DE102017118965A1 - Vertically launching aircraft - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein senkrecht startendes Luftfahrzeug (1), vorzugsweise unbemanntes Fluggerät (UAV), Drohne und/oder unbemanntes Flugsystem (UAS), umfassend:
einen starren Tragflügel (5), welcher sowohl im Schwebeflug als auch im Horizontalflug im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist und einen aerodynamischen Horizontalflug ermöglicht, und
in Bezug auf den Masseschwerpunkt (20) des Luftfahrzeugs (1) mindestens einen in Horizontalflugrichtung gesehen hinteren regelbaren Antrieb (11), umfassend einen hinteren Motor (12) und einen vom hinteren Motor (12) angetriebenen hinteren Propeller (13), sowie mindestens einen in Horizontalflugrichtung gesehen vorderen regelbaren Antrieb (16), umfassend einen vorderen Motor (17) und einen vom vorderen Motor (17) angetriebenen Propeller (18), wobei die Motoren (12, 17) vorzugsweise Elektromotoren sind, und wobei zumindest ein Teil der Antriebe (11, 16) mittels jeweils eines Schwenkmechanismus zwischen einer Senkrechtstartposition für den Schwebeflug und eine Horizontalflugposition für den Horizontal- bzw. Reiseflug verschwenkbar sind.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine hintere oder vordere Antrieb (11, 16) derart angeordnet und ausgelegt ist, dass er mehr als 50% der zum Schweben des Luftfahrzeugs (1) notwendigen Schwebeflugschubkraft und weniger als 50% der Vortriebskraft im Horizontalflug aufbringt, während der mindestens eine vordere bzw. hintere Antrieb (16, 11) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er weniger als 50% der zum Schweben des Luftfahrzeugs (1) notwendigen Schwebeflugschubkraft und mehr als 50% der Vortriebskraft im Horizontalflug aufbringt.

Figure DE102017118965A1_0000
The invention relates to a vertically-launched aircraft (1), preferably unmanned aerial vehicle (UAV), drone and / or unmanned aerial vehicle (UAS), comprising:
a rigid wing (5), which is oriented substantially horizontally both in hover and in horizontal flight and allows aerodynamic horizontal flight, and
with respect to the center of mass (20) of the aircraft (1), at least one horizontal rear-view controllable drive (11) comprising a rear engine (12) and a rear propeller (13) driven by the rear engine (12) and at least one seen in horizontal flight direction front controllable drive (16), comprising a front motor (17) and a front motor (17) driven propeller (18), wherein the motors (12, 17) are preferably electric motors, and wherein at least a part of the drives (11, 16) are pivotable by means of a respective pivoting mechanism between a vertical start position for the hover and a horizontal flight position for the horizontal or cruise.
The invention is characterized in that the at least one rear or front drive (11, 16) is arranged and designed so that it more than 50% of hovering force required to levitate the aircraft (1) and less than 50% of the propulsion force in horizontal flight while the at least one front or rear drive (16, 11) is arranged and designed such that it applies less than 50% of the hovering thrust force necessary to levitate the aircraft (1) and more than 50% of the propulsive force in horizontal flight.
Figure DE102017118965A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein senkrecht startendes Luftfahrzeug, vorzugsweise unbemanntes Fluggerät (UAV), Drohne und/oder unbemanntes Flugsystem (UAS), nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Luftfahrzeug startet hierbei mit im Wesentlichen horizontal ausgerichtetem starrem Tragflügel; nach Erreichen der vorgesehenen Flughöhe fliegt es ohne Drehen, Kippen oder Schwenken des Luftfahrzeugrumpfes in Horizontalrichtung.The present invention relates to a vertically-launched aircraft, preferably unmanned aerial vehicle (UAV), drone and / or unmanned aerial vehicle (UAS), according to the preamble of claim 1. The aircraft launches here with substantially horizontally oriented rigid wing; after reaching the intended altitude it flies without turning, tilting or pivoting of the aircraft fuselage in the horizontal direction.

Ein derartiges Luftfahrzeug ist aus der EP 2 776 315 B1 bekannt. Bei diesem sind vier Propeller (dort Rotoren genannt) in einer H-förmigen Anordnung bezüglich der Längsachse des Luftfahrzeugs am Tragflügel angeordnet. Es sind demnach zwei Propeller vor und zwei Propeller hinter dem Tragflügel angeordnet. Die vier Propeller sind allesamt in der Senkrechtstartposition nach oben verschwenkt, d.h. ihre Motorachsen verlaufen im Wesentlichen in Vertikalrichtung. Im Horizontalflug hingegen sind die Propeller um ca. 90° nach vorne bzw. hinten geschwenkt. In dieser Flugstellung verlaufen die Motorachsen im Wesentlichen parallel zur Flügelebene und die Propeller, welche im Horizontalflug allesamt für den Vortrieb sorgen, sind dementsprechend senkrecht zum Tragflügel angeordnet.Such an aircraft is from the EP 2 776 315 B1 known. In this four propellers (called rotors there) are arranged in an H-shaped arrangement with respect to the longitudinal axis of the aircraft on the wing. There are therefore two propellers in front and two propellers behind the wing. The four propellers are all pivoted upwards in the vertical start position, ie their motor axes run essentially in the vertical direction. In horizontal flight, however, the propellers are pivoted about 90 ° forward or backward. In this flight position, the motor axes are substantially parallel to the wing plane and the propellers, which all provide for the propulsion in horizontal flight are accordingly arranged perpendicular to the wing.

Der Massenschwerpunkt des bekannten Luftfahrzeugs fällt sowohl beim Starten als auch beim Landen sowie in Schwebeflug-nahen Zuständen mit dem Auftriebsschwerpunkt des Schubes der vier Propeller zusammen. Hierbei sind die Abstände der Motor- bzw. Propellerachsen gleichmäßig zum Schwerpunkt verteilt, sodass alle Antriebe etwa die gleiche Last tragen.The center of gravity of the known aircraft coincides both at take-off and during landing and in hover-near conditions with the lift center of gravity of the four propellers. Here, the distances of the motor or propeller axes are evenly distributed to the center of gravity, so that all drives carry about the same load.

Ein Nachteil des bekannten Luftfahrzeugs besteht darin, dass seine Leistungsausbeute und damit insbesondere seine Reichweite noch Optimierungspotential aufweisen.A disadvantage of the known aircraft is that its power output and thus in particular its range still have potential for optimization.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Luftfahrzeug mit verbesserten Flug- und Leistungseigenschaften zur Verfügung zu stellen.It is an object of the present invention to provide an aircraft with improved flight and performance characteristics.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die hinteren oder die vorderen Antriebe zur Erbringung von mehr als 50% der Schwebeflugschubkraft und weniger als 50% der Vortriebskraft im Horizontalflug angeordnet und ausgelegt sind. Demgegenüber sind die vorderen bzw. die hinteren Antriebe zur Erbringung von weniger als 50% der Schwebeflugschubkraft und mehr als 50% der Vortriebskraft im Horizontalflug angeordnet und ausgelegt. Der Kern der Erfindung liegt hierbei in der asymmetrischen Aufgabenverteilung der vorderen und der hinteren Antriebe. Die beiden Antriebsgruppen - einerseits der oder die vorderen und andererseits der oder die hinteren Antriebe - übernehmen jeweils unterschiedliche Hauptaufgaben, nämlich zum einen den Schwebemodus und zum anderen den Reise- bzw. Horizontalflugmodus. Durch diese Aufgabenfokussierung kann jede der beiden Antriebsgruppen - einerseits die hinteren Antriebe und andererseits die vorderen Antriebe - hinsichtlich ihrer jeweiligen primären Aufgabe angeordnet und ausgelegt werden.According to the invention it is provided that the rear or the front drives are arranged and designed to provide more than 50% of the hover thrust and less than 50% of the propulsive force in horizontal flight. In contrast, the front and the rear drives to provide less than 50% of the hover thrust and more than 50% of the driving force in horizontal flight are arranged and designed. The core of the invention lies in the asymmetric task distribution of the front and rear drives. The two drive groups - on the one hand the front or the other and / or the rear drives - take respectively different main tasks, namely on the one hand, the hover mode and on the other the travel or horizontal flight mode. As a result of this task focusing, each of the two drive groups-on the one hand the rear drives and on the other hand the front drives-can be arranged and designed with regard to their respective primary task.

Wenn im Rahmen der vorliegenden Beschreibung die Rede ist von den „vorderen Antrieben“ bzw. den „hinteren Antrieben“ sollen damit auch jeweils Ausführungsformen mit nur einem vorderen Antrieb bzw. einem hinteren Antrieb mitumfasst sein.If, in the context of the present description, the term "front drives" or "rear drives" is intended to encompass embodiments with only one front drive or one rear drive.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt demnach darin, dass die vorderen und die hinteren Antriebe jeweils optimal auf ihre eigentlichen Aufgaben ausgelegt werden können. Die einen - entweder die hinteren oder die vorderen - Antriebe sind überwiegend für das Schweben, also insbesondere das Starten und Landen, zuständig, während die anderen - also entweder die vorderen oder die hinteren Antriebe - überwiegend für den Vortrieb sorgen. Durch diese Spezialisierung kann sowohl ein besseres Schweben als auch ein schnellerer und/oder effizienterer Reiseflug in Horizontalrichtung realisiert werden.The advantage of the embodiment according to the invention is therefore that the front and the rear drives can each be optimally designed for their actual tasks. The one - either the rear or the front - drives are predominantly responsible for hovering, so in particular the takeoff and landing, while the other - so either the front or the rear drives - predominantly provide for propulsion. This specialization allows both better hovering and faster and / or more efficient cruise in the horizontal direction.

Die Auslegung der Antriebe wird besonders bevorzugt durch den Durchmesser der zughörigen Propeller und/oder durch deren Steigung bestimmt. Ein Luftfahrzeug braucht im Horizontalflug nur relativ wenig Schub, um die Flughöhe zu halten. Der Schub wird hierbei bei hoher Anströmgeschwindigkeit am Propeller erzeugt. Beim Schweben hingegen, d.h. insbesondere beim Starten und Landen, wird eine um ein Vielfaches höhere Schubkraft benötigt. Die Schubkraft liegt beispielsweise um den Faktor 15 bis 20 höher als im Horizontalflug, wobei allerdings die Anströmgeschwindigkeit sehr klein ist. Dementsprechend benötigt ein primär für den Horizontalflug ausgelegter Propeller ein deutlich kleineres Verhältnis von Durchmesser pro Steigung bzw. deutlich kleineren Quotienten aus Durchmesser geteilt durch Steigung als ein Propeller, der primär für den Standschub beim Schweben ausgelegt ist. Dieser besagte Quotient des oder der letztgenannten Propeller ist vorzugsweise um mindestens 25% größer, beispielsweise um mindestens 50% größer, weiter bevorzugt um mehr als 100% größer, beispielsweise um 150% oder 200% größer, als bei dem oder den erstgenannten Propellern.The design of the drives is particularly preferably determined by the diameter of the associated propeller and / or by their pitch. An aircraft needs in horizontal flight only relatively little thrust to keep the altitude. The thrust is generated at high flow velocity on the propeller. On the other hand, when hovering, ie especially during take-off and landing, a thrust force that is many times higher is needed. For example, the thrust is around the factor 15 to 20 higher than in horizontal flight, although the flow velocity is very small. Accordingly, a propeller designed primarily for horizontal flight requires a much smaller ratio of diameter per pitch or significantly smaller quotients of pitch divided by pitch than a propeller designed primarily for propulsion while levitating. This quotient of the latter propeller or propellers is preferably greater by at least 25%, for example by at least 50% greater, more preferably greater by more than 100%, for example by 150% or 200% greater than in the case of the former or the propellers mentioned.

Insbesondere eine Ausgestaltung mit zwei hinteren und zwei vorderen Antrieben hat sich als vorteilhaft erwiesen, da mit diesen vier Antrieben die gewünschten optimierten Flugeigenschaften bei günstigem Preis, einfacher Handhabung und geringer Störungsanfälligkeit erreicht werden können.In particular, an embodiment with two rear and two front drives has proved to be advantageous because with these four drives the desired optimized flight characteristics at a low price, ease of use and low susceptibility to failure can be achieved.

Gemäß zweier Alternativen sind zwei hintere Antriebe und ein vorderer Antrieb, oder ein hinterer Antrieb und zwei vordere Antriebe vorgesehen. Auch mit solchen Konstellationen ist es prinzipiell möglich, die erfindungsgemäße asymmetrische Verteilung des Aufbringens der Schwebeflugschubkraft und der Vortriebskraft im Horizontalflug zu realisieren.According to two alternatives, two rear drives and one front drive, or one rear drive and two front drives are provided. Even with such constellations, it is in principle possible to realize the inventive asymmetric distribution of applying the hover thrust and the propulsion force in horizontal flight.

Besonders bevorzugt ist der Massenschwerpunkt des Luftfahrzeugs außermittig in Bezug auf die vorderen und die hinteren Propeller angeordnet. Hiermit können die verschiedenen Hauptfunktionen der vorderen und der hinteren Antriebe, also einerseits das Schweben (insbesondere das Starten und Landen) und andererseits der Reiseflug, weiter optimiert werden.More preferably, the center of mass of the aircraft is located off-center with respect to the front and rear propellers. Hereby, the various main functions of the front and rear drives, ie on the one hand the hovering (in particular the takeoff and landing) and on the other hand the cruising, can be further optimized.

Bei einer diesbezüglich vorteilhaften Ausgestaltung ist der Massenschwerpunkt des Luftfahrzeugs näher an denjenigen Antrieben angeordnet, welche die höhere Schwebeflugschubkraft aufbringen. Vorzugsweise sind die entsprechenden Hebelarme um mindestens 5% und besonders bevorzugt um mindestens 10%, beispielsweise um mehr als 15% oder 20% oder sogar um mehr als 25% oder 30%, kürzer als die Hebelarme derjenigen Antriebe, welche die geringere (bis gar keine) Schwebeflugkraft aufbringen. Aufgrund des kürzeren Hebelarms in Bezug auf die hauptsächlich für den Schwebeflug zuständigen Antriebe können diese einen größeren Massenanteil anheben. Sind dies beispielsweise die hinteren Antriebe, ist der Massenschwerpunkt näher an den hinteren Antrieben als den vorderen Antrieben angeordnet. Durch die Verlagerung des Massenschwerpunkts zu den hinteren Propellern wird mehr als 50% der Masse von den hinteren Antrieben angehoben, wobei die vorderen Antriebe entlastet werden. Diese können daher besser für ihre Aufgabe, nämlich den Vortrieb im Horizontalflug, ausgelegt werden. Somit kann die Schwebeflugschubkraft auf die hinteren Antriebe konzentriert werden, da die vorderen Antriebe hierzu lediglich einen relativ kleineren Teil beitragen. Entsprechendes gilt für den entgegengesetzten Fall, nämlich wenn die vorderen Antriebe den Hauptanteil der Masse des Luftfahrzeugs anheben, während die hinteren Antriebe überwiegend (oder vollständig) den Hauptanteil des Vortriebs übernehmen.In an embodiment which is advantageous in this respect, the center of mass of the aircraft is arranged closer to those drives which apply the higher hovering thrust. Preferably, the corresponding lever arms are at least 5%, and more preferably at least 10%, for example more than 15% or 20% or even more than 25% or 30%, shorter than the lever arms of those drives, which the lower (to no) hovering force. Due to the shorter lever arm in relation to the main responsible for the hover drives they can raise a larger mass fraction. For example, if these are the rear drives, the center of gravity is located closer to the rear drives than the front drives. Shifting the center of mass to the rear propellers raises more than 50% of the mass from the rear drives, relieving the front drives. These can therefore be better for their task, namely the propulsion in horizontal flight, designed. Thus, the hover thrust force can be concentrated on the rear drives, since the front drives contribute to this only a relatively smaller part. The same applies to the opposite case, namely when the front drives lift the majority of the mass of the aircraft, while the rear drives predominantly (or completely) take over the majority of the propulsion.

Je größer die Verschiebung des Massenschwerpunktes zu dem Hauptanteil der Schwebeflugschubkraft übernehmenden Antriebe ist, desto mehr Masse kann auf diese Antriebe verschoben werden und desto weiter können die anderen Antriebe für den Horizontalflug optimiert werden. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die für den Hauptanteil der Vortriebskraft verantwortlichen Antriebe nur zu einem kleinen Teil zum Schweben beitragen, beispielsweise zwischen 10% und 20%.The greater the shift of the center of mass to the majority of the hover thrust load-absorbing drives, the more mass can be moved to these drives and the further the other drives can be optimized for horizontal flight. In this case, it is particularly preferred if the drives responsible for the majority of the driving force only contribute to hovering to a small extent, for example between 10% and 20%.

Es ist zu erwähnen, dass es grundsätzlich auch möglich ist, ohne die vorbeschriebene Verschiebung des Massenschwerpunktes die vorderen (bzw. die hinteren) Antriebe auf den Horizontalflug auszulegen und die hinteren (bzw. die vorderen) auf das Schweben. In diesem Fall müssten die hinteren und die vorderen Antrieben unterschiedlich hinsichtlich ihrer jeweiligen Hauptaufgabe (Schweben bzw. Horizontalflug) ausgelegt sein. Jedoch bleibt in diesem Fall der Nachteil bestehen, dass der für den Horizontalflug optimierte Antrieb auch weiterhin einen großen Anteil der Schwebeflugschubkraft erzeugen muss und so die Effizienz beim Schwebeflug leidet. Es würde also ein Kompromiss bei der Auslegung der Antriebe eingegangen werden müssen.It should be noted that it is also possible in principle to design the front (or the rear) drives for horizontal flight without the above-described displacement of the center of mass, and the rear (or the front) for hovering. In this case, the rear and front drives would have to be designed differently with respect to their respective main task (hovering or level flight). However, in this case, the disadvantage remains that the drive optimized for horizontal flight must continue to generate a large proportion of the hovering thrust and thus suffers the hovering efficiency. So it would have to be compromised in the design of the drives.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die hinteren oder die vorderen Antriebe zur Erbringung von mehr als 55%, vorzugsweise von mehr als 60%, der Schwebeflugschubkraft ausgelegt sind, während die vorderen bzw. die hinteren Antriebe zur Erbringung von weniger als 45%, vorzugsweise weniger als 40%, der Schwebeflugschubkraft ausgelegt sind. Dies ist gleichbedeutend damit, dass die hinteren bzw. die vorderen Antriebe mehr als 55%, vorzugsweise mehr als 60% der Masse, und die vorderen bzw. die hinteren Antriebe weniger als 45%, vorzugsweise weniger als 40% der Masse, anheben. Bei bestimmten Ausführungsformen ist demnach eine größere Asymmetrie hinsichtlich der Verteilung der Schwebeflugschubkräfte vorteilhaft.It has been found to be advantageous if the rear or front drives are designed to provide more than 55%, preferably more than 60% of the hover thrust, while the front and rear drives provide less than 45%, preferably less than 40%, the hover thrust force are designed. This is equivalent to the rear or front drives lifting more than 55%, preferably more than 60% of the mass, and the front and rear drives less than 45%, preferably less than 40% of the mass. Accordingly, in certain embodiments, greater asymmetry in the distribution of hovering traction forces is advantageous.

Diese Asymmetrie kann auch so weit ausgebaut werden, dass die hinteren oder die vorderen Antriebe zur Erbringung von mehr als 65%, vorzugsweise von mehr als 70%, der Schwebeflugschubkraft (d.h. Anheben von mehr 65% bzw. 70% der Masse) ausgelegt sind, während die vorderen bzw. die hinteren Antriebe zur Erbringung von weniger als 35%, vorzugsweise weniger als 30%, der Schwebeflugschubkraft (d.h. Anheben von weniger als 35% bzw. 30% der Masse) ausgelegt sind.This asymmetry may also be increased to such an extent that the rear or front drives are designed to provide more than 65%, preferably more than 70% of the hover thrust (ie lifting more than 65% or 70% of the mass), while the front and rear drives are designed to provide less than 35%, preferably less than 30% of hovering thrust (ie, lifting less than 35% and 30% of the mass, respectively).

Auch sind Ausführungen des erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs möglich, bei denen der oder die besagten hinteren oder vorderen Antriebe zur Erbringung von mehr als 80%, beispielsweise von mehr als 90%, der Schwebeflugschubkraft ausgelegt sind, während der oder die besagten vorderen bzw. hinteren Antriebe zur Erbringung von weniger als 20%, beispielsweise weniger als 10%, der Schwebeflugschubkraft ausgelegt sind. Im Extremfall kann sogar die gesamte Schwebeflugleistung durch z.B. die hinteren oder die vorderen Antriebe erbracht werden, während dann die vorderen bzw. hinteren Antriebe lediglich zur Stabilisierung dienen.Embodiments of the aircraft according to the invention are also possible in which the one or more of the rear or front drives are designed to provide more than 80%, for example more than 90%, of the hover thrust while the one or more front or rear drives are providing it less than 20%, for example less than 10%, of hovering thrust. In extreme cases, even the entire hovering performance can be reduced by e.g. the rear or the front drives are provided, while then serve the front and rear drives only for stabilization.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs tragen die vorderen und die hinteren Antriebe sowohl zur Erbringung der zum Schweben des Luftfahrzeugs notwendigen Schwebeflugschubkraft als auch zur Erbringung der Vortriebskraft im Horizontalflug bei. According to a preferred embodiment of the aircraft according to the invention, the front and rear drives contribute both to providing the hovering thrust force necessary for hovering the aircraft and to providing propulsive force in horizontal flight.

Bei einer Alternative des erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs tragen ebenfalls die vorderen und die hinteren Antriebe zur Erbringung der zum Schweben des Luftfahrzeugs notwendigen Schwebeflugschubkraft bei. Allerdings übernimmt dann lediglich ein Teil dieser Antriebe die Vortriebskraft im Horizontalflug, während der andere Teil der Antriebe abgeschaltet ist.In an alternative to the aircraft according to the invention, the front and rear drives also contribute to providing the hovering thrust necessary for hovering the aircraft. However, then only a part of these drives takes the propulsive force in horizontal flight, while the other part of the drives is switched off.

Vorzugsweise sind alle Antriebe mittels jeweils eines Schwenkmechanismus zwischen einer Senkrechtstartposition für den Schwebeflug und eine Horizontalflugposition für den Reiseflug verschwenkbar. Somit können alle Antriebe einerseits zum Starten und Landen, allgemein dem Schweben, eingesetzt werden (wenn auch unterschiedlich ausgelegt), andererseits sind sie für den Vortrieb im Reiseflug einsetzbar bzw., wenn sie nicht zu diesem Zweck eingesetzt werden, in eine aerodynamische Position verschwenkt werden. Preferably, all drives are pivotable by means of a respective pivoting mechanism between a vertical start position for the hover and a horizontal flight position for the cruise. Thus, all drives on the one hand for launching and landing, in general levitation, can be used (albeit differently designed), on the other hand, they are used for propulsion in cruise or, if they are not used for this purpose, be pivoted into an aerodynamic position ,

Gemäß einer Alternative sind nur diejenigen Antriebe mittels jeweils eines Schwenkmechanismus zwischen einer Senkrechtstartposition für den Schwebeflug und eine Horizontalflugposition für den Reise- bzw. Horizontalflug verschwenkbar, welche zum Vortrieb im Horizontalflug beitragen.According to an alternative, only those drives are pivotable by means of a respective pivoting mechanism between a vertical start position for the hover and a horizontal flight position for the travel or horizontal flight, which contribute to propulsion in horizontal flight.

Vorzugsweise sind alle Antriebe an dem Tragflügel angeordnet. Diese Anordnung ist relativ einfach zu realisieren. Zudem können mehrere hintere und mehrere vordere Antriebe günstig in Querrichtung des Luftfahrzeugs verteilt werden. Bei vier Antrieben bietet sich eine X- oder H-förmige Anordnung an.Preferably, all drives are arranged on the wing. This arrangement is relatively easy to implement. In addition, several rear and several front drives can be distributed favorably in the transverse direction of the aircraft. Four drives offer an X- or H-shaped arrangement.

Bevorzugt weisen die hinteren Propeller im Schwebeflug nach unten und schwenken für den Horizontalflug nach hinten gegen die Flugrichtung, vorzugsweise um 75° bis 105°, besonders bevorzugt um 85° bis 95°. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die vorderen Propeller im Schwebeflug nach oben weisen und für den Horizontalflug um 90° nach vorne in Flugrichtung schwenken, vorzugsweise um 75° bis 105°, besonders bevorzugt um 85° bis 95°. Auch ist die Konstellation möglich, dass im Schwebeflug sowohl die vorderen als auch die hinteren Propeller nach oben geschwenkt sind, während die hinteren im Horizontalflug nach hinten und die vorderen nach vorne geschwenkt werden.Preferably, the rear propeller in the hover down and pivot for the horizontal flight backwards against the flight direction, preferably by 75 ° to 105 °, more preferably by 85 ° to 95 °. Furthermore, it is advantageous if the front propeller in hovering upward and pivot for horizontal flight by 90 ° forward in the direction of flight, preferably by 75 ° to 105 °, more preferably by 85 ° to 95 °. The constellation is also possible that in hover both the front and the rear propeller are pivoted upwards, while the rear in horizontal flight are pivoted to the rear and the front to the front.

Besonders bevorzugt sind die hinteren oder vorderen Propeller für den Horizontalflug anklappbar bzw. zusammenklappbar ausgebildet. Diese Ausgestaltung verhilft zu einer verbesserten Aerodynamik und Akustik im Reiseflug. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit und Reichweite des Luftfahrzeugs erhöht bei gleichzeitig geringerer Geräuschentwicklung.Particularly preferably, the rear or front propeller for horizontal flight are hinged or collapsible. This design helps to improve aerodynamics and acoustics in cruising. In this way, the speed and range of the aircraft is increased with less noise.

Vorzugsweise sind diejenigen Propeller anklappbar ausgebildet, deren zugehörigen Antriebe so angeordnet und ausgelegt sind, dass sie mehr als 50% der Schwebeflugschubkraft erbringen.Preferably, those propellers are hinged, the associated drives are arranged and designed so that they provide more than 50% of the hover thrust.

Bei einer dementsprechenden Ausgestaltung ist es besonders vorteilhaft, wenn die hinteren Propeller im Horizontalflug entgegen der Flugrichtung anklappbar ausgebildet sind, vorzugsweise aufgrund der Einwirkung der Windkräfte bzw. des Fahrtwindes.In a corresponding embodiment, it is particularly advantageous if the rear propeller are formed hinged against the direction of flight in horizontal flight, preferably due to the action of wind forces or the wind.

Besonders bevorzugt ist eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Motoren dergestalt vorgesehen, dass das Luftfahrzeug automatisch in einem stabilen Schwebeflug haltbar ist. Die Steuerung für die Antriebe, die Propeller, die Querruder usw. mittels der Steuereinrichtung kann manuell, halbautomatisch oder automatisch erfolgen. Insbesondere der Übergang zwischen den beiden Flugzugzuständen (vorzugsweise Schweben mit eingeschalteten vorderen und hinteren Antrieben - Horizontalfliegen nur mit vorzugsweise den vorderen Antrieben) kann entweder manuell oder automatisiert realisiert werden. Dann werden vorzugsweise insbesondere die Propellerdrehzahlen angepasst.Particularly preferably, a control device for controlling the motors is provided in such a way that the aircraft is automatically stable in a stable hovering flight. The control for the drives, the propeller, the ailerons, etc. by means of the control device can be done manually, semi-automatically or automatically. In particular, the transition between the two Flugzugzuständen (preferably floating with front and rear drives - horizontal flies only with preferably the front drives) can be realized either manually or automatically. Then, in particular, the propeller speeds are preferably adapted.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine perspektivische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Luftfahrzeug im Schwebezustand;
  • 2 das Luftfahrzeug gemäß der 1 im Schwebezustand, von der Seite gesehen;
  • 3 eine perspektivische Draufsicht auf das Luftfahrzeug gemäß der 1 und 2, nun im Horizontalflug;
  • 4 das Luftfahrzeug gemäß der 3 im Horizontalflug, von der Seite gesehen;
  • 5-7 Seitenansichten nur des Tragflügels und der daran befestigten Gondeln des Luftfahrzeugs gemäß der 1 - 4 mit jeweils verschiedenen Schwenkpositionen der Antriebe;
  • 8 eine Draufsicht auf das Luftfahrzeug der 1 - 7 mit eingezeichnetem Massenschwerpunkt, und
  • 9 eine Draufsicht auf einen vorderen und einen hinteren Antrieb, verbunden durch die jeweils zugehörigen Gondeln, mit eingezeichneter Schwerachse.
The invention will be explained in more detail below with reference to figures. Show it:
  • 1 a perspective top view of an inventive aircraft in limbo;
  • 2 the aircraft according to the 1 in limbo, seen from the side;
  • 3 a perspective top view of the aircraft according to the 1 and 2 , now in level flight;
  • 4 the aircraft according to the 3 in horizontal flight, seen from the side;
  • 5-7 Side views of only the wing and the attached gondolas of the aircraft according to the 1 - 4 each with different pivot positions of the drives;
  • 8th a plan view of the aircraft of the 1 - 7 with marked center of mass, and
  • 9 a plan view of a front and a rear drive, connected by the respective associated gondolas, with marked axis of gravity.

In den 1 und 2 ist in perspektivischer Draufsicht und in Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Luftfahrzeug im Schwebezustand dargestellt. Das Luftfahrzeug 1 weist einen langgestreckten Luftfahrzeugrumpf 2 mit einem Heck 3 und einer Nase 4 auf. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Luftfahrzeugrumpf 2 einteilig ausgebildet; er kann aber auch aus mehreren Teilen bestehen, beispielsweise zwei in Längsrichtung des Luftfahrzeugs 1 nebeneinander verlaufenden Rumpfteilen. Der hintere Teil des Rumpfes 2 ist als Leitwerksträger 6 mit einem relativ kleinen Durchmesser ausgeführt, an dessen zum Heck 3 gewandten Ende ein V-Leitwerk 7 mit Höhenrudern 7a angeordnet ist. In the 1 and 2 is shown in perspective top view and side view of an inventive aircraft in limbo. The aircraft 1 has an elongated aircraft fuselage 2 with a tail 3 and a nose 4 on. In the illustrated embodiment, the aircraft fuselage 2 formed in one piece; but it may also consist of several parts, for example two in the longitudinal direction of the aircraft 1 side by side running trunk parts. The rear part of the trunk 2 is as a tail unit 6 designed with a relatively small diameter at the rear 3 turned end a V-tail 7 with elevators 7a is arranged.

Im vorderen Bereich des Luftfahrzeugs 1 ist ein sich quer zum Luftfahrzeugrumpf erstreckender Tragflügel 5 angeordnet. Der Tragflügel 5 weist ausgehend von der Längsachse des Luftfahrzeugs 1 zunächst eine nach vorn zeigende negative Flügelpfeilung auf, während er anschließend zu den Flügelenden eine nach hinten zeigende, positive Flügelpfeilung besitzt. An der Hinterkante des Tragflügels 5 sind Querruder 8a, 8b vorgesehen. Weiterhin sind unterhalb jeder Tragflügelhälfte sowie unterhalb der Nase 4 Standkufen 9a, 9b vorgesehen. Diese drei Standkufen 9a, 9b bilden das Fahrwerk des Luftfahrzeugs 1.In the front of the aircraft 1 is a wing extending transversely to the aircraft fuselage 5 arranged. The wing 5 pointing away from the longitudinal axis of the aircraft 1 first, a forward pointing negative Flügelpfeilung, while he has then to the wing tips a pointing backwards, positive Flügelpfeilung. At the trailing edge of the wing 5 are ailerons 8a . 8b intended. Furthermore, below each wing half and below the nose 4 stand skids 9a . 9b intended. These three runners 9a . 9b form the landing gear of the aircraft 1 ,

An dem Tragflügel 5 sind zudem zwei Paare von Antrieben 11, 16 symmetrisch zur Längsachse des Luftfahrzeugs 1 angeordnet. Jede der beiden Tragflügelhälften weist hierbei einen hinteren Antrieb 11 und einen vorderen Antrieb 16 auf, wobei jeweils zwei dieser Antriebe 11, 16 in Längsrichtung des Luftfahrzeugs 1 hintereinander liegen. Die Antriebe 11, 16 sind jeweils an einer hinteren bzw. vorderen Gondel 10 bzw. 15 angeordnet, wobei die Gondeln 10, 15 ineinander übergehen, d.h. einstückig ausgebildet sind. Die hinteren Gondeln 10 sind in Richtung des Hecks 3 leicht aufwärts geschwungen ausgebildet, während die vorderen Gondeln 15 im Wesentlichen horizontal verlaufen.On the wing 5 are also two pairs of drives 11 . 16 symmetrical to the longitudinal axis of the aircraft 1 arranged. Each of the two wing halves has a rear drive 11 and a front drive 16 on, in each case two of these drives 11 . 16 in the longitudinal direction of the aircraft 1 lie one behind the other. The drives 11 . 16 are each at a rear or front nacelle 10 respectively. 15 arranged, with the gondolas 10 . 15 merge into each other, ie are integrally formed. The rear gondolas 10 are in the direction of the stern 3 Slightly curved upward while the front gondolas 15 essentially horizontally.

Am freien Ende jeder hinteren Gondel 10 ist ein hinterer Antrieb 11 schwenkbar mittels eines Schwenkgelenks 14 angeordnet, wobei die hinteren Antriebe 11 insbesondere jeweils einen hinteren Motor 12, besonders bevorzugt einen Elektromotor, und einen hinteren Propeller 13 umfassen. Die hinteren Propeller 13 sind hierbei entgegen der Flugrichtung anklappbar ausgebildet.At the free end of each rear gondola 10 is a rear drive 11 pivotable by means of a swivel joint 14 arranged, with the rear drives 11 in particular, in each case a rear engine 12 , more preferably an electric motor, and a rear propeller 13 include. The rear propellers 13 are here folded counter to the direction of flight.

Gleichfalls ist am freien Ende jeder vorderen Gondel 15 ein vorderer Antrieb 16 angeordnet, wobei die vorderen Antriebe 16 insbesondere jeweils einen vorderen Motor 17, besonders bevorzugt einen Elektromotor, und einen vorderen Propeller 18 umfassen.Likewise, at the free end of each front nacelle 15 a front drive 16 arranged, with the front drives 16 in particular in each case a front engine 17 , more preferably an electric motor, and a front propeller 18 include.

Die zum Betreiben der Antriebe 11, 16 weiteren benötigten Teile, wie beispielsweise Akkus, Motorregler bzw. Motorsteller usw., sind vorliegend nicht dargestellt, dem Fachmann jedoch hinlänglich bekannt. Diese Teile sind vorzugsweise im Rumpf 2 oder den Gondeln 10, 15 untergebracht.The to the driving of the drives 11 . 16 other required parts, such as batteries, motor controller or motor plate, etc., are not shown here, however, the skilled person well known. These parts are preferably in the fuselage 2 or the gondolas 10 . 15 accommodated.

Die Motoren 12, 17 und Propeller 13, 18 der beiden Antriebe 11, 16 sind jeweils schwenkbar mittels eines Schwenkgelenks 14, 19 an den Gondeln 10, 15 angebracht. Die hinteren Antriebe 11 sind hierbei aus einer nach unten gerichteten Position (1, 2, 5), bei der die Achse der Motoren 12 senkrecht verlaufen, entgegen der Flugrichtung H in eine horizontale Position verschwenkbar (3, 4, 6, 7), in der die Achsen der Motoren 12 horizontal ausgerichtet sind. Die vorderen Antriebe 16 sind aus einer nach oben gerichteten Position (1, 2, 5), bei der die Achse der Motoren 17 senkrecht verlaufen, in Flugrichtung H in eine horizontale Position verschwenkbar (3, 4, 6, 7), in der die Achsen der Motoren 17 horizontal ausgerichtet sind.The motors 12 . 17 and propellers 13 . 18 the two drives 11 . 16 are each pivotable by means of a pivot joint 14 . 19 at the gondolas 10 . 15 appropriate. The rear drives 11 are from a downward position ( 1 . 2 . 5 ), at which the axis of the engines 12 run vertically, contrary to the direction of flight H swiveling into a horizontal position ( 3 . 4 . 6 . 7 ), in which the axes of the engines 12 are aligned horizontally. The front drives 16 are from an upward position ( 1 . 2 . 5 ), at which the axis of the engines 17 perpendicular, in the direction of flight H swiveling into a horizontal position ( 3 . 4 . 6 . 7 ), in which the axes of the engines 17 are aligned horizontally.

Die beiden hinteren Propeller 13 weisen einen größeren Durchmesser auf als die vorderen Propeller 18 (s. auch 9). Außerdem ist bei den beiden hinteren Propellern 13 der Quotient aus Durchmesser geteilt durch Steigung größer als bei den vorderen Antrieben, vorzugsweise um mindestens 25% größer, weiter bevorzugt um mindestens 50% größer, beispielsweise um mehr als 100%. Es ist auch möglich und in bestimmten Fällen bevorzugt, dass der Quotient aus Durchmesser geteilt durch Steigung bei den hinteren Propellern 13 um 150%, beispielsweise um 200%, größer als bei den vorderen Antrieben 16.The two rear propellers 13 have a larger diameter than the front propellers 18 (see also 9 ). Also, with the two rear propellers 13 the quotient of diameter divided by pitch greater than in the front drives, preferably at least 25% larger, more preferably greater by at least 50%, for example by more than 100%. It is also possible and in certain cases preferred that the quotient of diameter divided by slope at the rear propellers 13 by 150%, for example by 200%, larger than the front drives 16 ,

Wie aus den 2, 4 und 8 zu entnehmen ist, ist der Massenschwerpunkt 20 des Luftfahrzeugs 1 außermittig in Bezug auf die hinteren und die vorderen Antriebe 11, 16 angeordnet. Zwar ist die Lage des Massenschwerpunkts 20 abhängig von insbesondere den Schwenkzuständen der Antriebe 11, 16. Die außermittige Lage des Massenschwerpunkts 20 gilt aber für jeden dieser Schwenkzustände. Entsprechend der Draufsicht der 8 liegt der Massenschwerpunkt 20 näher an den hinteren Antrieben 11 als an den vorderen Antrieben 16. Wie weiterhin in der Detail-Draufsicht der 9 dargestellt, welche die beiden Gondeln 10, 15 und die daran befestigten Antriebe 11, 16 zeigt, ist der Abstand d1 des hinteren Antriebs 11 zur Schwerachse 21, die durch den Massenschwerpunkt 20 und senkrecht zur Längsachse 22 des Luftfahrzeugs 1 verläuft, kleiner als der Abstand d2 des vorderen Antriebs 16 zur Schwerachse 21. Der Hebelarm der hinteren Antriebe 11 kann vorzugsweise um mindestens 10%, beispielsweise um mehr als 20% oder mehr 30%, kürzer sein als der Hebelarm der vorderen Antriebe 16, wobei die Hebelarme auf den jeweils kürzesten Abstand zur Schwerachse 21 bezogen sind. Bei einem konkret umgesetzten Ausführungsbeispiel betrug der Abstand d2 der Hebelarme der Motorachse 12a der vorderen Antriebe 11 zur Schwerachse 21 400 mm, während die Länge der Hebelarme (Abstand d2) von der Motorachse 17a der hinteren Antriebe 16 bis zur Schwerachse 21 bei 240 mm lag. Der letztgenannte Hebelarm war also 40% kürzer als der vorgenannte Hebelarm.Like from the 2 . 4 and 8th can be seen, is the center of mass 20 of the aircraft 1 off-center with respect to the rear and front drives 11 . 16 arranged. Although the location of the center of mass is 20 depending on in particular the pivot states of the drives 11 . 16 , The off-center position of the center of mass 20 but applies to each of these pan states. According to the plan view of 8th is the center of mass 20 closer to the rear drives 11 as at the front drives 16 , As continues in the detail top view of 9 shown which the two gondolas 10 . 15 and the drives attached to it 11 . 16 shows is the distance d1 the rear drive 11 to the heavy axis 21 passing through the center of mass 20 and perpendicular to the longitudinal axis 22 of the aircraft 1 runs, smaller than the distance d2 of the front drive 16 to the heavy axis 21 , The lever arm of the rear drives 11 may preferably be at least 10%, for example more than 20% or more 30%, shorter than the lever arm of the front drives 16 , wherein the lever arms at the shortest distance to gravity axis 21 are related. In a specifically implemented embodiment, the distance was d2 the lever arms of the motor axis 12a the front drives 11 to the heavy axis 21 400 mm, while the length of the lever arms (distance d2 ) from the motor axis 17a the rear drives 16 to the heavy axis 21 at 240 mm. The latter lever arm was thus 40% shorter than the aforementioned lever arm.

In den 1 und 2 ist das Luftfahrzeug 1 in der Schwebeposition dargestellt, in der es in Startrichtung S startet und in Landerichtung L landet. Hierbei sind die beiden hinteren Propeller 13 nach unten geschwenkt und schieben das Luftfahrzeug 1 in Richtung S, während die beiden vorderen Propeller 18 nach oben geschwenkt sind und das Luftfahrzeug 1 ebenfalls in Richtung S ziehen.In the 1 and 2 is the aircraft 1 shown in the hovering position, in the starting direction S starts and in landing direction L lands. Here are the two rear propellers 13 swung down and push the aircraft 1 in the direction S while the two front propellers 18 are pivoted upwards and the aircraft 1 also in the direction S pull.

Es ist nicht zwingend, dass das Luftfahrzeug 1 in der Schwebeposition genau horizontal ausgerichtet ist. Es ist beispielsweise ohne Weiteres möglich, dass das Heck 3 in einem kleinen Winkel, beispielsweise mit etwa 10°, gegenüber der Nase 4 hängt.It is not mandatory that the aircraft 1 is aligned exactly horizontally in the hover position. For example, it is easily possible that the tail 3 at a small angle, for example, at about 10 °, opposite the nose 4 hangs.

In den 3 und 4 ist das Luftfahrzeug 1 im Reise- bzw. Horizontalflug dargestellt, in der es in horizontaler Flugrichtung H fliegt. Hierbei sind die beiden hinteren Propeller 13 nach hinten entgegen der Flugrichtung H geschwenkt und angeklappt, während die beiden vorderen Propeller 18 nach vorne in Flugrichtung H geschwenkt sind. Lediglich diese beiden vorderen Propeller 18 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel für den Vortrieb im Horizontalflug zuständig.In the 3 and 4 is the aircraft 1 shown in travel or horizontal flight, in which it is in the horizontal direction of flight H flies. Here are the two rear propellers 13 backwards against the direction of flight H panned and tilted while the two front propellers 18 forward in the direction of flight H are pivoted. Only these two front propellers 18 are responsible for the propulsion in horizontal flight in the illustrated embodiment.

In den 5 - 7 sind die Übergänge zwischen den verschiedenen Zuständen noch einmal in ausschnittsweise in Seitenansicht, insbesondere ohne Rumpf 2, dargestellt. In der 5 befinden sich die hinteren Motoren 12 und die vorderen Motoren 17 in der Position, in welcher das Luftfahrzeug 1 startet. In diesem Schwebezustand sind die Antriebe 11 nach unten und die Antriebe 16 noch oben geschwenkt. Für den Horizontalflug schwenken die Antriebe 11 gemäß der 6 nach hinten entgegen der Flugrichtung H (Pfeil f1) und die vorderen Antriebe 16 nach vorne in Flugrichtung H (Pfeil f2). Beim Losfliegen klappen dann die beiden Blätter der beiden hinteren Propeller 13 aufgrund des Fahrtwindes nach hinten entgegen der Flugrichtung H (Pfeile f3), so dass die hinteren Propeller 13 nicht zum Vortrieb beitragen. Gemäß der 7 werden beim Übergang vom Horizontalflug in den Schwebezustand die vorderen Antriebe 16 wieder nach oben geschwenkt (Pfeil f5), während die hinteren Antriebe 11 wieder gestartet und nach unten geschwenkt werden (Pfeil f4). Durch dieses Starten klappen die Propeller 13 aufgrund der Zentrifugalkraft wieder auf.In the 5 - 7 the transitions between the different states are again in partial view in side view, in particular without hull 2 represented. In the 5 are the rear engines 12 and the front engines 17 in the position in which the aircraft 1 starts. In this state of suspension are the drives 11 down and the drives 16 panned up. For horizontal flight, the drives swing 11 according to the 6 backwards against the direction of flight H (Arrow f1) and the front drives 16 forward in the direction of flight H (Arrow f2). When flying away then fold the two leaves of the two rear propellers 13 due to the wind to the rear against the direction of flight H (Arrows f3), so the rear propellers 13 do not contribute to propulsion. According to the 7 become the transition from horizontal flight in the limp state, the front drives 16 pivoted back up (arrow f5) while the rear drives 11 be started again and swung down (arrow f4). By this starting the propellers fold 13 due to the centrifugal force again.

Erfindungsgemäß übernehmen die hinteren Antriebe 11 mehr als 50% der zum Schweben notwendigen Schwebeflugschubkraft und weniger als 50% der Vortriebskraft im Horizontalflug. Demgegenüber übernehmen die vorderen Antriebe 16 weniger als 50% der zum Schweben des Luftfahrzeugs 1 notwendigen Schwebeflugschubkraft und mehr als 50% der Vortriebskraft im Horizontalflug aufbringen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die hinteren Antriebe 16 sogar überhaupt nicht am Vortrieb beteiligt, da sie aufgrund des Fahrtwinds an- bzw. zusammenklappen.According to the rear drives take over 11 more than 50% of the levitation hovering force required for hovering and less than 50% of the hoisting force in horizontal flight. In contrast, take over the front drives 16 less than 50% of the hovering aircraft 1 necessary hover thrust and more than 50% of the propulsive force in horizontal flight apply. In the present embodiment, the rear drives 16 even not involved in the propulsion at all, because they fold on or off due to the wind.

Die oben genannte Aufgabenverteilung der hinteren und vorderen Antriebe 11, 16 ist bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere durch die Verschiebung des Massenschwerpunktes 20 realisiert. Weiter trägt der höhere Quotient aus Durchmesser geteilt durch Steigung der hinteren Antriebe zu einer Effizienzsteigerung des Schwebefluges bei. Der kleinere Quotient aus Durchmesser geteilt durch Steigung der vorderen Antriebe trägt zu einer Effizienzsteigerung des Horizontalfluges bei.The above task distribution of the rear and front drives 11 . 16 is in the embodiment shown in the figures in particular by the displacement of the center of mass 20 realized. Furthermore, the higher quotient of diameter divided by the slope of the rear drives contributes to an increase in efficiency of the hovering flight. The smaller quotient of diameter divided by the slope of the front drives contributes to an increase in efficiency of horizontal flight.

Die Steuerung der Antriebe 11, 16, der Propeller 13, 18, der Querruder 8a, 8b usw. kann manuell, halbautomatisch oder automatisch erfolgen. Insbesondere der Übergang zwischen den beiden Flugzuständen (Schweben mit eingeschalteten vorderen und hinteren Antrieben - Horizontalfliegen nur mit angeschalteten vorderen Antrieben) kann entweder manuell oder automatisiert realisiert werden. Dann werden insbesondere die Propellerdrehzahlen angepasst.The control of the drives 11 . 16 , the propeller 13 . 18 , the aileron 8a . 8b etc. can be manual, semi-automatic or automatic. In particular, the transition between the two flight conditions (hovering with front and rear drives switched on - horizontal flying only with front drives switched on) can be realized either manually or automatically. Then, in particular, the propeller speeds are adjusted.

Die Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, ist aber nicht auf dieses beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.The invention has been described in more detail with reference to an embodiment, but is not limited to this. Variations within the scope of the claims are also possible as a combination of features, even if they are shown and described in different embodiments.

Insbesondere lässt sich das erfindungsgemäße Luftfahrzeug auch von Menschen steuern und/oder zum Befördern von einem oder mehreren Menschen einsetzen. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Luftfahrzeug als Drohne für den Warentransport, zur Kontrolle und Sicherung des Flugraums oder Gegenden am Boden, zu Forschungszwecken, zur Bilderzeugung usw. geeignet.In particular, the aircraft according to the invention can also be controlled by humans and / or used to carry one or more people. In particular, the aircraft according to the invention is suitable as a drone for transporting goods, for controlling and securing the airspace or areas on the ground, for research purposes, for imaging, etc.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Luftfahrzeugaircraft
22
LuftfahrzeugrumpfAircraft fuselage
33
HeckRear
44
Nasenose
5 5
TragflügelHydrofoil
66
Leitwerksträgertail boom
77
V-LeitwerkV-tail
7a7a
Höhenruderelevator
8a8a
erstes Querruderfirst aileron
8b8b
zweites Querrudersecond aileron
9a9a
StandkufeStandkufe
9b9b
Standkufe Standkufe
1010
Gondeln für hintere AntriebeGondolas for rear drives
1111
hintere Antrieberear drives
1212
hintere Motorenrear engines
12a12a
Motorachsemotor axis
1313
hintere Propellerrear propellers
1414
Schwenkgelenk pivot
1515
Gondeln für vordere AntriebeGondolas for front drives
1616
vordere Antriebefront drives
1717
vordere Motorenfront engines
17a17a
Motorachsemotor axis
1818
vordere Propellerfront propellers
1919
Schwenkgelenk pivot
2020
Massenschwerpunkt des LuftfahrzeugsMass center of gravity of the aircraft
2121
Schwerachsegravity axis
2222
Längsachse des Luftfahrzeugs Longitudinal axis of the aircraft
SS
Startrichtungstart direction
LL
Landerichtunglanding direction
HH
HorizontalflugrichtungHorizontal flight direction
d1d1
Abstand der Motorachse 12a zur Schwerachse 21Distance of the motor shaft 12a to the heavy axis 21st
d2d2
Abstand der Motorachse 17a zur Schwerachse 21 Distance of the motor shaft 17a to the heavy axis 21st
f1-f5f1-f5
Schwenkrichtungenpivotal directions

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2776315 B1 [0002]EP 2776315 B1 [0002]

Claims (20)

Senkrecht startendes Luftfahrzeug (1), vorzugsweise unbemanntes Fluggerät (UAV), Drohne und/oder unbemanntes Flugsystem (UAS), umfassend: einen starren Tragflügel (5), welcher sowohl im Schwebeflug als auch im Horizontalflug im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist und einen aerodynamischen Horizontalflug ermöglicht, und in Bezug auf den Masseschwerpunkt (20) des Luftfahrzeugs (1) mindestens einen in Horizontalflugrichtung gesehen hinteren regelbaren Antrieb (11), umfassend einen hinteren Motor (12) und einen vom hinteren Motor (12) angetriebenen hinteren Propeller (13), sowie mindestens einen in Horizontalflugrichtung gesehen vorderen regelbaren Antrieb (16), umfassend einen vorderen Motor (17) und einen vom vorderen Motor (17) angetriebenen Propeller (18), wobei die Motoren (12, 17) vorzugsweise Elektromotoren sind, und wobei zumindest ein Teil der Antriebe (11, 16) mittels jeweils eines Schwenkmechanismus zwischen einer Senkrechtstartposition für den Schwebeflug und eine Horizontalflugposition für den Horizontal- bzw. Reiseflug verschwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet , dass der mindestens eine hintere oder vordere Antrieb (11, 16) derart angeordnet und ausgelegt ist, dass er mehr als 50% der zum Schweben des Luftfahrzeugs (1) notwendigen Schwebeflugschubkraft und weniger als 50% der Vortriebskraft im Horizontalflug aufbringt, während der mindestens eine vordere bzw. hintere Antrieb (16, 11) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er weniger als 50% der zum Schweben des Luftfahrzeugs (1) notwendigen Schwebeflugschubkraft und mehr als 50% der Vortriebskraft im Horizontalflug aufbringt. Vertical launching aircraft (1), preferably unmanned aerial vehicle (UAV), drone and / or unmanned aerial vehicle (UAS), comprising: a rigid wing (5) which is substantially horizontal in both hover and horizontal flight and aerodynamic horizontal flight and, with respect to the center of gravity (20) of the aircraft (1), at least one horizontal direction rear-drive (11) comprising a rear engine (12) and a rear propeller (13) driven by the rear engine (12), and at least one horizontal direction controllable front drive (16), comprising a front motor (17) and a front motor (17) driven propeller (18), wherein the motors (12, 17) are preferably electric motors, and wherein at least one Part of the drives (11, 16) by means of a respective pivot mechanism between a vertical start position for the hover and a Hori zontalflugposition are pivotable for the horizontal or cruise, characterized in that the at least one rear or front drive (11, 16) is arranged and designed so that it more than 50% of the hovering of the aircraft (1) necessary hover thrust and less than 50% of the propulsion force is applied in horizontal flight, while the at least one front or rear drive (16, 11) is arranged and configured such that it contains less than 50% of the hovering thrust force required to levitate the aircraft (1) and more than 50% % of the driving force in horizontal flight applies. Luftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei hintere und zwei vordere Antriebe (11, 16) vorgesehen sind.Aircraft (1) to Claim 1 , characterized in that two rear and two front drives (11, 16) are provided. Luftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei hintere Antriebe (11) und ein vorderer Antrieb (16), oder ein hinterer Antrieb (11) und zwei vordere Antriebe (16) vorgesehen sind.Aircraft (1) to Claim 1 , characterized in that two rear drives (11) and a front drive (16), or a rear drive (11) and two front drives (16) are provided. Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenschwerpunkt (20) des Luftfahrzeugs (1) außermittig in Bezug auf die hinteren und die vorderen Propeller (13, 18) angeordnet ist.Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the center of mass (20) of the aircraft (1) is arranged off-center with respect to the rear and front propellers (13, 18). Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenschwerpunkt (20) des Luftfahrzeugs (1) näher an denjenigen Antrieben angeordnet ist, die mehr als 50% der Schwebeflugschubkraft aufbringen.Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the center of mass (20) of the aircraft (1) is arranged closer to those drives which apply more than 50% of the hovering thrust force. Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die besagten hinteren oder vorderen Antriebe (11, 16) zur Erbringung von mehr als 55%, vorzugsweise von mehr als 60%, der Schwebeflugschubkraft ausgelegt sind, während der oder die besagten vorderen bzw. hinteren Antriebe (16, 11) zur Erbringung von weniger als 45%, vorzugsweise weniger als 40%, der Schwebeflugschubkraft ausgelegt sind.Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the one or more rear or front drives (11, 16) are designed to provide more than 55%, preferably more than 60% of hovering thrust, during the or said front and rear drives (16, 11) are designed to provide less than 45%, preferably less than 40% of hovering thrust. Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die besagten hinteren oder vorderen Antriebe (11, 16) zur Erbringung von mehr als 65%, vorzugsweise von mehr als 70%, der Schwebeflugschubkraft ausgelegt sind, während der oder die besagten vorderen bzw. hinteren Antriebe (16, 11) zur Erbringung von weniger als 35%, vorzugsweise weniger als 30%, der Schwebeflugschubkraft ausgelegt sind.Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the one or more rear or front drives (11, 16) are designed to provide more than 65%, preferably more than 70% of the hover thrust force during the flight or said front and rear drives (16, 11) are designed to provide less than 35%, preferably less than 30% of hovering thrust. Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die besagten hinteren oder vorderen Antriebe (11, 16) zur Erbringung von mehr als 80%, beispielsweise von mehr als 90%, der Schwebeflugschubkraft ausgelegt sind, während der oder die besagten vorderen bzw. hinteren Antriebe (16, 11) zur Erbringung von weniger als 20%, beispielsweise weniger als 10%, der Schwebeflugschubkraft ausgelegt sind.Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the one or more rear or front drives (11, 16) are designed to provide more than 80%, for example more than 90%, of the hovering thrust during the flight or said front and rear drives (16, 11) are designed to provide less than 20%, for example less than 10%, hovering thrust. Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorderen und die hinteren Antriebe (16, 11) sowohl zur Erbringung der zum Schweben des Luftfahrzeugs (1) notwendigen Schwebeflugschubkraft als auch zur Erbringung Vortriebskraft im Horizontalflug beitragen.Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the front and rear drives (16, 11) both contribute to the levitation of the hovering force required to levitate the aircraft (1) and propulsion in horizontal flight. Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorderen und die hinteren Antriebe (16, 11) alle zur Erbringung der zum Schweben des Luftfahrzeugs (1) notwendigen Schwebeflugschubkraft beitragen, während nur ein Teil dieser Antriebe (11, 16) zur Erbringung der Vortriebskraft im Horizontalflug beiträgt und der andere Teil der Antriebe abgeschaltet ist.Aircraft (1) after at least one of Claims 1 to 8th characterized in that the front and rear drives (16, 11) all contribute to providing hovering thrust necessary for hovering the aircraft (1), while only a portion of these drives (11, 16) contribute to providing the propulsive force in horizontal flight and the other part of the drives is switched off. Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Propeller (13) derjenigen Antriebe (11), die mehr als 50% der Schwebeflugschubkraft aufbringen, größer ist als der Durchmesser der Propeller (18), die weniger als 50% der Schwebeflugschubkraft aufbringen, vorzugsweise um mindestens 5% größer, besonders bevorzugt um mindestens 10% größer. Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the propellers (13) of those drives (11) which apply more than 50% of the hover thrust force is greater than the diameter of the propellers (18), the less than 50% of hovering thrust, preferably at least 5% larger, more preferably at least 10% larger. Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus Durchmesser geteilt durch Steigung bei den Antrieben, die mehr als 50% der Schwebeflugschubkraft aufbringen, größer ist als bei den Antrieben, die weniger als 50% der Schwebeflugschubkraft aufbringen.Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the quotient of diameter divided by the slope of the drives, which apply more than 50% of the hover thrust, is greater than in the drives, which apply less than 50% of hovering thrust , Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Antriebe (11, 16) mittels jeweils eines Schwenkmechanismus zwischen einer Senkrechtstartposition für den Schwebeflug und einer Horizontalflugposition für den Horizontalflug verschwenkbar sind.Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that all drives (11, 16) are pivotable by means of a respective pivot mechanism between a vertical start position for the hover and a horizontal flight position for horizontal flight. Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nur diejenigen Antriebe (16) mittels jeweils eines Schwenkmechanismus zwischen einer Senkrechtstartposition für den Schwebeflug und eine Horizontalflugposition für den Horizontalflug verschwenkbar sind, welche zum Vortrieb im Horizontalflug beitragen.Aircraft (1) after at least one of Claims 1 to 9 , characterized in that only those drives (16) by means of a respective pivot mechanism between a vertical start position for the hover and a horizontal flight position for the horizontal flight are pivotable, which contribute to propulsion in horizontal flight. Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Antriebe (11, 16) an dem Tragflügel (5) angeordnet sind.Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that all drives (11, 16) are arranged on the wing (5). Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die hinteren Propeller (13) im Schwebeflug nach oben oder unten weisen und für den Horizontalflug nach oben bzw. unten und gegen die Flugrichtung schwenken, vorzugsweise um 75° bis 105°, besonders bevorzugt um 85° bis 95°, während der oder die vorderen Propeller (18) im Schwebeflug nach oben weisen und für den Horizontalflug nach unten und in Flugrichtung vorne schwenken, vorzugsweise um 75° bis 105°, besonders bevorzugt um 85° bis 95°.Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the or the rear propeller (13) in hovering up or down and pivot for horizontal flight up or down and against the direction of flight, preferably by 75 ° 105 °, particularly preferably by 85 ° to 95 °, while the front propeller or propellers (18) are pointing upwards and pivoting downwards for horizontal flight and in the direction of flight, preferably around 75 ° to 105 °, particularly preferably around 85 ° ° to 95 °. Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hinteren oder die vorderen Propeller (13, 18) für den Horizontalflug anklappbar ausgebildet sind.Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the rear or the front propellers (13, 18) are designed hinged for horizontal flight. Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Propeller (13) derjenigen Antriebe, die mehr als 50% der Schwebeflugschubkraft aufbringen, anklappbar ausgebildet sind.Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the propellers (13) of those drives, which apply more than 50% of the hovering thrust, are formed hinged. Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die hinteren Propeller (13) im Horizontalflug entgegen die Flugrichtung (H) anklappbar ausgebildet sind, vorzugsweise aufgrund der Einwirkung der Windkräfte.Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the one or more rear propellers (13) are formed hinged against the flight direction (H) in horizontal flight, preferably due to the action of the wind forces. Luftfahrzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Motoren (12, 17) dergestalt vorgesehen ist, dass das Luftfahrzeug (1) automatisch in einem stabilen Schwebeflug haltbar ist.Aircraft (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that a control device for controlling the motors (12, 17) is provided in such a way that the aircraft (1) is automatically stable in a stable hovering flight.
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