CN109835491A - 飞行器、避雷系统以及用于提供雷电保护的方法 - Google Patents

飞行器、避雷系统以及用于提供雷电保护的方法 Download PDF

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Abstract

本发明尤其是涉及一种飞行器、避雷系统以及用于提供雷电保护的方法，包括至少一个电机式驱动装置和控制装置，飞行器在控制装置的辅助下能够持久地保持设定的飞行位置，位于其飞行位置的飞行器经由线缆装置与地面站连接，线缆装置包括至少两条电导线以用于为所述驱动装置提供电压供应，飞行器具有保护飞行器的控制装置和/或驱动装置和/或其他电子元件以防雷击的避雷装置，所述线缆装置具有所述电导线的总横截面积，该总横截面积能够实现将由于雷击所引起的高电流从飞行器传递至地面站，并且线缆装置在地面站的区域中与大地中的雷电传递点连接。本发明还涉及一种用于获得用于场地的雷电保护的避雷系统以及一种用于为场地提供雷电保护的方法。

Description

飞行器、避雷系统以及用于提供雷电保护的方法
技术领域
本发明首先涉及一种根据权利要求1所述的飞行器。
背景技术
这种类型的飞行器是已知的并且越来越广泛流行。这种类型的飞行器通常也称为无人机。它们包括承载结构或承载体，在其上设置有用于驱动至少一个电动马达的电池或通常为蓄电池。一般设有多个驱动装置，即对于每个马达均设有一个驱动装置。这种无人机或飞行无人机也称为多轴飞行器。根据马达的数量和电机式驱动装置的数量，例如说到四轴飞行器，亦即该四轴飞行器具有四个马达。
这种飞行无人机根据设计也可以具有显著更多数量的马达。例如已知具有十二个或更多个驱动装置的无人机。
已知的飞行器从一般可再次充电的必要时还可更换的蓄电池获得其电压供应。飞行器的飞行持续时间受限于蓄电池的额定功率。飞行器具有规定的最大承载负荷，从而蓄电池的结构尺寸也受到限制。
发明内容
从由众所周知的在先使用已知的在文献上无法证实的飞行器出发，本发明的任务在于这样进一步构造飞行器，使得该飞行器能在新的应用领域中被使用。
本发明利用权利要求1的特征来解决所述任务。
本发明涉及一种具有至少一个电机式驱动装置的飞行器。优选地，按照本发明的飞行器具有多个电机式驱动装置、例如两个或三个电机。进一步优选地，所述电机式驱动装置的数量、亦即所述电机的数量等于存在的旋翼或螺旋桨的数量，从而一般每个旋翼都配设有一个电机。
此外，所述飞行器具有控制装置，所述飞行器能够利用该控制装置持久地保持设定的飞行位置。所述控制装置是优选直接设置在飞行器上的尤其包括至少一个处理器的电子单元，该电子单元在合适的传感机构、例如位置变化传感器和/或加速度传感器和/或位置传感器的辅助下能够确保飞行器的稳定的或尽可能稳定的相对空间位置。尤其是，所述控制装置能够持久地保持所力求的飞行位置，而这不需要操作人员持续地或定期地进行干涉。
为此，可以采用传统的在传统飞行器中、尤其是在传统无人机中已经得以应用的并且本身已知的控制装置和控制方法。
亦即，所述飞行器尤其是可以通过由用户操纵的控制装置朝向确定的方位控制，例如占据确定的与固定的位于地面上的基体相距确定距离的位置，并且然后可以自动持久地保持如此选择的飞行位置。
所述飞行器按照本发明能经由线缆装置与地面站连接。该飞行器为此有利地具有至少一个接口用于将飞行器与线缆装置可脱开地连接。此外，线缆装置能与地面站连接。该地面站固定地设置在地面上。
所述线缆装置可以具有例如5米至500米之间的长度、优选20米至120米之间的长度。飞行器能被置于如下的飞行位置，该飞行位置具有最大高度、亦即具有与地面相距等于线缆装置的长度的距离。
按照本发明还规定，所述线缆装置包括至少两条电导体用于为驱动装置提供电压供应。
所述飞行器就此直接从地面站经由线缆装置获得被供应给电机式驱动装置的运行电压。所述飞行器就此甚至自身不必再具有自身携带的电池或蓄电池。驱动装置的电压供应可以仅仅或至少部分或暂时经由线缆装置实现。尤其是，所述飞行器可以通过确保持久的电压供应而在实际上任意长的时间内、亦即也数个小时长或数天长地保留在设定的飞行位置中。
应说明的是，按照本发明的一种有利的构造方案，所述飞行器由于按照本发明提供的能够显著加长时间地保持设定飞行位置的可能性而也具有相对于设定的期望飞行位置修正实际存在的飞行位置的可能性并且能够实施这样的修正。
虽然传统类型的飞行器的控制装置已经具有非常准确和精确的机制用于甚至在有风时、即使在有强烈的风时保持设定的飞行位置，但在按照本发明能够实现的多个小时或甚至多天(直至多周)的持续使用中可以在必要时需要实际达到的飞行位置相对于设定的期望飞行位置的修正。为此，飞行器可以具有特殊的位置修正机构，该位置修正机构例如在出现与期望飞行位置的在预定的期望界限之外的偏差时用于自动将飞行器调整回到期望飞行位置。为此，例如可以设有GPS定位辅助装置或复位辅助装置或其他合适的位置测量方法和位置修正方法。
按照本发明，所述飞行器还具有避雷装置。该避雷装置被安装在飞行器上和/或被配设给飞行器。避雷装置首先用于保护飞行器以防持久受到雷击形式的损害。尤其是，避雷装置应该用于保护飞行器的控制装置和/或飞行器的一个或多个驱动装置以防雷击。为此，避雷装置例如可以具有一个或多个根据过压保护装置类型的装置。过压保护装置例如可以用于保护飞行器的电子的或电气的元件或组件以防过高的电压和/或过高的电流。为此例如也可以规定，所述避雷装置包括一个或多个保险装置。
所述保险装置可以可控制地或可连接地构成。所述避雷装置也可以通过如下方式提供，即：飞行器的一个或多个电子元件冗余地存在，从而例如在飞行器的一个电子元件、例如一个控制装置失效的情况下，其他元件、亦即例如冗余地存在的第二控制器或相应的控制装置能够立即在该电子元件失效后接管失效的电子元件的功能。
在本专利申请的意义中，在本发明的一个实施例中，如下装置也被理解为飞行器的避雷装置，该装置确保，在雷电击中飞行器的情况下该飞行器能够保持其设定的位置或者在非常短的失效之后快速地再次占据其设定的位置，尤其是能够在不需要操作人员干涉的情况下再次占据其设定的位置。
为此，可以采用本身已知的传统的用于获得用于电子元件的雷电保护的组件。
按照本发明，所述线缆装置此外这样构成，使得其能够可靠地将击中的雷电引导到大地中。该线缆装置为此具有至少两条电导线，所述至少两条电导线的总横截面积足够大，使得所述线缆装置能够实现将在雷击时引起的高电流从飞行器传递至地面站。
根据本申请人目前的计算，多条电导线在总和上必须具有的以便能够确保雷电传递的最小总横截面积大约为至少10mm2。但也可想到，根据线缆装置的电导线的位置和设置以及数量选择，该最小横截面积可能减小至还更小的至少5mm2的总横截面积。
应说明的是，根据规定的避雷标准，可以应用甚至还更大的横截面、即至少50mm2的横截面。然而，基于由本申请人进行的计算、设计和研究工作，在按照本发明的申请情况下，较小的所需要的至少10mm2的总横截面被认为是足够的。
按照本发明，线缆装置具有至少两条电导线，地面站经由所述至少两条电导线给飞行器的驱动装置供以运行电压。在本发明的意义中足够的是，所述两条导线中的至少一条导线具有大的允许雷电传递的导线横截面。本发明也包括的是，两条导线共同具有足够大的总横截面。
但本发明最后进一步包括的是，附加地还设有第三导线(导体)，或者设有多条另外的导线，其中，所有导线的总横截面积达到至少5mm2或尤其是多于10mm2的最小程度。
无论如何，线缆装置具有这样的总横截面，使得在雷击时生成的电流能够从飞行器被传递至地面站，进而被传递到大地中。
按照本发明还规定，线缆装置在地面站的区域中与大地中的雷电传递点可连接或连接。该雷电传递点也可以由雷电传递区域构成。
按照规定的避雷标准，为了获得或遵循特定的避雷等级而需要将由于雷电而引起的高电流和高电压直接传递给大地。由此例如将接地探头钻入土地中。有利地，雷电传递点至少设置在3米的深度中。也许也可以应用略微更小的深度，必要时可以应用仅2米的深度，特别是也可以应用仅1米的深度。决定性的是，线缆装置的对雷电传递做出贡献的那些电导线间接地或直接地与大地连接，从而雷电能够直接被导入到土地中。
按照本发明，所述飞行器能够实现保护大地上的特定区域或场地以防雷击。因此，例如在演出期间、如体育比赛或音乐演出(例如露天音乐会)期间能够确保保护观众、表演家和主办技术人员以防雷击。
为此，飞行器经由线缆装置与地面站连接并且在如下高度中设定飞行器的飞行位置，该高度大于场地的整个不平路面或结构或建筑物或高地。已知雷电击打场地中的最高部位，从而雷电首先袭击无人机。然后该雷电从无人机、亦即飞行器被直接引导到大地中并且直至足够深，从而出席音乐会的人不会遭受雷击并且演出的进程不会被妨碍。
本发明还包括的是，有利地分别与自身的地面站连接的多个飞行器根据网栅或阵列的类型在彼此相距预定的例如40或80米的最大间隔下根据格栅点的类型在演出上方飞行或盘旋。演出的举行也不会由于飞行器的在场和存在而被妨碍，因为飞行器既不会产生噪声干扰，也不会产生任何危险或风险。
正好相反的是，飞行器按照本发明也可以被用于实现无线通信并且例如用于提供无线电网络，以便以改善的性能、例如改善的发送和接收质量来传输数据或音频和视频信息。
按照本发明的一种有利的构造方案，所述雷电传递点在大地中具有至少1米、尤其是至少2米、进一步尤其是至少3米的深度。由此产生如下可能性，即：能够实现按照法律规定的现行避雷要求并且确保可靠地将雷电引入大地中。
按照另一种有利的构造方案，所述避雷装置包括过压保护和/或飞行器的电子元件的冗余结构、尤其是控制装置的冗余结构。按照本发明的该构造方案，尤其是也可以在采用传统的过压保护装置的情况下可靠地避免妨碍飞行器的电子元件、尤其是飞行器的控制装置的功能。通过电子元件的冗余设计和设置、尤其是通过控制装置的冗余构成，也能够确保飞行器的高运行安全性及其失效安全性。
按照本发明的另一种有利的构造方案，线缆装置的电导线也包括铜导线。由此，对于在雷击情况下所需要的最小总横截面可以采用传统的计算。
按照本发明的另一种有利的构造方案，线缆装置的全部电导线的总横截面包括至少5mm2、尤其是至少8mm2、进一步尤其是至少10mm2并且更进一步尤其是至少12mm2。由此提供足够大的总横截面，该总横截面能够实现传递在雷击时引起的高电流并且该总横截面可靠地使雷电仅经由线缆装置从飞行器到达地面站并且进而进入大地中。
按照本发明的另一种有利的构造方案，飞行器的飞行位置是可设定的。由此，例如能够手动地在远程控制装置的辅助下要么经由地面站或者备选地直接经由无线电器件无线地或有线地实现设定飞行器的飞行位置。
按照本发明的另一种有利的构造方案，线缆装置具有多个全部对雷击传递做出贡献的导线。但本发明也包括如下实施方式，在该实施方式中，在线缆装置上仅设有一条唯一的电导线，该唯一的电导线具有特别大的横截面以便能够实现雷电传递。
但按照本发明的另一种有利的实施方式，本发明也包括的是，线缆装置具有多个共同为雷击传递做出贡献的导线。通过使在雷击情况下所引起的高电流分布在多个导线上，所需要的总横截面能够小地保持，因为出现能够利用的物理效应。
按照本发明的另一种有利的构造方案，飞行器具有通信单元，利用该通信单元能实现与无线电网络的其他参与者的无线通信。由于飞行器以特别大的高度占据其飞行位置，远在要保护以防雷击的场地上方，所以该大的高度也可以有利地被用于实现与其他参与者的直接的无线电连接。
按照本发明的另一种有利的构造方案，线缆装置包括玻璃纤维线缆，经由该玻璃纤维线缆能将数据从地面站传输至通信单元或者经由该玻璃纤维线缆能将数据从通信单元传输至地面站。
线缆装置在该情况下根据混合线缆的类型构成。线缆装置包括至少一条玻璃纤维，该玻璃纤维能够实现以光学方式传输数据或信号。为此，数据和/或信号能够在飞行器与地面站之间单向地或双向地被传输。玻璃纤维线缆在此能够实现非常高的数据传输速率，并且尤其是也能够特别简单地实现将数据和/或信号不仅在飞行器上、而且在地面站上耦合输入到玻璃纤维中或者再次耦合输出。
尤其是考虑作为光载无线电技术(RoF)或射频光纤传输技术(RFoF)起作用的数据传输方法。利用该技术，以无线射频信号调制在玻璃纤维上引导的光流。
但同时线缆装置包括至少两条电导线用于提供驱动装置的电压供应。经由所述至少两条电导线，在飞行器上的电驱动装置可以被供给直流电压或者交流电压。
该实施方式的线缆装置可以采用传统的电导线和传统的玻璃纤维线缆，并且可以将其相互结合成按照本发明的线缆装置。例如可以将两条电导线(亦或更多条电导线)与一条传统的玻璃纤维连接，例如粘接、焊接或点状连接或部分连接或局部连接。但本发明也包括混合类型的线缆装置，在所述线缆装置中例如一条玻璃纤维线缆被两个导电外罩所包覆，所述两个导电外罩彼此间通过位于其间的中间层分开。
按照本发明的混合线缆装置能以具有100米的长度并且具有数量级为大约4-20千克的重量的方式实现。传统的飞行无人机可以承载多达例如15至25千克的承载负荷。在扣除混合线缆装置的大约4千克之后例如还保留例如11千克的剩余承载负荷。
这能够在飞行器上实现设置发送和接收技术装备，包括设置电光变换器或光电变换器，其进行到玻璃纤维中的信号耦合输入或实施耦合输出。
要由飞行器安装的技术装备可以限于天线、滤波器，例如双工器、发送和接收放大器以及变换器。
相对于在飞行器上的发送和/或接收技术装备更复杂得多地构造的笨重的包括发送和接收技术装备以及放大器在内的信号处理技术装备可以设置在地面站上。其在飞行无人机上的设置在考虑到小的承载负荷的情况下本来就是不可能实现的。
按照本发明的飞行器因此可以被用作无线电网络的中央元件。尤其是，飞行器可以被用于暂时建立的无线电网络，例如在大型运动会或事件中用于新闻报道。在此常常例如由于遮蔽而出现差的无线电质量。为此在现有技术中常见的是：建立无线电杆或设置提升工作台，其设置在升降车上，其具有重的发送和接收技术装备，并且基于凸起的、即远离地面上方设置的位置而能够实现良好的至各个参与者的无线电连接。按照本发明，在使用按照本发明的飞行器的情况下可以放弃使用这样的升降车。
按照本发明，在飞行器上设置至少一个天线。所述天线可以作为接收天线起作用，或者作为发送天线起作用，或者作为发送和接收天线起作用。
按照本发明的飞行器可以被用于无线电网络中，以便与多个参与者建立无线电连接。在第一运行模式中，飞行器构成用于接收由参与者发送的无线电信号，经由电光变换器将所述无线电信号耦合输入到玻璃纤维中并且传导至地面站。然后在地面站中，所述信号在光电变换器的辅助下、必要时在中间连接有放大器的情况下从玻璃纤维中被耦合输出并且被进一步处理。
按照另一种备选的运行模式，飞行器构成用于在设置在飞行器上的天线的辅助下将无线电信号发送给无线电网络的参与者。为此，信号由地面站在电光变换器的辅助下耦合输入到玻璃纤维中并且所述信号在飞行器上的光电变换单元的辅助下被耦合输出，并且然后必要时在放大之后经由天线被发射。
所述两个预定的运行类型可以分别在线缆装置的单向运行中实现。
但本发明也包括的是，不仅接收运行、而且发送运行都在双向运行的框架中实现。在该情况下，飞行器可以根据光学再生中继器的类型被使用，并且出于放大的目的将由无线电网络的参与者接收的信号传输给地面站，并且在从地面站获得放大的信号之后将所述信号作为无线电信号再次发射。由此显著改善无线电网络质量并且显著改善无线电网络的作用范围。
本发明还包括在飞行器上设置一个或多个天线。
本发明进一步包括的是，线缆装置具有一条或多条玻璃纤维。
通常可以针对双向运行使用一条玻璃纤维线缆。
经由为电机式驱动装置提供电压供应的所述至少两条电导线同时也可以为飞行器上的信号发送和接收技术装备的电子组件提供电压供应。但本发明也包括的是，为了获得用于飞行器上的发送和接收技术装备的电压供应而一起设有另外的不同的电导线作为线缆装置的组成部分。
但通常本发明力求尽可能轻质结构地构造线缆装置。
按照本发明的一种有利的构造方案，在飞行器上设置用于无线电信号的发送和/或接收单元。所述用于无线电信号的发送和/或接收单元可以包括一个或多个天线。所述用于无线电信号的发送和/或接收单元此外可以具有实施必要的信号处理的一个或多个电子元件，以便出于将接收到的无线电信号光学地耦合输入到玻璃纤维线缆上的目的而将所述接收到的无线电信号输送至电光变换器，和/或所述用于无线电信号的发送和/或接收单元可以包括必要的电子组件，以便将从玻璃纤维中耦合输出的光信号变换为电信号并且如此进行处理，使得其能够经由天线被发送。
原则上，为了在飞行器上提供发送和/或接收单元，可以采用传统的电子元件。
按照本发明此外还规定，在飞行器上设置将电信号变换为能耦合输入到玻璃纤维线缆上的光信号的变换单元。进一步地和/或备选地规定，在飞行器上设有将能从玻璃纤维线缆中耦合输出的光信号变换为电信号的变换单元。在此，对于所述变换单元，本发明也可以采用传统的电子器件和结构元件。
按照本发明的另一种有利的构造方案，飞行器具有接口，玻璃纤维线缆能经由该接口可脱开地安装。在此，例如可以采用传统的接口。在此例如可以涉及插接接口。
按照本发明的另一种有利的构造方案，飞行器能经由线缆装置与地面站连接。由此能够实现，飞行器能够在持续提供电压供应的情况下在非常长的时间段上保持设定的飞行位置。
按照本发明的另一种有利的构造方案，飞行器根据无人机的类型构成。进一步有利地，飞行器根据多轴飞行器的类型、例如根据四轴飞行器的类型构成或者备选地构成为直升机。这能够实现采用传统的能够根据本发明改造的飞行器，所述飞行器例如可以设有发送接收单元、设有变换单元和/或设有用于线缆装置的接口。
本发明还涉及一种根据权利要求10的避雷系统。
本发明所基于的任务是，提供一种用于为场地实现避雷保护的避雷系统。
本发明利用权利要求10的特征来解决该任务。
为了避免重复，在理解权利要求10的教导方面并且在所使用的概念和特征以及至其设计方面可以参考上述实施方案。
本发明按照另一方面涉及一种根据权利要求20的用于为场地提供雷电保护的方法。
本发明提出的任务是，给出一种这样的方法。
本发明通过权利要求20的特征来解决。
再次地，为了避免重复而参考上述实施方案，上述实施方案也解释本发明的根据权利要求20的教导。
附图说明
其他优点由未引用的从属权利要求以及借助以下说明、在附图中示出的实施例得出。其中：
图1在部分剖切的示意图中示出按照本发明的飞行器和按照本发明的避雷系统的第一实施例、连同示意性示出的地面站，该地面站经由打断地示出的线缆装置与飞行器连接，该飞行器在演出场地上方占据设定的飞行位置，
图2在大致按照图1中的剖切线II-II的示意性横截面中示出用于在飞行器与地面站之间连接的线缆装置的第一实施例，其中所述线缆装置具有两条导线，
图3在按照图2的图示中示出具有七条导线的线缆装置的横截面的另一实施例，
图4在按照图1的图示中示出按照本发明的飞行器和按照本发明的避雷系统的另一实施例，其中，飞行器附加地具有用于提供无线电网络的通信单元，
图5a大致按照图4中的剖切线V-V示出还包括一条玻璃纤维线缆的线缆装置的横截面的一种实施例，
图5b在按照图5a的图示中示出线缆装置的横截面的另一实施例，
图6在部分剖切的示意性方框图中以大致按照图1中的参考圆VI的放大图示出飞行器的一种实施例，其中，示出了该飞行器的一些电子组件，
图7在按照图6的图示中示出飞行器的另一种实施例，其中，附加地设有通信单元，
图8在按照图6的图示中示出按照本发明的飞行器的另一种实施例，其中设有改变过的避雷装置，
图9在按照图6的图示中示出飞行器的另一种实施例，其中也设有改变过的避雷装置，以及
图10示出演出场地的示意俯视图，在该演出场地上方设置有多个飞行器用于避雷目的，在图10的实施例中总共设置有六个飞行器，这六个飞行器分别以预定的最大间距彼此间隔开距离并且根据格栅点的类型设置。
具体实施方式
在以下附图说明中以及在参考附图的情况下示例性地说明本发明的实施例。在此出于明了性的原因，即使涉及不同实施例，用相同的附图标记(部分添加小写字母)表示相同或可类比的部件或元件或区域。
仅参考一个实施例说明的特征也可以在本发明的范畴内在本发明的每个其他实施例中设置。这样改变的实施例即使其没有在附图中示出也被本发明包括在内。
所有公开的特征本身对于本发明是重要的。就此，所属的优先权文件(在先申请的副本)的以及所引用的文件的和现有技术所说明的装置的公开内容也全部一起被列入本申请的公开中，同样也为了如下目的，即：将这些文件中的单个或多个特征一起接纳到本申请的一个或多个权利要求中。
其整体用10表示的飞行器形成在附图中其整体用总体36表示的避雷系统的重要组成部分。该避雷系统应该在以下首先借助图1的实施例来阐述：
图1示出在地面41上方在打断地、即非按比例地示出的距离H(所谓的飞行高度)(情况)下的飞行器10。
飞行器10借助线缆装置13与地面站11连接。因此，飞行器10在场地上方、尤其是在图1中示出的演出场地12上方盘旋。
在附图中，飞行器示意性地根据无人机的类型示出。但本发明尤其也包括的是，飞行器10根据直升机的类型构成或者构成为直升机。
如下飞行器尤其是被理解为直升机，所述飞行器具有至少一个围绕基本上竖直定向的转动轴线转动的旋翼和至少一个另外的围绕基本上水平定向的转动轴线转动的旋翼。在这种直升机中，例如也可以在摆动盘的辅助下实现旋翼叶片的倾斜调整，如这已知在传统的直升机中用于调整旋翼叶片的节距(Pitches)、亦即调整旋翼叶片的倾斜度或冲角(迎角)。
避雷系统36总体上用于保护演出场地12的观众以及工作者、如音乐家19以防被示意性表示的雷电14击中，所述观众在图1中示意性地示出为人员17a、17b、17c。在飞行器10、线缆装置13和设置在大地15内的雷电传递点16的辅助下，雷电被可靠地引导到大地中，从而活动的观众和参与者不会陷入危险之中。
飞行器10在演出场地12上方设置在飞行高度H中。飞行高度H尤其是大于可能在演出场地12的区域中设置有的高地21的高度HE，并且也高于可能在演出场地12中设置有的建筑物20的高度HB。
就此而言，在要由避雷系统36保护的区域或场地12中，飞行器10在提高的尤其是在最高的地点处位于其飞行位置中。由此确保雷电14首先击中飞行器10，然后该雷电在演出场地12内的其他位置处击中地面42。
飞行器10可以如在示意性的图1中表示的那样具有一个或多个脚部22a、22b，以便在使用之后能够再次可靠地降落在地面41上。然而，这样的脚部在按照本发明的飞行器10中不是强制必须的。
飞行器10此外具有底盘23或其他类型的底架或结构。该底盘尤其是承载飞行器的控制装置33或另外的电子组件或机电组件。
飞行器在图1的实施例中(仅示例性地表示)具有两个旋翼25a、25b，这两个旋翼分别配属有一个分开的驱动装置24a、24b。所述驱动装置是电机式驱动装置、即电机。所述旋翼的数量是任意的。在此可以采用所谓的多轴飞行器的旋翼及其驱动装置的传统设置或结构。例如可以设有1至16个驱动装置和/或马达以及旋翼。
在飞行器10上可以如在图1的实施例中表示的那样设有一个或多个避雷天线26。所述避雷天线尤其是可以包括金属元件或金属导体，其可以以任意形式终止于暴露的位置中，或者以其他类型和方式从飞行器10的外壳轮廓伸出，和/或可以由飞行器的底盘23或壳体或其他组成部分构成或一起构成。
经由线缆装置13，飞行器10的电子装置或控制装置33以及尤其是用于旋翼25a、25b的电机式驱动装置24a、24b也由地面站11被供给运行电压。
因此，无人机10可以持久地、例如数小时地或数天地保持和维持一次设定的飞行位置。地面站11为此例如被连接到发电机上或传统的电网上。运行电压从地面站11经由线缆装置13被传输给飞行器10。
借助图2应该以剖视图示出线缆装置13的第一实施例：按照图2的线缆装置13仅具有两条导线27a、27b。这两条导线由金属材料、尤其是铜制成。它们可以被绝缘套39a、39b包覆。线缆装置13此外也可以包括稳定材料40、尤其是同样由绝缘材料制成的这种稳定材料。
有利地，线缆装置13总体上尽可能轻地构成。该要求可容易理解，因为线缆装置13的总长度不应超过无人机10的最大有效负荷/承载负荷。
按照图2的线缆装置13的所述两条导线27a、27b的横截面是特别有意义的：该总横截面在本发明的该实施方式中为至少10mm2。所述总横截面可以以相同份额或以不同份额分布到所述两条导线27a、27b上。
在图2的实施例中，线缆装置13仅具有两条电导线27a、27b。这两条电导线在正常情况下、亦即在没有出现雷击时用于将运行电压从地面站11传输给飞行器10。所述两条导线27a、27b也可以用于将控制信息从地面站传输给飞行器10亦或反过来传输。所述控制信息例如可以用于设定或改变或检查无人机10的飞行位置。
在本发明的另一种实施例中可以规定，无线地经由无线电将用于设定或改变飞行器的飞行位置的控制信息从地面站或地面上的移动控制装置或其他控制装置传输给飞行器10。
在图2的实施例中，所述两条导线27a、27b配设有这样大的横截面或者说配设有至少10mm2的足够大的总横截面，以便能够将在雷击情况下引起的非常高的电流从飞行器10经由线缆装置13传输给地面站11并且传输到大地15中。
在地面站11的区域中设置有连接引导部32，该连接引导部沿着优选大约3米的或多于三米的深度T延伸至大地15中直至传递点16。在此将雷击传递给大地。就此而言，雷电传递点16位于地电势上或接地。
因此，在雷电击中按照图1的无人机10的情况下，雷电被直接引导到大地15中。演出场地12上的演出不需要被中断或打断，因为观众17a、17b、17c和艺术家19没有遭受危险。
应注意的是，根据图1的音乐演出仅是按照本发明的避雷系统36的可能应用目的的一个示例。
根据图3的实施例，线缆装置13具有多个导线27a、27b、27c、27d、27e、27f、27g。这些导线分别被绝缘套39b、39c所包覆，其中，仅一些绝缘套在图3中设有附图标记。
所述导线27a、27b、27c、27d、27e、27f、27g在图3的实施例中的设置仅应理解为示例性的。单个导线的各自的横截面也可以是相同的，如图3所示，但也可以是完全不同的。
有利地，线缆装置13包括多个导线并且这些导线中的多个导线、优选全部导线参与传递由雷击引起的电流。即，所述导线的总横截面则可以保持得特别小。在雷电传递的情况下，在电导线中出现特殊的物理(自然)效应。这些物理效应导致，通过使用于雷电传递的导线横截面分布在尽可能多的导线上而能够使得总横截面积总体上保持得较小。
有利地，设在线缆装置13上的导线不仅在雷击的情况下被用于雷电传递，而且在无人机10的正常飞行运行中被使用。因此，经由所述导线27a、27b、27c、27d、27e、27f、27g不仅能够传输运行电压，而且例如能够单向地或双向地在飞行器与地面站11之间进行信息传输。
根据图4的实施例，飞行器10附加地具有通信单元28。该通信单元可以连同例如设置在地面41上的配合站29a、29b一起构成无线电网络。经由该无线电网络能够传输音频数据或视频数据或其他信息或数据。
在该实施例中设有的线缆装置13在图5a中以剖视图示出。在此清楚的是，除了四条电导线27a、27b、27c、27d之外还设置有一条玻璃纤维线缆30。所述电导线27a、27b、27c、27d的数量在该实施例中仅是示例性的。例如，其中两条导线27a和27b可以用于传输用于无人机10的驱动装置的运行电压。而另外两条导线27c和27d可以用于传输用于通信单元28的运行电压。
但所述导线也可以被用于其他不同的应用目的并且不同电压或不同信号被传输。
经由玻璃纤维线缆30可以传输光信号，其中，不仅在地面站11的区域中而且在飞行器10的区域中可以存在电光变换器或光电变换器。当然，在雷击情况生成的高电流的传递不能够通过玻璃纤维线缆实现。为此设有电导线27a、27b、27c、27d，它们的总横截面又为至少5mm2、优选为至少10mm2。
经由玻璃纤维线缆30可以单向地或双向地传输无线电数据，飞行器10借此可以作为无线电网络的参与者参与其中。
但是，经由玻璃纤维线缆30也可以在地面站11或地面站11的控制装置31与飞行器10或飞行器10的控制装置33a、33b之间传输信息、数据和信号，例如以便控制和/或影响和/或校正飞行器10的飞行位置。
当然，按照图5a(如同样已经按照图2和3)的线缆装置13的横截面的示例性图示仅应理解为示意性的。有利地，线缆装置13具有总体基本上圆形的或接近圆形的或任何无凸出部(vorsprungsfrei)的横截面，全部电导线和光导线(只要存在)都被集成到所述横截面中。
根据在图5b中示意性示出的实施例，玻璃纤维缆线30包括十二条单个的玻璃纤维条30a、30b、30c，其中，其余玻璃纤维条虽然示出，但没有用附图标记表示。但与玻璃纤维条的数量无关。所述十二条玻璃纤维条30a、30b、30c的束大致沿着基本上圆形的横截面布置。此外可选地可以设有包覆物44。
围绕该包覆物44设置有十二条电导线27a、27b、27c等。围绕这十二条导线设有另外的包覆物45，从而按照图5b的线缆装置的横截面总体上形成基本上圆形的横截面。包覆物45以及包覆物44例如可以由塑料或者纺织材料制成。此外考虑如PCV或聚氨酯那样的材料。
为了避免重复，就飞行器10的使用用于构成无线电网络的通信单元28的构造方案而言，参考本申请人的在后公开的德国专利申请DE10 2017 105 956.3，其内容就此被包含到本专利申请的内容中，也为了将各个特征接纳到本申请的权利要求中的目的。
现在根据图6应该阐述飞行器10的根据方框类型示出的内部结构：
在该实施例中，飞行器10——示例性示出地——具有两个避雷天线26a、26b。当然，避雷天线26的数量是任意的。图6应该仅阐明，避雷天线26a、26b可以从飞行器10的壳体42或从飞行器10的外壳轮廓42向外伸出。
在该实施例中，避雷天线26a、26b直接与线缆装置13连接。因为图6是根据方框类型的图示，所以在此不示出详细的连接。
在最简单的情况下，线缆装置13虽然可以用于飞行器10的电压供应，并且附加地具有电导线，所述电导线被设为分开的用于雷电电流传递的导线。
实际上，在图6中示出避雷天线26a、26b直接与线缆装置13连接。在此可以规定，在出现非常高的电压或非常高的电流时例如可能在线缆装置13上在多个导线27a、27b、27c、27d、27e、27f、27g之间建立仅短暂的电连接。而在正常情况下，即在没有雷电击中的情况下，各个导线27a、27b、27c、27d、27e、27f、27g可以是彼此电绝缘的。
在图6的实施例中设有飞行器10的控制装置33a，该控制装置经由电导线35b、电子元件34a和另外的电导线35a与线缆装置13连接。控制装置33a经由电导线35c与用于旋翼25a的电机式驱动装置24a连接。同时，控制装置33a经由电导线35d与用于旋翼25b的电机式驱动装置24b连接。
如已经在前面的实施例中那样，旋翼25a、25b的数量是任意的。
控制装置33a用于或者附带用于使飞行器10的设定飞行位置保持在演出场地12上方的飞行高度H中。为此，其可以为旋翼25a、25b供给对于驱动装置24a、24b的所需供应电电压并且也供给所需驱动功率。同样地，在飞行器10中例如也可以设有一个或多个位置传感器并且所述传感器与控制装置33a连接，以便即使在出现风时并且在例如数天的长时间段上保持设定的飞行位置。
在正常情况下，控制装置33a经由线缆装置13获得其供应电压。在图6的实施例中规定，避雷天线26b同样与线缆装置13连接。为了此时在雷击情况下防止控制器33a失效，设有避雷装置34a。该避雷装置34a因而设置在线缆装置13与控制装置33a之间。
所述避雷装置34a例如可以是过压保护装置。在避雷装置34a的输入侧出现高电压的情况下——在雷击情况下，可以引起持久地或短暂地中断控制单元33a与线缆装置13的连接，以便保护控制装置33a以防遭受过高的电压或电流。
为了确保短暂的弥补，控制装置33a例如也可以与电池43连接，该电池在电压供应方面弥补短暂的失效。
但备选地，控制装置33a也可以与避雷装置34a共同作用地这样设计，使得直接在短暂的失效之后、例如在不到一秒(数个几分之一秒)之后控制装置再次自动进行干预。
避雷装置34a无论如何都用于保护控制装置33a和所有连接在该控制装置上的电子元件和器件、例如也保护电机式驱动装置24a和24b以防过压。
附加地，飞行器10的壳体42也可以根据法拉第笼的类型构成并且用于使得甚至没有不期望高的电压能够进入到法拉第笼42的内部结构中。
在图6的实施例中此外规定，控制装置33a冗余地存在。为此设有第二控制装置33b连同第二避雷装置44b以及相应的连接线缆35e、35f、35g、35h。
对于控制装置33a由于任何原因失效、例如因为避雷装置34a故障而失效的情况，控制装置33b可以直接接管对飞行器的控制。为此，例如也可以在对无人机10进行编程的期间、例如在设定飞行位置期间永久地实现在这两个控制装置33a和33b上均反映所有相关信息。
出于良好条理的目的要提及的是，控制装置33a、33b例如可以具有微处理器并且也具有存储器、例如易失性存储器和非易失性存储器。
在图7的实施例中涉及基本上与图6的无人机10相应的设置。在此附加地设有通信单元28，如该通信单元在图4和图5a的实施例中已经被阐述了的那样。
在该实施例中，也为通信单元28配设有避雷装置34c，该避雷装置在雷击情况下用于使通信单元28继续保持能通信。通信单元28也可以在本发明的一种实施例中冗余地存在(这在图7中未示出)，以便这样用于实现更高的失效安全性。
在图8的实施例中涉及相对于图6的实施例改变了的设置。在此，避雷装置34a、34b直接与控制装置33a和33b连接，但不直接与线缆装置13连接。
在图9的实施例中最后示出另一种备选的构造方案：在此也设有避雷装置34a、34b，所述避雷装置与相应的控制装置33a和33b连接。然而，相应的避雷天线26a、26b在此直接与相应的控制装置33a和33b连接。
图10的实施例示出避雷系统，在该避雷系统中使用多个按照本发明类型的飞行器38a、38b、38c、38d、38e、38f。在图10中从上方示出演出场地12的视图，其中，仅示出飞行器38a、38b、38c、38d、38e、38f。这些飞行器根据格栅点的类型或者根据网栅类型以规律的间隔设置。最大间隔称为MAX或MAY。网栅沿着X-Y平面展开。全部飞行器38a、38b、38c、38d、38e、38f可以沿着同一飞行高度H设置或者沿着不同的高度设置。
已经被证明的是，在遵循80米的最大间隔(即MAX＝80米并且MAY＝80米)的情况下已经能够实现足够的雷击保护。在各两个无人机之间的例如40米或更小的最大间隔也被本发明所包括。
地面站11也可以包括避雷装置(这在附图中未示出)，以便例如保护地面站11的控制装置31和/或地面站11的其他电子的或电气的元件以防由雷击造成的损伤或损害。

Claims (20)

1.一种飞行器(10)，该飞行器包括至少一个电机式驱动装置(24a、24b)和控制装置(33、33a、33b)，其中，所述飞行器在所述控制装置的辅助下能够持久地保持设定的飞行位置，位于其飞行位置的飞行器经由线缆装置(13)与地面站(11)连接，其中，所述线缆装置包括至少两条电导线(27a、27b、27c、27d、27e、27f、27g)用于为所述驱动装置提供电压供应，所述飞行器具有保护所述飞行器的控制装置和/或驱动装置和/或其他电子结构元件以防雷击的避雷装置(34a、34b、34c)，所述线缆装置具有所述电导线的总横截面积，该总横截面积能够实现将由于雷击所引起的高电流从所述飞行器(10)传递至所述地面站(11)，并且所述线缆装置在所述地面站的区域中与大地(15)中的雷电传递点(16)连接。
2.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述雷电传递点在大地中具有至少1米、尤其是至少2米、进一步尤其是至少3米的深度(T)。
3.根据权利要求1或2所述的飞行器，其特征在于，所述避雷装置(34a、34b、34c)包括飞行器的电子机构元件的过压保护装置和/或冗余结构、尤其是所述控制装置(33a、33b)的冗余结构。
4.根据上述权利要求中任一项所述的飞行器，其特征在于，所述线缆装置的电导线(27a、27b、27c、27d、27e、27f、27g)包括铜导线。
5.根据上述权利要求中任一项所述的飞行器，其特征在于，所述线缆装置的全部电导线的总横截面积具有至少5mm2、尤其是至少8mm2、进一步尤其是至少10mm2、更进一步尤其是至少12mm2。
6.根据上述权利要求中任一项所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器的飞行位置是可设定的。
7.根据上述权利要求中任一项所述的飞行器，其特征在于，所述线缆装置(13)具有多个导线(27a、27b、27c、27d、27e、27f、27g)，所述多个导线全部或至少部分用于雷击传递。
8.根据上述权利要求中任一项所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器具有通信单元(28)，利用该通信单元能实现至无线电网络的其他参与者(29a、29b)的无线通信。
9.根据权利要求8所述的飞行器，其特征在于，所述线缆装置(13)包括玻璃纤维线缆(30)，经由该玻璃纤维线缆能将数据从所述地面站(11)传输至所述通信单元(28)和/或经由所述玻璃纤维线缆能将数据从所述通信单元(28)传输至所述地面站(11)。
10.用于获得用于场地(12)的、尤其是演出场地的雷电保护的避雷系统(36)，所述避雷系统包括：
a)至少一个地面站(11)，
b)至少一个飞行器(10)、尤其是根据上述权利要求中任一项所述的飞行器，其中，所述飞行器具有至少一个电机式驱动装置(24a、24b)和控制装置(33、33a、33b)并且在设定飞行位置之后能够持久地保持该飞行位置，
c)所述飞行器(10)经由线缆装置(13)与地面站(11)连接，所述线缆装置包括至少两条电导线(27a、27b、27c、27d、27e、27f、27g)以用于为所述驱动装置提供电压供应，
d)所述线缆装置(13)被设计用于雷电传递，以及
e)所述线缆装置直接或间接地与大地(15)连接。
11.根据权利要求10所述的避雷系统，其特征在于，所述飞行器(10)具有避雷装置(34a、34b、34c)。
12.根据权利要求11所述的避雷系统，其特征在于，所述避雷装置(34a、34b、34c)保护所述控制装置和/或所述驱动装置以防雷击。
13.根据权利要求10、11或12中任一项所述的避雷系统，其特征在于，所述线缆装置(13)具有所述电导线的足够大的总横截面积，该总横截面能够实现将由于雷击所引起的高电流从所述飞行器传递至所述地面站。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的避雷系统，其特征在于，所述线缆装置(13)尤其是在所述地面站(11)的区域中与大地(15)中的雷电传递点(16)连接。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的避雷系统，其特征在于，所述避雷系统具有多个飞行器(38a、38b、38c、38d、38e、38f)，所述多个飞行器分别在彼此相距预定的间隔、尤其是最大间隔(MAX、MAY)的情况下保持在其相应的飞行位置中。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的避雷系统，其特征在于，所述避雷系统具有多个地面站(11)。
17.根据权利要求15和16所述的避雷系统，其特征在于，各一个地面站与一个飞行器连接。
18.根据上述权利要求10至17中任一项所述的避雷系统，其特征在于，所述地面站构成为移动的。
19.根据上述权利要求10至18中任一项所述的避雷系统，其特征在于，所述避雷系统构成为移动的。
20.一种用于为场地(12)、尤其是演出场地提供雷电保护的方法，所述方法包括下列步骤：
a)提供地面站(11)、飞行器(10)和线缆装置(13)，其中，所述线缆装置包括具有足够大的总横截面积的电导线(27a、27b、27c、27d、27e、27f、27g)，该总横截面积能够实现传递由于雷击所引起的高电流，
b)经由所述线缆装置(13)将所述飞行器(10)与所述地面站(11)连接，其中，所述线缆装置与大地(15)电连接，
c)设定所述飞行器(10)的飞行位置并且在所述飞行器中的控制装置(33、33a、33b)的辅助下保持该设定的飞行位置，
d)通过所述地面站经由所述线缆装置(13)给所述飞行器供应运行电压，
e)通过如下方式为所述场地提供雷电保护，即：将在雷击情况下击中所述飞行器(10)的雷电(14)通过所述线缆装置(13)传递到大地(15)中。
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