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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Lagestabilisierung und Regelung eines Fluggerätes, insbesondere eines ferngelenkten Modellfluggerätes.
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Es sind verschiedene Lagestabilisierungs-Einrichtungen für Fluggeräte und insbesondere ferngelenkte Fluggeräte bekannt. Anfangs verwendete mechanische Systeme, Kreisel wurden zwischenzeitlich fast völlig von elektronischen Systemen verdrängt.
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In der
DE 199 13 651 B4 ist eine solche Einrichtung, insbesondere für die Steuerung- und Regelung in einem Hubschraubermodell beschrieben. Das in dieser Patentschrift genannte Gyroskop steuert und regelt die Bewegung um die Rotorachse, also das Heck des Hubschraubers, wobei in die Steuerung eine Abweichung zwischen einem Gierachsen-Winkelgeschwindigkeits-Referenzwert und einem Gierachsen-Steuersignal sowie eine Abweichung zwischen dem Gierachsen-Winkelgeschwindigkeits-Referenzwert und einem Ausgangssignal von dem Gierachsen-Winkelgeschwindigkeits-Sensor eingegeben wird, wobei dem Gegendrehmoment in Bezug auf die Gierachse, das durch die Hauptrotor-Anstellwinkel-Einstellung erzeugt wird, entgegengewirkt wird. Durch solche Steuerungen konnte auch eine Stabilisierung des Fluggerätes, z. B. die Heckbewegung eines Hubschraubers, bei z. B. Seitenwind erzielt werden, da die Steuerung der zusätzlichen erzeugten Kraft durch den Wind, welche eine zusätzliche Winkelgeschwindigkeit oder Beschleunigung am Fluggerät hervorruft, entgegenwirken.
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Das Steuerverhalten des Fluggerätes wird damit vereinfacht, da nicht ständig die zusätzlich auftretenden Kräfte zusätzlich ausgesteuert werden müssen. Derartige Systeme werden auch an Flächen-Fluggeräten auf verschiedenen Achsen eingesetzt um eine Stabilisierung der Seiten oder Höhenlage zu erreichen. Die Systeme sind grundsätzlich auf das jeweilige Fluggerät, wie z. B. ein ferngelenktes Flugmodell abzustimmen und/oder einzustellen, was in der Regel mittels Testflügen und Anpassungen erfolgt.
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Nachteilig bei den bekannten Systemen ist der hohe Aufwand für die Einstellung derartiger Systeme und die trotz des Stabilisierungssystems auftretenden Änderungen im Flugverhalten des Flugmodells bei unterschiedlichen äußeren Bedingungen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Lagestabilisierung und Regelung eines Fluggerätes, insbesondere eines ferngelenkten Modellfluggerätes zu schaffen, welche das Modell zuverlässig, bei verschiedenen äußeren Bedingungen stabilisiert und/oder regelt.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Fortbildungen und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind im Folgenden umfasst.
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Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung zur Lagestabilisierung und Regelung eines Fluggerätes, insbesondere eines ferngelenkten Modellfluggerätes, bestehend aus wenigstens einem Sensor zur Erfassung von Winkelgeschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen und/oder Bewegungen, mindestens einer Erfassungs-, einer Verarbeitungs- und einer Steuereinheit, welche Steuersignale unter Einbeziehung der ermittelten Werte der Sensoren an Steuerelemente des Fluggerätes weitergibt, wobei die Einrichtung über zusätzliche Elemente zur Erfassung der Anströmparameter des Fluggerätes verfügt und die Einrichtung über Mittel verfügt, die Regelempfindlichkeit in Abhängigkeit der Anströmparameter und weiterer Größen kontinuierlich zu variieren. Die bevorzugte Ausführung der Erfindung erlaubt daher, das Flugverhalten, bzw. den Grad der Stabilisierung und/oder Regelung abhängig von solchen Einflüssen wie Anströmgeschwindigkeit des Fluggerätes, Temperatur und/oder Luftdruck und/oder Luftfeuchtigkeit zu variieren. Dabei wird die Regelempfindlichkeit der Einrichtung im Betrieb verändert, wenn sich die äußeren Bedingungen ändern. Dies ist besonders bei der Anströmgeschwindigkeit am Modell schnell bemerkbar, da bei hohen Geschwindigkeiten die Ruderausschläge größere Wirkung haben als bei niedrigen Anströmgeschwindigkeiten. Dies gilt gleichermaßen bei hohen oder niedrigen Geschwindigkeiten des Modells über Grund als auch bei hohen und niedrigen Geschwindigkeiten von Wind. Als Pilot merkt man dies, da bei hohen Anströmgeschwindigkeiten deutlich geringere Steuerbewegungen nötig sind als dies bei geringeren Anströmgeschwindigkeiten der Fall ist. Durch die bevorzugte Ausführung wird auch die Regelempfindlichkeit der Einrichtung zur Lagestabilisierung und Regelung diesen Parametern angepasst und die Empfindlichkeit entsprechend kontinuierlich variiert.
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Die Einrichtung verfügt, abhängig von der bevorzugten Anwendung in unterschiedlichen Fluggeräten über wenigstens einen Sensor zur Erfassung von Winkelgeschwindigkeiten, Beschleunigungen und/oder Bewegungen auf einer Achse. Ein Flächen-Flug-Model wird daher bevorzugt mit Sensoren für drei Achsen ausgerüstet, jeweils einem für die Längs-Quer-, und Hochachse, welche bei einem Flächenmodell über die Steuereinheit die Höhen-, Seiten-, und Querruder, steuern, regeln und/oder korrigieren. Die Einheit selbst kann an die Bedürfnisse des Piloten bzw. dessen bevorzugten Flugstil angepasst werden indem eine Grundempfindlichkeit sowie maximal mögliche Steuereingriffe an der Einheit vorgegeben bzw. programmiert werden können. Analog würde ein Drehflügler Fluggerät, bzw. ein Hubschrauber ebenso mit Sensoren für die Längs-, Quer- und Hochachse ausgerüstet sein.
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Die Einrichtung, welche über zusätzliche Elemente zur Erfassung der Anströmparameter des Fluggerätes verfügt, ist bevorzugt mit wenigstens einem Anemometer und/oder Staudruckrohr und/oder Temperatur und/oder Luftdrucksensor und/oder Luftfeuchtesensor ausgerüstet, womit die Erfassung der Anströmgeschwindigkeit und weiterer äußerer Größen am Fluggerät erfolgen können. Die Regelempfindlichkeit kann somit in Abhängigkeit der ermittelten Anströmgeschwindigkeit und/oder Temperatur und/oder Luftdruck und/oder Luftfeuchte erfolgen. Die Regelempfindlichkeit wird dabei bevorzugt in der Verarbeitungseinheit der Einrichtung variiert, wie z. B. durch einen Microcontroller, welcher die zusätzlichen Werte berücksichtigt und entsprechend angepasste Werte an die Steuereinheit weitergibt, welche dann Steuerelemente im Fluggerät, wie z. B. Servos oder ähnliche elektrische Antriebe antreibt. Nach einer alternativen Ausführung können die ermittelten Werte aber auch einfach einer Verstärker oder Dämpfereinheit vor oder nach der Steuereinheit zugeführt werden, was ebenso eine Variation der Steuersignale bewirkt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung verfügt die Einrichtung zur Lagestabilisierung über einen GPS Empfänger, mittels welchem Flugparameter erfasst und für die Steuerung verwendet werden. Mittels der erhaltenen Daten des GPS Empfängers kann entweder die Geschwindigkeit des Modells über Grund ermittelt werden, welche wiederum zur Regelung und Stabilisierung der Einrichtung zugeführt werden oder es können bei bestimmten Modellen nur diese Werte verwendet werden. Für einen Hubschrauber kann ggf. die Erfassung von Anströmgeschwindigkeiten mittels Anemometer, Staudruckroh oder ähnlichem nicht erforderlich sein, die Anpassung der Steuersensibilität bei höheren Geschwindigkeiten jedoch trotzdem wünschenswert erscheinen.
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Mittels der erhaltenen Daten des GPS Empfängers sind somit auf Flugmanöver in definierten Höhenbereichen möglich. Die Steuerung und/oder Regelung könnte so eingestellt werden, dass das Fluggerät eine vorgegebene Höhe nicht über- oder unterschreitet, ein solches Flugmanöver müsste dann, in einem solchen möglichen Modus, bewusst und gewollt vom Piloten gesteuert werden.
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Die Einrichtung zur Lagestabilisierung und Regelung ist bevorzugt als kompakte Einheit ausgeführt um insbesondere dem oft begrenzten Platzangebot in einem Modell-Fluggerät Rechnung zu tragen. Auch ein GPS Empfänger und/oder der Empfänger für die Flugsteuersignale der Fernsteuerung des Piloten ist bevorzugt in eine solche kompakte Einheit integriert. Alternativ können die Einzelkomponenten auch einzeln verbaut und untereinander zu der erfindungsgemäßen Einrichtung verbindbar ausgeführt sein.
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Die Einrichtung zur Lagestabilisierung und Regelung ist bevorzugt mit einer Datenschnittstelle versehen und in vielen Bereichen programmierbar bzw. mit Parametern einstellbar. Die Regelempfindlichkeit der Einrichtung kann somit individuell an verschiedene Modelle angepasst ausgeführt sein, wofür auch ein Speicher in der Anlage vorgesehen sein kann um die Parameter mehrerer Modelle oder verschiedenen Flugstile hinterlegen zu können. Über eine solche Schnittstelle könnten auch Flugdaten des letzten Fluges erfasst, gespeichert und ausgelesen werden, welche anschließend ausgelesen und ausgewertet werden können, was insbesondere für Wettbewerbe, oder geographische Analysen interessant sein kann.
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Es ist auch möglich, dass die Einrichtung ihre Parameter oder Empfindlichkeiten während des Fluges selbst anpasst und sich damit selbst auf das Modell einstellt, bzw. optimiert. Eine manuelle Parametrisierung könnte dann entfallen oder zusätzlich möglich sein.
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Die schematische Darstellung in 1 zeigt eine mögliche Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Lagestabilisierung und Regelung.
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Bei der hier beispielhaft dargestellten Ausführung der Einrichtung zur Lagestabilisierung und Regelung eines Fluggerätes ist die Einrichtung 1 als eine kompakte Einheit ausgeführt in deren Gehäuse ein ein-, zwei-, oder dreiachs-Kreisel als Sensor 2 integriert ist. Der Sensor 2 ist mit einer Erfassungseinheit 3 verbunden, welche auch die Daten der weiteren Sensoren wie der Meßeinheit für die Anströmung 6 und/oder einer Temperatur und/oder Luftfeuchte und/oder Druckmeßeinheit 8 erfasst. Die Daten werden in einer Rechen und/oder Verarbeitungseinheit 4, welche als Microcomputer oder integrierte Steuerschaltung ausgeführt sein kann verarbeitet, mit den eigentlichen Steuersignalen von einem RC-Empfänger 9 abgeglichen und an Steuerelemente, in der Regel Servos 5 des Fluggerätes ausgegeben. Die in der Regel elektrischen Antriebseinheiten, Servos 5 steuern im Falle eines Flächenmodells die Ruder des Fluggerätes an oder beeinflussen bei einem Hubschrauber die Einstellung an der Taumelscheibe. Über eine Schnittstelle 10 lassen sich Parameter der Einrichtung 1 einstellen und verschiedene Stabilisierung einrichten oder Modell abhängig festlegen. Ein GPS Empfänger 7, welcher integriert sein kann gibt zusätzliche Informationen an die Verarbeitungseinheit 4, womit Funktionen wie der Flug in einem definierten Höhenniveau oder die Ansteuerung eines bestimmten Punktes möglich werden. Die Daten des Fluges können in einem Speicher des GPS Empfängers 7 oder der Verarbeitungseinheit 4 hinterlegt und später für Analysezwecke ausgelesen werden.
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Nachdem bevorzugte Ausführungen der Erfindung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben wurden, ist festzuhalten, dass die Erfindung nicht auf diese genauen Ausführungen beschränkt ist und dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen daran von einem Fachmann ausgeführt werden können, ohne dass vom Umfang der Erfindung, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist abgewichen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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