DE102018119372A1

DE102018119372A1 - Luftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018119372A1
Application number: DE102018119372.6A
Authority: DE
Inventors: Mikel Fauri
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2020-02-13

Abstract

Die Erfindung stellt ein Luftfahrzeug (10) mit den folgenden Merkmalen bereit: Das Luftfahrzeug (10) umfasst eine flugfähige Drohne (11) mit Sensoren (12); das Luftfahrzeug (10) ist dazu eingerichtet, die Drohne (11) in einer Reiseflugphase (13) zu befördern; und die Drohne (11) ist dazu eingerichtet, dem Luftfahrzeug (10) in einer Landephase (14) auf einer vorausberechneten Flugbahn (15) vorauszufliegen.

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).
Während der letzten VTOL-Flugphase (z. B. dem Horizontal- oder Vertikalflug mit geringer Geschwindigkeit oder Schweben) wird das Vorhandensein von Hindernissen in der Flugbahn zunehmend wahrscheinlich und potentiell gefährlich. Um Kollisionen zu vermeiden, können mehrere Sensoren (LIDAR, RADAR, im sichtbaren oder infraroten Lichtspektrum arbeitende Kameras, Ultraschall etc.) verwendet werden. Der Erfassungsbereich solcher Sensoren muss groß genug sein, damit das Flugzeug im Voraus entsprechend steuern kann, um die Flugbahn so anzupassen, dass die Hindernisse gemieden werden. Je größer dieser Erfassungsbereich, desto schwerer, leistungsintensiver und teurer werden die Sensoren.
US2011/0231038 A1 , US 2015/0362598 A1 , US 2005/0182530 A1 , US 2011/0184595 A1 und US 9,310,222 B1 beschreiben Verfahren, bei denen Infrastrukturkomponenten den von der aktuellen Position eines Luftfahrzeuges aus optimalen Landeanflug empfehlen, vorgeben oder unmittelbar per Funkverbindung steuern.
Die Erfindung stellt ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, im obigen Sinne senkrecht start- und landefähiges Luftfahrzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereit.
Die Erfindung fußt auf der Erkenntnis, dass, um kleine, leichte und kostengünstige Sensoren zu verwenden, ihr Erfassungsbereich verringert werden muss. Um Flugzeuge in die Lage zu versetzen, Objekte und insbesondere Hindernisse zu erkennen, um ihre Flugbahn frühzeitig anzupassen, müssen diese Sensoren mögliche Gefahren bereits in weiter Entfernung vom Flugzeug erkennen.
Anstatt die Reichweite der Sensoren selbst zu vergrößern, wird daher vorgeschlagen, Sensoren mit kurzer Reichweite physikalisch in einiger Entfernung vom Flugzeug anzuordnen. Diese Sensoren werden in einer kleineren Drohne eingesetzt, die dem VTOL-Flugzeug vorausfliegt.
Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der erzielten Gewichtsreduktion des 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.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Luftfahrzeug in der Reiseflugphase.
2 zeigt das erfindungsgemäße Luftfahrzeug in der Landephase.

1 und 2 illustrieren in ihrer Zusammenschau die konstruktiven Merkmale einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges (10). Wie die Zeichnungen erkennen lassen, umfasst das Luftfahrzeug (10) eine flugfähige Drohne (11) mit Sensoren (12), die in der Reiseflugphase (13 - 1) vom Luftfahrzeug (10) selbst befördert wird, dem Luftfahrzeug (10) in dessen Landephase (14 - 2) jedoch auf einer vorausberechneten Flugbahn (15) vorausfliegt.
Aufgrund von Geschwindigkeitseinschränkungen ist der Betrieb dieser Drohne (11) auf die langsame Flugphase des VTOL-Luftfahrzeuges (10) beschränkt. Hierbei handelt es sich um die besagte Landephase (14) nach dem Übergang zum Vertikalflug.
Die von den Sensoren (12) gesammelten Informationen werden über Funk an das VTOL-Luftfahrzeug (10) übermittelt (16) und dort verarbeitet.
Das VTOL-Luftfahrzeug (10) teilt der Drohne (11) in Echtzeit die kurzfristig erwartete Flugbahn (15) mit (17), auf welcher die Drohne (11) vorausfliegt. Insofern ist die empfangene Information für die Flugbahn (15) des VTOL-Luftfahrzeuges (10) selbst relevant.
Die Drohne (11), die die Sensoren (12) trägt, wird während des Reiseflugs (13) an das VTOL-Luftfahrzeug (10) angehängt und beim Anflug auf den Landeplatz ausgekuppelt.
Die Drohne (11) wird nach der Landung wieder am Boden des VTOL-Luftfahrzeuges (10) befestigt.
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 2011/0231038 A1 [0004]
US 2015/0362598 A1 [0004]
US 2005/0182530 A1 [0004]
US 2011/0184595 A1 [0004]
US 9310222 B1 [0004]

Claims

Luftfahrzeug (10), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Luftfahrzeug (10) umfasst eine flugfähige Drohne (11) mit Sensoren (12), - das Luftfahrzeug (10) ist dazu eingerichtet, die Drohne (11) in einer Reiseflugphase (13) zu befördern und - die Drohne (11) ist dazu eingerichtet, dem Luftfahrzeug (10) in einer Landephase (14) auf einer vorausberechneten Flugbahn (15) vorauszufliegen.
Luftfahrzeug (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Drohne (11) ist für eine drahtlose Übermittlung (16) von Sensordaten an das Luftfahrzeug (10) zumindest in der Landephase (14) eingerichtet.
Luftfahrzeug (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Luftfahrzeug (10) ist für eine drahtlose Übermittlung (17) der einzuhaltenden Flugbahn (15) an die Drohne (11) zumindest in der Landephase (14) eingerichtet.
Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) weist einen vollelektrischen Antrieb auf.
Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) umfasst abgeknickte oder abknickbare Tragflächen.
Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) umfasst ein schnell ladbares Batteriesystem.
Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) umfasst waagerecht feststehende Mantelpropeller für Start und Landung.
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.
Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) umfasst senkrecht feststehende Mantelpropeller zum Erzeugen eines Vortriebes.
Luftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug (10) ist wahlweise vollautonom steuerbar.