DE202014002280U1

DE202014002280U1 - UL - Hybrid multicopter with change control

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Publication number: DE202014002280U1
Application number: DE202014002280.1U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-04-24
Anticipated expiration: 2024-03-12

Abstract

UL-Hybridmulticopter mit Wechselsteuerung dadurch gekennzeichnet, dass mit dieser vorgeschlagenen konstruktiven Verschmelzung mehrerer ansich bekannter unterschiedlicher Drehflüglertechniken (fliegende Plattform, als elektrisch betriebener Quadrocopter, einrotoriger Kleinhelicopter und Gyrogleiter) in Verbindung mit den dazu entworfenen technischen Zusatzinstallationen ist in Bezug auf Auftriebserzeugung, Fluglagestabilität und Steuerbarkeit ein eigenständiges Fluggerätekonzept entstanden.UL hybrid multicopter with interchangeable control characterized in that with this proposed constructive fusion of several different rotary wing techniques known per se (flying platform, as an electrically operated quadrocopter, single-rotor small helicopter and gyro glider) in connection with the additional technical installations designed for this, in terms of lift generation, flight attitude stability and controllability an independent aircraft concept emerged.

Description

Ausgangspunkt dieser Erfindung ist die Hybridversion des von mir früher vorgeschlagenen und gemeinsam mit einem Partner als Gebrauchsmuster angemeldete Entwurf eines bemannten Quadrocopters, der unter Gebrauchsmusternummer 20 2013 008 284.4 eingetragen und darin genau beschrieben ist. Ziel dieses Vorschlages war es, einen einfachen und leicht zu fliegenden UL-Hubschrauber mit annähernd auch für Starrflüglerpiloten gewohntem Steuerverhalten auf mechanischer Basis zu schaffen und der auch notlandetauglich ist. Der jetzige Erfindungsvorschlag betrifft dagegen eine funktionell völlige Neukonzeption eines bemannten UL-Multicopters geringer Rotorzahlanordnung, der ähnlich gute Fluglagestabilitäten und gutes Steuerverhalten aufweist, wie die unbemannten Quadrocopter.The starting point of this invention is the hybrid version of the design of a manned quadrocopter proposed by me earlier and filed jointly with a partner as a utility model, which is registered and precisely described in utility model number 20 2013 008 284.4. The aim of this proposal was to create a simple and easy to fly UL helicopter with almost also for fixed wing pilots accustomed control behavior on a mechanical basis and which is also Notlandetauglich. On the other hand, the current invention proposal relates to a functionally complete new conception of a manned UL multicopter with a low number of rotor assemblies, which has similarly good attitude stability and good control behavior as the unmanned quadrocopter.

Die bisher aus Sicherheitsgründen nur als unbemannte Kleinflugzeuge gefertigten und zum Einsatz gekommenen Quadrogeräte waren alle ohne mechanische Steuertechnik. Sie verfügten über räumlich verteilte Elektroantriebe, die elektronisch und über Funk beeinflussbar waren und damit auch zur Steuerung genutzt werden konnten. Es handelte sich dabei um das Prinzip der fliegenden Plattform. Im ungezwungen durchführbaren Praxisbetrieb über Funk bis an die Betriebsgrenzen erkannte man, dass das Quadroprinzip in Verbindung mit den Elektroantrieben ein geradezu hervorragendes Fluglagestabilitäts- und Manövrierfähigkeitspotential hat. Zu dessen Nutzung wurde eine aufwändige und ständig aktualisierte Steuerelektronik mit Lage- und Beschleunigungssensorik entwickelt, die eine nach Bedarf präzis dosierte Einzel-, Misch- oder Gesamtansteuerung der vier Rotorantriebsmotoren gewährleistet, um genau abgestimmte Steuerbewegungen um die Quer-, Längs- und Hochachse ausführen zu können. Darüber hinaus erfasst und kompensiert diese Störeinflüsse, z. B. durch Wind, und hält das Fluggerät trotzdem Standort stabil. Diese Fluggeräteeigenschaften sind so günstig, dass man in jüngster Zeit in der Logistikbranche nachdachte, kleine Quadrocopter zur Paketzustellung über bewohntem Gebiet einzusetzen. Es gab diesbezüglich auch schon Praxisversuche.The previously made for safety reasons only as unmanned small aircraft and used for use Quadrogeräte were all without mechanical control technology. They had spatially distributed electric drives which could be influenced electronically and via radio and thus could also be used for control purposes. It was the principle of the flying platform. In the unrestricted practice radio operation up to the operating limits, it was recognized that the quadro principle in connection with the electric drives has a virtually outstanding stability and maneuverability potential Fluglagestabilitäts-. For its use, an elaborate and constantly updated control electronics with position and acceleration sensors has been developed, which ensures a precise metered as needed single, mixed or total control of the four rotor drive motors to run exactly coordinated control movements to the transverse, longitudinal and vertical axis can. In addition, detects and compensates for these disturbances, z. B. by wind, and keeps the aircraft still location stable. These aircraft characteristics are so favorable that recently logistics companies have been considering deploying small quadcopters for parcel delivery over inhabited areas. There have already been practical trials in this regard.

Diese anspruchsvolle und hoch präzis wirkende Technik dieser kleinen Drohnen ist allerdings auf ein bemanntes Multicoptersystem geringer Rotorenanzahl nicht einfach übertragbar, denn bei Ausfall eines der Triebwerke oder der Steuerelektronik bedeutet dies den Totalverlust eines solchen Fluggerätes. Dabei wäre es zur Lösung vieler Spezialaufgaben, wie z. B. zur Überprüfung von Hochspannungsfreileitungen oder Außenanlagen von Kernkraft- oder anderen Werksanlagen, ein hoch willkommendes Hilfsmittel, hätte man dazu solch einen Mann tragenden kleinen Multicopter mit dem genannten Potential der unbemannten Drohnen.However, this sophisticated and highly accurate technique of these small drones is not easily transferable to a manned multicopter system with a low number of rotors, because if one of the engines or the control electronics fails, this means the total loss of such an aircraft. It would be to solve many special tasks, such. As for the review of high voltage overhead lines or outdoor facilities of nuclear power plants or other plant, a highly welcome tool, you would have to such a man carrying a small multicopter with the said potential of unmanned drones.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit Hilfe zweier erdachter Zusatzeinrichtungen für bemannte Geräte zur Gewährleistung eines Flugslagestabilisierungsmanagements der kombiniert wirkenden ”Rotorebenen- und Einstellwinkeltrimmvorrichtungen” eines Zentralrotors (1), welche im Verbund mit der Nutzung der genannten Ansteuertechnologie der äußeren vier Rotorantriebe bedient wird, nach Ansprüchen 1 bzw. 2 gelöst. Es erfordert dazu jedoch ein UL-Drehflüglerkonzept, welches durch eine gezielte Zusammenlegung dreier unterschiedlicher Flugprinzipien, nämlich das der ”Fliegenden Plattform”, das des kleinen einrotorigen Hub- und des Gyrogleiters, entstand. Der dazu erforderliche Grundaufbau eines solchen vorgeschlagenen Gerätes entspricht dem eines klassischen Quadrocopters in X-Anordnung, allerdings in entsprechender Größenausführung. Dieser wird durch den stabilen Flugrahmenunterbau mit zusätzlichem Quer- als Achsrohr für die Fronträder (3) sowie zur Festigkeitssteierung und einem Kielrohr, dessen Ausleger nach hinten als Träger für ein Seitenleitwerk (2) dient und überdies ein Spornrad (3a) lenkbar befestigt ist, gebildet. An den X-Ausläufern sind die vier Brushless-E-Motoren mit ihren Propeller angebracht. Aus Sicherheitsgründen, als Berührungsschutz und zur Effizienzsteigerung sind diese Propeller möglichst ringförmig ummantelt (ist in Figur nicht mit eingezeichnet). Der Pilotensitz (6) befindet sich im Schnittpunkt des stabilen X-förmigen Trägergestelles und ist mit diesem verschraubt. Die Rückseite der Sitzkonstruktion ist mit einem dort aufrecht montierten und am Kielrohr befestigten Mast (5) verbunden. Dieser Mast dient als Trägersystem für einen fünften, dem Zentralrotor (1) mit größerem Durchmesser, der wie bei einigen einrotorigen Ul-Helicoptern aus Einfachheitsgründen an dessen oberen Ende über eine mechanisch bedienbare Kopf-Kipp-Steuerung (7) angelenkt ist. Dessen Antrieb erfolgt rein mechanisch in bekannter Weise durch einen bzw. zwei Verbrennungsmotor(en) (8), welcher hier hinter dem Sitz am Mast und dem Grundgestell befestigt ist. Der Kraftfluss zu dem Zentralrotor verläuft dabei über eine senkrecht montierte Gelenkwelle (9) und einem Rotorendabtrieb mit integriertem Freilauf (10). Dieses hinter dem Sitz angeordnete Zentral- oder Tandemtriebwerk treibt zudem ein oder zwei Generatoren (8a) an, die die Brushless-Motoren (4) mit Elektroenergie versorgen. Aus Gründen der Rationalität und zur Gewichtseinsparung wurde auf eine Auslegung auch für reinen Batterieflug verzichtet. Nur ein kleiner Batteriesatz mit Hauptschalter (11) sorgt dabei zur störspitzenfreien Versorgungsspannung für die Ansteuerelektronik der Elektroantriebe. Um das Rückdrehmoment des größeren Zentralrotors (1) zu kompensieren, drehen diese Quadroantriebe (4) alle dessen Drehrichtung entgegen. Zusätzlich sind diese mit etwa 5 Grad Rotorebenenneigung in Drehrichtung des Zentralrotors am Grundgestell anmontiert. Zur Verbesserung der Steuerwirksamkeit um die Längs- und Querachse durch die angewandte Propellerdifferenzzugsteuerung sind diese Antriebe auch leicht nach außen neigend befestigt.This problem is solved according to the invention with the aid of two conceived ancillary equipment for manned devices for ensuring a flight attitude stabilization management of the combined "rotor plane and pitch angle trim devices" of a central rotor ( 1 ), which is operated in conjunction with the use of said driving technology of the outer four rotor drives, according to claims 1 and 2, respectively. It requires, however, a UL rotary wing concept, which was created by a deliberate merger of three different flight principles, namely the "flying platform", that of the small single-rotor Hub- and the Gyrogleiters. The required basic structure of such a proposed device corresponds to that of a classic quadrocopter in X-arrangement, but in a corresponding size design. This is due to the sturdy flight frame substructure with additional transverse axle tube for the front wheels ( 3 ) and a keel tube, the boom to the rear as a carrier for a rudder ( 2 ) and also a tail wheel ( 3a ) is steerable, formed. On the X-runners, the four brushless E-motors are mounted with their propellers. For safety reasons, as protection against contact and to increase the efficiency, these propellers are encased in a ring as far as possible (not shown in the figure). The pilot seat ( 6 ) is located at the intersection of the stable X-shaped support frame and is screwed to it. The back of the seat construction is with a mounted there upright and attached to the keel tube mast ( 5 ) connected. This mast serves as a carrier system for a fifth, the central rotor ( 1 ) with a larger diameter, which, as with some single-rotor U-helicopters, has a head-tilt control ( 7 ) is articulated. Its drive is purely mechanical in a known manner by one or two internal combustion engine (s) ( 8th ), which is fixed here behind the seat on the mast and the base frame. The power flow to the central rotor runs through a vertically mounted propeller shaft ( 9 ) and a Rotorendabtrieb with integrated freewheel ( 10 ). This rear-mounted central or tandem engine also drives one or two generators ( 8a ), the brushless motors ( 4 ) supply with electrical energy. For reasons of rationality and to save weight was waived on a design for pure battery flight. Only a small battery pack with main switch ( 11 ) ensures the interference-free supply voltage for the control electronics of the electric drives. In order to reduce the return torque of the larger central rotor ( 1 ), these quadro-drives ( 4 ) all its direction of rotation. In addition, these are about 5 degrees Rottenbenenneigung mounted in the direction of rotation of the central rotor on the base frame. To improve the control efficiency around the longitudinal and transverse axis by the applied propeller differential traction control these drives are also easily tilted outward.

Die Blatteinstellwinkel des über Kopf befindlichen Zentralrotors sind im Gegensatz zu denen auf der X-Grundplatte an den Quadroantriebsmotoren angebrachten kleinen Rotoren (Luftschrauben) mit Festeinstellwinkel verstellbar. Dies erfolgt, wie bei Helicoptern allgemein üblich, über den Blattverstellhebel (12) vom Pilotensitz aus, der dazu über eine entsprechend gestaltete mechanisch wirkende Gestängefernbedienung (13), die im Endbereich rotationsentkoppelt durch die Zentralrotorachse bis an die Rotorblätterverstellanschlüsse führt. Diese sogenannte Kollektivverstellung erhält nach Anspruch 1 der Erfindung folgende Zusatzeinrichtung.The blade pitch angles of the overhead central rotor are adjustable with fixed pitch angles, unlike those on the X baseplate mounted on the quadrodrive motors. This is done, as common with helicopters, over the blade adjustment lever ( 12 ) from the pilot seat, which has a correspondingly designed mechanically acting linkage remote control ( 13 ), which leads in the end region rotationally decoupled through the central rotor axis up to the rotor blade adjustment connections. This so-called collective adjustment receives according to claim 1 of the invention the following additional device.

Als Anschlussstück zwischen Blattverstellhebel und Steuergestänge ist ein kleiner Brushless-Getriebemotor (14) mit einer Gewindespindel als Wellenabgang angelenkt. Auf dieser Spindel ist als Gegenstück eine Gewindehülse (15) zu etwa 50% ihrer Länge aufgeschraubt und ist als Bestandteil des verdrehungsgesicherten Steuergestänges und deshalb mit diesem fest verbunden.As a connection piece between blade adjustment lever and control rod, a small brushless geared motor ( 14 ) hinged with a threaded spindle as a shaft outlet. On this spindle is a counterpart a threaded sleeve ( 15 ) Screwed to about 50% of its length and is as part of the torsion-protected control linkage and therefore firmly connected to this.

Die rein mechanische Bedienbarkeit der Blattverstellung über den Blatthebel bleibt dabei erhalten, der integrierte Motor (14) ersetzt hier nur die erforderliche Originallänge des verkürzt gehaltenen Steuergestänges. Dieses Helikonzept vereint, wie bereits erwähnt, drei Drehflüglerprinzipien, die situationsbedingt und vorwiegend gestaffelt bzw. sich gegenseitig ergänzend genutzt werden, wobei der Quadromodus als Hauptbetriebsart vorgesehen ist. Zur steuertechnischen Optimierung und zur konstruktiven Vereinfachung wurde das Gerät als funktionelle Einheit entworfen. Dazu gehört auch der elektrisch betriebene Stellmotor (14). Dieser ist mit der Steuerelektronik des integrierten Quadrocopters verbunden und dient nicht zur Auftriebsregulierung, denn diese wird durch dementsprechende und gleichzeitige Leistungsreduzierung oder -steigerung der Quadroantriebe konstant gehalten, sondern zur Erzeugung eines genau dosierten Giermomentes zur Steuerung um die Hochachse und diese wird über zwei Eingabevorrichtungen (Potentiometer), die in der Seitenruderpedalanordnung (17) integriert sind, bedient. Die erforderlichen Blattwinkelveränderungen dazu sind äußerst gering (ca. 1,5 Grad Plus/Minus) und der Spindeltrieb ist zur Sicherheit dementsprechend durch Anschläge begrenzt ausgelegt.The purely mechanical operability of the blade adjustment via the blade lever is retained, the integrated motor ( 14 ) replaces only the required original length of the shortened control linkage. As already mentioned, this helicopter concept unites three rotorcraft principles that are used in a situation-dependent and predominantly staggered or mutually complementary manner, whereby the quadromode is provided as the main mode of operation. The unit was designed as a functional unit for optimization of the engine and simplification of design. This also includes the electrically operated servomotor ( 14 ). This is connected to the control electronics of the integrated quadrocopter and is not used for buoyancy regulation, because this is kept constant by corresponding and simultaneous power reduction or increase of the quadrodrives, but to generate a precisely metered yaw moment for control about the vertical axis and this is via two input devices ( Potentiometers) in the rudder pedal assembly ( 17 ) are operated. The required blade angle changes are extremely low (about 1.5 degrees plus / minus) and the spindle drive is designed for safety accordingly limited by stops.

Neben dieser Zusatztechnik zur Gewährung einer Hochachsensteuerung durch Differenzierung der Drehmomente des mechanisch angetriebenen Zentralrotors, durch Belastungsveränderungen über Blattwinkelverstellungen gegenüber der gleichwertigen und gleichzeitigen Antriebsleistungsveränderung der entgegengesetzt drehenden Quadroantriebe, ist eine weitere Zusatzeinrichtung nach Anspruch 1 bzw. 2 der Erfindung vorgesehen. Es ist die hydraulisch wirkende Verriegelungsvorrichtung der Zentralrotorebene um die Längs- und auch Querachse. Sie besteht aus zwei kleinen doppelt wirkenden Hydraulikzylindern (19) mit Differentialkolben, deren Kolbenstangen auf beiden Seiten des Steuerarmes (20) der Kopf-Kipp-Steuerung (7) neben deren Steuergestängeanschlüssen über Schwenkverbindungen und die gegenüberliegenden Zylindergehäuse ebenfalls über daran eingearbeitete Schwenklager die beiderseits des Rotormastes befestigt sind. Die durch ihre Scheibenkolben getrennten zwei Zylinderräume beider Zylinder sind jeweils über ihre Anschlüsse durch Schlauchleitungen mit dazwischen eingebundenem Zweifachabsperrventil (je Zylinder 1 Ventil) verbunden und als geschlossenes System vollständig mit Hydraulikflüssigkeit befüllt. Vorteilhafter, weil betriebssicherer, ist ein offenes System unter Beibehaltung des Wirkprinzipes. Dazu ist ein parallel schaltbares Vierfachabsperrventil und ein kleiner Hydraulikflüssigkeitsvorratsbehälter erforderlich, der möglichst in Nähe der Zylinderkammern anzuordnen ist. Beide vorgeschlagenen Systeme sind geeignet, die Rotorebene des Zentralrotors in einer vom Piloten ermittelten (getrimmten) Optimalstellung (Neutralpunkt) für eine saubere stabile Fluglage sowohl in Bezug auf die Längs- und auch auf die Querachse zu fixieren.In addition to this additional technique for granting a vertical axis control by differentiating the torques of the mechanically driven central rotor, by changes in load on blade angle relative to the equivalent and simultaneous change in drive power of the counter-rotating quadro drives, a further additional device according to claim 1 or 2 of the invention is provided. It is the hydraulically acting locking device of the central rotor plane about the longitudinal and transverse axis. It consists of two small double-acting hydraulic cylinders ( 19 ) with differential pistons whose piston rods on both sides of the control arm ( 20 ) of the head-tilt control ( 7 ) In addition to the control rod connections via swivel joints and the opposite cylinder housing also incorporated thereon pivot bearings which are attached to both sides of the rotor mast. The separated by their disc piston two cylinder chambers of both cylinders are connected via their connections by hose lines with sandwiched in between Zweifachabsperrventil (per cylinder 1 valve) and filled as a closed system completely with hydraulic fluid. More advantageous, because more reliable, is an open system while maintaining the operating principle. For this purpose, a parallel switchable Vierfachabsperrventil and a small hydraulic fluid reservoir is required, which is to be arranged as close as possible to the cylinder chambers. Both proposed systems are suitable for fixing the rotor plane of the central rotor in a (trimmed) optimum position (neutral point) determined by the pilot for a clean, stable attitude, both with respect to the longitudinal axis and also to the transverse axis.

Die ansich bekannte Kopf-Kipp-Steuereinheit (7) des integrierten Einrotorhelicoptersystems bestimmt bei entsprechend über den Steuerknüppel (16) eingeleitetem Neigen der Zentralrotorebene um die Querachse die Flugrichtung. Die Quersteuerung erfolgt durch Neigen der Rotorebene um die Längsachse. Dieses System wurde hauptsächlich mit integriert, weil es die Voraussetzungen erbringt, das Gerät für evtl. Notsituationen autorotationstauglich auszulegen, um in diesen Fällen Notlandungen ausführen zu können. Für solche Ausnahmefälle ist auch die Seitenruderanordnung mit vorgesehen worden.The well-known head-tilt control unit ( 7 ) of the integrated single-rotor helicopter system determines accordingly with the joystick ( 16 ) initiated tilting of the central rotor plane about the transverse axis of the flight direction. The lateral control is done by tilting the rotor plane about the longitudinal axis. This system was mainly integrated because it provides the conditions for designing the device for possible emergency situations in order to carry out emergency landings in these cases. For such exceptional cases, the rudder assembly has been provided with.

Darüber hinaus konnten damit unter Mithilfe durch genannte Zusatzeinrichtungen der Rotor ebenen- und Einstellwinkeltrimmvorrichtungen für dieses Drehflüglerwandelsystem weitere Vorteile hausgefiltert werden. Damit ist es möglich, nachdem der Pilot diesen Multicopter bei etwa mittlerer Pitcheinstellung wie einen einrotorigen UL-Helicopter über die enthaltene Kopf-Kipp-Steuerung des Zentralrotors mit Unterstützung des in diesem Betriebsmodus gleichmäßig gesteuerten Auftriebes des Quadrosystems gestartet hat, diese gezielt verriegeln zu können. Nach dem Start wird dazu das Fluggerät in geringer Höhe über dem Boden im Schwebeflug (Hovern) horizontal ausballanciert. Dazu gehört auch, dass der Blattwinkel nur so weit erhöht wird, dass sich die Rotordrehmomente nahezu gegenseitig aufheben. Ist der saubere Schwebeflugzustand erreicht, wird die Kopf-Kipp-Steuerung in dieser Stellung und damit die Zentralrotorebene vom Piloten durch Schließen genannter Absperrventilvorrichtungen fixiert und es wird dabei über eine Kontaktschließung eines an der Ventilkombination installierten Schalters zum fluglagestabilen präzis zu steuernden Quadroflugmodus gewechselt. Nach diesem erfolgten Fluglagestabilisierungsmanagements wird über die Steuerelektronik zusätzlich zur permant elektronisch betriebenen Hochachsensteuerung ab dort auch die der Längs- und Querachse bedient.In addition, with the help of said additional equipment, the rotor level and Einstellwinkeltrimmvorrichtungen for this rotorcraft conversion system could be further filtered house benefits. This makes it possible, after the pilot has started this multicopter at about average pitch setting as a single-rotor UL helicopter on the included head-tilt control of the central rotor with the support of uniformly controlled in this mode of operation buoyancy of the Quadro system to lock them targeted. After takeoff, the aircraft is leveled horizontally at a low altitude above the ground in hovering (hovering). This also means that the blade angle is increased only so far that the rotor torques almost cancel each other out. If the clean hover state is reached, the head-tilt control in this position and thus the central rotor plane is fixed by the pilot by closing said shut-off valve devices and it is thereby changed over a contact closure of a switch installed on the valve combination for stability-controlled precise to be controlled Quadroflugmodus. After this Fluglagestabilisierungsmanagements is controlled by the control electronics in addition to the permant electronically operated high-axis control from there also the longitudinal and transverse axis.

Durch die Rotorebenenfixierung ist damit auch der Steuerknüppel (16) etwa in Mittelstellung blockiert. Die Bedienelemente (24) für die elektronische Steuerung (23) sind an der rechten Armlehne des Sitzes ergonomisch günstig angebracht, über welche ab diesem Zeitpunkt der UL-Hybridmulticopter weiter und bequem im Präzisionsquadromodus zusätzlich zur permant elektrisch betriebenen Hochachsensteuerung bedient werden kann.Due to the rotor level fixation is thus also the joystick ( 16 ) blocked approximately in middle position. The controls ( 24 ) for the electronic control ( 23 ) are ergonomically placed on the right armrest of the seat, on which from this time the UL hybrid multicopter can be further and comfortably operated in the precision squaring mode in addition to permant electrically operated high-axis control.

Eine Ausführungsgestaltung nach Anspruch 1 und 2 wird anhand der 1 bis 4 aufgezeigt.An embodiment according to claim 1 and 2 is based on the 1 to 4 demonstrated.

In der 1 ist der mögliche Grundaufbau eines solchen Kombinationsdrehflüglers dargestellt.In the 1 the possible basic structure of such a combination rotary wing aircraft is shown.

In 2 ist auszugsweise die Zentralrotorebenen-Fixiereinrichtung gegenüber der Längs- und Querachse dargestellt.In 2 is shown in excerpts the central rotor plane fixing device relative to the longitudinal and transverse axis.

3 zeigt eine grobe Übersichtsdarstellung zur möglichen Verknüpfung des bewährten Fluglage- und Steuerprinzipes unbemannter Multicopter in angepasster Form an diesen Drehflüglervorschlag mit mechanischen Bedienelementen. 3 shows a rough overview of the possible linkage of the proven attitude and control principle unmanned multicopter in an adapted form to this rotorcraft proposal with mechanical controls.

Die mechanische Bedienvorrichtung betrifft die Pitcheinstellung über den Blattverstellhebel (12), dessen Bewegungen über die Gestängewegstrecke, bestehend aus dem Getriebemotor (14) mit der Spindelverbindung (15) und Gestänge mit Hebelübersetzungen (13), besteht. Doppelt wirkende Bedienelemente sind der Drehgasversteller (27) und die Seitenruderpedalanordnung (17). Diese sind mechanische Einrichtungen mit zusätzlichem elektrischen Abgriff.The mechanical operating device relates to the pitch adjustment via the blade adjustment lever ( 12 ), whose movements over the linkage path, consisting of the geared motor ( 14 ) with the spindle connection ( 15 ) and linkage with leverage ratios ( 13 ), consists. Double-acting controls are the Drehgasversteller ( 27 ) and the rudder pedal assembly ( 17 ). These are mechanical devices with additional electrical tap.

Der elektrisch/elektronische Teil besteht aus dem Generator (8a), dem Akkumulator mit Hauptschalter (11), den Motorsteuereinheiten (25) und den Brushless-Antrieben (4).The electrical / electronic part consists of the generator ( 8a ), the accumulator with main switch ( 11 ), the engine control units ( 25 ) and the brushless drives ( 4 ).

Dazu kommt das Mikrocontroller-Steuer- und Überwachungssystem (23), welches die Bediensignale vom Drehgasversteller (27), den Potentiometern (18) und nach Kontaktschließung des Schalters (22) auch die über das Bedienpult (24) eingegangenen erhält, diese mit dem zusätzlich über die Fluglagesensorik (26) vergleichend verarbeitet und an die Motorregler (25) zur präzisen Ansteuerung der Motorantriebe (4) weiter gibt.Add to this the microcontroller control and monitoring system ( 23 ), which controls the operating signals from the 27 ), the potentiometers ( 18 ) and after contact closure of the switch ( 22 ) also via the control panel ( 24 ) received, this with the additional on the flight attitude sensor ( 26 ) comparatively processed and to the engine governor ( 25 ) for precise control of the motor drives ( 4 ).

In 4 ist eine mechanisch flexibel ausgelegte Übergangsstelle dargestellt, die es erlaubt, die ankommenden Kollektiv-Verstellbewegungen der starren Gestängefernsteuerung (13) über einen nachfolgenden Bowdenzug (29) auf den Rotorkopf (7) trotz dessen Steuerschwenkbewegungen unverfälscht übertragen zu können. Alternativ und dabei gleichzeitig vorteilhaft kann auch eine hydraulische Bewegungsübertragungseinrichtung, ähnlich wie für Flüssigkeitsbremssysteme, dazu installiert werden.In 4 is a mechanically flexible designed transition point, which allows the incoming collective movements of the rigid boom remote control ( 13 ) via a subsequent Bowden cable ( 29 ) on the rotor head ( 7 ) in spite of its Steuerschwenkbewegungen genuine to be able to transmit. Alternatively and at the same time advantageously, a hydraulic movement transmission device, similar to those for liquid brake systems, can be installed for this purpose.

Rein technisch gesehen kann ein solches Gerät, wenn es im verriegelten Zustand und Quadromodus gelandet wurde, danach bei entsprechender Zuladung als ”Pilotenersatz” sogar unbemannt über eine dementsprechende Funkfernbedienung weiter genutzt werden. Dies wäre z. B. für gefährliche Sondereinsätze vortelhaft.Technically speaking, such a device, if it was landed in the locked state and Quadromodus, then be used with appropriate payload as a "pilot replacement" even unmanned via a corresponding radio remote control. This would be z. B. for dangerous special operations vortelhaft.

Claims

UL hybrid multicopter with change control characterized in that with this proposed constructive merger of several known different rotorcraft techniques (flying platform, as electrically powered quadrocopter, one-rotor small helicopter and Gyrogleiter) in conjunction with the additional technical installations designed for it is in terms of lift generation, stability stability and controllability an independent aircraft concept emerged.

UL hybrid multicopter with change control according to claim 1, characterized in that the device substructure corresponds to the overall structure of the usual unmanned quadrocopter in the adjusted size ratio, but at the rear of a rudder is mounted similar to a gyroplane. The jacketed propellers are untypically all four in the same direction of rotation by the brushless motors ( 4 ) indirectly via one or two intermediate generators ( 8a ) of one or two internal combustion engines ( 8th ). These motors are attached to the unit so that their drive shafts are inclined at approx. 5 degrees outwards and also at 5 degrees counter to their direction of rotation to the neighboring engine.

UL hybrid multicopter with change control according to claim 1, characterized in that above the center or near the neutral point of this quadro arrangement a nichtb hereby known central rotor ( 1 ) with associated head-tilting Control ( 7 ) is integrated in an unconventional manner, as in addition a hydraulic fixing device of the rotor level has been integrated. This concerns the hydraulic cylinders ( 19 ) in conjunction with the double shut-off valve ( 21 ), with respect to the longitudinal and transverse axes.

UL hybrid multicopter with change control according to claim 1, characterized in that on both sides of the control arm ( 20 ) of the head-tilt control ( 7 ) of the central rotor ( 1 ) each one filled with hydraulic fluid hydraulic cylinder ( 18 ) articulated there with the protruding half piston rods and the cylinder housing via their pivotal connections on the rotor mast ( 5 ) are attached. The cylinder chambers on both sides of the pistons of both cylinders ( 18 ) are in each case via hose lines with a double shut-off valve incorporated therein ( 21 ), connected as a closed system. Furthermore, on the shut-off valve is a switch ( 22 ), whose line is coupled to the microcontroller. Alternatively, an open hydraulic system is possible. In this case, a four-valve valve is connected to each cylinder port and a small fluid container (expansion vessel).

UL Hybridmulticopter with change control as claimed in claims 1 and 2 characterized in that (in the drill 13 ) from the blade adjustment lever ( 12 ) to the rotor terminals of collective pitch adjustment via a brushless geared motor ( 14 ) with a limited by stops held variable length spindle drive ( 15 ) is integrated. This engine ( 14 ) is via the engine control ( 28 ), the central microcontroller ( 23 ) with associated flight attitude sensors ( 26 ) and the actuators ( 18 ) connected.

UL hybrid multicopter with change control according to previous claims, characterized in that the transition from the rigid collective Verstellgestänge ( 13 ) to the pivotally mounted rotor head of the head-tilt control ( 7 ) by a Bowden cable ( 29 ) is formed. Its end is to a mounted there on a shared lever ( 31 and 31a ) with return spring ( 39 ), which via one through the rotor axis and the Schlagachsenbolzen ( 35 ) leading and sliding rams ( 32 ) with a transverse arm leading over the rotor head to the blade connections ( 33 ) with integrated rotary decoupling ball bearing ( 34 ) connected is.