DE102018116144A1 - Luftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung stellt ein Luftfahrzeug (10) mit den folgenden Merkmalen bereit: Das Luftfahrzeug (10) umfasst elektrische Komponenten (12, 13) und einen Propellermantel mit Kühlschlange (14); und das Luftfahrzeug (10) ist eingerichtet, Wärme von den elektrischen Komponenten (11, 12) an die Kühlschlange abzuleiten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, senkrecht start- und landefähiges (vertical take-off and landing, VTOL) Luftfahrzeug.
  • Als VTOL wird in der Luft- und Raumfahrttechnik sprachübergreifend jedwede Art von Flugzeug, Drohne oder Rakete bezeichnet, welche die Fähigkeit besitzt, im Wesentlichen senkrecht und ohne Start- und Landebahn abzuheben und wieder aufzusetzen. Dieser Sammelbegriff wird nachfolgend in einem weiten Sinne verwendet, der nicht nur Starrflügelflugzeuge mit Tragflächen, sondern ebenso Drehflügler wie Hub-, Trag-, Flugschrauber und Hybride wie Verbundhub- oder Kombinationsschrauber sowie Wandelflugzeuge einschließt. Erfasst seien des Weiteren Luftfahrzeuge mit der Fähigkeit, auf besonders kurzen Strecken zu starten und zu landen (short take-off and landing, STOL), auf kurzen Strecken zu starten, aber senkrecht zu landen (short take-off and vertical landing, STOVL) oder senkrecht zu starten, aber horizontal zu landen (vertical take-off and horizontal landing, VTHL).
  • US20160273448A1 offenbart ein Mantelpropeller-Turbinentriebwerk. Das Triebwerk umfasst einen Ölkreislauf mit einem Luft-Öl-Kühler. Um die Kapazität des Kühlers zu erhöhen, ist der Kühler mit einer Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser ausgestattet. Die Wärmekapazität des Wassers verstärkt die Kühlung, während das Absaugen des Wassers den Schub des Turbinentriebwerks erhöht.
  • CN206939095U scheint eine ähnliche Vorrichtung zu offenbaren.
  • Die Erfindung stellt ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, im obigen Sinne senkrecht start- und landefähiges Luftfahrzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereit.
  • Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der eröffneten Möglichkeit einer effizienten Kühlung ohne aerodynamische Einbußen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann das Luftfahrzeug etwa mit abgeknickten oder gar wahlweise abknickbaren Tragflächen ausgestattet sein. Eine entsprechende Variante vergrößert die im Horizontalflug wirksame Flügelfläche, ohne aber die Standfläche des Luftfahrzeuges auszudehnen.
  • Ferner mag das Luftfahrzeug über ein schnell ladbares Batteriesystem verfügen, welches die Antriebsenergie für Senkrechtstart und -landung sowie Horizontalflug bereitstellt und eine kurzfristige Aufladung des Luftfahrzeuges im Stand ermöglicht.
  • Zum Antrieb des Luftfahrzeuges können hierbei anstelle freifahrender Rotoren mehrere Mantelpropeller (ducted fans) auch unterschiedlicher Größe zum Einsatz kommen, wie sie abseits der Luftfahrttechnik etwa von Luftkissenfahrzeugen oder Sumpfbooten bekannt sind. Das den Propeller umgebende zylindrische Gehäuse vermag in einer derartigen Ausführungsform die Schubverluste infolge von Verwirbelungen an den Blattspitzen beträchtlich zu reduzieren. Geeignete Mantelpropeller mögen horizontal oder vertikal ausgerichtet, zwischen beiden Stellungen schwenkbar ausgeführt oder aus aerodynamischen Gründen im Horizontalflug durch Lamellen (louvers) abgedeckt sein. Zudem ist eine reine Horizontalschuberzeugung mittels feststehender Mantelpropeller denkbar.
  • Schließlich kommt - neben einem vorzugsweise vollautonomen Betrieb des Luftfahrzeuges - bei hinreichender Qualifikation auch die Einräumung einer manuellen Kontrolle an den menschlichen Piloten in Betracht, was der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine größtmögliche Flexibilität in der Handhabung verleiht.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
  • Die Figur zeigt den teilweisen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges.
  • Die einzige Figur illustriert die konstruktiven Merkmale eines senkrechtstart- und landefähigen Fluggerätes (10), welches mit einem die Tragfläche (15) integrierten Mantelpropeller (14) ausgestattet ist. Der höchste Leistungsbedarf und damit der größte Kühlbedarf besteht während des Senkrechtflugs; allerdings ist in dieser Flugphase mittels der Konvektion an der Außenhaut des Fluggeräts (10) die niedrigste Kühlleistung zu erzielen, da die Relativgeschwindigkeit zwischen Umgebungsluft und Fluggerät (10) gering ist. Erfindungsgemäß werden daher die hohen Luftgeschwindigkeiten im Bereich des bei Start- und Landung aktiven Mantelpropellers (14) genutzt, indem eine Kühlstruktur in die Mantelstruktur eingebracht wird. Die Oberfläche kann hier durch Laminierung der Kühlstruktur in Verbundfaser weitgehend glatt - und damit aerodynamisch optimal - oder zur Maximierung der Kühlleistung mit Kühlrippen ausgeführt sein. Durch die Kühlstruktur strömt Wärmeträgerflüssigkeit, die Wärme von flüssiggekühlten Komponenten wie HV-Batterie (13), Umrichter (12) und etwaigen Elektromotoren aufnimmt und über den Mantelkühler wieder abgibt.
  • Im Horizontalflug wird die Flüssigkeit nicht durch die Propellermäntel (14), sondern großflächig durch Rumpf (11) oder Flügel (15) des Fluggeräts (10) geführt. Dadurch kann die wärmeübertragende Fläche maximiert und die im Horizontalflug anfallende Abwärme an die Umgebung abgegeben werden. Die hierzu genutzte Kühlstruktur kann ebenfalls einlaminiert oder aber thermisch kontaktierend mit Füll- oder sonstigen Schnittstellen-Materialien an die Innenhaut des Rumpfes (11) oder der Flügel (15) angebunden sein. Beim Übergang zum senkrechten Landeflug wird wieder auf die Mantelkühlung umgeschaltet.
  • Eine bedarfsgerechte Kühlung ohne signifikante Erhöhung des Luftwiderstandes kann so dargestellt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 20160273448 A1 [0003]
    • CN 206939095 U [0004]

Claims (10)

  1. Luftfahrzeug (10), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Luftfahrzeug (10) umfasst elektrische Komponenten (12, 13) und einen Propellermantel mit Kühlschlange (14) und - das Luftfahrzeug (10) ist eingerichtet, Wärme von den elektrischen Komponenten (11, 12) an die Kühlschlange abzuleiten.
  2. Luftfahrzeug (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Luftfahrzeug (10) umfasst einen Rumpf (11) und eine Tragfläche (15), - die elektrischen Komponenten (12, 13) sind im Rumpf (11) angeordnet und - der Propellermantel (14) ist in der Tragfläche (15) angeordnet.
  3. Luftfahrzeug (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die elektrischen Komponenten (12, 13) umfassen einen Inverter (12) und eine Batterie (13).
  4. Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) weist einen vollelektrischen Antrieb auf.
  5. Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) umfasst abgeknickte oder abknickbare Tragflächen (15).
  6. Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) umfasst ein schnell ladbares Batteriesystem.
  7. Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) umfasst waagerecht feststehende Mantelpropeller für Start und Landung.
  8. Luftfahrzeug (10) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Luftfahrzeug (10) weist Lamellen auf und - die waagerechten Mantelpropeller sind mittels der Lamellen wahlweise abdeckbar.
  9. Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) umfasst senkrecht feststehende Mantelpropeller zum Erzeugen eines Vortriebes.
  10. Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) ist wahlweise vollautonom steuerbar.
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