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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug, Fluggerät oder Apparat mit einer aktiv
hubvariablen Tragfläche, wobei
das Gerät
hauptsächlich
als personentragendes Fahrzeug oder Fluggerät dient. Im weiteren kann dieses
Gerät als
Generator zur Erzeugung von Energie aus Windkraft genutzt werden.
Als Fluggerät
kann das erfindungsgemässe
Gerät mit
aktiver Hubbewegung als Ornithopter benutzt werden, wobei die bewegte
Tragfläche
für den
Vortrieb sorgt.
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Geräte der Art
mit passiver Bewegung der Tragfläche
sind bereits weit verbreitet und vor allem im Freizeitbereich bekannt,
wie zum Beispiel als personentragender Drachen oder Hängegleiter
oder in einer Ausführung
als Gleitschirm. Aber auch die Geräte zum Kiteboarden oder Kitesurfen
betreffen das Gebiet der Erfindung.
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All
diesen Geräten
liegt das Problem zugrunde, dass Tragflächen mit einer hohen Auftriebskraft durch
manuelle Steuerung nur schwer kontrolliert werden können. Manchmal
treten Windbedingungen auf, wie z. B. Turbulenzen oder Böen, sehr
plötzlich auf,
so dass die Situation nur durch äusserst
schnelle Reaktion beherrschbar ist. Gleichzeitig sind diese Störungen oft
sehr kraftvoll und führen
daher leicht zu gefährlichen
Situationen. Im Falle von Hängegleitern oder
Gleitsegeln wird daher als konstruktive Massnahme eine Tragfläche verwendet,
die ein hohes Mass an Eigenstabilität besitzt. Bei Hängegleitern wird
die Stabilität
durch eine Pfeilung der Tragfläche und
einer zusätzlichen
Tragflächenverwindung
erreicht. Bei Gleitschirmen ist durch den sehr tief liegenden Schwerpunkt
des Piloten bereits eine hohe Eigenstabilität gegeben. Zusätzlich ist
das Profil einer Gleitschirmtragfläche weniger stark gekrümmt oder
mit einem leichten positiven S-Schlag versehen, so dass die Nickstabilität relativ
hoch ist. Somit haben kurzzeitige Luftströmungsstörungen nur noch geringen Einfluss
auf die Flugbahn.
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Nachteilig
daran ist allerdings, dass die Geräte dadurch ein relativ schwerfälliges Steuerverhalten
aufweisen. Typischerweise benötigen
Drachen ein bis zwei Sekunden um beispielsweise in einen etwas steileren
Sinkflug überzugehen.
In der gleichen Grössenordnung
bewegen sich die Zeiten zum Einleiten einer Kurve wobei jedesmal
vom Piloten der maximale Krafteinsatz notwendig ist.
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Im
weiteren betrifft die Erfindung auch Geräte, bei denen die Tragflächen aktiv
mit höherer
Leistung bewegt werden. Die Grundidee, Tragflügelbewegungen zum Antrieb von
Luftfahrzeugen zu nutzen ist natürlich
durch die Vogelflügelbewegung
motiviert, nur führte
die Realisierung bis heute noch nicht zum Erfolg. Bei den meisten
bisher bekannten Konstruktionen entspricht die Tragflächenbewegung im
wesentlichen der typischen Vogelflügelbewegung, wobei die rechte
und linke Tragfläche
gelenkig am Rumpf angeordnet eine oszillierende Schlagbewegung um
die Rumpfachse ausführen.
Bekannt sind beispielsweise funktionsfähige freifliegende Schwingenflugmodelle
mit Gummimotorantrieb von Erich von Holst (1943, Über ”künstliche
Vögel” als Mittel zum
Studium des Vogelflugs, Journal für Ornithologie, Band 91) mit
einer Spannweite von 2,4 m. Eine der einfachsten Möglichkeiten
für einen
Schlagflächenantrieb,
nämlich
die Verwendung einer einteiligen in sich festen Tragfläche, bei
der jedes Flächensegment
während
des Tragflächenhubs
den gleichen Hubweg und den gleichen Anstellwinkel einnimmt (Parallelschlag),
wurde bereits von Bowlus (1931,
US 1835630 A ) vorgestellt.
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Die
neueste Entwicklung in dieser Richtung, wobei eine aktiv im Anstellwinkel
bewegte, einteilige, in sich starre Hängegleitertragfläche als
Antriebsmittel dient, ist in der Offenlegungsschrift
DE 19911162 A1 beschrieben.
Letztendlich erfolgreich waren diese Ansätze allein jedoch noch nicht.
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Es
wurden auch andere Tragflächenkonfigurationen
untersucht. Ein ferngesteuertes Flugmodell, basierend auf einen
Patent von Harris (1979,
US 4139171
A ) wurde von einer Arbeitsgruppe der Universität Toronto
unter der Leitung von deLaurier im Jahr 1991 getestet, und lieferte
dabei technologische Informationen für den Bau eines entsprechenden personentragenden
Fluggeräts.
Bei dieser Konstruktion ist die Tragfläche dreigeteilt. Dabei bewegt
sich der zentrale Tragflächenteil
horizontal auf und ab, während
die äusseren
Flügelteile
sich V-schlagähnlich bewegen.
Mit diesem Konzept wurde versucht, die auf den Piloten wirkenden
starken rhytmischen Beschleunigungskräfte deutlich zu reduzieren.
Im Jahr 1999 wurden mit diesem Gerät Fahrversuche durchgeführt, wobei
das Fluggerät
selbständig
ausschliesslich mit Hilfe des Tragflächenantriebs bis zur Abhebegeschwindigkeit
beschleunigen konnte. Ein Abheben mit konstantem Weiterflug ist
jedoch nicht gelungen. Insgesamt existiert bis heute noch kein funktionsfähiger personentragender
Ornithopter.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug, Fluggerät oder Apparat
so zu entwickeln, dass mit einer Tragfläche in Verbindung mit einer
aktiven Hubbewegung eine optimale Energieumsetzung erzielt wird
und damit auch das Vortriebsproblem bzw. das Ornithopterproblem
gelöst
wird.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss ein Fahrzeug, Fluggerät oder Apparat
mit einer hubvariablen Tragfläche
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vogeschlagen, wobei die Tragfläche gegenüber einem
Rumpfkörper
im Nickwinkel veränderbar
ist und simultan die Krümmung
der Tragfläche entlang
des Profils durch Steuermittel veränderbar ist.
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Die
Grundidee der Erfindung basiert auf dem Ansatz, dass unter gewissen
Bedingungen auf die passive Eigenstabilität der Tragflächen völlig verzichtet
werden kann. Dieser im ersten Moment absurd anmutende Ansatz gründet sich
zum Teil auch auf einer genaueren bionischen Analyse des Vogelflugs, insbesondere
auch des nur reinen Gleitfluges. Dieser zeigt, dass die Flugkorrekturen
und Flugmanöver hauptsächlich durch
aktive Variation der Anstellwinkel und der Position des Tragflächenauftriebsschwerpunktes
relativ zum Körperschwerpunkt
erfolgen. Im Dokument von Smith 2001 (
US 6206324 B1 ) wird entsprechend ein Tragflächenantriebsmechanisms vorgeschlagen,
der sehr flexible Tragflächentrajektorien
zulässt,
und mithilfe elektronischer Systeme kontrolliert wird. Ähnliche
Systeme zum Antrieb von Tragflächen
sind auch in einer Schrift von Volkrodt 1991 (
DE 4125974 A1 ) beschrieben.
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Der
funktionierende Gleitflug von Vögeln
basiert im Wesentlichen auf der Eigenschaft, dass der sensorische
Feedback über
den Gleichgewichtssinn und die optischen Sinne mit einbezogen wird
und erst dadurch die Flugstabilität und die weiteren aussergewöhnlichen
Flugleistungen erzielt werden.
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Prinzipiell
ist auch der Mensch in der Lage, seine Sinne als Feedbacksystem
einzusetzen. Beispielsweise ist nur so das einfache Gehen auf zwei Beinen
möglich.
Besonders deutlich wird diese Leistung durch das Gehen auf Stelzen
demonstriert. Ähnliche
Probleme, wie Tretrollerfahren oder Fahrradfahren, sind deshalb
ebenso leicht lösbar.
Für einen
Roboter oder eine Maschine sind diese Aufgaben jedoch höchst anspruchsvoll.
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Das
Problem, ein nicht eigenstabiles Fluggerät kontrolliert in der Luft
zu halten, ist ähnlich
gelagert. Das Funktionsprinzip besteht darin, eine minimale Fluglageänderung
möglichst
schnell zu erfassen und daraufhin ebenfalls entsprechend schnell
die notwendige Gegensteuerung einzuleiten. Die sensorischen Fähigkeiten
des Menschen sind regelungstechnisch gesehen durchaus schnell und
präzise
genug, aber bisherige Fluggerätekonstruktionen
erlaubten leider nicht die entsprechend schnellen Tragflächenreaktionen.
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Mit
der Erfindung ist es nun möglich,
genau diese schnellen Bewegungen kontrolliert gesteuert bereits
durch Muskelkraft aufzubringen. Werden die Steuerbewegungen zusätzlich motorisch
unterstützt, kann
eine noch vorteilhaftere Dynamik erzielt werden.
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Mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 wird eine Tragfläche verwendet, die vorzugsweise ähnlich einer
Hängegleitertragfläche leicht
im Nickwinkel veränderbar
am Piloten oder dem Rumpfkörper
angekoppelt ist. Die Besonderheit der Tragfläche besteht darin, dass simultan
zur Nickbewegung, die üblicherweise
durch Gewichtsverlagerung erzeugt wird, beispielsweise durch zusätzliches
Drehen der Steuerbügel
die Krümmung
des Tragflächenprofils
mechanisch aktiv verändert
wird. Damit werden die Kräfte zur
Nickwinkelveränderung
drastisch reduziert. Die Steuerung arbeitet dabei ähnlich wie
ein Servosystem, wobei die Hauptenergie zur Nickwinkelveränderung
der Luftströmung
entnommen wird und nicht vom Piloten aufgebracht werden muss. Somit
ist der Pilot nun tatsächlich
in der Lage, die zur Stabilisierung notwendigen schnellen Steuerbewegungen auch
durchzuführen.
Vorteilhaft ist dabei, dass mit einer Hand Nickwinkel und Krümmung kontrolliert
werden. Vorzugsweise sollten bei persontragenden Geräten die
Anstellwinkel im Bereich von plus minus dreissig Grad, die Profilkrümmungsradien
vorzugsweise kleiner plus minus fünf Meter und die Änderungsgeschwindigkeit
so sein, dass die Extremwerte jederzeit vorzugsweise innerhalb einer
halben Sekunde erreicht werden. Vorteilhaft ist eine Krümmungsveränderung
im Gesamtbereich der Tragfläche,
so dass nicht nur die heckwärtige
Partie des Tragflügels
verändert
wird, wie bei im Flugzeugbau typischen Rudern, sondern simultan
auch der Vorderkantenbereich.
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Eine
weitere Verbesserung wird durch die Merkmale des Anspruchs 2 erzielt,
wobei die zur Krümmungsveränderung
notwendigen Kräfte
nochmals reduziert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass vorzugsweise
die Tragfläche
flexibel oder zumindest soweit gelenkig ausgeführt ist, dass verschiedene
Bereiche der Tragfläche
gegengleich vertikal bewegt werden und dabei vorzugsweise mechanisch
gekoppelt sind. Beispielsweise wird zur Erhöhung der Profilkrümmung nicht
nur der vorderkantennahe und der hinterkantennahe Bereich simultan
abgesenkt, sondern es wird gleichzeitig auch der mittlere Bereich
der Tragfläche
zusätzlich
angehoben. Durch die mechanische Kopplung wird erreicht, dass sich
die Kräfte
zur Krümmungsveränderung
im Grossteil kompensieren. Dies führt dazu, dass auch eine hoch
auftriebsbelastete Tragfläche
relativ leicht in ihrer Krümmung
zu verändern
ist. Sehr einfach ist diese gegenseitige Kopplung beispielsweise
durch Seilsysteme zu erreichen, die über Umlenkrollen oder Hebelsysteme
geführt
werden. Gleichzeitig können
diese Seilsysteme auch zur Übertragung
des Tragflächenauftriebs
dienen.
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Zur
Erzeugung eines aktiven Vortriebs aber auch um aktiv zu Bremsen
wird die Tragfläche über eine
vorzugsweise motorisch bewegungsvariable Vorrichtung mit dem Rumpfkörper oder
dem Piloten des Fahrzeugs oder Fluggeräts gekoppelt. Hiermit wird
der Pilot in die Lage versetzt, die Tragfläche in vertikaler Richtung
nach oben oder unten zu bewegen. Beispielsweise kann dazu ein motorisches
Hubsystem verwendet werden, wie in
DE
19911162 vorgestellt. Vorzugsweise wird die Hubbewegung
mit der selben Hand gesteuert, mit der auch die Tragflächenkrümmung und
die Nickbewegung gesteuert wird. Mit den bisher genannten Merkmalen
stehen nun alle notwendigen Bewegungsvarianten zur Verfügung, um
mit aktiven Tragflächenbewegungen
einen kontrollierten Flug aufrecht zu erhalten. Für ein fussstartfähiges Fluggerät beträgt der Hubbereich vorzugsweise
ein bis zwei Meter. Die vertikale Hubgeschwindigkeit sollte vorzugsweise
zwei bis vier Meter pro Sekunde erreichen.
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Weiter
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren
Ansprüchen
beschrieben und ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden
Zeichnungen. Alle erläuterten
Merkmale sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern
auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen
schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen ausführlich
beschrieben.
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1 zeigt
drei verschiedene Fahrzeugtypen mit der erfindungsgemässen krümmungsvariablen
Tragfläche
mit aktivem Hubantrieb. In der Variante als Hängegleiter (1), als
Gleitschirm (2) und als leitwerkstabilisiertes Flugzeug
(3).
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2 zeigt
den Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Hängegleitertragfläche, wobei
die Krümmungsveränderung
durch Seilzugsysteme im Innern der Tragfläche kontrolliert werden. Im
weiteren ist hier gezeigt, dass die Krümmungsveränderung der Tragfläche beispielsweise
durch Absenken des Nasenbereichs (6), Anheben des Mittelbereichs (7)
und Absenken des rückwärtigen Bereichs
(8) einhergeht. Die erfindungsgemässe gegenseitige mechanische
Kopplung der verschiedenen Tragflächenbereiche wird mittlels
einer über
Umlenkrollen (9) geführten
Seilaufhängung
bewerkstelligt.
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3 zeigt
eine weitere vorteilhafte Ausführung
einer Hängegleitertragfläche, wobei
das Obersegel (10) zur Reduktion der Segelspannung segmentweise über Stoffrippen
(11) mit einem Zwischensegel (12) verbunden ist.
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4 zeigt
die linke Hälfte
der mechanischen Ansteuerung eines Gleitschirms, wobei Druck und
Zug an den Steuerbügeln
(13) den Anstellwinkel der Tragfläche verändert und Rotation der Steuerbügel die
Krümmung
der Tragfläche
verändert.
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Tragflächenkonstruktionen
mit nicht starren Rippen eignen sich vorzugsweise für aktive
Krümmungsveränderung.
Dies sind beispielsweise Gleitschirme, Kitesegel oder Hängegleitertragflügel. Tragflächenkonstruktionen,
die beispielsweise aus dünnen
Platten bestehen, können
ebenfalls verwendet werden. Vorzugsweise besteht die Tragfläche jedoch aus
Stoff, der mit elastischen Biegestäben versehen ist. Prinzipiell
sind jedoch auch starre Tragflächen
mit klappbaren Vorflügeln
und/oder Klappen am hinteren Ende der Tragflächen denkbar. Die Verwendung
einer Unterverspannung mit mehreren Seilen für die Tragflächenaufhängung ermöglicht eine
sehr effektive Übertragung
der aerodynamischen Kräfte.
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Bei
dünnen
flexiblen Tragflächen,
die beispielsweise an Seilen aufgehängt sind, kann die Krümmung sehr
einfach verändert
werden, wenn mindestens 3 Tragseile längs einer Profillinie angeordnet
sind. Bei mehr Tragseilgruppen, wie z. B. bei Gleitschirmen, die üblicherweise
5 Seilgruppen benutzen kann die Profilform auch komplexer verändert werden.
Durch unterschiedliches Verlängern
oder Verkürzen
der einzelnen Tragseile kann die gewünschte Profilkrümmung und
der gewünschte
Anstellwinkel definiert kontinuierlich verändert werden. Durch simultanes
Verkürzen
und Verlängern
kann mithilfe der Tragseile auch die Hubarbeit aufgebracht werden.
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In
einer erfindungsgemässen
Ausführung besteht
die Tragfläche
wie in 2 beispielsweise aus einer oberen und einer unteren
Flügelfläche, die nur
an den Vorderkanten miteinander verbunden sind. Diese Vorderkantenverbindung
stellt die Profilnase der Tragfläche
dar. Im mittleren Teil der Tragfläche sind die obere und die
untere Flügelfläche durch Streben
etwas voneinander separiert. Die Hinterkanten der oberen und unteren
Flügelflächen liegen
wieder aneinander, sind jedoch in Flugrichtung gegeneinander verschiebbar
gelagert. Durch aktives gegenseitiges Verschieben, beispielsweise
mittels Seilzügen
(4, 5), die im Zwischenraum zwischen oberer und
unterer Flügelfläche angebracht
sind, kann die Krümmung
elegant verändert
werden. Es ist somit sogar möglich,
die Krümmung
in verschiedenen Bereichen der Tragfläche individuell unterschiedlich
zu verändern.
So sind auch komplexere Flugbewegungsformen möglich. Die anliegende Strömung an Flügelober-
und Unterseite wird bei optimaler Anpassung nicht gestört.
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Beispiel 1: Hängegleiterantrieb
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Das
Schlagflächenantriebssystem
eignet sich aufgrund der für
den Vortrieb notwendigen Bewegungsform hervorragend für die sportliche
Betätigung.
Ein seilzuggekoppelter elektronischer Reversierantrieb ist in Verbindung
mit einen erfindungsgemäss
angepassten Hängegleiter
in besonders leichter Ausführung
ideal zu benutzen. Die Geschwindigkeitsregulierung sowie die Start-
und Landemanöver werden
in der üblichen
Art wie bei gewichtskraftgesteuerten Hängegleitern durch manuelle
Anstellwinkelveränderungen
der Tragfläche
durchgeführt.
Dies geschieht durch Ziehen und Drücken an den Basisseitenrohren.
Die Tragflächenkrümmung kann
dann beispielsweise durch Verdrehen der Basisseitenrohre ermöglicht werden.
Druckhebel an den axial verschiebbaren Steuergriffe ermöglichen
die Kontrolle der Hubbewegung. Das Antriebssystem ermöglicht dem
Piloten mit Hilfe der Elektronik vollkommen freie Wahl in der Art
des Tragflächenhubs.
In einer verbesserten Ausführung
kann auch die Anstellwinkelveränderung
sowie die Tragflächenkrümmung servomotorisch
unterstützt
werden. Die Elektronik übernimmt vom
Piloten ein Steuersignal vorzugsweise für die Hubgeschwindigkeit und
setzt es mit Hilfe des elektronisch reversierbaren Antriebs in die
Bewegung der Tragfläche
um. Zur Sicherheit wird von der Elektronik die maximale Kraft sowie
die Hubwege begrenzt. Die Effektivität des Flugantriebs wird hier
in großem Maße von der
Geschicklichkeit des Piloten abhängen.
Durch eine funktionell erweiterte programmierbare Elektronik kann
die Steuerung des Fluggeräts erleichtert
oder auch vollautomatisiert werden.
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Das
Fluggerät
besteht aus einer erfindungsgemässen
Hängegleitertragfläche mit
einer erweiterten Unterverspannungskonstruktion, die die Voraussetzung
für eine
leichte und dennoch durchbiegungssteife Tragfläche bietet. Unter der Tragfläche hängt über einen
in der Länge
variablen Seilzug der Pilot, an dessen Rücken das Antriebssystem montiert
ist. Durch Betätigung
eines Fingersensors kann der Pilot die Zuggeschwindigkeit des Seilzugs
und damit die Hubgeschwindigkeit der Tragfläche steuern. Um die notwendigen
Tragflächenkraftverläufe während des Hubs
zu erzielen, moduliert der Pilot den Anstellwinkel duch direktes
Drücken
und Ziehen, die Tragflächenkrümmung durch
Drehen an der Tragflächenverstrebung,
d. h. an den Basisseitenrohren.
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Für das Antriebssystem
wurde zur Erzielung der notwendigen Dynamik und Handhabbarkeit ein elektromotorisches
Antriebssystem gewählt,
wobei Gleichstrom-Elektromotoren mit eisenlosem Anker eingesetzt
sind. Diese Bauform ermöglicht
den schnellen Reversierbetrieb ohne große Trägheitsverluste. Das elektronische
System beinhaltet hier eine Strombegrenzung, die dafür sorgt,
daß während des Abschlags
das Drehmoment der Motoren so begrenzt wird, daß die Tragfläche optimal
belastet wird. Die Abtriebswelle beinhaltet einen Drehwinkelsensor zur
Erfassung der vertikalen Position der Tragfläche und zur Erfassung der Hubgeschwindigkeit.
Der Pilot bedient zur Steuerung des Tragflächenhubs ein mit dem Zeigefinger
bedienbares Sensorelement, das sich beispielsweise auch an einem
speziellen Steuerhandschuh befinden kann. Damit wird die Hubgeschwindigkeit
und Hubrichtung definiert. Für
den korrekten Anstellwinkel hat der Pilot in üblicher Weise das Steuertrapez
des Hängegleiters
zu bedienen, wobei sich die Hände
an frei verschiebbaren Griffen der Trapezseitenrohre befinden. Insgesamt
handelt es sich um ein Hängegleiterantriebssystem
mit elektromotorischem Antrieb und Akkuversorgung. Bei geeigneter
Ansteuerung der Tragfläche,
d. h. höherer Belastung
im Aufschlag und geringerer Belastung im Abschlag wirkt das System
bremsend und ermöglicht beispielsweise
in der Thermik oder in einen Aufwindband die Rückgewinnung von Energie im
Flug.
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Beispiel 2: Apparat mit lastabhängiger Krümmungssteuerung
der Tragfläche
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Das
nachfolgende Beispiel zeigt eine der einfachsten Ausführungsformen
mit einer gleitschirmartigen Tragfläche, bei der die Erfindung
zum Antrieb eines Kitefahrzeugs genutzt wird. Dabei wird mittels eines
mechanisch wirkenden Steuerelements die Krümmung in Abhängigkeit
von Last und Schlagphase geregelt. Im Einfachsten Fall kann die
Hubarbeit ausschliesslich durch Muskelkraft, d. h. Beinarbeit erzeugt
werden. Dabei wird durch abwechselndes Aufstehen und in die Knie
gehen die Tragfläche
zyklisch belastet. Besser ist jedoch die Verwendung eines motorischen
Hubantriebs. Der Vortrieb wird während des
Abschlags der Tragfläche
erzeugt. In diesen Fall wird als Tragfläche eine leicht modifizierte
Gleitschirmtragfläche
verwendet. Die Besonderheit der Tragfläche liegt darin, dass im vorderen
Bereich des Tragflächenprofils
im Obersegel nach oben gekrümmte
elastische Segellatten eingearbeitet sind. Dies hat zur Folge, dass
bei Entlastung der Tragseilen sich eine nach oben gerichtete Krümmung ergibt und
die tragfläche
selbständig
eine Anstellwinkelveränderung
nach oben einleitet und die Tragfläche auch selbständig nach
oben führt
bis der obere Punkt der Hubbewegung erreicht wird. Damit straffen
sich als erstes wieder die vorderen Leinengruppen, was für die noch
im Aufsteigen befindliche Tragfläche
nun eine negative nach unten gerichtete Krümmungsveränderung induziert. Damit wird
der Aufstieg beendet und die neue Belastungsphase kann starten.
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Erfindungsgemäss kann
diese Art lastabhängiger
Krümmungssteuerung
auch als Sicherheitseinrichtung für standardmässige Gleitschirme dienen, wobei
beispielsweise durch Böen
induzierte Entlastungszustände
selbständig ausgeregelt
werden und Einklapper verhindert werden.
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Eine
weitere Verbesserung besteht darin, einen Steuerbügel wie
in 4 gezeigt zu verwenden. Hiermit kann die Tragflächenkrümmung sowie
der Tragflächenanstellwinkel
von Gleitschirmen explizit auch bei ständiger Belastung der Tragfläche gesteuert
werden. Bei geschickter Bedienung können damit bereits längere Flugsequenzen über Grund
ausgeführt
werden.
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Beispiel 3: Apparat mit elektronisch kontrollierten Tragflächenaufhängungen
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Die
Kontrolle der erfindungsgemässen
Parameter wie Tragflächenhub,
Anstellwinkel und Krümmung
des Tragflächenprofils
geschieht hier vorzugsweise motorisch durch angepasstes Verkürzen und Verlängern der
Tragseile. Sensoren überwachen
dabei die auftretenden Seilkräfte.
Gyroskopische Sensoren überwachen
die Lage im Raum. Um das Antriebssystem nicht zu komplex zu gestalten
werden die im Gleitschirmbau üblichen
Leinengruppen A-B-C-D-E auf jeweils 3 rechte und 3 linke Wickelleinen
mit den Bezeichnungen A-B-C reduziert. Im Antriebssystem kommen
somit 6 mechanisch voneinander unabhängige Wickelsysteme zum Einsatz.
Mithilfe von Drehwinkelsensoren werden die Positionen und damit
die Wickellängen
elektronisch erfasst.
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Zur
Steuerung des Antriebssystems stehen dem Piloten ein rechter und
ein linker Steuergriff zur Verfügung. Ähnlich wie
bei der Steuerung des hängegleiterähnlichen
Systems kann der Pilot durch Drehbewegungen der Steuergriffe die
Krümmung
der entsprechenden Tragflächenhälften beeinflussen.
Durch Kippbewegungen nach vorn und hinten kann der Tragflächenanstellwinkel
verändert
werden. Fingerdruckbewegungen auf einen am Steuergriff angebrachten
Hebel modulieren die Hubbewegung.
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Mithilfe
einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit werden die vom Piloten
kommenden Steuersignale sowie die aus der Antriebseinheit stammenden
Sensorsignale zusammengefügt.
Mithilfe eines Regel- und Steueralgorithmus werden die Wickelmotoren
entsprechend bestromt. Der Regel- und Steueralgorithmus ist so beschaffen,
dass bei Einhaltung einer Mindestgeschwindigkeit alle Seile immer unter
positiver Last gehalten werden. Zusätzlich kann der Algorithmus
auch einen vollautomatischen Hubbewegungsablauf generieren, so dass
die Steuersignale des Piloten nur noch einen richtungs- und geschwindigkeitsmodulierenden
Einfluss haben. Vorteilhafterweise ist der Regel- und Steueralgorithmus softwaremässig veränderbar.
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Beispiel 4: konventionelles Fluggerät mit Leitwerk
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Das
Schlagflächenflugzeug
ist hier als Hochdecker ausgeführt,
wobei die erfindungsgemässe Haupttragfläche als
Antriebstragfläche
gelenkig über eine
Strebe mit dem Heck des Rumpfes verbunden ist. Die Gelenkachsen
der Strebe sind jeweils horizontal und quer zur Rumpflängsachse
ausgerichtet, wobei sich für
die Tragfläche
ein Bewegungsfreiheitsgrad für
eine annähernd
vertikale Bewegung und ein Bewegungsfreiheitsgrad für eine Kipprotation
entsprechend der Anstellwinkelverstellung ergibt. Die Übertragung
der Hubkräfte
und Tragflügelkräfte findet
hier im Gegensatz zu
DE
19911162 A1 über
ein Dreifachseilzugsystem statt, wobei die Seilzüge an der Tragfläche so angeordnet
sind, dass die Krafteinleitung mittig und in einem definierten Abstand
vor und hinter der Druckpunktlinie angreift, womit nun gezielt Tragflächenkrümmung und
Anstellwinkelveränderungen
gesteuert werden.