DE102009060804A1 - Device, particularly flight controller, for controlling or stabilizing aircraft, particularly rotor aircraft or fuselage or chassis frame, by utilizing gyro effect, has rotors, where outer torque is applied vertically to rotor rotating axis - Google Patents

Device, particularly flight controller, for controlling or stabilizing aircraft, particularly rotor aircraft or fuselage or chassis frame, by utilizing gyro effect, has rotors, where outer torque is applied vertically to rotor rotating axis Download PDF

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Abstract

The device, particularly flight controller, has rotors (1a,1b), where an outer torque is applied vertically to a rotor rotating axis. A reaction torque is generated in another axis by gyroscopic forces. The latter axis lies perpendicular to the rotor rotating axis and lies perpendicular to instantaneous rotation vector of outer rotational torque. An actuator (4a) is provided to displace a lateral center of gravity for controlling yaw axis (Z).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung auf Basis von Rotoren für Fluggeräte, welche mit Hilfe von Kreiselkräften gesteuert und stabilisiert werden. Hierbei macht man sich die Kenntnis des physikalischen Prinzips zu Nutze, dass ein Kreisel die Richtung seiner Drehachse etwa 90° zu einem auf ihn ausgeübten äußeren Drehmomentvektor ändert (Präzession).The invention relates to a device based on rotors for aircraft, which are controlled and stabilized by means of centrifugal forces. Here, one makes use of the knowledge of the physical principle that a gyroscope changes the direction of its axis of rotation about 90 ° to an external torque vector exerted on it (precession).

Vorzugsweise werden bei dieser Erfindung schnelldrehende rotationssymmetrische Rotoren zur Anwendung gebracht, auf die gezielt ein äußeres Drehmoment aufgebracht werden kann, welches dann durch Präzession ein Reaktionsmoment in einer anderen nicht parallelen Achse hervorruft. Das äußere Drehmoment kann hier auf unterschiedliche Weise und mit den üblichen Krafterzeugern realisiert werden. Diese sind zum Beispiel konventionelle aerodynamische Steuerflächen, Schubvektorisierung aber auch Schwerkraft und Trägheitskraft können zur Erzeugung des äußeren Moments herangezogen werden.Preferably, in this invention, fast rotating rotationally symmetric rotors are used, to which an external torque can be selectively applied, which then causes by precession a reaction torque in another non-parallel axis. The external torque can be realized here in different ways and with the usual force generators. These are, for example, conventional aerodynamic control surfaces, thrust vectoring but also gravity and inertial force can be used to generate the external moment.

Schnell drehende Rotoren zur Erzeugung von Vortrieb oder Auftrieb, wie zum Beispiel Propeller oder auch rotierende Zylinder, erzeugen am Fluggerät Kreiselkräfte, die als störend empfunden werden. Zum Beispiel bewirkt eine Drehung um die Flugzeugquerachse (Nickbewegung) durch die Kreiselkräfte eines Schubpropellers ein Giermoment und somit eine Gierbewegung. Die Dynamik der Gierbewegung hängt dabei vom Drehimpuls des Schubpropellers und dem, zum Beispiel von einem Höhenruder eingeleiteten Nickmoment ab. Auch bei Rotorflugzeugen, also bei Flugzeugen mit Rotoren zur Erzeugung des Auftriebs durch den Magnus Effekt, wurde bisher die Präzession als Problem gesehen, wofür Maßnahmen zur Minderung der Kreiselkräfte vorgesehen wurden. In der Offenlegungsschrift DE 3804415 A1 wird eine aerodynamische Steuerfläche (Querruder) vorgeschlagen, die die auftretenden Kreiselkräfte übersteuern soll. Insbesondere wird hier auf die geringe Steuerbarkeit im Langsamflug hingewiesen und als Lösung die Anordnung von aerodynamischen Steuerflächen im Propellerstrahl vorgeschlagen. Nachteilig bei dieser Lösung würde sich im Landeanflug bei reduziertem Propellerschub eine verminderte Steuerbarkeit zeigen. Zur Steuerung der Gierbewegung wird in dieser Offenlegungsschrift ein konventionelles Seitenruder vorgeschlagen.High-speed rotors for generating propulsion or buoyancy, such as propellers or rotating cylinders, generate centrifugal forces on the aircraft, which are perceived as disturbing. For example, a rotation about the aircraft transverse axis (pitching motion) by the gyroscopic forces of a pusher propeller causes a yawing moment and thus a yawing motion. The dynamics of the yawing motion depend on the angular momentum of the thrust propeller and, for example, an elevator initiated pitching moment. Even with rotor aircraft, ie aircraft with rotors to generate the buoyancy by the Magnus effect, precession was previously seen as a problem, for which measures were provided to reduce the centrifugal forces. In the published patent application DE 3804415 A1 an aerodynamic control surface (ailerons) is proposed, which should override the centrifugal forces occurring. In particular, attention is drawn here to the low controllability in slow flight and proposed as a solution, the arrangement of aerodynamic control surfaces in the propeller jet. A disadvantage of this solution would show a reduced controllability in landing approach with reduced propeller thrust. For controlling the yawing motion, a conventional rudder is proposed in this publication.

Generell kann man sagen, dass in der Luftfahrt mit wenigen Ausnahmen Kreiselkräfte nicht genutzt werden. Eine Ausnahme bildet die Verwendung eines Kreisels bei Cockpitinstrumente zur Flugnavigation. In der Raumfahrt jedoch werden Kreisel zur Stabilisierung und Steuerung von Raumflugkörpern eingesetzt, wobei zum Beispiel eine Drehzahländerung eines Schwungrades zu einer Lageänderung eingesetzt werden kann. Das Aufbringen von äußeren Drehmomenten durch eine aerodynamische Kraft oder durch eine Gewichtskraft ist bei klassischen Raumflugkörpern ausserhalb einer Atmosphäre und in großer Entfernung von Himmelskörpern nicht möglich.In general one can say that in aviation with few exceptions centrifugal forces are not used. An exception is the use of a gyroscope in cockpit instruments for air navigation. In aerospace, however, gyros are used to stabilize and control spacecraft, for example, a speed change of a flywheel can be used to change the position. The application of external torques by an aerodynamic force or by a weight force is not possible in classic spacecraft outside an atmosphere and at a great distance from celestial bodies.

Desweiteren soll erwähnt werden, dass zur Stabilisierung von Fluggeräten in der klassischen Lehre eine Zustandsgröße wie zum Beispiel eine Rollgeschwindigkeit mit Sensoren gemessen und einem Regelungssystem zugeführt wird, welches in Abhängigkeit von einer Abweichung vom Sollzustand eine Steuergröße wie zum Beispiel einen Querruderausschlag berechnet, der durch einen Aktuator dann eingestellt wird. Hierdurch können Schwingungen des Fluggeräts gedämpft werden.Furthermore, it should be mentioned that for the stabilization of aircraft in the classical teaching a state variable such as a rolling speed with sensors measured and fed to a control system which calculates a control variable as a function of a deviation from the target state, such as an aileron deflection by a Actuator is then set. As a result, vibrations of the aircraft can be damped.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, dass Fluggeräte mit Rotoren im gesamten Geschwindigkeitsbereich unter Ausnutzung von Kreiselkräften effektiv gesteuert und stabilisiert werden können.The object of the invention is to design a controller according to the preamble of patent claim 1 such that aircraft with rotors can be effectively controlled and stabilized by utilizing centrifugal forces in the entire speed range.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe von einer Flugsteuerung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach wird bei einer gattungsgemäßen Steuerung durch das Aufbringen eines äußeren Drehmoments senkrecht zu einer Rotordrehachse durch Kreiselkräfte ein Reaktionsmoment in einer anderen Achse hervorgerufen, die senkrecht zu der Rotordrehachse und senkrecht zu dem Drehvektor des äußeren Drehmomentes liegt. Durch diese Art der Ausnutzung des Kreiseleffektes ist es nun möglich ein Fluggerät, das mit Rotoren ausgerüstet ist, zu stabilisieren und zu steuern, ohne, wie bisher berichtet, negative Effekte wie Taumelbewegungen oder ungewolltes Verharren in einer Fluglage zu erwarten.According to the invention the object is achieved by a flight control with the features of claim 1. Accordingly, in a generic control by the application of an external torque perpendicular to a rotor axis of rotation caused by centrifugal forces a reaction torque in another axis, which is perpendicular to the rotor axis and perpendicular to the rotational vector of the external torque. By this way of utilizing the gyro effect, it is now possible to stabilize and control an aircraft equipped with rotors without, as previously reported, anticipating negative effects such as wobbling or unwanted persistence in attitude.

Das Aufbringen der äußeren Drehmomente auf einen Rotor kann durch aerodynamische Kräfte oder Gewichts- oder Trägheitskräfte erzeugt werden. Aerodynamischen Kräften können hier durch Ruderausschläge aber auch durch Schubvektorsteuerung aufgebracht werden. Besonders vorteilhaft ist die Ausnutzung der Gewichtskraft zur Erzeugung eines äußeren Drehmoments, da sie unabhängig von einer Anströmung durch Luft wirkt und somit auch bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten oder Schweben eingesetzt werden kann.The application of external torques to a rotor can be generated by aerodynamic forces or inertial forces. Aerodynamic forces can be applied here by rudder deflections but also by thrust vector control. Particularly advantageous is the utilization of the weight for generating an external torque, since it acts independently of an air flow and thus can be used even at low speeds or levitation.

Eine erfindungsgemäße Flugsteuerung umfasst mindestens einen Rotor, dessen Schwungmasse in Form von Kreiselkräften genutzt werden kann und mindestens einen Drehmomenten-Erzeuger, der ein äußeres Drehmoment auf diesen Rotor aufbringt.A flight control according to the invention comprises at least one rotor whose flywheel mass can be used in the form of centrifugal forces and at least one torque generator which applies an external torque to this rotor.

Flugversuche mit einem Rotorflugmodell, dessen Auftrieb durch zwei sogenannte Flettner Rotoren erzeugt werden, zeigten, dass eine seitliche Verschiebung des Schwerpunktes zu einem Giermoment führte. Das Gleiche war der Fall, wenn einer der beiden Flettner Rotoren mit einer abweichenden Soll-Drehzahl betrieben wurde, und somit unterschiedliche Auftriebskräfte pro Rotor ein Rollmoment induzierten, das zu einer Gierbewegung führte. Diese Erfahrungen führten zu der Idee, Kreiselkräfte gezielt zu Steuerung eines Fluggerätes einzusetzen. Flight tests with a rotor flight model, whose lift is generated by two so-called Flettner rotors, showed that a lateral displacement of the center of gravity led to a yaw moment. The same was the case when one of the two Flettner rotors was operated at a different target speed, and thus induced different buoyancy forces per rotor a rolling moment, which led to a yaw motion. These experiences led to the idea to use centrifugal forces targeted to control an aircraft.

Als bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung wird vorgeschlagen:

  • – ein konventionelles Seitenruder zur Rollsteuerung zu verwenden.
  • – ein konventionelles vertikal angebrachtes Querruder zur Giersteuerung zu verwenden.
  • – eine laterale Schwerpunktsverschiebung zur Giersteuerung zu verwenden.
  • – mindestens einen Rotor durch asymmetrisches Anströmen mit Hilfe mindestens eines Propellers zur Roll- oder Giersteuerung zu verwenden.
  • – mindestens zwei Rotoren mit unterschiedlicher Drehzahl zur Roll- oder Giersteuerung zu verwenden.
As preferred embodiments of the invention it is proposed:
  • - To use a conventional rudder for roll control.
  • - To use a conventional vertically mounted aileron for yaw control.
  • To use a lateral center of gravity shift for yaw control.
  • - To use at least one rotor by asymmetric flow using at least one propeller for roll or yaw control.
  • - To use at least two rotors with different speeds for rolling or yaw control.

Desweiteren wird vorgeschlagen die erfindungsgemäße Flugsteuerung mit einer konventionellen Flugsteuerung für die Längsbewegung zu kombinieren.Furthermore, it is proposed to combine the flight control according to the invention with a conventional flight control for the longitudinal movement.

Für die Queranströmung der rotierenden Zylinder ist jede Art von Gebläse einsetzbar, also z. B. ein Propellergebläse oder auch ein Axialgebläse nach Art eines sogenannten Fans, wie er bei modernen Strahltriebwerksflugzeugen zur Anwendung kommt. Auch Querstromgebläse oder der Einsatz von schlagenden Flügeln ist als Gebläse einsetzbar.For the Queranströmung the rotating cylinder each type of blower can be used, so z. As a propeller blower or an axial fan in the manner of a so-called fan, as it comes in modern jet engine aircraft used. Even cross-flow fans or the use of beating wings can be used as a blower.

Desweiteren wird vorgeschlagen, eine digitale Flugsteuerung zu verwenden, basierend auf Sensoren zur Erfassung des Flugzustands und Aktuatoren zum Aufbringen der äußeren Drehmomente auf Rotoren. Beim Entwurf der digitalen Flugsteuerung müssen die Kreiselkräfte mit berücksichtigt werden. Ähnlich wie die Derivative für aerodynamische Roll-Gier-Kopplungen können Derivative für die Kreiselkräfte in das flugmechanische Modell eingeführt werden, und darauf basierend ein Flugregler entworfen werden.Furthermore, it is proposed to use a digital flight control, based on sensors for detecting the state of flight and actuators for applying the external torques on rotors. When designing the digital flight control, the centrifugal forces must be taken into account. Similar to the derivatives for aerodynamic roll-yaw couplings, derivatives for the gyroscopic forces can be introduced into the flight mechanics model, and based thereon a flight controller can be designed.

Die erfindungsgemäße Flugsteuerung ist zur Anwendung bei allen Arten von Luftfahrzeugen geeignet, sofern sie mit drehenden Rotationskörpern ausgerüstet sind, wodurch ein Drehimpuls genutzt werden kann. Besonders vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Flugsteuerung bei Rotorflugzeugen eingesetzt werden, bei welchen die Rotoren zur Auftriebserzeugung verwendet werden.The flight control according to the invention is suitable for use in all types of aircraft, provided they are equipped with rotating bodies of revolution, whereby an angular momentum can be used. Particularly advantageously, the flight control according to the invention can be used in rotor aircraft, in which the rotors are used for lift generation.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Die dargestellten Fluggeräte sollen dabei keine Einschränkungen in der Konfigurationsvielfalt bedeuten. Sie können noch ergänzt werden um konventionelle Komponenten eines Fluggeräts wie zum Beispiel einem Rumpf, einem Fahrwerk usw..Reference to the accompanying drawings, embodiments of the invention will be explained. The illustrated aircraft should mean no restrictions in the variety of configurations. They can be supplemented with conventional components of an aircraft such as a fuselage, a landing gear, etc.

In den Zeichnungen zeigtIn the drawings shows

1 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Steuerung für ein Fluggerät mit zwei Rotoren (1a, 1b) und einem durch einen Aktuator (4a) lateral verschiebbaren Gewicht (5) zur Steuerung der Gierachse (Z). 1 A first embodiment according to the invention of a controller for an aircraft with two rotors ( 1a . 1b ) and one by an actuator ( 4a ) laterally displaceable weight ( 5 ) for controlling the yaw axis (Z).

2 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Steuerung für ein Fluggerät mit zwei Rotoren (1a, 1b) und einem Seitenruder (6) betätigt durch einen Aktuator (4b) zur Erzeugung eines aerodynamischen Giermoments (N) zur Steuerung der Rollachse (X). 2 1 shows a further embodiment of a controller for an aircraft with two rotors (FIG. 1a . 1b ) and a rudder ( 6 ) actuated by an actuator ( 4b ) for generating an aerodynamic yawing moment (N) for controlling the roll axis (X).

3 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Steuerung für ein Fluggerät mit zwei Rotoren (1a, 1b) und einem Querruder (8) betätigt durch einen oder zwei Aktuatoren (4c) zur Erzeugung eines aerodynamischen Rollmoments (L) zur Steuerung der Gierachse (Z). 3 1 shows a further embodiment of a controller for an aircraft with two rotors (FIG. 1a . 1b ) and an aileron ( 8th ) actuated by one or two actuators ( 4c ) for generating an aerodynamic rolling moment (L) for controlling the yaw axis (Z).

4 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Steuerung für ein Fluggerät mit zwei Propellern (7a, 7b) zur Veränderung der Anströmgeschwindigkeit der Rotoren (1a, 1b) und somit deren aerodynamischer Kräfte zur Erzeugung von Drehmomenten um die Rollachse (X) und/oder Gierachse (Z). Das Verhältnis der Drehgeschwindigkeiten (10a, 10b) zur Anströmgeschwindigkeit durch die Propeller (7a, 7b) bestimmt hierbei die Größe und Richtung des Rollmoments (L) und des Giermoments (N). 4 a further embodiment of a controller for an aircraft with two propellers ( 7a . 7b ) for changing the flow velocity of the rotors ( 1a . 1b ) And thus their aerodynamic forces to generate torques about the roll axis (X) and / or yaw axis (Z). The ratio of the rotational speeds ( 10a . 10b ) to the flow velocity through the propeller ( 7a . 7b ) determines the size and direction of the rolling moment (L) and the yawing moment (N).

Das in 1 schematisch dargestellte Fluggerät umfasst zwei Rotoren 1a und 1b die durch eine Antriebseinheit 2 in Drehung versetzt werden. Die Drehrichtungen 10a und 10b der Rotoren sind hier gleichsinnig gewählt. Die Hauptachsen des Fluggeräts sind eine Längsachse bzw. Rollachse X, eine Querachse Y und eine Hochachse bzw. Gierachse Z. Bewegt sich das Fluggerät in positiver X-Richtung, dann erzeugen die Rotoren 1a und 1b den nötigen Auftrieb für einen Horizontalflug. Eine erfindungsgemäße Ausführung besteht aus einer Antriebseinheit 2, einem Gelenk 3, einer Masse 5, einem Aktuator 4a und den Rotoren 1a, 1b. Am Gelenk 3 ist eine Masse 5 befestigt, die über einen Aktuator 4a, der an der Antriebseinheit 2 befestigt ist, seitlich ausgelenkt werden kann. Die in ausgelenkter Position befindende Masse 5* ist mit gestrichelter Linie eingezeichnet. Die Gewichtskraft der Masse 5* wirkt in der ausgelenkten Position als ein äußeres Drehmoment auf die Rotoren 1a, 1b. Durch die Kreiselkräfte der Rotoren 1a und 1b wird jedoch kein Rollmoment L sondern ein Giermoment N ausgeübt und dieses führt zu eine Gierbewegung um die Gierachse Z.This in 1 schematically represented aircraft comprises two rotors 1a and 1b by a drive unit 2 be set in rotation. The directions of rotation 10a and 10b the rotors are chosen in the same direction. The main axes of the aircraft are a longitudinal axis or roll axis X, a transverse axis Y and a vertical axis or yaw axis Z. When the aircraft moves in the positive X direction, the rotors generate 1a and 1b the necessary buoyancy for a horizontal flight. An embodiment according to the invention consists of a drive unit 2 , a joint 3 , a crowd 5 , an actuator 4a and the rotors 1a . 1b , At the joint 3 is a crowd 5 attached via an actuator 4a that is attached to the drive unit 2 is attached, can be deflected laterally. The mass in deflected position 5 * is drawn with a dashed line. The weight of the mass 5 * works in the deflected position as an external torque on the rotors 1a . 1b , Due to the centrifugal forces of the rotors 1a and 1b However, no rolling moment L but a yawing moment N is exercised and this leads to a yaw motion about the yaw axis Z.

Das in 2 schematisch dargestellte Fluggerät umfasst neben den zwei Rotoren 1a und 1b, die durch eine Antriebseinheit 2 in Drehung versetzt werden, ein an der Antriebseinheit 2 befestigtes Seitenruder 6, welches durch einen Aktuator 4b ausgeschlagen werden kann. Durch diesen Ausschlag wird ein aerodynamisches Moment um die Hochachse Z aufgebaut, welches als äußeres Drehmoment auf die Rotoren 1a und 1b wirkt. Durch die Kreiselkräfte der Rotoren 1a und 1b wird jedoch kein Giermoment N sondern ein Rollmoment L ausgeübt und dieses führt zu eine Rollbewegung um die Rollachse X.This in 2 schematically illustrated aircraft includes in addition to the two rotors 1a and 1b by a drive unit 2 be set in rotation, one on the drive unit 2 attached rudder 6 , which by an actuator 4b can be knocked out. This rash builds up an aerodynamic moment about the vertical axis Z, which acts as an external torque on the rotors 1a and 1b acts. Due to the centrifugal forces of the rotors 1a and 1b However, no yaw moment N but a rolling moment L is exercised and this leads to a rolling movement about the roll axis X.

Das in 3 schematisch dargestellte Fluggerät umfasst neben den zwei Rotoren 1a und 1b, die durch eine Antriebseinheit 2 in Drehung versetzt werden, ein an der Antriebseinheit 2 befestigtes Querruder 8, welches durch zwei Aktuatoren 4c ausgeschlagen werden kann. Durch den asymmetrischen Ausschlag wird ein aerodynamisches Moment um die Längsachse X aufgebaut, welches als äußeres Drehmoment auf die Rotoren 1a und 1b wirkt. Durch die Kreiselkräfte der Rotoren 1a und 1b wird jedoch kein Rollmoment L sondern ein Giermoment N ausgeübt und dieses führt zu eine Gierbewegung um die Hochachse Z.This in 3 schematically illustrated aircraft includes in addition to the two rotors 1a and 1b by a drive unit 2 be set in rotation, one on the drive unit 2 attached aileron 8th , which is powered by two actuators 4c can be knocked out. The asymmetric deflection creates an aerodynamic moment about the longitudinal axis X, which acts as external torque on the rotors 1a and 1b acts. Due to the centrifugal forces of the rotors 1a and 1b However, no rolling moment L but a yawing moment N is exercised and this leads to a yawing motion about the vertical axis Z.

Das in 4 schematisch dargestellte Fluggerät umfasst neben den zwei Rotoren 1a und 1b, die durch eine Antriebseinheit 2 in Drehung versetzt werden, zwei an der Antriebseinheit 2 befestigte Propeller 7a und 7b. Diese Propeller können nicht nur zur Erzeugung einer Vortriebskraft eingesetzt werden, sondern auch durch unterschiedliche Drehzahl eine asymmetrische Anströmung der Rotoren 1a und 1b erzeugen. Dies führt zu unterschiedlich starkem Staudruck an den zylinderförmigen Rotoren und somit zu unterschiedlich großen aerodynamischen Kräften wie Auftrieb und Widerstand. Abhängig von dem Verhältnis der Drehgeschwindigkeit der Rotoren 1a und 1b zu den Anströmgeschwindigkeiten durch die Propeller 7a und 7b wirken unterschiedliche äußere Drehmomente (in Richtung und Stärke) in der Rollachse X und in der Gierachse Z, die zu einer Gier- und/oder Rollbewegung führen. Die nichtlineare Charakteristik der rotierenden Zylinder als aerodynamische Körper ist in der Fachliteratur zu finden und deren Kenntnis ist für den erfolgreichen Entwurf einer erfindungsgemäßen Flugsteuerung erforderlich. Das in 4 dargestellte Fluggerät ist auch alleine durch unterschiedliche Drehzahlen der Rotoren 10a, 10b um die Gierachse Z und die Rollachse X steuerbar. Diese Drehzahlen müssen abhängig vom Flugzustand und dem erforderlichen Roll- oder Gierkommando berechnet werden und über die Antriebseinheit 2 eingestellt werden.This in 4 schematically illustrated aircraft includes in addition to the two rotors 1a and 1b by a drive unit 2 be set in rotation, two on the drive unit 2 attached propellers 7a and 7b , These propellers can be used not only to generate a propulsive force, but also by different speed an asymmetric flow of the rotors 1a and 1b produce. This leads to different dynamic pressure on the cylindrical rotors and thus to different sized aerodynamic forces such as buoyancy and resistance. Depending on the ratio of the rotational speed of the rotors 1a and 1b to the flow velocities through the propellers 7a and 7b Act different outer torques (in direction and strength) in the roll axis X and in the yaw axis Z, which lead to a yaw and / or rolling motion. The non-linear characteristic of the rotating cylinders as aerodynamic bodies can be found in the literature and their knowledge is required for the successful design of a flight control according to the invention. This in 4 illustrated aircraft is also alone by different speeds of the rotors 10a . 10b controllable about the yaw axis Z and the roll axis X. These speeds must be calculated depending on the flight condition and the required roll or yaw command and on the drive unit 2 be set.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3804415 A1 [0003] DE 3804415 A1 [0003]

Claims (11)

Vorrichtung auf Basis von Rotoren zur Steuerung und/oder Stabilisierung von Fluggeräten, insbesondere von Rotorflugzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen eines äußeren Drehmoments senkrecht zur Rotordrehachse, durch Kreiselkräfte ein Reaktionsmoment in einer anderen Achse hervorruft, die senkrecht zu der Rotordrehachse und senkrecht zu dem Drehvektor des äußeren Drehmomentes liegt.Device based on rotors for controlling and / or stabilizing aircraft, in particular rotor aircraft, characterized in that the application of an external torque perpendicular to the rotor axis, by centrifugal forces causes a reaction torque in another axis perpendicular to the rotor axis and perpendicular to the Rotational vector of the external torque is. Flugsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine laterale Schwerpunktverschiebung durch einen Aktuator (4a) zu einer Steuerung der Gierachse (Z) verwendet wird.Flight control according to claim 1, characterized in that a lateral center of gravity displacement by an actuator ( 4a ) is used to control the yaw axis (Z). Flugsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahldifferenz (10a, 10b) zwischen mindestens zwei oder mehr Rotoren (1a, 1b) zu einer Steuerung der Gierachse (Z) verwendet wird.Flight control according to one or more of the preceding claims, characterized in that a speed difference ( 10a . 10b ) between at least two or more rotors ( 1a . 1b ) is used to control the yaw axis (Z). Flugsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aerodynamisches Giermoment (N) aufgrund eines Seitenruderausschlags (6) zu einer Steuerung der Rollachse (X) verwendet wird.Flight control according to one or more of the preceding claims, characterized in that an aerodynamic yawing moment (N) due to a rudder deflection ( 6 ) is used to control the roll axis (X). Flugsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aerodynamisches Rollmoment (L) aufgrund eines Querruderausschlags (8) zu einer Steuerung der Gierachse (Z) verwendet wird.Flight control according to one or more of the preceding claims, characterized in that an aerodynamic rolling moment (L) due to a Querruderausschlags ( 8th ) is used to control the yaw axis (Z). Flugsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aerodynamisches Giermoment (N) aufgrund eines asymmetrischen Anblasens mindestens eines oder mehrerer Rotoren (1a, 1b) mit Hilfe eines oder mehrerer Gebläse (7a, 7b) zu einer Steuerung der Rollachse (X) verwendet wird.Flight control according to one or more of the preceding claims, characterized in that an aerodynamic yaw moment (N) due to an asymmetric blowing at least one or more rotors ( 1a . 1b ) with the help of one or more blowers ( 7a . 7b ) is used to control the roll axis (X). Flugsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aerodynamisches Rollmoment (L) aufgrund eines asymmetrischen Anblasens mindestens eines oder mehrerer Rotoren (1a, 1b) mit Hilfe eines oder mehrerer Gebläse (7a, 7b) zu einer Steuerung der Gierachse (Z) verwendet wird.Flight control according to one or more of the preceding claims, characterized in that an aerodynamic rolling moment (L) due to an asymmetric blowing at least one or more rotors ( 1a . 1b ) with the help of one or more blowers ( 7a . 7b ) is used to control the yaw axis (Z). Flugsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer konventionellen Vorrichtung zum Steuern von Fluggeräten kombiniert wird.Flight control according to one or more of the preceding claims, characterized in that it is combined with a conventional device for controlling aircraft. Flugsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer elektronischen Einheit Steuerkommandos berechnet werden und an Aktuatoren (4a, 4b, 4c) oder an eine Antriebseinheit (2) zur Steuerung der Drehzahlen von Rotoren (1a, 1b) und/oder Propeller (7a, 7b) weitergeleitet werden.Flight control according to one or more of the preceding claims, characterized in that with the aid of an electronic unit control commands are calculated and to actuators ( 4a . 4b . 4c ) or to a drive unit ( 2 ) for controlling the rotational speeds of rotors ( 1a . 1b ) and / or propellers ( 7a . 7b ) to get redirected. Flugsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung des Fluggeräts Zustandsgrößen der Rollbewegung um die Rollachse (X) gemessen und in einem System verarbeitet werden, wodurch dann zum Beispiel durch einen Aktuator (4b) ein Giermoment (N) erzeugt und somit eine Stabilisierung eines Fluggerätes in der Rollachse (X) erzielt wird.Flight control according to one or more of the preceding claims, characterized in that for stabilizing the aircraft, state variables of the rolling movement about the roll axis (X) are measured and processed in a system, whereby then, for example, by an actuator ( 4b ) generates a yaw moment (N) and thus a stabilization of an aircraft in the roll axis (X) is achieved. Flugsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung des Fluggeräts Zustandsgrößen der Gierbewegung um die Gierachse (Z) gemessen und in einem System verarbeitet werden, wodurch dann zum Beispiel ein Aktuator (4a) ein Rollmoment (L) erzeugt und somit eine Stabilisierung eines Fluggerätes in der Gierachse (Z) erzielt wird.Flight control according to one or more of the preceding claims, characterized in that for stabilizing the aircraft, state variables of the yawing motion about the yaw axis (Z) are measured and processed in a system, whereby then, for example, an actuator ( 4a ) generates a rolling moment (L) and thus a stabilization of an aircraft in the yaw axis (Z) is achieved.
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