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Die
Erfindung betrifft ein unbemanntes Banner-tragendes Fluggerät,
welches zu Werbezwecken oder zu sonstigen Display-Zwecken, wie z.
B. zu Sportveranstaltungen, Kundgebungen etc. verwendbar ist und
welches zu einem stationären Schwebeflug fähig
ist. Die Erfindung betrifft insbesondere Banner-tragende Drehflügler
wie z. B. Hubschrauber. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren
zum Lufttransport eine Darstellungsobjekts.
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Es
ist bekannt, flexible Banner in Form von z. B. größeren
bedruckten Stoff- oder Folienbändern mit bemannten Propeller-Flugzeugen
zu Werbezwecken in der Luft zu schleppen. Im Stand der Technik sind
weiterhin Modellhubschrauber und auch mehr-rotorige Drehflügler,
insbesondere fernsteuerbare Tandem-Hubschrauber (sog. "Bananenflieger") bekannt.
Die Schriften
DE 29914291
U1 ,
DE 20207073
U1 und
US
2007 0181742 A1 beschreiben Steuerungen von Tandem-Hubschraubern.
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Verfahren
und Vorrichtungen zur Stabilisierung von Drehflüglern sind
z. B. in der
WO 2004/027434
A1 und in der
WO
2007/048626 A2 angegeben. Die
WO 2003/067351 A2 beschreibt
eine Steuerung für einen Quadrokopter. Die Offenbarungen
der oben genannten Dokumente werden hiermit durch Bezugnahme in
die vorliegende Beschreibung aufgenommen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein unbemanntes Fluggerät anzugeben,
welches zu einem stationären Schwebeflug fähig
ist und das geeignet ist, eine Darstellungsfläche, z. B.
ein Banner, so zu transportieren, dass diese vom Boden gut erkennbar
ist und das vorzugsweise vom Boden aus steuerbar ist.
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Zur
Lösung der Aufgabe sind die in den unabhängigen
Ansprüchen angegebenen Merkmale der Erfindung vorgesehen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß weist
ein unbemannter Drehflügler folgende Bestandteile auf:
Einen
gestreckt geformten steifen Verbindungskörper; mindestens
zwei am Verbindungskörper vorgesehene und durch den Verbindungskörper
beabstandete auftriebserzeugende Rotorvorrichtungen, wobei sich
die Rotorvorrichtungen in einem horizontalen Abstand voneinander
befinden und wobei der Flugkörper so ausgebildet ist, dass
die Anbringung eines Darstellungsobjekts, das sich innerhalb einem
sich durch die relative Position der Rotoren der Rotorvorrichtungen
und des Darstellungsobjektes ergebenden abwindfreien Bereich befindet,
möglich ist.
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Mit
der Erfindung wird die Existenz eines abwindfreien Bereiches ausgenutzt,
in welchem ein Darstellungsobjekt ohne aerodynamische Störung angeordnet
und mit dem Flugkörper durch die Luft transportiert werden
kann. Dadurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass eine flexible
Darstellungsfläche kaum verwirbelt wird, insbesondere auch
nicht ein vertikal herabhängendes Banner. Sie kann somit vom
Boden aus gut erkannt werden, bzw. darauf angebrachte Symbole, Bilder
oder Schriften können gut durch Beobachter am Boden wahrgenommen
werden.
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Der
Drehflügler ist vorzugsweise derart ausgestaltet und/oder
die Anbringung des Darstellungsobjekts an den Drehflügler
kann vorzugsweise derart erfolgen, dass sich das Darstellungsobjekt
im Flugbetrieb des Drehflüglers, zumindest in dessen Schwebeflugbetrieb,
vollständig bzw. zumindest teilweise innerhalb des abwindfreien
Bereiches befindet.
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In
einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein abwindfreier Bereich
insbesondere dadurch geschaffen, dass der Abstand zwischen den Rotoren derart
ausreichend ist, dass sich in mindestens einem Flugzustand ein abwindfreier
Bereich in einer Zone, deren Grundriss zwischen den Rotoren liegt, einstellt,
wobei die Anbringung des Darstellungskörpers in Bereich
dieser abwindfreien Zone vorgesehen ist Die Zone kann sich insbesondere
auch nach unten erstrecken und tiefer reichen als das Niveau der
Rotorblätter.
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Der
Abstand der Rotorvorrichtungen kann insbesondere durch den Verbindungskörper,
vorzugsweise durch die Länge des Verbindungskörpers vorgegeben
sein. Der Abstand der Rotorvorrichtung kann insbesondere eine wesentliche
Horizontalkomponente aufweisen, durch die insbesondere in einem Schwebeflugzustand
ein abwindfreier Bereich als eine Zone zwischen den Rotorvorrichtungen
entsteht.
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In
einem zweiten Aspekt der Erfindung wird zur Positionierung eines
Darstellungsobjektes ein abwindfreier Bereich ausgenutzt, der sich
im Flugbetrieb, zumindest im Schwebeflugbetrieb, oberhalb der Rotoren
einstellt Hierbei ist die Anbringung des Darstellungskörpers
zumindest teilweise in dem abwindfreien Bereich oberhalb der Rotoren
vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen dazu werden weiter
unten näher beschrieben.
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In
einem dritten Aspekt der Erfindung wird zur Positionierung eines
Darstellungsobjektes ein außerhalb der Rotoren existierender
abwindfreier Bereich ausgenutzt, wobei die Anbringung des Darstellungskörpers
zumindest teilweise in dem abwindfreien Bereich, dessen Grundriss
in einem Raum seitlich außerhalb der Rotoren Liegt, vorgesehen
ist Vorteilhafte Ausführungsformen zu diesem Erfindungsaspekt
werden ebenfalls weiter unten näher beschrieben.
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Für
die Anbringung des Darstellungsobjekts am Drehflügler können
Befestigungsmöglichkeiten oder -vorrichtungen am Drehflügler
und/oder am Darstellungsobjekt vorsehen sein. Um den Drehflügler an
den Transport verschiedener Darstellungsobjekte leicht anpassen
zu können, kann der Verbindungskörper hinsichtlich
seiner Länge und/oder Breite variabel ausgestaltet sein,
z. B. als Teleskopstange. Weiterhin kann die Befestigung der Rotorvorrichtungen derart
teilweise oder vollständig lösbar ausgestaltet sein,
dass die Rotorvorrichtungen je nach Größe an Verbindungskörper
verschiedener Längen und/oder Bauweisen und/oder an einem
vorgegebenen Verbindungskörper an verschiedenen Positionen
montierbar sind. Dadurch kann der Abstand der Rotoren und/oder die
jeweils verwendeten Rotoren an sich, z. B. mit einer jeweils angepassten
Rotorleistung, vorteilhaft an verschiedene Randbedingungen angepasst
werden, z. B. an die Breite, Länge, Höhe, Steifigkeit
und/oder an das Gewicht des Darstellungskörpers.
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Durch
die Ausbildung der Erfindung als unbemanntes Fluggerät
ist es auch möglich, eine sehr wenig Transport-Raum beanspruchende
Vorrichtung zu schaffen, da z. B. Raum für den Piloten
und damit verbundene Einrichtungen nicht benötigt werden. Dadurch
kann auch ein optisches Erscheinungsbild der gesamten Anordnung
ermöglicht werden, welches sich weitgehend auf die sichtbare
Darstellungsfläche beschränkt Die übrigen
Bestandteile, insbesondere das Fluggerät als solches treten
dabei weitaus weniger in Erscheinung wie bei der Verwendung von
bemannten Flugkörpern. Durch einen Aufbau mit zusammenklappbaren
2-Blatt-Rotoren und ohne Hilfspaddel an den Rotoren ist ferner eine
besonders raumsparende Transportierbarkeit möglich.
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Dadurch
dass der Drehflügler zu einem stationären Schwebeflug
fähig ist, können Banner auch in einer statischen
Position in der Luft gehalten werden und so an einem geeigneten
Ort hoher Aufmerksamkeit bzw. an geeigneter Steile z. B. als Wegweiser oder
Werbeelement wirksam positioniert werden. Bei der Verwendung als
Projektionsleinwand ist es z. B. möglich, eine sehr große
Leinwand, z. B. bei einer Großveranstaltung innerhalb kurzer
Zeit in Position zu bringen und dort zu halten oder seine Stellung
zu verändern. Die Projektionsleinwand kann entweder vom
Fluggerät selbst oder vom Boden aus bestrahlt bzw. bebildert
werden.
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Die
bei der Anwendung eines Drehflüglers als Banner- bzw. Darstellungsflächenträger
u. U. auftretenden Schwierigkeiten, dass die Fernsteuerbarkeit und
Stabilisierung solcher Flugkörper an sich schon schwierig
ist und durch den Bannerträger noch weiter erschwert werden,
sowie dass eine Anbringung eines Banners, etwa eines Stoff-Plakats,
wegen der Abwinde des Rotors ("downwash") weitere Probleme erzeugen
würde, können bei der Erfindung deutlich reduziert
wenden bzw. treten erst gar nicht auf.
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Mit
der Erfindung kann insbesondere verhindert werden, dass die genannten
Rotor-Abwinde das Banner ergreifen und dieses herabdrücken,
wodurch ein Hauptteil des Auftriebes getilgt würde und
außerdem die Steuerbarkeit des Drehflüglers werter
erschwert würde. Durch die Nutzung und insbesondere Schaffung
eines abwindfreien Bereiches im Bereich der Darstellungsfläche
bzw. die Anordnung der Rotorvorrichtungen dergestalt, dass die damit
erzeugten Abwinde nicht im Bereich des Banners liegen, wird vermieden,
dass durch das Banner aerodynamische Verwirbelungen der Abwinde
verursacht und dadurch ein ungebremstes Herabgleiten der Abwind-Luftmassen,
welche nach dem Rückstoßprinzip für den
Auftrieb sorgen müssen, beeinträchtigen. Die Erfindung
bewirkt dadurch ein stabileres Flugverhalten des Drehflüglers.
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Das
am Drehflügler befestigte Darstellungsobjekt befindet sich
zumindest teilweise, vorzugsweise aber zum größten
Teil oder sogar vollständig im abwindfreien Bereich. Die
Abmessungen des Drehflüglers, der Abstand der Rotorvorrichtungen
und des Darstellungsobjekts können dementsprechend aufeinander
abgestimmt werden.
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Das
Darstellungsobjekt kann eine Darstellungsfläche umfassen,
ein Banner, insbesondere aus Stoff oder Folie, eine Projektions,-
oder Rückprojektionsleinwand, ein elektronisches Display
oder eine beliebige andere Art von Anzeige-Vorrichtung. Die Begriffe
"Banner" und "Darstellungsobjekt" umfassen hier jede Art eines Darstellungsmediums.
Es kann als Fläche ausgebildet sein oder auch als dreidimensionales
Objekt wie z. B. als vergrößertes Modell eines an
sich bekannten Gegenstands wie z. B. eines Mobiltelefons. Letzteres
kann insbesondere ebenfalls eine zur Darstellung genutzte Oberfläche
aufweisen. Als elektronisches Display ausgebildet kann die Darstellungsfläche
statische Bilder oder eine Bildsequenz mit entsprechend angepaßter
Wechselfrequenz bis hin zu Filmen darstellen.
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Der
Verbindungskörper kann eine mehr oder weniger stamme Verbindung
zwischen den Rotoren erzeugen. Er kann eine definierte Verwindungssteifigkeit
und/oder eine definierte Biegesteifigkeit aufweisen, die an die
jeweiligen Erfordernisse in an sich bekannter Weise angepasst sind,
z. B. an das Gewicht der Anordnung bzw. ihrer Komponenten, insbesondere
an die zu transportierenden Darstellungsobjekte, an die Rotorvorrichtungen
sowie an die Flugkapazitäten des Fluggeräts wie
z. B. Kräfte, Beschleunigungen, Geschwindigkeiten und Manövrierfähigkeiten.
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Der
Verbindungskörper kann insbesondere eine zumindest annähernd
horizontale Oberfläche aufweisen und/oder aus verschiedensten
geeigneten Materialien wie z. B. Metall, Kunststoff, Holz oder Faserverbundwerkstoffen
ausgebildet sein. Er kann des weiteren verschiedenste Formen aufweisen
und z. B. als Stange, Schiene oder Hohlprofil in beliebigen Gestaltungen
ausgebildet sein, vorzugsweise als mindestens eine lange Stange.
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Bei
stationärem Schwebeflug kann davon ausgegangen werden,
dass jeder Rotor eine annähernd senkrechte zylinderförmige
Abwindzone erzeugt, sofern diese Abwindzone nicht durch Störungen
beeinflusst wird. Wenn das Darstellungsobjekt nicht im Bereich der
Abwindzonen angeordnet ist, kann insbesondere vermieden werden,
dass es die Abwindzonen der Rotoren stört und dadurch die Flugstabilität
beeinträchtigt. Bei einer Anordnung des Darstellungsobjekts
neben den Abwindzonen ist ein Abstand von den Spuren der Rotor-Blattspitzen
von mindestens dem 0,2-fachen Rotor-Radius vorteilhaft. Insbesondere
ist für die Anbringung im Bereich zwischen den Abwindzonen
ein Abstand der inneren Spuren der Rotoren voneinander von mindestens dem
1,5-fachen Rotordurchmesser vorteilhaft; der Abstand der Rotor-Achsen
kann dementsprechend vorteilhaft mindestens das 2,5-fache des Rotordurchmessers
betragen. Ebenso sind Achs-Abstände vom mehr als dem vierfachen
Rotordurchmesser problemlos möglich. Die Rotoren messen
nicht notwendig identische Durchmesser besitzen.
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Das
Darstellungsobjekt kann vorteilhaft eine größere
Oberfläche aufweisen als die auftriebserzeugende Grundfläche
der einzelnen Rotoren, oder sogar großer als die aller
tragenden Rotoren zusammengenommen.
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Am
erfindungsgemäßen Fluggerät kann eine elektronische
Fluglage-Stabilisierungs-Einrichtung vorgesehen sein, welche die
Bewegungen des Fluggerätes mitmacht, dessen Fluglage misst
und mindestens einen von der gemessenen Fluglage abhängigen
Stellwert erzeugt; somit kann das beschriebene aerodynamische Gebilde,
welches mehrere voneinander beabstandeten Rotoren beinhaltet, in
einem stabilen Schwebeflug-Zustand gehalten werden. Geeignete Verfahren
und Vorrichtungen zur Stabilisierung sind z. B. in der
WO 2004/027434 A1 und
in der
WO 2007/048626
A2 angegeben, deren Offenbarungen an dieser Stelle nochmals
durch Bezugnahme an dieser Stelle der vorliegenden Beschreibung
aufgenommen werden.
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Bei
einem Flug-Regel-System gemäß der
WO 2004/027434 A1 ist
zur Stabilisierung einer Translationsbewegungsgröße
eines Flugkörpers eine Abbildungsoptik vorgesehen zum abschnittsweisen
Abbilden eines von der Flugposition aus sichtbaren Bildes einer
Szene auf eine Sensorfläche eines optoelektronischen Sensors.
Aus den dabei gewonnenen Signalen wird elektronisch ein Messwert
einer Bildverschiebung gewonnen wird. Das System weist eine elektronische
Schaltung auf, die so ausgebildet ist, dass der optoelektronisch
gewonnene Messwert von Einflüssen von Roll-Drehbewegungen
des Flugkörpers bereinigt wird, indem sie in einem Mischglied zum
Messwert ein Drehsignal kompensierend einmischt, welches zum Winkel
oder zur Winkelgeschwindigkeit einer Rolldrehung des Flugkörpers proportional
ist. Weiterhin zieht sie diesen gemischten Messwert zur Ansteuerung
eines die Roll-Drehung des Flugkörpers beeinflussenden
Stellgliedes unter Bildung eines geschlossenen Regelkreises zumindest
anteilsweise heran.
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Bei
einer Fernsteuerung gemäß der
WO 2007/048626 A2 wird
zur Flugstabilisierung ein Drehraten-Sensors für mindestens
eine der Neigungs-Achsen Rollen und Nicken verwendet und dessen
Mess-Signal zeitlich integriert. Ein vom Piloten gegebenes Steuersignal,
nachfolgend Sollwert genannt, wird neben das Integral des Mess-Signals, nachfolgend
Istwert genannt, eingemischt oder eine Differenz damit gebildet
Die Dauer der Integrationszeit wird gemäß einer
definierten Zeitkonstante oder gemäß einem definierten
Zeitfenster eingegrenzt. Insbesondere ist dort, zumindest in einer
Betriebsart, vorgesehen, dass keine weiteren Neigungs-messenden
Instrumente, und insbesondere keine Beschleunigungs-messenden Instrumente
beteiligt sind. Dies ist im Zusammenhang mit dieser Erfindung jedoch nicht
unbedingt notwendig.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Fluggerät
mit einem daran vorgesehenen Autopiloten zumindest zeitweise autonom
fliegen und muss dann insbesondere nicht vom Boden aus gesteuert
werden. Hierzu können Wegpunkte vorgegeben werden, diese
mit den Daten eines am Flugkörper vorgesehenen GPS-Empfängers
verglichen und zur Steuerung herangezogen wenden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
eine Signalverbindung vorgesehen zur Übertragung der zur
Motorsteuerung verwendeten Signale von einer für alle Rotorvorrichtungen
jeweils einzelnen oder gemeinsamen Empfänger- und Steuer-Einheit,
die auf alle Rotorvorrichtungen wirkt Die Signalverbindung kann
zumindest teilweise drahtgebunden oder/oder drahtlos, insbesondere
als Funkverbindung ausgestaltet sein. Die Signalverbindung kann
sich weiterhin zu einer bodengestützten, von einem Piloten
bedienten Steuerung erstrecken.
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Weiterhin
ist eine Drahtverbindung vom Boden zum Flugkörper möglich.
Insbesondere kann hiermit die Antriebsleistung vom Boden zum Flugkörper übertagen
werden. Das hängende Gewicht dieser Drahtverbindung kann
vom Flugkörper getragen werden. Somit können Batterien
am Flugkörper vermindert oder ganz entfallen und die Flugdauer
unbegrenzt von Batteriekapazitäten ausgedehnt werden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
der Drehflügler ein Tandem-Hubschrauber, der keinen Heckrotor
aufweist. Hierbei können beide Rotoren gegenläufige
oder auch gleiche Drehrichtungen aufweisen. Zur Steuerung der Hochachs-Ausrichtung,
für die kein Heckrotor vorhanden ist, können herkömmliche
bei Tandem-Hubschrauber übliche Verfahren verwendet werden,
die über das Gegendrehmoment der Rotoren wirken. Diese
Art der Hochachs-Steuerung kann jedoch wegen des langen Abstandes
der tragenden Rotoren zu einer geringen Steuerbarkeit führen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb nachfolgender
Weg beschritten: Mindestens eine der tragenden Rotorvorrichtungen ist
in der Weise befestigt, dass ihre Blattebene gegenüber
einer Rotorblattebene einer anderen Rotorvorrichtung in zumindest
einer Neigachse variabel neigbar ist, wobei die Neigachse mit einer
wesentlichen Komponente längs der Verbindungslinie beider Rotoren
ausgerichtet ist. Die Neigbarkeit kann durch bewegte Aufhängung
der Rotorblätter gegenüber der Rotorwelle und/oder
durch bewegliche Aufhängung der Rotorvorrichtungen gegeneinander
gegeben sein. Die Neigbarkeit kann in ihrem Winkel eingegrenzt sein.
Sie kann beispielsweise durch eine elastische Verbindung realisiert
werden, beispielsweise durch Ausnutzung der Torsion eines gestreckten oder
stangenförmigen Verbindungskörpers. Mindestens
zwei der auftriebserzeugenden Rotorvorrichtungen besitzen je eine
Vorrichtung zur Steuerung ihrer Rotor-Neigung. Insbesondere kann
dies eine an jedem Rotor vorgesehene zyklische Blattverstellung sein,
oder auch ein Stellmotor, welcher kraftschlüssig auf dem
Verbindungspfad zwischen beiden Rotorvorrichtungen vorgesehen ist.
Um Drehungen um die Hochachse zu erreichen, können die
Rotor-Neigungen gegenläufig angesteuert werden, dass sich
beide Rotoren entgegengesetzt um die beschriebene Neig-Achse neigen.
Es resultiert für beide Rotoren eine aus der Vertikalen
geneigte Schubrichtung, die den Flugkörper um die Hochachse
wenden.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch
möglich, dass tragende Rotorvorrichtungen ihrerseits aus
mehreren, Rotoren bestehen, beispielsweise einem Paar versetzter
Rotoren je Rotorvorrichtung, und die einzelnen Rotoren an versetzten
Grundrisspositionen angeordnet sind. Sie können beispielsweise
derart horizontal versetzt sein, dass insgesamt ein mehr-rotoriger
Drehflügler resultiert, beispielsweise ein Quadrokopter,
bei dem Rotoren gruppenweise einen durch den Verbindungskörper
verlängerten Abstand besitzen. Insbesondere kann die Steuerung
ausschließlich durch die Drehzahl der Rotoren erfolgen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche
mehr als zwei Rotoren beinhaltet, können einzelne Rotoren
in einer Weise geneigt angebracht sein, dass ihre Schub-Achsen aus
der Vertikalen heraus in definierte Richtungen geneigt sind, welche
in Bezug zur mittleren Hochachse des Flugkörpers eine tangentiale
Komponente aufweisen. Rotorvorrichtungen können mehrere
in entgegengesetzte Richtung geneigte Rotoren beinhalten. Auf diese
Weise ist durch Variieren des Schubes einzelner Rotoren, oder insbesondere
deren Rotordrehzahlen, eine Steuerung um die Hochachse möglich sowie
auch um beide Neig-Achsen; hierbei ist vorzugsweise weder eine zyklische
noch eine kollektive Blattverstellung nötig.
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Bei
einer werteren Ausführungsform der Erfindung, welche mehr
als zwei Rotoren umfasst, sind Rotorvorrichtungen, die ihrerseits
mindestens zwei Rotoren umfassen, wie oben beschrieben, variabel neigbar,
die Neigung kann z. B. ein Rotor-Paar als Ganzes betreffen, und
es können zwei voneinander beabstandete Rotor-Paare vorgesehen
sein. Die Vorrichtung zur Steuerung der Rotor-Neigung kann anstelle
der oben beschriebenen zyklischen Blattverstellung auch eine auf
beide Rotoren der gleichen Rotorvorrichtung gegenläufig
wirkende Schub- oder Drehzahlverstellung sein, womit sich die Rotorvorrichtungen,
welche ihrerseits zwei oder mehr Rotoren beinhalten, ebenfalls neigen
lassen und die Hochachs-Drehung des Flugkörpers ermöglichen.
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Wegen
des großen Abstandes der Rotoren sind verschiedene Rotor-Drehrichtungen
nicht erforderlich. Die durch die beschriebenen Maßnahmen
erzeugten Steuerkräfte um die Hochachse können
größer sein als das gemeinsame Drehmoment aller
Rotoren. Hierdurch ist eine kostensparende Ausführung mit
nur einer Sorte Rotoren möglich. Dies gilt gleichermaßen
auch für die beschriebene 2-rotorige Ausführung.
Bei Ausführungen, die wie beschrieben keine zyklische Blattverstellung
brauchen, können als Rotoren auch einfache Propeller oder
sogar Impeller verwendet werden.
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Vorteilhafterweise
lässt sich der definierte horizontale Rotor-Abstand durch
eine entsprechend lang gebaute Verbindungsstange fast unbegrenzt
erhöhen, ohne dass die Steuerbarkeit darunter leidet, insbesondere
wenn sich, mit Ausnahme kurzer Abschnitte der Verbindungsstange,
weder Banner noch Verbindungstange im Abwind befinden. Weil beide Teile
mit sehr geringern Gewicht ausführbar sind, ist eine erhebliche
Banner-Größe möglich, auch ohne Beeinträchtigung
der Flugfähigkeit. Dies ist ein weiterer Vorteil auch gegenüber
herkömmlichen, von Tragflächen-Flugzeugen getragenen
Banner, deren Größe erheblich durch die Leistung
des Antriebs eingeschränkt ist, weil sie sich stets im
Fahrtwind befinden.
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Das
Darstellungsobjekt kann rigide oder wie ein Tuch flexibel sein.
Es kann durch die Schwerkraft vertikal herabhängen. Es
kann auch bezüglich des in einer neutralen Schwebefluglage
befindlichen Drehflüglers vertikal am Drehflügler
bzw. an dessen Aufhängungen befestigt oder aufgespannt
sein. Eine aufgespannte und/oder versteifte Darstellungsfläche kann
auch aus der Vertikalen geneigt oder ganz horizontal aufgespannt
sein. Allgemein kann der Verbindungskörper eine Fläche
umfassen welche beim stationären Schwebeflug nicht vertikal
steht Für eine solche Ausführungsform können
mehr als zwei Rotoren vorgesehen sein und derart zueinander beabstandet und
angeordnet sein, dass die abwindfreie Zone einen flächigen
Grundriss im Bereich zwischen den mindestens zwei Rotoren aufweist.
Die Darstellungsfläche kann in dieser Zone vorgesehen sein;
beispielsweise kann ein textiles Banner dort aufgespannt sein. Vorzugsweise
kann die Fläche ein aus der Vertikalen geneigtes Polygon
sein und an jeder Ecke ein tragender Rotor vorgesehen sein.
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Ein
Darstellungsobjekt kann mit einer oder mehreren Versteifungen versehen
sein. Bei einem textilen Banner können hierzu Segellatten
dienen. Zum Vorwärtsflug in Richtung längs der
Verbindungsstange kann insbesondere eine vertikale Versteifungsstange
am luvseitigen Rand der Darstellungsfläche vorgesehen sein.
Zusätzlich können solche Versteifungsstangen nach
außen verspannt sein, etwa mit einem Seil, das etwa zu
einem weiter luvseitigen Punkt der Verbindungsstange führt.
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Verspannungen
und/oder Versteifungen können so eingerichtet sein, dass
sie eine Berührung des Darstellungsobjektes mit den Rotoren
verhindern. Im Falle eines herabhängenden Banners können
hierzu dessen seitlichen Ränder zumindest teilweise versteift
sein. Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung von Rotorberührungen
ist bei einem herabhängenden Banner eine Banner-Form mit
unten verminderter Breite.
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Ein
zumindest teilweise steifes oder versteiftes Darstellungsobjekt
kann auch so angeordnet sein, dass sich kleinere Teilflächen
davon im Abwindbereich von Rotoren befinden. Solange es sich nur um
einen kleinen Teilbereich handelt, ist dies ist möglich,
weil die Abwinde dann nur wenig gebremst werden und daher nur wenig
Abtrieb erzeugen.
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Das
Darstellungsobjekt kann auch so angeordnet sein, dass es sich zumindest
teilweise oberhalb der Rotorebenen befindet. Bei einem Banner kann
dies dadurch erreicht werden, dass die Rotoren auf einer Höhe
unterhalb der Oberkante des Banners angebracht sind, beispielsweise über
eine Verbindungsstange, die nicht-horizontale äußere
Abschnitte besitzt. Der Schwerpunkt des Flugkörpers kann dennoch
unterhalb oder in gleicher Höhe mit der Rotorebene liegen.
Hierzu kann das Banner versteift oder gespannt angebracht werden,
so dass auch das Gewicht der unteren Teile des Banners in den wirksamen
Gesamtschwerpunkt eingeht.
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Bei
einem nicht-vertikalen Banner oder einem voluminösen Darstellungsobjekt
können, insbesondere gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung, Rotoren auch unter dem Darstellungsobjekt
angeordnet sein. Somit befindet sich das Darstellungsobjekt auch
dann in einem abwindfreien Bereich, wenn die Grundrissposition der
Rotoren nicht notwendig außerhalb der des Darstellungsobjektes
liegen. In diesem Fall ist ein vertikaler Abstand zwischen Rotorblattebene
und Darstellungsobjekt vorgegeben, damit die den Rotoren von oben
zuströmende Luftmassen nicht behindert werden. Der Abstand
beträgt vorzugsweise mindestens 50% des Rotor-Radius, vorteilhaft
sind 75% oder mehr. Dies ist in der Regel ausreichend, da die zuströmende
Luft im Unterschied zur abströmenden Luft nur wenig beschleunigt
ist und daher ohne wesentliche Beeinträchtigung des Auftriebes
ausschließlich seitlich herangesaugt werden kann.
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In
solchen Ausführungen liegt der Gesamtschwerpunkt höher
als die Rotoren. Um dennoch eine stabile Fluglage zu ermöglichen,
kann eine elektronische Stabilisierungsvorrichtung verwendet werden,
insbesondere in der weiter oben beschriebenen Art.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher der Gesamtschwerpunkt
höher liegt als die Rotoren, wird eine Instabilität
durch folgende Merkmale weitgehend vermieden: Bei mindestens einer Rotorvorrichtung
wird bei ausreichender Steifigkeit in der Befestigung des Rotorblattes
gegenüber der Rotorwelle sowie ausreichender Steifigkeit
in der Befestigung zwischen Rotorvorrichtung und Darstellungsobjekt
die Rotorblattebene in der Weise starr oder rigide an das Darstellungsobjekt
gekoppelt, dass Neigungen des Darstellungsobjektes sich ungemindert auf
die Neigung der Rotorblattebene übertragen.
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Wegen
der Kreiselwirkung der Rotorblattebene, welche sich einer Winkeländerung
widersetzt, ist hierfür eine starre oder mindestens eine
steife Verbindung erforderlich. Die Rotorblattebene und demzufolge
auch die Schubrichtung passt sich der Neigung des gesamten Flugkörpers
an; dies kann innerhalb einer kürzeren Zeit erfolgen als
die Zeit, innerhalb welcher aufgrund des labilen Gleichgewichts eine
Neigung auftreten würde.
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Vorteilhafterweise
ist dabei auch ohne zusätzliche Stabilisierungsvorrichtung
eine stabile oder zumindest indifferente Fluglage möglich.
Weil die Rotoren kaum Luftwiderstand längs der Blattebene
besitzen, weist ihre Schubrichtung unabhängig von eventuellen
Horizontalbewegungen des Flugkörpers konstant in eine in
Bezug zum Flugkörper gleichbleibende Richtung. Der Schub
kann somit unverändert auf einen Fixpunkt, insbesondere
den Gesamtschwerpunkt weisen und erzeugt somit ein indifferentes
Gleichgewicht mit der stets am Schwerpunkt angreifenden Summe aus
Gravitation und Beschleunigungskräften. Zusätzlich
kann, damit sich Schräglagen selbständig vermindern,
der flächige Mittelpunkt (Flächenschwerpunkt)
der seitlichen Wind-Angriffsfläche des Darstellungsobjektes
höher angeordnet sein als der Gesamtschwerpunkt. Die Stabilisierungswirkung
resultiert zumindest teilweise daraus, dass jede Schräglage
eine Seitendrift bezogen auf die Luftmasse verursacht, und dass
die infolgedessen durch Luftwiderstand erzeugte Abbremsung als gemittelten
Kraft über dem Schwerpunkt angreift, wodurch ein Drehmoment
entsteht, welches den Flugköper wieder aufrichtet.
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Allgemein
kann ein bewegter Flug, d. h. Änderung der Flugposition,
in jede Richtung erfolgen. Mit einem horizontal ausgestreckten Darstellungsobjekt
ist Bewegung in alle horizontale Richtungen mit geringem Luftwiderstand
möglich, da dann die Luftströmung stets parallel
zum Darstellungsobjekt verläuft. Mit nicht horizontal ausgestrecktem
Darstellungsobjekt kann ein Vorwärtsflug leichter in Richtung
parallel zum Darstellungsobjekt erfolgen, insbesondere längs
des Verbindungskörpers.
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Allgemein
kann ein Vorwärtsflug durch Neigung der Rotoren erreicht
werden. Hierzu kann der gesamte Flugkörper geneigt werden.
Um aber auch bei Vorwärtsflug eine horizontale Ausrichtung
des Darstellungsobjekts zu erreichen, können in einer Ausführung
der Erfindung die Rotorvorrichtungen gegenüber dem Verbindungskörper
schwenkbar angebracht sein. Die Neigung des Verbindungskörpers kann
durch gegenläufige Auftriebs-Steuerung in den Rotorvorrichtungen
gesteuert werden; die Neigung der Rotorvorrichtungen kann durch
zyklische Blattverstellung und/oder durch Stellmotoren erfolgen,
die beispielsweise in den schwenkbaren Anbringungen der Rotoren
vorgesehen sein können. In einer weiteren Ausführung
ist zum Vorwärtsflug ein zusätzlicher Rotor mit
horizontal ausgerichteter Schubachse vorgesehen.
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Allgemein
kann ein Banner oder ein anderes Darstellungsobjekt vorteilhaft
zur Dämpfung der Flugbewegung und/oder Stabilisierung der
Fluglage und/oder der Flugbewegung verwendet werden. Weiterhin kann
das Darstellungsobjekt, wenn es in sich steif ist, wie z. B. ein
elektronisches Display, direkt als Verbindungskörper dienen
oder zumindest als ein mittleres Teil hiervon.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren
beschrieben.
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1 bis 6 zeigen
einen ersten bis sechsten Drehflügler.
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel eines mit einem Banner bestückten
Drehflüglers gezeigt. Der Drehflügler umfasst
eine horizontal gestreckte Stange 1 als Verbindungskörper
und Rotorvorrichtungen 21, 22 an jedem Ende der
Stange. Als Darstellungsobjekt hängt an der Stange 1 vertikal
ein daran befestigtes Banner 7 herab. Zur Befestigung sind an
der Stange 1 Ösen 8, 9 vorgesehen
sein, in die das Banner 7 mit Karabinern eingehängt
ist. Die Befestigung kann aber auch anders erfolgen, unter Verwendung
von an sich bekannten Mitteln wie z. B. durch Hineinschieben der
Stange 1 in einen genähten Saum, oder mit Stahlseilen
oder an der Stange 1 angebrachten Karabinern oder Haken,
mit Clip-Verbindung oder Klett-Verbindung oder Reißverschluss. Die
hier genannten Verbindungs-Möglichkeiten gelten auch allgemein
für alle anderen Ausführungen der Erfindung. Gegen
Verschiebung des Banners längs der Stange können
zusätzliche Fixier-Einrichtungen vorgesehen sein. Jede
Rotorvorrichtung 21, 22 beinhaltet einen eigenen
Elektromotor 31, 32, einen Rotor 41, 42,
einen eigenen Akku 51, 52 und einen eigenen elektronischen
Motorsteller. Im Betrieb bewirken die Rotorvorrichtungen 21, 22 zylinderförmige
Abwindzonen Z1, Z2, deren Abstand wesentlichen dem Abstand d der
Rotorblätter der beiden Rotorvorrichtungen 21, 22 entspricht.
Deren Abwinde blasen in dem dargestellten Schwebe-Flugzustand in die
Richtungen A1, A2. Zwischen den Abwindzonen Z1 und Z2 liegt innenseitig
eine Zone, in der sich ein abwindfreier Bereich B1 ausbildet. Weiterhin
bilden sich außenseitig jeweils neben den Rotorvorrichtungen 21, 22 abwindfreie
Zonen B2, B2a sowie oberhalb der Rotorvorrichtungen 21, 22 eine
abwindfreie Zone mit einem Bereich B3. Die Grundrisse der Zonen
B2, B2a liegen auch außerhalb der von den Rotorvorrichtungen 21, 22 und
den Rotoren 41, 42 aufgespannten Fläche.
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Dadurch,
dass die Stange 1 beidseits des Banners 7 um soviel
länger als die Breite b des Banners 7 ist, dass
der freie Abstand d zwischen den Rotorblättern mindestens
so groß ist wie die Bannerbreite b, liegen die Drehkreise
d1, d2 der Blätter der Rotoren 41, 42 ganz außerhalb
des Banners 7. Um auch bei Wind und Vorwärtsfahrt
das Darstellungsobjekt bzw. das Banner vor Abwinden zu bewahren,
ist ein zusätzlicher Abstand zwischen Rand des Rotors und Rand
des Banners sinnvoll. Vorteilhaft ist an jedem Rotor ein Zusatz-Abstand
c1, c2 von ca. einem halbem Rotor-Radius, oder auch mehr. Dies gilt
auch für alle anderen beschriebenen Ausführungsformen.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Stange 1 um
den doppelten Rotor-Radius zuzüglich der Zusatzabstände
C1, C2 länger als die Breite b des Banners 7.
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Somit
sind die Rotorvorrichtungen 21, 22 insgesamt weit
genug voneinander entfernt auf der Stange 1 montiert, dass
das Banner 7 auch in einem Vorwärts- bzw. Rückwärtsschubbetrieb,
in dem der Drehflügler sich horizontal bewegt, nicht in
die Abwindzylinder Z1, Z2 gerät. In diesem Schub-Betriebszustand
stehen die Abwindzylinder Z1, Z2 etwas schräg, so dass
sich eine horizontale Schubkomponente ergibt, und/oder werden vom
Fahrtwind verblasen. Die Breite b des Banners 7, seine
Höhe und der Abstand d der Rotorblätter sind dazu
entsprechend aufeinander abgestimmt.
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Dadurch,
dass jede Rotorvorrichtung zur Energieversorgung ihren eigenen Akku 51, 52 besitzt, können
Probleme des Kabel-Gewichtes und des elektrischen Innenwiderstandes
bei der Stromversorgung beider Motoren vermieden werden. Zur elektrischen
Verbindung zwischen den Rotorvorrichtungen genügt es daher,
wenn Signal-Leitungen verlegt werden. Es recht dann ggf., wenn ein
Fernsteuer-Empfänger für die Fernsteuerung des
Drehflüglers per Funk vom Boden aus und eine Stabilisierungsvorrichtung
lediglich an einer der Seiten des Verbindungskörpers 1 angebracht
sind.
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Die
Auftriebssteuerung der Rotoren kann durch kollektive Blattverstellung
und/oder Drehzahlsteuerung erfolgen.
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Die
Steuerung des Flugkörpers kann auf folgende Weise erfolgen:
- – Steigen durch gemeinsame Auftriebssteuerung beider
Rotoren;
- – Neigen der Stange durch gegenläufige Auftriebssteuerung
beider Motoren;
- – Neigen um die Stangen-Achse durch gemeinsame zyklische
Blattverstellung beider Rotoren;
- – Wenden um die Hochachse durch gegenläufige zyklische
Blattverstellung beider Rotoren, bei einer flexiblen Befestigung
der Rotorvorrichtungen gegeneinander.
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Auf
diese Weise brauchen insgesamt z. B. nur zwei Servomotoren verwendet
werden. Weil eine kollektive Blattverstellung nicht erforderlich
ist, resultiert eine einfache Rotorkopf-Mechanik, deren Blatthalter
nicht einzeln kugelgelagert sein müssen.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel, ebenso mit einer Stange 1 als
Verbindungskörper und einem daran vertikal herabhängenden
Banner 7, sowie an den Enden der Stange jeweils angebrachten
Rotorvorrichtungen 21, 22. Jede der Rotorvorrichtung 21, 22 beinhaltet
hier zwei Rotoren 41a, 41b und 42a, 42b,
mit zwei Elektromotoren. Alternativ kann je Rotorvorrichtung ein
für beide Rotoren gemeinsamer Motor vorgesehen sein. Zur
Steuerung um die Hochachse sind diese Rotoren wie schon beschrieben
ein wenig geneigt, damit die Schubachse eine zur Hochachse tangentiale
Neigungskomponente aufweist Die Neigung kann für gepaarte
Rotoren 41a, 41b entgegengesetzt sein, entsprechend
für Rotoren 42a, 42b.
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Im
Allgemeinen muss die Darstellungsfläche bzw. das Darstellungsobjekt 7 nicht
vertikal stehen. Um dies zu erreichen, können bei der in 2 dargestellten
Anordnung die beiden vorderen Rotoren 41a, 42a weggelassen
wenden, sodass eine zwei-rotorige Anordnung ähnlich wie
bei 1 entsteht, wobei aber der Auftrieb gegenüber
der Verbindungsstange nach hinten versetzt angreift und daher ein
mit Latten versteiftes Banner 7 soweit aus der Vertikalen
neigen kann, bis der Gesamt-Schwerpunkt auf oder unter der Verbindungslinie
der Rotoren 41b, 42b liegt.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem aus Stangen
gebauten rahmenartigen Verbindungskörper 1. Es
ist hier als rechteckförmiger Rahmen 1a aus vier
Stangen aufgebaut; es können aber auch andere Formen vorgesehen
sein.
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An
jeder Ecke des Verbindungskörpers sind diagonal nach außen
gerichtete Verlängerungs-Stangen 61, 62, 63, 64 angebracht;
an deren äußeren Enden ist jeweils eine Rotorvorrichtung,
d. h. insgesamt vier Rotorvorrichtungen 21, 22, 23, 24,
angebracht. Ein insbesondere flexibles Banner 7 kann innerhalb des
Rahmens aufgespannt sein.
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Es
ist möglich, dass beispielsweise zwei auf einer Seite liegenden
Rotoren 21, 22 im Flug höher liegen als
die anderen 23, 24. Somit kann das Banner 7 aus
der Vertikalen und aus der Horizontalen heraus geneigt sein. Auch
können auf diese Weise die unteren Rotoren 23, 24 mit
ihrer Grundrissposition soweit versetzt sein, dass sie sich nicht
im Abwindfeld der oberen Rotoren 21, 22 befinden.
Der Versatz kann durch die Ausformung des Verbindungskörpers und/oder
die eingenommene Fluglage erreicht werden. Um annähernd
horizontale Rotorblatt-Ebenen zu erreichen, können alle
Rotoren mit einem definierten gemeinsamen mittleren Neigungswinkel
gegenüber der Ebene das Rahmens geneigt angebracht sein.
Die Einstellung der gemeinsamen Rotor-Neigung bestimmt die im Schwebeflug
eingenommene Neigung des Rahmens. Diese Variante ist besonders vorteilhaft
bei einem als Projektionsleinwand ausgebildeten Banner 7 Die
Neigung des Banners 7 kann allgemein auch so vorgesehen
sein, dass sich jede der vier Rotorvorrichtungen 21, 22, 23, 24 auf
einer beliebig definierbaren Höhe befindet. Der gemeinsame
mittlere Neigungswinkel kann zusätzlich zu den oben beschriebenen
zur Hochachs-Steuerung vorgesehenen Einzel-Neigungen gelten.
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel mit einer Projektionsleinwand als
Banner 7. Es basiert auf der in 3 offenbarten
Anordnung. Die Projektionsleinwand kann wie dargestellt leicht konkav
gebogen sein. Der Projektor 61 kann an einer niedrigeren
Stelle derart positioniert sein, dass die Mittelsenkrechte zwischen
der Verbindung 52 vom Projektor zur Bildschirmmitte und
der Verbindung 54 von Bildschirmmitte zu Betrachter näherungsweise
zusammenfällt mit der Tangentialebene des Bildschirms.
Somit kann die Projektionsleinwand 7 zur Erhöhung
der Helligkeit matt-reflektierend ausgebildet sein. Der Projektor 61 kann über
Seile oder Stangen von den Ecken des Rahmens 1a herabhängend
vorgesehen sein.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Darstellungsfläche 7,
deren Grundriss ebenso wie in 3 flächig
ausgedehnt ist im Unterschied zu 3 befinden
sich alle Rotorvorrichtungen 21, 22, 23, 24 unterhalb
der Darstellungsfläche 7. Die Antriebselemente
für die Rotorvorrichtungen 21, 22, 23, 24 können
an Stellen unter dem Rand der Darstellungsfläche 7 angebracht
sein, insbesondere unter den Ecken des Rahmens 1a. Die
Darstellungsfläche 7 befindet sich in einem abwindfreien
Bereich B3 oberhalb der Rotorvorrichtungen 21,22, 23, 24. Die
Abstandshalter 61, 62, 63, 64 ermöglichen
eine vertikale Distanz der Rotorblattebenen vom Darstellungsobjekt,
so dass zuströmende Rotor-Luft nicht wesentlich beeinflusst
wird. Alternativ oder zusätzlich können die Rotorwellen
nach unten verlängert sein, wobei sich die Rotorblätter
unterhalb deren Antriebseinheit vorgesehen sein können.
Weiterhin ist es möglich, auch bei Verwendung von einem
oder mehreren Rotoren, deren Blätter sich oberhalb ihrer
Antriebseinheit befinden, ein Darstellungsobjekt in Verlängerung
der Rotorwelle einer Rotorvorrichtung oberhalb der Rotorvorrichtung
zu befestigen. Dazu kann die Rotorwelle beispielsweise als Hohlwelle ausgebildet
sein und eine starre Stange innerhalb der Hohlwelle vorgesehen sein,
an der das Darstellungsobjekt befestigt wird. Solche Ausführungsformen
sind auch bei nur einem einzigen tragenden Rotor möglich,
insbesondere auch mit einem gewöhnlichen Helikopter.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Darstellungsobjekt 7 in
Gestalt eines Hohlzylinders 1d. Dies kann ein zwischen
einem oberen Ring 1b und einem unteren Ring 1c aufgespanntes Banner
sein. Vier Rotorvorrichtungen 21, 22, 23, 24 sind
im Inneren des Hohlzylinders vorgesehen. Das Darstellungsobjekt 7 befindet
sich somit in dem außerhalb der Rotorvorrichtungen 21, 22, 23, 24 befindlichen
abwindfreien Bereich B2b. Das Banner 7 kann vorteilhaft
eine Rückprojektionsleinwand sein, wobei eine Bestrahlung,
etwa durch einen Projektor, vom Inneren des Hohlyzylinders 1d aus
erfolgen kann. Der abwindfreie Bereich B2b erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel
sowohl oberhalb als auch unterhalb der Rotorvorrichtungen 21, 22, 23, 24,
er kann sich jedoch genauso gut nur oberhalb oder nur unterhalb
von allen oder einzelnen der Rotorvorrichtungen 21, 22, 23, 24 erstrecken.
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Die
als Quadrokopter beschriebenen Ausführungen und Steuerungs-Prinzipien
können erfindungsgemäß und auf entsprechende
Weise auch mit einer anderen Rotoren-Anzahl als vier realisiert
werden. Der Drehflügler kann auch dadurch aufgebaut sein,
dass die Rotorvorrichtungen aus jeweils einem Quadrokopter bestehen,
und die Quadrokopter voneinander beabstandet über einem
gestreckt geformten steifen Verbindungskörper fest oder
flexibel miteinander verbunden sind.
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Obwohl
der Drehflügler in den Ausführungsbeispielen mit
elektrisch betriebenen Rotoren beschrieben wurde kann er auch mit
anderen Antrieben versehen werden, insbesondere mit treibstoffbetriebenen
Motoren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 29914291
U1 [0002]
- - DE 20207073 U1 [0002]
- - US 20070181742 A1 [0002]
- - WO 2004/027434 A1 [0003, 0024, 0025]
- - WO 2007/048626 A2 [0003, 0024, 0026]
- - WO 2003/067351 A2 [0003]