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Die Erfindung betrifft ein Fluggerät mit einer Zelle zur Aufnahme einer Antriebseinrichtung, mit einer Rotoranordnung, die an einer Rotorachse aufgenommen ist, wobei die Rotorachse beweglich mit der Zelle verbunden ist, mit einer Vortriebseinrichtung, die wenigstens einen Antriebspropeller umfasst, wobei der Zelle wenigstens zwei Räder zugeordnet sind.
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Aus dem Stand der Technik ist der Tragschrauber bekannt, der auch als Gyrokopter bezeichnet wird und bei dem es sich um einen Drehflügler handelt, bei dem wenigstens zwei Rotorblätter frei drehbeweglich um eine im wesentlichen vertikal an der Zelle des Tragschraubers angeordneten Rotorachse gelagert sind, wobei die Rotorachse beweglich an der Zelle aufgenommen ist, um Einfluss auf den von den Rotorblättern bereitgestellten Auftrieb nehmen zu können und Richtungsänderungen für den Tragschrauber bewirken zu können. Dabei werden die Rotorblätter passiv durch den Fahrtwind in Drehung versetzt, dem der Tragschrauber ausgesetzt ist, sobald ein ausreichender Vortrieb, der insbesondere durch ein Propellertriebwerk bereitgestellt werden kann, vorliegt und damit eine Relativbewegung des Tragschraubers gegenüber der umgebenden Luft gegeben ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fluggerät bereitzustellen, das gegenüber bekannten Tragschraubern eine erhebliche Verkürzung der für einen Übergang in einem Flugbetrieb benötigten Startbahnlänge ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird für ein Fluggerät der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Rotoranordnung zwei Rotorblattanordnungen umfasst, die jeweils wenigstens zwei Rotorblätter aufweisen, wobei eine erste Rotorblattanordnung mit einem ersten Rotorläufer und eine zweite Rotorblattanordnung mit einem zweiten Rotorläufer gekoppelt ist und wobei beide Rotorläufer drehbeweglich koaxial zueinander an der Rotorachse gelagert sind und einen Elektromotor bilden.
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Durch die Ausgestaltung der beiden Rotorläufer als Elektromotor ist es möglich, die Rotorblattanordnungen in unterschiedlichen Betriebszuständen zu betreiben. Bei einem ersten Betriebszustand, der auch als passiver Betriebszustand bezeichnet werden kann, ist der erste Rotorläufer frei drehbeweglich gegenüber der Rotorachse und frei drehbeweglich gegenüber dem zweiten Rotorläufer. Ferner ist der zweite Rotorläufer im ersten Betriebszustand ebenfalls frei drehbeweglich gegenüber der Rotorachse. Somit entspricht dieser erste Betriebszustand einem Autorotationszustand, bei dem die Rotoranordnung in gleicher Weise wie bei einem Gyrokopter betrieben wird. Bei einem zweiten Betriebszustand der auch als aktiver Betriebszustand bezeichnet werden kann, sind beide Rotorläufer weiterhin frei drehbeweglich gegenüber der Rotorachse, allerdings erfolgt eine Zufuhr von elektrischer Energie an wenigstens einem der beiden Rotorläufer, der durch diese Energiezufuhr in magnetische Wechselwirkung mit dem anderen Rotorläufer treten kann und damit eine Drehmomenteinleitung auf die beiden Rotorläufer bewirkt. Da die beiden Rotorläufer keine Drehmomentabstützung an der Rotorachse aufweisen, stellen sich gegensinnige Rotationsbewegungen für die beiden Rotorblattanordnungen ein. Bei geeigneter Auswahl von Anstellwinkeln für die jeweiligen Rotorblätter der Rotorblattanordnungen lässt sich dadurch eine in vertikaler Richtung nach oben resultierende Auftriebskraft bewirken, mit deren Hilfe eine auf das Fluggerät wirkende Gesamtauftriebskraft erhöht wird und ein Abheben des Fluggeräts vom Boden unterstützt wird. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Energiezufuhr an die beiden Rotorläufer zu einer Drehbewegung der beiden Rotorblattanordnungen führt, durch die eine ausschließlich durch die Rotoranordnung bewirkte Auftriebskraft auf das Fluggerät einwirkt, die größer als die Gewichtskraft des Fluggeräts ist, so dass das Fluggerät ohne weitere Maßnahmen in vertikaler Richtung vom Boden abheben kann. Ferner kann durch eine Veränderung einer Ausrichtung der Rotorachse gegenüber der Zelle bei rotierenden Rotorblattanordnungen ein Einfluss auf die Kraftrichtungen für die nach oben resultierende Auftriebskraft auf die Zelle genommen werden, so dass hierüber Veränderungen einer Fluglage für das Fluggerät unterstützt oder ausschließlich herbeigeführt werden können.
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Vorzugsweise ist der durch die beiden Rotorläufer gebildete Elektromotor derart ausgelegt, dass er ohne eine Zufuhr elektrischer Energie momentenfrei ist, so dass eine freie Beweglichkeit der beiden Rotorblattanordnungen in Abwesenheit einer Versorgung mit elektrischer Energie sichergestellt ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Antriebseinrichtung einen Energieerzeuger, insbesondere eine Verbrennungsmotor-Generator-Kombination, und/oder einen Energiespeicher, insbesondere einen Akkumulator oder Kondensator, umfasst. Die Aufgabe des Energieerzeugers besteht darin, einen Energiegehalt eines flüssigen oder gasförmigen Treibstoffs, insbesondere Benzin oder Kerosin, zumindest anteilig in elektrische Energie umzusetzen, mit deren Hilfe eine Energieversorgung der Rotorläufer durchgeführt werden kann. Ferner ist die Antriebseinrichtung dazu vorgesehen, Antriebsenergie an die Vortriebseinrichtung bereitzustellen, dies kann in Abhängigkeit von der technischen Auslegung der Vortriebseinrichtung durch Drehmomentübertragung oder Bereitstellung von elektrischer Energie erzielt werden. Ergänzend oder alternativ kann die Antriebseinrichtung einen Energiespeicher umfassen, der entweder für eine ausschließliche Versorgung der beiden Rotorläufer und der Vortriebseinrichtung mit elektrischer Energie ausgebildet ist oder der für eine kurzzeitige Zwischenspeicherung elektrischer Energie zur Pufferung von Leistungsspitzen während des Betriebs des Fluggeräts dient. Ein derartiger Energiespeicher kann insbesondere als Kondensatoranordnung und/oder Akkumulator ausgebildet sein.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vortriebseinrichtung zwei Antriebspropeller aufweist, deren Propellerachsen jeweils seitlich beabstandet zur Rotorachse angeordnet sind, wobei jedem der Antriebspropeller ein Elektromotor zugeordnet ist und/oder dass Propellerachsen der Antriebspropeller parallel zueinander ausgerichtet sind. Durch die Verwendung von zwei Antriebspropellern, die vorzugsweise spiegelsymmetrisch zur Rotorachse angeordnet sind, sofern sich diese in einer Neutralstellung befindet, kann eine symmetrische Bereitstellung von Vortriebskräften auf das Fluggerät gewährleistet werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Antriebspropeller für eine Vortriebserzeugung bei gegensinniger Rotation ausgebildet sind und wenn die den Antriebspropeller zugeordneten Elektromotoren auch für eine derartige gegensinnige Rotation der Antriebspropeller angesteuert werden. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Propellerachsen der Antriebspropeller parallel zueinander ausgerichtet sind, um bei identischer Leistungszufuhr für beide Elektromotoren und gegensinniger Rotation der Antriebspropeller ausschließlich einen Vortrieb bereitstellen zu können, der längs der Propellerachsen und vorzugsweise entlang einer Längsachse für das Fluggerät ausgerichtet ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Elektromotoren der Vortriebseinrichtung elektrisch mit einer Steuerungseinrichtung verbunden sind, die für eine flugrichtungsabhängige Ansteuerung der Elektromotoren und/oder für eine auftriebsabhängige Ansteuerung der Rotorläufer ausgebildet ist. Dabei kann die Steuerungseinrichtung für eine unmittelbare Bedienung durch einen Piloten, der sich während des Flugbetriebs für das Fluggerät in der Zelle aufhält, vorgesehen sein. Alternativ kann die Steuerungseinrichtung für eine Steuerung des Fluggeräts ausgebildet sein. In jedem Fall ist die Steuerungseinrichtung derart ausgebildet, dass sie durch Bereitstellung von unterschiedlichen Energiemengen an die beiden Elektromotoren der Vortriebseinrichtung eine Einflussnahme auf eine Flugrichtung des Fluggeräts nehmen kann. Ergänzend oder alternativ kann die Steuerungseinrichtung auch die Bereitstellung von elektrischer Energie an die Rotorläufer und somit den von der Rotoranordnung bereitgestellten Auftrieb beeinflussen. Exemplarisch umfasst die Steuerungseinrichtung wenigstens eine einstellbare elektrische Endstufe, mit deren Hilfe eine Steuerung oder Regelung wenigstens eines Energieflusses an den oder die angeschlossenen elektrischen Verbraucher bewirkt werden kann. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Rotoranordnung derart ausgelegt sein kann, dass in Kombination mit der Vortriebseinrichtung ein für den Flugbetrieb ausreichender Auftrieb hervorgerufen werden kann. Exemplarisch ist der Auftrieb zumindest bei einem aktiven Betrieb mit einer Energieeinspeisung in die Rotoranordnung ausreichend, vorzugsweise auch bei einem passiven Betrieb ohne eine Energieeinspeisung in die Rotoreinrichtung, so dass zusätzliche Auftriebsmittel wie Tragflächen nicht zwingend erforderlich sind.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Zelle mit wenigstens einer Tragfläche versehen ist und/oder dass wenigstens einem Rad ein elektrischer Antriebsmotor, insbesondere ein Radnabenmotor, zugeordnet ist. Die Aufgabe der Tragfläche besteht darin, Auftriebskräfte bereitzustellen, sofern das Fluggerät in einer Richtung bewegt wird, bei der es zu einer aerodynamisch sinnvollen Anströmung der Tragfläche kommt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Tragfläche derart an der Zelle angeordnet ist, dass sie bei einer Bewegung des Fluggeräts in Längsrichtung die gewünschten Auftriebskräfte bereitstellen kann. Durch die Zuordnung eines elektrischen Antriebsmotors zu wenigstens einem Rad kann das Fluggerät im Bodenbetrieb, bei dem die Räder auf einem festen Untergrund abrollen, durch Drehmomenteinleitung auf das wenigstens eine Rad fortbewegt und manövriert werden. Vorzugsweise ist der elektrische Antriebsmotor für einen Dauerbetrieb ausgebildet, so dass auch ein Zurücklegen größerer Strecken im Bereich von 1 km bis beispielsweise 50 km unproblematisch möglich ist. Für längere Strecken wird davon ausgegangen, dass das Fluggerät diese Strecken zumindest überwiegend im Flugbetrieb überwinden kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der elektrische Antriebsmotor für das Rad als Radnabenmotor ausgebildet ist, da sich hierdurch eine besonders kompakte Gestaltung für das Rad mit den zugeordneten Antriebsmotor erzielen lässt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass mehreren Rädern jeweils ein elektrischer Antriebsmotor, insbesondere ein Radnabenmotor, zugeordnet ist und dass die elektrischen Antriebsmotoren elektrisch mit einer Steuerungseinrichtung verbunden sind, die für eine fahrtrichtungsabhängige Ansteuerung der Antriebsmotoren ausgebildet ist. Durch die Zuordnung von elektrischen Antriebsmotoren zu mehreren Rädern kann eine kompakte Gestaltung des jeweiligen Radnabenmotors gewährleistet werden, da die Kräfte zur Fortbewegung des Fluggeräts im Bodenbetrieb von mehreren Antriebsmotoren bereitgestellt werden. Darüber hinaus ist durch geeignete Ansteuerung der Antriebsmotoren, die insbesondere mit Hilfe der Steuerungseinrichtung beeinflusst werden kann, eine Beeinflussung einer Fahrtrichtung für das am Boden fahrende Fluggerät möglich.
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Zweckmäßig ist es, wenn wenigstens ein Rad teilweise in einer Tragfläche aufgenommen ist und eine stirnseitige Schmalseite der Tragfläche durchsetzt, wobei die Tragfläche zumindest abschnittweise schwenkbeweglich an der Zelle angebracht ist, um eine Schwenkbewegung des Rads zwischen einer Ruhestellung und einer Funktionsstellung zu ermöglichen. Durch die Integration des Rads, insbesondere des mit einem Radnabenmotor versehenen Rads, in die Tragfläche lässt sich einerseits eine aerodynamisch günstige Anbringung des Rads erzielen. Zum anderen bildet die zumindest abschnittsweise abwinkelbare Tragfläche das Fahrgestell für das Fluggerät, nachdem dieses in Bodennähe aus dem Flugbetrieb in den Fahrbetrieb überführt wurde. Hierbei ist von besonderer Bedeutung, dass die aus der Rotoranordnung resultierenden Auftriebskräfte ausreichend hoch sind, dass auch ohne vollständige Nutzung der Tragflächen eine Kontrolle der Fluglage des Fluggeräts gewährleistet ist. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass die mit Rädern versehenen Tragflächen im Fahrbetrieb des Fluggeräts abgeklappt sind und nach Abheben vom Boden in einem Flugzustand geschwenkt werden, bei dem eine maximale aerodynamisch wirksame Oberfläche der Tragflächen zur Verfügung steht. Dementsprechend ist am Ende eines Flugzustands für das Fluggerät vorzusehen, die mit den Rädern versehenen Tragflächen vor einer Bodenberührung wieder in die abgeklappte Stellung zu bringen, wodurch die Räder aus einer Ruhestellung in eine Funktionsstellung überführt werden und für den Fahrbetrieb zur Verfügung stehen. Besonders günstig ist es, wenn ein Rad zumindest nahezu vollständig in einer Tragfläche aufgenommen ist, so dass lediglich ein kreisabschnittsförmiger Endbereich des Rads eine stirnseitige Schmalseite der Tragfläche durchsetzt, da sich hierdurch ein günstiger Kompromiss aus einer aerodynamischen Anordnung des Rads im Flugbetrieb und günstigen Abrolleigenschaften des Rads im Fahrbetrieb erzielen lässt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine der beiden Rotorblattanordnungen mit schwenkbeweglich am jeweiligen Rotorläufer angekoppelten Rotorblättern versehen ist und/oder dass eine Rotorblattlänge der ersten Rotorblattanordnung unterschiedlich zu einer Rotorblattlänge der zweiten Rotorblattanordnung gewählt ist. Eine schwenkbewegliche Verbindung zwischen den einzelnen Rotorblättern und dem jeweiligen Rotorläufer ist insbesondere im Fahrbetrieb des Fluggeräts von Vorteil, da für diesen Betriebszustand die Rotorblätter zumindest nahezu parallel zu einer Längsachse des Fluggeräts abgeklappt werden können und somit nicht seitlich als Störkontur über eine von der Zelle und den Tragflächen bestimmten Projektionsgeometrie des Fluggeräts hinausragen. Besonders vorteilhaft ist dies, wenn die Rotorblattanordnungen unterschiedliche Rotorblattlängen aufweisen, wobei in diesem Fall zumindest die Rotorblattanordnung mit den längeren Rotorblättern jeweils eine schwenkbewegliche mit dem zugeordneten Rotorläufer aufweisen. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen sein, wenigstens die Rotorblätter einer der beiden Rotorblattanordnungen während eines Flugbetriebs für das Fluggerät schwenkbeweglich in einer Weise abzuklappen, dass diese einen möglichst geringen Luftwiderstand aufweisen. Gegebenenfalls kann zu diesem Zweck auch vorgesehen sein, dass zumindest einer der Rotorläufer mit einer Bremseinrichtung vorgesehen ist, um eine Einstellung einer definierten rotatorischen Lage der zugeordneten Rotorblätter im Flugbetrieb zu gewährleisten.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an einem vorderen Endbereich der Zelle vordere Tragflächen und an einem hinteren Endbereich der Zelle hintere Tragflächen angeordnet sind, wobei die hinteren Tragflächen mit der Vortriebseinrichtung ausgerüstet sind und ein Schwerpunkt des Fluggeräts zwischen den beiden Tragflächen angeordnet ist. Vorzugsweise sind die vorderen Tragflächen in einer horizontalen Ebene in Flugrichtung vor einem Schwerpunkt des Fluggeräts angeordnet. Demgegenüber sind die hinteren Tragflächen vorzugsweise in einer horizontalen Ebene in Flugrichtung hinter dem Schwerpunkt des Fluggeräts angeordnet. Hierdurch wird eine so genannte Entenflügelanordnung geschaffen, bei der die vorderen, gegebenenfalls auch als Höhenruder dienenden Tragflächen ebenfalls Auftrieb erzeugen. Hierdurch kann das Fluggerät mit besonders kompakten Tragflächen ausgestattet werden, was insbesondere bei einer Verwendung des Fluggeräts während des Fahrbetriebs im öffentlichen Straßenverkehr von Vorteil ist, da hierbei eine maximale Breite von 2,5m, vorzugsweise 2,2m, besonders bevorzugt 2m, nicht überschritten werden sollte. Durch die Anordnung der Vortriebseinrichtung an den hinteren Tragflächen lässt sich in Kombination mit einer Anordnung eines oder mehrerer Piloten-/Passagiersitze in der Nähe des vorderen Endbereichs der Zelle unter anderem eine günstige Gewichtsverteilung für das Fluggerät erzielen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an einem der Zelle abgewandten Endbereich der Rotorachse ein Rettungsgerät, insbesondere eine Fallschirm-Raketen-Kombination, angeordnet ist. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Fluggerät in der Art eines Ultraleichtflugzeug ausgelegt werden soll.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
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1 eine Draufsicht auf ein Fluggerät mit einer mittig angeordneten Zelle, an einem vorderen Endbereich angeordneten Tragflächen, an einem hinteren Endbereich angeordneten Tragflächen sowie den hinteren Tragflächen zugeordneten Antriebsmotoren,
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2 eine Seitenansicht des Fluggeräts gemäß der 1,
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3 eine Vorderansicht des Fluggeräts in einer Flugkonfiguration,
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4 eine Vorderansicht des Fluggeräts in einer Fahrkonfiguration, und
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5 eine schematische Schnittdarstellung der Rotoranordnung.
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Ein in den 1 bis 4 in unterschiedlichen Ansichten und für unterschiedliche Betriebszustände konfiguriertes Fluggerät 1 ist als Mehrzweckfahrzeug sowohl für einen Flugbetrieb als auch für einen Fahrbetrieb ausgebildet. In den 1, 2 und 3 ist das Fluggerät 1 in einer Flugkonfiguration dargestellt, während die 4 eine Fahrkonfiguration für das Fluggerät 1 zeigt.
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Für die nachstehende Beschreibung wird ohne Beschränkung der Erfindung auf diese Vorschriften davon ausgegangen, dass das Fluggerät 1 gemäß den europäischen Bestimmungen, insbesondere den derzeit für die Länder Deutschland, Österreich und Schweiz geltenden nationalen Bestimmungen, als Flugzeug zulassungsfähig sein soll. Ferner soll das Fluggerät 1 zur Verwendung im öffentlichen Straßenverkehr geeignet sein und erfordert daher auch die Einhaltung der diesbezüglichen Vorschriften, ohne dass nachstehend hierauf näher eingegangen wird. Dies gilt insbesondere auch für die sowohl für den Flugbetrieb als auch für den Fahrbetrieb notwendigen Kennzeichnungen, Beleuchtungseinrichtungen und sonstige Einrichtungen, die für einen Betrieb als Flugzeug und als Kraftfahrzeug vorauszusetzen sind.
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Das in den 1 bis 4 dargestellte Fluggerät 1 ist beispielhaft zum Transport von maximal zwei Personen vorgesehen, die in einem nicht näher dargestellten Passagierabteil untergebracht werden können, das in einer Zelle 2 des Fluggeräts 1 ausgebildet ist. Rein exemplarisch ist die Zelle 2 aus einem Kohlenstofffaser-Verbundmaterial hergestellt und weist an einem vorderen, abgerundet ausgebildeten Endbereich 3 eine Frontscheibe 4 aus transparentem Kunststoffmaterial auf, hinter der zwei nicht näher dargestellte Sitze für einen Piloten und einen Passagier oder für zwei Piloten angeordnet sind.
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Seitlich an der Zelle 2 sind beidseitig spiegelbildlich zu einer Längsachse 4 in nicht näher dargestellter Weise nach außen aufschwenkbare Türen 5 angebracht, durch die Personen in das Passagierabteil im Inneren der Zelle 2 einsteigen oder aus dem Passagierabteil aussteigen können.
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Ferner sind am vorderen Endbereich 3 unterhalb einer etwa in halber Höhe der Zelle 2 endenden Frontscheibenunterkante 6 spiegelbildlich zur Längsachse 4 angeordnete vordere Tragflächen 7 ausgebildet, die eine in der 2 näher dargestellte Profilierung aufweisen. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die vorderen Tragflächen 7 in nicht näher dargestellter Weise relativ zur Zelle 2 um eine gemäß den Darstellungen der 1 bis 4 horizontal ausgerichtete Schwenkachse 8 synchron verschwenkt werden können, um als Höhenruder zu dienen. Diese Funktion als Höhenruder ist jedoch für den Flugbetrieb keinesfalls zwingend, so dass die vorderen Tragflächen 7 auch starr an der Zelle 2 festgelegt sein können.
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An einem hinteren Endbereich 9 der Zelle 2 sind in einem obenliegenden Abschnitt spiegelbildlich zur Längsachse 4 ausgerichtete hintere Tragflächen 10 angeordnet, die ebenfalls eine Profilierung analog zu den vorderen Tragflächen 7 aufweisen. Da die hinteren Tragflächen 10 exemplarisch jeweils endseitig mit rechtwinklig abragenden Flügelendscheiben 27 (Winglets) ausgerüstet sind, ist die Profilierung der Tragflächen 10 nicht deutlich zu erkennen.
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An jeder der beiden hinteren Tragflächen 10 ist jeweils mit gleichem Abstand zur Längsachse 4 ein Antriebspropeller 11 angeordnet, der rein exemplarisch als zweiflügliger Propeller ausgebildet ist. Beide Antriebspropeller 11 sind beispielhaft in einer nicht näher dargestellten, gemeinsamen Propellerebene drehfest mit nicht näher dargestellten Antriebswellen von Elektromotoren 12 festgelegt. Die Antriebswellen der Elektromotoren 12 sind ihrerseits jeweils drehbeweglich an einem nicht näher dargestellten Stator des jeweiligen Elektromotors 12 gelagert, der seinerseits in der jeweiligen hinteren Tragfläche 10 aufgenommen ist. Die nicht dargestellten Antriebswellen der Elektromotoren 12 bestimmen für die Antriebspropeller 11 jeweils rein exemplarisch parallel zur Längsachse 4 ausgerichtete Propellerachsen 15. Die Elektromotoren 12 sind in nicht näher dargestellter Weise mit einer nicht dargestellten, in der Zelle 2 angeordneten Steuerungseinrichtung elektrisch verbunden, die unter anderem die Aufgabe hat, elektrische Energie an die beiden Elektromotoren 12 bereitzustellen.
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An jeder der Tragflächen 7 und 10 ist jeweils endseitig ein Rad 16 integriert, das in nicht näher dargestellter Weise mit einem Radnabenmotor versehen ist und das jeweils eine stirnseitige Schmalseite 17, 18 der vorderen Tragfläche 7 bzw. der hinteren Tragfläche 10 durchsetzt. Während aus den 1, 2 und 3 zu entnehmen ist, dass Radachsen 19, 20 der Räder 16 jeweils parallel zueinander ausgerichtet sind, geht aus der 4 hervor, dass die Radachsen 19, 20 der Räder 16 jeweils paarweise koaxial zueinander ausgerichtet sind, um einen Fahrbetrieb auf zumindest im wesentlichen glatten Untergrund zu ermöglichen. Auf die Darstellung einer Fahrzeugfederung zur Kompensation von Fahrbahnunebenheiten wurde verzichtet.
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Um das Fluggerät aus der in den 1, 2 und 3 dargestellten Flugkonfiguration in die Fahrkonfiguration gemäß der 4 überführen zu können sind rein exemplarisch alle Tragflächen 7, 10 abwinkelbar ausgebildet. Dabei weist jede der Tragflächen 7, 10 einen starr mit der Zelle 2 verbundenen Innenabschnitt 21, 22 sowie einen jeweils schwenkbeweglich mit dem zugeordneten Innenabschnitt 21, 22 verbundenen Außenabschnitt 23, 24 auf. Zwischen jedem der Innenabschnitte 21, 22 und der Außenabschnitte 23, 24 ist jeweils eine Schwenkachse 25, 26 ausgebildet, die rein exemplarisch parallel zur Längsachse 4 ausgerichtet ist. Für die Schwenkbewegungen der jeweiligen Außenabschnitte 23, 24 gegenüber den Innenabschnitten 21, 22 sind jeweils nicht näher dargestellte Stellmittel vorgesehen, bei denen es sich beispielsweise um elektrische Gewindespindelantriebe handeln kann.
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An einer Oberseite der Zelle 2 ist eine Rotorachse 30 schwenkbeweglich angeordnet, wobei exemplarisch vorgesehen ist, dass die Rotorachse 30 kardanisch an der Zelle 2 aufgenommen ist und somit Schwenkbewegungen um die Längsachse 4 und um eine in 1 eingezeichnete Querachse 31 ausführen kann. Für eine Einstellung einer Ausrichtung der Rotorachse 30 gegenüber der Zelle 2 sind innerhalb der Zelle 2 angeordnete, nicht näher dargestellte Einstellmittel vorgesehen, die beispielsweise in unmittelbarer mechanischer Kopplung mit einer Steuereinrichtung für den Piloten stehen können. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Pilot im Flugbetrieb des Fluggeräts 1 einen nicht dargestellten Steuerknüppel bedient, der beispielhaft über nicht näher dargestellte Seilzüge mit den Einstellmitteln für die Ausrichtung der Rotorachse 30 verbunden ist.
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An der Rotorachse 30 sind zwei Rotorblattanordnungen 33, 34 angeordnet, die jeweils beispielhaft zwei Rotorblätter 35, 36 aufweisen. Wie aus der Darstellung der 5 entnommen werden kann, weist jede der Rotorblattanordnungen 33, 34 einen zugeordneten Rotorläufer 37, 38 auf, wobei die Rotorblätter 35, 36 jeweils mit Schwenkgelenken 39, 40 schwenkbeweglich an den jeweiligen Rotorläufer 37, 38 festgelegt sind. Ferner ist vorgesehen, dass der innere Rotorläufer 37 mit einer Lageranordnung 41 frei drehbeweglich an der Rotorachse 30 aufgenommen ist. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass der äußere Rotorläufer 38 mit einer Lageranordnung 42 frei drehbeweglich am inneren Rotorläufer 37 gelagert ist. Rein exemplarisch ist ferner vorgesehen, dass an einer Innenoberfläche 43 des im Wesentlichen zylinderhülsenförmig ausgebildeten äußeren Rotorläufers 38 eine zirkular umlaufende Nut 44 ausgebildet ist, in der ein kreisringförmig ausgebildetes Blechpaket 45, das aus einer Vielzahl von nicht näher dargestellten Einzelblechen aufgebaut ist, angeordnet ist. Gegenüberliegend zum Blechpaket 45 ist an einer Außenoberfläche 46 des inneren Rotorläufers 37 eine Spulenanordnung 47 ausgebildet, die zur Bereitstellung eines elektrischen Wanderfelds vorgesehen ist. Durch magnetische Wechselwirkungen zwischen dem elektrischen Wanderfeld und dem Blechpaket 45 wird zwischen den beiden Rotorläufern 37, 38 in der Art eines Asynchronmotors ein Drehmoment hervorgerufen, das zu einer gegensinnigen Rotation der beiden Rotorläufer 37, 38 und der daran angebrachten Rotorblätter 35, 36 führt. Bei geeigneter Auswahl einer nicht dargestellten Profilierung für die Rotorblätter 35, 36 erzeugen diese bei gegenläufigem Betrieb Auftriebskräfte, die parallel zur Rotorachse 30 ausgerichtet sind und die vorzugsweise einen senkrechtes Abheben und Landen des Fluggeräts 1 ermöglichen. An einem unteren Ende der in 5 nur abschnittsweise dargestellten Rotorachse 30 ist eine Gelenkkugel 48 angeordnet, die in einer korrespondierenden Kugelpfanne 49 der Zelle 2 schwenkbeweglich aufgenommen ist, wodurch ein Schwenkgelenk für die Rotorachse 30 gebildet wird, das in der Praxis üblicherweise als Hebelgetriebe ausgebildet wird.
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An einer Innenoberfläche 50 des inneren Rotorläufers 37 ist in einem unteren Endbereich eine weitere, zirkular umlaufend ausgebildete Spulenanordnung 51 angeordnet, die für eine induktive Energieübertragung mit einer an der Rotorachse festgelegte, zirkular umlaufend ausgebildeten Spulenanordnung 52 vorgesehen ist, wodurch eine kontaktlose Energieeinspeisung von der nicht dargestellten Steuereinrichtung in der Zelle 2 an die aus den beiden Rotorblattanordnungen 33 und 34 gebildeten Rotoranordnung 55 ermöglicht wird.
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Unterhalb des durch die Gelenkkugel 48 und die Kugelpfanne 49 gebildeten Schwenkgelenks für die Rotorachse 30 können nicht näher dargestellte Einstellmittel vorgesehen sein, die insbesondere für eine Einleitung von Kräften quer zur Rotorachse 30 vorgesehen sind, um diese relativ zur Zelle 2 in unterschiedliche Schwenkstellungen zu bringen.
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Nachfolgend erfolgt eine schematische Beschreibung der beiden wesentlichen Betriebszustände für das Fluggerät 1. Rein exemplarisch wird davon ausgegangen, dass das Fluggerät sich zunächst in dem Fahrzustand befindet, wie er in der 4 dargestellt ist. Hierbei berühren die Räder 16 eine Fahrbahn 56, bei der es sich um ein Rollfeld auf einem Flughafen oder eine öffentliche Straße handeln kann. Beispielhaft ist vorgesehen, dass alle Räder 16 mit nicht näher dargestellten Radnabenmotoren ausgerüstet sind, so dass bei geeigneter Energieversorgung dieser Radnabenmotoren eine geradlinige oder gekrümmte Vorwärtsbewegung oder Rückwärtsbewegung des Fluggeräts 1 bewirkt werden kann, ohne dass hierfür eine Verschwenkung einzelner Räder um eine zumindest nahezu vertikal ausgerichtete Schwenkachse erforderlich ist. Somit kann das Fluggerät 1 auf geeignetem Untergrund sowohl eine Geradeausfahr als auch eine Kurvenfahrt durchführen. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass die Radnabenmotoren sowohl in einem Antriebsmodus als auch in einem Generatormodus betrieben werden können, um das Fluggerät 1 wahlweise beschleunigen oder abbremsen zu können und bei der Abbremsung eventuell eine Energierückgewinnung vornehmen zu können. Gegebenenfalls kann zusätzlich vorgesehen werden, dass die Räder 16 mit nicht näher dargestellten Bremseinrichtungen wie Trommelbremsen oder Scheibenbremsen ausgerüstet sind.
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Im Fahrbetrieb für das Fluggerät 1 kann insbesondere vorgesehen sein, sämtliche Rotorblätter 35, 36 gegenüber den jeweiligen Rotorläufer 37, 38 derart zu verschwenken, dass die Rotorblätter 35, 36 in Fahrtrichtung nach hinten parallel zur Längsachse 4 des Fluggeräts 1 ausgerichtet sind. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn alle Rotorblätter 35, 36 abweichend von den Darstellungen gemäß den 1 bis 5 eine identische Länge aufweisen. Bei der in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform des Fluggeräts 1 kann auch vorgesehen werden, lediglich die länger ausgebildeten Rotorblätter 36 im Fahrbetrieb zu verschwenken. Für den Fahrbetrieb kann ferner vorgesehen sein, die Rotorläufer 37, 38 durch geeignete Sperreinrichtungen gegenüber der Rotorachse 30 zu verriegeln, um unerwünschte Rotationsbewegung an der Rotorblätter 35, 36 zu vermeiden.
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An einem oberen Endbereich der Rotorachse 30 ist ein Rettungsgerät 57 angeordnet, das nur symbolisch dargestellt ist und das eine nicht näher dargestellte Kombination einer Rakete und eines Fallschirms umfasst. Mit diesem Rettungsgerät kann im Notfall ein Fallschirm mit Hilfe der zugeordneten Rakete ausgelöst werden, um auch bei vollständigem Ausfall sämtlicher Antriebssysteme des Fluggeräts 1 eine sichere Landung zu gewährleisten.
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Bei Erreichen eines geeigneten Startplatzes werden zunächst eventuell vorgesehene Sperreinrichtungen für die Rotorläufer 37, 38 freigegeben, um eine freie Beweglichkeit der Rotorläufer 37, 38 gegenüber der Rotorachse 30 zu ermöglichen. Anschließend kann der Startvorgang für das Fluggerät 1 exemplarisch in der nachstehend beschriebenen Weise durchgeführt werden.
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Zunächst erfolgt eine Bereitstellung von elektrischer Energie in Form eines elektrischen Wechselfelds an die Spulenanordnung 47 des inneren Rotorläufers 37, wodurch die Spulenanordnung 47 ein umlaufendes elektromagnetisches Wechselfeld bereitstellt. Durch das Wechselfeld erfolgt eine magnetische Wechselwirkung mit dem Blechpaket 45 des äußeren Rotorläufers 38, durch das ein Drehmoment zwischen den beiden Rotorläufer 37 und 38 entsteht, das aufgrund der freien Drehbeweglichkeit beider Rotorläufer 37, 38 gegenüber der Rotorachse 30 zu einer gegensinnigen Rotationsbewegung der beiden Rotorblattanordnungen 33, 34 führt.
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Da ferner davon ausgegangen wird, dass die Profile der Rotorblätter 35, 36 in geeigneter Weise ausgewählt wurden, stellt sich durch die gegensinnige Rotationsbewegung der beiden Rotorblattanordnungen 33, 34 ein in vertikaler Richtung nach unten wirkender Schub ein, der in einer nach oben wirkenden Auftriebskraft auf das Fluggerät 1 resultiert. Vorzugsweise ist die von der Rotoranordnung 55 bereitstellbare Auftriebskraft so gewählt, dass allein hierdurch ein Abheben des Fluggeräts 1 vom Boden bewirkt werden kann, so dass das Fluggerät 1 in der Art eines Doppelrotor-Helikopters als Senkrechtstarter betrieben werden kann. Hierbei können Drehbewegungen des Fluggeräts 1 um eine Hochachse durch geeignete Ansteuerung, insbesondere gegensinnige Ansteuerung, der Elektromotoren 12 hervorgerufen werden.
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Sofern dies nicht der Fall sein sollte und eine entsprechende Startbahn zur Verfügung steht, können zu diesem Zeitpunkt die beiden Elektromotoren 12, die den Antriebspropellern 11 zugeordnet sind, in Betrieb genommen werden. Hierdurch wird eine Vortriebskraft in Richtung der Längsachse 4 des Fluggeräts 1 bewirkt, durch die eine Vorwärtsbewegung des Fluggeräts 1 bewirkt werden kann. Gegebenenfalls kann diese Fortbewegung des Fluggeräts 1 ergänzend durch die Radnabenmotoren der Räder 16 unterstützt werden. Durch die Vorwärtsbewegung des Fluggeräts 1 werden die Innenabschnitte 21, 22 der Tragflächen 7, 10 angeströmt und können somit ebenfalls Auftriebskräfte beisteuern. Darüber hinaus wird durch die Vorwärtsbewegung des Fluggeräts 1 auch die Anströmung der Rotoranordnung 55 verstärkt, wodurch ebenfalls weitere Auftriebskräfte hervorgerufen werden.
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Sobald das Fluggerät 1 von der Fahrbahn 56 abgehoben hat, kann vorgesehen sein, die jeweiligen Außenabschnitte 23, 24 der Tragflächen 7, 10 aus der abgewinkelten Konfiguration in die ebene Konfiguration zu bringen, wie sie in den 1 und 2 gezeigt ist. Hierdurch können die Tragflächen 7 und 10 aufgrund der erheblich vergrößerten effektiven Fläche deutlich stärker zu den Auftriebskräften für das Fluggerät 1 beitragen. Bei Erreichen einer Mindestgeschwindigkeit für die Vorwärtsbewegung des Fluggeräts 1 kann vorgesehen werden, die Bereitstellung von elektrischer Energie an die Rotoranordnung 55 zu beenden, da bei Geschwindigkeiten oberhalb der Mindestgeschwindigkeit gewährleistet ist, dass durch die Anströmung der Tragflächen 7 und 10 sowie der Rotoranordnung 55 ausreichende Auftriebskräfte vorliegen. In diesem Flugzustand wird das Fluggerät 1 dementsprechend in der Art eines Gyrokopters betrieben.
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Während des gesamten Startvorgangs und des nachfolgenden Flugbetriebs für das Fluggerät 1 können Steuerbefehle eines Piloten zum einen auf eine Schwenkstellung der Rotorachse 30 gegenüber der Zelle 2 und zum anderen gegebenenfalls auf eine Energieversorgung der beiden Elektromotoren 12 einwirken, um eine Manövrierfähigkeit für das Fluggerät 1 zu gewährleisten.
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Für einen Landevorgang für das Fluggerät 1 kann vorgesehen werden, erneut elektrische Energie an die Rotoranordnung 55 zur Verfügung zu stellen, so dass diese ohne Abhängigkeit von der Vorwärtsbewegung des Fluggeräts 1 Auftriebskräfte bereitstellen kann, wodurch eine Verlangsamung oder ein vollständiger Stillstand des Fluggeräts 1 in der Luft ermöglicht wird. Anschließend erfolgt die Abwinklung der Außenabschnitte 23, 23 der Tragflächen 7, 10, so dass die Räder 16 mit paarweise zueinander koaxialen Radachsen 19, 20 ausgerichtet sind und ein Aufsetzen auf der Fahrbahn 56 sowie gegebenenfalls eine nachfolgende Fahrt auf der Fahrbahn 56 ermöglichen.
