-
STAND DER TECHNIK
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fluggerät.
-
Die Offenlegungsschrift
US 2010/0243794 A1 offenbart ein Fluggerät mit zwei oder mehr Rotoreinrichtungen (beispielsweise ein Quadrocopter), das einen Zentralabschnitt, an dem eine elektronische Steuereinrichtung angebracht ist, sowie sich von dem Zentralabschnitt radial nach außen erstreckende Arme aufweist, die von oben betrachtet eine Kreuzform einnehmen. An den freien Enden der vier Arme sind Rotoreinrichtungen angeordnet. Ferner weist der Quadrocopter eine Stabilisierungseinrichtung auf.
-
Die Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2006 013 909 U1 offenbart ein modular aufgebautes Fluggerät, insbesondere einen Quadrocopter, mit einem Basiselement, kreuzförmig angeordneten Auslegern, und jeweils einer Antriebseinheit samt Luftschraube an den vier Enden der Ausleger, wobei die Ausleger über Steck- und Schraubverbindungen lösbar an dem Basiselement angebracht sind. Für den Fall eines Aufpralls stellt die Gebrauchsmusterschrift mehrere in Längs- und Querrichtung überspannende Stoßbügel zum Schutz einer im Bereich des Basiselements angeordneten Elektronik, einen Aufprallschutz für Zahnräder und/oder Motoren der Antriebseinheiten, sowie ein austauschbares, harte Stöße abfederndes Landegestell zur Verfügung.
-
Auch wenn diese Schutzeinrichtungen gemäß der Gebrauchsmusterschrift Schaden, den ein durch eine zu harte Landung verursachter Schlag an Elektronik, Zahnrädern/Motoren oder der Struktur anrichten könnte, zu verhindern oder zumindest zu vermindern vermag, dürfte eine Zerstörung des Fluggeräts bei einem Absturz aus größerer Höhe nicht verhindert werden können. Ebenso kann durch die vorgeschlagenen Maßnahmen zwar das Fluggerät selbst begrenzt geschützt werden, jedoch kann ein Schutz von Objekten und Lebewesen am Boden, beispielsweise Häuser und Menschen, vor dem herabstürzenden Fluggerät nicht gewährleistet werden. Ein Absturz des Fluggeräts könnte verursacht werden durch teilweisen oder kompletten Ausfall des Antriebs. In einem solchen Fall, in dem der nötige Auftrieb, um das Fluggerät in der Luft zu halten, von dem Antrieb nicht mehr erzeugt werden kann, wird das Fluggerät mit zunehmender Geschwindigkeit in Richtung Boden stürzen. Abhängig von der letzten Fluglage, bei der der Antrieb noch funktionierte, und davon, ob der Antrieb teilweise oder komplett ausfällt, kann das Fluggerät zudem anfangen zu taumeln und komplett unkontrollierbar herabstürzen.
-
Die Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2005 008 775 U1 offenbart ein Rettungssystem für ein Spielzeugfluggerät. Das Rettungssystem umfasst dabei einen aufblasbaren Fallschirm, der aus einer geformten, doppelwandigen Kammer besteht, die durch Pressluft basierend auf einem Steuerbefehl zum Aufblasen des Fallschirms aufgeblasen wird. Dazu umfasst das Rettungssystem zusätzlich eine Pressluftpatrone, einen Auslösemechanismus für die Pressluftpatrone, sowie einen Funksignalempfänger zum Empfangen des Steuerbefehls. Ferner ist ein gewöhnlicher Fallschirm als Rettungseinrichtung genannt.
-
Das Rettungssystem setzt also mehrere Bestandteile voraus, nämlich den Fallschirm selbst, und zusätzlich ein Ansteuerungssystem für den Fallschirm. Dieses besteht gemäß der Gebrauchsmusterschrift aus einer Pressluftpatrone, einem Auslösemechanismus, sowie einem Funksignalempfänger. Alternativ zu dem Funksignalempfänger wären auch eine Sensorik und eine Steuerlogik denkbar, die selbständig einen Absturzfall erkennt und den Fallschirm auslöst. Sowohl die Pressluftpatrone als auch der Auslösemechanismus müssen gewartet werden, um deren Funktionalität im Falle eines Absturzes sicherzustellen, was Aufwand und Kosten verursacht. Ferner müssen nach Auslösung Komponenten getauscht werden, beispielsweise die Pressluftpatrone, oder im Fall eines gewöhnlichen Fallschirms beispielsweise eine Sprengkapsel als Auslösemechanismus, was ebenso Aufwand und Kosten verursachen würde.
-
Es gibt ferner Bemühungen, die Steuersoftware von Multicoptern derart anzupassen, dass bei einem teilweisen Ausfall des Antriebssystems eines Multicopters, beispielsweise bei einem Ausfall einer Rotoreinrichtung des Multicopters, der Multicopter mithilfe der verbleibenden, noch funktionierenden Rotoreinrichtungen flugfähig gehalten bzw. dessen Notlandung ermöglicht wird, indem die verbleibenden Rotoreinrichtungen die aufgrund des Ausfalls fehlende Auftriebskomponente ausgleichen, und beispielsweise der Multicopter gezielt in eine kontrollierte Taumelbewegung versetzt wird. Diese Bemühungen werden umso komplexer und eine tatsächliche Absturzvermeidung umso unwahrscheinlicher, je weniger Rotoreinrichtungen an dem Multicopter vorgesehen sind, und je mehr Rotoreinrichtungen tatsächlich ausfallen. Insbesondere ist eine Schadensverringerung im Falle eines Absturzes bei Ausfall sehr vieler oder aller Rotoreinrichtungen durch diese Maßnahmen nicht möglich. Ferner setzt diese Maßnahme zusätzliche Sensoren und eine verlässliche Ausfallerkennung voraus.
-
Weiterer Stand der Technik ist aus der Druckschrift
WO 2012/030 076 A2 bekannt, die ein Fluggerät offenbart, bei dem an einem zentralen Schaft, von dem drei plattenförmige Träger sternförmig abstehen. An einer Oberseite des Schafts ist ein Leistungsmotor mitsamt Rotor (aktive Auftriebserzeugungseinrichtung) angebracht, um Auftrieb zu erzeugen. An den plattenförmigen Trägern sind Steuermotoren mitsamt Rotoren angebracht, um Bewegungen des Fluggeräts wie Drehungen und seitliches Bewegen zu ermöglichen. Die plattenförmigen Träger sind geeignet, um bei einer Bewegung des Fluggeräts parallel zu dessen Gierachse (aufwärts, abwärts) zusammen ein Drehmoment an der Gierachse zu erzeugen.
-
Druckschrift
US 7 497 759 B1 zeigt ferner ein Fluggerät, bei dem ein Hauptkörper eine Vielzahl von Lamellen aufweist und durch drei Propeller in Rotation versetzt wird. Durch die Rotation erzeugen die Lamellen einen Auftrieb, der ein Fliegen des Fluggeräts ermöglicht.
-
Druckschrift
DE 202 18 263 U1 zeigt einen propellerartig ausgebildeten fliegenden Kreisel.
-
Druckschrift
DE 68 02 033 U zeigt ferner ein Fluggerät, bei dem ein Hauptkörper mehrere Propellerflügel aufweist und durch an den Propellerflügeln angeordneten Düsen in Rotation versetzt wird. Durch die Rotation erzeugen die Propellerflügel einen Auftrieb, der ein Fliegen des Fluggeräts ermöglicht.
-
Druckschrift
DE 23 05 856 A zeigt einen freifliegenden Spielzeughubschrauber, dessen Auftrieb durch einen rotierenden Hauptrotor erzeugt wird.
-
Vergleichbare Fluggeräte mit vorstehend diskutierten Merkmalen sind ebenfalls in den Druckschriften
DE 17 18 496 U ,
US 2005/0 121 553 A1 ,
US 2006/0 121 818 A1 ,
US 2011/0 024 553 A1 ,
US 2013/0 068 877 A1 ,
US 2 949 693 A , sowie
US 5 634 839 A gezeigt.
-
Druckschrift
DE 20 2013 102 796 U1 zeigt ferner einen Ausleger für einen Multicopter, bei dem ein länglicher Abschnitt davon ein strömungsoptimiertes Tragflächenprofil aufweist.
-
Weiterer Stand der Technik ist aus den Druckschriften
US 5 297 759 A und
US 6 811 460 B1 bekannt, die jeweils ein Fluggerät offenbaren, bei dem an einem Zentralkörper eine Vielzahl von sich nach außen erstreckenden flügelprofilartigen Blättern angebracht ist. Mindestens ein Antriebselement, beispielsweise eine Kombination aus Motor und Rotor, bevorzugt eine Vielzahl von Antriebselementen, ist an den Blättern vorgesehen. Das jeweilige Antriebselement ist schräg angeordnet, um sowohl Auftrieb zu erzeugen, als auch die Blätter in Rotation zu versetzen, die ihrerseits den Hauptteil des Auftriebs erzeugen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Der in dem unabhängigen Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, ein Fluggerät derart bereitzustellen, dass durch einen Absturz verursachte Schäden minimiert werden können.
-
Diese Aufgabenstellung wird durch ein Fluggerät gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
-
Dazu wird erfindungsgemäß ein Fluggerät bereitgestellt mit zumindest zwei im Wesentlichen radiärsymmetrisch um eine Gierachse des Fluggeräts angeordneten passiven Auftriebselementen, wobei die passiven Auftriebselemente dazu eingerichtet sind, bei einer Bewegung des Fluggeräts im Wesentlichen parallel zu der Gierachse zusammen ein Drehmoment an der Gierachse zu erzeugen.
-
Das Fluggerät weist ferner aktive Auftrieberzeugungseinrichtungen auf. Diese aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen sind im Wesentlichen an distalen Enden der passiven Auftriebselemente angeordnet. Jede der aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen weist einen von einem Motor angetriebenen Rotor auf. Eine Rotorebene des Rotors liegt dabei senkrecht zu der Gierachse.
-
Durch das an der Gierachse des Fluggeräts erzeugte Drehmoment kann eine Rotation des Fluggeräts um die Gierachse herbeigeführt werden, wodurch die Lage des Fluggeräts im Raum stabilisiert, und die Absturzgeschwindigkeit verringert wird.
-
Eine Anordnung der aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen an den passiven Auftriebselementen vermeidet eine zusätzliche Anordnung von die aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen tragenden Elementen. Die Mehrfachnutzung eines Bauteils, beispielsweise der passiven Auftriebselemente, birgt den Vorteil einer Gewichtsersparnis. Ein leichteres Fluggerät ist nicht nur mit weniger Energieaufwand in die Luft zu heben und in der Luft zu halten, sondern dessen Fallgeschwindigkeit ist im Falle eines Absturzes auch einfacher zu verringern, da es weniger potentielle Energie inne hat.
-
Die passiven Auftriebselemente eines solchen Fluggeräts können flächig sein und sich in einer Längsrichtung von der Gierachse weg erstrecken.
-
Eine solche Anordnung bietet den Vorteil, dass ein Drehmoment gezielt an der Gierachse des Hauptkörpers erzeugt werden kann.
-
Ferner kann eine Unterseite jedes passiven Auftriebselements bezogen auf eine zu der Gierachse senkrechten Ebene einen quer zu der jeweiligen Längsrichtung schrägen Bereich aufweisen.
-
Durch derart angeordnete und ausgebildete passive Auftriebselemente kann ein aufgrund von umgebender Luft anstehender Widerstand effektiv in eine Rotation des Fluggeräts umgesetzt werden
-
Auch kann eine Schrägheit des schrägen Bereichs mit zunehmendem Abstand von der Gierachse zunehmen.
-
Zudem kann jedes passive Auftriebselement zumindest einen Abschnitt mit einem Profil quer zu der jeweiligen Längsrichtung derart aufweisen, dass die passiven Auftriebselemente dazu eingerichtet sind, mittels einer durch das Drehmoment verursachten Rotation der passiven Auftriebselemente um die Gierachse an den jeweiligen Abschnitten einen dynamischen Auftrieb zu erzeugen.
-
Ein derart erzeugter dynamischer Auftrieb kann die Absturz- bzw. Fallgeschwindigkeit des Fluggeräts zusätzlich verringern.
-
Das Profil kann erfindungsgemäß in einem Verlauf entlang der jeweiligen Längsrichtung um eine der jeweiligen Längsrichtung entsprechenden Achse zunehmend verdreht sein.
-
Die passiven Auftriebselemente können dazu eingerichtet sein, mittels von im Wesentlichen unten an die passiven Auftriebselemente anströmender Luft zusammen das Drehmoment an der Gierachse des Fluggeräts zu erzeugen.
-
Jede der aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen kann dabei einen Motor und den von dem Motor angetriebenen Rotor aufweisen.
-
Das erfindungsgemäße Fluggerät kann ferner einen Hauptkörper umfassen. Dieser Hauptkörper kann einen ersten Abschnitt, an dem die passiven Auftriebselemente angeordnet sind, und einen zweiten Abschnitt aufweisen, der um die Gierachse frei drehbar gelagert mit dem ersten Abschnitt verbunden ist.
-
Da somit nicht die Masseträgheit des kompletten Hauptkörpers überwunden werden muss, sondern lediglich die Masseträgheit der passiven Auftriebselemente, gegebenenfalls der aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen, sowie des ersten Abschnitts des Hauptkörpers, wird eine Rotation früher begonnen, wodurch auch die Verringerung der Fallgeschwindigkeit früher eingeleitet werden kann.
-
Ferner kann der Hauptkörper einen Schleifringkontakt und/oder einem Kugellagerkontakt als einen beweglichen elektrischen Kontakt zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt aufweisen.
-
Das Fluggerät kann ferner eine in dem zweiten Abschnitt untergebrachte Elektroenergieversorgungseinrichtung aufweisen.
-
Da eine Elektroenergieversorgungseinrichtung in der Regel einen großen Anteil an der Gesamtmasse eines Fluggeräts hat, kann die zu überwindende Masseträgheit effektiv verringert werden mit den oben aufgezeigten Vorteilen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann eine Geometrie und/oder eine Masseverteilung des Fluggeräts derart gewählt sein, dass das Fluggerät bei einer Bewegung des Fluggeräts im Wesentlichen parallel zu der Gierachse bei fehlender aktiver Auftriebserzeugung eine horizontale Fluglage einnimmt.
-
Eine derart ausgerichtete Fluglage kann die durch die erfindungsgemäßen passiven Auftriebselemente erlangten Effekte fördern.
-
Das erfindungsgemäße Fluggerät kann ein Multicopter sein.
-
Figurenliste
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fluggeräts von schräg oben,
- 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fluggeräts von oben,
- 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fluggeräts von einer Seite,
- 4 eine schematische Darstellung eines Hauptkörpers des erfindungsgemäßen Fluggeräts.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
1 bis 3 zeigen eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fluggeräts.
-
Insbesondere zeigen 1 bis 3 einen beispielhaften Quadrocopter als populären Vertreter der Gruppe der Multicopter bzw. Mehrfachdrehflügler, wobei ein Multicopter eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Fluggerätes darstellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch weder auf Quadrocopter noch auf Multicopter beschränkt.
-
Wie in 1 dargestellt weist das erfindungsgemäße Fluggerät zumindest zwei im Wesentlichen radiärsymmetrisch um eine Gierachse G des Fluggeräts angeordnete passive Auftriebselemente 1 auf. Insbesondere zeigt das Beispiel in 1 und 2 ein Fluggerät mit vier passiven Auftriebselementen 1.
-
Bei der Radiärsymmetrie bringt eine theoretische Drehung eines Objekts, in diesem Fall der Anordnung der passiven Auftriebselemente 1, um einen bestimmten Winkel um eine Drehachse, in diesem Fall um die Gierachse G des Fluggeräts, das Objekt wieder mit sich selbst (räumlich) zur Deckung.
-
Die Gierachse G ist dabei im Wesentlichen durch eine im Falle eines Absturzes des Fluggeräts mittels der passiven Auftriebselemente 1 erzeugten Rotation des Fluggeräts (in 1 mit dem Pfeil R gekennzeichnet) als deren Rotationsachse (also die Achse, um die das Fluggerät im Wesentlichen rotiert) definiert.
-
Bei einem Absturz des Fluggerätes, nämlich beispielsweise wenn ein das Fluggerät normalerweise tragender Auftrieb nicht mehr zur Verfügung steht, bewegt sich das Fluggerät aufgrund der Gravitation abwärts. Mittels der passiven Auftriebselemente 1 wird bei einer Bewegung des Fluggeräts im Wesentlichen parallel zu der Gierachse G, in Richtung Boden, zusammen (gemeinsam) ein Drehmoment an der Gierachse G erzeugt.
-
Die passiven Auftriebselemente 1 sind nämlich derart ausgebildet, dass mittels von im Wesentlichen unten an die passiven Auftriebselemente 1 anströmender Luft zusammen (gemeinsam) das Drehmoment an der Gierachse G des Fluggeräts erzeugt wird. Durch die Abwärtsbewegung strömt Luft von unten an die passiven Auftriebselemente 1, da diese eine bestimmte Luftwiderstandsfläche bilden. Die passiven Auftriebselemente 1 sind dabei derart geformt, dass der Luftstrom gerichtet an ihnen abgelenkt und ein Drehmoment an einer Gierachse G erzeugt wird.
-
Jedes der in 1 bis 3 dargestellten passiven Auftriebselemente 1 ist flächig und erstreckt sich in einer Längsrichtung von der Gierachse G weg.
-
Flächig erschöpft sich dabei nicht in einer ebenen Fläche sondern kann jede denkbare Form einschließlich einer gekrümmten Form, einer verdrehten Form, einer geschwungenen Form, einer abgestuften Form, oder einer anders strukturierten Form bzw. Oberfläche annehmen. Ferner zeigen die 1 bis 3 die Längsrichtung der jeweiligen passiven Auftriebselemente 1 als die von der Gierachse G wegzeigende Richtung, entlang derer sich das jeweilige passive Auftriebselement 1 erstreckt.
-
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, können die passiven Auftriebselemente 1 insbesondere sternförmig angeordnet sein. Sternförmig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass von der Gierachse G des Fluggeräts aus gesehen sich die Auftriebselemente 1 radial in verschiedene Richtungen erstrecken. Vorteilhafterweise liegen zwischen den verschiedenen Richtungen bezogen auf die Gierachse G gleiche Winkelintervalle, um durch die Auftriebselemente 1 aufgrund der anströmenden Luft erzeugte Vortriebskraft in ein Drehmoment an der Gierachse G umzusetzen, und so eine stabile Lage des Fluggeräts im Raum während des Absturzes bzw. Absinkens zu ermöglichen.
-
Vorteilhafterweise liegen die Auftriebselemente 1 ferner im Wesentlichen in einer Ebene (senkrecht auf der Gierachse G). Vorstellbar ist jedoch auch eine Anordnung in mehreren Ebenen, solange die Anordnung sicherstellt, dass die durch die jeweiligen passiven Auftriebselemente 1 einer Ebene erzeugten Vortriebskräfte in ein Drehmoment an der Gierachse G umgesetzt werden.
-
Die passiven Auftriebselemente sind relativ zueinander im Wesentlichen starr angeordnet. Im Wesentlichen heißt in diesem Zusammenhang insbesondere, dass beispielsweise eine eventuelle Biegung oder Torsion der Auftriebselemente nicht betrachtet wird.
-
Wie insbesondere den 1 und 3 zu entnehmen ist, hat eine Unterseite 1a jedes passiven Auftriebselements 1 bezogen auf eine zu der Gierachse G senkrechten Ebene einen quer zu der jeweiligen Längsrichtung schrägen Bereich.
-
Eine zu der Gierachse G senkrechte Ebene könnte beispielsweise die Ebene sein, die durch die vier in 1 dargestellten passiven Auftriebselemente 1 aufgespannt ist, bzw. die Ebene, die durch die Perspektive in 2 dargestellt ist. Eine quer zu der Längsrichtung eines passiven Auftriebselements 1 vorhandene Schräge äußert sich somit dadurch, dass die Unterseite, von der Gierachse G aus gesehen, beispielsweise zumindest bereichsweise in eine Richtung geneigt ist.
-
Aufgrund dieser Schräge kann an einem passiven Auftriebselement 1 aus der von unten anströmenden Luft jeweils eine Vortriebskraft zu erzeugt werden. Damit diese von den Auftriebselementen 1 erzeugten Vortriebskräfte in ein Drehmoment an der Gierachse G umgesetzt werden können, ist es vorteilhaft, dass alle Auftriebselemente 1 die gleiche Schräge der Unterseite 1a, insbesondere die gleiche Schrägenrichtung, aufweisen. Von der Gierachse G wären die Unterseiten 1a aller Auftriebselemente 1 des in 1 bis 3 dargestellten beispielhaften Fluggeräts von rechts unten nach links oben abgeschrägt. Vorstellbar ist jedoch auch eine Schräge aller Unterseiten 1a von links unten nach rechts oben. Die Radiärsymmetrie, der die Anordnung der passiven Auftriebselemente 1 erfindungsgemäß im Wesentlichen unterliegt, ist in räumlicher Hinsicht zu verstehen, so dass die oben erwähnte vorteilhafte Identität verwirklicht werden kann.
-
Insbesondere 3 zeigt eine mit zunehmendem Abstand von der Gierachse G zunehmende Schräge der Unterseite 1a, was durch die Unterteilung in unterschiedlich schräge Bereiche angedeutet ist. Es ist dabei jedoch anzumerken, dass es sich zwar um eine stufenweise Änderung der Schräge handeln kann, es sich aber bevorzugt um einen stetigen Verlauf einer Schrägenänderung handelt.
-
In einer einfachen Ausführung ist die Schräge jedoch über die gesamte Länge eines passiven Auftriebselements 1 konstant.
-
Die erfindungsgemäßen Auftriebselemente 1 sind nämlich nicht auf das in den 1 bis 3 beispielhaft dargestellte geschwungene Profil beschränkt. Sie können ebenso, wie oben beschrieben, lediglich durch geradlinige, schräg gestellte Elemente verkörpert sein, die eine Rotation erzwingen.
-
Durch das an der Gierachse G erzeugte Drehmoment wird das Fluggerät im Falle eines Absturzes bzw. Absinkens in eine Rotation um die Gierachse G versetzt, wie mit dem Pfeil R angedeutet. Die potentielle Energie des Fluggeräts wird also bei einem Absturz bzw. Absinken in Rotationsenergie umgesetzt. Dadurch kann die Fallgeschwindigkeit des Fluggeräts effektiv reduziert werden.
-
Das in den 1 bis 3 beispielhaft dargestellte Profil (quer zu der jeweiligen Längsrichtung) jedes Auftriebselements 1 weist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung aber zumindest einen Abschnitt derart auf, dass die passiven Auftriebselemente 1 dazu eingerichtet sind, mittels einer durch das Drehmoment verursachten Rotation der passiven Auftriebselemente 1 um die Gierachse G an den jeweiligen Abschnitten einen dynamischen Auftrieb zu erzeugen.
-
Das heißt, dass die in Rotation versetzten Auftriebselemente 1 zumindest bereichsweise derart geformt sind, dass durch die Vorwärtsbewegung der Auftriebselemente 1 jeweils von vorn anströmende und das Profil der passiven Auftriebselemente 1 umströmende Luft an diesen Bereichen eine Auftriebskraft erzeugt.
-
Diese Auftriebskraft, also der dynamische Auftrieb, ist in der Lage, die Fallgeschwindigkeit des Fluggeräts weiter zu reduzieren. Dabei wird ein autorotatorischer Effekt ausgenutzt, da der zur Erzeugung des dynamischen Auftriebs benötigte Vortrieb ausschließlich mittels der bei einem Absturz oder Absinken von unten anströmenden Luft erzeugt wird.
-
Wie insbesondere aus den 1 und 3 ersichtlich ist, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Profil in einem Verlauf entlang der jeweiligen Längsrichtung um eine der jeweiligen Längsrichtung entsprechenden Achse zunehmend verdreht.
-
Die die in den 1 bis 3 gezeugte und oben beschriebene Profilierung der passiven Auftriebselemente 1 kann mit ein und dem selben Auftriebselement 1 mittels der von unten anströmenden Luft ein Vortrieb erzeugt und mittels der von vorn anströmenden und umströmenden Luft ein dynamischer Auftrieb erzeugt werden. Zur Unterstützung dieses Effekts weist gemäß dem gezeigten Profilverlauf zudem eine Oberseite jedes der Auftriebselemente 1 eine sich gerichtet ändernde Neigung und Wölbung auf.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fluggeräts weist ferner aktive Auftrieberzeugungseinrichtungen 2 als ein Antriebssystem auf.
-
Das in den 1 bis 3 beispielhaft dargestellte Fluggerät zeigt einen Quadrocopter, also einen Mehrfachdrehflügler bzw. Multicopter mit vier aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen 2 als am weitesten verbreitete Anordnung von Multicoptern. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf vier aktive Auftrieberzeugungseinrichtungen 2 beschränkt, sondern kann bei jedem Fluggerät und insbesondere jedem Mehrfachdrehflügler mit aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen 2 Anwendung finden.
-
Die aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen 2 sind im Wesentlichen an distalen Enden der passiven Auftriebselemente 1 angeordnet. Diese Anordnung beschränkt sich nicht auf eine Befestigung an Endpunkten der passiven Auftriebselemente 1.
-
Vielmehr können die passiven Auftriebselemente 1 ebenso durch Stützeinrichtungen 5 verkörpert sein, an deren im wesentlichen distalen Ende die aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen 2 angebracht sind, die die aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen 2 also stützen bzw. tragen. Verkörpert beschränkt sich in diesem Fall jedoch nicht lediglich auf eine integrale Anordnung der Stützeinrichtungen 5 als die passiven Auftriebselemente 1. Vielmehr sind dadurch ebenso beispielsweise Lösungen umfasst, bei denen die Stützeinrichtungen 5 lediglich derart verkleidet sind, dass die entsprechende Verkleidung Form und Funktion der erfindungsgemäßen Auftriebselemente 1 annehmen, oder bei denen Formelemente an den Stützeinrichtungen 5 angebracht sind, die Form und Funktion der erfindungsgemäßen passiven Auftriebselemente 1 annehmen.
-
Ferner können die passiven Auftriebselemente 1 und die aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen 2 tragende Stützelemente 5 unabhängig (getrennt) voneinander angeordnet sein, ohne von der Erfindung abzuweichen.
-
Es wird ferner vorgeschlagen, die passiven Auftriebselemente 1 (bzw. entsprechende Stützeinrichtungen 5) mit Hohlräumen zu versehen, um Gewicht zu sparen.
-
Die aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen 2 können erfindungsgemäß aus einem Motor 2a, insbesondere einem Elektromotor, und einem von dem Motor 2a angetriebenen Rotor 2b bestehen.
-
Es ist ferner denkbar, dass alle aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen 2 jeweils aus einem Rotor 2b bestehen, die alle über einen Verteilungsmechanismus von einem (beispielsweise zentral angeordneten) gemeinsamen Motor angetrieben werden.
-
Wie ferner in den 1 bis 3 ersichtlich, weist das Fluggerät einen Hauptkörper 3 auf. Der Hauptkörper 3 kann sowohl Elemente enthalten, die für den Flug selber benötigt werden, zum Beispiel eine Energieversorgung wie eine Batterie und eine Steuereinrichtung wie eine Steuerelektronik, als auch zusätzliche Elemente (transportierte Last) wie beispielsweise eine Sensorausrüstung (Kamera, IR-Sensoren, usw.) enthalten.
-
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Hauptkörpers 3 des erfindungsgemäßen Fluggeräts. Insbesondere ist ein Schnitt durch einen beispielhaften Hauptkörper 3 gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gezeigt.
-
Wie in 4 dargestellt besteht der Hauptkörper 3 gemäß dieser Weiterbildung aus zwei Abschnitten 3a und 3b. An einem oberen (ersten) Abschnitt 3a sind die passiven Auftriebselemente 1 bzw. die Stützeinrichtungen 5 angebracht, angeordnet, bzw. mit diesem verbunden. Das bedeutet, dass der obere Abschnitt bei einer durch einen Absturz bzw. ein Absinken verursachten Rotation mit den Auftriebselementen 1 um die Gierachse G rotiert. Das an der Gierachse G erzeugte Drehmoment muss dazu zunächst das Masseträgheitsmoment des zu drehenden Objekts überwinden. Je leichter das zu drehende Objekt ist, desto schneller kann dessen Trägheitsmoment überwunden werden, und desto früher kann die Reduktion der Fallgeschwindigkeit beginnen.
-
Schwere Teile des Fluggeräts (des Hauptkörpers 3 des Fluggeräts) werden daher vorteilhafterweise in einem unteren (zweiten) Abschnitt 3b des Hauptkörpers 3 untergebracht, der um die Gierachse G frei drehbar gelagert mit dem oberen Abschnitt 3a verbunden ist. Das Trägheitsmoment der schweren Teile (beispielsweise einer Batterie/eines Akkumulators als eine Elektroenergieversorgungseinrichtung 4) müssen somit nicht überwunden werden.
-
Die drehbare Lagerung kann durch eine rotierende Achse bereitgestellt sein. Um eine elektrische Verbindung zwischen dem oberen Abschnitt 3a und dem unteren Abschnitt 3b bereitzustellen, kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Fluggerät einen beweglichen elektrischen Kontakt 3c, vorzugsweise einen Schleifringkontakt oder einen Kugellagerkontakt, an der rotierenden Achse aufweisen. Dann kann beispielsweise eine Flugelektronik und/oder eine Sensorelektronik im oberen Abschnitt 3a angeordnet sein, während das Fluggerät ferner eine in dem unteren Abschnitt 3b untergebrachte Elektroenergieversorgungseinrichtung 4 aufweist.
-
Der bewegliche elektrische Kontakt 1c ist dabei nicht auf einen Schleifringkontakt und/oder einen Kugellagerkontakt beschränkt sondern kann ausgeführt werden durch jegliche Art von Kontaktierung, die eine unbegrenzte Rotationsbewegung zulässt, ohne den elektrischen Kontakt zu unterbrechen.
-
Trotz der Vorteile, in ein derart zweigeteilter Hauptkörper 3 mit sich bringt, ist die Erfindung gleichermaßen auf ein Fluggerät ohne einen Hauptkörper 3, mit einem einteiligen Hauptkörper 3, oder mit einem mehrfach geteilten Hauptkörper 3 anwendbar.
-
Erfindungsgemäß ist eine Geometrie und/oder eine Masseverteilung des Fluggeräts derart gewählt, dass das Fluggerät bei einer Bewegung des Fluggeräts im Wesentlichen parallel zu der Gierachse G bei fehlender aktiver Auftriebserzeugung eine horizontale Fluglage einnimmt. Eine solche Fluglage fördert die vorteilhaften Effekte insbesondere der passiven Auftriebselemente 1. Entsprechende Maßnahmen weisen beispielsweise eine Anordnung schwerer Komponenten in einem unteren Bereich des Fluggeräts im Allgemeinen und eines Hauptkörpers 3 des Fluggeräts im speziellen. Ferner kann durch bauliche Maßnahmen ein Kippen des Fluggeräts in die gewünschte Lage erreicht werden, sobald dieses (beispielsweise durch Herabfallen) von Luft angeströmt wird. Beispielsweise kann eine Anordnung der Rotoren 2b der aktiven Auftrieberzeugungseinrichtungen 2 mit einem möglichst großen Abstand (entlang der Gierachse G) von möglichst tief angeordneten schweren Komponenten ein solches Verhalten fördern.
-
Allgemein wird erfindungsgemäß ein Fluggerät bereitgestellt mit zumindest zwei im Wesentlichen radiärsymmetrisch um eine Gierachse G des Fluggeräts angeordneten passiven Auftriebselementen 1, wobei die passiven Auftriebselemente 1 dazu eingerichtet sind, bei einer Bewegung des Fluggeräts im Wesentlichen parallel zu der Gierachse G zusammen ein Drehmoment an der Gierachse G zu erzeugen.
-
Das erfindungsgemäße Fluggerät kann mit wartungsfreien und ausfallsicheren Mitteln durch einen Absturz verursachte Schäden minimieren. Insbesondere wird erfindungsgemäß im Falle eines vollständigen oder teilweisen Ausfallens eines Antriebs (eines aktiv erzeugten Auftriebs) ein unkontrolliertes Taumeln des Fluggerätes verhindert und eine Fallgeschwindigkeit reduziert, um das Fluggerät und die transportierte Last sowie Objekte und Lebewesen am Boden vor den Auswirkungen eines zu heftigen Aufpralls des herabstürzenden Fluggeräts zu schützen.
