能并且输入能量存储器。

附图说明

本发明允许不同的实施形式。为了进一步阐述其基本原理，与之相关地表示在附图中并且下面描述。这些附图以原理图示出。

图1是具有用于旋转翼飞行器的导引装置的在起飞阶段中的起飞和着陆设备；

图2是在着陆阶段中的图1所示的起飞和着陆设备；

图3是具有两个可偏转移动连接的支承臂的起飞和着陆设备的变型；

图4是图1至3中所示的起飞和着陆设备的耦连装置的剖切侧视图；

图5是图4中所示的耦连装置的俯视图。

具体实施方式

下面根据附图1和2进一步阐述用于旋转翼飞行器2的起飞和着陆设备1的第一变型方案。起飞和着陆设备1具有位置固定的或静止的支架3，在该支架3上，导引装置4围绕水平轴线在图1所示的起飞位置与图2所示的着陆位置之间摆动。在导引装置的外端部区域上布置有驱动器5，用于借助牵引器件6将加速力传递到旋转翼飞行器2上，该加速力由此可以与旋转翼飞行器2的车载驱动器(也即旋转翼飞行器上的驱动器)无关地产生。

为了力传递，起飞和着陆设备1具有图4和5中所示的耦连装置7，该耦连装置7带有具有旋转对称的凸起8的耦连元件9和另一个与未详细示出的滑座相连的、沿导引装置4可移动的耦连元件10，该耦连元件9与旋转翼飞行器2连接。该耦连元件10形成用于凸起8的容纳部并且为此具有圆周侧的借助弹簧元件11预紧的接触面12和另一个带有凸起8的端面14的构成负极的接触面13，该接触面12形成电接触装置的正极。

耦连装置7也是另一个在图5中所示的起飞和着陆设备15的变型的组成部分，其中，支架3具有通过铰链16与支架3连接的第一支承臂17，以及通过另一个铰链18与第一支承臂17连接的第二支承臂19。该第二支承臂19从其自身借助另一个铰链20与用于旋转翼飞行器2的平台21连接，在该平台上设有耦连装置7。通过这样设计的铰接臂结构形状能实现在通过方向箭头22表示的起飞阶段中和在通过另一个方向箭头23表示的着陆阶段中几乎任意可调节的运动轨道。

附图标记列表

1 起飞和着陆设备

2 旋转翼飞行器

3 支架

4 导引装置

5 驱动器

6 牵引器件

7 耦连装置

8 凸起

9 耦连元件

10 耦连元件

11 弹簧元件

12 接触面

13 接触面

14 端面

15 起飞和着陆设备

16 铰链

17 支承臂

18 铰链

19 支承臂

20 铰链

21 平台

22 方向箭头

23 方向箭头

Claims (20)

1.一种旋转翼飞行器(2)，其也称作旋翼直升飞机、自转旋翼机或自旋翼机，所述旋转翼飞行器具有转子和借助用于产生所需推进力的驱动器能够处于旋转状态的螺旋桨，其特征在于，所述驱动器具有电机和确定用于给驱动器供给能量的能量存储器。

2.根据权利要求1所述的旋转翼飞行器(2)，其特征在于，所述驱动器的驱动功率按需求能传递到螺旋桨或转子和螺旋桨上。

3.根据权利要求1或2所述的旋转翼飞行器(2)，其特征在于，所述旋转翼飞行器(2)配有可分离的电连接、尤其是插接连接，通过所述电连接将所述旋转翼飞行器(2)能连接到位置固定的或静止的供电装置上。

4.根据前述权利要求之一所述的旋转翼飞行器(2)，其特征在于，所述旋转翼飞行器(2)具有用于传递加速力的机械耦连装置，用于辅助旋转翼飞行器(2)的起飞阶段。

5.根据权利要求4所述的旋转翼飞行器(2)，其特征在于，在所述机械耦连装置中集成用于将电能传递到驱动器上的电接触装置。

6.根据前述权利要求之一所述的旋转翼飞行器(2)，其特征在于，所述旋转翼飞行器(2)具有发电机或所述电机能够以发电机工作方式运行，使得能利用转子和/或螺旋桨的旋转来产生电能。

7.根据前述权利要求之一所述的旋转翼飞行器(2)，其特征在于，所述旋转翼飞行器(2)由框架结构连同在该框架结构上固定的功能模块构成。

8.根据权利要求7所述的旋转翼飞行器(2)，其特征在于，所述功能模块包括承载驱动器的驱动器模块、承载能量存储器的存储器模块、具有乘客舱的乘客模块和/或起落架模块。

9.根据权利要求7或8所述的旋转翼飞行器(2)，其特征在于，所述框架结构由通过型材连接的预制的面元件、例如板件构成。

10.一种起飞和着陆设备，其特征在于，所述起飞和着陆设备(1)具有位置固定的或静止的支架(3)和用于将加速力传递到旋转翼飞行器(2)上的驱动器(5)。

11.根据权利要求10所述的起飞和着陆设备，其特征在于，所述起飞和着陆设备(1)具有带有第一耦连元件(10)的耦连装置(7)和与旋转翼飞行器(2)连接的第二耦连元件(9)。

12.根据权利要求11所述的起飞和着陆设备，其特征在于，所述第二耦连元件(9)具有旋转对称的凸起(8)，所述第一耦连元件(10)具有用于凸起(8)的容纳部，所述容纳部在圆周上至少局部区段地具有第一接触面(12)并且在凸起(8)的端面(14)上具有第二接触面(13)。

13.根据权利要求10至12之一所述的起飞和着陆设备，其特征在于，至少一个接触面(12，13)相对凸起(8)借助弹簧元件(11)预紧。

14.根据权利要求10至13之一所述的起飞和着陆设备，其特征在于，所述耦连装置(7)设计用于传递加速力和/或减速力，尤其是通过形状配合的连接传递加速力和/或减速力。

15.根据权利要求10至14之一所述的起飞和着陆设备，其特征在于，所述耦连装置(7)设计用于电接触所述旋转翼飞行器(2)。

16.根据权利要求10至15之一所述的起飞和着陆设备，其特征在于，所述支架(3)与导引装置(4)连接，所述耦连元件(9，10)和/或所述旋转翼飞行器(2)沿所述导引装置(4)平动地可移动。

17.根据权利要求10至16之一所述的起飞和着陆设备，其特征在于，所述耦连元件(9，10)与在所述导引装置(4)上可移动的滑座连接，驱动功率尤其是借助牵引器件(6)能传递到所述滑座上。

18.根据权利要求10至17之一所述的起飞和着陆设备，其特征在于，所述导引装置(4)围绕基本上水平轴线可摆动地布置。

19.根据权利要求10至18之一所述的起飞和着陆设备，其特征在于，所述支架(3)具有至少两个通过铰链(18)连接的支承臂(17，19)，尤其是设计成垂直铰接臂的结构形式，其中，第一支承臂(17)可摆动地与所述支架(3)连接，所述第二支承臂(19)与所述耦连装置(7)连接。

20.根据权利要求10至19之一所述的起飞和着陆设备，其特征在于，所述驱动器(5)在旋转翼飞行器的着陆阶段(2)期间能作为发电机工作。