DE102005022706A1 - Helicopter especially for observation has multi rotor drive with rotor location outside the field of forward view of an onboard camera - Google Patents
Helicopter especially for observation has multi rotor drive with rotor location outside the field of forward view of an onboard camera Download PDFInfo
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Abstract
Description
Hintergrund der Erfindungbackground the invention
Hubschrauber sind Drehflüglerfluggeräte mit wenigstens einem motorisch angetriebenen Rotor. Es gibt zahlreiche Ausführungsformen mit unterschiedlich vielen Rotoren in verschiedenen Anordnungen.helicopter are rotorcraft aircraft with at least a motor-driven rotor. There are numerous embodiments with different numbers of rotors in different arrangements.
Kleine und leichte Hubschrauber gewinnen als fliegende Kameraträger zunehmend an Bedeutung. Es dominiert die klassische Ausführungsform mit einem Hauptrotor, vornehmlich zur Auftriebserzeugung, und einem Heckrotor für den Drehmomentausgleich.little one and light helicopters are gaining more and more as flying camera carriers in importance. It dominates the classic embodiment with a main rotor, primarily for lift generation, and a tail rotor for torque compensation.
Nachteile dieses Konzepts: Etwa 20 % der Antriebsleistung werden für den Heckrotor benötigt und stehen nicht für den Auftrieb zu Verfügung (reduzierte Energieeffizienz). Weiterhin ist die Mechanik zur Steuerung relativ aufwändig und kompliziert (kollektive u. zyklische Blattverstellung, Stabilisierungssysteme etc.). Außerdem verfügen Hubschrauber dieser Bauart über eine eher geringe Flugstabilität.disadvantage this concept: about 20% of the drive power will be for the tail rotor needed and do not stand for the buoyancy available (reduced energy efficiency). Furthermore, the mechanics of the control is relative costly and complicated (collective & cyclic pitch, stabilization systems Etc.). Furthermore feature Helicopters of this type over a rather low flight stability.
Bei der Antriebstechnik von Hubschrauber-Kameraträgern findet man Brennkraftmaschinen am häufigsten. Der elektrische Antrieb ist jedoch auf dem Vormarsch. Einige Vorteile: leise, zuverlässig, wetterunabhängiges Betriebsverhalten, feine Regelbarkeit, geringe Vibrationen. Der Trend zum Elektroantrieb wird forciert durch die stetige Fortentwicklung elektrischer Energiespeicher, hin zu immer höherer Energie- und Leistungsdichte.at The drive technology of helicopter camera carriers can be found in internal combustion engines most frequently. However, the electric drive is on the rise. Some advantages: quiet, reliable, whatever the weather Operating behavior, fine controllability, low vibration. Of the Trend towards the electric drive is accelerated by the continuous development electrical energy storage, towards ever higher energy and power density.
Gleichwohl ist hier noch lange nicht das Niveau fossiler Brennstoffe erreicht, weswegen die energetische Effizienz bei der Entwicklung von Elektrohubschraubern stets eine große Rolle spielt, um hinreichend lange Flugzeiten und ausreichende Nutzlasten zu erzielen. Wichtig ist vor allem konsequenter Leichtbau.nevertheless is far from reaching the level of fossil fuels here, therefore the energetic efficiency in the development of electric helicopters always a big one Role plays to sufficiently long flight times and sufficient payloads to achieve. Above all, consistent lightweight construction is important.
Eine neuere Bauart von elektrisch angetriebenen Hubschraubern, nämlich die mit drei oder mehr Hubeinheiten (sogenannte Mehrrotorenhubschrauber) ist als fliegender Kameraträger besonders interessant. Unter Hubeinheit wird die Kombination mindestens eines Rotors mit mindestens einem den Rotor antreibenden Motor verstanden. Die Hubeinheiten können auch andere Komponenten enthalten, z. B. Getriebe oder Drehzahlsteller. Die Kombination von genau einem Rotor mit genau einem Motor ist die häufigste Ausführung einer Hubeinheit. Die Achsen der Rotoren stehen typischerweise (annähernd) senkrecht. Die Rotoren dienen vornehmlich der Auftriebserzeugung – daher der Name Hubeinheit.A newer type of electrically powered helicopters, namely the with three or more lifting units (so-called multi-rotor helicopters) is as a flying camera carrier especially interesting. Under lifting unit, the combination is at least a rotor understood with at least one rotor driving motor. The lifting units can also contain other components, eg. B. gear or speed controller. The combination of exactly one rotor with exactly one motor is the most frequent execution a lifting unit. The axes of the rotors are typically (approximately) vertical. The rotors serve primarily the lift generation - therefore the name lifting unit.
Hubschrauber mit vier Hubeinheiten erlauben einer Steuerung um alle Achsen allein über die Drehzahl der vier Hubeinheiten, also ohne Mechanik außer drehenden Wellen, insbesondere ohne kollektive und zyklische Rotorblattverstellung. 4-rotorige Hubschrauber können demnach mechanisch sehr minimalistisch aufgebaut werden. Weiterer Vorteil: Der leistungsverzehrende Heckrotor kann entfallen.helicopter with four lifting units allow a control of all axes alone over the Speed of the four lifting units, ie without mechanics except rotating Shafts, in particular without collective and cyclic rotor blade adjustment. 4-rotor helicopters can Accordingly, be built mechanically very minimalist. Another Advantage: The power-consuming tail rotor can be omitted.
In der Draufsicht sind die Hubeinheiten von 4-rotorigen Hubschraubern fast immer an den Ecken eines Vierecks angeordnet, oft an den Ecken eines Quadrats. Die Achsabstände sind meist so groß, dass sich die durch die Rotoren definierten Kreisflächen gerade nicht überschneiden. Damit können die Rotoren auf einer Ebene angeordnet sein, ohne sich zu berühren (Standardbauweise).In the plan view are the lifting units of 4-rotor helicopters almost always arranged at the corners of a square, often at the corners a square. The center distances are usually so big that the circular surfaces defined by the rotors are straight do not overlap. With that you can the rotors are arranged on one level without touching (standard construction).
Diese Hubschrauberbauart wurde verschiedentlich schon mit Kameras ausgerüstet. Nachteilig an bisherigen Lösungen ist, dass bei horizontaler Kameraausrichtung Teile des Hubschraubers im Kamerabild zu sehen sind. Das stört z. B. bei ästhetischer Fotografie von Landschaften und Gebäuden.These Helicopter type has been equipped with various cameras. adversely at previous solutions is that with horizontal camera alignment parts of the helicopter can be seen in the camera image. This bothers z. B. in aesthetic Photography of landscapes and buildings.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugunde, einen effizienten, kompakten Mehrrotorenhubschrauber mit einer Kamera bereitzustellen, bei dem bei näherungsweise horizontaler Kamerarichtung im Schwebeflug keine Teile des Hubschraubers im Kamerabild zu sehen sind, insbesondere auch keine Rotorblätter.Of the Invention is the object zugunde, an efficient, compact To provide multi-rotor helicopter with a camera in which at approximate horizontal camera direction in hover, no parts of the helicopter can be seen in the camera image, in particular no rotor blades.
Kurzer Abriss der ErfindungShort outline the invention
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einem Hubschrauber mit drei oder mehr Hubeinheiten mit jeweils wenigstens einem Rotor und wenigstens einem den Rotor antreibenden Elektromotor, sowie mit wenigstens einer Kamera, wobei wenigstens ein Rotor vor der Kamera angeordnet ist, dessen Rotorkreisfläche in Schwebefluglage des Hubschraubers bei annähernd horizontaler Aufnahmerichtung der Kamera komplett oberhalb, unterhalb oder seitlich des Öffnungsbereichs der Kamera liegt und die Rotorkreisflächen aller Rotoren des Hubschraubers außerhalb des Öffnungsbereichs der Kamera liegen. Damit wird gewährleistet, dass keine Teile des Hubschraubers im Kamerabild zu sehen sind, auch keine Rotorblätter.According to the invention the object is achieved with a helicopter with three or more lifting units, each with at least one rotor and at least one rotor driving the electric motor, and with we at least one camera, wherein at least one rotor is arranged in front of the camera, the rotor circuit surface in hover position of the helicopter in approximately horizontal shooting direction of the camera completely above, below or to the side of the opening portion of the camera and the rotor circuit surfaces of all rotors of the helicopter are outside the opening range of the camera , This ensures that no parts of the helicopter can be seen in the camera image, including no rotor blades.
Die Schwebefluglage ist die Fluglage, die der Hubschrauber im Schwebeflug in ruhiger Luft einnimmt. Die Aufnahmerichtung wird durch die optische Achse des Objektivs der Kamera definiert. Unter "annähernd horizontal" ist zu verstehen, dass die Winkelabweichung zur Horizontalen maximal ungefähr 5 Grad beträgt. Der Öffnungsbereich der Kamera ist ein Raumsegment vor der Kamera; er wird durch die Öffnungswinkel von Bildrand zu Bildrand begrenzt. Es gibt zwei Öffnungswinkel: einen vertikalen von Bildoberkante bis Bildunterkante und einen horizontalen von der rechten bis zur linken Bildkante. Die Winkelhalbierende eines Öffnungswinkels liegt typischerweise auf der optischen Achse.The Hover position is the attitude that the helicopter hovers in a calm air. The recording direction is determined by the optical Defined axis of the lens of the camera. By "approximately horizontal" is meant that the angle deviation from the horizontal maximum about 5 degrees is. The opening area the camera is a space segment in front of the camera; he is going through the opening angle bounded from edge to edge. There are two opening angles: one vertical from upper edge to lower edge of image and a horizontal one from the right to the left edge of the picture. The bisector of an opening angle is typically on the optical axis.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann ein Rotor vor der Kamera angeordnet sein, der in Schwebefluglage um wenigstens ungefähr 20 % des mittleren Rotordurchmessers der Rotoren oberhalb eines anderen Rotors liegt. Es können auch zwei Rotoren vor der Kamera angeordnet sein, die in Schwebefluglage um wenigstens ungefähr 20 % des mittleren Rotordurchmessers der Rotoren oberhalb eines anderen Rotors liegen.To a first embodiment According to the invention, a rotor may be arranged in front of the camera, which in Hover position by at least about 20% of the mean rotor diameter the rotors is above another rotor. It can too two rotors are arranged in front of the camera, in hover position at least about 20% of the average rotor diameter of the rotors above one other rotor.
Zwei Rotoren können vor der Kamera angeordnet sein, deren Rotorkreisflächen rechts und links des Öffnungsbereichs der Kamera liegen, also eine rechts und eine links.Two Rotors can be arranged in front of the camera, whose rotor circuit areas on the right and left of the opening area the camera are, so one right and one left.
Die Masse der Kamera kann mehr als ungefähr 20 % der Abflugmasse des Hubschraubers betragen. Die Kamera kann einen Öffnungswinkel zwischen ungefähr 20 Grad und ungefähr 45 Grad realisieren, horizontal und/oder vertikal. Sie kann ferner mit Einichtungen zur Speicherung von Bildern versehen sein.The Mass of the camera can be more than about 20% of the takeoff mass of the Helicopter amount. The camera can have an opening angle between about 20 degrees and about Realize 45 degrees, horizontally and / or vertically. She also can be provided with facilities for storing images.
Der Schwerpunkt der Kamera kann um weniger als ungefähr 50 % des mittleren Rotordurchmessers der Rotoren vom Schwerpunkt des kompletten Hubschraubers entfernt liegen. Er kann außerdem um weniger als ungefähr 50 % des mittleren Rotordurchmessers der Rotoren vom Auftriebsmittelpunkt des Hubschraubers entfernt sein.Of the Center of gravity of the camera can be less than about 50% of the average rotor diameter of Rotors are located away from the center of gravity of the complete helicopter. He can also less than about 50% of the mean rotor diameter of the rotors from the buoyancy center be removed from the helicopter.
Der Hubschrauber kann eine Abflugmasse von weniger als ungefähr 5 kg aufweisen, bevorzugt weniger als ungefähr 1 kg. Die Gesamtabmessungen des Hubschraubers können unter ungefähr 2 m liegen, bevorzugt unter ungefähr 1,2 m.Of the Helicopters can have a take-off mass of less than about 5 kg preferably less than about 1 kg. The overall dimensions of the helicopter can below about 2 m, preferably less than about 1.2 m.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, die unter Bezugnahme der nachfolgenden Figuren erläutert werden.Further Aspects and advantages of the invention will become apparent from the following Description of preferred embodiments, which will be explained with reference to the following figures.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindungdescription preferred embodiments the invention
Zunächst zum
Ausführungsbeispiel
nach den
Das
Traggerüst
Der
Hubschrauber
Die
technischen Daten des Hubschraubers
Die
Aufnahmerichtung der Kamera
Breite
und Höhe
des rechteckigen Kamerabildes von Kamera
Der
Schwerpunkt des Hubschraubers
Zwei
Hubeinheiten
Hubschrauber
Bei
der Kamera
Das
Konzept des vorgestellten Hubschraubers
- • Die Hubeinheiten werden gleichmäßig belastet Durch die mittige Platzierung der Kamera liegt auch der Gesamtschwerpunkt des Hubschraubers dort. Jede Hubeinheit trägt daher zu gleichen Teilen am Gesamtaufrieb bei. Die Leistungsreserve der Hubeinheiten ist gleich hoch.
- • Keine störenden Roll- und Nickmomente beim horizontalen Beschleunigen des Hubschraubers Auftriebsmittelpunkt (Angriffspunkt der resultierenden Auftriebskraft) und Schwerpunkt (Angriffspunkt der resultierenden Massenkraft) liegen näherungsweise in einer Höhenebene. Daraus resultiert ein neutrales Flugverhalten. Bei einem größeren, vertikalen Abstand dieser Punkte zueinander (z. B. wegen einer sehr tief montierten, relativ schweren Kamera) würden beim horizontalen Beschleunigen oder Verzögern des Hubschraubers Roll- bzw. Nickmomente auftreten, die beträchtliche Unruhe in das Fluggerät bringen können und es im Extremfall unbeherrschbar machen.
- • Geringe Massenträgheit durch Massenkonzentration im Zentrum Damit werden die Flugstabilität und die Agilität des Hubschraubers erhöht. Auch die kompakten Abmessungen tragen dazu bei.
- • The lifting units are evenly loaded Due to the central positioning of the camera, the overall center of gravity of the helicopter is also there. Each lifting unit therefore contributes in equal parts to the total drive. The power reserve of the lifting units is the same.
- • No disturbing roll and pitch moments when the helicopter is accelerating horizontally. The center of lift (point of application of the resulting buoyancy force) and the center of gravity (point of application of the resulting inertia force) are approximately in one height level. This results in a neutral flight behavior. With a larger, vertical distance of these points to each other (for example, because of a very deep-mounted, relatively heavy camera) roll or pitch moments would occur when horizontal acceleration or deceleration of the helicopter, which can bring considerable unrest in the aircraft and it Make extreme case unmanageable.
- • Low mass inertia due to mass concentration in the center This increases the flight stability and agility of the helicopter. The compact dimensions also contribute to this.
Die
Fallweise
können
die Abmessungen der vorgestellten Hubschrauber noch weiter verkleinert
werden. In Beispiel 3 (
- 11
- Hubschrauberhelicopter
- 22
- Hubeinheitlifting unit
- 33
- Rotorrotor
- 44
- Elektromotorelectric motor
- 55
- Kameracamera
- 77
- Rotorblattrotor blade
- 88th
- Traggerüstshoring
- 1010
- Steuereinheitcontrol unit
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