DE102020209359A1 - Short or vertical takeoff capable aircraft, power electronics and method of operating the aircraft - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein kurz- oder senkrechtstartfähiges Fluggerät (10), mit mehreren, jeweils wenigstens einen Rotor bzw. Propeller (28) und einen Elektromotor (30) aufweisenden Antriebseinheiten (24), wobei die Elektromotoren (30) von wenigstens einer ersten Energieeinheit (36) gekoppelt und die Antriebsleistung der Elektromotoren (30) mittels einer Leistungselektronik (34) regelbar sind.The invention relates to an aircraft (10) capable of short or vertical takeoff, having a plurality of drive units (24), each having at least one rotor or propeller (28) and an electric motor (30), the electric motors (30) being powered by at least a first energy unit ( 36) coupled and the drive power of the electric motors (30) can be regulated by means of power electronics (34).
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung betrifft ein kurz- (STOL) oder senkrechtstartfähiges (VTOL) Fluggerät, wie es beispielsweise als Drohne oder aber für Personen- oder Lastentransporte mit einer Nutzlast von bis zu mehreren 100kg verwendet werden kann. Typische Vertreter derartiger Fluggeräte sind Multikopter oder Liftand Cruise- oder Tilt-Wing Fluggeräte. Ferner betrifft die Erfindung eine Leistungselektronik als Bestandteil des erfindungsgemäßen Fluggeräts sowie ein Verfahren zum Betreiben des Fluggeräts.The invention relates to an aircraft capable of short (STOL) or vertical takeoff (VTOL) as it can be used, for example, as a drone or for transporting people or loads with a payload of up to several 100 kg. Typical representatives of such aircraft are multicopters or lift-and-cruise or tilt-wing aircraft. Furthermore, the invention relates to power electronics as part of the aircraft according to the invention and to a method for operating the aircraft.
Stand der TechnikState of the art
Ein Fluggerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist beispielsweise in Form einer Drohne aus dem
Typischerweise weist ein derartiges Fluggerät wenigstens eine erste Energieeinheit in Form einer wiederaufladbaren Batterie bzw. eines Akkus auf, der zentral angeordnet ist und zur Versorgung der einzelnen Antriebseinheiten dient. Hierbei ist die Baugröße bzw. die Leistungsabgabe der wenigstens einen ersten Energieeinheit typischerweise auf den Startvorgang (mit entsprechenden Leistungsreserven) ausgelegt, da dort von den Antriebseinheiten für den Senkrechtstart die höchste Energieleistung benötigt wird.Such an aircraft typically has at least one first energy unit in the form of a rechargeable battery or an accumulator, which is arranged centrally and is used to supply the individual drive units. In this case, the size or the power output of the at least one first energy unit is typically designed for the starting process (with corresponding power reserves), since that is where the highest energy output is required from the drive units for vertical takeoff.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Das kurz- oder senkrechtstartfähige Fluggerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es einen besonders sicheren Flugbetrieb ermöglicht. Insbesondere ermöglicht es das erfindungsgemäße Fluggerät, bei einer Beschädigung oder gar einem Ausfall der wenigstens einen ersten Energieeinheit das Fluggerät beispielsweise sicher zu landen. Auch ermöglicht es das erfindungsgemäße Fluggerät, die wenigstens eine erste Energieeinheit ggf. besonders einfach bzw. leicht und damit auch kostengünstig auszubilden, da diese nicht zwangsläufig dazu ausgebildet sein muss, alle Flugzustände des Fluggeräts allein durch Ihre Energieabgabe ausführen zu können.The short or vertical takeoff capable aircraft with the features of claim 1 has the advantage that it enables particularly safe flight operations. In particular, the aircraft according to the invention makes it possible, for example, to land the aircraft safely in the event of damage or even failure of the at least one first energy unit. The aircraft according to the invention also makes it possible to design the at least one first energy unit to be particularly simple or light and therefore also inexpensive, since it does not necessarily have to be designed to be able to carry out all flight states of the aircraft solely by its energy output.
Die oben genannten Vorteile des Fluggeräts werden erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass wenigstens eine zweite Energieeinheit in Form einer wiederaufladbaren Batterie vorgesehen ist, die mittel- oder unmittelbar mit den Elektromotoren der Antriebseinheiten zusammenwirkt, und dass die wenigstens eine zweite Energieeinheit dazu ausgebildet ist, zeitweise zusätzlich zu der wenigstens einen ersten Energieeinheit mit den Antriebseinheiten zusammenzuwirken.The above-mentioned advantages of the aircraft are achieved according to the invention in that at least one second energy unit is provided in the form of a rechargeable battery, which interacts directly or indirectly with the electric motors of the drive units, and that the at least one second energy unit is designed to temporarily additionally the at least one first energy unit to interact with the drive units.
Eine derartige Auslegung des Fluggeräts mit wenigstens einer zweiten Energieeinheit ermöglicht es somit, beispielsweise für Start- und Landephasen, bei denen bei einem senkrecht startenden bzw. landenden Fluggerät ein besonders hoher Energiebedarf benötigt wird, durch Zuschaltung der wenigstens einen zweiten Energieeinheit den benötigten Energiebedarf zu decken, insbesondere für den Fall, falls die wenigstens eine erste Energieeinheit hinsichtlich ihrer Leistungsabgabe diese Flugaufgaben nicht ausführen kann.Such a design of the aircraft with at least one second energy unit thus makes it possible, for example for take-off and landing phases in which a particularly high energy requirement is required for an aircraft taking off or landing vertically, to cover the required energy requirement by switching on the at least one second energy unit , especially in the event that the at least one first energy unit cannot perform these flight tasks in terms of their power output.
Die redundante bzw. zumindest zweifache Energieeinheit (realisiert durch die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Energieeinheit) ermöglicht auch insofern einen besonders sicheren Transport von Gütern oder Personen, als bei einem Ausfall der wenigstens einen ersten Energieeinheit ausgelöste unsichere Flugzustände bzw. Abstürze des Fluggeräts durch entsprechende Auslegung der zweiten Energieeinheit vermieden werden können, was auch den Transport von gefährlichen Gütern von Vorteil ist bzw. die Akzeptanz von (Personen-) Transporten mit einem derartigen Fluggerät erhöht. Bei der Konzeption sowohl der Leistungselektronik zur Antriebsregelung als auch der Elektromotoren der Antriebseinheiten ist dabei zu beachten, dass diese auf eine gleichzeitige Belastung durch die wenigstens zwei Energieeinheiten ausgelegt sind.The redundant or at least two-fold energy unit (implemented by the at least one first and the at least one second energy unit) also enables a particularly safe transport of goods or people insofar as unsafe flight conditions or crashes of the aircraft are triggered if the at least one first energy unit fails can be avoided by appropriate design of the second energy unit, which is also advantageous for the transport of dangerous goods or increases the acceptance of (person) transport with such an aircraft. When designing both the power electronics for drive control and the electric motors of the drive units, care must be taken that these are designed for simultaneous loading by the at least two energy units.
Vorteilhafte Weiterbildungen des kurz- oder senkrechtstartfähigen Fluggeräts sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous further developments of the aircraft capable of short or vertical takeoff are listed in the dependent claims.
Eine besonders bevorzugte konstruktive Ausgestaltung des Fluggeräts sieht vor, dass eine Verstelleinrichtung zur Einstellung einer Rotor- bzw. Propellersteigung vorgesehen ist. Dadurch lassen sich Flugzustände zum Beispiel hinsichtlich ihrer Lärmemission bzw. eines möglichst geringen Energieverbrauchs optimieren. So lassen sich beispielsweise zur Erzielung relativ hoher Reisegeschwindigkeiten des Fluggeräts hohe Rotor- bzw. Propellersteigungen einstellen, während für die Start- und Landephase ein möglichst hoher Schub benötigt wird, wie hier typischerweise durch eine relativ geringe Rotor- bzw. Propellersteigung realisiert wird.A particularly preferred structural design of the aircraft provides that an adjusting device is provided for setting a rotor or propeller pitch. This allows flight conditions to be optimized, for example with regard to their noise emissions or the lowest possible energy consumption. For example, high rotor or propeller pitches can be set to achieve relatively high cruising speeds of the aircraft, while the highest possible thrust is required for the take-off and landing phase, as is typically achieved here by a relatively small rotor or propeller pitch.
Um einerseits einen besonders zuverlässigen Betrieb des Fluggeräts zu ermöglichen, und andererseits die Energieverluste bei der Energieübertragung von der wenigstens einen zweiten Energieeinheit zum Elektromotor zu minimieren, ist es vorgesehen, dass jeder Antriebseinheit eine separate zweite Energieeinheit zugeordnet ist, und dass die zweite Energieeinheit im Bereich oder nahe des Elektromotors und/oder der Leistungselektronik angeordnet ist.In order to enable particularly reliable operation of the aircraft on the one hand and to minimize the energy losses during the transmission of energy from the at least one second energy unit to the electric motor on the other hand, it is provided that each drive unit is assigned a separate second energy unit and that the second energy unit is in the area or is arranged near the electric motor and/or the power electronics.
Besonders bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn der Energieinhalt bzw. die Leistungsabgabe der wenigstens einen zweiten Energieeinheit ausgelegt ist, um ein Landemanöver des Fluggeräts alleine durch die wenigstens eine zweite Energieeinheit auszuführen. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass ein Ausfall der wenigstens einen ersten Energieeinheit nicht zu einer Beschädigung bzw. zu einem Absturz des Fluggeräts führt.In addition, it is particularly preferred if the energy content or the power output of the at least one second energy unit is designed to carry out a landing maneuver of the aircraft solely using the at least one second energy unit. In other words, this means that failure of the at least one first energy unit does not lead to damage or to a crash of the aircraft.
Um insbesondere aufwendige Ladeinfrastrukturen für die wenigstens eine zweite Energieeinheit zu vermeiden, ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn die wenigstens eine zweite Energieeinheit von der wenigstens einen ersten Energieeinheit aufladbar ist. Dies findet typischerweise in Phasen statt, bei denen die wenigstens eine erste Energieeinheit Leistungsreserven zur Verfügung stellen kann, um damit die wenigstens eine zweite Energieeinheit aufzuladen. Alternativ sind jedoch auch Lösungen denkbar, bei denen beispielsweise ein induktives Laden der wenigstens einer zweiten Energieeinheit erfolgt, wenn sich das Fluggerät an einem dafür vorgesehenen Start- bzw. Landeplatz befindet. Das induktive Laden hat insbesondere den Vorteil, dass keine Kabelverbindungen oder ähnliches zwischen einem Ladegerät bzw. einer Energieversorgung und der wenigstens einen zweiten Energieeinheit erforderlich sind bzw. hergestellt werden müssen.In order in particular to avoid complex charging infrastructures for the at least one second energy unit, it is also advantageous if the at least one second energy unit can be charged by the at least one first energy unit. This typically takes place in phases in which the at least one first energy unit can provide power reserves in order to charge the at least one second energy unit. Alternatively, however, solutions are also conceivable in which, for example, the at least one second energy unit is inductively charged when the aircraft is at a take-off or landing site provided for this purpose. Inductive charging has the particular advantage that no cable connections or the like are required or have to be established between a charging device or an energy supply and the at least one second energy unit.
Hinsichtlich der wenigstens einen ersten Energieeinheit gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, die sich insbesondere an den spezifischen Erfordernissen des Fluggeräts, wie dessen erforderlicher Reichweite, Nutzlast, Größe usw. orientieren. Insbesondere ist es denkbar, dass die wenigstens eine erste Energieeinheit als wiederaufladbare Batterie, als Hybridantrieb unter Verwendung eines Verbrennungsmotors oder als Brennstoffzellensystem ausgebildet ist.With regard to the at least one first energy unit, there are different options that are based in particular on the specific requirements of the aircraft, such as its required range, payload, size, etc. In particular, it is conceivable that the at least one first energy unit is designed as a rechargeable battery, as a hybrid drive using an internal combustion engine, or as a fuel cell system.
Ganz besonders bevorzugt ist es in Verbindung mit der Verstelleinrichtung zur Verstellung der Rotor- bzw. Propellersteigung, wenn eine mit der Verstelleinrichtung und einer Triebwerksstrangsteuereinheit zusammenwirkende Flugrechnereinrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, die Drehzahl und die Steigung der Rotoren bzw. Propeller an vorgegebene Kriterien, insbesondere eine (maximale) Lärmemission und/oder ein Flugstreckenprofil anzupassen.It is very particularly preferred in connection with the adjusting device for adjusting the pitch of the rotor or propeller if a flight computer device is provided which interacts with the adjusting device and a powertrain control unit and is designed to adapt the speed and the pitch of the rotors or propeller to predetermined criteria , in particular to adapt a (maximum) noise emission and/or a flight route profile.
Auch umfasst die Erfindung eine Leistungselektronik als Teil eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Fluggeräts. Die Leistungselektronik zeichnet sich dadurch aus, dass diese zur Steuerung zumindest der Drehzahl bzw. Leistung zumindest eines Elektromotors der Antriebseinheiten ausgebildet und mit der wenigstens einen ersten und wenigstens einen zweiten Energieeinheit verbunden ist.The invention also includes power electronics as part of an aircraft according to the invention that has been described so far. The power electronics are characterized in that they are designed to control at least the speed or power of at least one electric motor of the drive units and are connected to the at least one first and at least one second energy unit.
Zuletzt umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Fluggeräts. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die wenigstens eine zweite Energieeinheit zur Unterstützung der wenigstens einen ersten Energieeinheit aktiviert wird, wenn ein Leistungsbedarf der Antriebseinheiten alleine von der wenigstens einen ersten Energieeinheit nicht gedeckt werden kann.Finally, the invention also includes a method for operating an aircraft according to the invention. The method is characterized in that the at least one second energy unit is activated to support the at least one first energy unit when a power requirement of the drive units cannot be covered by the at least one first energy unit alone.
In Weiterbildung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die wenigstens eine zweite Energieeinheit während des Starts oder der Landung des Fluggeräts aktiviert wird. Dadurch werden insbesondere entweder erhöhte Leistungsreserven beispielsweise zum Böenausgleich oder Ähnlichem in besonders kritischen Flugphasen ermöglicht, oder aber es ist möglich, die wenigstens eine erste Energieeinheit in ihrer Baugröße bzw. Leistungsabgabe und somit auch hinsichtlich ihres Gewichts und der Investitionskosten besonders klein bzw. kompakt zu bauen.In a development of the method, it is provided that the at least one second energy unit is activated during takeoff or landing of the aircraft. This enables either increased power reserves, for example for gust compensation or the like in particularly critical flight phases, or it is possible to build the at least one first energy unit particularly small or compact in terms of its size or power output and thus also in terms of its weight and investment costs .
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred embodiments of the invention and from the drawings.
Figurenlistecharacter list
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1 zeigt in einer stark vereinfachten perspektivischen Darstellung ein senkrecht startfähiges Fluggerät in Form einer Drohne,1 shows a highly simplified perspective representation of a vertically take-off aircraft in the form of a drone, -
2 ein Schaubild zur Verdeutlichung der wesentlichen Komponenten des Fluggeräts gemäß der1 und2 a diagram to clarify the essential components of the aircraft according to the1 and -
3 ein Flugprofil während eines Einsatzes des Fluggeräts gemäß der1 in einer schaubildlichen Darstellung.3 a flight profile during a deployment of the aircraft according to the1 in a visual representation.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.Identical elements or elements with the same function are provided with the same reference numbers in the figures.
In der
Das Fluggerät 10 bzw. die Drohne 12 weist einen zentralen, im Ausführungsbeispiel der Einfachheit halber zylindrisch dargestellten Last- bzw. Gerätebereich 14 auf, von dem in gleichmäßigen Winkelabständen um eine Hochachse 16 drei Auslegerarme 18 abstehen, die um jeweils eine Längsachse 20 mittels nicht dargestellter Verstelleinrichtungen schwenkbar sind. An der dem Gerätebereich 14 abgewandten Seite sind an den Auslegerarmen 18 jeweils identisch ausgebildete Antriebseinheiten 24 angeordnet.The aircraft 10 or the drone 12 has a central load or
Jede der Antriebseinheiten 24 weist beispielhaft einen mit dem Auslegerarm 18 verbundenen, hülsenförmigen Mantel 26 auf, innerhalb dessen ein von einem in der
Ergänzend wird erwähnt, dass es selbstverständlich im Rahmen der Erfindung liegt, mehr als drei Antriebseinheiten 24, beispielsweise vier bis sechs Antriebseinheiten 24 vorzusehen. Auch ist es denkbar, dass jeder Antriebseinheit 24 zwei, koaxial zueinander angeordnete Propeller 28 zugeordnet sind. Auch ist es nicht erforderlich, dass die Antriebseinheiten 24 innerhalb eines Mantels 26 angeordnete Propeller 28 aufweisen muss. Vielmehr können die Propeller 28 bzw. Rotoren auch freidrehend angeordnet sein.In addition, it is mentioned that it is of course within the scope of the invention to provide more than three
Die Flugmanöver der Drohne 12 bzw. des Fluggeräts 10 werden auf an sich bekannte Art und Weise durch Leistungsregelung der Propeller 28, d.h. insbesondere durch eine Beeinflussung deren Drehzahl n, sowie durch ein Schwenken der Auslegerarme 18 an dem Gerätebereich 14 bewirkt, um beispielsweise von einer vertikalen Startposition in einem Reiseflug überzugehen, bei der das Fluggerät 10 eine horizontale Distanz überwinden kann.The flight maneuvers of the drone 12 or the aircraft 10 are effected in a manner known per se by controlling the power of the
In der Darstellung der
Darüber hinaus wird angemerkt, dass die Lärmemission des Propellers 28 auch von seiner eingestellten Steigung s abhängt, derart, dass ein hoher Unterschied zwischen der Strahlgeschwindigkeit des Propellers 28 und der umgebenen Luft typischerweise zu höheren Lärmemissionen führt.Furthermore, it is noted that the noise emission of the
Jedem der Elektromotoren 30 ist beispielhaft eine Leistungselektronik 34 zugeordnet, der dazu dient, die Leistung bzw. Drehzahl n an dem Elektromotor 30 zu steuern. Die Energieversorgung des Elektromotors 30 über die Leistungselektronik 34 erfolgt dabei über zumindest eine erste Energieeinheit 36, die in Form einer (wiederaufladbaren) Batterie, eines Hybridantriebs unter Verwendung eines Verbrennungsmotors oder aber als Brennstoffzellensystem ausgebildet sein kann.Each of the
Typischerweise ist die Auslegung des Fluggeräts 10 derart, dass die wenigstens eine erste Energieeinheit 36 gleichzeitig der Energieversorgung aller Antriebseinheiten 24 dient und in dem Gerätebereich 14 angeordnet ist.Typically, the design of the aircraft 10 is such that the at least one
Die Ansteuerung der Leistungselektronik 34 und der Verstelleinrichtung 32, d.h. die Einstellung der Drehzahl n des Elektromotors 30 und der Steigung s des Propellers 28 erfolgt darüber hinaus mittels einer Triebwerksstrangsteuereinheit 40, die wiederum mit einer Flugrechnereinrichtung 42 zusammenwirkt bzw. von dieser ansteuerbar ist.The control of the
Das Fluggerät 10 weist zusätzlich zur wenigstens einen ersten Energieeinheit 36 wenigstens eine zweite Energieeinheit 44 in Form einer wiederaufladbaren Batterie 45 auf. Die wenigstens eine zweite Energieeinheit 44 zur Energieversorgung der Antriebseinheit 24 bzw. des Elektromotors 30 ist von der Triebwerksstrangsteuereinheit 40 ansteuerbar, um im Boostbetrieb des Elektromotors 30 einen Maximaldrehmomentmodus zu ermöglichen oder aber bei einem Ausfall/Defekt der ersten Energieeinheit 36 einen Betrieb über die zweite Energieeinheit 44 zu realisieren. Weiterhin besteht eine Verbindung zwischen der wenigstens einen zweiten Energieeinheit 44 und dem Elektromotor 30 über die Leistungselektronik 34.In addition to the at least one
Vorzugsweise ist zwischen den beiden Energieeinheiten 36 und 44 eine Ladeverbindung 46 vorgesehen, die es ermöglicht, die zweite Energieeinheit 44 von der ersten Energieeinheit 36 laden zu können, insbesondere in Betriebszuständen des Fluggeräts 10, bei denen die wenigstens eine erste Energieeinheit 36 mehr Energie liefern kann, als dies zum sicheren Betrieb des Fluggeräts 10 erforderlich ist. Darüber hinaus kann es auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine erste Energieversorgung 36 derart ausgebildet ist, dass diese für sich genommen nicht ausreicht, um alle üblicherweise vorgesehenen Flugzustände des Fluggeräts 10 zu ermöglichen. Insbesondere sind typischerweise Start- und Landephasen des Fluggeräts 10 mit einem erhöhten Energiebedarf verbunden. In diesem Fall kann die Energieversorgung der Antriebseinheiten 24 zusätzlich zu der wenigstens einen ersten Energieeinheit 36 über die wenigstens eine zweite Energieeinheit 44, welche darüber hinaus zur Verminderung von Verlusten vorzugsweise im oder nahe des Bereichs der Antriebseinheiten 24 angeordnet ist, erfolgen.A charging
In der
Während der Startphase SP und der Landephase LP, in denen typischerweise ein erhöhter Leistungsbedarf der Drohne 12 zum Antreiben der Antriebseinheiten 24 erforderlich ist, kann es vorgesehen sein, dass zusätzlich zur wenigstens einen ersten Energieeinheit 36 die wenigstens eine zweite Energieeinheit 44 die dafür benötigte Energie bzw. elektrische Leistung für die Antriebseinheiten 24 bereitstellt. Demgegenüber kann es vorgesehen sein, dass in der Reiseflugphase RP die Energieversorgung der Antriebseinheiten 24 ausschließlich durch die wenigstens eine erste Energieeinheit 36 erfolgt.During the take-off phase SP and the landing phase LP, in which an increased power requirement of the drone 12 is typically required to drive the
Darüber hinaus wird erwähnt, dass während der einzelnen Flugphasen die Flugrechnereinrichtung 42 an den Antriebseinheiten 24 bzw. den Elektromotoren 30 die jeweils optimale Drehzahl n bzw. die Steigung s an dem Propeller 28 einstellt. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass beim Überfliegen eines Naturschutzgebietes im Abschnitt a während der Reiseflugphase RP eine geringe Lärmemission gewünscht ist, welche jedoch einen erhöhten Energiebedarf benötigt. Hierzu kann beispielsweise bei einer relativ hohen Drehzahl n des Elektromotors 30 eine relativ kleine Steigung s an dem Propeller 28 vorteilhaft sein. Demgegenüber kann es in dem Abschnitt b der Reiseflugphase RP, in dem keine Lärmemissionen relevant sind, um einen möglichst wirtschaftlichen, d.h. wirkungsgradoptimierten bzw. energieminimierten Flugbetrieb gehen. In diesem Fall kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Drehzahl n der Elektromotoren 30 reduziert wird, während die Steigung s an den Propellern 28 erhöht wird. So kann zum Beispiel auch während der beiden Abschnitte a und b während der Reiseflugphase RP eine konstante Fluggeschwindigkeit erzielt werden.In addition, it is mentioned that during the individual flight phases, the
Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass die Flugrechnereinrichtung 42 im Zusammenhang mit der Triebwerksstrangsteuereinheit 40 und der Leistungselektronik 34 dazu ausgebildet ist, den Flugbetrieb der Drohne 12 in verschiedener Art und Weise anhand der nachfolgenden Erläuterungen, einzeln oder in Kombination der angesprochenen Maßnahmen, zu optimieren:
- So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass für verschiedene Kriterien wie eine maximale Energieeffizienz, eine minimale Schallemission oder ein maximaler Schub Idealwerte für die Drehzahl n und die Steigung s abhängig vom jeweiligen Sollschub und der durchströmenden Luftgeschwindigkeit oder der Fluggeschwindigkeit gesteuert vorgegeben werden. Diese Steuerwerte für die Drehzahl n und die Steigung s können auch für eine unterschiedliche Gewichtung der angesprochenen Kriterien vorgegeben werden, beispielsweise ein Faktor von 0,7 für die Schallemission + ein Faktor von 0,3 für die Energieeffizienz. Auch kann es vorgesehen sein, dass die Steuerwerte beim Auftreten von beispielsweise Störungen oder Verschleiß angepasst bzw. verändert werden, um die Auswirkungen zu minimieren. Als mögliche Regler zur Optimierung der Kriterien können vorzugsweise Extremwertregler, hilfsweise lineare oder nichtlineare Optimierer eingesetzt werden. Die Schrittweite der Optimierer bzw. Regler kann bei Annäherung an das jeweilige Optimum verringert werden.
- For example, it can be provided that for various criteria such as maximum energy efficiency, minimum noise emission or maximum thrust, ideal values for the speed n and the gradient s are specified in a controlled manner depending on the respective target thrust and the air speed flowing through or the flight speed. These control values for the speed n and the gradient s can also be specified for a different weighting of the criteria mentioned, for example a factor of 0.7 for noise emission+a factor of 0.3 for energy efficiency. Provision can also be made for the control values to be adapted or changed when, for example, faults or wear occur, in order to minimize the effects. Extreme value controllers, alternatively linear or non-linear optimizers, can preferably be used as possible controllers for optimizing the criteria. The increment of the optimizers or controllers can be reduced when approaching the respective optimum.
Die Regelung kann so ausgelegt sein, dass die Drehzahl n und die Steigung s so eingestellt werden, dass zur maximalen Energieeffizient deren Quotient maximal ist. Auch kann die Regelung eine Einstellung von Drehzahl n und Steigung s vorsehen, bei der ein vorgegebener Schub bei minimaler Schallemission erzielt wird. Diese minimale Schallemission kann darüber hinaus mit Blick auf eine Empfindlichkeits-Frequenzkurve des menschlichen Gehörs gefiltert bzw. bewertet werden, sodass die minimale Schallemission eine für das menschliche Gehör minimale Schallemission ist. Mit Blick auf die Schallemission bzw. deren Minimierung kann es weiterhin vorgesehen sein, dass die Drehzahlen n der einzelnen Propeller 28 so geregelt werden, dass Schallschwebungen, die als unangenehm empfunden werden, vermieden werden.The regulation can be designed in such a way that the speed n and the gradient s are set in such a way that their quotient for the maximum energy efficiency is at a maximum. The regulation can also provide for an adjustment of speed n and slope s, at which a specified thrust is achieved with minimal noise emissions. This minimum sound emission can also be filtered or evaluated with a view to a sensitivity-frequency curve of human hearing, so that the minimum sound emission is one for the human hearing is minimal sound emission. With a view to the noise emission or its minimization, it can also be provided that the speeds n of the
Um einen maximalen Schub, beispielsweise für den Start oder die Landung zu erzielen, kann die Regelung hierfür ein Optimum aus entsprechender Drehzahl n, Steigung s und Motorleistung der Elektromotoren 30 einstellen. Hierfür kann es auch vorgesehen sein, dass die Elektromotoren 30 eine erhöhte Leistung abgeben können, zum Beispiel durch eine Umschaltung von einer sinusförmigen Kommutierung auf eine Blockkummutierung, oder durch eine Reihenschaltung der wenigstens zwei Energieeinheiten 36 und 44.In order to achieve maximum thrust, for example for takeoff or landing, the controller can set an optimum for this from the corresponding speed n, gradient s and motor power of the
Das soweit beschriebene Fluggerät 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Energieeinheiten 36, 44 und/oder die Elektromotoren 30 der Antriebseinheiten 24 mit Kühleinrichtungen ausgestattet sind, um eine thermische Überlastung der angesprochenen Bauteile zu vermeiden.The aircraft 10 described so far can be altered or modified in many ways without departing from the spirit of the invention. For example, it can be provided that the at least two
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11945597B2 (en) | 2021-01-25 | 2024-04-02 | Archer Aviation, Inc. | Systems and methods for control allocation for electric vertical take-off and landing aircraft |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010123601A1 (en) | 2009-01-27 | 2010-10-28 | Kuhn Ira F Jr | Purebred and hybrid electric vtol tilt rotor aircraft |
DE102014000509A1 (en) | 2014-01-16 | 2015-07-16 | Emt Ingenieurgesellschaft Dipl.-Ing. Hartmut Euer Mbh | Fixed-wing aircraft |
CN204548495U (en) | 2015-04-17 | 2015-08-12 | 何春旺 | Multi-rotor aerocraft |
DE102015215430A1 (en) | 2015-08-13 | 2017-02-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Aircraft and method of operating an aircraft |
DE102016202195A1 (en) | 2016-02-12 | 2017-08-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of propelling an aircraft and aircraft |
WO2018063019A1 (en) | 2016-09-27 | 2018-04-05 | Liviu Grigorian Giurca | Vertical take-off and landing aircraft |
DE102017111911A1 (en) | 2017-05-31 | 2018-12-06 | Dirk Brunner | Drive system for a vehicle |
DE102018102525A1 (en) | 2018-02-05 | 2019-08-08 | Airbus Defence and Space GmbH | An aircraft propulsion system and method for providing propulsion power to an aircraft |
DE102018211459A1 (en) | 2018-07-11 | 2020-01-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Aircraft Drive System |
DE102020002414A1 (en) | 2020-04-22 | 2020-06-10 | FEV Europe GmbH | Electrified aircraft |
DE102019208354A1 (en) | 2019-06-07 | 2020-12-10 | e.SAT Management GmbH | Aircraft |
DE102019128789A1 (en) | 2019-10-24 | 2021-04-29 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Propulsion device for an aircraft |
-
2020
- 2020-07-24 DE DE102020209359.8A patent/DE102020209359A1/en active Pending
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010123601A1 (en) | 2009-01-27 | 2010-10-28 | Kuhn Ira F Jr | Purebred and hybrid electric vtol tilt rotor aircraft |
DE102014000509A1 (en) | 2014-01-16 | 2015-07-16 | Emt Ingenieurgesellschaft Dipl.-Ing. Hartmut Euer Mbh | Fixed-wing aircraft |
CN204548495U (en) | 2015-04-17 | 2015-08-12 | 何春旺 | Multi-rotor aerocraft |
DE102015215430A1 (en) | 2015-08-13 | 2017-02-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Aircraft and method of operating an aircraft |
DE102016202195A1 (en) | 2016-02-12 | 2017-08-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of propelling an aircraft and aircraft |
WO2018063019A1 (en) | 2016-09-27 | 2018-04-05 | Liviu Grigorian Giurca | Vertical take-off and landing aircraft |
DE102017111911A1 (en) | 2017-05-31 | 2018-12-06 | Dirk Brunner | Drive system for a vehicle |
DE102018102525A1 (en) | 2018-02-05 | 2019-08-08 | Airbus Defence and Space GmbH | An aircraft propulsion system and method for providing propulsion power to an aircraft |
DE102018211459A1 (en) | 2018-07-11 | 2020-01-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Aircraft Drive System |
DE102019208354A1 (en) | 2019-06-07 | 2020-12-10 | e.SAT Management GmbH | Aircraft |
DE102019128789A1 (en) | 2019-10-24 | 2021-04-29 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Propulsion device for an aircraft |
DE102020002414A1 (en) | 2020-04-22 | 2020-06-10 | FEV Europe GmbH | Electrified aircraft |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11945597B2 (en) | 2021-01-25 | 2024-04-02 | Archer Aviation, Inc. | Systems and methods for control allocation for electric vertical take-off and landing aircraft |
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