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Die
Erfindung richtet sich auf ein Fluggerät in Form eines Luftschiffs.
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Es
sind verschiedene Luftschiff-Typen bekannt, nämlich solche mit einem inneren
Gerüst
und jene ohne ein solches. Beiden gemeinsam ist, dass sich das Volumen
innerhalb der Hülle
nicht beeinflussen läßt. Da Luftschiffe
zum Fahren leichter als Luft sein müssen, ergibt sich ein sehr
großes
Volumen. Dieses erlaubt zwar den Aufstieg des Luftschiffs, bildet
jedoch auch einen großen
Luftwiderstand, wodurch die Fluggeschwindigkeit der Luftschiffe
stark eingeschränkt
ist.
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Aus
diesem Nachteil des Standes der Technik resultiert das die Erfindung
initiierende Problem, ein Fluggerät nach Art eines Luftschiffs
derart weiterzubilden, dass es während
der Fahrt einen minimalen Luftwiderstand hat.
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Die
Lösung
dieses Problems gelingt bei einem Fluggerät in Form eines Luftschiff
zum Transport von Personen und/oder Fracht, mit einer Hülle, welche
wenigstens einen Hohlraum gasdicht umgibt, der mit einem Medium
gefüllt
ist, dessen spezifisches Gewicht geringer ist als Luft, durch eine
Einrichtung zur Veränderung
des Volumens wenigstens eines von der Hülle umgebenen, gasgefüllten Hohlraums während der
Fahrt des Luftschiffs.
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Durch
die Veränderung
des Volumens wird auch der Querschnitt des Luftschiffs verändert. Während beim
Start der Querschnitt durch das zum Aufstieg erforderliche Füllungsvolumen
vorgegeben ist, läßt sich
der Querschnitt anschließend
reduzieren, um eine größere Fahrtgeschwindigkeit
zu erreichen.
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Das
Fluggerät
weist zwei unterschiedliche Betriebsmoden auf: Den Schwebemodus
zum Starten und Landen einerseits und den Fahrmodus andererseits.
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Am
Boden hat das Luftschiff die Form der Hülle mit minimalem Volumen und
entsprechend das maximale Gewicht, was es erlaubt, auf Luftschiffhallen
und Landungseinrichtungen für
Luftschiffe zu verzichten.
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Zum
Abheben des Luftschiffs werden die zentrale Säule und ggf. auch die davon
radial auskragenden Träger
teleskopisch verlängert
bis zur Höchstlänge; dadurch
vergrößert sich
die Fläche
der oberen Hülle,
gleichzeitig wird das Gas in die Gasbehälter gefüllt, was das Volumen und entsprechend
die Aufstiegkraft steigert. Nach dem Start und der Anfangsgeschwindigkeitszunahme
wird die hohe Hüllenform
des Luftschiffs zum Hindernis für
eine weitere Geschwindigkeitszunahme. Die zentrale Säule und
die Träger
ziehen sich teleskopisch zurück, gleichzeitig
wird aus den Gasbehältern
das Gas, welches die Auftriebskraft erzeugt, unter Hochdruck in die
Ballons für
die Aufbewahrung von Gas gepumpt. Die biegsame Hülle zieht sich zusammen, die
Segmente des harten Rumpfs werden von allen Seiten an die Stützrippen
und an der oberen Scheibe befestigt. Das Luftschiff nimmt sein minimalen
Volumen und seine minimale Korpusform an, die es ihm erlaubt, die
Geschwindigkeit beträchtlich
zu steigern. Das erhöhte
Gewicht wird durch die Tragkraft der Flügelform und durch die aerodynamischen
Korpusqualitäten
kompensiert.
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Für die Durchführung einer
Wende und für das
Manövrieren
wird die Drehung der unteren Scheibe um die zentrale Säule zusammen
mit der unteren Hülle
und mit den Flügeln
eingesetzt. Zum Schweben am nötigen
Platz oder für
die Landung erfolgt die Geschwindigkeitsreduzierung und die Vergrößerung des
Volumens der oberen Hülle
bis zum Erreichen der maximalen Größe. Die gesteuerte Landung
erfolgt als Ergebnis der nachfolgenden Volumenabnahme der oberen
Hülle und
der Gewichtszunahme des Apparates.
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Die
Nutzung der Kraft der Luftströmungen
ermöglicht
den Einsatz des Höchstvolumens
des Fluggeräts,
um den Brennstoffverbrauch zu reduzieren und die Energiespeicher
an Bord aufzufüllen.
Die Nachfüllung
der Energievorräte
geschieht beim Höchstvolumen
der oberen Hülle
auf folgende Weise: Die Segmente der harten Hülle werden von der Bindung
an der oberen Scheibe gelöst
und können
sich frei um eine der Stützrippen
herum drehen. Die Segmente, für die
der Wind als Gegenwind kommt, sind dicht an der oberen Scheibe plaziert,
und die Segmente an der anderen Seite, für die der Wind sich als günstig erweist,
drehen sich um eine der Stützrippen um
den Grad nicht höher
als 90°.
Der Winddruck wird an die obere Scheibe weitergegeben, an der die Stützrippen
befestigt sind, und sie fängt
an, sich um die zentrale Säule
zu drehen, dank der unterschiedlichen Windbelastung auf die Segmente
der harten Hülle.
Die Drehung der oberen Scheibe wird an den Elektrogenerator weitergegeben,
der daraus Strom produziert.
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Die
angebotene Luftschiffkonstruktion erlaubt es, die Transportgeschwindigkeit
und Manövrierfähigkeit
wesentlich zu steigern, den Luftwiderstand in Bewegungsgegenrichtung
und Seiteneinfluss durch den Wind zu reduzieren. Auch die Einsatzmöglichkeiten
der Luftschiffe erweitern sich dank der Landung ohne spezielle Landungseinrichtungen und
Luftschiffhallen. Durch die Nutzung der günstigen Luftströmungen zum
Energienachtanken werden die Luftschiffflüge energiesparender und effektiver.
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So
ein Luftschiff kann als Elektrokraftwerk benutzt werden, das die
Luftströmungen
zur Energieerzeugung gezielt sucht und nutzt, wobei eine Verankerung
am Boden vorteilhaft ist.
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Weitere
Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
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1 ein
erfindungsgemäßes Luftschiff
in seinem Fahrtmodus, teilweise in der Vorderansicht, teilweise
in einem Vertikalschnitt;
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2 eine
Draufsicht auf die 1; sowie
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3 das
Luftschiff aus 1 in seinem Start- und Landemodus,
in einer der 1 entsprechenden Darstellung.
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Die
Luftschiffkonstruktion beinhaltet eine zentrale Säule 1,
die in der Gerätkonstruktion
tragend ist. Sie stellt eine teleskopische, zylinderförmige Konstruktion
dar, die ihre Länge
verändern
kann.
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An
der zentralen Säule 1 sind
zwei Scheiben 2 und 3 befestigt, die sich unabhängig voneinander um
die zentrale Säule 1 drehen
können.
An der oberen Scheibe 2 ist die obere Hülle 4 befestigt, die
aus einer äußeren, harten
Hülle 4a und
einer inneren, biegsamen Hülle 4b besteht.
An der unteren Scheibe 3 ist die untere Hülle 5 befestigt
sowie die Flügel 6 mit den
Motoren 7. Es gibt vorzugsweise zwei Flügel 6, welche etwa
symmetrisch zu einer vertikalen Ebene angeordnet sind, einander
bezüglich
der zentralen Säule 1 vorzugsweise
diametral gegenüberliegend. Jeder
Flügel 6 trägt eine
gleiche Anzahl von Motoren 7, insbesondere motorgetriebenen
Propellern. Wahlweise können
für besonders
schnelle Luftschiffe 21 und/oder für Luftschiffe 21 mit
einer großen
Flughöhe auch
Düsenmotoren 7 vorgesehen
sein.
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In
dem oberen Teil des Luftschiffs 21, unter der oberen Hülle 4,
befinden sich Kammern 8 zur Aufnahme von Gas, welches die
Auftriebskraft des Luftschiffs 21 produziert. In dem unteren
Teil des Luftschiffs 21, unterhalb der Hülle 5 und/oder
/teilweise) in dieselbe integriert, befinden sich: die Kabine 9, ein
Elektrogenerator 11 sowie Behälter und/oder Ballons 10 für die Aufbewahrung
von Kompressionsgas.
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Um
einen besseren Widerstand gegenüber den
Windbelastungen zu erhalten, stützt
sich die Luftschiffhülle 4 auf
Trägern 12 ab,
welche durch waagerecht ausgestellte, teleskopische Rohrstangen gebildet
sind. Die Träger 12 sind
in mehreren Ebenen übereinander
angeordnet. Die äußeren Spitzen
der benachbarten Träger 12 sind
waagerecht ggf. auch senkrecht durch ein System von (ggf. biegsamen und/oder
dehnbaren) Verbindungen 13 zusammengehalten, die ein Netz
bilden, das die innere, biegsame Hülle 4b stützt.
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Die äußere, harte
Hülle 4a ist
in Segmente 14 unterteilt, die sich auf Stützrippen 15 abstützen, welche
die Träger 12 der
unteren bzw. untersten Ebene mit der oberen Scheibe 2 verbinden.
Die Segmente 14 haben einen dreieckigen Umriß und haben
einen (doppelt, d.h., in zwei Richtungen) gewölbten Verlauf. Bei dem Minimalvolumen
der oberen, biegsamen Hülle 4b sind
die Segmente 14 an den Stützrippen 15 und an
der oberen Scheibe 2 befestigt. Ihre Längskanten schließen lückenlos
aneinander an, und sie ergänzen
sich in dieser Konfiguration zu einer (abgeflachten) Halbschale, ähnlich dem
Deckel einer Suppenschüssel.
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Bei
dem Maximalvolumen der oberen, biegsamen Hülle 4b sind die Segmente 14 der äußeren, harten
Hülle 4a dagegen
nach außen
geschwenkt ähnlich
der Blätter
einer aufgeblühten
Blume, nur dass sie, anstelle von Dolden freizugeben, der inneren,
biegsamen Hülle 4b eine
freie Entfaltung nach oben ermöglichen.
Dabei weisen ihre Spitzen nun nicht mehr nach innen, sondern nach
oben; allerdings gibt es keine Spitzen im eigentlichen Sinn; vielmehr
sind die nach innen weienden „Spitzen" der Segmente 14 erheblich
abgerundet, damit sie die dehnbare Innenhülle 4b keinesfalls
verletzen können.
Jedes Segment stützt
sich nach wie vor auf je einer Stützrippe 15 ab, die
wiederum über
die Träger 12 der
unteren bzw. untersten Ebene mit dem untersten Abschnitt der zentralen
Teleskopsäule 1 verbunden
sind. Diese Öffnungsbewegung
ist daher vergleichbar mit einer Schwenkbewegung um die betreffende
Tangente bzw. Sekante an die obere Scheibe 2.
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In
diesem Zustand können
die Segmente 14 jedoch noch mit einem ihrer beiden Basisecken
von der Scheibe 2 gelöst
und nach außen
geschwenkt werden; die Schwenkachse entspricht dabei etwa der betreffenden
Stützrippe 15.
Sie bleiben also nur noch über
eine ihrer Längsseiten
mit dem Luftschiff 21 verbunden, während ihre jeweils anderen
Längsseites samt
der ausgeschwenkten Basisecke nun etwa radial vom Umfang des Luftschiffs 21 abstehen, ähnlich der
Zähne eines
Zahnrades. Der maximale Ausschwenkwinkel ist dabei auf etwa 90° beschränkt.
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Für den Aufstieg,
die Landung und für
energiesparende Flüge
mit, d.h. getrieben von einer günstigen
Luftströmung,
wird die Hüllenform
mit maximalem Volumen benutzt, die in 3 wiedergegeben ist.
Das Fluggerät 21 verhält sich
hier wie ein Ballon bzw. wie ein schwebendes oder langsam fahrendes Luftschiff.
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Soll
mit einer Geschwindigkeit gefahren werden, die größer ist
als eine dazu parallele Luftströmung,
oder entgegen der Windrichtung oder quer zu dieser, so wird die
Hüllenform
mit minimalem Volumen benutzt, die in den 1 und 2 wiedergegeben
ist. Dabei ist einerseits der Luftwiderstand reduziert, die Flügel 6 gegen
Auftrieb. Außerdem
ist die biegsame und elastische, d.h. dehnbare Innenhülle 4b von
der harten Außenhülle 4a vollständig umgeben
und der Windströmung
entzogen. Sofern auch die untere Hülle 5 aus einem harten
Werkstoff besteht, bspw. Blech, kann das Luftschiff 21 mit
einer sehr großen
Geschwindigkeit fahren bzw. – da
es nun schwerer ist als Luft – fliegen.
Durch einen Düsenantrieb
kann eine hohe Reisegeschwindigkeit erreicht werden, vorzugsweise
bis knapp unterhalb der Schallgeschwindigkeit.
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Da
die obere, harte Hülle 4b größer ist
als die untere Hülle 5,
liegt der durch die Scheiben 2, 3 definierte Äquator des
Luftschiffs 21 unterhalb der Mitte zwischen dem oberen
und unteren Pol des Luftschiffs 21; die obere „Hemisphäre" ist also größer als
die untere. Dies hat zur Folge, dass bei schnellem Flug die Luft
oberhalb der oberen Hülle 4a einen
größeren Weg
zurücklegen
muß als
die unterhalb der unteren Hülle 5 entlang
strömende
Luft. Dies gibt – wie
bei dem Profil eines üblichen
Flugzeugflügels – an der Oberseite
einen geringeren Strömungsdruck
als an der Unterseite des Luftschiffs 21, mithin einen
die Flughöhe
stabilisierenden Auftrieb. Es macht daher nichts aus, dass das Luftschiff
in diesem Zustand schwerer ist als Luft.
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Die
Volumen- und Formänderung
geschieht während
der Fahrt bzw. des Fluges, um energieoptimierte Flüge zu ermöglichen.
Der Übergang
vom Flug zum Schwebezustand (Öffnen
der harten Außenhülle 4a sowie
Entfaltung der dehnbaren Innenhülle 4b)
sollte bei einer geringen Geschwindigkeit erfolgen, damit die innere,
dehnbare Hülle 4b nicht reißen oder
anderweitig beschädigt
werden kann. Bei einem solchen, langsamen Flug wird der notwendige Auftrieb
von den Flügeln 6 geliefert.
Die Motoren 7, insbesondere bei Verwendung von Düsentriebwerken 7,
können
hierzu ganz abgeschalten werden, und das Luftschiff geht – mit entsprechend
angestellten Höhenrudern
an den Flügeln 6 – in einen
Gleit- oder Segelflug über,
während
dem die Geschwindigkeit so weit absinkt, bis die äußere Hülle 4a gefahrlos
geöffnet
werden kann.
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Die
Innenhülle 4b entfaltet
sich durch Ausfahren der Teleskopsäule unter gleichzeitigem Einströmen von
Gas aus den Kompressionsbehältern 10 in
die Kammern der inneren Hülle 4b.
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Umgekehrt
dazu werden beim Übergang vom
Schweben oder von langsamer Fahrt in den Flugmodus zunächst die
Kammern 8 innerhalb der inneren Hülle 4b entleert, insbesondere
mittels Kompressoren, welche das Gas von diesen Kammern 8 in die
Kompressionsbehälter 10 fördern.
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Dadurch
ist der Übergang
vom Fahrt- in den Flugzustand reversibel und kann beliebig oft wiederholt
werden, weil das zum Entfalten der Innenhülle 4b erforderliche
Gas nicht verloren geht. Aus diesem Grund ist es auch möglich, als
Füllgas
das leichte und gleichzeitig nicht brennbare, aber nicht ganz preiswerte
Heliumgas zu verwenden, so dass ein derartiges Fluggerät 21 äußerst sicher
ist. Ein weiterer Sicherheitsaspekt ist, dass das Fluggerät 21 selbst
im Fall einer Beschädigung
der dehnbaren Innenhülle 4b noch
im Segelflugbetrieb in der Luft bleiben und auch eine (Bauch-) Landung
ausführen kann.