DE19911162A1

DE19911162A1 - Aerodynamic lifting wing surface is controlled by a cable system and/or struts using electromotor actuators with acceleration sensors to reduce fuselage movements

Info

Publication number: DE19911162A1
Application number: DE1999111162
Authority: DE
Inventors: Peter Grohrock
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-14
Filing date: 1999-03-14
Publication date: 2000-09-21

Abstract

The winged air or water craft has a wing surface for an aerodynamic lift with a quiet and low-energy drive to set the wing surface (18). The wing surface is in one piece, which is positioned by pref. electromotor actuators to give the lifting action and/or the wing pitch angle. The control movements are through a control cable system (22,25,26) and/or struts acting on the wing surface directly or indirectly. The movements can be effected by hydraulics. The fuselage can be fitted with an additional wing (39) for an aerodynamic lift, and an elevator (54) at the tail end. The control system works with one or more acceleration sensors to act on the auxiliary wing (39) and/or elevator (54) according to the rhythm to minimize fuselage movement.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum energieeffizienten Antrieb von Luft- und Wasserfahrzeugen mittels Bewegung von Tragflächen.The present invention relates to a system for Energy-efficient propulsion of aircraft and water vehicles by moving Wings.

Die Grundidee, die Tragflügelbewegung zum Antrieb von Luftfahrzeugen zu nutzen, ist hinreichend bekannt. Nach dem heutigen Stand der Technik ist es möglich, ferngesteuerte Flugmodelle zu bauen, deren Tragflächen über einen Exzenterantieb in oszillierende Bewegung versetzt werden (1994 Forschungsgruppe MIT Massachussets Institute of Technology USA). Dabei entspricht die Tragflächenbewegung im wesentlichen der typischen Vogelflügelschlagbewegung, wobei die rechte und linke Tragfläche gelenkig am Rumpf befestigt sind und eine oszillierende Rotationsbewegung mit einem Ausschlag von ca ± 30 Grad um die Längsachse ermöglichen. Bekannt sind auch funktionsfähige freifliegende Schwingenflugmodelle mit Gummimotorantrieb von Erich von Holst (1943, Über "künstliche Vögel" als Mittel zum Studium des Vogelflugs, Journal für Ornithologie, Band 91) mit einer Spannweite von 2,4 m.The basic idea, the wing movement for the propulsion of aircraft is well known to use. According to the current state of the art it is possible to build remote-controlled flight models, whose wings over one Eccentric drive set in oscillating motion (1994 research group MIT Massachussets Institute of Technology USA). The corresponds to Wing movement essentially the typical bird wing flap movement, the right and left wings are hinged to the fuselage and one oscillating rotational movement with a deflection of about ± 30 degrees around the Allow longitudinal axis. Functional free-flying are also known Swinging wing models with rubber motor drive by Erich von Holst (1943, About "artificial birds" as a means of studying bird flight, Journal für Ornithology, Volume 91) with a wingspan of 2.4 m.

Die Vorteile eines Antriebs mittels Bewegung der Tragflächen gegenüber konventionellen Antrieben durch Propeller liegt in einem wesentlich höheren Gesamtwirkungsgrad, so daß der Treibstoffverbrauch mindestens um den Faktor 5 gesenkt werden könnte. Weiter ergibt sich auch eine wesentlich geringere Geräuschemission. Nachteilig an der Antriebsart mittels Bewegung der Tragflächen ist das intermittierende Auftreten von Beschleunigungskräften, denen der Flugzeugrumpf und damit auch der Pilot ausgesetzt ist. Jedoch sind auch hier Gegenmaßnahmen möglich.The advantages of a drive by moving the wings over conventional propeller drives are much higher Overall efficiency, so that fuel consumption is at least 5 times could be lowered. There is also a much lower one Noise emission. A disadvantage of the type of drive by moving the wings is the intermittent occurrence of acceleration forces that the Aircraft fuselage and thus the pilot is exposed. However, here too Countermeasures possible.

Die technischen Schwierigkeiten, das Flügelschlagprinzip vor allem auch für manntragende Luftfahrzeuge zu nutzen sind im wesentlichen: 1. das relativ hohe Gewicht einer normalen Tragfläche; 2. das hohe Getriebegewicht zur Erzielung einer relativ langsamen aber kraftvollen Flügelschlagbewegung, wobei häufig der Einsatz von Kurbel- und Exzentergetrieben vorgeschlagen wurde, die in üblicher Bauart mit entsprechenden Untersetzungsgetrieben jedoch für einen Flugantrieb bei den notwendigen Antriebsleistung viel zu schwer sind; 3. Bei Verwendung eines um die Rumpflängsachse drehenden Schlagflügels ist der Wirkungsgrad durch nicht optimierte, oft nur passive Tragflächenverwindung während des Flügelschlags stark reduziert. In der Offenlegungsschrift DE 41 25 974 wurde dieses Problem erkannt und es wurde vorgeschlagen, mittels mehrerer Servomotoren in den Tragflächen, die Anstellwinkel aktiv und elektronisch zu kontrollieren, jedoch wurde hier die Komplexität aber auch das Gewichtsproblem der notwendigen Getriebe für den Hauptschlagantrieb unterschätzt. Weiter kommt hinzu, daß gerade die zentralen rumpfnah liegenden Flügelteile, die den größten Schub liefern könnten, einen nur geringen Hub erfahren, während die rumpffernen Flügelspitzen, die nur wenig tragen, am stärksten bewegt werden.The technical difficulties, especially the wing flapping principle to use for man-carrying aircraft are essentially: 1. the relatively high Weight of a normal wing; 2. the high gear weight to achieve a relatively slow but powerful wing flapping movement, often the Use of crank and eccentric gearboxes has been proposed, which is more common Design with corresponding reduction gears for an aircraft drive the necessary drive power are far too heavy; 3. When using an order the fuselage axis rotating flapping wing is the efficiency by not optimized, often only passive wing twisting during wing flapping reduced. This problem was recognized in the published patent application DE 41 25 974 and it was suggested using several servo motors in the wings that Controlling the angle of attack actively and electronically, but here the Complexity but also the weight problem of the necessary gear for the Main impact drive underestimated. Another factor is that the central wing parts close to the fuselage, which could provide the greatest thrust, only one experienced little stroke, while the wing tips distant from the fuselage have little wear, be moved the most.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem löst mit den folgenden Merkmalen die Realisierung des energiesparenden Antriebskonzepts. Dazu zählt z. B. die Verwendung einer aktiv bewegten, einteiligen, in sich starren Tragfläche als Antriebsmittel, die im wesentlichen auch das Gesamtgewicht des Fahrzeugs trägt. Die Hubbewegung ist gekennzeichnet durch eine nahezu planparallele Vertikalbewegung der Tragfläche. Durch Verzicht auf den V-förmigen Flügelschlag wird erreicht, daß der zentrale Bereich des Tragflügels mit den größten Auftriebswerten auch für maximalen Vortrieb beim Flügelschlag sorgen kann.The drive system according to the invention has the following features the implementation of the energy-saving drive concept. This includes e.g. B. the Use of an actively moving, one-piece, rigid wing as Drive means which essentially also carries the total weight of the vehicle. The stroke movement is characterized by an almost plane-parallel Vertical movement of the wing. By doing without the V-shaped Wing beat is achieved that the central area of the wing with the largest Buoyancy values can also ensure maximum propulsion when flapping the wing.

Eine seilgestützte oder verstrebte Tragflächenaufhängung und/oder eine zusätzliche Verspannung der Tragflächen ergibt zusammen mit der Anwendung moderner Materialien, wie z. B. hochfeste und leichte Stoffbespannungen, Tragflächen mit sehr geringem Eigengewicht bei hoher Steifigkeit. Erst dies ermöglicht die notwendige Bewegungsdynamik. Weiter bewirkt die Verwendung von mehreren Seilzügen für die Tragflächenhubbewegung nicht nur eine effektivere Energieübertragung sondern ermöglicht auch eine aktive Anstellwinkelveränderung und bei Bedarf auch eine aktive Tragflächenverwindung zur Verbesserung der Steuerbarkeit. Die Verlagerung aller Antriebsaggregate für die Hubbewegung und auch für die Anstellwinkelverstellung in den Rumpf führt zu einem optimales Verhältnis von Tragflächengewicht zu Rumpfgewicht.A cable-supported or braced wing suspension and / or one additional tensioning of the wings results together with the application modern materials, such as B. high-strength and light fabric coverings, Wings with very low weight and high rigidity. First this enables the necessary movement dynamics. The use further effects of multiple wire rope hoists not only a more effective one Energy transfer but also enables an active change in the angle of attack and if necessary also active wing twisting to improve the Controllability. The relocation of all drive units for the lifting movement and also for the angle of attack in the fuselage leads to an optimal Ratio of wing weight to fuselage weight.

Das Gewicht der benötigten Untersetzungssgetriebe kann vorzugsweise dadurch reduziert werden, daß die Antriebsenergie durch möglichst viele kleine separate Antriebseinheiten auf ein großes Abtriebsrad einwirkt.The weight of the reduction gears required can preferably be be reduced in that the drive energy by as many small as possible separate drive units acting on a large driven gear.

Eines der wichtigsten Merkmale der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer vorzugsweise elektronischen Steuerung der Antriebsmotoren für die Hub- und/oder Anstellwinkelbewegung der Tragfläche, wobei die Kraftentfaltung in den jeweiligen Phasen der Hubbewegung kontrolliert wird. Unter Miteinbeziehung von Kraft-, Beschleunigungs- und/oder Positionssensoren kann die Flug- oder Fahrposition des Rumpfes stabil gehalten werden. Bei einem elektromotorischen Direktantrieb kann beispielsweise der Motorstrom als Kontrollparameter genutzt werden. Bei indirekter Kontrolle wird die Kraft durch Sensoren gemessen. Mit Hilfe eines Regelalgorithmus werden kontinuierlich Anstellwinkelanpassungen durchgeführt, bis die korrekte Kraftentfaltung in den jeweiligen Hubphasen erzielt wird. Das Steuersystem ist dadurch auch in der Lage, generell eine Überlastung der Tragfläche unabhängig vom jeweiligen Flugzustand auszuschließen.One of the most important features of the present invention is that Use of a preferably electronic control of the drive motors for the stroke and / or angle of movement of the wing, the Power delivery is controlled in the respective phases of the lifting movement. Under Including force, acceleration and / or position sensors, the Flight or driving position of the fuselage are kept stable. At a electromotive direct drive, for example, the motor current as Control parameters are used. With indirect control, the force is through Sensors measured. With the help of a control algorithm be continuous Adjustments made to the angle of attack until the correct power delivery in the respective lifting phases is achieved. The control system is also able to generally an overload of the wing regardless of the respective flight condition to exclude.

Die vorzugsweise elektronische Steuerung der Antriebsaggregate für die Hubbewegung und/oder die Anstellwinkelveränderung ermöglicht die effektive Kontrolle der Tragflächenhubkraft in jeder Phase des Flügelhubs, wobei mehrere Steuerungsvarianten als erfindungsgemäße Lösung vorgeschlagen werden.The preferably electronic control of the drive units for the Stroke movement and / or the change in angle of attack enables the effective Control of the wing lifting force in each phase of the wing lift, with several Control variants can be proposed as a solution according to the invention.

Zum einen handelt es sich um einen elektronisch gesteuerten Direktantrieb, wobei Elektromotoren mit extrem niedrigen Trägheitmoment durch Reversieren der Drehrichtung über einen getriebegekoppelten Seilzug direkt die Kraft und die Bewegungsamplitude der Tragfläche bestimmen. Durch parallele Verwendung mehrerer solcher Seilzugsysteme und geringfügig unterschiedlicher Ansteuerung können gezielt Anstellwinkelveränderungen zur Schuboptimierung durchgeführt werden. Ebenso kann mit Hilfe dieses Parallelsystems eine aktive Tragflächenverwindung und somit eine Querruderfunktion ausgeführt werden. Die Energie für die Elektromotoren wird vorzugsweise generatorgekoppelten Verbrennungskraftmaschinen entnommen.Firstly, it is an electronically controlled direct drive, where electric motors with extremely low moment of inertia by reversing the Direction of rotation via a gear-coupled cable directly the power and the Determine the amplitude of movement of the wing. Through parallel use several such cable systems and slightly different control can make targeted changes in the angle of attack to optimize thrust become. An active system can also be used with this parallel system Wing twisting and thus an aileron function are performed. The Energy for the electric motors is preferably generator-coupled Taken from internal combustion engines.

Die zweite Variante basiert auf einem System, wobei die Hauptenergie für den Hub durch direkte mechanische Kopplung mit Hilfe eines Exzenters auf die Seilzüge übertragen wird. Ein elektronisch reversierbares Antriebssystem wird dann nur noch für die Anstellwinkelsteuerung und/oder Querruderfunktion benötigt, wobei mit Hilfe der elektronischen Anstellwinkelkontrolle auch die volle Kontrolle über die auf die Tragfläche ausgeübten Hubkräfte vorhanden ist. Mit Hilfe der elektronischen Steuerung und unter Zuhilfenahme von Kraftsensoren und/oder unter Einbeziehung der aktuellen Fluggeschwindigkeit ist es möglich, die Anstellwinkel so zu regulieren oder zu variieren, daß z. B. für maximalen Schub in der Phase des Abschlags die maximal zulässige Tragflächenbelastung erreicht, und in der Phase des Aufschlags die minimal zulässige erreicht wird. Es ist erfindungsgemäß auch eine Möglichkeit vorgesehen, das Antriebssystem rein mechanisch zu kontrollieren, wobei jedoch mit einer Einbuße im erzielbaren Maximalschub gerechnet werden muß.The second variant is based on a system, the main energy for the stroke by direct mechanical coupling with the help of an eccentric Cables are transmitted. An electronically reversible drive system is then only required for the pitch control and / or aileron function, with the help of the electronic angle control also the full control about the lifting forces exerted on the wing. With the help of electronic control and with the help of force sensors and / or under Including the current airspeed, it is possible to change the angle of attack to regulate or vary so that, for. B. for maximum thrust in the phase of The maximum allowable wing load is reached, and in the phase of the surcharge the minimum allowable is reached. It is also according to the invention provided a possibility to control the drive system purely mechanically, however, a loss in the achievable maximum thrust is to be expected got to.

Eine dritte Variante, die vorzugsweise im Flugsport eingesetzt werden kann, ist die, den seilzuggekoppelten elektronischen Reversierantrieb in Verbindung mit einem Hängegleiter in besonders leichter Ausführung zu benutzen. Die Geschwindigkeitsregulierung sowie die Start- und Landemanöver werden bei gewichtskraftgesteuerten Hängegleitern durch manuelle Anstellwinkelveränderungen der Tragfläche durchgeführt. Das Antriebssystem ermöglicht dem Piloten mit Hilfe der Elektronik vollkommen freie Wahl in der Art des Tragflächenhubs und Anstellwinkels. Die Elektronik übernimmt vom Piloten ein Steuersignal vorzugsweise für die Hubgeschwindigkeit und setzt es mit Hilfe des elektronisch reversierbaren Antriebs in die Bewegung der Tragfläche um. Zur Sicherheit wird von der Elektronik auch die maximale Kraft sowie die Hubwege begrenzt. Die Effektivität des Flugantriebs wird hier in großem Maße von der Geschicklichkeit des Piloten abhängen. Eine motorische Untersützung der Anstellwinkelveränderung ist auch hier durch Verwendung eines weiteren Seilzugsystems möglich. Durch eine funktionell erweiterte programmierbare Elektronik kann die Steuerung des Fluggeräts erleichtert oder auch vollautomatisiert werden.A third variant, which can preferably be used in aviation, is the, the cable-linked electronic reversing drive in connection with to use a hang glider in a particularly light version. The Speed regulation as well as the take-off and landing maneuvers are at weight-controlled hang gliders through manual Changes in the angle of attack of the wing. The drive system enables the pilot with the help of electronics completely free choice in style wing lift and angle of attack. The electronics take over from the pilot Control signal preferably for the stroke speed and sets it using the electronically reversible drive into the movement of the wing. For The electronics also ensure maximum power and stroke lengths limited. The effectiveness of the aircraft propulsion is largely dependent on the Depend on the skill of the pilot. A motor support of the Angle change is also here by using another Cable system possible. Through a functionally expanded programmable Electronics can make the control of the aircraft easier or even fully automated become.

Embodiments

Im folgenden wird die Erfindung an vier Ausführungsbeispielen erläutert, wobei das erste Beispiel eine Anwendung im Flugsport beschreibt, bei dem das System zum Antrieb von Hängegleitern benutzt wird. Das zweite Beispiel zeigt eine Anwendungsmöglichkeit im allgemeinen Luftverkehr. Das dritte Beispiel zeigt ein tragflächenangetriebenes Motorboot und das viere ein muskelkraftgetriebenes Tragflächenboot.The invention is explained below using four exemplary embodiments, the first example describing an application in aviation in which the System for driving hang gliders is used. The second example shows one Possible application in general air traffic. The third example shows one wing-powered motorboat and the four a muscle-powered one Hydrofoil.

example 1 Hang glider drive

Hierbei handelt es sich um ein Hängegleiterantriebssystem mit elektromotorischem Antrieb, mit Akkubetrieb und Nachladefähigkeit im Flug. Fig. 1 zeigt einen Hängegleiter moderner Bauart mit einer Sinkrate von ca. 1 m/s, bestehend aus einer Hängegleitertragfläche (1) und einer verstrebten Unterverspannungskonstruktion (2), die die Voraussetzung für einen leichte und dennoch durchbiegungssteife Tragfläche bietet. Unter der Tragfläche hängt über den in der Länge variablen Seilzug (3) der Pilot (4), an dessen Rücken das Antriebssystem (5) montiert ist. In Fig. 2 ist der Bewegungsablauf eines Tragflächenabschlags dargestellt. Durch Betätigung eines Fingersensors (6), dargestellt in Fig. 3, kann der Pilot die Zuggeschwindigkeit des Seilzugs (3) und damit die Hubgeschwindigkeit der Tragfläche steuern. Um die notwendigen Tragflächenkraftverläufe während des Hubs zu erzielen, moduliert der Pilot den Anstellwinkel duch direktes Drücken und Ziehen an der Tragflächenverstrebung, d. h. an den Basisseitenrohren (7).This is a hang glider drive system with electromotive drive, with battery operation and reloadability in flight. Fig. 1 shows a hang glider of modern design with a sink rate of about 1 m / s, consisting of a hang glider wing ( 1 ) and a braced under-tensioning construction ( 2 ), which provides the prerequisite for a light, yet deflection-resistant wing. The pilot ( 4 ), on the back of which the drive system ( 5 ) is mounted, hangs over the cable ( 3 ), which is variable in length, under the wing. In Fig. 2 the sequence of movements of a wing tee is shown. By actuating a finger sensor ( 6 ), shown in FIG. 3, the pilot can control the pulling speed of the cable pull ( 3 ) and thus the lifting speed of the wing. In order to achieve the necessary wing force profiles during the lift, the pilot modulates the angle of attack by pressing and pulling directly on the wing strut, ie on the base side tubes ( 7 ).

Für das Antriebssystem wurde zur Erzielung der notwendigen Dynamik und Handhabbarkeit ein elektromotorisches Antriebssystem gewählt, dargestellt in Fig. 4, wobei Gleichstrom-Elektromotoren (8) mit eisenlosem Anker eingesetzt sind. Diese Bauform ermöglicht den erfindungsgemäß schnellen Reversierbetrieb ohne große Trägheitsverluste. Eingesetzt sind im Ausführungsbeispiel 2 × 10 Motoren (8), die auf jeweils ein großes Abtriebszahnrad (9) wirken. Diese Bauform ermöglicht eine hohe Untersetzung bei gleichzeitig geringen Zahnflankenpressungen. Der angekoppelte Seilzug (3) mit einem kleineren Seilwickelradius (10) stellt zusammen mit der Flaschenzugumlenkung (11) im Aufhängepunkt eine weitere trägheitsmassesparende Untersetzung dar. Das elektronische System beinhaltet hier eine Strombegrenzung, die erfindungsgemäß dafür sorgt, daß während des Abschlags das Drehmoment der Motoren so begrenzt wird, daß die Tragfläche optimal belastet wird. Die Abtriebswelle beinhaltet einen Drehwinkelsensor zur Erfassung der vertikalen Position der Tragfläche und zur Erfassung der Hubgeschwindigkeit. Der Pilot bedient zur Steuerung des Tragflächenhubs ein mit dem Zeigefinger bedienbares Sensorelement (6), das sich an einem speziellen Steuerhandschuh befindet. Damit wird die Hubgeschwindigkeit und Hubrichtung definiert. Für den korrekten Anstellwinkel hat der Pilot in üblicher Weise das Steuertrapez des Hängegleiters zu bedienen, wobei sich die Hände an frei verschiebbaren Griffen der Trapezseitenrohre befinden.To achieve the necessary dynamics and manageability, an electromotive drive system was selected for the drive system, shown in FIG. 4, with direct current electric motors ( 8 ) with an ironless armature being used. This design enables the reversing operation to be carried out quickly according to the invention without large losses of inertia. In the exemplary embodiment, 2 × 10 motors ( 8 ) are used, each of which acts on a large output gear ( 9 ). This design enables a high reduction with low tooth flank pressures. The coupled cable pull ( 3 ) with a smaller cable winding radius ( 10 ), together with the pulley deflection ( 11 ) at the suspension point, represents a further reduction in inertia saving. The electronic system here includes a current limitation which, according to the invention, ensures that the torque of the motors during the cut is limited so that the wing is optimally loaded. The output shaft contains a rotation angle sensor for detecting the vertical position of the wing and for detecting the lifting speed. To control the wing lift, the pilot operates a sensor element ( 6 ) that can be operated with the index finger and is located on a special control glove. This defines the stroke speed and stroke direction. For the correct angle of attack, the pilot has to operate the trapezoid of the hang glider in the usual way, with the hands on freely movable handles of the trapezoidal side tubes.

Hang glider improvements

Zwei erfindungsgemäße Verbesserungsmaßnahmen zur leichteren Steuerbarkeit und zur Verringerung des Gewichts des Hängegleiters sind in Fig. 5 und 6 dargestellt. Um den Hängegleiter auch in unmittelbarer Bodennähe besser steuern zu können, ist er mit einem neuen erfindungsgemäßen System zur Querrudersteuerung bzw. zur aktiven Tragflächenverwindung ausgestattet. Fig. 5 zeigt, wie die Flügelenden (12) dabei durch gegengleiches Drücken und Ziehen der Trapezseitenrohre (13) nach oben oder unten verdreht werden. Erfindungsgemäß werden die vordere und hintere Unterverspannung des Hängegleiters über Umlenkrollen am Kielrohr befestigt. Die Flügelseitenrohre (14) sind in der Rohrlängsachse drehbar an der Nasenplatte befestigt, so daß über einen Hebel (15) die Bewegung der vorderen, über Kreuz geführten Unterverspannung (16) zur Rotation des Flügelseitenrohrs (14) führt. Die torsionssteif mit den Flügelseitenrohren verbundenen Wingtips können nun die Querruderfunktion bewirken.Two improvement measures according to the invention for easier controllability and for reducing the weight of the hang glider are shown in FIGS. 5 and 6. In order to be able to better control the hang glider even in the immediate vicinity of the ground, it is equipped with a new system according to the invention for aileron control or for active wing twisting. Fig. 5 shows how the wing ends ( 12 ) are rotated upwards or downwards by pushing and pulling the trapezoidal side tubes ( 13 ) in the same direction. According to the invention, the front and rear under-tensioning of the hang glider are attached to the keel tube via deflection rollers. The sash side tubes (14) are fixed in the pipe longitudinal axis rotatably mounted on the lug plate so that the movement of the front guided crosswise Unterverspannung (16) via a lever (15) for rotation of the sash side tube (14). The torsionally rigid wing tips connected to the wing side tubes can now effect the aileron function.

Eine weitere Verbesserung, dargestellt in Fig. 6, dient der Reduktion des Gesamtgewichts des Hängegleiters. Dies wird erfindungsgemäß durch eine zusätzliche Segellattenverspannung (17) erreicht, wobei ein großer Teil der Tragflügelkräfte nicht über die Segelvorderkante auf das Flügelseitenrohr (14), sondern über die Segellattenverspannung (17) direkt auf die Trapezecke (18) und über das Trapezseitenrohr auf den zentralen Aufhängepunkt übertragen wird. Dadurch wird auch erreicht, daß die Tunnelbildung reduziert wird. Dies ergibt unter erhöhter Last eine bessere Gleitzahl und ermöglicht eine Verringerung der statischen Segelspannung. Bei gleicher Traglast kann leichteres Segelmaterial und dünnwandigeres Aluminiumrohr verwendet werden und führt zu einer Reduzierung des Tragflächengewichts.Another improvement, shown in Fig. 6, serves to reduce the total weight of the hang glider. This is achieved according to the invention by an additional battens tension ( 17 ), a large part of the wing forces not on the wing leading edge on the wing side tube ( 14 ), but on the battens tensioning ( 17 ) directly on the trapeze corner ( 18 ) and on the trapezoidal side tube on the central one Suspension point is transmitted. This also means that tunneling is reduced. This results in a better glide ratio under increased load and enables a reduction in the static sail tension. With the same load capacity, lighter sail material and thinner-walled aluminum tube can be used and leads to a reduction in the wing weight.

Example 2 Touring plane

Fig. 7 zeigt das Schlagflächenflugzeug als Hochdecker, wobei die Haupttragfläche als Antriebstragfläche (18) gelenkig über eine Strebe (19) mit dem Heck des Rumpfes verbunden ist. Die Gelenkachsen der Strebe (19) sind jeweils horizontal und quer zur Rumpflängsachse ausgerichtet, wobei sich für die Tragfläche ein Bewegungsfreiheitsgrad für eine annähernd vertikale Bewegung (20) und ein Bewegungsfreiheitsgrad für eine Kipprotation (21) entsprechend der Anstellwinkelverstellung ergibt. Die Übertragung der Hubkräfte und Tragflügelkräfte findet hier über ein Doppelseilzugsystem (22) statt, wobei die Seilzüge paarweise an der Tragfläche so angeordnet sind, daß die Krafteinleitung symmetrisch in einem definierten Abstand vor und hinter der Druckpunktlinie angreift. Fig. 8 zeig das Doppelseilzugsystem im Detail. Die Hubarbeit wird hier von einem kontinuierlich rotierenden Zugring oder einer Zugscheibe (23) mit Kurbelzapfen auf das Seilzugsystem übertragen. Der Antrieb des Zugrings erfolgt vorzugsweise nach dem Prinzip, daß mehrere separate Antriebseinheiten über Ritzel das Drehmoment direkt auf den Zugring übertragen. Dadurch wird eine hohe Untersetzung bei niedrigem Getriebegewicht erreicht. Vorzugsweise können hier sogar leichte energiesparende Dieselmotoren eingesetzt werden, wobei gleichzeitig die Unfallgefahr durch Kraftstoffentzündung minimiert wird. Fig. 7 shows the flapping plane as a high-wing aircraft, the main wing as the drive wing ( 18 ) being articulated to the stern of the fuselage via a strut ( 19 ). The joint axes of the strut ( 19 ) are each aligned horizontally and transversely to the fuselage longitudinal axis, with a degree of freedom of movement for approximately vertical movement ( 20 ) and a degree of freedom of movement for a tilting rotation ( 21 ) corresponding to the angle of incidence adjustment for the wing. The transmission of the lifting forces and wing forces takes place here via a double cable system ( 22 ), the cables being arranged in pairs on the wing so that the force application acts symmetrically at a defined distance in front of and behind the pressure point line. Fig. 8 shows the double cable system in detail. The lifting work is transferred to the cable system by a continuously rotating pull ring or a pull plate ( 23 ) with crank pin. The pull ring is preferably driven on the principle that several separate drive units transmit the torque directly to the pull ring via pinions. This achieves a high reduction with a low gear weight. Preferably, even light energy-saving diesel engines can be used here, at the same time the risk of accidents from fuel ignition is minimized.

Die Steuerung der Krafteinleitung während der Hubphasen wird in diesem Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß durch einen schnellen reversierenden elektromotorischen Antrieb (24) bewerkstelligt, wobei dieser Antrieb jedoch nun ausschließlich für die Anstellwinkelveränderung zuständig ist. Die vorderen (25) und hinteren (26) zwei Tragflächenaufhängungsseile werden zunächst über Basisrollen (27) geführt, die mit Kraftsensoren (28) versehen sind. Dann werden die Seile über weitere in ihrer Position verstellbare Umlenkrollen (29) geführt. Diese Umlenkrollen sind über weitere Seilzüge mit den Ecken einer Taumelplatte (30) verbunden, wobei die Seilzüge für die Umlenkrollen der hinteren Tragflächenaufhängung über Kreuz (31) geführt werden. Die Taumelplatte, die in einer vertikalen und einer horizontalen Achse drehbar gelagert ist, kann dadurch getrennt Tragflächenverwindung (32) und Anstellwinkelveränderung (33) herbeiführen. Der Nickantrieb zur Anstellwinkelveränderung, der durch eine Pendelbewegung bzw. reversierende Rotation um die Horizontalachse charakterisiert ist, wird nun durch den gesteuerten elektromotorischen Antrieb (24) bewerkstelligt. Mithilfe der Kraftsensoren (28) in der Tragflächenaufhängung und eines Drehwinkelsensors für die Hubantriebsrotation (34), d. h. die Registrierung der Hubphase, ist die elektronische Steuerung in der Lage den Flügelschlag optimal zu kontrollieren. Der Pilot gibt nur noch den gewünschten Schub oder die Fluggeschwindigkeit vor.In this exemplary embodiment, the control of the introduction of force during the lifting phases is accomplished according to the invention by a fast reversing electromotive drive ( 24 ), but this drive is now solely responsible for changing the angle of attack. The front ( 25 ) and rear ( 26 ) two wing suspension cables are first guided over base rollers ( 27 ) which are provided with force sensors ( 28 ). Then the ropes are guided over further deflection rollers ( 29 ) which are adjustable in their position. These deflecting rollers are connected to the corners of a swash plate ( 30 ) by means of additional cables, the cables for the deflecting rollers of the rear wing suspension being guided in a cross ( 31 ). The swashplate, which is rotatably mounted in a vertical and a horizontal axis, can thereby separately cause the wing to twist ( 32 ) and change the angle of attack ( 33 ). The pitch drive for changing the angle of attack, which is characterized by a pendulum movement or reversing rotation about the horizontal axis, is now accomplished by the controlled electric motor drive ( 24 ). With the help of the force sensors ( 28 ) in the wing suspension and a rotation angle sensor for the lift drive rotation ( 34 ), ie the registration of the lift phase, the electronic control is able to optimally control the wing beat. The pilot only specifies the desired thrust or the flight speed.

Neben der elektronischen Steuerung kann der Anstellwinkel wahlweise auch durch eine rein mechanische Steuerung kontrolliert werden, wobei jedoch nicht die volle Antriebseffektivität erreicht wird. Vom Zugring oder der Zugscheibe (23) ausgehend wird ein Exzenter (35) mit kleinerem Umlaufradius bewegt, der mittels einer Schubkurbel (36) den Nickantrieb (37) phasensynchron bewegt. Durch Variation der Hebellänge (38) hat der Pilot die Möglichkeit, die Nickamplitude und somit die resultierende Fluggeschwindigkeit zu kontrollieren.In addition to the electronic control, the angle of attack can optionally be controlled by a purely mechanical control, but the full drive effectiveness is not achieved. Starting from the pull ring or the pull disk ( 23 ), an eccentric ( 35 ) with a smaller circumferential radius is moved, which moves the pitch drive ( 37 ) in phase synchronization by means of a push crank ( 36 ). By varying the lever length ( 38 ), the pilot can control the pitch amplitude and thus the resulting flight speed.

Im Ausführungsbeispiel in Fig. 7 ist das Flugzeug mit einer Stummeltragfläche (39) versehen, die flügelschlaginduzierte Rumpfbewegungen effektiv minimiert. Wenn höherer Komfort gewünscht ist, kann diese Tragfläche im Anstellwinkel synchron zum Flügelschlag vorzugsweise elektronisch unter Einsatz von Beschleunigungssensoren bewegt wird. Als Alternative zur Tragflächenverwindung kann auch die Stummeltragfläche die Querruderfunktion übernehmen. In the exemplary embodiment in FIG. 7, the aircraft is provided with a stub wing ( 39 ) which effectively minimizes fuselage-induced fuselage movements. If greater comfort is desired, this wing can be moved at the angle of attack, preferably electronically, using acceleration sensors, in synchronism with the wing beat. As an alternative to twisting the wing, the stub wing can also perform the aileron function.

Example 3 Motor boat drive

Ebenso wie bei dem oben dargestellten Flugantrieb können auch Motorboote, wie in Fig. 9 dargestellt, mit einem erfindungsgemäß aktiv bewegten Tragflügel angetrieben werden. Die Tragfläche (40) des Motorbootes befindet sich unterhalb des Gesamtschwerpunktes des Bootes. Der Bootsrumpf stützt sich mit vier Tragstreben (41) auf der Tragfläche ab, die nun analog zum oben beschriebenen Tragflächenantrieb vorzugsweise über Seilzugsysteme (42) bewegt werden. Am Heck des Bootes befindet sich eine hintere Hilfstragfläche (43) sowie ein Seitenruder. Die Anstellwinkelveränderung der antreibenden Tragfläche (40) wird hier durch die elektronische Steuerung vorgenommen, wobei im Bereich der vorderen Hilfstragfläche (44) zusätzlich ein Sensor (45) zur Erfassung und damit zur Regelung der Bootshöhe über Wasserstand verwendet wird. Im Gegensatz zum Fluggerät muß das Boot in einem sehr schmalen Korridor knapp oberhalb der Wasseroberfläche geführt werden um zum einen das Auftauchen der Tragfläche aus dem Wasser aber auch den Wasserkontakt des Bootsrumpfes während des Tragflächenschlags zu verhindern. Die Hilfstragflächen (43, 44) können mit hubsynchroner Anstellwinkelveränderung zur Reduktion der Bootsrumpfbewegungen eingesetzt werden. Die aktive Tragflächenverwindung der Haupttragfläche (40) ermöglicht neben der Funktion, die horizontale Ausrichtung des Bootes während der Fahrt zu kontrollieren auch die Möglichkeit, das Boot im Stillstand auf der Stelle zu wenden.Just as with the flight drive shown above, motor boats, as shown in FIG. 9, can also be driven with an airfoil actively moved according to the invention. The wing ( 40 ) of the motor boat is below the overall center of gravity of the boat. The boat hull is supported by four support struts ( 41 ) on the wing, which are now preferably moved via cable pull systems ( 42 ) analogous to the wing drive described above. At the stern of the boat there is a rear auxiliary wing ( 43 ) and a rudder. The change in the angle of attack of the driving aerofoil ( 40 ) is carried out here by the electronic control, a sensor ( 45 ) additionally being used in the area of the front auxiliary aerofoil ( 44 ) to detect and thus regulate the boat height above the water level. In contrast to the aircraft, the boat must be guided in a very narrow corridor just above the water surface to prevent the wing from emerging from the water but also to prevent the hull from coming into contact with the water during the wing beat. The auxiliary wings ( 43 , 44 ) can be used with a stroke-synchronous change in angle of attack to reduce boat hull movements. The active wing twisting of the main wing ( 40 ) enables not only the function of checking the horizontal alignment of the boat while driving, but also the possibility of turning the boat at a standstill.

Example 4 Muscle powered hydrofoil

Fig. 10 zeigt das Antriebssystem nach Anspruch 1 in seiner rudimentärsten Form, wobei die trägheitsarmen Aktuatoren menschliche Muskeln sind und ausschließlich der Mensch das komplette Steuersystem darstellt. Das muskelkraftgetriebene Wasserfahrzeug besteht aus einem Rohrrahmen (46) mit einem Haltegriff (47), einer vorderen und einer hinteren Stabilisierungstragfläche (48) in W-Form und einer unter Wasser befindlichen Haupttragfläche (49). Diese Haupttragfläche, die während der Fahrt die Hauptlast trägt, ist gelenkig und parallelogrammartig über vordere (50) und hintere (51) Streben mit Fußpedalen verbunden, die sich oberhalb des Wasserspiegels befinden. Ebenso sind die Fußpedale als auch die Unterwassertragfläche nach hinten mit weiteren Führungsstreben (52) gelenkig verbunden, so daß sich die Tragfläche im Wesentlichen nur vertikal bewegen läßt und der Anstellwinkel der Tragfläche durch den Kippwinkel der Füße und/oder durch Anschlagsbegrenzungen ergibt. Fig. 10 shows the propulsion system according to claim 1 in its most rudimentary form, the low inertia actuators are human muscles and excluding human represents the complete control system. The muscle-powered watercraft consists of a tubular frame ( 46 ) with a handle ( 47 ), a front and a rear stabilizing wing ( 48 ) in a W shape and a main wing ( 49 ) located under water. This main wing, which bears the main load while driving, is connected in an articulated and parallelogram-like manner via front ( 50 ) and rear ( 51 ) struts to foot pedals which are located above the water level. Likewise, the foot pedals and the underwater wing are articulated to the rear with further guide struts ( 52 ), so that the wing can essentially only be moved vertically and the angle of attack of the wing results from the tilt angle of the feet and / or from limit stops.

Schwimmer (53) seitlich der vorderen und hinteren Stabilisierungstragflächen ermöglichen ein problemloses Anfahren.Floats ( 53 ) on the side of the front and rear stabilization wings enable easy starting.

Claims

1. Vehicle with a wing lifting device for low-noise and energy-saving drive by active substantially vertical movement of the main wing ( 1 , 18 , 40 , 49 ) and by changing the angle of attack, characterized in that the wing used for driving is essentially in one piece and that Control system is equipped with particularly low-inertia, preferably electromotive actuators for driving or for controlling the lifting movement and / or angle of attack movement of the wing.

2. Vehicle with a wing lifting device according to claim 1, characterized in that the drive power preferably via a cable system ( 3 , 22 , 25 , 26 , 42 ) and / or struts ( 7 , 41 , 50 , 51 ) directly or indirectly on the wing is transmitted.

3. Watercraft with a motorized wing lifting device according to claim 1 or 2, characterized in that the drive used Airfoil is equipped with struts that drive power hydraulically transfer.

4. Vehicle with a wing lifting device according to claim 1 or 2 or 3, characterized in that at least one auxiliary wing ( 39 , 43 , 44 , 48 ) is attached to the fuselage of the vehicle.

5. Vehicle according to claim 4, characterized in that the control system is preferably equipped with the aid of one or more acceleration sensors and via one or more actuators the angle of attack of the auxiliary wing (s) ( 39 , 43 , 44 , 48 ) and / or the elevator ( 54 ) changed in rhythm with the wing beat so that the movement of the fuselage is minimized.

6. Control for a vehicle claim 1, characterized in that the control system performs an active adjustment of the angle of attack or the lifting movement of the wing ( 1 , 18 , 40 , 49 ) during the lifting movement and that by means of the preferably electronic control system introduced into the wing Forces can preferably be regulated or controlled by sensors ( 28 ) in each phase of the wing flapping in such a way that predetermined force-phase characteristic curves are observed and, in full load operation, the maximum permissible wing loading occurs, for example, in the towing phase and the in the towing phase minimum allowable.

7. Control for a watercraft with a motorized wing lifting device according to claim 1, characterized in that the control system performs an active adjustment of the angle of attack or the lifting movement of the wing ( 40 ) during the lifting movement and that the position of the fuselage with the aid of the preferably electronic control system a water level sensor ( 45 ) is controlled so that the emergence of the wing from the water but also the water contact of the boat hull is prevented during the wing beat.

8. Control for a vehicle with a motor Wing lifting device according to claim 1, characterized in that under Specification of a thrust, the vertical stroke movement and / or the Change of angle of attack fully automatically by an electronic or microprocessor-controlled control system, preferably using a direct or indirect lifting signal is checked.

9. Vehicle with a motorized wing lifting device according to claim 1, characterized in that the wing lifting movement is generated by an alternating direction of rotation electric motor drive ( 5 , 8 ), and the control system preferably controls this drive electronically.

10. Control for a vehicle according to claim 1 or 9, characterized in that the control signals for the lifting movement and the angle of attack are carried out directly by the pilot and that the drive system contains an electronic control unit ( 5 ) which can be operated by the pilot control handle sensor ( 6 ), with the help of which the wing lifting speed and / or the wing lifting position can be controlled.

11. Vehicle according to claim 1 or 7, characterized in that at least one drive system for the stroke or angle movement ( 5 , 23 , 24 ) contains at least one toothed gear, preferably several, at least 2, preferably 10 motor units ( 8 ) high speed act on a common driven gear ( 9 , 24 ) or driven ring ( 23 ) at low speed by means of direct spur gearing or toothed belts.

12. Vehicle with a motorized wing lifting device Claim 1 or 9, characterized in that the drive energy for the electric drive system from a generator coupled Combustion engine comes.

13. Vehicle with a motorized wing lifting device Claim 1 or 9, characterized in that the drive energy from batteries or fuel cells.

14. Aircraft with a motorized wing lifting device Claim 13, characterized in that the control electronics have a function includes, which makes it possible during the flight by means of the electrical Drive system in upwind zones to recharge the batteries, taking the energy is removed during the wing lift.

15. Aircraft with a motorized wing lifting device according to claim 1, characterized in that a hang glider is used as the wing, the stroke of the wing ( 1 ) being controlled manually by means of the control system and the angle of attack via the trapezoid ( 7 ) of the hang glider.

16. Improved hang glider wing, preferably for a propulsion system for aircraft according to the flapping wing principle, characterized in that the wing is a hang glider wing provided with preferably profiled battens, which is at least provided with trapezoid and under-tensioning and part of the inner battens, at least one right and one the left are connected to the harness ticks ( 18 ) by ropes ( 17 ).

17. Improved hang glider wing according to claim 16, characterized in that at least one batten with at least one rope is connected via deflection rollers on the trapeze corners ( 18 ) to the corresponding batten of the opposite wing half.

18. Hang glider wing with a system for aileron control or for active wing twisting, characterized in that the wing halves or the wing ends ( 12 ) are rotated in opposite directions upwards and downwards by pushing and pulling the trapezoidal side tubes ( 13 ), the front ( 16 ) and the rear under-tensioning of the hang glider are fixed to the keel tube or to the trapezoidal base corners via deflection rollers ( 55 ) and the movement of the trapezoidal side tubes ( 13 ) is converted into the wing twisting by means of levers and / or cable pulls.

19. Hang glider wing with a system for aileron control or active wing twisting according to claim 15, characterized in that the wing ends are preferably twisted torsionally connected to the wing side tubes wing tips ( 12 ) or outer battens, the wing side tubes ( 14 ) rotatable in the tube longitudinal axis are attached to the nose plate and, via a lever ( 15 ) in each case, converts the movement of the front under tension into the rotation of the wing side tubes.

20. Cable system for a vehicle with a motorized wing lifting device according to claim 1, characterized in that the cable system for transmitting the driving forces to the wing of at least one pair of suspension cables ( 22 , 42 ) consisting of a front ( 25 ) and a rear ( 26 ) Carrier rope, there is, the suspension points are preferably in front of and behind the pressure line of the wing.

21. Cable system for a vehicle with a motorized wing lifting device according to claim 1, characterized in that the cable system for transferring the driving forces to the wing consists of several, but at least two, carrying cables or pairs of supporting cables ( 22 ) and the suspension points are preferably distributed over the span that the wing deflection becomes a minimum.

22. Vehicle with a motorized wing lifting device according to claim 1, characterized in that the wing lifting movement is generated by a continuously rotating output ring or driven pulley ( 23 ) with crank pin and cable system, and preferably only the angle of movement by a separate, alternating, alternating, preferably electric motor drive ( 24 ) is generated.

23. A device for separating the change in angle of attack and / or wing twisting from the lifting movement in cable-based wing lifting devices according to claim 1, characterized in that the ropes moved synchronously for the wing lifting via separate deflection pulley units ( 29 ) for the front ( 25 ) and the rear ( 26 ) Wing suspension are performed, which are each arranged displaceably and the mutual displacement is preferably brought about by the rotational movement of a lever or a swash plate ( 30 ).

24. Watercraft with a wing lifting device according to claim 1, characterized in that the drive or control of the lifting movement and the angle of movement of the driving wing ( 49 ) is carried out by means of human muscle power, preferably via the feet.