DE102016102540B3

DE102016102540B3 - Verfahren und Hubschrauber mit Einrichtungen zur Stabilisierung einer an eine Außenwinde angehängten Last

Info

Publication number: DE102016102540B3
Application number: DE102016102540.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Benjamin Nonnenmacher; Hyun-Min Kim
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2036-02-16

Abstract

Zum Stabilisieren einer über eine Außenwinde (3) seitlich an eine Hubschrauberzelle (1) eines Hubschraubers angehängten Last (16) werden Bewegungen der Last (16) gegenüber der Hubschrauberzelle (1) erfasst und wird eine Konsole (26), an der die Außenwinde (3) gelagert ist, zum aktiven Dämpfen von Pendelbewegungen der Last (16) gegenüber der Hubschrauberzelle (1) abhängig von den erfassten Bewegungen der Last (16) unabhängig voneinander in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers gegenüber der Hubschrauberzelle (1) aktiv verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren einer über eine Außenwinde seitlich an eine Hubschrauberzelle eines Hubschraubers angehängten Last, das die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Stabilisieren einer über eine Außenwinde seitlich an eine Hubschrauberzelle eines Hubschraubers angehängten Last, die die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 6 aufweist, sowie auf einen Hubschrauber mit einer solchen Vorrichtung.
Hubschrauber zeichnen sich durch die Fähigkeit aus, Lasten an entlegene Orte zu transportieren oder dort aufzunehmen, die mit konventionellen Transportmitteln nicht befördert werden können. Eine Art des Lastentransports per Hubschrauber ist dabei der Transport als Außenlast, bei dem die Last entweder mittels eines Seilgeschirrs in festen Punkten an den Hubschrauber angehängt wird oder bei dem die Last an das Lastseil einer Außenwinde des Hubschraubers angehängt wird. Da eine solche Außenwinde häufig bei der Rettung und Bergung von Personen aus der Luft eingesetzt wird, wird sie auch als Rettungswinde bezeichnet.
Durch die Erweiterung des Systems Hubschrauber um das System Seilgeschirr oder Rettungswinde mit Außenlast wird die Komplexität des zu fliegenden Gesamtsystems erhöht. So wird durch die angehängte Außenlast die Systemdynamik verändert, und insbesondere werden die Flugeigenschaften des Hubschraubers verschlechtert. Darüber hinaus werden die Aufgaben des Piloten bei der Hubschraubersteuerung um die Aufgabe der Kontrolle der Außenlast erweitert. Beide Aspekte bedeuten eine Erhöhung der Belastung des Piloten, was zu einer Verringerung der Flugsicherheit führt.
Beim Transport von Außenlasten besteht die Gefahr unkontrollierter, niederfrequenter Pendelbewegungen infolge aerodynamischer Störungen und/oder von Steuereingaben des Piloten. Insbesondere im Transport von Außenlasten unerfahrene Piloten können durch ihre intuitiven Steuereingaben die Pendelbewegung der Last weiter anfachen anstatt diese abzudämpfen. Im Extremfall berührt die pendelnde Last den Haupt- oder Heckrotor des Hubschraubers und wird so zur Absturzursache.
Um Hubschrauberaußenlasten automatisch zu stabilisieren, wurden verschiedene Verfahren entwickelt, bei denen zunächst mit Hilfe einer geeigneten Sensorik die Außenlastbewegung erfasst wird. Bei einigen dieser Verfahren erfolgt die Erfassung der Bewegung der Last mittels einer Kamera. Aus der Position der Last im Bild der Kamera lässt sich bei Kenntnis der Seillänge der Pendelwinkel ermitteln. Aus der Änderung des Pendelwinkels lassen sich die Pendelraten berechnen. Diese Größen werden für die automatische Außenlaststabilisierung in Bezug auf ein Koordinatensystem benötigt, das in Richtung des Hubschraubers ausgerichtet ist, d. h. die Pendelwinkel und Pendelraten müssen in Längs- und Querrichtung des Hubschraubers bekannt sein.
Aus der DE 20 2010 002 309 U1 ist eine Reglereinrichtung für Helikopter bekannt, die eine vom Helikopter in Richtung Erdboden an mindestens einem Tragseil hängende Außenlast stabilisiert. Die Reglereinrichtung ist zur Erzeugung von auf Steuersignale zur Flugsteuerung des Helikopters aufprägbare Regelsignale eingerichtet und umfasst mindestens eine Lastpendelerfassungseinheit zur Erfassung der Pendelbewegung der Außenlast in lateraler und longitudinaler Richtung bezogen auf die Längsachse des Helikopters. Die Reglereinrichtung ist zur Umrechnung der erfassten Größen für die Pendelbewegung auf das geodätische Koordinatensystem und zur Generierung der Regelsignale in Abhängigkeit von den auf das geodätische Koordinatensystem umgerechneten Größen für die Pendelbewegung und in Abhängigkeit von der Masse der Außenlast und der Tragseillänge als Parameter für den Regler eingerichtet. Die Lastpendelerfassungseinheit umfasst mindestens eine an der Unterseite des Helikopters anbaubare Bilderfassungseinheit zur Aufnahme von Bildern oder Bildfolgen mit der pendelnden Außenlast und eine zur Ermittlung der Pendelbewegung der Außenlast aus den aufgenommenen Bildern eingerichtete Bildauswerteeinheit. Konkret handelt es sich bei der Bilderfassungseinheit um eine Kamera.
Aus der US 6 334 590 B1 ist ein Hubschrauber mit einer Außenwinde an einem um eine etwa vertikale, seitlich von der Längsmittelebene des Hubschraubers verlaufende Schwenkachse ausschwenkbaren Windenarm bekannt. Dies ist die bei Außenwinden übliche Art der beweglichen Abstützung einer Außenwinde an der Hubschrauberzelle, um die Außenwinde aus einer Transportposition, in der sie eine Türöffnung einer Hubschrauberkabine frei lässt, in eine Einsatzposition vor der Türöffnung zu bringen.
Aus T.S. Garnett, Jr. et al.: Design and Flight Test of the Active Arm External Load Stabilization System (AAELSS II), presented at the 32^nd Annual National V/STOL Forum of the American Helicopter Society, Washington, DC, May 1976, Preprint No. 1043 sind ein Verfahren zum Stabilisieren einer über eine Winde an eine Hubschrauberzelle eines Hubschraubers angehängten Last und ein entsprechender Hubschrauber bekannt. Hier verläuft ein Lastkabel, über das die Last an die Hubschrauberzelle angehängt ist, von der Winde zunächst durch einen pendelnd an eine Konsole angehängten Arm, dessen Pendelwinkel in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers erfasst werden. Die Konsole ist im Bereich der Längsmittelebene des Hubschraubers und dabei im unteren Teil der Hubschrauberzelle in Längsrichtung und in Querrichtung verfahrbar gelagert. Abhängig von den erfassten Pendelwinkeln wird die Konsole aktiv gegenüber der Hubschrauberzelle in Längsrichtung bzw. in Querrichtung verfahren, um Pendelbewegungen der Last zu dämpfen. Konkret betrifft das als AAELSS II bezeichnete Konzept die Dämpfung von Pendelbewegungen einer über zwei in der Längsmittelebene eines zweirotorigen Hubschraubers hintereinander liegende Lastkabel an die Hubschrauberzelle angehängten Last. Dabei ist jedes der Lastkabel normalerweise in dem oberen Ende von einem von zwei Armen festgelegt, die jeweils an eine in Längsrichtung und in Querrichtung verfahrbare Konsole angehängt sind. Lasthaken an den freien Enden der Lastseile sind durch ein Längsseil miteinander verbunden, das die beiden Lastkabel und die sie führenden Arme parallelisiert. Pendelbewegungen der Last in Querrichtung werden durch eine gemeinsame Querbewegung der beiden Konsolen und Pendelbewegungen in Längsrichtung durch eine gemeinsame Längsbewegung der beiden Konsolen gedämpft.
R. Enns et al.: Adaptive Vehicle Management Systems Phase I Overview, presented at the American Helicopter Society 69^th Annual Forum, Phoenix, Arizona, May 21–23, 2013 berichten von Tests des AAELSS, das hier als aktiver Lasthaken bezeichnet wird, im Vergleich mit einem aktiven Lastarm. Der aktive Lastarm ist an der Unterseite einer Hubschrauberzelle angelenkt, und von seinem freien Ende führt ein Lastkabel zu der Last. Durch aktives Verschwenken des Lastarms können Kräfte zum Dämpfen einer Pendelbewegung der Last aufgebracht werden. In den berichteten Tests hat sich der aktive Lasthaken gegenüber dem aktiven Lastarm als vorteilhaft herausgestellt. Zukünftig soll der aktive Lasthaken mit Verfahren zur aktiven Dämpfung von Schwingungen einer Last verglichen werden, die über die Hubschraubersteuerung arbeiten. Dabei wird davon ausgegangen, dass ein Hybridverfahren, das ein Kabelwinkelfeedbacksignal sowohl für das Flugsteuerungssystem zur Verbesserung der Handhabungsqualitäten als auch für den aktiven Lasthaken zur Lastdämpfung verwendet, Vorteile sowohl in Bezug auf die Flugeigenschaften als auch die Lastdämpfung hat.
Die DE 10 2013 111 560 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stabilisieren eines Flugzustands eines Hubschraubers mit einer an den Hubschrauber angehängten Last. Die Last ist über ein Seil und eine Seilwinde mit einer zum Aufwickeln des Seils verdrehbaren Trommel an den Hubschrauber angehängt. Der aktuelle Flugzustand des Hubschraubers während des Flugs wird erfasst, und die von der Trommel abgewickelte Seillänge wird in Abhängigkeit von dem aktuellen Flugzustand derart verändert, dass sich ein Abstand der Last von ihrem Aufhängepunkt an dem Hubschrauber ändert. Damit wird auf eine Pendelbewegung der Last um den Aufhängepunkt Einfluss genommen, um den Flugzustand des Hubschraubers zu stabilisieren.
Aus der WO 2016/007796 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stabilisieren einer über eine Außenwinde seitlich an eine Hubschrauberzelle eines Hubschraubers angehängten Last bekannt. Dabei werden mit Erfassungseinrichtungen Bewegungen der Last gegenüber der Hubschrauberzelle erfasst und mit Dämpfungseinrichtungen die Pendelbewegungen der Last gegenüber der Hubschrauberzelle durch Auf- und/oder Abwickeln des Lastseils der Außenwinde aktiv gedämpft.
Aus der JP 2002-137888 A sind eine Kranvorrichtung und eine Lastaufhängungssteuervorrichtung zur Verwendung mit der Kranvorrichtung bekannt. Die Lastaufhängungssteuervorrichtung dient zur Dämpfung von Oszillationen eines angehängten Containers. Sie umfasst sechs Linearaktuatoren an einem längs einer Transportstrecke verfahrbaren Wagen und eine an dem Wagen über die Linearaktuatoren verstellbar abgestützte Plattform. An die Plattform ist über Lastseile eine Greifvorrichtung für einen Container angehängt. Auf die Plattform einwirkende Kräfte und Drehmomente werden erfasst und zur Berechnung von Gegenkräften und Gegenmomenten verwendet, um Schwingungen des über die Greifvorrichtung angehängten Containers zu dämpfen.
Aus der DE 10 2011 106 489 A1 ist ein Lastträger zum Ausrichten einer Last eines Fluggeräts bekannt. Der Lastträger umfasst eine Trägereinheit zum Befestigen des Lastträgers an dem Fluggerät, eine Lasteinheit zum Befestigen der Last und eine Lagereinheit zum Schwenken der Lasteinheit gegenüber der Trägereinheit. Die Lagereinheit weist wenigstens ein bogenförmiges Schienenelement und wenigstens ein Wagenelement auf, das entlang des Schienenelements verschiebbar ist. Das bogenförmige Schienenelement umfasst ein Kreissegment, so dass die Lasteinheit gegenüber der Trägereinheit um eine Schwenkachse verschwenkbar ist.
Aus der EP 2 543 594 A2 ist eine Vorrichtung zur Befestigung eines Lastanhängemittels an einer Kabine eines Luftfahrzeugs und zur Kontrolle der Neigung des Lastanhängemittels relativ zu der Kabine bekannt. Die Vorrichtung ist mit einem Abwurfhaken versehen, der ein Lastanhängemittel trägt, und mit einem Stab, der sich längs einer Erstreckungsachse von einem ersten unteren Ende zu einem oberen zweiten Ende erstreckt. Das erste Ende ist mit dem Abwurfende fest verbunden, und das zweite Ende ist mit einem Gelenkbefestigungsmittel versehen, das an der Kabine befestigt ist. Die Vorrichtung weist weiter eine Platte auf, die über mindestens drei elastische Organe, die jeweils mit einem Verbindungsmittel versehen sind, mit der Kabine verbunden ist. Dabei ist diese Platte um den Stab herum an diesem mit Hilfe eines gleitenden Hauptkugelgelenks befestigt, damit die Platte gleichzeitig relativ zu dem Stab schwingen und entlang der Erstreckungsachse dieses Stabs gleiten kann. Jedes elastische Organ ist an der Platte über ein Gelenk angelenkt. Jedes elastische Organ weist einen Bewegungsdetektor auf, der mit einem Alarmmittel verbunden ist, um nach einem Verschwenken der Platte über einen Grenzwinkel hinaus einen Alarm auszulösen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stabilisieren einer über eine Außenwinde seitlich an eine Hubschrauberzelle eines Hubschraubers angehängten Last und einen mit einer solchen Vorrichtung ausgestatteten Hubschrauber aufzuzeigen, mit denen Pendelbewegungen der Last derart effizient gedämpft werden, dass die Flugeigenschaften des Hubschraubers durch die angehängte Last minimal beeinträchtigt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 6 und einen Hubschrauber mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 5 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den abhängigen Patentansprüchen 7 bis 10 definiert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Stabilisieren einer über eine Außenwinde seitlich an eine Hubschrauberzelle eines Hubschraubers angehängten Last werden Bewegungen der Last gegenüber der Hubschrauberzelle erfasst und werden Pendelbewegungen der Last gegenüber der Hubschrauberzelle durch aktiven Eingriff gedämpft, indem eine Konsole, an der die Außenwinde gelagert ist und die gegenüber der Basis längs von orthogonal zueinander angeordneten Linearführungen in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers verfahrbar ist, unabhängig voneinander in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers gegenüber der Hubschrauberzelle verfahren wird.
Dass die Hubschrauberzelle unabhängig voneinander in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers gegenüber der Hubschrauberzelle verfahren wird, schließt ein, dass die Konsole unabhängig voneinander in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers gegenüber der Hubschrauberzelle verfahrbar ist und beispielsweise nicht nur eine mit ihrer Bewegung in Längsrichtung fest gekoppelte Bewegung in Querrichtung vollführt, wie dies bei Lagerung an einem ausschwenkbaren Windenarm der Fall wäre.
Durch diese unabhängige Verfahrbarkeit in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers ist die Konsole und damit die Außenwinde einerseits gegenüber der Hubschrauberzelle je nach Bedarf, d. h. insbesondere vor oder außerhalb einer Türöffnung einer Hubschrauberkabine, positionierbar, und andererseits sind Pendelbewegungen in Längs- und in Querrichtungen des Hubschraubers auf einfache Weise gezielt dämpfbar.
Konkret kann die Konsole zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegungen der Last in Längsrichtung in Längsrichtung des Hubschraubers verfahren werden, während sie zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegung der Last in Querrichtung in Querrichtung des Hubschraubers verfahren wird. Dies impliziert, dass Pendelbewegungen mit einer diagonal verlaufenden Pendelachse, die also Komponenten in Längs- und in Querrichtung des Hubschraubers aufweist, durch gleichzeitiges Verfahren der Konsole in Längs- und in Querrichtung gedämpft werden.
Um insbesondere die Pendelbewegungen der Last zu erfassen, können die Bewegungen der Last unter Verwendung einer an der Konsole angeordneten, längs eines Lastseils der Außenwinde nach unten blickenden Kamera erfasst werden. Dabei können die Zeilen der Kamera in einer der Längs- und Querrichtung des Hubschraubers ausgerichtet sein, während ihre Spalten in der anderen der Längs- und Querrichtung des Hubschraubers ausgerichtet sind. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Auswertung der Bilder der Kamera in Bezug auf die Bewegungen der Last und insbesondere ihrer Pendelbewegungen in Längs- und Querrichtung des Hubschraubers möglich.
Zudem können die Bewegungen der Last auch unter Verwendung der abgewickelten Länge des Lastseils der Außenwinde erfasst werden, weil diese Länge den Abstand der Last zu der Kamera an der Konsole angibt. Die abgewickelte Länge des Lastseils ist von der Außenwinde erhältlich.
Zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegungen der Last abhängig von den erfassten Bewegungen der Last kann zusätzlich die Außenwinde auf Auf- oder Abwickeln ihres Lastseils angesteuert werden. Hierdurch wird einerseits die Länge des durch die angehängte Last gebildeten Pendels und damit seine Eigenfrequenz variiert. Andererseits können Zwangskräfte so in das Pendel eingeleitet werden, dass ihm Energie entzogen wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegungen der Last abhängig von den erfassten Bewegungen der Last zusätzlich in eine Flugsteuerung des Hubschraubers eingegriffen. Das heißt, dass z. B. Reaktionen des Hubschraubers auf Kräfte abgefangen oder kompensiert werden, die durch das Verfahren der Konsole mit der Außenwinde oder auch durch das Auf- oder Abwickeln des Lastseils der Außenwinde auf den Hubschrauber ausgeübt werden, da diese Kräfte ausschließlich an dem Hubschrauber abgestützt werden können.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Stabilisieren einer über eine Außenwinde seitlich an eine Hubschrauberzelle eines Hubschraubers angehängten Last mit Erfassungseinrichtungen zum Erfassen von Bewegungen der Last gegenüber der Hubschrauberzelle und Dämpfungseinrichtungen, die Pendelbewegungen der Last gegenüber der Hubschrauberzelle durch aktiven Eingriff abhängig von den erfassten Bewegungen dämpfen, ist die Außenwinde an einer Konsole gelagert, die unabhängig voneinander in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers gegenüber einer an der Hubschrauberzelle montierbaren Basis verfahrbar ist. Weiterhin verfahren die Dämpfungseinrichtungen die Konsole abhängig von den erfassten Bewegungen der Last zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegungen der Last in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers.
Insbesondere ist die Konsole gegenüber der Basis längs von orthogonal zueinander angeordneten Linearführungen mit Hilfe unabhängig voneinander ansteuerbarer Aktuatoren in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers verfahrbar. Dabei kann die eine Linearführung für ein Zwischenelement gegenüber der Basis und die andere für die Konsole gegenüber dem Zwischenelement vorgesehen sein. Eine oder beide Linearführungen können auch als Paar von Teilführungen, und einer oder beide Aktuatoren können auch Paar von Teilaktuatoren ausgebildet sein, um ein verkantungsfreies Verfahren des Zwischenelements bzw. der Konsole sicherzustellen. Zur Gewichtseinsparung können die Linearführungen und die Aktuatoren zumindest teilweise aus Faserverbundwerkstoffen ausgebildet sein. Die Aktuatoren können beispielsweise Gewindespindeltriebe umfassen. Um die relativ langsamen Pendelbewegungen einer an einen Hubschrauber angehängten Last zu dämpfen, sind die Geschwindigkeiten, mit denen Gewindespindeltriebe betrieben werden können, mehr als ausreichend. Das Verfahren der Konsole gegenüber der Basis kann aber auch mit anderen Aktuatoren erfolgen, wie beispielsweise mit hydraulischen oder pneumatischen Zylindern, Zahnstangentrieben usw..
Zu weiteren möglichen und bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Ein erfindungsgemäßer Hubschrauber weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf. Dabei kann die Basis, gegenüber der die Konsole der erfindungsgemäßen Vorrichtung verfahrbar ist, einstückig mit der Struktur der Hubschrauberzelle des Hubschraubers ausgebildet sein, d. h. sie muss nicht an dieser als separates Teil angebaut sein.
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
1 ist eine Draufsicht von oben auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet vor einer seitlichen Türöffnung einer schematisch dargestellten Hubschrauberzelle.
2 ist eine seitliche Ansicht der Anordnung gemäß 1; und
3 ist ein Signalflussdiagramm einer Implementation des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt schematisch eine Hubschrauberzelle 1 eines hier nicht weiter dargestellten Hubschraubers. Die Hubschrauberzelle 1 weist eine seitliche Türöffnung 2 auf. Die Türöffnung 2 kann insbesondere die Türöffnung einer Schiebetür des Hubschraubers sein. Oberhalb und vor der seitlichen Türöffnung 2 ist eine auch als Rettungswinde bezeichnete Außenwinde 3 verfahrbar gelagert. Die Verfahrbarkeit der Außenwinde 3 besteht unabhängig voneinander parallel zu einer Längsmittelebene 4 und senkrecht zur Längsmittelebene 4 des Hubschraubers. Konkret verfahren wird eine Konsole 26 mit einer Seilauslassöffnung 5, an der die Außenwinde 3 gelagert ist. Die Seilauslassöffnung 5 bestimmt, um welchen Punkt eine über ein Lastseil 6 an die Außenwinde 3 angehängte, hier nicht sichtbare Last pendelt. Konkret ist ein Zwischenelement 7 über eine Linearführung 8 mit zwei parallel zueinander angeordneten Teilführungen in Form von Führungsschienen 9 senkrecht zu der Längsmittelebene 4 verfahrbar. Gegenüber dem Zwischenelement 7 ist die Konsole 26 über eine weitere Linearführung 10 mit zwei Führungsschienen 11 als parallel zueinander angeordnete Teilführungen parallel zu der Längsmittelebene 4 geführt. Zum Verfahren des Zwischenelements 10 gegenüber der Hubschrauberzelle 1 oder einer daran festgelegten Basis ist ein Aktuator 12 vorgesehen. Ein weiterer, unabhängig von dem Aktuator 12 ansteuerbarer Aktuator 13 ist zum Verfahren der Konsole 26 parallel zu der Längsmittelebene 4 vorgesehen. Beide Aktuatoren 12 und 13 sind hier als Hydraulikzylinder angedeutet. Im Bereich der Seilauslassöffnung ist eine Kamera 14 angeordnet, die die Last und insbesondere Bewegungen der Last, welche an das Lastseil 6 angehängt ist, beobachtet. Aus dem Bild der Kamera 14 kann zusammen mit der von einer Seiltrommel 15 der Außenwinde 3 abgewickelten Länge des Lastseils 6 die Relativlage der Last gegenüber dem Hubschrauber erfasst werden. Dabei können Bewegungen der Last besonders einfach in solche längs der Längsmittelebene 4 und senkrecht zu der Längsmittelebene 4 aufgeteilt werden, wenn die Zeilen oder Spalten der Kamera 14 senkrecht zu der Längsmittelebene 4 ausgerichtet sind.
2 zeigt die anhand von 1 beschriebene Anordnung mit Blickrichtung auf die Längsmittelebene des Hubschraubers, wobei auch eine Last 16 am freien Ende des Lastseils 6 angedeutet ist. Der Anbringungsort der Außenwinde 3 oberhalb der seitlichen Türöffnung 2 gewährleistet das Auf- und Ablassen von Personen und Gegenständen als Last 16 mit der Außenwinde 3 und die anschließende Aufnahme der Last 16 in den Innenraum der Hubschrauberzelle 1. Um Pendelbewegungen der Last 16 in Richtung der Längsmittelebene zu dämpfen, wird die Außenwinde 3 auf ihrer Konsole 26 mit der Seilauslassöffnung 5 längs der Längsmittelebene verfahren. Zum Dämpfen von Pendelbewegungen senkrecht zur Längsmittelebene wird die Außenwinde 3 mit der Seilauslassöffnung 5 entsprechend senkrecht zu der Längsmittelebene verfahren.
Der in 3 dargestellte Signalflussplan zeigt ein AFCS (Automatic Flight Control System) 17, das zwei Subsysteme 18 und 19 umfasst. Das eine Subsystem ist ein Flugregler 18, der die üblichen Aktuatoren einer Flugsteuerung 20 des Hubschraubers 21 ansteuert. Das andere Subsystem ist ein Regler 19 für die Aktuatoren 12, 13 der Außenwinde 3 zum Beeinflussen der Last 16. Über Kräfte, die das Lastseil 6 überträgt, sind die Last 16 und der Hubschrauber 21 miteinander gekoppelt, was durch gestrichelte Pfeile 22 angedeutet ist. Die Bewegung der Last 16 wird mit einer die Kamera 14 umfassenden Erfassungseinrichtung 23 erfasst. Die Erfassungseinrichtung 23 liefert Informationen zur Bewegung der Außenlast, insbesondere Pendelwinkel und Pendelraten. Diese Informationen werden dem Regler 19 zur Steuerung der Außenwinde zur Verfügung gestellt. Die berechneten Aktuatorauslenkungen werden entsprechend als Ansteuersignale an die Aktuatoren 12 und 13 weitergeleitet. Die Außenwinde 3 wird entsprechend relativ zu der Hubschrauberzelle 1 verfahren, so dass die Pendelbewegung der Last 16 gedämpft wird.
Die Informationen über die Bewegung der Last 16 werden auch dem Flugregler 18 zur Verfügung gestellt. Außerdem erhält er die Pilotensteuereingabe 24 von dem Piloten des Hubschraubers sowie Signale 25 bezüglich der Hubschrauberbewegung, d. h. Lagewinkel, Drehraten, translatorische Geschwindigkeiten, Beschleunigungen usw. Basierend auf diesen Eingangssignalen berechnet der Flugregler 18 Aktuatorkommandos für die Aktuatoren der Flugsteuerung 20, die den Haupt- und Heckrotor des Hubschraubers 21 ansteuern. Im Flugregler 18 wird die Pilotensteuereingabe 24 derart beeinflusst, dass das Antwortverhalten des Hubschraubers 21 auf die Ansteuersignale des Flugreglers 18 in gute Flugeigenschaften resultiert. Außerdem kann durch kleine automatische Ausgleichsbewegungen des gesamten Hubschraubers 21 die Last 16 stabilisiert werden. Insbesondere können automatische Ausgleichsbewegungen die durch das Ansteuern der Aktuatoren 12 und 13 resultierenden Kräfte auf das Lastseil 6 kompensieren.
Durch die verfahrbare Außenwinde erhält das Gesamtsystem aus Hubschrauber 21 und angehängter Last 16 zusätzliche Freiheitsgrade. Diese Freiheitsgrade ermöglichen im Aktionsraum der verfahrbaren Außenwinde eine Entkopplung von Hubschrauberbewegung und Außenlastbewegung. Die verfahrbare Außenwinde dient zur Dämpfung der Pendelbewegungen der Last 16. Der Flugregler 18 stellt über die Beeinflussung des Hubschrauberantwortverhaltens auf die Pilotensteuereingabe 24 primär gute Flugeigenschaften sicher.
Bezugszeichenliste

1: Hubschrauberzelle
2: Türöffnung
3: Außenwinde
4: Längsmittelebene
5: Seilauslassöffnung
6: Lastseil
7: Zwischenelement
8: Linearführung
9: Führungsschiene
10: Linearführung
11: Führungsschiene
12: Aktuator
13: Aktuator
14: Kamera
15: Seiltrommel
16: Last
17: AFCS
18: Flugregler
19: Regler
20: Flugsteuerung
21: Hubschrauber
22: Pfeile
23: Erfassungseinrichtungen
24: Pilotensteuereingabe
25: Signale bezüglich der Hubschrauberbewegung
26: Konsole

Claims

Verfahren zum Stabilisieren einer über eine Außenwinde (3) seitlich an eine Hubschrauberzelle (1) eines Hubschraubers (21) angehängten Last (16), – wobei Bewegungen der Last (16) gegenüber der Hubschrauberzelle (1) erfasst werden und – wobei Pendelbewegungen der Last (16) gegenüber der Hubschrauberzelle (1) durch aktiven Eingriff abhängig von den erfassten Bewegungen der Last (16) gedämpft werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konsole (26), an der die Außenwinde (3) gelagert ist und die gegenüber der Basis längs von orthogonal zueinander angeordneten Linearführungen (8, 10) in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers (21) verfahrbar ist, zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegungen der Last (16) abhängig von den erfassten Bewegungen der Last (16) unabhängig voneinander in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers (21) gegenüber der Hubschrauberzelle (1) verfahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole (26) zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegungen der Last (16) in Längsrichtung in Längsrichtung des Hubschraubers (21) verfahren wird und dass die Konsole (26) zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegungen der Last (16) in Querrichtung in Querrichtung des Hubschraubers (21) verfahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen der Last (16) unter Verwendung einer an der Konsole (26) angeordneten, längs eines Lastseils der Außenwinde (3) nach unten blickenden Kamera (14) erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegungen der Last (16) abhängig von den erfassten Bewegungen der Last (16) zusätzlich die Außenwinde (3) auf Auf- oder Abwickeln ihres Lastseils (6) angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegungen der Last (16) abhängig von den erfassten Bewegungen der Last (16) zusätzlich in eine Flugsteuerung (20) des Hubschraubers (21) eingegriffen wird.
Vorrichtung zum Stabilisieren einer über eine Außenwinde (3) seitlich an eine Hubschrauberzelle (1) eines Hubschraubers (21) angehängten Last (16) – mit Erfassungseinrichtungen (23) zum Erfassen von Bewegungen der Last (16) gegenüber der Hubschrauberzelle (1) und – mit Dämpfungseinrichtungen, die Pendelbewegungen der Last (16) gegenüber der Hubschrauberzelle (1) durch aktiven Eingriff abhängig von den erfassten Bewegungen dämpfen, dadurch gekennzeichnet, – dass die Außenwinde (3) an einer Konsole (26) gelagert ist, die unabhängig voneinander in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers (21) gegenüber einer an der Hubschrauberzelle (1) montierbaren Basis verfahrbar ist, – dass die Konsole (26) gegenüber der Basis längs von orthogonal zueinander angeordneten Linearführungen (8, 10) mit Hilfe unabhängig voneinander ansteuerbarer Aktuatoren (12, 13) in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers (21) verfahrbar ist, und – dass die Dämpfungseinrichtungen die Konsole (26) abhängig von den erfassten Bewegungen der Last (16) zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegungen der Last (16) in Längsrichtung und in Querrichtung des Hubschraubers (21) verfahren.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtungen die Konsole (26) zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegungen der Last (16) in Längsrichtung in Längsrichtung des Hubschraubers (21) verfahren und dass die Dämpfungseinrichtungen die Konsole (26) zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegungen der Last (16) in Querrichtung in Querrichtung des Hubschraubers (21) verfahren.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtungen (23) die Bewegungen der Last (16) unter Verwendung einer an der Konsole (26) angeordneten, längs eines Lastseils (6) der Außenwinde (3) nach unten blickenden Kamera (14) erfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtungen zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegungen der Last (16) abhängig von den erfassten Bewegungen der Last (16) zusätzlich die Außenwinde (3) auf Auf- oder Abwickeln ihres Lastseils (6) ansteuern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtungen zum aktiven Dämpfen der Pendelbewegungen der Last (16) abhängig von den erfassten Bewegungen der Last (16) zusätzlich in eine Flugsteuerung (20) des Hubschraubers (21) eingreifen.
Hubschrauber (21) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10.