CN111936386A - 飞行系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞行系统，具有至少两个受驱动的扑翼(2)、受驱动的尾翼(9)、控制设备和用于至少一个人的外骨骼(1)。该外骨骼(1)是不依赖于扑翼(2)可移动的。控制设备构造为用于从外骨骼(1)接收运动传感器信号并且基于该运动传感器信号确定移动预设信号并利用该移动预设信号驱动扑翼(2)和/或尾翼(9)。该移动预设信号能够被确定为使得扑翼(2)和/或尾翼(9)的移动遵循外骨骼(1)的移动。

Description

飞行系统

技术领域

本发明涉及一种具有受驱动的扑翼和受驱动的尾翼的飞行系统。

背景技术

从DE-PS 652 170公开了一种通过肌肉力量可驱动的滑翔机，在该滑翔机中通过肌肉力量移动的翼通过橡胶绳与机身连接，从而应该辅助飞行者的力量，其中翼能够通过手动切换的棘爪被锁定，并且飞机能够在无需力量消耗的情况下继续用作滑翔机。

从DE-PS 173 926公开了一种具有扑翼的飞行器，该飞行器可以通过轮廓架在飞行员的手臂弯曲的情况下由飞行员的手臂致动，其中每个肘部均靠在基台中，并且每个手均抓握在弯曲的手柄上，弯曲的手柄的不同的抓握区域实现用于驱动机翼的不同的杠杆臂。

一种具有马达辅助的翼的悬停滑翔机从WO 2014/028083 A2中已知。翼可以使用布置在内部翼梁区段上的手爪或手万向环来操作和控制。扇形舵能用脚操纵。

到目前为止，从理论上可想到的扑翼系统都无法投入实际使用。可替代地，悬挂式滑翔器和悬挂式滑翔伞以及超轻型飞行系统已经变得越来越普遍。但是，悬挂式滑翔器/悬挂式滑翔伞不能以其自身的力量爬升，而是它们依靠利用上升气流或热升力来获得高度，并且与滑翔机相似地，滑行率明显较低。相对地，在滑翔时可以覆盖相当长的距离的滑翔机缺乏悬挂式滑翔器和悬挂式滑翔伞特有的动力和即时体验。超轻型飞行系统使用螺旋桨进行推进，可以设计成机动悬挂式滑翔器/滑翔伞，或者可以具有机舱和固定翼。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有扑翼的实用飞行系统。该飞行系统还应实现人体工程学的、安全的且无疲劳的飞行。

该目的通过独立权利要求1的特征实现。从属权利要求中描述了有利的改进方案和优选的实施例。

因此，根据权利要求1，本发明描述了一种飞行系统，包括能由飞行员控制的受驱动的或可受驱动的扑翼和受驱动的或可受驱动的尾翼。在根据本发明的实施例中，飞行员为达到此目的使用外骨骼，该外骨骼功能性地耦合至机翼和尾翼，然而是不依赖于机翼和尾翼可移动的。该功能性耦合通过控制设备实现，该控制设备基于外骨骼的移动来控制扑翼和/或尾翼的移动。在根据权利要求2的优选实施例中，控制设备还能够基于扑翼和/或尾翼上普遍存在的诸如力、加速度和速度之类的效果来控制对外骨骼的反馈。在根据权利要求3的优选实施例中，扑翼的自由度可以与飞行员的手臂和/或手相关联，而尾翼的自由度可以与飞行员的腿和/或脚相关联。

扑翼可以在此在外表上类似于鸟类或蝙蝠的翅膀的。也就是说，它们除了传感器和执行器外，还可以具有可移动的支撑结构和依据空气动力学设计的合适的表面。在根据权利要求13的优选实施例中，扑翼可以具有多个相对彼此可移动和受驱动的机翼构件，并且其中优选地在两个机翼构件之间的边界处和/或在机翼构件和设备载体之间的边界处设置可拉伸材料和/或重叠的空间面。提供中央结构作为设备载体，在该中央结构上铰接扑翼或其各自的第一机翼构件和/或尾翼。该设备载体可以具有例如飞行员要携带的背包的形状。该设备载体还可以容纳飞行系统的子系统，例如能量存储器及转换器、控制设备、接口、阀、传感器、管线、辅助机组等。

尾翼还能够在外观上相较于鸟的尾羽而设计，或者具有如权利要求14的优选实施例中的尾羽。但是，其他构造也是可以想到的，例如设计成常规飞机尾翼的形式。

在本发明的上下文中，外骨骼是一种能够测量位于其中的身体的力和身体的移动并继而在身体上施加力的系统。因此，外骨骼的受驱动的自由度可以应用于具有力反馈的控制元件。

本发明描述了一种受驱动的机翼/尾翼和外骨骼的组合，其中涉及飞行控制器或控制设备：状态变量，例如肢体及其关节的力和位置(通常可以称为运动传感器信号)，通过外骨骼接收以用作控制器输入变量。然后，控制设备利用算法将这些变量处理为控制器输出变量，该输出变量将以移动预设信号的形式用作机翼和尾翼系统移动的设定值信号。作为回应，机翼系统的状态变量能够以移动效果信号的形式被感应到，该移动效果信号用作外骨骼系统的控制器输入变量。控制设备由此生成以反馈预设信号的形式的用于外骨骼执行器的设定值信号。这对应于一种新型的飞行系统，该飞行系统还能够使用远程呈现和远程机器人的概念。利用该系统飞行员能够控制机翼并因此控制飞行，也能够“感觉到”飞行姿态。结果，飞行员将可能学会凭直觉飞行。在优选的情况下，外骨骼和机翼系统物质地与彼此连接，但是也能够像在远程机器人中一样处于物理地分开的位置。然而，由于外骨骼和扑翼/尾翼是不依赖于彼此可移动的，即能够机械地去耦，因此飞行员总是能够采用舒适的姿势或对其移动进行优化的姿势。另外，飞行员的移动的向扑翼/尾翼的移动的力转换及向飞行员的反馈可以与飞行员的实际体力相匹配。

应当理解，除了提到的组件之外，还可以或必须存在例如能量源(电池、涡轮机等类似的)、能量转换器(液压马达、压缩机等类似的)、配电系统等子系统。外骨骼能够与扑翼物理地分离，使得例如扑翼能够被远程控制，或者在紧急情况下能够将扑翼抛入空中。

主翼羽或扑翼应能用手臂和手控制。尾羽或尾翼应能用腿或脚控制。此外，每个耦合器都能够单独临时停用。

机翼和尾翼的控制方式也可以与外骨骼不同，或者机翼也不必仅通过外骨骼控制。在根据权利要求6的另一优选实施例中，例如，可以提供另外的输入装置以预设扑翼和/或尾翼的移动，其中该另外的输入装置尤其具有模拟杆、开关和按钮和/或脑机接口。可以想到例如非常类似于游戏控制器的控制器。例如，该控制器将有可用于控制来回移动以及点头和翻转的两个模拟杆。它还可以有按钮来引起机翼拍打。然后，人们就可以像飞翔的小鸟一样飞行。脑机接口也已经在开发之中。如果扑翼和/或尾翼的移动不是或不仅由外骨骼预设，而是通过其他输入方式(如模拟杆、开关和按钮和/或脑机接口)输入的，则根据权利要求5的另一优选实施例中的系统组件的移动预设也能够基于整个系统的预设的移动方向或移动模型而自动计算出。

在根据权利要求4的另一优选实施例中，主翼羽(Handschwingen)的具体机制也可以在鸟类中观察到。如果鸟类垂直起飞，即使在上行过程中，它们也能以主翼羽产生推力。为此，向后/向上拍打/翻转翼尖或单个主翼羽，并由此将空气向后下推开或者加速。

在根据权利要求7的另一优选实施例中，利用控制器输入变量和控制器输出变量的比率的调节，还可以调节反馈力的强度，并且手臂和机翼的角速度不必总是相同。此外，外骨骼和机翼的移动可以去耦，这样人们就可以“解放双手”。简化也是可能的，例如通过组合一些自由度使得仅一个自由度必须被控制。也就是说，设定值和控制变量不必彼此直接相关。

通过在根据权利要求10的另一优选实施例中提供的陀螺仪除了产生空气力之外还可以产生力矩。这样就有可能允许飞行员执行其他操作。这对于飞行控制也是有用的。

如在根据权利要求11的另一优选实施例中所提供的紧急配置可以使飞行系统更安全地抵御技术问题或飞行员的身体上和/或精神上的故障。为此，例如，可以将预加载的能量存储器与飞行系统的执行器连接，或者可以使用安全气囊、制动火箭、弹射降落伞等。

如在根据权利要求12的另一优选实施例中所提供的附加的动力元件可用于例如高速飞行或为了飞行员的复原。

附图说明

图1示出了根据本发明的示例性实施例的飞行系统的主视图；

图2示出了图1所示的飞行系统的一部分的透视主视图；

图3示出了图2所示的飞行系统的骨架结构的片段；

图4示出了图3所示的片段的后视图；

图5示出了根据本发明的示例性实施例的飞行系统的框图。

具体实施方式

下面描述该专利内容优选的非排他性示例性实施例。图1至图4示意性地展示了这种优选的示例性实施例。连接元件、传感器、线路和其他细节未显示。在图3和图4中，为了清楚起见，将这种展示减化为半部的骨架结构和机翼的机械构造的优选设计。图5示出了在整个系统中单个系统的可能的框图。

该示例性实施例的飞行系统具有外骨骼1、带有两个扑翼2的扑翼装置以及尾翼9(图1)。

外骨骼1具有设备背包11、胸带12、腰带13、用于飞行员(这里未示出)的每个大腿的大腿套箍14、还有用于飞行员的每个手臂的上臂套箍15、前臂套箍16和手套17和用于飞行员的每只脚的靴子18。胸带12和腰带13紧固到设备背包11并且构造为容纳飞行员的胸部和腹部。大腿套箍14铰接到设备背包11并且构造为容纳飞行员的大腿。上臂套箍15铰接到设备背包11并且构造为容纳飞行员的上臂。前臂套箍16铰接到各自的上臂套箍15并且构造为容纳飞行员的前臂。手套17铰接到各自的前臂套箍16并且构造为容纳飞行员的手或者仅手掌。靴子18铰接到各自的大腿套箍14并且构造为容纳飞行员的小腿和/或脚。设备背包11和每个大腿套箍14之间的接头、设备背包11和每个上臂套箍15之间的接头、上臂套箍15和各自的前臂套箍16之间的接头、前臂套箍16和各自的手套17之间的接头、大腿套箍14和各自的靴子18之间的接头以及必要时在靴子18内在鞋帮和脚部之间的接头和/或在手套17内手指关节处的接头，配备有检测相对于至少一个轴线的各个接头位置的传感器(未详细显示或如图5中的521)，还配备有执行器(未详细示出或如图5中的522)，该执行器构造成用于展示各个接头轴线上的反作用力。外骨骼的传感器和执行器与容纳在设备背包11中的控制设备(未详细示出或如图5中的53)信号连接，并且如果他们没有自己的能量源则还可以由控制设备53供应能量。信号传输可以是有线或无线的。通过外骨骼11上不同发射点和接收点的相对位置的检测，接头位置可以用传统的传感器或以非接触的方式彼此感测。

整个系统的上升主要由扑翼2产生。扑翼2由与彼此铰接的至少两个、而优选的实施例中三个区段或机翼构件组成。飞行系统的姿态控制也通过具有多个尾羽91的尾翼9进行。

扑翼2和尾翼9也紧固或铰接到设备背包11(图2)。扑翼2的各个组成部分根据其在鸟翼上的解剖模型，在明显的范围内指定如下。每个扑翼2具有作为第一机翼构件的上臂区段21、作为第二机翼构件的前臂区段22以及作为第三机翼构件的手部区段23。肩部接头24将上臂区段12连接到设备背包11。肘部接头25将上臂区段12连接到前臂区段22。腕部接头26将前臂区段22连接到手部区段23。上臂区段21、前臂区段22和手部区段23均具有护罩27，该护罩分别形成至少一个前缘

在沿流动方向的区段21、22、23的后部区域中，设置有几个次翼羽28(Armschwingen)。这些次翼羽28能够刚性地或者至少部分地绕一个、两个或三个轴线(在机翼平面内和/或垂直于机翼平面和/或围绕弹簧轴线)可移动地在各个区段21、22、23上紧固。在手部区段23的远端处设置有多个主翼羽29。像次翼羽28一样，主翼羽29可以围绕一个、两个或三个轴线可移动的在手部区段23上紧固，或者至少部分地也刚性地紧固。护罩27和次翼羽28形成空气动力学有效的翼体。翼(护罩27，翼羽28、29)以不损害机翼接头自由度的方式实施和负载。尽管这里没有详细示出，但是可以在接头24、25、26的区域中分别设置弹性护罩，以避免在其上可能发生湍流的护罩27之间出现间隙，或者护罩27可以分别例如彼此交错地和/或分段地弹性连接地构造为，使得在接头24、25、26的每个接头位置中没有或仅非常小的在护罩27之间的间隙。在蝙蝠状机翼的实施例变型中，整个机翼表面可以由可拉伸的材料制成。

可选地，提供位于机翼表面上的沿气流方向的小弹簧或弹簧状的元件。如果流分离，则已知在边界层中气流方向发生逆转。在这种情况下，小弹簧通过气流而直立，这样会阻碍甚至阻止回流。此机制对于扑翼上的不稳定流动过程是有用的。

现在将更详细地描述扑翼2的骨架结构。对应图2，图3从不同的角度对扑翼2、其中示出的扑翼2的护罩27和翼羽28、29以及外骨骼1的一部分(在示出内部结构的时候被省略了)进行解释。图4是对应于图3的后视图。根据其生物学模型，上臂区段21、前臂区段22和手部区段23的骨骼部分在下文中称为肱骨31、尺骨32和指骨33。(没有半径，因为从技术角度来看，前臂扭转的实施方式有所不同。)在本说明书的上下文中，诸如近侧、远侧等的术语涉及相对于设备背包11或其中心的方向或位置。

接头24、25、26通过旋转调节器35、线性调节器36、杠杆37和具有旋转轮39的皮带传动器38实施并可受驱动的。

特别地，肩部接头24构造如下：旋转调节器35使在设备背包11上安置的环状物绕轴线40旋转。杠杆37安置在该环状物上，该杠杆的位于环状物内部的(近侧)端部通过同样在设备背包11上安置的线性调节器36沿轴线40线性地、即从设备背包11远离并向其返回地移动。结果，杠杆37可以在环状物上的支承点处绕轴线41枢转。应当理解，具有环状物的杠杆37也可以绕轴线40枢转。杠杆37的位于环状物之外的(远侧)端部带有另一个旋转调节器35，该另一个旋转调节器35的可移动部分与肱骨31接合并使肱骨31相对于杠杆37绕其轴线42旋转。肱骨31可以在杠杆37的内部进一步向近侧延伸并且至少径向地安置在那里，这减少了旋转调节器35或杠杆37中的弯曲力矩。显然，类似于鸟或飞机的翼构造，围绕轴线40的角位置限定了掠角，围绕轴线41的角位置限定了扑动角，并且围绕轴线42的角位置限定了扑翼2的迎角。

肘部接头25具有在肱骨31的外(远侧)端部上安置的杠杆37，以便可绕轴线43枢转。线性调节器36接合肱骨31和杠杆37的近侧端部，并因此使其绕轴43枢转。另一个旋转调节器35设置在杠杆37的远侧端部，其可移动部分与尺骨32接合并使尺骨32相对于杠杆37绕其轴线44旋转。尺骨32可以在杠杆37的内部进一步向近侧延伸并且至少径向地在该处安置，这样就减少了旋转调节器35或杠杆37中的弯矩。显然，类似于生物学条件，围绕轴线43的角位置限定肘部接头25的屈曲角，并且围绕轴线44的角位置限定前臂扭转角。

腕部接头26构造如下：在尺骨32的远侧端部上附接具有两个轴线45、46的十字接头，该十字接头在远侧方向上转入指骨33。在尺骨32侧面安置的轴线45也携带有通过皮带38驱动的轮子49，该皮带38具有附接在尺骨32上的旋转调节器35。线性调节器36一方面接合在轴线45上并且与其一起枢转，另一方面接合指骨33以使其围绕轴线46枢转。显然，再次类似于生物学事实，围绕轴线45的角位置限定外展角，并且围绕轴线46的角位置限定腕部26的屈曲角。

肱骨31因此具有3个旋转自由度，其有效地允许机翼拍打(41)、枢转或快速移动(40)以及调整或旋转(42)。尺骨32具有两个自由度，其使扑翼2可以被折叠(43)和交叠(44)。指骨33也可以折叠(46)并且附加地还可以悬挂(45)。轴线45是与折叠轴线46和指骨的纵向轴线垂直的轴线。

在优选的示例性实施例中，尾翼9也以鸟类建模。多个尾羽91像扇一样固定在铰接的基座94上。基座94占有两个自由度：借助于旋转调节器35围绕扇的角平分线47旋转，以及借助于另外的旋转调节器35和皮带传动器38围绕穿过基座94的底部的横向轴线48倾斜。可选地，各个尾羽91还是绕其自身的轴线可扭转的和/或相对于基座94可枢转的。执行器和传感器是与扑翼2的执行器和传感器相当的。

各个构件21、22、23、94之间或相对于设备背包11的相对运动是通过所提到的调节器或执行器直接或间接引起的。执行器应理解为工作部件。示例是电动机、气压缸或液压缸。在本示例性实施例中，这些主要是液压线性缸(线性调节器36)和液压旋转缸(旋转调节器35)。如所描述的，也可以使用用于动力传输和转换的其他元件，例如皮带传动器38、39。

位置、力和其他相关变量通过各种传感器进行感测。例如测力计、应变仪(DMS)、位置传感器、温度计、测压仪等。

如果各个翼羽28、29或尾羽91是分别可受驱动的，则必须提供其他相应的执行器，必要时也必须提供传感器。

在本示例性实施例中，外骨骼1具有用于躯干的固定结构11-13和用于飞行员的臂部、脚部和/或腿部的可移动结构14-18。在图1中，外骨骼11仅象征性地显示为手臂和脚的轮廓。应当理解，所示的布置纯粹是示例性的，并且可以在此处呈现的功能范围内根据需要进行修改。例如，设备背包代表在其上可以铰接扑翼2和尾翼9的任何形式的设备载体。此外，代替胸背带12和腰带13，可以设置在其上铰接上臂套箍15和大腿套箍14的背带或背心。设备背包11可以单独构造，并且可以安置在背带或背心上。可以提供背板，在该背板上附接或铰接胸背带12、腰带13和套箍14、15，并且在该背板上附接设备载体。也可以提供作为外骨骼1的全身套装，该全身套装集成了胸背带12、腰带13、套箍14-16、手套17和靴子18以及它们之间的所有接头的功能。在后一种情况下，例如，具有扑翼2和尾翼9的设备背包11可以拉到全身套装上。上述修改的所有可能的组合都可以根据需要使用。

为了进一步理解，现在将参照图5中的框图从系统角度描述飞行系统。飞行系统或整个系统50具有机翼系统51、外骨骼系统52和中央控制设备53，该中央控制设备53也可以称为飞行控制计算机。可选地，可以提供飞行员信息接口54、替代输入系统55以及支撑和辅助驱动系统56。机翼系统51具有飞行执行器35、36(图3、4)的控制组件511、紧急稳定系统512以及多个传感器513。外骨骼系统52具有用于外骨骼1(图1)的各个构件或接头的传感器和输入接口521、外骨骼1的反馈执行器的控制组件522和调控系统523。可选的替代输入系统55可以具有例如模拟杆和开关551、脑机接口552或其他输入设备553。可选的支撑和辅助驱动系统56可以具有例如一个或多个陀螺仪561、一个或多个附加驱动器562或另外的模块563。控制设备53也可以被视为机翼系统51的一部分。同样，支撑和辅助驱动系统56也可以视为机翼系统51的一部分。外骨骼系统52的控制系统523也可以完全或部分地集成在控制设备53中。控制设备53也可以在其他系统中以分布式方式实施。在本示例性实施例中，具有阀等的控制设备53物理地容纳在设备背包11中，设备背包11因此用作设备载体。

在该示例性实施例中，扑翼2的所有七个受驱动的自由度40-46将由手臂来控制，因此手臂上的七个感测到的自由度也用作中央控制设备53控制扑翼2的控制器输入变量。更多或更少的自由度可以在手臂上感测到，该自由度被换算成扑翼的受驱动的自由度。尾羽91的(至少)两个自由度将通过踝关节和/或膝盖来控制。扇的围绕横向轴线48的翻转可以通过例如两个接头的平均角度来控制，而扇的围绕纵向轴线47的旋转可以通过两个接头之间的角度差来控制。躯干的转动或臀部的折曲可以用于位置控制、例如翻转控制，其中可以通过例如扑翼2的攻角来发起翻转。受驱动的自由度的调控可以例如以本身已知的方式通过阻抗或导纳调控来进行。

除了外骨骼1，另一种输入方式可选地也用于控制器输入变量。可以想到将机翼2的移动抽象化为运动模式的形式。这些模式可以通过开关、按钮和/或模拟杆进行调出和控制。可以想到，只需按一下按钮即可触发机翼拍打，并且用模拟杆控制整个系统的前倾、侧倾和翻转运动。在这种情况下，飞行姿态的稳定可以由飞行控制系统完全自动地接管。自动驾驶功能或紧急接管功能也可以通过这种方式实现。

控制设备或飞行控制器53控制整个机翼系统51，并且还可以控制支撑和辅助驱动系统56。它接收机翼系统51的状态和测得的变量，以及外骨骼系统52的输入方式521的信号，以及可选地替代输入系统55的信号。使用通用方式处理这些信号，然后经由接口54将其输出作为机翼系统51的执行器的调节变量、外骨骼控制器523的输入变量以及飞行员的信息。信息流的概况可以参见图5。这种类型的控制系统本身在许多不同的应用和变体中是已知的，并且经常出现在飞机的四路多工设计中。例如，可以使用四通道双边远程操纵系统来连接外骨骼和机翼。

上述所有子系统都与设备背包11连接。它代表了扑翼2、尾翼9和飞行员或外骨骼1之间的中心结构。设备背包11在上面被描述作为外骨骼1或属于外骨骼系统52。但是，这种归属不是强制性的。设备背包11也可以被视为属于机翼系统51，其中设备背包11的仅背板或结构(在其上铰接上臂和大腿套箍15、14)可以被视为属于外骨骼系统52。

设备背包11包含操作所需的并且未附接到任何其他结构的所有其他单元和装置。例如，这些单元和装置可以是能量存储器，例如电池、压力容器和燃料箱，也可以是能量转换器，例如电动机、轴功率驱动器、内燃机和液压泵。它还包括控制设备53、用于机翼系统51的执行器的开关和阀、以及可能的陀螺仪。也可以想到航空中常见的其他辅助系统，例如灭火系统。在优选实施例中，它还包括用于供应和调节外骨骼系统52的控件、开关和阀等。飞行员优选地通过背带12、13附接到其上，类似于跳伞者的那些。上臂套箍15和大腿套箍14可移动地附接到其上。在一个实施例变体中，外骨骼1不需要围绕脚/膝盖的结构紧固。在这种情况下，仅需要执行器和传感器所需的连接。

在飞行失控的情况下，提供紧急系统512。以这种方式，例如，当外骨骼1不能工作时，扑翼2和尾部9进入稳定配置。在气缸/活塞执行器35、36中，它可以是预张紧和锁定的弹簧。如果释放了锁，它将移动机翼使得整个系统可以进入滑行或者采用例如类似于蒲公英种子的配置，这限制了下降速度。也可以想到带有手动阀的加压气体容器，利用该手动阀可以手动移动活塞。也可以使用爆炸性弹射降落伞，该降落伞在低空也有效。还可以想到的是，外骨骼1和飞行员单元可以与机翼系统分开并且具有单独的降落伞。为了进入紧急配置，可以通过例如飞行控制器或直接由飞行员来激活紧急系统。

为了导航和其他目的，可以将接口54提供给飞行控制器，该接口传递各种信息，例如飞行姿态和速度、燃油量、飞行高度等。这些信息可以由仪表、平视显示器(HUD，Head-Up-Display)或头戴式显示器(HMD，Head-Mounted-Display)和其他模块使用。

可以考虑将附加的驱动系统连接到机翼系统。例如，可以将喷气推进系统附接到设备背包11，或者将螺旋桨与驱动器一起附接到机翼2或设备背包11。这样，可以实现更高的飞行速度。

使用概念

第一种非排他性的应用是某种改进的悬挂式滑翔机。然而，与滑翔伞和滑翔器相比，改进的悬挂式滑翔机将能在空中更敏捷和精确的移动。例如，机翼上的气动失速可以通过拍打机翼来结束。根据所携带的能量存储器的性能，还可以通过拍打机翼来增加高度。借助适当的结构和能量源可以实现利用机翼垂直起飞。

由于机翼是可折叠的，因此可以在扭弯的地方飞行并借助向上拉动机翼通过狭窄的空间。总而言之，就空中自由移动性这方面，根据本发明的飞行系统优于其他飞机。

在优选实施例中，飞行员与机翼系统相连并随其飞行。另一种可能性是通过无线电在输入方式和机翼系统之间建立连接。以此方式，形成了具有更大的自由运输能力的远程呈现或远程机器人系统。例如，飞行员可以利用其外骨骼悬在背带中，而机翼系统在远的位置以无人机的方式行动。这样的机翼系统也可以仅借助替代的输入方式或飞行模式来控制。

附图标记列表

1 外骨骼

2 扑翼

9 尾翼

11 设备背包

12 胸带

13 腰带

14 大腿带

15 上臂套箍

16 前臂套箍

17 手套

18 靴子

21 上臂区段

22 前臂区段

23 手部区段

24 肩部接头

25 肘部接头

26 腕部接头

27 护罩

28 次翼羽

29 主翼羽

31 肱骨

32 尺骨

33 指骨

35 旋转调节器

36 线性调节器

37 杠杆

38 皮带传动器

40-46 扑翼自由度

47-48 尾翼自由度

50 整个系统

51 机翼系统

511 飞行执行器的控制组件

512 紧急稳定系统

513 传感器

52 外骨骼系统

521 传感器和输入接口

522 外骨骼执行器的控制组件

523 调控系统

53 中央控制设备

54 飞行员信息接口(可选)

55 替代输入系统

551 模拟杆和开关

552 脑机接口

553 其他输入装置

56 支撑和辅助驱动系统(可选)

561 陀螺仪

562 附加驱动器

563 另外的模块

91 尾羽

94 基座

上面的列表是本说明书的组成部分。

Claims (14)

1.一种飞行系统，具有至少两个受驱动的扑翼(2)、受驱动的尾翼(9)、控制设备(53)和用于至少一个人的外骨骼(1)，所述外骨骼(1)是不依赖于所述扑翼(2)地可移动的，并且其中所述控制设备(53)构造为用于从所述外骨骼(1)接收运动传感器信号并基于所述运动传感器信号确定移动预设信号并利用所述移动预设信号驱动所述扑翼(2)和/或所述尾翼(9)，其中所述移动预设信号优选地确定为使得所述扑翼(2)和/或所述尾翼(9)的移动遵循所述外骨骼(1)的移动。

2.根据权利要求1所述的飞行系统，其中所述控制设备(53)构造为用于从所述扑翼(2)和/或所述尾翼(9)接收效果传感器信号并基于所述效果传感器信号确定反馈预设信号并利用所述反馈预设信号驱动所述外骨骼(1)使得作用在所述扑翼(2)和/或所述尾翼(9)上的力通过所述外骨骼(1)对飞行员是可感知的。

3.根据权利要求1或2所述的飞行系统，其中所述控制设备(53)构造为用于确定所述移动预设信号使得所述扑翼(2)的自由度能够利用人的手臂和/或手控制，和/或所述尾翼(9)的自由度能够利用人的腿和/或脚控制。

4.根据前述权利要求任一项所述的飞行系统，其中所述扑翼(2)分别具有至少一个翼体和至少一个主翼羽(29)，其中所述主翼羽(29)是单独地和/或所有主翼羽(29)一起地垂直于所述主翼羽或多个主翼羽(29)邻接的翼体可枢转的。

5.根据前述权利要求任一项所述的飞行系统，其中所述控制设备(53)配置为用于基于针对所述飞行系统所预设的移动方向或者预设的移动模式自动地确定用于扑翼(2)和/或尾翼(9)的移动预设。

6.根据前述权利要求任一项所述的飞行系统，其中提供另外的输入装置(551、552、553)以预设扑翼(2)和/或尾翼(9)的移动，其中所述另外的输入装置(551、552、553)尤其具有模拟杆、开关和按钮和/或脑机接口。

7.根据前述权利要求任一项所述的飞行系统，其中在所述外骨骼(1)、所述扑翼(2)、所述尾翼(9)和子系统上接收的控制器输入变量与所产生控制器输出变量的比率是可调节的，其中所述外骨骼(1)、所述扑翼(2)、所述尾翼(9)和子系统优选地是完全可去耦的，其中优选地用于形成调节变量的各种测量的变量能够被组合。

8.根据前述权利要求任一项所述的飞行系统，其中提供用于平视显示器(HUD)或头戴式显示器(HMD)的接口(54)以向人提供与所述飞行系统的操作有关的信息。

9.根据前述权利要求任一项所述的飞行系统，其中在机翼表面上附着物体，所述物体在回流时在边界层中竖起并阻碍流动。

10.根据前述权利要求任一项所述的飞行系统，其中携带陀螺仪(561)以产生用于影响和/或测量飞行系统的飞行姿态的力矩。

11.根据前述权利要求任一项所述的飞行系统，其中提供预加载的能量存储器，所述能量存储器构造为用于在子系统故障时将整个系统置于紧急配置中，所述紧急配置限制下降速度。

12.根据前述权利要求任一项所述的飞行系统，其中提供至少一个附加的动力元件(562)，例如提供喷气发动机或具有动力装置的螺旋桨。

13.根据前述权利要求任一项所述的飞行系统，其中所述扑翼(2)具有多个相对彼此可移动的和受驱动的机翼构件(21、22、23)，并且其中优选地在两个所述机翼构件(21、22、23)之间的边界处和/或在所述机翼构件(21、22、23)与设备载体(11)之间的边界处提供可拉伸材料和/或重叠的空间表面。

14.根据前述权利要求任一项所述的飞行系统，其中尾翼(9)具有优选地扇状地布置的尾羽(91)，其中所述尾羽(91)垂直于所述飞行系统的水平面的翻转是通过人的踝关节和/或膝关节的平均角度可控制的，并且所述尾羽(91)围绕所述飞行系统的纵向轴线的旋转是通过人的踝关节和/或膝关节的角度差可控制的。

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