DE202008002249U1

DE202008002249U1 - Aircraft with an internal combustion engine and an electric drive motor

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Publication number: DE202008002249U1
Application number: DE202008002249U
Authority: DE
Original assignee: DILL HANS DIETER; DILL HANS-DIETER
Current assignee: DILL HANS DIETER; DILL HANS-DIETER
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2018-02-19

Abstract

Fluggerät (1), insbesondere Tragflächen-Flugzeug oder Hubschrauber, mit einem Propeller oder einem Rotor (2), welcher durch eine Brennkraftmaschine (18), insbesondere eine Turbine oder einen Verbrennungsmotor, angetrieben wird, um das Fluggerät (1) auf eine gewünschte Flughöhe zu bringen und auf dieser zu halten, gekennzeichnet durch einen elektrischen Energiespeicher (20) sowie einen Elektro-Antriebsmotor (12), welcher bei einer Unterbrechung des Antriebs-Leistungsflusses von der Brennkraftmaschine (18) aus dem elektrischen Energiespeicher (20) mit elektrischer Energie versorgt wird und den Propeller oder Rotor (4) antreibt, um das Fluggerät (1) für einen vorgegebenen Zeitraum auf einer gewünschten Flughöhe zu halten.Aircraft (1), in particular Wing aircraft or helicopter, with a propeller or a rotor (2), which by an internal combustion engine (18), in particular a turbine or an internal combustion engine, powered to the aircraft (1) a desired one altitude to bring and keep on this, characterized by one electrical energy store (20) and an electric drive motor (12), which is at an interruption of the drive power flow from the internal combustion engine (18) from the electrical energy storage (20) is supplied with electrical energy and the propeller or Rotor (4) drives to the aircraft (1) for a given period of time on a desired altitude to keep.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fluggerät, insbesondere ein Tragflächen-Flugzeug oder einen Hubschrauber, mit einer einen Propeller oder einen Rotor antreibenden Brennkraftmaschine sowie einem Elektro-Antriebsmotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The Invention relates to an aircraft, in particular a wing aircraft or a helicopter, with a propeller or rotor driving Internal combustion engine and an electric drive motor according to the preamble of claim 1.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Fluggeräte, mit denen größere Flugstrecken zurückgelegt werden können, weisen heutzutage aus Gewichtsgründen in der Regel Brennkraftmaschinen wie Kolbenmotoren oder Turbinen auf, welche im Falle eines Tragflächenflugzeugs auf einen entsprechenden Propeller, bzw. im Falle eine Hubschraubers auf einen Rotor einwirken, um den für den Flug erforderlichen Vortrieb bereits zu stellen. Hierbei ergibt sich das Problem, dass bei einem Ausfall der Brennkraftmaschine für den Piloten eine Gefahrensituation entsteht, die im Falle von manntragenden Flugzeugen insbesondere bei einer vergleichsweise geringen Flughöhe von z.B. 100 m sehr leicht zu einer Flugsituation führen kann, die für den Piloten nicht mehr beherrschbar ist und in einem Absturz endet. In gleicher Weise ist auch bei manntragenden Helikoptern in der Regel eine Autorotationslandung aus einer solchen Höhe bei einem Ausfall der Turbine bzw. des Verbrennungsmotors nicht mehr sicher möglich.The known from the prior art aircraft, with which larger routes traveled can be nowadays have weight reasons usually internal combustion engines such as piston engines or turbines on, which in the case of an airliner on a corresponding Propeller, or act in the case of a helicopter on a rotor, around the for already provide the flight required propulsion. This results the problem that in case of failure of the internal combustion engine for the pilot a dangerous situation arises in the case of man-bearing Aircraft, in particular at a comparatively low altitude of e.g. 100 m very easily can lead to a flight situation for the pilot is no longer manageable and ends in a crash. In the same way is also an autorotation landing in man-bearing helicopters from such a height in case of failure of the turbine or the internal combustion engine not more certainly possible.

Aus diesem Grunde werden nicht nur Tragflächen-Flugzeuge, sondern insbesondere auch turbinengetriebene Hubschrauber häufig mit zwei Turbinen ausgerüstet, um beim Ausfall einer Turbine zumindest noch mit Hilfe der zweiten Turbine den Flug kontrolliert fortsetzen zu können. Aufgrund der vergleichsweise hohen Anschaffungs- sowie auch Unterhaltskosten für Turbinen verteuert die zuvor beschriebene Lösung die Anschaffung sowie auch den Betrieb eines solchen Fluggerätes beträchtlich.Out This is why not only wing aircraft, but in particular Also turbine-powered helicopters often equipped with two turbines to in case of failure of a turbine at least with the help of the second Turbine to continue the flight controlled. Because of the comparatively high acquisition and maintenance costs for turbines more expensive the previously described solution the purchase as well also the operation of such an aircraft considerably.

Die zuvor beschriebenen Probleme, die durch den Ausfall der Brennkraftmaschine entstehen, ergeben sich in gleicher Weise auch bei nicht-manntragenden Fluggeräten, wie insbesondere bei turbinenbetriebenen Modellhubschraubern und sogenannten UAVs, die z.B. zur Inspektion von Pipelines, zur Erfassung von geophysikalischen Mess- und Bilddaten sowie auch zur Inspektion von Gebäuden eingesetzt werden, und die einen mitunter erheblichen Wert besitzen können.The previously described problems caused by the failure of the internal combustion engine arise arise in the same way even in non-man carrying Aircraft, such as in particular turbine-driven model helicopters and so-called UAVs, e.g. for the inspection of pipelines, for recording geophysical measurement and image data as well as for inspection used by buildings which can sometimes have significant value.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Fluggerät mit einem durch eine Brennkraftmaschine betriebenen Propeller oder Rotor zu schaffen, welches bei verminderten Anschaffungs- und Wartungskosten eine erhöhte Absturzsicherheit bietet.Accordingly, it is an object of the invention, an aircraft with one by an internal combustion engine powered propeller or rotor to create, which at reduced Acquisition and maintenance costs increased fall protection offers.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.These The object is achieved by the Characteristics of claim 1 solved.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Further Features of the invention are described in the subclaims.

Gemäß der Erfindung zeichnet sich ein Fluggerät, insbesondere ein Tragflächen-Flugzeug oder ein Hubschrauber mit einem Propeller oder einem Rotor, welcher durch eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Turbine oder einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, um das Fluggerät auf eine gewünschte Flughöhe zu bringen und auf dieser zu halten dadurch aus, dass dieses zusätzlich zu der Brennkraftmaschine einen elektrischen Energiespeicher sowie einen Elektro-Antriebsmotor aufweist, welch letzterer bei einer Unterbrechung des Antriebs-Leistungsflusses von der Brennkraftmaschine aus dem elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird und den Propeller oder Rotor antreibt, um das Fluggerät zumindest für einen vorgegebenen Zeitraum auf einer gewünschten Flughöhe zu halten.According to the invention is an aircraft, in particular a wing aircraft or a helicopter with a propeller or a rotor, which by an internal combustion engine, in particular a turbine or a Internal combustion engine is driven to bring the aircraft to a desired altitude and to keep on this by having this in addition to the internal combustion engine, an electrical energy storage as well an electric drive motor, which latter in a Interruption of the drive power flow from the internal combustion engine supplied to the electrical energy storage with electrical energy and drives the propeller or rotor to the aircraft at least for a given Period on a desired altitude to keep.

Hierbei übernimmt der Elektro-Antriebsmotor insbesondere im Falle des Ausfalls der Brennkraftmaschine nahezu ohne eine Zeitverzögerung die Funktion des Hauptantriebsmotors des Fluggeräts, wobei die hierfür benötigte Energie aus dem elektrischen Energiespeicher entnommen wird. Der elektrische Energiespeicher, der z.B. ein Litium-Polymer Akkumulator oder auch eine Brennstoffzelle sein kann, besitzt hierbei bevorzugt eine solche Kapazität, dass das Fluggerät seine Flughöhe für einen vorgegebenen Zeitraum von z.B. zwei bis fünf Minuten halten kann.This takes over the electric drive motor in particular in the case of failure of the Internal combustion engine almost without a time delay, the function of the main drive motor of the aircraft, being the one for this needed Energy is removed from the electrical energy storage. Of the electrical energy storage, e.g. a lithium polymer accumulator or may also be a fuel cell, this is preferred such a capacity, that the aircraft its altitude for one given period of e.g. can last two to five minutes.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass der Pilot beim Ausfall der Brennkraftmaschine ausreichend Zeit hat, in aller Ruhe die Brennkraftmaschine neu zu starten, ein Notlandemanöver einzuleiten, bzw. einen regulären Flugplatz anzusteuern, um auf diesem eine herkömmliche Landung mit laufendem Motor vorzunehmen, die deutlich einfacher ist als mit stehendem Motor.By the invention gives the advantage that the pilot in case of failure the internal combustion engine has sufficient time, quietly the internal combustion engine to restart, an emergency landing maneuver initiate, or a regular Airfield to run on this a conventional landing with To make the engine, which is much easier than standing Engine.

Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken treibt die Brennkraftmaschine einen mit dieser mechanisch gekoppelten elektrischen Generator an, der den Elektro-Antriebsmotor während des herkömmlichen Flugbetriebs, bzw. zum Erreichen und Halten der gewünschten Flughöhe mit elektrischer Energie versorgt.To Another idea underlying the invention drives the internal combustion engine with this mechanically coupled electrical Generator on which the electric drive motor during the conventional Flight operations, or to reach and hold the desired altitude supplied with electrical energy.

Die zuvor beschriebene Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass insbesondere die unbemannten Luftfahrzeuge (UAVs) erheblich günstiger ausgestaltet und zuverlässiger betrieben werden können.The has previously described embodiment the advantage that in particular the unmanned aerial vehicles (UAVs) designed considerably cheaper and more reliable can be operated.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht beim Einsatz einer Turbine als Brennkraftmaschine darin, dass der Antrieb des Generators direkt über die Turbine erfolgen kann, wodurch sich der Wirkungsgrad gegenüber einem sonst eingesetzten Zwischengetriebe, welches die Drehzahl von beispielsweise 120.000 u/min auf lediglich 10.000 bis 15.000 u/min verringert, deutlich verbessert. Zudem kann die Einkopplung der zugehörigen Antriebsleistung im Falle des elektrischen Antriebs ebenfalls nicht über ein solches Übersetzungsgetriebe sondern über ein herkömmliches Getriebe erfolgen, was den Wirkungsgrad abermals erhöht und die Kosten für die Anschaffung und Wartung des Getriebes verringert.Another advantage of this embodiment When using a turbine as an internal combustion engine is that the drive of the generator can be done directly through the turbine, whereby the efficiency compared to an otherwise used intermediate gear, which reduces the speed of, for example, 120,000 rpm to only 10,000 to 15,000 rpm, clearly improved. In addition, the coupling of the associated drive power in the case of the electric drive also do not take place via such a transmission gearbox but via a conventional transmission, which again increases the efficiency and reduces the cost of purchase and maintenance of the transmission.

Durch den Einsatz eines Generators ergibt sich insbesondere bei manntragenden Helikoptern oder auch bei UAVs, die einen im Vergleich zu einer Turbine kostengünstigen und zuverlässigen Hubkolbenmotor als Hauptantrieb sowie eine am Fluggerät vorgesehene vibrationsempfindliche Erfassungseinrichtung zur Inspektion von Pipelines oder auch zur geophysikalischen Messdatenerfassung aufweisen, der Vorteil, dass das Fluggerät mit Hilfe der Brennkraftmaschine mit hoher Antriebsleistung zu einem Zielgebiet geflogen werden kann. Nach dem Erreichen des Zielgebiets kann dann die Brennkraftmaschine heruntergefahren oder ganz abgeschaltet und die eigentliche Messdatenerfassung allein unter Einsatz des deutlich geräuschärmeren Elektromotors ohne die insbesondere bei Kolbenmotoren auftretenden Vibrationen vorgenommen werden, wodurch sich die Geräuschbelastung reduziert und die Messgenauigkeit infolge der fehlenden Vibrationen in vorteilhafter Weise verbessert.By the use of a generator results in particular in man-bearing Helicopters or even UAVs that have one compared to a turbine inexpensive and reliable Reciprocating engine as the main drive and provided on the aircraft vibration-sensitive detection device for the inspection of Pipelines or geophysical measurement data acquisition, the Advantage that the aircraft with the help of the internal combustion engine with high drive power to a target area can be flown. After reaching the target area can then shut down the engine or shut down completely and the actual data acquisition alone using the clear quieter electric motor without made the particular vibration occurring in piston engines which reduces the noise level reduced and the accuracy of measurement due to the lack of vibration improved in an advantageous manner.

Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfindung kann es weiterhin vorgesehen sein, dass der elektrische Generator den Energiespeicher während des Fluges bei laufender Brennkraftmaschine über eine entsprechende Ladeelektronik lädt. Hierzu kann ein Teil der vom Generator bereitgestellten elektrischen Leistung abgezweigt und zum Laden des Energiespeichers verwendet werden, der z.B. zum Elektro-Antriebsmotor elektrisch parallel geschaltet ist. Das Aufladen des Energiespeichers während des Fluges über die Brennkraftmaschine und den Generator besitzt den Vorteil, dass sich ein sonst erforderlicher Zwischenstopp am Boden zum Nachladen des Energiespeichers vermeiden, bzw. zumindest verkürzen lässt.at the embodiment described above The invention may further be provided that the electrical Generator the energy storage during the flight while the internal combustion engine is running via a corresponding charging electronics invites. For this may be part of the electrical power provided by the generator diverted and used to charge the energy storage, the e.g. is electrically connected in parallel to the electric drive motor. Charging the energy storage during the flight over the Internal combustion engine and the generator has the advantage that itself an otherwise necessary stop on the ground to reload the Avoid energy storage, or at least shorten.

Zudem lässt sich bei dieser Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einem Fluggerät, das über einen Kolbenmotor angetrieben wird, die Zeitdauer für die Messdatenerfassung in vorteilhafter Weise dadurch verlängern, dass die Drehzahl des Kolbenmotors – und damit die Stärke der Vibrationen – soweit abgesenkt wird, dass die Messdatenerfassung mit den vibrationsempfindlichen Messgeräten noch möglich ist. In diesem Falle wird ein Teil der vom Elektro-Antriebsmotor für den Flugbetrieb erforderlichen elektrischen Energie vom Kolbenmotor über den Generator geliefert, wohingegen der ergänzende Teil der Energie aus dem elektrischen Energiespeicher entnommen wird.moreover let yourself in this embodiment of the invention in conjunction with an aircraft powered by a piston engine is the time duration for extend the measurement data acquisition in an advantageous manner that the speed of the piston engine - and hence the strength the vibrations - so far is lowered that the data acquisition with the vibration sensitive measuring instruments still possible is. In this case, part of the electric drive motor for the Flight operation required electrical energy from the piston engine over the Generator supplied, whereas the complementary part of the energy the electrical energy storage is removed.

Nach einem weiteren der Erfindung zu Grunde liegenden Gedanken wirkt der Elektro-Antriebsmotor über einen Freilauf auf den Propeller oder Rotor. Hierzu kann an der den Propeller oder Rotor antreibenden Welle ein Zahnrad mit dem darin aufgenommenen Freilauf vorgesehen sein, auf welches bevorzugt ebenfalls die Brennkraftmaschine wirkt. Durch den Einsatz eines dem Elektro-Antriebsmotor zugeordneten Freilaufs eröffnet sich die Möglichkeit, dass der Elektro-Antriebsmotor beim Betrieb des Fluggerätes über die Brennkraftmaschine in Energie sparender Weise abgeschaltet sein kann, und erst beim Auftreten einer Störung in der Brennkraftmaschine über eine entsprechende elektronische Steuerungseinrichtung hinzugeschaltet wird. Da das Hochfahren des Elektro-Antriebsmotors aus dem Stillstand bis auf die für den Flugbetrieb erforderliche Drehzahl in der Regel nur wenige Zehntel Sekunden dauert, erfolgt der Übergang vom Flugbetrieb mit Brennkraftmaschine in den Flugbetrieb mithilfe des Elektro-Antriebsmotor im Wesentlichen ohne eine nachteilige Unterbrechung des Antriebs-Leistungsflusses.To Another idea underlying the invention acts the electric drive motor via a Freewheel on the propeller or rotor. This can be done by the propeller or rotor driving shaft a gear with the received therein Freewheel be provided on which preferably also the internal combustion engine acts. By using an electric drive motor assigned Freewheeling opened the possibility that the electric drive motor during operation of the aircraft via the internal combustion engine can be switched off in an energy-saving manner, and only when Occurrence of a fault in the internal combustion engine over a corresponding electronic control device connected becomes. Since the startup of the electric drive motor from standstill to on the for the flight speed required in the rule only a few tenths Seconds, the transition takes place from flight operation with internal combustion engine to flight operations using the electric drive motor essentially without an adverse Interruption of the drive power flow.

Alternativ besteht die Möglichkeit, das Umschalten, bzw. das Hinzuschalten des Elektro-Antriebsmotors über eine Kupplung, z.B. eine elektromagnetische Kupplung, eine hydraulische Kupplung oder eine mechanische Kupplung, z.B. eine Fliehkraftkupplung, manuell oder auch automatisch vorzunehmen.alternative it is possible, the switching, or the addition of the electric drive motor via a Coupling, e.g. an electromagnetic clutch, a hydraulic Clutch or a mechanical clutch, e.g. a centrifugal clutch, manually or automatically.

Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass der Elektro-Antriebsmotor und die Brennkraftmaschine zum Antrieb über ein Getriebe mechanisch miteinander koppelbar sind, und dass der Elektro-Antriebsmotor zum Starten der Brennkraftmaschine aus dem elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein zusätzlicher elektrischer Starter samt Starterbatterie für die Brennkraftmaschine prinzipiell entfallen kann, wodurch sich das Abfluggewicht weiter reduzieren lässt.Farther It may be provided that the electric drive motor and the Internal combustion engine to drive over a gearbox are mechanically coupled to each other, and that the Electric drive motor for starting the internal combustion engine from the electric Energy storage is supplied with electrical energy. hereby There is the advantage that an additional electric starter including starter battery for the internal combustion engine can be omitted in principle, resulting in the takeoff weight can be reduced further.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist dem Elektro-Antriebsmotor, der beispielsweise ein aus dem Stand der Technik bekannter bürstenloser Elektromotor sein kann, eine elektronische Steuerungseinrichtung zugeordnet ist, welche die Drehzahl des Elektro-Antriebsmotor in der Weise steuert und/oder regelt, dass diese im Wesentlichen der Drehzahl entspricht, die zuvor von der Brennkraftmaschine bereitgestellt wurde. Hierbei ist dem Propeller oder Rotor ein mit der Steuerungseinrichtung verbundener Drehzahlsensor zugeordnet, welcher die Drehzahl des Propellers oder Rotors bestimmt. In Abhängigkeit von den Signalen des Drehzahlzensors erhöht die elektronische Steuerungseinrichtung die Drehzahl des Elektro-Antriebsmotors entsprechend, wenn die vom Drehzahlsensor bestimmte Drehzahl während des Flugbetriebs mit der Brennkraftmaschine einen Drehzahlvorgabewert unterschreitet. Durch den Einsatz dieser Ausführungsform der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass das Umschalten auf den Flugbetrieb mit dem Elektro-Antriebsmotor im Falle einer Fehlfunktion der Brennkraftmaschine im Wesentlichen automatisch und ohne eine Unterbrechung des Leistungsflusses zum Propeller oder Rotor vollzogen wird.According to a further embodiment of the invention, an electronic control device is associated with the electric drive motor, which may be for example a known from the prior art brushless electric motor, which controls the speed of the electric drive motor in such a way and / or that this substantially corresponds to the speed previously provided by the internal combustion engine. Here is the propeller or rotor with the Steuerungseinrich associated associated speed sensor, which determines the speed of the propeller or rotor. Depending on the signals of the Drehzahlzensors the electronic control device increases the speed of the electric drive motor accordingly, when the speed determined by the speed sensor during flight operation with the internal combustion engine falls below a speed setpoint. By using this embodiment of the invention there is the advantage that the switching to the flight operation with the electric drive motor in the event of a malfunction of the internal combustion engine is carried out substantially automatically and without interrupting the power flow to the propeller or rotor.

In gleicher Weise kann der Brennkraftmaschine ein mit der Steuerungseinrichtung verbundener Abgassensor zugeordnet sein, welcher die momentane Abgastemperatur der Brennkraftmaschine bestimmt, und dessen Signale ebenfalls der elektronischen Steuerungseinrichtung zugeführt werden. Wenn die Abgastemperatur z.B. im Falle eines Ausfalls der Brennkraftmaschine innerhalb von einer sehr kurzen Zeitspanne einen für die Brennkraftmaschine charakteristischen Temperaturvorgabewert unterschreitet, erhöht die Steuerungseinrichtung die Drehzahl des Elektro-Antriebsmotors solange, bis dies Drehzahl des Rotors oder Propellers im Wesentlichen der Drehzahl vor dem Ausfall der Brennkraftmaschine entspricht. Hierdurch kann insbesondere im Falle eines durch eine Wellenturbine angetriebenen Fluggeräts, bei welchem der Elektro-Antriebsmotor mechanisch parallel zur Wellenturbine über einen Freilauf auf den Rotor oder den Propeller wirkt, bei einem Ausfall der Turbine ohne eine größere Zeitverzögerung auf den rein elektrischen Flugbetrieb umgeschaltet werden.In Likewise, the internal combustion engine with the control device associated exhaust gas sensor, which is the current exhaust gas temperature the internal combustion engine determines, and its signals also the be supplied to electronic control device. When the exhaust gas temperature e.g. in case of failure of the internal combustion engine within a very short period of time characteristic of the internal combustion engine Temperature value falls below, increases the control device the speed of the electric drive motor until this speed of the rotor or propeller is essentially the speed before the Failure of the internal combustion engine corresponds. As a result, in particular in Case of a powered by a shaft turbine aircraft at which the electric drive motor mechanically parallel to the shaft turbine via a Freewheel on the rotor or the propeller acts in case of failure the turbine without a major time delay be switched to the purely electric flight operation.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform am Beispiel eines Helikopters beschrieben.The The invention will be described below with reference to the drawings a preferred embodiment described using the example of a helicopter.

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

1 eine schematische abgebrochene Darstellung eines Helikopters, bei dem der Antrieb über eine Turbine, einen von dieser angetriebenen Generator sowie einen auf den Hauptrotor wirkenden Elektro-Antriebsmotor erfolgt, der über eine elektronische Steuerungseinrichtung bei Bedarf über einen ebenfalls mitgeführten elektrischen Energiespeicher betrieben werden kann, und 1 a schematic broken view of a helicopter in which the drive via a turbine, a generator driven by this generator and an acting on the main rotor electric drive motor takes place, which can be operated via an electronic control device if necessary via a likewise entrained electrical energy storage, and

2 eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Antrieb des Rotors über eine Wellenturbine und einen mechanisch parallel zu dieser geschalteten Elektro-Antriebsmotor erfolgt, welcher bei Bedarf, insbesondere beim Ausfall der Turbine aus einem mitgeführten elektrischen Energiespeiche gespeist werden kann. 2 an alternative embodiment of the invention, in which the drive of the rotor via a shaft turbine and a mechanically parallel to this electric drive motor takes place, which can be fed if necessary, in particular in case of failure of the turbine from a entrained electrical energy storage.

Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein erfindungsgemäßes Fluggerät 1 in Form eines beispielhaft dargestellten Helikopters einen Rotor 2, der in bekannter Weise an einer am Rumpf 4 des Helikopters drehbar gelagerten Rotorwelle 6 aufgenommen ist. Auf der Rotorwelle 6 ist ein erstes Zahnrad 8 drehfest aufgenommen, welches mit einem zweiten Zahnrad 10 in Zahnreingriff ist, welch letzteres durch einen Elektro-Antriebsmotor 12 angetrieben wird. Der Elektro-Antriebsmotor 12 ist bevorzugt ein bekannter bürstenloser Elektromotor, der über eine elektronische Steuerungseinrichtung 14 und einen nicht dargestellten Leistungsregler mit elektrischer Energie versorgt wird. Die elektrische Energie wird während des normalen Flugbetriebs, dh. beim Starten, Landen, sowie beim Streckenflug etc., über einen elektrischen Generator 16 bereitgestellt, der durch eine Brennkraftmaschine 18 bevorzugt eine schematisch dargestellte Turbine oder auch einen Verbrennungsmotor, z.B. einen Hubkolbenmotor angetrieben wird.As in 1 is shown, comprises an inventive aircraft 1 in the form of a helicopter exemplified a rotor 2 in a familiar manner to one on the fuselage 4 of the helicopter rotatably mounted rotor shaft 6 is included. On the rotor shaft 6 is a first gear 8th rotatably received, which with a second gear 10 in Zahnreingriff is, the latter by an electric drive motor 12 is driven. The electric drive motor 12 is preferably a known brushless electric motor, via an electronic control device 14 and a power regulator, not shown, is supplied with electrical energy. The electrical energy is during normal flight operations, ie. when starting, landing, as well as during cross-country flight, etc., via an electric generator 16 provided by an internal combustion engine 18 Preferably, a schematically illustrated turbine or an internal combustion engine, such as a reciprocating engine is driven.

Um im Falle eines Ausfalls der Brennkraftmaschine 18 einen kritischen Flugzustand oder gar einen Absturz des Fluggeräts 1 zu vermeiden, ist der Elektro-Antriebsmotor 12 über die elektronische Steuerungseinrichtung 14 zusätzlich oder alternativ mit einem elektrischen Energiespeicher 20 verbindbar, der z.B. ein Nickel-Cadmium oder Nickel-Metallhydrid Akkumulator oder bevorzugt ein Litium-Polymer Akkumulator ist, welcher eine solche Kapazität besitzt und für diesen Zeitraum eine solche elektrische Leistung bereitstellen kann, dass der Helikopter 1 bei einem vollständigen Ausfall der Brennkraftmaschine 18 vom Piloten oder – im Falle eines nicht manntragenden Fluggerätes (UAV) durch eine entsprechende Flugelektronik – für eine Zeitdauer von z.B. 2 Minuten im Schwebeflug, bzw. in einem Vorwärtsflug mit geringer Geschwindigkeit gehalten werden kann.In case of failure of the internal combustion engine 18 a critical flight condition or even a crash of the aircraft 1 to avoid is the electric drive motor 12 via the electronic control device 14 additionally or alternatively with an electrical energy storage 20 connectable, for example, a nickel-cadmium or nickel-metal hydride accumulator or preferably a lithium-polymer accumulator, which has such a capacity and can provide for such period of such electrical power that the helicopter 1 in a complete failure of the internal combustion engine 18 by the pilot or - in the case of a non-man-carrying aircraft (UAV) by an appropriate avionics - for a period of eg 2 minutes in hover, or in a forward flight at low speed can be maintained.

Bei der in 2 gezeigten alternativen Ausführungsform der Erfindung wirkt die Brennkraftmaschine 18 mechanisch parallel zum Elektro-Antriebsmotor 12 über ein weiteres Zahnrad 22 auf das Zahnrad 8 der Rotorwelle 6, wobei zwischen dem Elektro-Antriebsmotor 12 und dessen Antriebszahnrad 10 sowie auch bevorzugt zwischen der Brennkraftmaschine 18 und dem weiteren Zahnrad 22 jeweils ein Freilauf 24, 26 vorgesehen ist, welcher ein freies Weiterdrehen der Rotorwelle 6 ermöglicht, ohne dass der Elektro-Antriebsmotor 12 oder die Brennkraftmaschine 18 mitgedreht werden.At the in 2 shown alternative embodiment of the invention, the internal combustion engine acts 18 mechanically parallel to the electric drive motor 12 over another gear 22 on the gear 8th the rotor shaft 6 , wherein between the electric drive motor 12 and its drive gear 10 as well as preferably between the internal combustion engine 18 and the other gear 22 one freewheel each 24 . 26 is provided, which a free further rotation of the rotor shaft 6 allows without the electric drive motor 12 or the internal combustion engine 18 be turned.

Letztere treibt das weitere Zahnrad 22 im Falle einer in 2 dargestellten Wellenturbine über ein zusätzliches Untersetzungsgetriebe 28 an.The latter drives the further gear 22 in case of in 2 illustrated shaft turbine via an additional reduction gear 28 at.

Wie der Anmelder in diesem Zusammenhang erkannt hat, ist es z.B. im Falle eines durch eine Turbine angetriebenen Modellhubschraubers mit einem Abfluggewicht von z.B. 10 Kg mit den neuerdings verfügbaren elektrischen Energiespeichern 20 sowie einem bürstenlosen Antriebsmotor möglich, bei einem vertretbaren Mehrgewicht von lediglich 1 bis 2 Kg den Hubschrauber für eine kurze Zeitdauer rein elektrisch zu betreiben, um im Falle eines bei Turbinen häufiger auftretenden Ausfalls der Turbine in aller Ruhe ein Landemanöver einleiten zu können.As the Applicant has recognized in this context, it is for example in the case of a powered by a turbine model helicopter with a take-off weight of eg 10 kg with the newly available electrical energy storage 20 and a brushless drive motor possible to operate at a reasonable additional weight of only 1 to 2 Kg the helicopter for a short period of time purely electrically, in order to initiate a landing maneuver in case of turbines more frequently occurring failure of the turbine in peace.

Die Erfindung ist jedoch ebenso für manntragende Fluggeräte anwendbar, wobei die benötigten Kapazitäten des Energiespeichers sowie die Antriebsleistungen und das damit verbundene Mehrgewicht entsprechend dem Gewicht des Fluggerätes zu wählen sind, und bei Tragflächen-Flugzeugen in der Regel noch vorteilhafter ausfallen.The However, invention is also for man carrying aircraft applicable, the required capacities of the Energy storage and the drive power and the associated More weight to choose according to the weight of the aircraft, and in wing aircraft usually even more advantageous.

Sofern der Antrieb des Rotors 2 bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung statt über eine Turbine über einen nicht dargestellten Verbrennungsmotor, insbesondere einen Hubkolbenmotor erfolgt, kann das zusätzliche Untersetzungsgetriebe 28 entfallen. In diesem Falle kann bei einem Fluggerät 1, welches mit einer gegenüber Vibrationen empfindlichen Datenerfassungseinrichtung 30 versehen ist, während des Erfassungsvorgangs der Daten ganz oder zumindest teilweise auf den elektrischen Flugbetrieb umgeschaltet werden, bei welchem der Elektro-Antriebsmotor 12 aus dem elektrischen Energiespeicher 20 gespeist wird.If the drive of the rotor 2 in the previously described embodiments of the invention instead of via a turbine via an internal combustion engine, not shown, in particular a reciprocating engine, the additional reduction gear can 28 omitted. In this case, in an aircraft 1 which is equipped with a vibration-sensitive data acquisition device 30 is provided during the detection process of the data completely or at least partially switched to the electrical flying operation, wherein the electric drive motor 12 from the electrical energy storage 20 is fed.

Wie in den 1 und 2 weiterhin angedeutet ist, kann die Abgastemperatur der Brennkraftmaschine durch einen mit der elektronischen Steuerungseinrichtung bevorzugt die Drehzahl der Rotorwelle 6 messenden Drehzahlsensor 32 und/oder einen im Abgassystem der Brennkraftmaschine 18 angeordneten Temperatursensor 34 erfolgen, die mit der elektronischen Steuerungseinrichtung 14 über nicht näher bezeichnete elektrische Leitungen gekoppelt sind.As in the 1 and 2 is further indicated, the exhaust gas temperature of the internal combustion engine by a preferred with the electronic control device, the rotational speed of the rotor shaft 6 measuring speed sensor 32 and / or in the exhaust system of the internal combustion engine 18 arranged temperature sensor 34 done with the electronic control device 14 are coupled via unspecified electrical lines.

11: Fluggerätaircraft
22: Rotorrotor
44: Rumpfhull
66: Rotorwellerotor shaft
88th: Zahnrad auf Rotorwellegear on rotor shaft
1010: Zahnrad des Elektro-Antriebsmotorsgear of the electric drive motor
1212: Elektro-AntriebsmotorElectric drive motor
1414: elektronische Steuerungseinrichtungelectronic control device
1616: elektrischen Generatorelectrical generator
1818: BrennkraftmaschineInternal combustion engine
2020: elektrischen Energiespeicherelectrical energy storage
2222: weiteres Zahnradadditional gear
2424: Freilauffreewheel
2626: Freilauffreewheel
2828: UntersetzungsgetriebeReduction gear
3030: MessdatenerfassungseinrichtungData acquisition unit
3232: DrehzahlsensorSpeed sensor
3434: Temperatursensortemperature sensor

Claims

Aircraft ( 1 ), in particular hydrofoil aircraft or helicopters, with a propeller or a rotor ( 2 ), which by an internal combustion engine ( 18 ), in particular a turbine or an internal combustion engine, is driven to the aircraft ( 1 ) to a desired altitude and to keep on this, characterized by an electrical energy storage ( 20 ) and an electric drive motor ( 12 ), which at an interruption of the drive power flow from the internal combustion engine ( 18 ) from the electrical energy store ( 20 ) is supplied with electrical energy and the propeller or rotor ( 4 ) drives the aircraft ( 1 ) for a predetermined period of time at a desired altitude.

Aircraft according to claim 1, characterized in that the internal combustion engine ( 18 ) a with this mechanically coupled electrical generator ( 16 ) driving the electric drive motor ( 12 ) is supplied with electrical energy to reach and maintain the desired altitude.

Aircraft according to claim 2, characterized in that the electric generator ( 16 ) the electrical energy storage ( 20 ) charged for charging the same during operation of the internal combustion engine with electrical energy.

Aircraft according to claim 2 or 3, characterized in that the internal combustion engine ( 18 ) an internal combustion engine, in particular a reciprocating engine is that on the aircraft ( 1 ) a detection device ( 30 ), in particular for capturing image data, geophysical data or chemical substances, and that the supply of the electric drive motor ( 12 ) during the acquisition of data by the detection device ( 30 ) from the electrical energy store ( 20 ) he follows.

Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that the electric drive motor ( 12 ) via a freewheel ( 24 ) on the propeller or rotor ( 4 ) acts.

Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that the electric drive motor ( 12 ) and the internal combustion engine ( 18 ) to drive via a transmission ( 8th . 10 . 22 mecha nisch are coupled together, and that the electric drive motor ( 12 ) for starting the internal combustion engine ( 18 ) from the electrical energy store ( 20 ) can be acted upon by electrical energy.

Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that the electric drive motor ( 12 ) an electronic control device ( 14 ), which determines the rotational speed of the electric drive motor ( 12 ) controls and / or regulates.

Aircraft according to claim 7, characterized in that the propeller or rotor ( 4 ) with the electronic control device ( 14 ) connected speed sensor ( 32 ), which determines the rotational speed of the propeller or rotor ( 4 ) and that the electronic control device ( 14 ) the speed of the electric drive motor ( 12 ) increases when the speed sensor ( 32 ) Certain speed falls below a speed setpoint.

Aircraft according to claim 7 or 8, characterized in that the internal combustion engine ( 18 ) with the electronic control device ( 14 ) connected temperature sensor ( 34 ) is assigned, which the current exhaust gas temperature of the internal combustion engine ( 18 ) and that the electronic control device ( 14 ) the speed of the electric drive motor ( 12 ) increases when the temperature sensor ( 34 ) certain exhaust gas temperature of the internal combustion engine ( 18 ) falls below a temperature preset value.