DE102019132056A1

DE102019132056A1 - Trägerwagen für STOL / VTOL Fluggeräte

Info

Publication number: DE102019132056A1
Application number: DE102019132056.9A
Authority: DE
Inventors: Sascha Knaup; Jan-Niklas Wesendahl; Robert Heggemann
Original assignee: Heggemann Ag
Current assignee: Heggemann Ag
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2021-05-27

Abstract

Aufgabe ist es, ein Trägerwagen für STOL / VTOL Fluggeräte mit Flugantrieb anzugeben, die ein autonomes oder ferngesteuertes Koppeln mit dem Fluggerät und ein gemeinsames Rollen am Boden zu ermöglichen. Für VTOL/STOL-Fluggeräte wird ein Trägerwagen (1) vorgeschlagen, der zum Starten, Landen und zum Bewegen auf dem Boden mit dem Fluggerät (2) koppelbar ist. Der Trägerwagen (1) ist in einem gekoppelten und ungekoppelten Zustand betreibbar ist. Der Trägerwagen (1) umfasst• ein lenkbares Räderfahrwerk (4) zum Fahren des Trägerwagens (1) mit einer Antriebseinheit zum Antreiben eines oder mehrerer Räder (5) des Räderfahrwerks (4),• einen Energiespeicher (14) zur Versorgung zumindest der Antriebseinheit mit Energie,• ein Adaptergestell (3) zum Koppeln und Verriegeln des Trägerwagens (1) mit dem Fluggeräts (2) am Boden,• Trägerwagenseitige Sensoren und mit der Antriebseinheit kommunizierende Steuereinheit zum autonomen oder ferngesteuerten Fahren des Trägerwagens (1) im gekoppelten und ungekoppelten Zustand und• einer Sende- und Empfangseinheit zum Kommunizieren und Datenaustausch der Steuereinheit mit Steuereinheiten benachbarter Trägerwagen (1) und/oder mit Fluggeräte (2) und/oder einer boden- und/oder satellitengebundenen Zentrale zur Koordination von Bewegungen einer oder mehrerer Trägerwagen (1). Die Sende- und Empfangseinheit ist zum Kommunizieren und Datenaustausch der Steuereinheit im gekoppelten und ungekoppelten Zustand mit dem Fluggerät (2) autonom oder ferngesteuert betreibbar.• Weiter ist das Adaptergestell (3) mit einer Verriegelungseinrichtung (8) sowie einer Daten- und/oder Energieschnittstelle für die Verbindung mit einem Fluggerät (2) versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Trägerwagen für Fluggeräte sowie ein Fluggerät.
Beim Stand der Technik ist es üblich, Flugzeuge mit einem mit dem Flugzeug fest verbundenen feststehenden oder einziehbaren Fahrwerk auszustatten.
Das Fahrwerk eines Flugzeuges stellt die Gesamtheit der Räder mit Flugzeugreifen, Felgen und meist darin eingebauten Bremsen dar. Hinzu kommt deren Aufhängung an gedämpften Federbeinen, Federstreben oder starren Konstruktionen. Aufgabe ist es, dem Luftfahrzeug am Boden eine Fortbewegung (das Rollen) zu ermöglichen. Zudem gestattet es, die erforderliche Startgeschwindigkeit zum Abheben zu erreichen (der Startlauf). Bei der Landung werden die relativ hohen Stoßbelastungen durch das Fahrwerk absorbiert (Stoßdämpfer) und so von der Flugzeugzelle ferngehalten.
Solche Fahrwerke, die einen erheblichen Teil des Fluggewichtes beanspruchen, haben, wenn man einmal von der funktionellen Unabdingbarkeit bei Start und Landung absieht, den Nachteil, dass sie im Flug toten Ballast darstellen. Die heute verwendeten Verkehrsflugzeuge machen Fahrwerksysteme bis zu 15 % von der Betriebsleermasse aus. D.h. die Masse des Fahrwerks reduziert den Aktionsradius des Flugzeuges, reduzieren die Nutzlast und damit die Effizienz bezüglich der Flug-Betriebskosten. Darüber hinaus benötigen insbesondere einziehbare Fahrwerke erheblichen Bauraum in der Zelle, oder auch in den ohnehin begrenzten Räumen der Flügel. Damit setzen sie der Gestaltung der Flugzeuge unerwünscht enge Grenzen. Zudem ist der Kostenanteil des Fahrwerkes an den Gesamtkosten eines Flugzeuges ein erheblicher Faktor, da nicht nur das Fahrwerk selbst, sondern vor allem die zum Ein- und Ausfahren benötigten kinematischen und hydraulischen Elemente einen hohen technischen und damit bei Investition und Wartung kostenträchtigen Aufwand erfordern.
Zur Lösung dieser Problematik sind im Stand der Technik eine Reihe von Lösungsvorschlägen gemacht worden.
In der EP 3 263 451 A1 ist ein Ansatz beschrieben, bei der ein Hubschrauber auf seiner Rumpfunterseite einen abnehmbaren Fahrwerkskasten aufweist. Dieser ist wiederum an seiner Unterseite mit einem nicht einziehbaren Kufenfahrwerk versehen. Zudem umschließt der Fahrwerkskasten einen Innenraum zur Aufnahme von Geräten und Fracht. Je nach Anforderung an die zu transportierende Nutzlast im Innenraum des Fahrwerkskasten, können verschieden konfigurierte Fahrwerkskästen verwendet und über die lösbare Verbindung an der Rumpfunterseite angebracht werden.
Ein weiteres Konzept eines Fahrwerks ist in der DE 41 02 271 C2 offenbart. Die darin beschriebene Vorrichtung in Form einer bodengebundenen Fahrwerksanordnung zum Starten und Landen von Flugzeugen umfasst einen Wagen, der das Flugzeug beim Start- und Landevorgang aufnimmt, wobei über einem elektrischen Linearantrieb die Geschwindigkeit an die des Flugzeuges bei der Landung abstimmbar ist. Der Wagen ist hierbei auf einer eine Start- und Landebahn befestigten Schiene geführt. Das Flugzeug ist über Verriegelungselemente mit dem Wagen in der Lande- und Startphase koppelbar bzw. lösbar ausgebildet. Nachteilig ist der mit der Schienenbindung verbundene Bauaufwand für die Infrastruktur.
Auch die Vorrichtung zum Starten und Landen eines Flugkörpers nach der DE 30 34 014 C2 beschreibt ein Flugzeug, mit einem vom Flugkörper lösbaren Fahrgestell, wobei das Fahrgestell ein lenkbares Fahrzeug mit einem regelbaren Antriebsmotor einer Lenkeinrichtung (und einer diese Antriebs- und Lenkeinrichtungen regelnden Leiteinrichtung sowie mit einer Einrichtung zur Aufnahme des Flugkörpers ausgestattet ist. Mittels des lösbaren Fahrgestells ergibt sich der Vorteil, dass ein sicherer Start und eine ebenso sichere Landung bei einem Flugzeug ermöglicht wird, ohne dass dieses mit einem eigenen Fahrwerk belastet zu sein braucht. Hierdurch erhöht sich bei gleichen technischen Auslegungsdaten die Reichweite und die Flugkosten werden entsprechend gesenkt. Durch Wegfall nicht nur des Gewichtes vom Fahrwerk sondern auch die sonst benötigten Bauräume in Zelle und Flügeln können eingespart oder einer anderen Nutzung zugeführt werden.
Airbus, Italdesign und Audi entwickeln ein Flugkonzept, die individuelle Mobilität in die Luft bringt. Das Ergebnis dieses Gemeinschaftsplans ist das Flugtaxi-Projekt ,Pop.Up', das 2017 als Konzeptstudie auf dem Genfer Autosalon Premiere feierte. Die Konzeptstudie wurde mittlerweile Gegenstand einer europäischen Patentanmeldung, welche als EP 3 321 112 A1 veröffentlicht wurde. Kernstück des ehrgeizigen Projekts ist eine zweisitzige Passagierkabine. Je nach Einsatzzweck kann sie entweder mit einem fahrbaren Automodul oder mit einem Flugmodul gekoppelt werden. Eines Tages sollen Pendler so zu speziellen Start- und Landeplätzen fliegen, um anschließend per Fahrmodul auf der Straße weiterzufahren. Aktiv eingreifen müssen die Passagiere dabei nicht -,Pop.Up Next' fährt und fliegt vollständig autonom. Der Antrieb erfolgt elektrisch via Akku.
Zumindest bei dem letztgenannten Flugprojekt kommen Antriebskonzepte zum Einsatz, die statt mit konventionellen Flugkraftstoffen wie etwa Avgas oder Jet A1 bzw. Diesel mit erneuerbaren Energien bzw. in einer hybriden Konfiguration betrieben werden. Dabei ist es Ziel, das Mobilitätsangebot insbesondere in urbanen Räumen durch die Nutzung des Luftraumes zu ergänzen, weshalb aufgrund der nur beschränkt zur Verfügung stehender Flugplätze primär vertikal startende und landende (VTOL) oder kurzstartende- und -landende (STOL) Fluggeräte in Betracht kommen. STOL ist ein engl. Akronym für „Short Take-Off and Landing“ und bedeutet Kurzstart und -landung. Es bezeichnet die Fähigkeit eines Flugzeugs, auf sehr kurzen Strecken starten und landen zu können, wobei je nach Länge der zum Starten (und Landen) benötigten Strecke folgende Definitionen gebräuchlich sind:

• STOL: ,Short' - 300m bis 450m
• SSTOL: ,Super Short' - 150m bis 300m
• ESTOL: ‚Extremley Short‘ - < 150m

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Trägerwagen für STOL / VTOL Fluggeräte anzugeben, die ein autonomes oder ferngesteuertes Koppeln mit dem Fluggerät und ein gemeinsames Rollen am Boden zu ermöglichen. Des Weiteren ist ein Fluggerät mit eigenem Flugantrieb zu beschreiben, welches mittels eines Trägerwagens ein Rollen auf dem Boden mittels regenerativer Energie ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bezüglich des Trägerwagens durch ein Trägerwagen mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder 4 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung zum Trägerwagen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3 sowie 5 bis 14, der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Hinsichtlich des Fluggerätes mit Flugantrieb erschließen sich vorteilhafte Varianten aus den Ansprüchen 15 bis 19.
Die Ausbildung eines separaten stets am Boden verbleibenden Trägerwagens für das autonome oder ferngesteuerte Rollen eines Fluggerätes am Boden führt zunächst zu einer beträchtlichen Reduktion der Abflugmasse des Fluggerätes, da wesentliche Komponenten des sonst üblichen Fahrwerks oder sogar ein übliches Fahrwerk bzw. Landgestell in Gänze wegfallen. Damit wird die Realisierung eines fahrwerk- bzw. landegestelllosen Fluggeräts möglich. Dies ist insbesondere für leichte STOL und VTOL Fluggeräte von Bedeutung, bei welchen das Fahrwerk einen hohen Anteil am Fluggewicht einnähme und durch die Ausbildung der Erfindung der Nutzlast oder der Flugreichweite oder beidem zu Gute kommen kann. Dies kommt insbesondere Fluggeräten entgegen, die mittels regenerativer Energien, wie beispielsweise elektrischer Energie oder Wasserstoff betriebene Flugantriebe aufweisen, deren spezifische Energiedichte derzeit noch eine erhöhten Massenanteil am Fluggerät für Antrieb und Energiespeicher erfordern.
Ein energetisches Laden des VTOLs / STOLs ist ab Landung und sicherer Koppelung möglich. Der landegestellseitige Energiespeicher kann in Form von Batterien, Druckbehälter für Gas oder einem Tank für Flüssigkraftstoff realisiert sein. Ebenso kann ein Wechselsystem für die Energieversorgung des Fluggeräts realisiert werden. Der auszutauschende Energiespeicher wäre in Form von Batterien, Druckbehälter für Gas oder einem Tank für Flüssigkraftstoff auszuführen.
Zur Kühlung bordseitiger Systeme wie z.B. die Antriebe des Fluggeräts sowie die Batterien kann der Trägerwagen mit einer Kühleinrichtung ausgestattet werden, die es ermöglicht, nach erfolgter Koppelung mit dem Fluggerät diese im Betrieb zu kühlen.
Der Trägerwagen kann bereits gelandete VTOL / STOL Fluggeräte aufnehmen und nach sicherer Koppelung transportieren, die, aufgrund des Wegfalls eines bordseitigen Fahrwerks nach der Landung nicht mehr selbstständig mobil sind bzw. nicht eigenständig ihre Position ändern können. Ein Rollen auf dem Flugfeld, Hausdach, Parkhaus, Flugzeugträgers oder jedes anderen Landeorts ist darstellbar.
Über eine Kommunikationsfähigkeit der Trägerwagen untereinander sowie bezüglich anderer Flug- und Fahrzeuge in der Umgebung wird ein koordiniertes und vor allem kollisionsfreies Rollen ermöglicht. Der Trägerwagen transportiert VTOL's / STOL's vom und zum Start- und Landepunkt sodass an dieser Stelle kapazitive Engpässe durch zu viele abgestellte VTOL's / STOL's durch Bewegungsplanung und -Koordination vermieden wird.
In einer weiteren Ausführungsform besteht die Möglichkeit der Gewichtsmessung des VTOL's / STOL's auf dem Trägerwagen. Die Weitergabe der Daten zur Steuerung des VTOL / STOL gestattet es Start- und Flugparameter zu justieren und massenmä-ßige Überladung und mögliche Reichweite anzuzeigen bzw. einzusteuern.
Der Trägerwagen kann darüber hinaus, wenn gewünscht, über die IT-Schnittstelle aus dem Fluggerät heraus aktiv gesteuert werden. Dazu ist eine bidirektionale Schnittstelle vorhanden, die entweder drahtlos oder mittels Steckkontakt erfolgen kann.
Von weiterem Vorteil ist die Möglichkeit zur digitalen Aufzeichnung von Flug-, Start- und Landezeiten, die zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden können. Die Datenspeicherung des Steuergeräts kann entweder auf Hardware oder Online per Cloud realisiert werden.
In alternativer Ausführung wird der Trägerwagen zu Zwecken des Starts oder der Landung das STOL auf der Start- und Landebahn in horizontaler Richtung beschleunigt oder abgebremst. Somit ist nicht nur der vertikale Start oder Landung möglich sondern auch horizontal mit kurzen Start- und Landestrecken. Dies kommt insbesondere STOL Fluggeräten mit erhöhter Start- bzw. Landemasse zu Gute.
Die Vorteile des Trägerwagens und des Fluggeräts sind nachfolgend nochmals stichwortartig zusammengefasst:

• Der Trägerwagen ermöglicht das Fahren am Boden bei VTOL's ohne eigene Räder.
• Der Trägerwagen transportiert VTOL's vom und zum Start- und Landepunkt sodass an dieser Stelle kein kapazitiver Engpass durch zu viele abgestellte VTOL's entsteht.
• Kann ein eigenes Fahrwerk mit Stoßdämpfern am VTOL ersetzen, da Stoßdämpfer im Trägerwagen integriert sind. (Weniger Masse am VTOL)
• Ermöglicht das Laden mit Energie (Elektrisch, Wasserstoff oder Kraftstoff, wie z.B. Avgas oder Diesel) bereits während des Andockens und des Rollvorgangs.
• Interface für verschiedene VTOL's am Trägerwagen sind möglich (mit oder ohne Kufen)
• Autonomes Fahren von der Start- und Landestelle zur Parkposition
• Der Trägerwagen kann, wenn gewünscht, über die IT-Schnittstelle aus dem VTOL heraus aktiv gesteuert werden.
• Der Trägerwagen kann zu Zwecken des Starts oder der Landung das VTOL / STOL auf der Start- und Landebahn in horizontaler Richtung beschleunigen oder abbremsen. Somit ist nicht nur der vertikale Start oder Landung möglich sondern auch horizontal.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, wie sie in der Zeichnung wiedergegeben sind. Es zeigen:

1 eine perspektivische Illustration eines Trägerwagens und eines sich annähernden Fluggeräts,
2a eine Draufsicht des Trägerwagens mit Ausrichtung der Räder für die Geradeausfahrt,
2b eine Draufsicht des Trägerwagens mit Ausrichtung der Räder für das seitliche Fahren,
2c eine Draufsicht des Trägerwagens mit Ausrichtung der Räder für das Drehen um den Fahrzeugmittelpunkt S,
3a eine perspektivische Illustration eines Trägerwagens und eines sich annähernden Fluggeräts mit Landegestell im ungekoppelten Zustand,
3b eine perspektivische Illustration eines Trägerwagens und eines angekoppelten Fluggeräts mit Landegestell,
3c eine perspektivische Illustration eines gelandeten Fluggeräts mit Landegestell und eines mit dem Fluggerät gekoppelten, untergefahrenen Trägerwagens,
3d eine perspektivische Illustration eines gelandeten Fluggeräts mit Landegestell und eines zur Koppelung bereitstehenden Trägerwagens,
4 eine Darstellung eines Flugplatzes mit vier symbolisch dargestellten Trägerwagen und
5 einen Längsschnitt durch einen ,Catcher' zum Koppeln des Adaptergestells mit dem Fluggerät.

Die 1 zeigt das konzeptionelle Layout des Trägerwagens 1 und eines sich annäherden, symbolhaft dargestellten Fluggeräts 2. Das Trägerwagen 1 ist in zwei Betriebszuständen betreibbar, nämlich in einem mit dem Fluggerät 2 gekoppelten Zustand und in einem wie in der 1 gezeigten Darstellung im ungekoppelten Zustand, wie er vor der Landung, nach dem Start und im Flugbetrieb des Fluggerätes 2 anzutreffenden Betriebsmodus vorzufinden ist. Unabhängig vom Betriebsmodus des Fluggerätes 2 verbleibt der Trägerwagen 1 stets am Boden. Dabei können mit Boden u.a. die Start- und Landebahn, Rollwege, Park-, Hangarplätze und sonstige Betriebsflächen eines Flugplatzes, Landefeldes etc gemeint sein. 4 zeigt beispielhaft einen Flugplatz mit seinen Betriebsflächen.
Wie weiter in 1 zu sehen ist, weist der Trägerwagen 1 zwei Hauptbaugruppen auf, nämlich ein Adaptergestell 3 zum Koppeln und Verriegeln des Trägerwagens 1 mit dem Fluggeräts 2 am Boden und ein mit dem Adaptergestell 3 verbundenes, lenkbares Räderfahrwerk 4 zum Fahren des Trägerwagens 1. Der Trägerwagen 1 ist als konventionelles vierrädriges Fahrwerk mit Radachsen a in Zweispurbauweise ausgeführt.
Für eine maximale Manövrierbarkeit des Trägerwagens 1 ist das Fahrwerk mit einer radindividuellen Lenkung ausgestattet, wie dies in den 2a, 2b und 2c für verschiedene Fahrtrichtungen illustriert ist. Hierzu sind alle vier Räder 5 durch Schwenken der jeweiligen Radachsen ai mit dem Lenkwinkel δi, lenkbar. Für eine Geradeausfahrt des Trägerwagens 1 weisen die Radachsen ai der Räder 5 einen Lenkwinkel δi = 0° auf (2a). In 2b wird durch das Schwenken der Radachsen ai um 90° an allen 4 Rädern 5 das seitliche Fahren des Trägerwagens 1 dargestellt. Durch die Radstellung wie in 2c gezeigt, lässt sich das Drehen um den Fahrzeugmittelpunkt S realisieren. Dafür werden die Räder 5 durch die Lenkung entsprechend im definierten Lenkwinkel δi positioniert. Konkret ist der jeweilige Lenkwinkel δi derart eingeschlagen, dass sich die Radachsen ai sich in einem Punkt, nämlich den Fahrzeugmittelpunkt S kreuzen.
Als weitere Hauptbaugruppe weist der Trägerwagen 1 wie in 1 ein Adaptergestell 3 auf, welches die Schnitt- und Verbindungsstelle zum Fluggerät 2 bildet. Das Adaptergestell 3 ist für verschiedene Fluggeräte 2 adaptierbar. Das Adaptergestell 3 ist auf dem Räderfahrwerk 4 mit Stoßdämpfern 6 gelagert, um die Landeenergie des Fluggeräts 2 aufzunehmen und den Komfort für die Passagiere bei der Landung und dem Bodenrollen zu verbessern und die Struktur beim Landestoß vor übermäßigen Beanspruchungen zu schützen. Die Stoßdämpfer 6 zum Aufnehmen der Landeenergie sind beispielsweise Öl-Gasdämpfer, die ggf. zusätzlich mechatronisch justierbar sind. Vorliegend sind die Stoßdämpfer 6 als hydraulischen Teleskopstoßdämpfer ausgeführt und jeweils ein Stoßdämpfer 6 zwischen Stützlager 7 und dem Untergestell des Räderfahrwerks 4 angebracht ist und somit die Stoßdämpfer 6 den Landestoß vom Stützlager 7 in das Räderfahrwerks 4 abgefedert einbringt.
Zum Koppeln des Adaptergestells 3 mit dem skizzenhaft dargestellten Fluggerät 2 weist das Adaptergestell 3 an seiner zum Fluggerät 2 zugewandten Oberseite eine Verriegelungsvorrichtung mit drei Stützlagern 7 und einem Verriegelungsadapter 8 auf. Die Stützlager 7 sind im Sinne eines Dreiecks jeweils in einer Ecke platziert, sodass sich eine definierte Auflage beim Koppeln mit dem Fluggerät 2 ergibt. Am Fluggerät 2 ist an dessen Unterseite ebenfalls drei korrespondierende Stützen 9 angebracht, die jeweils ein konisch ausgebildetes Ende aufweisen, welche im gekoppelten Zustand in einer korrespondierend ausgebildeten Vertiefung 10 der Stützlager 7 zu sehen sind. Der Verriegelungsadapter 8 befindet sich im oder in der Nähe des geometrischen Fahrwerksmittelpunkts SP. Der Verriegelungsadapter 8 ist bezüglich des Adaptergestells 3 über eine Kolben-Zylinder-Einheit höhenverstellbar ausgestaltet und weist einen konisch ausgebildeten Adapterkopf 11 zur Aufnahme und zum Koppeln eines fluggerätseitig angebrachten Kugelkopfes 12.
Der Verriegelungsadapter 8 ist zum Greifen und Parken des Fluggerätes 2 zwischen einer definierten oberen Greif- und einer unteren Parkposition höhenverstellbar, wie dies in den 1 sowie 3a bzw 3b ersichtlich ist. Die obere Greifposition des Verriegelungsadapters 8 korrespondiert dann mit einer boden- bzw. ladewagennahen Schwebe- bzw. Flugposition des Fluggerätes 2. In der oberen Greifpostion ragt der Adapterkopf 11 des Verriegelungsadapters 8 über die durch die Stützlager 7 aufgespannte Ebene hinaus, während in der unteren Parkposition der Adapterkopf 11 sich in Richtung Ebene absenkt und dort das Fluggerät 2 zum Liegen kommt.
In 5 zeigt ein Längsschnitt durch einen „Catcher‟ zum Koppeln des Adaptergestells 3 mit dem Fluggerät 2 weitere Details.
Der Trägerwagen 1 wird mittels Batterien voll elektrisch betrieben. Dieser Energiespeicher befindet sich im Untergestell des Räderfahrwerks 4. Die Elektromotoren für den Radantrieb befinden sich wahlweise an jedem Rad 5 oder an zwei definierten Antriebsrädern. Die komplexen Bewegungen beim Rangieren werden durch elektronisch separat lenkbare Räder 5 ermöglicht.
Die 3a und 3b zeigen eine perspektivische Illustration des Trägerwagens 1 und des sich annähernden Fluggeräts 1 mit einem feststehenden, räderlosen Landegestell 11, wie es häufig bei Hubschraubern anzutreffen ist. Beim Landevorgang des Fluggeräts 2 bekommt der Trägerwagen 1 kurz vor der Landung (ca. 2 bis 5 Minuten) ein Funksignal bzgl. des Typs des ankommenden Fluggeräts 2 und dessen für die Landung wichtigsten Parameter, wie Landemasse, Annäherungsgeschwindigkeit, Kennzeichen und ggfs. aufgetretene Fehler. Daraufhin fährt der Trägerwagen 1 autonom von der Parkposition zur Start- und Landebahn und wartet dort auf das ankommende Fluggerät 2 (siehe 4). Während der Fahrt und des Wartevorgangs sind Warnleuchten in Betrieb die den Trägerwagen 1 am Boden als bewegendes Objekt kenntlich machen. Zudem ist der Trägerwagen 1 mit einer Fahrzeugbeleuchtung ausgestattet, die einer üblichen Straßenfahrzeugbeleuchtung entsprechen.
Für die Landung schwebt das Fluggerät 2 über dem Trägerwagen 1. Die beiden Geräte positionieren sich zueinander während das Fluggerät 2 absinkt. Beim Erreichen des Verriegelungsadapters 8 („Catcher“) rastet das Fluggerät 2 mit dem am Fluggerät 2 angebrachten Kugelkopf 12 im Adapterkopf 11 ein und verriegelt. Danach beginnt der höhenverstellbare Catcher mit dem Absinken zur finalen Positionierung auf dem Trägerwagen 1. Hierbei kommt das Fluggerät 2 mit seinen bodenseitigen Stützen 9 in den drei am Adaptergestell 3 ausgebildeten Stützlager 7 in einer definierten Position zum Liegen. Die 3b zeigt das Fluggerät 2 in gelandeter und gekoppelter Position auf dem Trägerwagen 1. Die beiden Kufen des Landegestells 13 ragen in längliche Aussparungen beiderseits des sich zwischen Vorder- und Hinterachse a erstreckenden Adaptergestells 3. Über das Landegestell 13 wird allerdings keine oder nur eine unwesentliche Gewichtskraft in den Trägerwagen 1 eingebracht, da diese primär über die definierte Auflage über die Stützlager 7 aufgenommen wird.
Alternativ kann die Befestigung auf dem Trägerwagen 1 mit separaten Spannelementen an den Kufen des Landegestells 13 selbst erfolgen.
Heftigere Landestöße können dabei über die Stoßdämpfer 6 aufgenommen werden, um eine übermäßige Beanspruchung der fluggeräteseitigen Zelle, der Fracht oder Passagiere zu vermeiden. Das Koppelungsmanöver ist damit abgeschlossen. Eine Energieversorgung vom Trägerwagen 1 zum Fluggerät 2 zum Auffüllen der bordseitigen Energiespeicher kann nun erfolgen.
Nachdem das Fluggerät 2 positioniert und sicher gekoppelt ist beginnt der Trägerwagen 1 autonom mit der Fahrt zum Terminal oder zu anderen definierten Stationen.
Die Draufsichten des Trägerwagens 1' in den 3c und 3d zeigen eine Konfiguration des Fluggerätes 1' mit einem Landegestell 13', welches ein konventionelles, eigenständiges Starten und Landen des Fluggerätes 1' ohne Zuhilfenahme des Trägerwagens 1' gestattet. Das Landegestell 13' besteht aus zwei Halterohren 15', die quer zum Rumpf des Fluggeräts 2' angebracht sind, und zwei Rohren längsseitig welche die Landkufen 16' bilden. Das Landegestell 13' ist entsprechend den typischen Zulassungsvorschriften, etwa der EASA CS-27 ausgeführt und hat die Eigenschaft, im Falle einer zu harten Landung oder eines Aufpralls am Boden Energie entsprechend einer Aufprallgeschwindigkeit von bis zu 2 m/s zu absorbieren.
Im Unterschied zu der in den 3a und 3b gezeigten Konfiguration von Trägerwagens 1 und Fluggerät 2 landet das in den 3c und 3d gezeigte Fluggerät 2' mit seinem Landegestell 13' direkt vom Boden und kann auch von dort ohne Zuhilfenahme eines Trägerwagens 2 starten. Der Vorteil liegt darin, dass das Fluggerät 2' mit einem gegenüber einem konventionellen Räderfahrwerk mit einem leichteren und platzsparenden Landegestell 13' ausgestattet ist und somit auch auf Plätzen starten und landen kann, die über keine Trägerwagen 1' verfügen.
Voraussetzung bei dieser Konfiguration ist, dass die Bauhöhe h des Trägerwagens 1' zum Unterfahren des gelandeten, am Boden befindlichen Fluggeräts 2' auf die Bodenfreiheit f des Fluggeräts 2' abgestimmt ist. D.h. Die Bauhöhe h ist kleiner als die Bodenfreiheit f.
Die 4 zeigt das Flugfeld mit den Wegen des Trägerwagens 1 von und zur Start- und Landebahn. Die übrigen parkenden Trägerwagens 1' warten an der Parkposition auf ihren Einsatz bzw. sind bereits mit Fluggeräten 2' bestückt und warten wieder auf den Abflug. Um Kollisionen zu vermeiden kommunizieren die Trägerwagens 1 und 1' untereinander. Nachdem ein Fluggerät 2 auf dem Trägerwagen 1 gelandet ist, versorgt dieser das Fluggerät 2 mit Energie. Je nach Antriebsart kann das elektrische Energie oder Wasserstoff sein. Der Austausch von IT-Daten erfolgt über eine separate Schnittstelle am Trägerwagen 1 die nach der Landung mit dem Fluggerät 2 selbsttätig verbunden wird.
Zusätzliche Funktionen sind die Kollisionsvermeidung, Dämpfereinstellungen durch die gespeicherten Daten des Fluggerätes 2 in der Software, die Orientierung des Trägerwagens 1 am Boden (GPS, Kamera für Leitlinien, Induktionsschleife). Verhalten bei Ausfall eines Trägerwagens 1, 1' und die Redundanz von Trägerwagen 1, 1'.
Weiter ist in 4 schematisch das Flugdeck mit den Trägerwagen 1, 1' zu sehen. Die parkenden Trägerwagen 1' warten an der Parkposition auf ihren Einsatz bzw. sind bereits mit VTOL's bestückt und warten wieder auf den Abflug.
Die konkrete Ausführung des Verriegelungsadapters 8 „Catcher‟ ist im Längsschnitt der 5 zu sehen.
Der „Catcher‟ beinhaltet eine Energie und IT-Schnittstelle zwischen dem Trägerwagen 1 und dem Fluggerät 2. Während des Rollvorgangs und an der Parkposition kann das Fluggerät 2 energetisch „betankt“ werden. Das „Betanken“ kann elektrisch sowie beispielsweise mit Wasserstoff oder flüssigem Kraftstoff durchgeführt werden.
Hinsichtlich der weiteren Ausbildung des Verriegelungsadapters 8 schließt dieser mit einem Adapterkopf 11 ab, der an seiner Oberseite eine konisch ausgebildete Öffnung 17 zum Fangen des fluggeräteseitigen Kugelkopfes 12 aufweist. Die Öffnung 17 mündet in einer kugelförmigen Pfanne 18 in welcher der Kugelkopf 12 im gekoppelten Zustand zum Liegen kommt. Diese Position wird durch einen am Boden der Pfanne 18 angeordneten Sensor 21 detektiert und an eine trägerwagenseitige Steuereinheit weiter gemeldet.
Durch die trichterförmige Ausgestaltung des Verriegelungsadapters 8 kann seitlicher Versatz des landenden Fluggerätes 2 durch die Trichterform kompensiert werden. Zum finalen Koppeln ist dann eine kraft- und / oder formschlüssige Verbindung notwendig. In der Ausführung nach 5 ist eine formschlüssige Verriegelung des Kugelkopfes 12 realisiert. Hierzu sind verteilt am Umfang des Übergangsbereichs zwischen der Öffnung 17 und der Pfanne 18 federbelastete Stifte 19 angeordnet, die den Kugelkopf 18 an seiner halsartigen Einschnürung durch radiales Bewegen hintergreifen. Zum radialen Betätigen der Stifte 19 ist ein am Umfang der Verriegelungsadapter 8 angebrachter Stellring 20 angebracht, der bei Bewegung die federbelasteten Stifte 19 zum Öffnen freigibt, bzw. zum Schließen die Stifte 19 radial nach innen drückt.
Nach dem Einrasten des Kugelkopfs 12 und Verriegelung durch die Stifte 19 senkt sich der gesamte Verriegelungsadapter 8 sodass das Fluggerät 2 komplett auf dem Adaptergestell 3 zum Liegen kommt. Zusätzlich wird durch das Einrasten die E&IT-Schnittstelle geschlossen die den Energie- und Datenaustausch zwischen Fluggerät 2 und Trägerwagen 1 realisiert.
Es ist anzustreben den Verriegelungsadapter 8 sowie die E&IT Schnittstelle für alle VTOL's zu standardisieren.
Bezugszeichenliste

1: Trägerwagen
2: Fluggerät
3: Adaptergestell
4: Räderfahrwerk
5: Rad
6: Stoßdämpfer
7: Stützlager
8: Verriegelungsadapter
9: Stütze
10: Vertiefung
11: Adapterkopf
12: Kugelkopf
13: Landegestell
14: Energiespeicher
15: Halterohr
16: Landkufen
17: Öffnung
18: Pfanne
19: Stift
20: Stellring
21: Sensor
Δi: Lenkwinkel
a1, a2, a3, a4: Radachse
S: Fahrzeugmittelpunkt
SP: Schwerpunkt
f: Bodenfreiheit
h: Bauhöhe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3263451 A1 [0006]
DE 4102271 C2 [0007]
DE 3034014 C2 [0008]
EP 3321112 A1 [0009]

Claims

Trägerwagen für VTOL/STOL-Fluggeräte (2, 2') mit Flugantrieb, wobei das Fluggerät (2, 2') zum Bewegen auf dem Boden mit dem Trägerwagen (1, 1') koppelbar ist, sodass der Trägerwagen (1, 1') in einem gekoppelten und ungekoppelten Zustand betreibbar ist, umfassend: • ein lenkbares Räderfahrwerk (4) zum Fahren des Trägerwagens (1, 1'), mit einer Antriebseinheit zum Antreiben eines oder mehrerer Räder (5) des Räderfahrwerks (4), • einen Energiespeicher (14) zur Versorgung der Antriebseinheit und/oder des gekoppelten Fluggerätes (2, 2') mit Energie, • ein Adaptergestell (3) zum Koppeln und Verriegeln des Trägerwagens (1, 1') mit dem Fluggerät (2, 2') am Boden, das mit einer Daten- und/oder Energieschnittstelle für die Verbindung mit dem Fluggerät (2, 2') versehen ist, • trägerwagenseitige Sensoren und mit der Antriebseinheit kommunizierende Steuereinheit zum autonomen oder ferngesteuerten Fahren des Trägerwagens (1, 1') im gekoppelten und ungekoppelten Zustand und • einer Sende- und Empfangseinheit zum Kommunizieren und Datenaustausch der Steuereinheit mit Steuereinheiten benachbarter Trägerwagen (1, 1', 1'') und/oder mit Fluggeräten (2, 2') und/oder einer boden- und/oder satellitengebundenen Zentrale zur Koordination von autonomen oder ferngesteuerten Bewegungen einer oder mehrerer Trägerwagen (1, 1', 1'').
Trägerwagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptergestell (3) Stoßdämpfer (6) zur Absorption des Landestoßes eines Fluggerätes (2, 2') aufweist.
Trägerwagen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauhöhe des Trägerwagens (1, 1') zum Unterfahren eines gelandeten, am Boden befindlichen Fluggeräts (2, 2') auf die Bodenfreiheit des Fluggeräts (2, 2') abgestimmt ist.
Trägerwagen für ein VTOL/STOL-Fluggeräte (2, 2') mit Flugantrieb, wobei das Fluggerät (2, 2') zum Starten, Landen und zum Bewegen auf dem Boden mit dem Trägerwagen (1, 1') koppelbar ist, sodass der Trägerwagen (1, 1') in einem gekoppelten und ungekoppelten Zustand betreibbar ist, umfassend: • ein lenkbares Räderfahrwerk (4) zum Fahren des Trägerwagens (1, 1'), mit einer Antriebseinheit zum Antreiben eines oder mehrerer Räder (5) des Räderfahrwerks (4), • einen Energiespeicher zur Versorgung der Antriebseinheit und/oder des gekoppelten Fluggerätes mit Energie, • ein Adaptergestell (3) zum Koppeln und Verriegeln des Trägerwagens (1, 1') mit dem Fluggeräts (2, 2') am Boden, das mit einer Verriegelungseinrichtung, einer Daten- und/oder Energieschnittstelle für die Verbindung mit dem Fluggerät (2, 2') sowie mit Stoßdämpfer zur Absorption des Landestoßes eines Fluggerätes (2, 2') versehen ist, • trägerwagenseitige Sensoren und mit der Antriebseinheit kommunizierende Steuereinheit zum autonomen oder ferngesteuerten Fahren des Trägerwagens (1, 1') im gekoppelten und ungekoppelten Zustand und • einer Sende- und Empfangseinheit zum Kommunizieren und Datenaustausch der Steuereinheit mit Steuereinheiten benachbarter Trägerwagen (1, 1', 1'') und/oder mit Fluggeräte (2, 2') und/oder einer boden- und/oder satellitengebundenen Zentrale zur Koordination von autonomen oder ferngesteuerten Bewegungen einer oder mehrerer Trägerwagen (1, 1', 1'').
Trägerwagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (14) elektrische Energie, flüssiger Kraftstoff oder Wasserstoff speichert.
Trägerwagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwagen (1, 1') eine Ladevorrichtung zum Laden eines fluggerätseitigen Energiespeichers aufweist.
Trägerwagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwagen (1, 1') ein wechselbaren Energiespeicher (14) für die Energieversorgung des Fluggerätes aufweist.
Trägerwagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwagen (1, 1') eine Kühlvorrichtung zum Kühlen fluggeräteseitiger Systeme, insbesondere des Flugantriebes und/oder der Energiespeicher versehen ist.
Trägerwagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwagen (1, 1') Sensoren zur Positionsbestimmung des Fluggeräts (2, 2') aufweist, wobei die Sensoren mit der Steuereinheit zur Bewegungssteuerung des Trägerwagens (1, 1') verbunden sind.
Trägerwagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwagen (1, 1') Sensoren zur Schwerpunkt- und / oder Massenbestimmung eines Fluggerätes (2, 2') aufweist, wobei die Sensoren mit der Steuereinheit verbunden sind.
Trägerwagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptergestell (3) eine standardisierte Verriegelungseinrichtung aufweist, die universell zur Koppelung mit verschiedenen Fluggeräten (2, 2') eingerichtet ist.
Trägerwagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptergestell (3) oder dessen Verriegelungseinrichtung zum Anheben eines gekoppelten Fluggeräts (2, 2') und / oder zur Anpassung an die Bodenfreiheit f eines Fluggeräts (2, 2') höhenverstellbar ist.
Trägerwagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung einen Verriegelungsadapter (8) zum Greifen und Verriegeln des Fluggerätes (2) zumindest im Schwebezustand aufweist.
Trägerwagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwagen (1, 1') zum Landen und /oder Starten eines STOL Fluggerätes (2, 2') längs einer Start- und Landebahn bewegbar ist.
Fluggerät mit Flugantrieb und einem koppelbaren Trägerwagen (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass • der Flugantrieb zumindest eine elektromotorisch betriebene Antriebskomponente sowie einen fluggeräteseitigen elektrischen oder regenerativen Energiespeicher umfasst, • der trägerwagenseitige Energiespeicher (14) zur Übertragung elektrischer bzw. regenerativer Energie mit der fluggeräteseitigen Antriebskomponente und/oder mit dem fluggeräteseitigen Energiespeicher verbindbar ist, • das Fluggerät (2, 2') zum lösbaren Koppeln mit dem Trägerwagen (1, 1') eine korrespondierende Verriegelungseinrichtung aufweist.
Fluggerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (2, 2') ein bordeigenes Steuergerät zum autonomen oder ferngesteuerten Betrieb aufweist.
Fluggerät nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (2, 2') ein bordeigenes Steuergerät aufweist welches über eine bordeigenes Sende- und Empfangseinheit zum Kommunizieren und Datenaustausch mit einem Trägerwagen (1, 1') verbunden ist und das Steuergerät mittels eines softwaregesteuerten Verifikationsprozesses während der Annäherung an eine bodenseitige Steuereinheit deren Autorisierung abfragt.
Fluggerät nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (2) mit einem fest angeordneten Start- bzw. Landegestell (13) mit definierten Aufnahmepunkten für das Koppeln mit dem Trägerwagen (1) versehen ist.
Fluggerät nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (2) in einem trägerwagennahen Schwebe- oder Flugzustand mit einem trägerwagenseitigen Verriegelungseinrichtung greif- und koppelbar ist und im Parkzustand auf dem Trägerwagen (1) zum liegen kommt.