DE102008004054B4

DE102008004054B4 - Unbemanntes Kontroll- und Überwachungsfluggerät

Info

Publication number: DE102008004054B4
Application number: DE102008004054A
Authority: DE
Inventors: Hans Pongratz
Original assignee: LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Current assignee: MBDA Deutschland GmbH
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2028-01-12
Also published as: DE102008004054A1

Abstract

Unbemanntes Kontroll- und Überwachungsfluggerät (10), umfassend
– einen Rumpf (12) mit aerodynamisch wirksamen Auftriebs- und Steuerflächen (14, 56, 16);
– einen Propeller (18) zum Antrieb des Überwachungsfluggerätes (10);
– eine Navigations-Lenk- und Regelelektronik;
– eine Energieversorgungseinrichtung;
– ein ausfahrbares Fahrwerk (48) mit Fahrwerksbremse,
– eine Multisensorausrüstung (20, 22, 24, 26, 28, 30), und
– eine Kommunikationseinrichtung zum Datenaustausch mit einer Fluggerätebasis (66),
wobei der Propeller (18) mittels eines homokinetischen Gelenks (34) über eine Betätigungseinrichtung (38) schwenkbar an einer in Längsrichtung (I) des Rumpfes (12) ausgerichteten Propellerwelle (36) gelagert ist und der Propeller (18) mindestens zwei durchlaufende Propellerblätter (40) umfasst, die jeweils mit Schlaggelenken (42) an der Propellerwelle (36) gelagert sind, sodass eine Schlagbewegung der Propellerblätter (40) in Richtung der Propellerwelle (36) bewirkbar ist, und die Propellerblätter (40) jeweils mit einer Verstelleinrichtung (44) in Wirkverbindung stehen, sodass eine Verstellung des Blattanstellwinkels der...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein unbemanntes Kontroll- und Überwachungsfluggerät gemäß dem Patentanspruch 1 sowie eine mobile Fluggerätebasis zur Führung des unbemannten Kontroll- und Überwachungsfluggeräts nach Patentanspruch 10.
STAND DER TECHNIK
Es sind zahlreiche Ausführungsformen von unbemannten Flugkörpern für die unterschiedlichsten Anwendungen bekannt. Die bekannten Flugkörper sind in der Lage mit optischen und Radarsensoren nicht verdeckte Ziele aufzufassen und diese als Rohdaten über einen Datenlink direkt an die Bodenstation zurückzumelden. Lediglich beispielhaft wird auf den Flugkörper „Luna” des Heeres der Bundeswehr sowie den Flugkörper „Predator” der US-Luftwaffe verwiesen. Als nachteilig erweist sich hierbei, dass die bekannten unbemannten Fluggeräte lediglich eine Flugdauer in der Größenordnung von wenigen Stunden aufweisen und weiterführende Kontroll- und Inspektionsaufgaben mit den bekannten unbemannten Flugkörpern nicht durchführbar sind.
Die US 2006/0011777 A1 offenbart einen unbemannten Flugkörper in Form eines Drehflügelflugzeugs. Der Flugkörper weist einen rohrförmigen Rumpf mit zwei am Ende des Rumpfs angeordneten gegenläufigen Rotoren auf. Ein ausfahrbares Fahrwerk mit Fahrwerksbefestigung sowie eine Propellerbefestigung mittels eines homokinetischen Gelenks sind nicht offenbart.
Ein weiterer unbemannter Flugkörper ist aus der WO 2003/059735 A2 bekannt. Der offenbarte Flugkörper ist als ein Überwachungsfluggerät konzipiert. Der Flugkörper ist wiederum in Form eines Drehflügelflugzeugs mit einem im wesentlichen rohrförmigen Rumpf sowie zwei am Ende des Rumpfs angeordneten, gegenläufigen Rotoren ausgebildet. Ein Fahrwerk bzw. ein homokinetisches Gelenk zu Propellerlagerung ist nicht vorgesehen.
Die US 2003/0098388 A1 offenbart einen weiteren unbemannten Flugkörper. Der Flugkörper ist in Form eines kreisförmigen Senkrechtstarters ausgebildet und weist ein einziehbares Fahrwerk auf. Ein Hinweis auf eine Propellerbefestigung mittels eines homokinetischen Gelenks ist nicht offenbart.
Die DE 10 2004 061 977 A1 offenbart ein unbemanntes Überwachungsfluggerät mit einem Koaxialpropeller, wobei der dazugehörige Elektromotor kardanisch aufgehängt ist. Ein Hinweis auf ein Fahrwerk sowie die Möglichkeit zur Veränderung des Blatt- einstellwinkels ist nicht offenbart.
Die US 6,719,244 B1 offenbart die Verwendung homokinetischer Gelenke bei senkrecht startenden und landenden Flugzeug.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein unbemanntes Kontroll- und Überwachungsfluggerät sowie eine mobile Fluggerätebasis zur Führung des unbemannten Kontroll- und Überwachungsfluggerätes zur Verfügung zu stellen, so dass eine – insbesondere auf Schiffen – sichere Start- und Landefähigkeit des Fluggeräts gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 10 erfüllt.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße unbemannte Kontroll- und Überwachungsfluggerät umfasst einen Rumpf mit aerodynamisch wirksamen Auftrieb- und Steuerflächen, einen Propeller zum Antrieb des Überwachungsfluggerätes, eine Navigations-, Lenk- und Regelelektronik, eine Energieversorgungseinrichtung, ein ausfahrbares Fahrwerk mit Fahrwerksbremse, eine Multisensorausrüstung und eine Kommunikationseinrichtung zum Datenaustausch mit einer mobilen Fluggerätebasis. Bei dem erfindungsgemäßen Fluggerät ist der Propeller mittels eines homokinetischen Gelenks schwenkbar am Rumpf gelagert und der Propeller umfasst mindestens zwei durchlaufende Blätter, die jeweils mit Schlaggelenken an einer in Längsrichtung des Rumpfes ausgerichteten Propellerwelle gelagert sind, so dass eine Schlagbewegung der Blätter in Richtung der Propellerwelle bewirkbar ist. Zudem stehen die Blätter jeweils mit einer Verstelleinrichtung in Wirkverbindung, so dass eine Verstellung des Blattanstellwinkels der Blätter bewirkbar ist.
Durch die Schubvektorsteuerung und die Möglichkeit der Erzeugung einer direkten Seitenkraft sind in vorteilhafter Weise die Flugmanöver Langsamflug, Schwebeflug – mit waagrechten und vertikalen Rumpf – sowie Start und Landung des Fluggerätes mit waagrechtem und vertikalem Rumpf ermöglicht. Zudem ist durch eine Blattanstellwinkelumkehr mittels der Verstelleinrichtung eine Schubumkehr ermöglicht. Dies erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn beispielsweise aus Missionsgründen eine Landung des unbemannten Kontroll- und Überwachungsfluggerätes, z. B. bei starkem Seegang auf einem schwankenden Schiff vorgesehen ist, da somit nach einer vertikalen Landung auf dem Deck das unbemannte Kontroll- und Überwachungsfluggerät mittels der Schubumkehr auf das Landedeck niedergedrückt wird, so dass nach Auslösung der Fahrwerksbremse eine standsichere Ausrichtung des unbemannten Kontroll- und Überwachungsfluggeräts gewährleistet ist.
Vorzugsweise ist der Durchmesser des Propellers derart dimensioniert, dass im Betrieb mehr als die Hälfte der aerodynamischen wirksamen Auftriebs- und Steuerflächen vom Propellerluftstrom überstrichen werden. Dies hat den Effekt, dass die Auftriebs- und Steuerflächen auch noch im Langsam- oder Schwebeflug angeströmt werden und damit Auftrieb und Steuermomente liefern. In vorteilhafter Weise ist hierdurch ermöglicht, dass das unbemannte Kontroll- und Überwachungsfluggerät ausgewählte Beobachtungspositionen anfliegen und über längere Zeit einnehmen kann, die mit konventionellen Fluggeräten beispielsweise wegen der notwendigen geringen Geschwindigkeit und/oder Nähe zu Hindernissen nicht gefahrlos angeflogen werden können.
Um einen ausreichenden Schutz des Propellers gegen Kontakt mit Hindernissen zu gewährleisten ist dieser vorzugsweise mit einer Ummantelung versehen. Die Ummantelung kann in besonders vorteilhafter Weise in Form eines, mehrere Steuerflächen aufweisenden Kastenleitwerks, ausgebildet sein.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Ummantelung, der Propeller und die Auftriebs- und Steuerflächen über einen Faltmechanismus mehrfach z-faltbar. Hierdurch ist auf eine einfache Art und Weise eine platzsparende Aufbewahrung des Fluggerätes ermöglicht.
Vorzugsweise ist dabei das gefaltete Überwachungsfluggerät in einer Containerzelle gelagert. Dies hat den Vorteil, dass ein einfacher Transport des unbemannten Kontroll- und Überwachungsfluggerätes ermöglicht wird.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des Flugkörpers sind die Auftriebsflächen als Kreuzflügel und die Steuerflächen als Entenleitwerk ausgebildet.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung sind die Auftriebsflächen als gepfeilte V-Flügel und die Steuerflächen als Entenleitwerk ausgebildet. Zudem weist das unbemannte Kontroll- und Überwachungsfluggerät als weiteren Antrieb einen Rotor auf, der mit einer senkrecht zur Propellerwelle ausgerichteten Rotorwelle in Wirkverbindung zur Auftriebserzeugung steht. In vorteilhafter Weise ist durch den zusätzlichen Rotor sichergestellt, dass das Überwachungsfluggerät sowohl im Schwebeflug als auch im Langsamflug manövrierfähiger ist und bei gleichem Treibstoffverbrauch eine wesentliche größere Reichweite aufweist. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Strahlbelastung im Schwebeflug viel geringer ist, wodurch im Schwebeflug in sehr geringer Höhe (unter einem Meter) über unbefestigtem Gelände weniger Staub und Steine aufgewirbelt werden, was für die Multisensorausrüstung von Vorteil ist.
Um Beschädigungen des Rotors durch Hindernisse weitestgehend auszuschließen, weist der Rotor vorzugsweise eine Rotorummantelung auf.
Vorzugsweise umfasst die Multisensorausrüstung ein Radargerät und/oder eine multispektrale hochauflösende stabilisierte Telezoom-Kamera und/oder eine multispektrale hochauflösende stabilisierte Stereo-Kamera und/oder eine akustische Richtmikrophon-Fernabhör-, Fern-Geräusch-, und Fern-Sprach- Analyseeinrichtung mit Richtungspeilfähigkeit und/oder ein hochempfindliches chemisches Gasspürgerät nach dem Ion-Mobility-Spectrometer Prinzip sowie eine Zielverfolgungseinrichtung. Das Vorsehen mehrerer unterschiedlicher Sensorarten erweist sich als besonders vorteilhaft, da hierdurch eine Vielzahl von unterschiedlichen Überwachungsmissionen mit einem Fluggerät durchgeführt werden können. Da die unterschiedlichen Sensorarten sowohl autonom als auch gemeinsam arbeiten, ist, insbesondere durch einen Datenaustausch untereinander und eine gegenseitige Verifikation der Daten, die Gefahr einer Missinterpretation der Überwachungsdaten reduziert.
Die mobile Fluggerätebasis zum Führen eines unbemannten Kontroll- und Überwachungsfluggerätes umfasst mindestens eine Containerzelle mit einem gefalteten Überwachungsfluggerät, einen Energievorrat für das Überwachungsfluggerät, ein Flugführungs- und Steuerungssystem, eine Richtantenne samt Datenlink sowie einen Kontroll- und Auswerterechner. Durch die erfindungsgemäße Fluggerätebasis ist in vorteilhafterweise ein einfaches Verbringen des Fluggerätes, Starten bzw. Überwachen oder Führen einer Überwachungsmission durchführbar.
Vorzugsweise ist an mindestens einer Containerzelle eine ausklappbare Landeplattform angeordnet. Die Ausbildung einer ausklappbaren Landeplattform erweist sich als vorteilhaft, da hierdurch auch bei beengten Platzverhältnissen ein ausreichender Korridor für einen sicheren Start und eine sichere Landung zur Verfügung gestellt ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Flugführungs- und Flugsteuerungssystem ein Start- und Landeführungssystem und die Landeplattform weist eine optische Markierung des vorgesehen Aufsetzungspunktes auf. Durch das Schiffslandeführungssystem ist ein Landeanflug bei Tag und Nacht und schlechtem Wetter, gesteuert durch einen in der Bodenstation lokalisierten Piloten ermöglicht, der über den Breitbanddatenlink eine 360° Rundumsicht aus dem Fluggerät übermittelt bekommt, in die in alle Richtungen eine Warnanzeige integriert ist, die alle Hindernisse, die einen Sicherheitsabstand unterschreiten, verzugsfrei anzeigt, und nach der der Pilot das Fluggerät ferngesteuert in eine geeignete Position über dem Aufsetzpunkt positionieren kann. Aus dieser Position über dem fahrenden und bewegten Schiff wird sodann durch einen als Stand der Technik bekannten Flugregler, der das Fluggerät in eine definierte Position über der optischen Markierung des vorgesehenen Aufsetzungspunktes steuert, eine geführte, automatisierte Landung des Überwachungsfluggerätes auf den Aufsetzungspunkt, auch bei starkem Wind und hohem Seegang ermöglicht.
In vorteilhafter Weise umfasst das Flugführungs- und Flugsteuerungssystem ein Start- und Landeführungssystem. Zudem ist der Datenlink vorzugsweise als ein Breitbanddatenlink vom Fluggerät zur Bodenstation ausgebildet und wird über mindestens eine fliegende Relaisstation geführt, die direkt über dem Einsatzfluggerät in ausreichender Horizonthöhe zur Bodenstation positioniert ist. Die Ausbildung des Datenlinks als ein Breitbanddatenlink hat den positiven Effekt, dass eine schnelle Kommunikation gewährleistet ist und ausreichende Kapazitäten zur Datenübertragung zur Verfügung gestellt sind. Durch die spezielle Anordnung des ersten Relais- senders und die Anwendung eines horizontal-kreuzpolarisierten Sendesignals für den ersten Abschnitt des Sendepfades senkrecht nach oben können das Einsatzfluggerät und das erste Relais bei beliebiger Flugrichtung miteinander kommunizieren ohne die Antennen nachführen zu müssen. Über ein oder mehrere weitere Relais, die ein vertikal polarisiertes Sendesignal anwenden, ist eine weitere sichere Verbindung auch über den Horizont zur Bodenstation gewährleistet, die nicht durch Hindernisse unterbrochen werden kann.
Vorzugsweise ist an der Basis mindestens ein Manipulatorarm zum Herausheben des gefalteten Überwachungsfluggerätes aus einer Containerzelle angeordnet, wobei jede Containerzelle im Wirkbereich mindestens eines Manipulatorarms liegt. Hierdurch ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass ein einfaches, automatisiertes Herausheben des gefalteten Fluggeräts aus den Containerzellen ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung bewirkt der Manipulatorarm nach Entfaltung des Überwachungsfluggerätes zum Starten des flugbereiten Überwachungsfluggerätes eine katapultartige Trennung. Durch diese katapultartige Trennung ist ein sicherer Startvorgang gewährleistet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
Die Erfindung wird durch folgende, anhand den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, näher beschrieben.
In der Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und den Zeichnungen werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
1 Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen, unbemannten Kontroll- und Überwachungsfluggerät in einer Ansicht schräg von vorne;
2 das Überwachungsfluggerät aus 1 in der Draufsicht;
3 eine Detailansicht der Propelleranordnung des Überwachungsfluggerätes aus 1 und 2;
4 das Überwachungsfluggerät Landeposition mit vertikal und waagrecht ausgerichteten Rumpf;
5 das Überwachungsfluggerät aus 1 und 2 im gefalteten Zustand;
6 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungsfluggerätes, und
7 eine mobile Fluggerätebasis als Bestandteil eines Schiffes.
Das in 1 und 2 mehr oder minder schematisch und insgesamt mit Bezugsziffer 10 bezeichnete Überwachungsfluggerät weist einen Rumpf 12, einen Kreuzflügel 14, ein Entenleitwerk 16 vorne und einen Propeller 18 auf. Zudem weist das Überwachungsfluggerät eine, mehrere Sensoren 41, 42, 43, 44, 45 sowie eine Datenfusions- und Zielverfolgungseinrichtung 30 aufweisende Multisensorausrüstung auf. Wie 1 und 2 weiter zu entnehmen ist, ist der Propeller 18 zur Vermeidung von Beschädigungen, z. B. durch Hinderniskontakt, mit einer Ummantelung versehen. Diese ist vorliegend in Form eines mit dem Propeller mitschwenkbaren und hinter dem Propeller angeordneten Kastenleitwerks ausgebildet und weist mehrere verstellbare Steuerflächen auf.
Wie insbesondere aus 3 ersichtlich ist, ist der Propeller 18 mittels eines homokinetischen Gelenks 34 an einer Propellerwelle 36 gelagert und steht mit einer Betätigungseinrichtung 48 in Wirkverbindung. Hierdurch ist der Propeller 18 in Bezug zur Propellerwelle 36 vertikal und horizontal schwenkbar. Wie weiterhin 3 zu entnehmen ist, weist der Propeller 18 zwei, jeweils durchlaufende Propellerblätter 40 auf. Diese sind an der Propellerwelle 36 mit Schlaggelenken 42 gelagert, die eine Schlagbewegung der Propellerblätter 40 in Richtung der Propellerwelle 36 ermöglichen. Zudem ist über eine Verstelleinrichtung 44 der Blattanstellwinkel verstellbar. Durch die aerodynamischen Kräfte in Verbindung mit den Trägheitskräften am Propellerblatt wird bewirkt, dass der Schubvektor des Rotors immer der Ausrichtung der schwenkbaren Propellerdrehachse folgt, so dass durch die Schwenkbewegung eine Schubvektorsteuerung der Antriebsschubkraft ermöglicht ist.
Der Propeller 18 weist einen Propellerdurchmesser auf, der so bemessen ist, dass mehr als die Hälfte des Kreuzflügels 14 und des Entenleitwerkes 16 von dem Propellerluftstrom überstrichen werden, vgl. 2. Dies bewirkt, dass der Kreuzflügel 14 und das Entenleitwerk 16 auch noch im Langsam- oder im Schwebeflug angeströmt werden und damit Auftrieb und Steuermomente liefern. In Zusammenhang mit der Schubvektorsteuerung ist somit eine Kontrolle des Fluggerätes 10 um alle Achsen, sowie ein Schwebeflug mit horizontal und vertikal ausgerichtetem Rumpf 12 auch bei starkem Seitenwind möglich.
Aufgrund der guten flugmechanischen Eigenschaften ist das Fluggerät 10 bei unterschiedlichen Umweltbedingen einsetzbar. So kann beispielsweise bei starken Windverhältnissen, d. h. über 15 m/sec Windgeschwindigkeit, das Fluggerät 10 konventionell, d. h. mit waagrecht ausgerichtetem Rumpf 12 auf einem ausfahrbaren Fahrwerk 48 landen und durch Erzeugen eines Abtriebes mit dem angeblasenen Kreuzflügel mittels eines Flügelklappenausschlag 50 nach oben sowie Anziehen der Fahrwerksbremsen eine sichere Standposition einnehmen, während bei schwachem Wind, d. h. unter 15 m/sec, das Fluggerät 10 mit vertikal ausgerichtetem Rumpf 12 auf ein ausfahrbares Fahrwerk 48 herabsinkt, und nach dem Landen durch Richten des Schubvektors nach oben sowie Anziehen der Fahrwerksbremsen eine Arretierung auf dem Landedeck erreicht wird, vgl. 4.
Wie 5 zu entnehmen ist, sind der Kreuzflügel 14, das Entenleitwerk 16, die Propellerummantelung 32 und der Propeller 18 über einen Faltmechanismus 52 mehrfach z-faltbar, wodurch das Fluggerät 10 aus eigener Kraft so kompakt zusammenfaltbar ist, dass das gefaltete Fluggerät 10 in eine kleine Containerzelle 18 passt.
Das Multisensorsystem bestehend aus den Sensoren 20, 22, 24, 26 und 28 und der angeschlossenen Zielobjektverfolgungseinrichtung 30 ermöglicht in vorteilhafter Weise:

– die Ortung entfernter, frei sichtbarer, großer, bewegter Zielobjekte wie z. B. Schiffe auf See,
– die Ortung von nahen, verdeckten oder getarnten oder von einem Störhintergrund überstrahlten, kleinen bewegten und stationären Zielobjekten, wie z. B. Fahrzeugen, Personen in bebauter, bewaldeter oder bergiger Umgebung, oder auf inspizierten Schiffen,
– das Auffinden von an Straßen, Wegen und Gebäuden versteckten Minen und Sprengkörpern aus einem langsamen Schwebeflug dicht über dem Boden, die anhand der von ihnen emittierten Spurengase nach Entnahme von Luftproben analysierbar sind, sowie
– das Auffinden von Drogen, Sprengstoff, Waffen und Chemikalien aus dem Schwebeflug dicht über inspizierten Fahrzeugen, oder nach der Landung auf inspizierten Fahrzeugen, die anhand der von ihnen emittierten Spurengase nach Entnahme von Luftproben mit dem Artificial Nose Gasspürgerät gefunden werden.

Hierzu umfasst das Mulisensorsystem neben der Datenfusions- und Zielverfolgungseinrichtung 30 ein Bewuchs und Vegetation durchdringendes Radargerät 20, welches vorzugsweise bei 12 bis 16 cm Wellenlänge sendet, und

– zur großflächigen Suche nach bewegten Fahrzeugen eingesetzt wird und aus etwa 3 km Höhe bei Maximalgeschwindigkeit des Fluggerätes fahrende Schiffe auf See über große Entfernung findet (über 50 km), das aus 1 bis 2 km Höhe bei niedriger Fluggeschwindigkeit des Fluggerätes (100 km/h) fahrende Lastwagen, die sich frei sichtbar auf Straßen bewegen auf mittlere Entfernung (15 bis 30 km) findet,
– das fahrende Lastwagen, die sich von Bäumen verdeckt auf Waldstraßen bewegen, unter einem Blickwinkel mit einem Gefälle von 1 zu 3 bis minimal 1 zu 5 betrachtet, der bei normaler Waldhöhe zu einem Durchdringungsweg durch die Vegetation und Belaubung von unter 100 m führt und durch den das Radargerät die Ziele noch entdecken kann, die Ziele auf kleinere Ent fernung (3 bis 10 km) findet, aus 1 bis 2 km Höhe bei niedriger Fluggeschwindigkeit (kleiner als 100 km/h, möglicherweise in der Nähe von Hindernissen, die umflogen werden müssen) des Fluggerätes.

Eine multispektrale, hochauflösende stabilisierte Telezoom-Kamera 22 zur großflächigen Suche nach bewegten Fahrzeugen, welche in Gebieten mit vielen Radarstörechos, aber guter optischer Sicht eingesetzt wird, welche

– aus 2 bis 6 km Höhe bei Maximalgeschwindigkeit des Fluggerätes fahrende Schiffe auf See über große Entfernung findet (über 30 km) und
– aus 1 bis 4 km Höhe bei höchster Fluggeschwindigkeit des Fluggerätes fahrende Lastwagen, die sich frei sichtbar auf Straßen bewegen, auf mittlerer Entfernung (10 bis 20 km) findet.

Eine multispektrale, hochauflösende stabilisierte Stereo-Kamera 24, zur Suche über kleineren Gebieten nach neu aufgetauchten, verdeckten oder getarnten kleineren Fahrzeugen und Personengruppen und nach neu aufgetretenen Fahrzeugspuren im Gelände mit einem Änderungsdetektionsverfahren (Change Detection) an zwei zeitlich nacheinander aufgenommenen Bildserien desselben Gebietes, welches in Gebieten mit guter optischer Sich eingesetzt wird, welche

– aus 0,5 bis 3 km Höhe direkt über dem Ziel und bei mittlerer Geschwindigkeit des Fluggerätes (100 bis 300 km/h) versteckte oder getarnte kleinere Fahrzeuge und Personengruppen und Fahrzeugspuren im Gelände auf kurze Entfernung findet.

Eine akustische Richtmikrofon-Fernabhör- und Fern-Geräusch- und Fern-Sprach-Analyseeinrichtung 26 mit Richtungspeilfähigkeit, welche direkt über verdeckten Zielobjekten zur Suche nach Geräuschquellen eingesetzt wird, welche

– aus 0,5 bis 3 km Höhe direkt über dem Ziel und bei niedriger Geschwindigkeit des Fluggerätes (50 bis 100 km/h) verdeckte oder getarnte kleinere Fahrzeuge und Personengruppen findet, und
– bei einer Inspektion an Deck eines Schiffes nach Stimmen von versteckten Personen und nach Betriebsgeräuschen versteckter Geräte und Maschinen horcht.

Ein hochempfindliches chemisches Gasspürgerät (Artificial Nose) 28 nach dem Ion-Mobility-Spectrometer Prinzip, das mit extrem hoher Empfindlichkeit (Teile pro Billion Nachweisempfindlichkeit) in eingesaugten Luftproben, Spuren von Drogen, Sprengstoff, Waffenölen und Chemikalien nachweisen kann. Ein weiterer Einsatzfall ist die Suche nach an Straßen, unbefestigten Wegen, im Gelände und an oder in Gebäuden versteckten Minen und Sprengkörpern aus dem langsamen Schwebeflug dicht über dem Boden, die an Hand der emittierten Spurengase nach Entnahme von Luftproben mit dem Artificial Nose Spürgerät gefunden werden.
Zielobjekte, die beispielsweise zunächst nur mit einem der beiden Sensoren 24 und 26 aufgefasst werden, werden solange mit den anderen Sensoren 20, 22, 28 gesucht, bis soweit als möglich eine gegenseitige Verifikation des Zielobjektes erreicht wird. Weiterhin wird bei Signalverlusten in einem Sensor der andere Sensor zur weiteren Stützung der Zielverfolgung herangezogen, wodurch eine zuverlässigere Zielverfolgung erreicht wird. Für diese Aufgabe sind insbesondere die beiden Sensoren 24, 26 besonders geeignet, da sie von derselben Position aus zum selben Zeitpunkt effektiv messen können und auch vergleichbare Reichweiten haben, so dass ihre Messwerte besonders einfach fusioniert werden können für die kooperative Zielverfolgung.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen unbemannten Kontroll- und Überwachungsfluggerätes 10 ist in 6 dargestellt. Die zweite Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der bereits beschriebenen ersten Ausführungsform. Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform weist das unbemannte Kontroll- und Überwachungsfluggerät 10 gemäß der zweiten Ausführungsform als Auftriebsflächen einen gepfeilten V-Flügel 56 auf, und als weiterer Auftriebserzeuger ist ein Hubrotor 58 vorgesehen, der mit einer senkrecht zur Propellerwelle ausgerichteten Rotorwelle 60 in Wirkverbindung zum Antriebsmotor steht.
Der Rotor 58 weist zum Schutz gegenüber Beschädigung wiederum eine Rotorummantelung 62 auf, die über am Rumpf 12 und Entenleitwerk 16 angeordnete Streben 64 sowie den Flügelspitzen des V-Flügels 56 gehalten sind.
Ein Vorteil des zusätzlichen Rotors 58 ist, dass das Fluggerät 10 im Schwebeflug und im Langsamflug manövrierfähiger ist und bei gleichem Treibstoffverbrauch eine wesentlich größere Reichweite im Schwebeflug aufweist. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Strahlbelastung im Schwebeflug viel geringer ist, wodurch im Schwebeflug in sehr geringer Höhe (unter einem Meter) über unbefestigtem Gelände weniger Staub und Steine aufgewirbelt werden, was insbesondere für die zu erfüllenden Missionsaufgaben von Vorteil sein kann.
Eine mobile Fluggerätebasis 66 zur Führung des erfindungsgemäßen Fluggerätes 10 ist in 7 dargestellt. Die Fluggerätebasis 66 ist vorliegend auf einem Schiff, oder auf einem Landfahrzeug von ausreichender Größe, angeordnet und weist mehrere Containerzellen 58, einen Treibstoffvorrat für eine angemessene Betriebsdauer, ein von einem Bedienpersonal 70 zu bedienendes Flugführungs- und Flugsteuerungssystem 72, eine Richtantenne 74 samt Datenlink sowie einen Auswerterechner 76 auf. Zudem weist die Fluggerätebasis 66 an ihrer Oberseite eine bei Bedarf seitlich ausklappbare Landeplattform 78 sowie Manipulatorarme 80 auf.
Mit Hilfe der Manipulatorarme 80 ist es möglich, jedes der Fluggeräte 10 zum Start gefaltet aus den zugeordneten Zellen 54 nach oben herauszuheben und zu halten, bis sich das Fluggerät 10 entfaltet hat und anschließend, um eine schnelle Trennung beim Start des Fluggeräts 10 sicherzustellen, nach oben zu katapultieren, bzw. nach Landung des Fluggeräts 10 auf der Landeplattform 78 die gelandeten Fluggeräte 10 von der Landeplattform 78 aufzunehmen und festzuhalten, bis der Propeller 18 gestoppt ist und sich das Fluggerät 10 zusammengefaltet hat und das gefaltete Fluggerät 10 wieder in seiner Zelle 54 abzusetzen.
Über das Flugführungs- und Flugsteuerungssystem 72 ist über den speziellen Breitband-Datenlink eine komfortable und genaue Fernlenkung und Fernführung des Fluggerätes 10 durch das Bedienpersonal 26 ermöglicht.

10: Fluggerät
12: Rumpf
14: Kreuzflügel
16: Entenleitwerk
18: Propeller
20: Sensor, Radargerät
22: Sensor, Telezoom-Kamera
24: Sensor, Stereo-Kamera
26: Sensor, Richtmikrofon-Fernabhör- und Fern-Geräusch- und Fern-Sprach-Analyseeinrichtung mit Richtungspeilfähigkeit
28: Sensor, Spürgerät
30: Datenfusions- und Zielverfolgungseinrichtung
32: Propeller-Ummantelung
34: homokinetisches Gelenk
36: Propellerwelle
38: Betätigungseinrichtung
40: Propellerblätter
42: Schlaggelenk
44: Verstelleinrichtung
46: Propellerluftstrom
48: ausfahrbares Fahrwerk mit Fahrwerksbremse
50: Klappenausschlag
52: Faltmechanismus
54: Containerzelle
56: gepfeilter V-Flügel
58: Rotor
60: Rotorwelle
62: Rotor-Ummantelung
64: Streben
66: Flugführungsbasis
68: Schiff
70: Bedienpersonal
72: Flugführungs- und Flugsteuerungssystem
74: Richtantenne
76: Auswerterechner
78: Landeplattform
80: Manipulatorarm

Claims

Unbemanntes Kontroll- und Überwachungsfluggerät (10), umfassend – einen Rumpf (12) mit aerodynamisch wirksamen Auftriebs- und Steuerflächen (14, 56, 16); – einen Propeller (18) zum Antrieb des Überwachungsfluggerätes (10); – eine Navigations-Lenk- und Regelelektronik; – eine Energieversorgungseinrichtung; – ein ausfahrbares Fahrwerk (48) mit Fahrwerksbremse, – eine Multisensorausrüstung (20, 22, 24, 26, 28, 30), und – eine Kommunikationseinrichtung zum Datenaustausch mit einer Fluggerätebasis (66), wobei der Propeller (18) mittels eines homokinetischen Gelenks (34) über eine Betätigungseinrichtung (38) schwenkbar an einer in Längsrichtung (I) des Rumpfes (12) ausgerichteten Propellerwelle (36) gelagert ist und der Propeller (18) mindestens zwei durchlaufende Propellerblätter (40) umfasst, die jeweils mit Schlaggelenken (42) an der Propellerwelle (36) gelagert sind, sodass eine Schlagbewegung der Propellerblätter (40) in Richtung der Propellerwelle (36) bewirkbar ist, und die Propellerblätter (40) jeweils mit einer Verstelleinrichtung (44) in Wirkverbindung stehen, sodass eine Verstellung des Blattanstellwinkels der Propellerblätter (40) bewirkbar ist.
Unbemanntes Kontroll- und Überwachungsfluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller (18) einen Durchmesser aufweist der derart dimensioniert ist, dass im Betrieb mehr als die Hälfte der aerodynamisch wirksamen Auftriebs- und Steuerflächen (14, 56, 16) vom Propellerluftstrom (46) überstrichen werden.
Unbemanntes Kontroll- und Überwachungsfluggerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller (18) eine Ummantelung (32) als Hindernisschlagschutz aufweist.
Unbemanntes Kontroll- und Überwachungsfluggerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (32), der Propeller (18) und die Auftriebs- und Steuerflächen (14, 56, 16) über einen Faltmechanismus (52) mehrfach z-faltbar sind.
Unbemanntes Kontroll- und Überwachungsfluggerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gefaltete Überwachungsfluggerät (10) in einer Containerzelle (54) gelagert ist.
Unbemanntes Kontroll- und Überwachungsfluggerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftriebsflächen als Kreuzflügel (14) und die Steuerflächen als ein Entenleitwerk (16) ausgebildet sind.
Unbemanntes Kontroll- und Überwachungsfluggerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftriebsflächen als gepfeilte V-Flügel (56) und die Steuerflächen als Entenleitwerk (16) ausgebildet sind und dass als weiteren Auftriebserzeuger das Überwachungsfluggerät einen Hubrotor (58) aufweist, der mit einer senkrecht zur Propellerwelle (36) ausgerichteten Rotorwelle (60) in Wirkverbindung zum Antriebsmotor steht.
Unbemanntes Kontroll- und Überwachungsfluggerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (58) eine Rotorummantelung (62) als Hindernisschlagschutz aufweist.
Unbemanntes Kontroll- und Überwachungsfluggerät nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multisensorausrüstung ein Radargerät (20) und/oder eine multispektrale hochauflösende stabilisierte Telezoom-Kamera (22) und/oder eine multispektrale hochauflösende, stabilisierte Stereo-Kamera (24) und/oder eine akustische Richtmikrofon-Fernabhör-, Fern-Geräusch-, und Fern-Sprach-Analyseeinrichtung (26) mit Richtungspeilfähigkeit und/oder ein hochempfindliches chemisches Gasspürgerät (28), vorzugsweise nach dem Ion-Mobility-Spectrometer-Prinzip, und eine Datenfusions- und Zielverfolgungseinrichtung (30) umfasst.
Mobile Fluggerätebasis (66) zur Führung eines unbemannten Kontroll- und Überwachungsfluggerätes (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend – mindestens eine Containerzelle (54) mit einem gefalteten Überwachungsfluggerät (10); – einen Energievorrat für das Überwachungsgerät; – ein Flugführungs- und Flugsteuerungssystem (72); – eine Richtantenne (74) samt Datenlink; sowie – einen Kontroll- und Auswerterechner (76), wobei an mindestens einer Containerzelle (54) eine ausklappbare Landeplattform (78) angeordnet ist.
Mobile Fluggerätebasis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Landeplattform (78) eine optische Markierung des vorgesehenen Aufsetzungspunktes aufweist.
Mobile Fluggerätebasis nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Flugführungs- und Flugsteuerungssystem (72) ein Start- und Landeführungssystem umfasst, und dass durch das Schiffslandeführungssystem ein Landeanflug bei Tag und Nacht und schlechtem Wetter, ferngesteuert durch einen in der Bodenstation lokalisierten Piloten ermöglicht wird, der das Fluggerät ferngesteuert in eine geeignete Position über dem Aufsetzungspunkt positioniert, und dass aus dieser Position über dem fahrenden und bewegten Schiff sodann durch einen als Stand der Technik bekannten Flugregler, der das Fluggerät in eine definierte Position über der optischen Markierung des vorgesehenen Aufsetzungspunktes steuert, eine geführte, automatisierte Landung des Überwachungsfluggerätes auf den Aufsetzpunkt, auch bei starkem Wind und hohem Seegang, ermöglicht wird.
Mobile Fluggerätebasis nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenlink als Breitband-Datenlink vom Fluggerät zur Bodenstation ausgebildet ist und über mindestens eine fliegende Relaisstation geführt wird, die direkt über dem Einsatzfluggerät in ausreichender Horizonthöhe zur Bodenstation positioniert ist, und dass die spezielle Anordnung des ersten Relaissenders und die Anwendung eines horizontalkreuzpolarisierten Sendesignals für den ersten Abschnitt des Sendepfades senkrecht nach oben es dem Einsatzfluggerät und dem ersten Relais ermöglichen, bei beliebiger Flugrichtung miteinander zu kommunizieren ohne die Antennen nachführen zu müssen und dass die Verbindung vom ersten Relais zur Bodenstation über den Horizont und steile Hindernisse hinaus aufrecht erhalten werden kann.
Mobile Fluggerätebasis nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der Basis (66) mindestens ein Manipulatorarm (80) zum Herausheben des gefalteten Überwachungsfluggeräts (10) aus einer Containerzelle (54) angeordnet ist, wobei jede Containerzelle im Wirkbereich mindestens eines Manipulatorarms (80) liegt.
Mobile Fluggerätebasis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Manipulatorarm (80) nach Entfaltung des Überwachungsfluggeräts zum Starten des flugbereiten Überwachungsfluggeräts eine katapultartige Trennung bewirkt.