DE102013021884A1

DE102013021884A1 - Unbemanntes schwebefähiges Fluggerät sowie Verfahren zu dessen horizontalen lagestabilisierten Positionsänderung

Info

Publication number: DE102013021884A1
Application number: DE102013021884.5A
Authority: DE
Inventors: Chen-Ming Kuo; Chung-Hsin Kuo; Christian Boller
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: DE102013021884B4

Abstract

Beschrieben wird ein unbemanntes, vertikal start- und landefähiges sowie schwebefähiges Fluggerät, mit einer geradzahligen Anzahl n größer oder gleich vier motorisch angetriebener Rotorblattanordnungen, die über eine Tragstruktur miteinander verbunden sind, denen jeweils eine Rotationsachse zugeordnet ist, die in einer Ausgangsstellung parallel zueinander orientiert sind, sowie einer an der Tragstruktur angebrachten Sensoreinheit zur Fluglageerfassung sowie einer mit den motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen verbundenen Steuereinheit zur Flugüberwachung. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen jeweils schwenkbar um wenigstens eine Schwenkachse, die jeweils orthogonal zur Rotationsachse der n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen orientiert ist, an der Tragstruktur gelagert sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein unbemanntes schwebefähiges, vorzugsweise, vertikal start- und landefähiges Fluggerät, mit einer geradzahligen Anzahl n größer oder gleich vier motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen, die über eine Tragstruktur miteinander verbunden sind, denen jeweils eine Rotationsachse zugeordnet ist, die in einer Ausgangsstellung parallel zueinander orientiert sind, sowie einer an der Tragstruktur angebrachten Sensoreinheit zur Fluglageerfassung sowie einer mit den motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen verbundenen Steuereinheit zur Flugüberwachung.
Stand der Technik
Gattungsgemäße unbemannte Fluggeräte, die auf dem Hubschrauberprinzip basieren und zum Ausführen vertikaler Start- und Landemanöver sowie des Schwebefluges befähigt sind, gewinnen zunehmend an Interesse sowohl für wissenschaftliche als auch kommerzielle Einsatzzwecke, zumal derartige unbemannte Fluggeräte nahezu beliebig skalierbar, insbesondere kompakt und klein bauend ausgestaltet werden können und darüber hinaus über exzellente, stabile Flugeigenschaften verfügen, die denen von Flächenflugzeugen überlegen sind.
Eines der Hauptanwendungsgebiete dieser unbemannten Fluggeräte betrifft die Untersuchung bzw. Inspektion von Objekten und Arealen jeglicher Art, zu deren gesamtheitlichen visuellen bzw. messtechnischen Erfassen es unter Einsatz alternativer Techniken weitaus größeren Aufwendungen in Bezug auf Kosten, Zeit und instrumenteller Infrastruktur bedarf. Insbesondere für die Untersuchung schwer zugänglicher und für den Menschen gefährlicher Objekte und Areale bieten sich fernsteuerbare oder sich autonom fortbewegende, gattungsgemäße Fluggeräte an, die mit geeigneten Sensoren sowie auch wenigstens einer Kamera zur visuellen Erfassung eines zu untersuchenden Objektes bzw. Areals bestückt sind.
Gilt es beispielsweise ein optisch hoch auflösenden Szenebild von einem zu inspizierenden Objekt, beispielsweise von einem Gebäude, zu erstellen, so wird in der Regel eine Vielzahl von Einzelbildern von dem Objekt aufgenommen. Hierzu wird die an dem Fluggerät angebrachte Kamera in einem vorgebbaren Abstand zum Objekt und längs einer in Abhängigkeit von Form, Größe und Beschaffenheit des zu inspizierenden Objektes abhängigen Bewegungstrajektorie bewegt, während die Kamera mit einer vorgegebenen Bildwiederholfrequenz Einzelbilder von dem zu inspizierenden Objekt aufnimmt.
Die während des Vorbeifluges aufgenommene Vielzahl von Einzelbildern wird in einem nachgeordneten Bildbearbeitungsprozess mit Hilfe der so genannten Stitching-Technik, mit der ein nahtloses Zusammenfügen jeweils zweier Bilder zu einem Gesamtbild möglich ist, zu einen hoch auflösenden Gesamtbild des zu inspizierenden Objektes zusammengefügt. Hierbei kommt es jedoch häufig vor, dass einzelne Bildaufnahmen über eine unzureichende Qualität verfügen und als Ausschuß der weiteren Bildbearbeitung nicht zur Verfügung gestellt werden können. Die verminderte Bildqualität rührt unter anderem von unkontrollierten Schwenkbewegungen her, die das Fluggerät vollzieht, wodurch die Blickrichtung der Kamera nachhaltig beeinflusst wird. Bei der Bildauswertung gilt es somit fehlerhafte Einzelbildaufnahmen von den Übrigen zu selektieren, mit denen ein nahtloses Zusammenfügen zu einem hoch auflösenden Gesamtbild möglich ist.
Mit heutigen unbemannten Fluggeräten der vorstehenden Gattung, an denen zu Zwecken zumindest einer Lagestabilisierung der an dem Fluggerät angebrachten Kamera eine kardanische Aufhängemechanik eingesetzt wird, kann der Anteil an unbrauchbarem Bildmaterial zur Erstellung eines hoch auflösenden Gesamtbildes reduziert werden, gleichwohl können erfahrungsgemäß lediglich 10% aller aufgenommenen Bilder zur Gesamtbilderstellung verwendet werden. Der Rest muss als Ausschuss betrachtet werden. So enthalten als fehlerhaft zu beurteilende Bildaufnahmen gegenüber einer exakten Horizontausrichtung schräg zur Horizontlinie geneigte Bildausschnitte, wodurch ein nahtloses Zusammenfügen zweier relativ zur Horizontlinie benachbart aufgenommener Einzelbilder nicht möglich ist. Ein Verkippen bzw. ein Neigen der zumeist fest an dem unbemannten Fluggerät montierten Kamera rührt systembedingt von der Navigation des auf dem Hubschrauberprinzip basierenden Fluggerätes her, zu dessen Fortbewegung, beispielsweise längs einer horizontalen Bewegungstrajektorie, die durch die Rotorblattanordnung vorgegebene Rotationsebene in Fortbewegungsrichtung zu neigen ist, wodurch auch das gesamte Fluggerät eine entsprechende Lageänderung erfährt, die sich jedoch in Bezug auf die vorstehend erwähnte Bildaufnahme nachteilhaft auswirkt.
An sich bekannte, unbemannte gattungsgemäße Fluggeräte verfügen zumeist über eine geradzahlige Anzahl n von motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen, die über eine feste Tragstruktur miteinander verbunden sind. Die Rotationsachsen der motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen sind typischerweise parallel zueinander orientiert und die Drehrichtungen der einzelnen Rotoren sind derart aufeinander abgestimmt, so dass sich ein auf das Fluggerät auswirkendes Gesamtdrehmoment vollständig aufhebt, d. h. eine Hälfte der Rotorblattanordnungen rotiert im Uhrzeigersinn, die Andere entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn. Zu Zwecken der Navigation und dem Ausführen koordiniert kontrollierter Flugbewegungen sind an der Tragstruktur sowohl wenigstens eine Sensoreinheit zur Fluglageerfassung sowie eine mit den motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen verbundene Steuereinheit zur Flugüberwachung vorgesehen. Als typisches Beispiel sei ein an sich bekannter Oktokopter genannt, der über acht motorisch angetriebene Rotorblattanordnungen verfügt, die an einer Tragstruktur, zumeist gleich verteilt um einen, dem Fluggerät zuordenbaren Schwerpunkt angebracht sind. Der Durchmesser einer virtuellen Kreislinie, längs der die acht motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen angebracht sind, weist typischerweise Durchmesser in der Größenordnung von 1 m oder kleiner auf. Deartige Oktokopter vermögen Nutzlasten von bis zu 2 kg zu tragen und ermöglichen in Abhängigkeit der mitgeführten Batteriekapazität für die Stromversorgung der acht elektromotorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen Maximalflugzeiten von etwa 20 Minuten.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von einem vorstehend erläuterten, unbemannten, schwebefähigen, vorzugsweise vertikal start- und landefähigen Fluggerät liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Fluggerät mit einer geradzahligen Anzahl n größer oder gleich vier motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen, die über eine Tragstruktur miteinander verbunden sind und denen jeweils eine Rotationsachse zugeordnet ist, die in einer Ausgangsstellung parallel zueinander orientiert sind, derart weiterzubilden, dass das Fluggerät bei navigationsbedingten Positionsänderungen keine oder nur vernachlässigbar große Lageänderungen im Sinne von Nick-Roll- oder Gierbewegungen, in Bezug auf die Tragstruktur des Fluggerätes erfährt, um auf diese Weise die Voraussetzung dafür zu schaffen, dass bei visuellen Objektuntersuchungen mit Hilfe fluggerätgestützter Bildaufnahmesysteme der Anteil von durch störende Schwenkbewegungen verursachten Ausschuss an Bildmaterial signifikant reduziert bis hin zu vollständig vermieden werden soll.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Ein lösungsgemäßes Verfahren zur horizontalen Positionsänderung eines unbemannten Fluggerätes ist in Anspruch 9 angegeben. Merkmale, die den Lösungsgedanken in vorteilhafter Weise auszubilden in der Lage sind, sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung, insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele beschrieben.
Lösungsgemäß zeichnet sich ein unbemanntes, vertikal start- und landefähiges sowie schwebefähiges Fluggerät nach den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch aus, dass die n motorisch angetriebenen Roboterblattanordnungen jeweils schwenkbar um wenigstens eine Schwenkachse, die jeweils orthogonal zur Rotationsachse der n motorisch angetriebenen Roboterblattanordnungen orientiert ist, an der Tragstruktur gelagert sind.
Zur dreidimensionalen Positionsänderung eines gattungsgemäßen unbemannten Fluggerätes mit n ≥ 4 motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen werden in üblicherweise die Rotationsgeschwindigkeiten jeder einzelnen Rotorblattanordnung aufeinander abgestimmt, um das Fluggerät längs der drei Raumachsen, x-, y- und z-Achse, eines dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems zu bewegen. Zur Illustration dieses an sich bekannten Bewegungsprinzips sei auf 2 verwiesen, die in vier Einzelbilddarstellungen a, b, c, d jeweils über eine symmetrisch, kreuzförmig ausgebildete Tragstruktur T vier motorisch angetriebene Rotorblattanordnungen 1, 2, 3, 4 darstellen. Die innerhalb der Rotorblattanordnungen 1, 2, 3, 4 angedeuteten Pfeile geben den jeweiligen Drehsinn sowie in Abhängigkeit der Pfeilstärke die jeweilige Drehgeschwindigkeit der Rotorblattanordnungen 1, 2, 3, 4 an.
Im Falle der 2a werden die entgegen des Uhrzeigersinns rotierenden Rotorblattanordnungen 1, 3 mit einer geringeren Rotationsgeschwindigkeit betrieben, als die im Uhrzeigersinn rotierenden Rotorblattanordnungen 2, 4. Dies führt zu einem auf die Tragstruktur T wirkenden Drehmoment τ entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn, d. h. die Tragstruktur T und damit das gesamte Fluggerät vollzieht eine Drehung um die z-Achse nach links. Mit anderen Worten, das Fluggerät vollzieht eine Gierbewegung um die Hochachse nach links. Im Fall der Bilddarstellung gemäß 2b ist der umgekehrte Fall illustriert, bei dem das Fluggerät eine Gierbewegung um die Hochachse z nach rechts durchführt, wobei die Rotorblattanordnungen 1, 3 mit einer höheren Rotationsgeschwindigkeit betrieben werden als die Rotorblattanordnungen 2, 4. Im Falle der 2c führt das Fluggerät eine kontrollierte Vertikalbewegung längs der z-Achse aus. Im Falle der 2d ist die Fortbewegung des Fluggerätes längs einer horizontalen Richtung, im dargestellten Beispiel nach rechts längs der x-Achse orientiert, wobei die Rotationsgeschwindigkeit der Rotorblattanordnung 2 größer ist als die der Rotorblattanordnung 2 diametral gegenüberliegende Rotorblattanordnung 4. In diesem Fall neigt sich die Tragstruktur T des Fluggerätes um die y-Achse, um den Vortrieb längs der x-Achse zu ermöglichen. Das Fluggerät vollzieht somit eine Rollbewegung nach rechts um die y-Achse.
Die vorstehend erläuterten Lageänderungen des Fluggerätes, insbesondere die erforderliche Rollbewegung in 2d zur Ausübung einer geradlinigen Fortbewegung längs der x-Achse, wirken sich störend auf die Bildaufnahme zur visuellen Inspektion von Objekten aus, die es lösungsgemäß zu vermeiden gilt. Insbesondere Roll- und Nickbewegungen um Horizontalachsen sowie auch so genannte Gierbewegungen um die Hochachse, die der z-Achse im kartesischen Koordinatensystem entspricht, gilt es aus Gründen einer möglichst störungsfreien translatorischen Bewegung einer an einem Fluggerät angebrachten Kamera zu vermeiden.
In Abkehr von bisher bekannten Fluggeräten mit einer geradzahligen Vielzahl motorisch angetriebener Rotorblattanordnungen, deren Rotationsachsen jeweils starr über eine Tragstruktur miteinander verbunden sind, ermöglicht das lösungsgemäße Fluggerät zur Einleitung bzw. Änderung von Bewegungszuständen ein Verkippen bzw. Schwenken der Rotationsachsen der Rotorblattanordnungen um wenigstens eine, vorzugsweise zwei orthogonal zu den jeweiligen Rotationsachsen orientierten Schwenkachsen, so dass die Schwenkbewegungen der Rotorblattanordnungen relativ zur Tragstruktur des Fluggerätes ausgeführt werden können.
Je nach Ausbildung, Anzahl und Anordnung der n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen an der Tragstruktur sind die jeweils motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen einzeln, in ausgewählten Gruppen, die jeweils m = n/(2·i) Rotorblattanordnungen umfassen, mit i = 1, 2, 3, 4 ..., oder gesamtheitlich um die jeweils wenigstens eine Schwenkachse, vorzugsweise wenigstens zwei Schwenkachsen auslenkbar gelagert.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rotationsachsen der n motorisch angetriebenen Roboterblattanordnungen gleich verteilt um einen, dem Fluggerät zugeordneten Schwerpunkt bzw. um eine den Schwerpunkt schneidende Raumachse angeordnet. Bevorzugte Konstellationen stellen Quadro-, Hexa-, Okto- oder Dekakopter-Fluggeräte dar, deren Tragstruktur sternförmig ausgebildet ist, d. h. radial verlaufende, sternförmig miteinander mittel- oder unmittelbar verbundene Verbindungsstreben aufweist, an denen radial endseitig jeweils eine motorisch angetriebene Roboterblattanordnung angebracht ist. Längs der einzelnen Verbindungsstreben ist jeweils wenigstens ein servomotorisch angetriebener Schwenkmechanismus angebracht, durch den die jeweilige motorisch angetriebene Roboterblattanordnung orthogonal zu der dieser Rotorblattanordnung zuordenbaren Rotationsachse schwenkbar gelagert ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel zur Ausbildung des lösungsgemäß ausgebildeten Fluggerätes ist die Tragstruktur in Art eines „H” ausgebildet, d. h. die Tragstruktur verfügt über zwei gleich lang parallel zueinander verlaufende Tragstrebenelemente, die jeweils mittig über eine orthogonal zu den Tragstrebenelementen orientierte Verbindungsstrebe miteinander verbunden sind.
An jeweils beiden Enden der Tragstrebenelemente ist eine der motorisch angetriebenen Roboterblattanordnungen angebracht, deren Rotationsachsen in der Ausgangsstellung, d. h. bei jeweils parallel zueinander orientierten Rotationsachsen, wie sie in der Start-, Schwebe- oder Landephase eingenommen wird, die durch die Tragstrebenelemente und die Verbindungsstrebe aufgespannte Ebene orthogonal schneiden. Zum Zwecke des Schwenkens bzw. Neigens der Rotationsachse der einzelnen motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen ist jeweils ein erster servomotorisch angetriebener Schwenkmechanismus an der Tragstruktur angebracht, so dass die an den Enden der Tragstrebenelemente angebrachten Rotorblattanordnungen entweder einzeln, paarweise oder gesamtheitlich um jeweils eine den jeweiligen Tragstrebenelemente zugeordnete Längsachse schwenkbar sind. Ferner können die Tragstrebenelemente einzeln oder gemeinsam mittels wenigstens eines zweiten servomotorisch angetriebenen, an der Tragstruktur angebrachten Schwenkmechanismus um eine der Verbindungsstrebe zugeordneten zweiten Längsachse, die orthogonal zu den Längsachsen der Tragstrebenelemente orientiert ist, geschwenkt werden. Zur näheren Erläuterung der orthogonal zueinander orientierten Schwenkachsen, um die die vier jeweils an der „H”-förmigen Tragstruktur angebrachten motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen geschwenkt werden können, sei auf ein im Weiteren illustriertes Ausführungsbeispiel verwiesen.
Mit Hilfe des lösungsgemäßen Konzeptes der schwenkbaren Anbringung motorisch angetriebener Rotorblattanordnungen an einer Tragstruktur eines Fluggerätes ist es möglich, eine Positionsänderung im dreidimensionalen Raum des Fluggerätes durchzuführen, ohne dabei die räumliche Lage des Fluggerätes selbst zu ändern. Hierbei wird das Fluggerät ausgehend von einem ersten Bewegungszustand, in dem sich das Fluggerät beispielsweise in einer horizontalen Fluglage befindet und entweder einen stationären Schwebezustand einnimmt oder sich längs einer horizontalen Bewegungstrajektorie gleichförmig fortbewegt, in einen zweiten Bewegungszustand überführt, ohne dabei die horizontale Fluglage zu verändern, und dies lediglich durch Verkippen der Rotationsachse wenigstens eines der n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen um wenigstens eine Schwenkachse, die orthogonal zur Rotationsachse der wenigstens einen Rotorblattanordnung orientiert ist.
Vorzugsweise werden zur Änderung des Bewegungszustandes des Fluggerätes längs einer horizontalen Bewegungsebene, die der x-y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems entspricht, wenigstens zwei der n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen derart aufeinander abgestimmt um die den jeweiligen Rotorblattanordnungen zugeordneten Rotorachsen geschwenkt, so dass das Fluggerät eine ausschließlich längs der x-y-Ebene wirkende Beschleunigungskraft erfährt. Hierbei können optional die Motordrehzahlen der n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen mit Hilfe einer bordeigenen Steuereinheit derart aufeinander abgestimmt werden, um möglicherweise geringfügig auftretende Roll-, Nick- und/oder Gierbewegungen des Fluggerätes nahezu vollständig auszuschließen.
Eine vorstehende zusätzliche Korrektur bzw. Anpassung der Motordrehzahlen der jeweiligen motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Fluggerätes nicht nötig, das über vier motorisch angetriebene Rotorblattanordnungen verfügt, die jeweils an den Ecken eines virtuellen Vierecks angeordnet sind, dessen Zentrum von einer den Schwerpunkt des Fluggerätes schneidenden Schwerpunktachse durchsetzt wird. Wird eine Änderung des Bewegungszustandes eines derartigen Fluggerätes längs einer geradlinigen Bewegungstrajektorie durchgeführt, die die Schwerpunktachse sowie eine geometrische Mitte einer Viereckseite des virtuellen Vierecks schneidet, so können während der Änderung des Bewegungszustandes des Fluggerätes die Drehzahlen sämtlicher motorisch angetriebener Rotorblattanordnungen konstant gehalten werden. Weitere diesbezügliche Einzelheiten können einem illustrierten Ausführungsbeispiel im Weiteren entnommen werden.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
1a, b schematisierte Draufsicht eines lösungsgemäß ausgebildeten Fluggerätes in Art eines Quadokopters mit

a) sternförmiger Tragstruktur sowie
b) „H”-förmiger Tragstruktur,

2 Illustrationen einer konventionellen Quadokopter-Anordnung zur Verdeutlichung der Lageänderung durch Drehzahlvariation der einzelnen motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen,
3a, b Illustrationen zweier Fortbewegungsmöglichkeiten eines sternförmig ausgebildeten Quadrokopter-basierten lösungsgemäßen Fluggerätes,
4a, ”b Illustrationen von Kräften und Drehmomenten, die bei einem lösungsgemäß ausgebildeten Fluggerät mit vier motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen

a) bei einer sternförmigen und
b) einer „H”-förmigen Tragstruktur auftreten,

5a, b Diagramme zur Illustration der Lageänderung eines Fluggerätes in „+-Konfiguration”
6a, b Diagramme zur Illustration der Lageänderung eines Fluggerätes in „+-Konfiguration” mit Flugsteuerung und
7a, b Diagramme zur Illustration der Lageänderung eines Fluggerätes in „x-Konfiguration”.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
1a zeigt eine schematische Draufsicht auf ein lösungsgemäß ausgebildetes Fluggerät, das über vier motorisch angetriebene Rotorblattanordnungen 1, 2, 3, 4 verfügt, die allesamt über eine Tragstruktur T miteinander verbunden sind. Die Tragstruktur T weist vier sternförmig angeordnete und miteinander verbundene Verbindungsstreben T1, T2, T3, T4 auf, an deren freien Enden jeweils die motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen 1, 2, 3, 4 angebracht sind. Die Rotationsachsen R1, R2, R3, R4 der jeweiligen motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen 1, 2, 3, 4 sind parallel zueinander ausgerichtet und im dargestellten Beispiel gemäß 1a senkrecht zur Zeichenebene, die der x-y-Ebene entspricht, siehe das eingetragene kartesische Koordinatensystem, ausgerichtet.
Längs der jeweiligen Verbindungsstreben T1, T2, T3, T4 ist jeweils ein servomotorisch angetriebener Schwenkmechanismus S1, S2, S3, S4 angebracht, der die ihm längs der jeweiligen Verbindungsstrebe zugeordnete Rotorblattanordnung um die Längsachse der jeweiligen Verbindungsstrebe kontrolliert zu drehen bzw. zu schwenken vermag. Dies ist jeweils durch die in 1a längs der jeweiligen Verbindungsstreben T1, T2, T3, T4 eingezeichneten Doppelpfeile angedeutet. Repräsentativ für alle anderen Rotorblattanordnungen vermag bspw. der längs der ersten Verbindungsstrebe T1 angebrachte servomotorisch angetriebene Schwenkmechanismus S1 die erste motorisch angetriebene Rotorblattanordnung 1 um die längs der y-Richtung ausgerichtete Verbindungsstrebe T1 zu schwenken, so dass die Rotationsachse R1 der ersten Rotorblattanordnung 1 in oder entgegengesetzt zur x-Richtung verschwenkt werden kann. Dies gilt entsprechend für alle übrigen motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen 2, 3, 4.
Das in 1a dargestellte Ausführungsbeispiel ermöglicht somit mit Hilfe der einzelnen servomotorisch angetriebenen Schwenkmechanismen S1 bis S4 die Rotorblattanordnungen 1 bis 4 einzeln, unabhängig voneinander um die jeweiligen Längsachsen der jeweiligen Verbindungsstreben T1, T2, T3, T4 auszulenken. Für eine koordinierte und aufeinander abgestimmte Auslenkung sämtlicher Rotorblattanordnungen 1 bis 4 sind die servomotorisch angetriebenen Schwenkmechanismen S1 bis S4 mit der ebenfalls an der Tragstruktur T vorgesehenen Steuereinheit 5 verbunden. Nur der guten Ordnung halber sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Steuereinheit 5 zusätzlich eine Sensoreinheit 6 enthält, mit der die aktuelle Fluglage des lösungsgemäß ausgebildeten Fluggerätes erfassbar ist und durch die in Verbindung mit der Steuereinheit 5 sämtliche Rotorblattanordnungen 1 bis 4 angesteuert werden, um erforderlichenfalls für eine stabile Fluglage zu sorgen.
Alternativ zur separaten Einzelauslenkung der Rotorblattanordnungen 1 bis 4 längs der diesen zugeordneten Verbindungsstreben T1 bis T4, können die Verbindungsstreben T1 und T3 bzw. T2 und T4 jeweils als durchgängige, einheitliche Verbindungsstreben ausgebildet sein, längs der die Rotorblatteinheiten 1 und 3 bzw. 2 und 4 unmittelbar miteinander verbunden sind. Auf diese Weise lassen sich die Rotorblattpaare 1 + 3 sowie 2 + 4 jeweils mit Hilfe eines geeignet ausgebildeten Schwenkmechanismus gemeinsam um die Längsachse ihrer Verbindungsstrebe T1 + T3 bzw. T2 + T4 schwenken.
Demgegenüber ist die Tragstruktur T des in 1b illustrierten Fluggerätes in Art eines „H” ausgebildet, d. h. die Tragstruktur T verfügt über zwei gleichlang zueinander verlaufende Tragstrebenelemente 7, 8 auf, die beide mittig über eine orthogonal zu den Tragstrebenelementen 7, 8 orientierte Verbindungsstrebe 9 miteinander verbunden sind. An den Enden der beiden Tragstrebenelemente 7, 8 sind die motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen 1, 2, 3, 4 angebracht. Wie im Falle der Ausführung gemäß 1a sind auch die Rotationsachsen R1 bis R4 in einer Ausgangsstellung parallel zueinander orientiert.
Längs der Tragstrebenelemente 7, 8 sind servomotorisch angetriebene Schwenkmechanismen S1, S2, S3, S4 integriert, mit denen ein Verschwenken der einzelnen Rotorblattanordnungen 1, 2, 3, 4 um die Längserstreckungen der jeweiligen Tragstrebenelemente 7, 8 möglich ist. Dies ist durch die Doppelpfeileintragungen entsprechend kenntlich gemacht. So vermag bspw. der servomotorisch angetriebene Schwenkmechanismus S3 die Rotationsachse R3 der dritten Rotorblattanordnung 3 um die eingetragene y-Richtung entweder in oder entgegengesetzt zur x-Richtung zu verschwenken. Das gleiche gilt auch für die entsprechenden servomotorisch angetriebenen Schwenkmechanismen S1, S2 und S4.
Längs der Verbindungsstrebe 9 sind weitere servomotorisch angetriebene Schwenkmechanismen S5, S6 vorgesehen, durch die entweder ein einheitliches oder getrenntes Verschwenken der Tragstrebenelemente 7, 8 um die Längsrichtung der Verbindungsstrebe 9 möglich ist. Somit vermag bspw. der servomotorisch angetriebene Schwenkmechanismus S5 das Tragstrebenelement 7 um die x-Achse in Richtung oder entgegengesetzt zur y-Richtung zu verschwenken, wodurch gleichzeitig die Rotorblattanordnungen 1, 4 um die der x-Achse entsprechenden Längsrichtung der Verbindungsstrebe 9 geschwenkt werden kann. Das gleiche gilt auch für den servomotorisch angetriebenen Schwenkmechanismus S6, der das Tragstrebenelement 8 um die x-Achse zu schwenken vermag.
Das in 1b illustrierte Fluggerät vermag somit die Rotationsachsen R1 bis R4 der Rotorblattanordnungen 1 bis 4 sowohl um die x- als auch um die y-Achse kontrolliert zu schwenken. Zwar können die in 1b eingezeichneten servomotorisch angetriebenen Schwenkmechanismen S1 bis S6 einzeln und unabhängig voneinander angesteuert werden, es bietet sich jedoch in vorteilhafter Weise an, die separaten Schwenkmechanismen S1 und S4 zu kombinieren, so dass die Rotorblattanordnungen 1, 3 gemeinsam um die Längsachse der Verbindungsstrebe 7 kontrolliert verschwenkbar sind. Eine entsprechende Kombination bietet sich ebenfalls für die servomotorisch angetriebenen Schwenkmechanismen S2 und S4 an sowie auch für die servomotorischen Schwenkmechanismen S5 und S6.
Zur Erläuterung der lagestabilisierten Fortbewegung des lösungsgemäß ausgebildeten Fluggerätes längs einer vorzugsweise horizontal orientierten Bewegungstrajektorie, bspw. längs der x-Achse werden zwei Fälle unterschieden, nämlich eine Fortbewegung gemäß der sog. „Plus-Konfiguration” sowie einer Fortbewegung gemäß einer „X-Konfiguration”, beide Konfigurationen sind in den 3a und b illustriert. In beiden Fällen wird ein Fluggerät mit vier motorisch angetriebenen Rotoreinheiten 1 bis 4 betrachtet, die gleich verteilt um einen Schwerpunkt S des Fluggerätes angeordnet sind. Im beiden Fällen bewegt sich das Fluggerät in y-Richtung fort. Im Falle der 3a ist die Ausrichtung des Fluggerätes relativ zur Fortbewegungsrichtung längs der y-Richtung derart, dass die über die Verbindungsstreben T1 und T3 miteinander verbundenen Rotorblattanordnungen 1 und 3 exakt in Flugrichtung hintereinander angeordnet sind. In diesem Fall wird von der sog. „Plus-Konfiguration” gesprochen. Demgegenüber unterscheidet sich die in 3b illustrierte „X-Konfiguration” dadurch, dass die Tragstrukturen T1 bis T4 um 45° zur y-Richtung als Fortbewegungsrichtung gedreht sind.
Vergleicht man beide Flugkonfigurationen, so ist festzustellen, dass die Einflussnahme zur Fluglagestabilisierung des Fluggerätes längs der in y-Richtung orientierten Bewegungsrichtung durch alle Rotorblattanordnungen 1, 2, 3, 4 im Falle der X-Konfiguration gemäß 3b größer ist als im Falle der 3a, zumal im Falle der 3a, die die Plus-Konfiguration illustriert, lediglich ein Verschwenken der Rotorblattanordnungen 2 und 4 für die Fortbewegung in y-Richtung Wirksamkeit entfaltet, wohingegen im Falle der x-Konfiguration gemäß der Figurendarstellung in 3b sämtliche Rotorblattanordnungen 1 bis 4 durch entsprechendes Verschwenken längs der diesen zugeordneten Verbindungsstreben für eine lagestabilisierte Fortbewegung in y-Richtung Wirkung entfalten.
Im Weiteren wird ein analytisches Modell zur Erläuterung der lagestabilisierten Fortbewegung eines lösungsgemäß ausgebildeten Fluggerätes, das sich einerseits gemäß der in 3a illustrierten Plus-Konfiguration und andererseits gemäß der in 3b illustrierten x-Konfiguration fortbewegt, erläutert. In 4a ist ein Fluggerät illustriert, das über vier motorisch angetriebene Rotorblattanordnungen 1, 2, 3, 4 verfügt, die über eine sternförmig ausgebildete symmetrische Tragstruktur T verbunden ist. In 4b ist gleichsam ein Fluggerät mit vier motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen gezeigt, die jedoch im Unterschied zu 4a über eine H-förmig ausgebildete Tragstruktur T verbunden sind. In beiden Illustrationen gemäß 4a und 4b sind für ein erleichtertes Verständnis der weiteren Formelzusammenhänge die physikalischen Parameter der wirkenden Kräfte und Drehmomente sowie auch Drehgeschwindigkeit angegeben. Im Weiteren wird zunächst der Fall betrachtet, bei dem sich das Fluggerät gemäß 3a in der dort angegebenen Plus-Konfiguration fortbewegt.
Es sei angenommen, dass an jeder der vier Rotoreinheiten eine Auftriebskraft L; in der folgenden Weise angreift: L_i = F_ibω _i (1)
Hierbei sei F_i eine längs der Raumachsen x, y, z wirkenden Kraft, die am Schwerpunkt des Fluggerätes angreift, ω_i entspricht der Drehgeschwindigkeit, mit der die Rotoranordnungen 1 bis 4 betrieben werden, b entspricht einer Auftriebskonstante.
An jeden der einzelnen Rotorblattanordnungen wirkt ein Drehmoment τ_i in folgender Form: τ_i = dω _i (2)
Hierbei entspricht d einer Widerstands-Konstante und ω_i der bereits vorstehend erläuterten Drehzahl.
Ferner wird ein Vektor q eingeführt, der über sechs Freiheitsgrade verfügt, drei translatorische (x, y, z) und drei rotatorische Freiheitsgrade (Φ, θ, Ψ) in der folgenden Form q = [x y z Φ θ ψ]^T (3)
In obiger Formel entspricht ϕ dem Rollwinkel, d. h. Drehungen um die y-Achse, θ entspricht dem Nickwinkel, d. h. Drehbewegung um die x-Achse, ψ entspricht dem sog. Gierwinkel, d. h. Drehbewegungen um die z-Achse.
Mit Hilfe des vorstehenden sechsdimensionalen Vektors q lässt sich die Langrange-Formel formulieren, mit der die in dem Fluggerät enthaltene Energie beschreibbar ist, die sich aus der Differenz von kinetischer und potentieller Energie in der folgenden Weise zusammensetzt: L = T – U (4)
T entspricht der kinetischen Energie und U der potentiellen Energie des Fluggerätes. Somit ergibt sich für die Langrange-Funktion: L(q, q) = 1 / 2m(ẋ + ẏ + z .) + 1 / 2(I_xxΦ .² + I_yyθ .² + I_zzΨ .²) – mgz (5)
Im Falle einer extern an dem Fluggerät angreifenden Kraft gelten folgende Zusammenhänge: d / dt ∂L / ∂q – ∂L / ∂q = F (6) F = [F_ξ τ]^T (7) F_ξ = [F_x F_y F_z]^T (8) τ = [τ_Φ τ_θ τ_ψ]^T (9) wobei gilt:
Nun können die partiellen Differentialgleichungen in der folgenden Weise geschrieben werden
Im Weiteren wird unter Zugrungelegung der Rotationsmatrix R
die auf die Tragstruktur des Fluggerätes wirkende Kraft in ein globales Bezugssystem transformiert wobei gilt:
In den vorstehenden Gleichungen können die folgenden Summanden als sehr klein angesehen und somit vernachlässigt werden: (τ₂ + τ₄)sinϕ_s sowie (τ₁ + τ₃)sinϕs
Durch die Zusammenfassung der vorstehenden Gleichungen 7, 8, 9, 10, 11, 13 und 14 ergibt sich für die Langrange-Gleichung folgender Zusammenhang:
Befindet sich das Fluggerät im Schwebezustand, so können folgende Therme mit 0 gleichgesetzt werden: I ._xxΦ ., I ._yyθ . und I ._zzΨ .
Anhand der vorstehenden Gleichungen 10 und 15 ist zu entnehmen, dass ein um die Hochachse z wirkendes Moment, das sog. Giermoment (siehe hierzu in Gleichung 15 die unterste Vektorgröße), nicht 0 sein kann, da die Drehzahlwerte ω₁ und ω₃ ≠ 0 und aufgrund ihres gleich orientierten Drehsinns sich nicht gegenseitig aufheben können. Diese analytisch gewonnene Erkenntnis spiegelt sich in den Diagrammdarstellungen der 5a und b wider.
Es sei angenommen, dass sich das in 3a dargestellte Fluggerät in der Plus-Konfiguration in y-Richtung fortbewegt. Dabei rotieren die Rotorblattanordnungen 1, 3 entgegen und die Rotorblattanordnungen 2, 4 in Uhrzeigerrichtung. Zur Vermeidung von Rollbewegungen, die das Fluggerät um die y-Achse während der Fortbewegung aufgrund der durch die Rotorblattanordnungen 1 und 3 wirkenden Drehmomente ausüben würde, sind die servomotorisch angesteuerten Schwenkmechanismen S1, S3 aktiviert, indem bspw. die Rotationsachsen R1 und R3 um einen Winkel α von etwa 5° relativ zur z-Achse geneigt sind. Alle motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen werden mit konstanter Drehzahl betrieben. Im Ergebnis zeigt sich, dass das Fluggerät während der Fortbewegung in y-Richtung weder Rollbewegungen um die y-Achse noch Nickbewegungen um die x-Achse ausführt. Dies spiegelt sich im Diagramm gemäß 5a wider, in dem längs der Abszisse die Zeitachse in Sekunden aufgetragen ist und längs der Ordinate Winkelwerte. Der Rollwinkel ϕ sowie der Nickwinkel θ verbleiben konstant, wohingegen die Bewegung um die Hochachse, die sich in einem mit der Zeit vergrößernden Gierwinkel Ψ widerspiegelt, unvermeidbar ist. Zur Kompensation auftretender Rollbewegungen ist der Neigewinkel α, um den die Rotationsachsen R1 und R3 um die z-Achse geneigt angeordnet sind, konstant eingestellt. Im Ergebnis führt das Fluggerät eine weitgehend geradlinige, gewünschte Bewegung in y-Richtung aus, wie dies aus dem Diagramm gemäß 5b zu entnehmen ist, längs dessen Abszisse der Zeitwert in Sekunden und längs deren Ordinate die Lageänderung des Fluggerätes in Metern in x-, y-, z-Richtung aufgetragen ist. Aufgrund der nicht vermeidbaren Gierbewegung des Fluggerätes um die Hochachse treten unvermeidbare Abweichungen längs der x-Achse auf.
Grundsätzlich ist es möglich das durch die gleichsinnigen Drehmomente der Rotorblattanordnungen 2 und 4 auf das Fluggerät hervorgerufene Giermoment, zusätzlich durch gezielte kontrollierte Einflussnahme auf die Drehgeschwindigkeiten der einzelnen Rotorblattanordnungen mit Hilfe der Bordeigensteuereinheit zu unterdrücken. Dies setzt jedoch einen zusätzlichen aufwendigen Steuerungs- und Überwachungsprozess voraus.
Die Diagrammdarstellungen gemäß der 6a, b repräsentieren eine mit Hilfe eines Flugsteuerungssystems von Giermomenten befreiten Flug. Dies drückt sich zum einen in der Diagrammdarstellung gemäß 6a, die mit der Diagrammdarstellung gemäß 5a vergleichbar ist, darin aus, dass keinerlei Roll-, Gier- und Nickbewegungen auftreten, Φ, Θ, Ψ, siehe hierzu die Werte 0 mit fortschreitender Zeitdauer, wobei zusätzlich zur Kompensation von Rollbewegungen um die y-Achse die Rotationsachsen der Rotorblattanordnungen 1 und 3 mit α = 5° zur z-Achse geneigt eingestellt sind. In der Diagrammdarstellung gemäß 6b, die vergleichbar zur Diagrammdarstellung in 5b ist, zeigt sich, dass keine Giermoment-bedingten Abweichungen längs der x-Achse auftreten. Wunschgemäß bewegt sich das Fluggerät in y-Richtung sowie in z-Richtung, d. h. es gewinnt an Höhe.
Aus der vorstehenden Analyse kann schlussgefolgert werden, dass eine Flugbewegung des Fluggerätes im Rahmen der sog. Plus-Konfiguration eine aktive Gegensteuerung zur Vermeidung von Drehmoment-bedingten Gierbewegungen um die Hochachse z erfordert.
Derartige, gegensteuernde Maßnahmen sind jedoch, wie die weiteren Ausführungen zeigen werden, bei einer Flugbewegung gemäß der in 3b angegebenen x-Konfiguration nicht erforderlich. So tragen im Unterschied zur Plus-Konfiguration bei der Fortbewegung gemäß der x-Konfiguration sämtliche Rotorblattanordnungen 1 bis 4 an einer vollständigen Kompensation von störenden, die Lage des Fluggerätes verändernden Momenten, bei entsprechender Neigung um einen Winkel α um die z-Achse bei, zumal alle Rotorblattanordnungen in diesem Fall wirksame Drehmomentanteile sowohl um die x- als auch um die y-Achse zu generieren vermögen. Im Vergleich zu den vorstehend in Zusammenhang mit der Plus-Konfiguration erläuterten Gleichungen bleiben sämtliche Zusammenhänge mit Ausnahme der vorstehenden Gleichungen 10, 14 und 15 gültig. Anstelle der vorstehenden Gleichungen 10, 14 und 15 gilt es aufgrund der geänderten Bewegungskonstellation anstelle dessen die folgenden Gleichungen 16, 17 und 18 zu berücksichtigen: F_x = –b(ω 2 / 1 + ω 2 / 2 + ω 2 / 3 + ω 2 / 4)sinθ_s F_x = b(ω 2 / 1 + ω 2 / 2 + ω 2 / 3 + ω 2 / 4)sinΦ_s F_z = b(ω 2 / 1 + ω 2 / 2 + ω 2 / 3 + ω 2 / 4)cos|θ|cos|Φ_s| (16)
In gleichem Maße kann zur Gleichung 18 festgehalten werden, dass die Therme I ._xxΦ ., I ._yyθ . und I ._zzΨ . gleich 0 gesetzt werden können und somit vernachlässigbar sind.
Insbesondere kann aus der untersten Vektorgröße in Gleichung 18 entnommen werden, dass die Drehgeschwindigkeitsgrößen ω₁, ω₂, ω₃, ω₄ sämtlicher Rotorblattanordnungen auftreten, die bei geeigneter Wahl derart aufeinander abgestimmt werden können, so dass das Giermoment um die Hochachse, z-Achse auf 0 reduziert werden kann. In diesem Fall bedarf es keiner zusätzlichen Flugsteuerung, wie im Falle der Plus-Konfiguration, so dass die Ansteuerung bzw. Regelung der vier motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen 1 bis 4 im Falle der x-Konfiguration deutlich einfacher und weniger regelungsintensiv ausfällt. Dies spiegelt sich auch in den Diagrammen in den 7a und b wider. 7a zeigt ein Diagramm, das vergleichbar ist, mit den bereits in den 5a und 6a gezeigten Diagrammen, 7a zeigt, dass bei einer Winkeleinstellung der Rotationsachsen bezüglich der z-Achse um α = 5° jegliche Rollmomente um die y-Achse vermieden werden können. Dies zeigt sich in 7a durch das Nichtauftreten von Roll-, Nick- sowie Gierwinkeln Φ, Θ, Ψ. Das Diagramm gemäß 7b zeigt die globale Positionsänderung des Fluggerätes, das keinerlei Abweichungen längs der x-Achse sowie lediglich die gewünschte Vorwärtsbewegung längs der y-Achse und einen Höhengewinn längs der z-Achse zeigt.
Das lösungsgemäße Fluggerät sowie das lösungsgemäße Verfahren zur lagestabilisierten Fortbewegung des Fluggerätes, vorzugsweise längs einer geradlinig horizontal orientierten Bewegungstrajektorie, ermöglichen eine Fortbewegung ohne nennenswerte Verkippungen der Tragstruktur, an der zu Inspektionszwecken eine Kamera befestigt ist. Durch die bewusste Vermeidung jeglicher Nick-, Gier- und Rollbewegungen aufgrund einer kontrolliert und aufeinander abgestimmten Verkippung einzelner oder sämtlicher Rotorblattanordnungen um deren jeweilige Rotationsachse können signifikant verbesserte, stabile Fluglagen erzielt werden, die eine erhebliche Qualitätsverbesserung bei der visuellen Aufnahme von zu inspizierenden Objekten nach sich führt. Durch die raumstabile, vorzugsweise horizontal ausgerichtete Fluglage eines sich relativ gegenüber einem zu inspizierenden Objekt fortbewegenden Fluggerätes, kann der Ausschuss von nicht brauchbarem Bildmaterial signifikant reduziert werden, so dass die Bevorratung leistungsstarker Speichermedien sowie auch entsprechender leistungsstarker Energiequellen an Bord derartiger Inspektionsfluggeräte nicht mehr in dem Maße erforderlich ist, wie bei konventionellen Flugsystemen.
Bezugszeichenliste

1, 2, 3, 4: Rotorblattanordnung
5: Steuereinheit
6: Sensoreinheit
T: Tragstruktur
T1, T2, T3, T4: Verbindungsstrebe
S1, S2, S3, S4: Servomotorisch angetriebene Schwenkeinheit
R1, R2, R3, R4: Rotationsachse
7, 8: Tragstrebenelement
9: Verbindungsstrebe

Claims

Unbemanntes, schwebefähiges und vertikal start- und landefähiges Fluggerät, mit einer geradzahligen Anzahl n größer oder gleich vier motorisch angetriebener Rotorblattanordnungen, die über eine Tragstruktur miteinander verbunden sind, denen jeweils eine Rotationsachse zugeordnet ist, die in einer Ausgangsstellung parallel zueinander orientiert sind, sowie einer an der Tragstruktur angebrachten Sensoreinheit zur Fluglageerfassung sowie einer mit den motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen verbundenen Steuereinheit zur Flugüberwachung, dadurch gekennzeichnet, dass die n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen jeweils schwenkbar um wenigstens eine Schwenkachse, die jeweils orthogonal zur Rotationsachse der n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen orientiert ist, an der Tragstruktur gelagert sind.
Fluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen jeweils schwenkbar um zwei jeweils orthogonal zueinander orientierte Schwenkachsen, die jeweils orthogonal zur Rotationsachse der n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen orientiert sind, an der Tragstruktur gelagert sind.
Fluggerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen einzeln, in ausgewählten Gruppen, die jeweils m = n/(2·i) Rotorblattanordnungen umfassen, mit i = 1, 2, 3, 4 ..., oder gesamtheitlich um die jeweils wenigstens eine Schwenkachse auslenkbar gelagert sind.
Fluggerät nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachsen der n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen gleichverteilt um einen dem Fluggerät zuordenbaren Schwerpunkt angeordnet sind.
Fluggerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur sternförmig ausgebildet ist, mit n radial verlaufenden, sternförmig miteinander mittel- oder unmittelbar verbundenen Verbindungsstreben, an denen radial endseitig jeweils eine motorisch angetriebene Rotorblattanordnung angebracht ist, und dass längs der Verbindungsstreben jeweils wenigstens ein servomotorisch angetriebener Schwenkmechanismus angebracht ist, durch den die jeweilige motorisch angetriebene Rotorblattanordnung orthogonal zur Rotationsachse schwenkbar ist.
Fluggerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei n = vier motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen die Verbindungsstreben zu einer symmetrisch kreuzförmig ausgebildeten Tragstruktur angeordnet sind, und dass jeweils zwei längs ihrer Verbindungstreben diametral gegenüberliegend angeordnete, motorisch angetriebene Rotorblattanordnungen gemeinsam um eine gemeinsame den Verbindungsstreben zugeordnete Längsachse mittels eines an der Tragstruktur angebrachten, servomotorisch angetriebenen Schwenkmechanismus schwenkbar gelagert sind.
Fluggerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur in Art eines „H” ausgebildet ist, mit zwei gleichlangen, parallel zueinander verlaufenden Tragstrebenelementen, die jeweils mittig über eine orthogonal zu diesen orientierte Verbindungsstrebe miteinander verbunden sind, und dass an beiden Enden der Tragstrebenelemente jeweils eine der motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen angebracht ist, deren Rotationsachsen in der Ausgangsstellung eine durch die Tragstrebenelemente und die Verbindungsstrebe aufgespannte Ebene orthogonal schneiden.
Fluggerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Enden längs jeweils eines Tragstrebenelementes angebrachten, motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen mittels wenigstens eines ersten servomotorisch angetriebenen, an der Tragstruktur angebrachten Schwenkmechanismus einzeln oder gemeinsam um eine dem jeweiligen Tragstrebenelement zugeordneten ersten Längsachse schwenkbar sind, und dass die Tragstrebenelemente einzeln oder gemeinsam mittels wenigstens eines zweiten servomotorisch angetriebenen, an der Tragstruktur angebrachten Schwenkmechanismus um eine der Verbindungsstrebe zugeordneten zweiten Längsachse, die orthogonal zur ersten Längsachse orientiert ist, schwenkbar sind.
Verfahren zur Positionsänderung eines unbemannten, vertikal start- und landefähigen sowie schwebefähigen Fluggerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät ausgehend von einem ersten Bewegungszustand, in dem sich das Fluggerät in einer horizontalen Fluglage befindet und entweder einen stationären Schwebezustand einnimmt oder sich längs einer horizontalen Bewegungstrajektorie gleichförmig fortbewegt, in einen zweiten Bewegungszustand überführt wird ohne dabei die horizontale Fluglage zu verändern, durch Verkippen der Rotationsachse wenigstens eines der n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen um wenigstens eine Schwenkachse, die orthogonal zur Rotationsachse der wenigstens einen Rotorblattanordnung orientiert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät zur Änderung des Bewegungszustandes längs einer horizontalen Bewegungsebene, der so genannten x-y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems, wenigstens zwei der n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen derart aufeinander abgestimmt um die den Rotorblattanordnungen zugeordneten Rotorachsen schwenkt, so dass das Fluggerät eine ausschließlich längs der x-y-Ebene wirkende Beschleunigungskraft erfährt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während der Änderung des Bewegungszustandes die n motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen mit Hilfe der Steuereinheit mit aufeinander abgestimmten Motordrehzahlen betrieben werden, um Roll-, Nick- und/oder Gierbewegungen des Fluggerätes auszuschließen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines mit vier motorisch angetriebenen Rotorblattanordnungen ausgerüsteten Fluggerätes, die jeweils an den Ecken eines virtuellen Viereckes angeordnet sind, dessen Zentrum von einer den Schwerpunkt des Fluggerätes schneidenden Schwerpunktsachse durchsetzt wird, eine Änderung des Bewegungszustandes längs einer geradlinigen Bewegungstrajektorie durchgeführt wird, die die Schwerpunktsachse sowie eine Mitte einer Vierecksseite des virtuellen Vierecks schneidet, wobei während der Änderung des Bewegungszustandes die Drehzahl aller motorisch angetriebener Rotorblattanordnungen konstant gehalten wird.