DE102019130694A1

DE102019130694A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Start- und Landevorgangs eines Fluggeräts und System

Info

Publication number: DE102019130694A1
Application number: DE102019130694.9A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Schäferlein
Original assignee: Volocopter GmbH
Current assignee: Volocopter GmbH
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-05-20
Also published as: US20210150919A1; CN112802367A; US11636770B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Start- und/oder Landevorgangs eines Fluggeräts (1), insbesondere für ein elektrisches, senkrecht startendes und landendes Fluggerät (1), bei dem ein Überwachungsbereich eines Start- und Landeplatzes (2) mittels zumindest eines Mikrofons (4, 5) einer Überwachungsstation überwacht wird, um Geräuschemissionsdaten eines startenden oder landenden Fluggeräts (1) beim Anflug oder Abflug zu detektieren und die detektierten Geräuschemissionsdaten von der Überwachungsstation an eine Auswerteeinheit übermittelt werden. Wesentlich ist, dass die detektierten Geräuschemissionsdaten von der Auswerteeinheit ausgewertet werden, indem die detektierten Geräuschemissionsdaten mit charakteristischen Geräuschemissionsdaten abgeglichen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Start- und/oder Landevorgangs eines Fluggeräts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur Überwachung des Start- und/oder Landevorgangs eines Fluggeräts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 sowie ein System zur Überwachung des Start- und/oder Landevorgangs eines Fluggeräts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Senkrecht startende und landende Fluggeräte, auch bekannt als VTOL (Vertical Take-off and Landing) werden sowohl zum Transport von Personen, autonom oder gesteuert von einem mitfliegenden Piloten, als auch zum Transport von Lasten, ferngesteuert oder autonom, eingesetzt. Solche senkrechtstartenden und landenden Fluggeräte sind beispielsweise aus der DE 10 2012 202 698 A1 der Anmelderin bekannt.
Die Sicherheit spielt beim Betrieb von senkrecht startenden und landenden Fluggeräten eine große Rolle. Dies betrifft jedoch nicht nur die Absturzsicherheit für Passagiere oder einen Piloten. Da die senkrechtrecht startenden und landenden Fluggeräte unmittelbar in bewohntem Gebiet, insbesondere in städtischen Ballungsräumen, eingesetzt werden sollen, ist sowohl ein sicheres Starten und Landen als auch ein sicherer Überflug von bewohntem Gebiet von größter Bedeutung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung vorzuschlagen, die in einfacher Art und Weise die frühe Detektion von Anomalien und Defekten an einem Fluggerät ermöglichen, um so die Flugsicherheit zu erhöhen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 6. Weiter gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden sich in den Ansprüchen 8 bis 12. Auch das erfindungsgemäße System gemäß Anspruch 13 löst die erfindungsgemäße Aufgabe. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems finden sich in den Ansprüchen 14 bis 19. Hiermit wird der Wortlaut der Ansprüche zur Vermeidung von Wiederholungen explizit per Referenz in die Beschreibung aufgenommen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung des Start- und/oder Landevorgangs eines Fluggeräts wird

A ein Überwachungsbereich eines Start- und Landeplatzes mittels zumindest eines Mikrofons einer Überwachungsstation überwacht, um Geräuschemissionsdaten eines startenden oder landenden Fluggeräts beim Anflug oder Abflug zu detektieren,
B die detektierten Geräuschemissionsdaten von der Überwachungsstation an eine Auswerteeinheit übermittelt und
C die detektierten Geräuschemissionsdaten von der Auswerteeinheit ausgewertet, indem die detektierten Geräuschemissionsdaten mit charakteristischen Geräuschemissionsdaten abgeglichen werden.

Ein senkrecht startendes oder landendes Fluggerät erzeugt Geräuschemissionen, die verschiedene Ursache haben. Üblicherweise setzen sich die Geräuschemissionen hauptsächlich aus aerodynamischem Lärm und Motor/Rotor-Lärm zusammen. Als aerodynamischen Lärm bezeichnet man dabei üblicherweise die Geräusche, die durch die Umströmung der Bauteile des Fluggeräts mit Luft entstehen. Durch diese Umströmung entstehen Druckwellen, d. h. Lärm.
Der Motor/Rotor-Lärm entsteht durch die Geräusche beim Betrieb der Elektromotoren, dieser Anteil ist sehr gering, sowie durch die Geräusche durch die Bewegung der Rotorblätter. Weiter kann mechanischer Lärm auftreten, beispielsweise, wenn Teile der Tragstruktur eines Fluggeräts aufgrund von Defekten lokal starken Vibrationen ausgesetzt sind. Bei konventionellen Hubschraubern wird zusätzlich Lärm durch das Triebwerk oder die Triebwerke erzeugt. Bei elektrischen, senkrecht startenden und landenden Fluggeräten wie einem Fluggerät der Marke Volocopter^® der Anmelderin ist die Lärmerzeugung durch die Elektromotoren hingegen deutlich geringer.
Die Erfindung ist in der Erkenntnis der Anmelderin begründet, dass die Detektion dieser Geräuschemissionsdaten Aufschlüsse über den Zustand des Fluggeräts gibt. Ein Vergleich der detektierten Geräuschemissionsdaten mit charakteristischen Geräuschemissionsdaten erlaubt die Feststellung von Abweichungen zwischen den detektierten Geräuschemissionsdaten und den charakteristischen Emissionsdaten und damit Rückschlüsse auf den Zustand des Fluggeräts. Defekte, wie beispielsweise bewegliche Teile, lose Sicherungsstifte oder Anomalien im Motorbetrieb führen zu Änderungen in den Geräuschemissionen.
Vorzugsweise werden dem Abgleich in Verfahrensschritt C charakteristische Geräuschemissionsdaten des gleichen Typs Fluggerät, beispielsweise aus einer Datenbank, zugrunde gelegt. Ein Vergleich zwischen den detektierten Geräuschemissionsdaten und den charakteristischen Geräuschemissionsdaten für den ausgewählten Typ Fluggerät ermöglicht es, Abweichungen festzustellen, die beispielsweise Rückschlüsse auf Defekte an dem Fluggerät ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Abgleich in Verfahrensschritt C anhand eines Vergleichs von Frequenzspektrum und/oder Amplitude charakteristischer An- bzw. Abfluggeräuschemissionen des gleichen Typs Fluggerät. Frequenz und Amplitude lassen sich in bekannter Art und Weise aufzeichnen und mit hinterlegten Daten für den spezifischen Typ Fluggerät vergleichen.
Vorzugsweise erfolgt der Abgleich durch die Auswerteeinheit automatisiert. Beispielsweise wird der automatisierte Abgleich von einem Algorithmus durchgeführt, welcher die detektierten Geräuschemissionsdaten anhand von Frequenzfeld und/oder Amplitude mit den charakteristischen Geräuschemissionsdaten des bekannten Fluggerättyps vergleicht.
Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Auswerteeinheit Teil des Fluggeräts, beispielsweise Teil der Bordelektronik, ist. Die Auswerteeinheit kann jedoch ebenfalls außerhalb des Fluggeräts, vorzugsweise gemeinsam mit der Kontrolleinheit und/oder als Teil einer Bodeneinheit ausgebildet sein.
Bei signifikanten Abweichungen von Frequenzspektrum und/oder Amplitude können Rückschlüsse auf einen Defekt, wie beispielsweise lose Teile, Sicherungsstifte oder Anomalien an Motoren gezogen werden. Solche signifikanten Abweichungen können beispielsweise durch das Lösen eines Sicherungsstiftes an der Tragstruktur oder durch das Lösen einer Verbindung zwischen zwei Strukturteilen der Tragstruktur auftreten. In einem solchen Fall entstehen im Frequenzspektrum zusätzliche Frequenzen, die durch Geräuschemissionen der gelösten Teile entstehen.
„Signifikante Abweichungen zwischen den detektierten Geräuschemissionsdaten und den charakteristischen Geräuschemissionsdaten“ bedeutet im Rahmen dieser Beschreibung, dass die Abweichungen im Frequenzspektrum und/oder in Bezug auf die Amplitude außerhalb eines gewissen Toleranzbereichs liegen. Selbstverständlich sind Frequenzspektrum und/oder Amplitude auch bei identischen Typen von Fluggeräten nicht völlig übereinstimmend, sondern weisen gewisse geringe Abweichungen auf. Diese geringen Abweichungen deuten jedoch noch nicht auf Defekte hin, sondern liegen zum Beispiel an Umgebungsbedingungen, An- und Abfluggeschwindigkeit oder Störgeräuschen.
Ab wann Abweichungen als signifikante Abweichungen, die ihre Ursache in Defekten des Fluggeräts haben, gelten, ist abhängig vom Typ des Fluggeräts. Hier spielen Anzahl und Anordnung der Rotoren, Aufbau der Tragstruktur des Fluggeräts, Material und ähnliches eine entscheidende Rolle.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt bei einer signifikanten Abweichung zwischen den detektierten Geräuschemissionsdaten und den charakteristischen Geräuschemissionsdaten eine Meldung an eine Kontrolleinheit. Die Kontrolleinheit kann dabei Teil des Fluggeräts sein, indem beispielsweise der Pilot informiert wird. Die Kontrolleinheit kann jedoch auch außerhalb des Fluggeräts, beispielsweise als Teil einer Bodeneinheit ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Meldung beispielsweise in Form einer Wartungsaufforderung erfolgen, so dass Bodenpersonal bereits beim Landeanflug des Fluggeräts informiert wird, dass vor einem erneuten Starten des Fluggeräts Wartungsmaßnahmen notwendig sind. Abhängig von einer Auswertung der Meldung an die Kontrolleinheit kann eine Startfreigabe erfolgen oder verweigert werden. Vorzugweise muss nach einer Wartungsaufforderung eine aktive Startfreigabe erfolgen, so dass ein sicherer erneuter Einsatz gewährleistet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die detektierten Geräuschemissionsdaten mit festgestellten signifikanten Abweichungen in der Datenbank gespeichert. Bevorzugt werden Frequenzspektrum und/oder Amplitude der detektierten Geräuschemissionsdaten in der Datenbank gespeichert und diese nach Erkennen einer signifikanten Abweichung nach Auswertung der Ursache hierfür mit der entsprechenden Ursache für die signifikanten Abweichung gelabelt. Künftige detektierte Geräuschemissionsdaten können mit den gespeicherten Geräuschemissionsdaten verglichen werden, um bereits beim Landeanflug Rückschlüsse ziehen zu können, welcher Defekt Ursache der signifikanten Abweichung ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Verfahren selbstlernend eine ständige Verbesserung der Datenbankgrundlage und damit der Qualität der Auswertung ermöglicht.
Vorzugsweise werden detektierte Geräuschemissionsdaten, die nicht wesentlich von den charakteristischen Geräuschemissionsdaten abweichen, ebenfalls in der Datenbank gespeichert. Damit wächst der Datensatz an Geräuschemissionsdaten, die auf ein Fluggerät ohne Defekt hindeuten. Aus den oben beschriebenen Gründen ergibt sich hier der Vorteil, dass die Qualität der Auswertung mit jedem gespeicherten Geräuschemissionsdatensatz verbessert wird. Hierzu können aus dem Stand der Technik vorbekannte Sensoren für die benötigten Daten eingesetzt werden.
Die vorliegende Aufgabe der Erfindung wird weiter gelöst durch eine Vorrichtung zur Überwachung des Start- und/oder Landevorgangs eines Fluggeräts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Wie an sich bekannt, umfasst eine solche Vorrichtung eine Überwachungsstation mit zumindest einem Mikrofon, um Geräuschemissionen eines startenden oder landenden Fluggeräts beim Anflug oder Abflug in einem Überwachungsbereich eines Start- und/oder Landeplatzes zu detektieren.
Wesentlich ist, dass die Vorrichtung wenigstens eine Auswerteeinheit umfasst, die ausgebildet ist, die Geräuschemissionsdaten von der Überwachungsstation zu erhalten und eingerichtet ist, die Geräuschemissionsdaten auszuwerten, indem die detektierten Geräuschemissionsdaten mit charakteristischen Geräuschemissionsdaten des gleichen Typs Fluggerät abgeglichen werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ebenfalls die vorgenannten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Überwachungsstation eine Mehrzahl Mikrofone auf, die den Überwachungsbereich des Start- und Landeplatzes sensortechnisch abdecken. Bevorzugt weist die Überwachungsstation zumindest zwei Mikrofone, bevorzugt zumindest vier Mikrofone auf. Die Anzahl der Mikrofone ist von der Größe des Überwachungsbereichs abhängig und kann auch von Umgebungsbedingungen wie nahestehenden Gebäuden, des möglichen An- und Abflugpfades usw. beeinflusst werden. Dabei handelt es sich bei dem Überwachungsbereich erfindungsgemäß nicht nur um die entsprechende Fläche des Start- und Landeplatz, sondern auch um den entsprechenden Raum, das heißt das Volumen über der entsprechenden Fläche des Start- und Landeplatz.
Mit vier Mikrofonen ist vorteilhafterweise eine ausreichende Abdeckung gewährleistet, da die Mikrofone beispielsweise in Form eines Quadrates aufgestellt werden können und so eine flächendeckende bzw. raumdeckende Abdeckung des Überwachungsbereichs gewährleisten.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Mikrofone symmetrisch beiderseits entlang eines An- oder Abflugpfads des Fluggeräts angeordnet. Insbesondere symmetrisch aufgebaute Fluggeräte haben eine annähernd symmetrische Lärmabstrahlung. Zwar können Umgebungsfaktoren wie Wind das Lärmabstrahlungsprofil verfälschen. Solche Effekte können jedoch meist mit überschaubarem Aufwand herausgerechnet werden.
Die symmetrische Lärmabstrahlung kann genutzt werden, um direkt einander zugeordnete Mikrofone, symmetrisch beiderseits entlang eines An- oder Abflugpfads des Fluggeräts angeordnet sind, zu vergleichen. Im einfachen Fall sind dies linkes und rechtes Mikrophon bezogen auf den An- oder Abflugpfads des Fluggeräts. Defekte an dem Fluggerät haben in den meisten Fällen eine asymmetrische Abstrahlung zufolge. Dies bedeutet eine weitere Möglichkeit des Vergleiches, der die Entdeckung von Anomalien an dem Fluggerät ermöglicht.
Vorzugsweise sind die Mikrofone, bevorzugt jeweils zwei Mikrofone einander zugewandt ausgerichtet. Wie oben beschrieben ermöglicht eine solche paarweise, insbesondere symmetrische, paarweise Anordnung eine einfache Erkennung von Anomalien.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Mikrofone eine Schrägstellung auf, vorzugsweise mit einem Winkel kleiner als 40°, bevorzugt kleiner als 20°, insbesondere bevorzugt kleiner oder gleich 10° gegenüber dem Erdboden. Durch diese Schrägstellung zeichnen die Mikrofone vermehrt Geräuschemissionen auf, die von der Rotorebene, und damit von der Tragstruktur und den Motor/Rotorkombinationen kommen.
Aerodynamischer Lärm, der durch die Verdrängung von Luft durch das Fluggerät als solches entsteht, breitet sich im Wesentlichen direkt nach unten Richtung Erdboden aus. Die Geräuschemissionen, die von der Rotorebene kommen, breiten sich besonders stark in der Rotorebene aus, also üblicherweise in der Horizontalen auf Höhe des Fluggeräts, und direkt unter dem Fluggerät. Daher gibt es einen Winkelbereich der relativ flach ist, in welchem andere Lärmquellen besser detektierbar sind. In einem solchen flacheren Winkelbereich nehmen auch die Geräuschemissionen aufgrund des aerodynamischen Lärms ab und es kommt zu weniger störenden Überlagerungen.
Ein ähnlicher Effekt kann durch einen Mindestabstand zwischen den Mikrofonen und dem Start und Landeplatz erreicht werden. Vorzugsweise weisen die zumindest zwei Mikrofone einen Mindestabstand von ungefähr 20 Meter, bevorzugt größer als 30 Meter, insbesondere bevorzugt ungefähr 60 Meter jeweils auf. Auch in dieser Ausführungsform breitet sich der aerodynamische Lärm des Fluggeräts im Wesentlichen direkt nach unten in Richtung des Erdbodens aus, während die Geräuschemissionen von der Motor/Rotor-Ebene von den beabstandeten Mikrofonen detektiert werden können. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der weniger interessante aerodynamische Lärm nicht oder weniger detektiert wird und somit nicht mit den interessanten Bereichen im Frequenzspektrum und/oder Amplitudenbild interferiert. Dadurch wird in gewisser Weise ein „mechanischer Filter“ realisiert.
Befindet sich ein Start- und Landeplatz beispielsweise in einer Stadt auf einem Hochhausdach, können die Mikrofone auch auf benachbarten Hausdächern angeordnet sein, um den bevorzugten Mindestabstand von dem Start- und Landeplatz einzuhalten. In so einem Fall muss jedoch ein Sichtfeld von den Mikrofonen zum Start- und Landeplatz frei sein.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiter gelöst durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
Das System zur Überwachung des Start- und/oder Landevorgangs eines Fluggeräts umfasst eine Überwachungsstation mit zumindest einem Mikrofon, um Geräuschemissionsdaten eines startenden oder landenden Fluggeräts beim Anflug oder Abflug in einem Überwachungsbereich eines Start- und Landeplatzes zu detektieren.
Wesentlich ist, dass das System wenigstens eine Auswerteeinheit umfasst, die ausgebildet ist, die Geräuschemissionsdaten von der Überwachungsstation zu erhalten und eingerichtet ist, die Geräuschemissionsdaten auszuwerten. Die Auswertung erfolgt dahingehend, dass die detektierten Geräuschemissionsdaten mit charakteristischen Geräuschemissionsdaten des gleichen Typs Fluggerät abgeglichen werden. Das System umfasst dazu zumindest eine Datenbank, die mit der Auswerteeinheit kommunikationstechnisch verbunden ist. Diese Datenbank ist eingerichtet und ausgebildet, die charakteristischen Geräuschemissionsdaten bereit zu stellen.
Das erfindungsgemäße System weist ebenfalls die vorgenannten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren bevorzugten Ausführungsformen auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das System eine Kontrolleinheit. Vorzugsweise sind Kontrolleinheit und Auswerteeinheit eingerichtet und ausgestaltet, bei Abweichung zwischen den detektierten Geräuschemissionsdaten und den charakteristischen Geräuschemissionsdaten eine Meldung an die Kontrolleinheit zu senden. Vorzugsweise erfolgt die Meldung in Form einer Inspektionsaufforderung. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Bodenteam bereits beim Anflug des Fluggeräts über Inspektionsbedarf informiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann in Abhängigkeit von einer Auswertung der Meldung an die Kontrolleinheit eine Startfreigabe erfolgen oder verweigert werden.
Vorzugsweise ist das System als selbstlernendes System ausgebildet, indem die Datenbank mit der Auswerteeinheit und/oder der Kontrolleinheit zusammenwirkend eingerichtet und ausgebildet ist, die detektierten Geräuschemissionsdaten, die nicht innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereichs liegen, d. h. bei denen eine signifikante Abweichung festgestellt wurde, in der Datenbank zu speichern.
Wie bereits zu dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben, wächst so der Datensatz an Geräuschemissionsdaten, die auf einen Defekt an dem Fluggerät hindeuten. Künftigen detektierten Geräuschemissionsdaten liegt somit eine breitere Datenbasis zugrunde, um bereits bei einem Landeanflug Rückschlüsse ziehen zu können, welcher Defekt Ursache für die signifikante Abweichung ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch die Ausgestaltung als selbstlernendes System eine ständige Verbesserung der Datenbankgrundlage erfolgt.
Vorzugsweise werden ebenfalls die detektierten Geräuschemissionsdaten, die innerhalb des vorgebbaren Toleranzbereichs liegen, d. h. bei denen keine signifikante Abweichung festgestellt wurde, in der Datenbank gespeichert.
Das beschriebene Verfahren sowie die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene System sind insbesondere für elektrisch betriebene VTOLs (so genannte eVTOL) geeignet. Bei diesen elektrisch angetriebenen VTOLs fällt im Gegensatz zu Hubschraubern kein Lärm von Turbinen oder Verbrennungsmotoren oder von Getrieben oder ähnlichem an. Die entstehenden signifikanten Abweichungen bei Defekten können daher einfacher detektiert werden.
Dadurch stellt die Erfindung eine verlässliche Möglichkeit dar, Defekte an dem Fluggerät in einem frühen Stadium zu erkennen, die beispielsweise von on-Board-Überwachungssystemen nicht oder nur sehr schwer festgestellt werden können.
Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Systems werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Die Ausführungsbeispiele sowie angegebene Maßangaben sind lediglich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und nicht einschränkend.
Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung eines Start- und Landeplatzes mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 ein Diagramm der Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz.

1 zeigt ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät 1 beim Anflug auf einen Start- und Landeplatz 2.
Der Start und Landeplatz 2 weist einen Überwachungsbereich 3 auf. Um den Überwachungsbereich 3 sind vorliegend zwei Mikrofone 4, 5 angeordnet. Weiterer Teil der Vorrichtung zur Überwachung des Start- und/oder Landevorgangs eines Fluggeräts ist eine Auswerteeinheit (nicht dargestellt).
Die Mikrofone 4, 5 detektieren die Geräuschemissionsdaten des landenden Fluggeräts beim Anflug auf den Start- und Landeplatz 2.
Der Überwachungsbereich 3 ist der Bereich des Start- und Landeplatz 2, der von den Mikrofonen 4, 5 sensortechnisch abgedeckt wird, um Geräuschemissionen des landenden Fluggeräts beim Anflug zu detektieren. Dabei handelt es sich bei dem Überwachungsbereich 3 nicht nur um die entsprechende Fläche des Start- und Landeplatzes 2, sondern auch um den entsprechenden Raum, das heißt das Volumen über der entsprechenden Fläche des Start- und Landeplatzes 2.
Die Mikrofone 4, 5 sind mit einem Abstand x zu dem Zentrum (gekennzeichnet durch die gestrichelte Linie Z) des Überwachungsbereichs 3 angeordnet. Der Abstand x beträgt vorliegend 30 Meter.
Die beiden Mikrofone 4, 5 sind einander zugewandt ausgerichtet. Die Mikrofone 4, 5 sind vorliegend als Richtmikrofone ausgebildet und weisen eine Schrägstellung α gegenüber dem Erdboden auf. Vorliegend beträgt α = 45°.
Aerodynamischer Lärm, der durch die Verdrängung von Luft durch das Fluggerät 1 als solches entsteht, breitet sich im Wesentlichen direkt unterhalb des Fluggeräts 1 Richtung Erdboden aus. Die Geräuschemissionen, die von der Rotorebene RE kommen, breiten sich besonders stark in der Rotorebene RE aus, also üblicherweise in der Horizontalen auf Höhe des Fluggeräts 1, und direkt unter dem Fluggerät 1. Daher gibt es einen Winkelbereich der relativ flach ist, in welchem andere Lärmquellen besser detektierbar sind. In einem solchen flacheren Winkelbereich nehmen die Geräuschemissionen aufgrund des aerodynamischen Lärms ab und es kommt zu weniger störenden Überlagerungen.
Da die Defekte, die ein Sicherheitsrisiko darstellen, vermehrt in bzw. nahe der Rotorebene RE auftreten, ist es vorteilhaft, die Geräuschemissionen von der Rotorebene RE mit möglichst wenig störenden Überlagerungen zu detektieren.
Die durch die Mikrofone 4, 5 detektierten Geräuschemissionen werden von der Überwachungsstation an die Auswerteeinheit übertragen, um die Geräuschemissionsdaten auszuwerten. Dabei werden die detektierten Geräuschemissionsdaten mit in einer Datenbank (nicht dargestellt) hinterlegten charakteristischen Geräuschemissionsdaten des gleichen Fluggerät-Typs verglichen.
Werden bei dem Abgleich signifikante Abweichungen festgestellt, erfolgt eine Meldung an eine Kontrolleinheit (nicht dargestellt).
Die Kontrolleinheit kann als eine zentrale Überwachungseinheit ausgebildet sein, beispielweise in Form einer Bodeneinheit mit Bodenpersonal am Start- und/oder Landeplatz. Die Meldung kann alternativ auch an den Piloten des Fluggeräts gehen.
Wenn eine Wartungsaufforderung gemeldet wird, muss das Fluggerät vor dem nächsten Abflug auf Unregelmäßigkeiten geprüft und aktiv freigegeben werden, so dass ein neuer sicherer Einsatz gewährleistet ist.
Dadurch stellt dieses Verfahren eine verlässliche Möglichkeit dar, Defekte an dem Fluggerät in einem frühen Stadium zu detektieren, die beispielsweise von on-Board-Überwachungssystemen nicht oder nur sehr schwer festgestellt werden können.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die Mikrofone 4, 5 als Kugelmikrofone (nicht dargestellt) ausgebildet. In diesem Fall ist die Schrägstellung der Mikrofone gegenüber dem Erdboden nicht entscheidend. Die Mikrofone können vielmehr gerade ausgerichtet sein.
Um bei der Messung der Geräuschemissionen möglichst wenig störenden aerodynamischen Lärm zu detektieren, ist es sinnvoll, die Mikrofone mit einem großen Abstand x zu dem Zentrum (gekennzeichnet durch die gestrichelte Linie Z) des Überwachungsbereichs 3 anzuordnen. Bei dem Ausführungsbeispiel mit Kugelmikrofonen beträgt der Abstand vorliegend 60 Meter.
Das in 2 dargestellte Diagramm zeigt die Amplitude A der Geräuschemissionen in Abhängigkeit von der Frequenz f.
Die gestrichelte Linie zeigt ein Spektrum mit charakteristischen Geräuschemissionsdaten. Die hellere durchgezogene Linie zeigt ein Geräuschspektrum mit detektierten Geräuschemissionsdaten. Es ist erkennbar, dass die Spektren auch bei identischen Typen von Fluggeräten nicht völlig übereinstimmen, sondern gewisse geringe Abweichungen aufweisen. Diese geringen Abweichungen deuten jedoch noch nicht auf Defekte hin, sondern liegen zum Beispiel an Umgebungsbedingungen, An- und Abfluggeschwindigkeit oder Störgeräuschen.
Mit dem Bezugszeichen 10 ist eine signifikante Abweichung zwischen den detektierten Geräuschemissionsdaten und den charakteristischen Geräuschemissionsdaten bezeichnet. Die Abweichung liegt nicht mehr in dem Toleranzbereich, sondern deutet auf Defekte hin.
Bezugszeichenliste

1: Fluggerät
2: Start- und Landeplatz
3: Überwachungsbereich
4, 5: Mikrofone
RE: Rotorebene
Z: Zentrum des Fluggeräts
10: Signifikante Abweichung

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

DE 102012202698 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Überwachung des Start- und/oder Landevorgangs eines Fluggeräts, insbesondere für ein elektrisches, senkrecht startendes und landendes Fluggerät (1), bei dem A ein Überwachungsbereich (3) eines Start- und Landeplatzes (2) mittels zumindest eines Mikrofons (4, 5) einer Überwachungsstation überwacht wird, um Geräuschemissionsdaten eines startenden oder landenden Fluggeräts (1) beim Anflug oder Abflug zu detektieren; B die detektierten Geräuschemissionsdaten von der Überwachungsstation an eine Auswerteeinheit übermittelt werden; C die detektierten Geräuschemissionsdaten von der Auswerteeinheit ausgewertet werden, indem die detektierten Geräuschemissionsdaten mit charakteristischen Geräuschemissionsdaten abgeglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgleich in Verfahrensschritt C charakteristische Geräuschemissionsdaten des gleichen Typs Fluggerät (1), vorzugsweise aus einer Datenbank, zugrunde gelegt werden, sodass der Abgleich in Verfahrensschritt C anhand eines Vergleichs von Frequenzspektrum und/oder Amplitude charakteristischer An- bzw. Abfluggeräuschemissionen des gleichen Typs Fluggerät erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei signifikanten Abweichungen (10) zwischen den detektierten Geräuschemissionsdaten und den charakteristischen Geräuschemissionsdaten, insbesondere Abweichungen in der Amplitude und/oder des Frequenzspektrums, eine Meldung an eine Kontrolleinheit erfolgt, vorzugsweise dass eine Meldung in Form einer Wartungsaufforderung erfolgt und/oder dass in Abhängigkeit von einer Auswertung der Meldung eine Startfreigabe erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass detektierte Geräuschemissionsdaten, die nicht wesentlich von den charakteristischen Geräuschemissionsdaten abweichen, in einer Datenbank gespeichert werden, insbesondere dass das Frequenzspektrum und/oder die Amplitude der detektierten Geräuschemissionsdaten, bei denen der Abgleich in Verfahrensschritt C keine signifikante Abweichung (10) ergibt, in einer Datenbank gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass detektierte Geräuschemissionsdaten mit festgestellten signifikanten Abweichungen (10) in einer Datenbank gespeichert werden, insbesondere dass das Frequenzspektrum und/oder die Amplitude der detektierte Geräuschemissionsdaten in einer Datenbank gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Umgebungssensoren Umgebungsdaten gemessen werden, die eine Zuordnung von Geräuschemissionsdaten zu Umgebungsdaten ermöglichen, bevorzugt Umgebungsdaten für Windstärke und -richtung, Temperatur und/oder Luftfeuchte.
Vorrichtung zur Überwachung des Start- und/oder Landevorgangs eines Fluggeräts (1) umfassend eine Überwachungsstation mit zumindest einem Mikrofon (4, 5), um Geräuschemissionsdaten eines startenden oder landenden Fluggeräts (1) beim Anflug oder Abflug in einem Überwachungsbereich (3) eines Start- und/oder Landeplatzes (2) zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine Auswerteeinheit umfasst, die ausgebildet ist, die Geräuschemissionsdaten von der Überwachungsstation zu erhalten und eingerichtet ist, die Geräuschemissionsdaten auszuwerten, indem die detektierten Geräuschemissionsdaten mit charakteristischen Geräuschemissionsdaten des gleichen Typs Fluggerät abgeglichen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsstation zumindest zwei Mikrofone (4, 5), insbesondere bevorzugt zumindest vier Mikrofone aufweist, vorzugsweise dass die Überwachungsstation eine Mehrzahl Mikrofone aufweist, welche Mikrofone den Überwachungsbereich des Start- und/oder Landeplatzes (2) sensortechnisch abdecken.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Mikrofone (4, 5) symmetrisch beiderseits entlang eines An- oder Abflugpfads des Fluggeräts (1) angeordnet sind, bevorzugt dass die zumindest zwei Mikrofone (4, 5) einander zugewandt ausgerichtet sind, bevorzugt, dass die Mikrofone (4, 5) eine Schrägstellung, vorzugsweise mit einem Winkel kleiner als 40°, bevorzugt kleiner als 20°, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10° gegenüber dem Erdboden aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Mikrofone (4, 5) einen Mindestabstand zu dem Start- und/oder Landeplatz (2), insbesondere einen Abstand von ungefähr 20 m, bevorzugt größer als 30 m, insbesondere bevorzugt ungefähr 60 m aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit eingerichtet und ausgestaltet ist, bei Abweichungen zwischen den detektierten Geräuschemissionsdaten und den charakteristischen Geräuschemissionsdaten eine Meldung an eine Kontrolleinheit zu senden, vorzugsweise in Form einer Inspektionsaufforderung.
Vorrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Kontrolleinheit umfasst, welche eingerichtet und ausgestaltet ist, von der Auswerteeinheit eine Meldung zu erhalten, wobei in Abhängigkeit von einer Auswertung der Meldung eine Startfreigabe erfolgt.
System zur Überwachung des Start- und/oder Landevorgangs eines Fluggeräts (1) umfassend eine Überwachungsstation mit zumindest einem Mikrofon (4, 5), um Geräuschemissionsdaten eines startenden oder landenden Fluggeräts (1) beim Anflug oder Abflug in einem Überwachungsbereich (3) eines Start- und/oder Landeplatzes (2) zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, dass das System wenigstens eine Auswerteeinheit umfasst, die ausgebildet ist, die Geräuschemissionsdaten von der Überwachungsstation zu erhalten und eingerichtet ist, die Geräuschemissionsdaten auszuwerten, indem die detektierten Geräuschemissionsdaten mit charakteristischen Geräuschemissionsdaten des gleichen Typs Fluggerät (1) abgeglichen werden, wobei das System zumindest eine Datenbank umfasst, die mit der Auswerteeinheit kommunikationstechnisch verbunden ist, und eingerichtet und ausgebildet ist, die charakteristischen Geräuschemissionsdaten bereitzustellen.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsstation zumindest zwei Mikrofone (4, 5), insbesondere bevorzugt zumindest vier Mikrofone (4, 5) aufweist, vorzugsweise dass die Überwachungsstation eine Mehrzahl Mikrofone (4, 5) aufweist, welche den Überwachungsbereich des Start- und/oder Landeplatzes (2) sensortechnisch abdecken.
System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Mikrofone (4, 5) symmetrisch beiderseits entlang eines An- oder Abflugpfads des Fluggeräts (1) angeordnet sind, bevorzugt dass die zumindest zwei Mikrofone (4, 5) einander zugewandt ausgerichtet sind, insbesondere bevorzugt, dass die Mikrofone (4, 5) eine Schrägstellung, vorzugsweise mit einem Winkel kleiner als 40°, bevorzugt kleiner als 20°, höchstvorzugsweise kleiner oder gleich 10° gegenüber dem Erdboden aufweisen.
System nach einem der vorangegangen Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Kontrolleinheit umfasst und die Auswerteeinheit eingerichtet und ausgestaltet ist, bei Abweichungen zwischen den detektierten Geräuschemissionsdaten und den charakteristischen Geräuschemissionsdaten eine Meldung an die Kontrolleinheit zu senden, vorzugsweise in Form einer Wartungsaufforderung.
System nach einem der vorangegangen Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Kontrolleinheit umfasst, welche eingerichtet und ausgestaltet ist, von der Auswerteeinheit eine Meldung zu erhalten, wobei in Abhängigkeit von einer Auswertung der Meldung eine Startfreigabe erfolgt.
System nach einem der vorangegangen Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das System als selbstlernendes System ausgebildet ist, indem die Datenbank mit der Auswerteinheit und/oder der Kontrolleinheit zusammenwirkend eingerichtet und ausgebildet ist, detektierte Geräuschemissionsdaten, die innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereichs liegen, in der Datenbank zu speichern.
System nach einem der vorangegangen Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (1) Umgebungssensoren aufweist, die eine Zuordnung von Geräuschemissionsdaten zu Umgebungsdaten ermöglichen, bevorzugt Sensoren für Windstärke und -richtung, Temperatur und/oder Luftfeuchte.