DE102018116146A1 - Luftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung stellt ein Luftfahrzeug (10) mit den folgenden Merkmalen bereit: Das Luftfahrzeug (10) weist eine Batterie (11), eine Tragfläche (12) und Wärmeleitelemente auf; und die Wärmeleitelemente verbinden die Batterie (11) thermisch derart mit der Tragfläche (12), dass in der Batterie (11) entstehende Wärme sich auf die Tragfläche (12) verteilt.

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).
  • US4635709A schlägt zur Kühlung eines Luftfahrzeugs eine Kühlplatte unter der Tragfläche zum Ableiten von Wärme von den Elektronikkomponenten und Kühlrippen zum Ableiten der von der Kühlplatte abgegebenen Hitze in den kühlenden Luftstrom vor. Zusätzlich ist ein flüssiges Kühlmittel in Hohlräumen vorgesehen, die in der Kühlplatte unmittelbar neben den elektronischen Komponenten ausgebildet sind. Dieses flüssige Kühlmittel verdampft bei erhöhten Temperaturen, wenn der Kühlluftstrom nicht verfügbar ist, um die kalte Platte zu kühlen. Der Dampf, der durch die Verdampfung des flüssigen Kühlmittels freigesetzt wird, wird aus der Wärmeübertragungsvorrichtung durch eine hydrophobe Filtermembran, die einen Teil der Hohlräume bedeckt, ausgestoßen. Die hydrophobe Membran ist für Flüssigkeiten undurchlässig, aber gasdurchlässig.
  • Auch EP1764302A2 offenbart ein passives Kühlsystem für einen Flügel. Das passive Kühlsystem umfasst eine dem Flügel benachbarte Fluidübertragungskammer. Ein Fluidübertragungselement und Kühlmittel sind in der Fluidübertragungskammer angeordnet. Das Fluidübertragungselement leitet einen Teil des Kühlmittels zum Flügel, der die Wärmeenergie ableitet.
  • Schließlich beschreibt US20150000523A1 ein Flugzeugbrennstofftank-Entflammbarkeitsverringerungsverfahren durch das Zuführen von Druckluft in ein Lufttrennmodul, das eine Sauerstofftrennmembran enthält. Das Verfahren umfasst das Kontaktieren der Trennmembran mit der Luftzuführung, das Eindringen von Sauerstoff aus der Luftzufuhr durch die Trennmembran und das Erzeugen von stickstoffangereicherter Luft aus dem Lufttrennmodul als Folge des Entfernens von Sauerstoff aus der Luftzufuhr. Die angereicherte Luft von dem Lufttrennmodul wird in einem Strömungswärmetauscher im Flügel gekühlt und dem Kraftstofftank zugeführt.
  • Die Erfindung stellt ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, im obigen Sinne senkrecht start- und landefähiges Luftfahrzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereit.
  • Vorzüge dieser Lösung liegen in ihrer gegenüber aktiven Kühlungssystemen verringerten Komplexität sowie dem entsprechend verminderten Gewicht des resultierenden Luftfahrzeuges.
  • 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 die perspektivische Ansicht eines Luftfahrzeuges.
  • Die einzige Figur illustriert die konstruktiven Merkmale einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen batterieelektrischen Luftfahrzeuges (10), dessen Wärmehaushalt über die - im Wesentlichen auf seine beiderseitigen Flügel verteilte - Tragfläche (12) regulierbar ist.
  • Das Luftfahrzeug (10) weist hierzu neben einer für den Antrieb genutzten Hochvolt-Batterie (11) zeichnerisch nicht dargestellte Wärmeleitelemente auf, welche die Batterie (11) thermisch derart mit der Tragfläche (12) verbinden, dass die im Flugbetrieb in der Batterie (11) unweigerlich entstehende Wärme sich möglichst gleichmäßig auf die Tragfläche (12) verteilt. Die im Flug stark umströmte Tragfläche (12) fungiert auf diese Weise als Wärmetauscher.
  • Als Wärmeleitelemente mögen beispielsweise Leitbleche, Silikon, Glimmer, Aluminiumoxid- oder anderweitige Keramik, Polyimid (Kapton®), Metall- oder Grafitfolie zum Einsatz kommen.
  • 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 4635709 A [0003]
    • EP 1764302 A2 [0004]
    • US 20150000523 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Luftfahrzeug (10), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Luftfahrzeug (10) weist eine Batterie (11), eine Tragfläche (12) und Wärmeleitelemente auf und - die Wärmeleitelemente verbinden die Batterie (11) thermisch derart mit der Tragfläche (12), dass in der Batterie (11) entstehende Wärme sich auf die Tragfläche (12) verteilt.
  2. Luftfahrzeug (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Wärmeleitelemente umfassen Leitbleche.
  3. Luftfahrzeug (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Wärmeleitelemente umfassen Grafitfolie.
  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.
  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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