DE102018123470B4

DE102018123470B4 - aircraft

Info

Publication number: DE102018123470B4
Application number: DE102018123470.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Bender
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-09-24
Filing date: 2018-09-24
Publication date: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2038-09-25
Also published as: DE102018123470A1

Abstract

Luftfahrzeug (10), das folgende Merkmale umfasst:- das Luftfahrzeug (10) umfasst Tragflächen (11), waagerechte Mantelpropeller (12) und ein Flügelrigg (13) mit flexiblen, segmentweise mit Segelstoff bespannten Kohlefaser-Rippen zum Öffnen der Tragflächen (11) auf ihrer Oberseite und Unterseite in einer Öffnungsrichtung quer zum Luftfahrzeug (10),- die waagerechten Mantelpropeller (12) und das Flügelrigg (13) sind derart in die Tragflächen (11) integriert, dass die waagerechten Mantelpropeller (12) freiliegen, wenn das Flügelrigg (13) gerefft ist, und die waagerechten Mantelpropeller (12) bedeckt sind, wenn das Flügelrigg (13) gesetzt ist und- das Luftfahrzeug (10) ist dazu eingerichtet, das Flügelrigg (13) bei Start und Landung selbsttätig zu reffen.Aircraft (10) comprising the following features:- the aircraft (10) comprises wings (11), horizontal ducted propellers (12) and a wing rig (13) with flexible carbon fiber ribs covered in segments with sail fabric for opening the wings (11) on its top and bottom in an opening direction transverse to the aircraft (10), - the horizontal ducted propellers (12) and the wing rig (13) are integrated into the wings (11) in such a way that the horizontal ducted propellers (12) are exposed when the wing rig (13) is reefed and the horizontal ducted propellers (12) are covered when the wing rig (13) is set and- the aircraft (10) is set up to reef the wing rig (13) automatically during take-off and landing.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, senkrecht start- und landefähiges (vertical take-off and landing, VTOL) Luftfahrzeug.The present invention relates to an aircraft, in particular an all-electric, vertical take-off and landing (VTOL) aircraft.

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).In aerospace engineering, a VTOL is a cross-linguistic term for any type of aircraft, drone or rocket that has the ability to take off and touch down essentially vertically and without a runway. This collective term is used in the following in a broad sense, which includes not only fixed wing aircraft with wings, but also rotorcraft such as helicopters, autogyros, helicopters and hybrids such as compound helicopters or combination helicopters and convertible aircraft. Also included are aircraft with the ability to take off and land over particularly short distances (short take-off and landing, STOL), to take off over short distances but to land vertically (short take-off and vertical landing, STOVL) or vertical take-off and horizontal landing (VTHL).

US 5 620 153 A offenbart ein Flugzeug mit einem Mantelpropeller mit aufblasbarem fallschirmähnlichen Gleitsegel, das mit einem Gas oder Gasgemisch wie Helium oder heißer Luft aufgeblasen wird und über ein reffbares Rigg mit dem Grundkörper verbunden ist. U.S. 5,620,153 A discloses an aircraft with a ducted propeller with an inflatable parachute-like paraglider, which is inflated with a gas or gas mixture such as helium or hot air and is connected to the base body via a reefable rig.

US 7 066 426 B2 beschreibt ein multimodales Fahrzeug, das ein bodengestütztes Fahrzeug mit einem daran befestigten Hochleistungs-Tragflächenfallschirm umfasst. Das Fahrzeug enthält ein Antriebssystem zur Verwendung zu Land oder Wasser und kann einen Mantelpropeller für einen angetriebenen Flug umfassen. Der Fallschirm verfügt über ein speziell konstruiertes Rigg-Gurtzeug, das Längenänderungen der Tragegurte ermöglicht, mit denen das Fahrzeug am Schirm befestigt wird. U.S. 7,066,426 B2 describes a multimodal vehicle that includes a ground-based vehicle with an attached high-performance hydrofoil parachute. The vehicle includes a propulsion system for use on land or water and may include a ducted propeller for powered flight. The parachute has a specially designed rig harness that allows for changes in length of the risers that attach the vehicle to the canopy.

GB 2 555 440 A zeigt ein Luftfahrzeug, das Tragflächen (wings 4), waagerechte Mantelpropeller (lifting rotor assemblys 24) und eine Abdeckvorrichtung mit Führungsmitteln und einem tuchartigen stoffbespanntes Flügelelement einem Vorhang vergleichbar (deployable door 72, continousflexible sheet) umfasst. GB 2 555 440A shows an aircraft comprising wings (4), horizontal ducted propellers (lifting rotor assemblies 24) and a covering device with guide means and a cloth-like fabric-covered wing element comparable to a curtain (deployable door 72, continuous flexible sheet).

Die Erfindung stellt ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, im obigen Sinne senkrecht start- und landefähiges Luftfahrzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereit.The invention provides an aircraft, in particular an all-electric aircraft capable of vertical take-off and landing in the above sense, according to independent claim 1.

Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der eröffneten Möglichkeit, Ober- und Unterseite eines Flügels gemäß einem äußerst unkomplizierten Prinzip gleichzeitig zu öffnen und zu schließen, ohne die Geometrie der Flügelaußenseiten zu stören. Ein aus der Segelsporttechnik an die Luftfahrtanforderungen adaptiertes Rigg ersetzt hierbei die aus aerodynamischen Gründen im Horizontalflug herkömmlicherweise zur Abdeckung verwendeten Lamellen (louvers).An advantage of this solution lies in the possibility it opens up of simultaneously opening and closing the top and bottom of a wing according to an extremely uncomplicated principle, without disturbing the geometry of the outer sides of the wing. A rig adapted from sailing technology to aviation requirements replaces the slats (louvers) conventionally used for aerodynamic reasons in horizontal flight.

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.Further advantageous refinements of the invention are specified in the dependent patent claims. For example, the aircraft can be equipped with angled or even optionally foldable wings. A corresponding variant increases the effective wing area in level flight, but without expanding the footprint of the aircraft.

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.Furthermore, the aircraft may have a fast-charging battery system, which provides the drive energy for vertical take-off and landing as well as level flight and allows the aircraft to be charged for a short time while stationary.

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 oder zwischen beiden Stellungen schwenkbar ausgeführt sein. Zudem ist eine reine Horizontalschuberzeugung mittels feststehender Mantelpropeller denkbar.Instead of free-running rotors, several ducted fans of different sizes can be used to drive the aircraft, such as are known outside of aviation technology, for example from hovercraft or sump boats. In such an embodiment, the cylindrical housing surrounding the propeller is capable of considerably reducing the thrust losses as a result of turbulence at the blade tips. Suitable ducted propellers may be aligned horizontally or vertically, or may be pivotable between the two positions. In addition, a purely horizontal thrust generation by means of fixed ducted propellers is conceivable.

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.Finally, in addition to a preferably fully autonomous operation of the aircraft, the granting of manual control to the human pilot with sufficient qualification also comes into consideration, which gives the device according to the invention the greatest possible flexibility in handling.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

1 zeigt die teiltransparente Draufsicht eines Luftfahrzeuges.
2 zeigt eine Tragfläche des Luftfahrzeuges in geschlossenem Zustand.
3 zeigt einen perspektivischen Schnitt der geschlossenen Tragfläche in einer alternativen Ausführungsform.
4 zeigt die Tragfläche gemäß 2 in geöffnetem Zustand.

An embodiment of the invention is shown in the drawings and is described in more detail below.

1 shows the partially transparent plan view of an aircraft.
2 shows a wing of the aircraft in the closed state.
3 shows a perspective section of the closed wing in an alternative embodiment.
4 shows the wing according to 2 in open condition.

Die 1 bis 4 illustrieren in ihrer Zusammenschau die konstruktiven Merkmale einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges (10). Wesentliches Merkmal dieses Ausführungsbeispiels ist ein einfacher Mechanismus zur Öffnung der im Flügel integrierten Mantelpropeller (12) unter Verzicht auf eine mehrteilige Klappenanordnung.the 1 until 4 together illustrate the design features of a preferred embodiment of the aircraft (10) according to the invention. An essential feature of this exemplary embodiment is a simple mechanism for opening the ducted propeller (12) integrated in the wing, while dispensing with a multi-part flap arrangement.

Erfindungsgemäß ist hierzu vielmehr ein vollautomatisch reffbares, stoffbespanntes Flügelelement in Gestalt eines sogenannten Wing-Riggs (13) in die Tragfläche (11) integriert, welches - insofern einem Vorhang vergleichbar - die Tragfläche (11) gleichzeitig auf ihrer Oberseite und Unterseite öffnet.According to the invention, a fully automatic reefable, fabric-covered wing element in the form of a so-called wing rig (13) is integrated into the wing (11), which - comparable to a curtain - opens the wing (11) on its upper side and underside at the same time.

Claims

Aircraft (10) comprising the following features: - The aircraft (10) comprises wings (11), horizontal ducted propellers (12) and a wing rig (13) with flexible carbon fiber ribs covered in segments with sail fabric for opening the wings (11) on their upper side and underside in an opening direction transverse to the aircraft (10), - the horizontal ducted propellers (12) and the wing rig (13) are integrated into the wings (11) in such a way that the horizontal ducted propellers (12) are exposed when the wing rig (13) is reefed and the horizontal ducted propellers (12) are covered , when the wing rig (13) is set and - The aircraft (10) is set up to automatically reef the wing rig (13) during takeoff and landing.

Aircraft (10) after claim 1 , characterized by the following feature: - the aircraft (10) has a fully electric drive.

Aircraft (10) after claim 1 or 2 , characterized by the following feature: - the wings (11) are bent or bent.

Aircraft (10) according to one of Claims 1 until 3 , characterized by the following feature: - the aircraft (10) includes a quickly chargeable battery system.

Aircraft (10) according to one of Claims 1 until 4 , characterized by the following feature: - the horizontal ducted propellers (12) are rigidly integrated into the wings (11).

Aircraft (10) according to one of Claims 1 until 5 , characterized by the following feature: - the aircraft (10) comprises vertically fixed ducted propellers (12) for generating propulsion.

Aircraft (10) according to one of Claims 1 until 6 , characterized by the following feature: - the aircraft (10) can optionally be controlled fully autonomously.