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Die Erfindung betrifft ein Fluggerät mit einer Rahmenstruktur und mehreren an der Rahmenstruktur angeordneten Hubrotoren, mittels derer ein vertikal nach oben gerichteter Primärauftrieb sowie Vortriebskräfte erzeugbar sind.
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Fluggeräte der eingangs genannten Art sind bekannt und werden üblicherweise auch als Multikopter bezeichnet. Üblich sind Bauformen mit 4 Hubrotoren, auch als Quadrokopter bezeichnet, sowie Bauformen mit 8 Hubrotoren, auch als Oktokopter bezeichnet. Ab einer gewissen Größe und Leistung der verbauten Hubrotoren ist das Anbringen einer Nutzlast möglich, beispielsweise Messeinrichtungen oder Kameras.
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Darüber hinaus sind unbemannte ferngesteuerte Fluggeräte als Zieldarstellungsdrohnen im Einsatz, die der realitätsnahen Ausbildung und dem Training von Flugabwehreinheiten dienen. Durch die Nutzung einer Zieldarstellungsdrohne können Flugabwehrkräfte sehr realitätsnah üben, ein Luftfahrzeug zu erfassen, zu verfolgen und gegebenenfalls abzuschießen, ohne dabei Menschenleben zu gefährden.
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Die bislang bekannten Zieldarstellungsdrohnen sind jedoch üblicherweise mit starren Tragflächen vergleichbar einem Flugzeug ausgerüstet und sind von daher nur oberhalb einer gewissen Mindestgeschwindigkeit flugfähig. Die Simulation eines schwebeflugfähigen Hubschraubers oder dergleichen ist mit den bekannten Zieldarstellungsdrohnen von daher nicht realitätsnah möglich.
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Mit einem Multikopter wäre eine derartige Simulation eines Hubschraubers denkbar, allerdings setzen die nur geringen Flugzeiten derartiger üblicherweise mit Batterien und Elektromotoren angetriebener Multikopter unerwünschte Grenzen. Für die Zieldarstellung eines mit Infrarotsensoren arbeitenden Flugabwehrgeräts wird überdies eine entsprechende Wärmequelle an der Zieldarstellungsdrohne gewünscht, beispielsweise ein heißer Abgasstrahl, den bekannte Multikopter ebenfalls nicht bereitstellen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Fluggerät der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches sich beispielsweise als Zieldarstellungsdrohne auch im Schwebeflug einsetzen lässt und über deutlich verlängerte Flugzeiten sowie eine gute Detektierbarkeit mittels Infrarotsensoren verfügt.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Fluggerät gemäß den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der erfindungsgemäße Lösungsvorschlag sieht vor, dass das Fluggerät in an sich bekannter Weise als Multikopter mit einer Rahmenstruktur und mehreren an der Rahmenstruktur angeordneten Hubrotoren ausgebildet ist, mittels derer ein vertikal nach oben gerichteter Primärauftrieb sowie Vortriebskräfte erzeugbar sind. Im Rahmen der Erfindung ist darüber hinaus vorgesehen, dass das Fluggerät außerdem eine Strahlturbine aufweist, deren Schubstrahl so ausrichtbar ist, dass er einen im Wesentlichen parallel zum Primärauftrieb gerichteten Sekundärauftrieb erzeugt, der dem Primärauftrieb überlagerbar ist.
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Damit ist es möglich, das erfindungsgemäße Fluggerät wahlweise lediglich über die an der Rahmenstruktur angeordneten Hubrotoren zu fliegen und zu manövrieren oder die zusätzlich mitgeführte Strahlturbine zusätzlich zu aktivieren, um weiteren Auftrieb, den Sekundärauftrieb, zu erzeugen. Sobald dieser Sekundärauftrieb erzeugt und dem Primärauftrieb überlagert wird, kann die Leistung der den Primärauftrieb erzeugenden Hubrotoren entsprechend zurückgefahren werden, ohne den Gesamtauftrieb aus Primär- und Sekundärauftrieb zu verringern, wodurch der Energieverbrauch der Hubrotoren gesenkt und die mögliche Flugzeit des erfindungsgemäßen Fluggeräts pro Batterieladung entsprechend verlängert wird. Gleichzeitig stellt die aktivierte Strahlturbine mit ihrem vorzugsweise vertikal nach unten gerichteten Schubstrahl eine signifikante Wärmequelle dar die beispielsweise von Infrarot-Zielsensoren eines Flugabwehrsystems im Rahmen der Zieldarstellungssimulation realitätsnah detektiert werden kann.
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Mit anderen Worten ist das erfindungsgemäße Fluggerät mit einem Hybrid-Antrieb aus vorzugsweise batterieelektrisch angetriebenen Hubrotoren sowie einer mit geeignetem Brennstoff, zum Beispiel Kerosin, angetriebenen Strahlturbine versehen. Neben einer entsprechenden Batterie für die elektrische Stromversorgung der Hubrotoren ist von daher das erfindungsgemäße Fluggerät auch mit einem Tank zur Aufnahme des Brennstoffes für die Strahlturbine ausgerüstet, der innerhalb der Rahmenstruktur seinen Platz findet.
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Die Anordnung der erfindungsgemäß vorgesehenen Strahlturbine kann nach einem Vorschlag der Erfindung so gewählt sein, dass die Strahlturbine mit vertikal nach unten gerichteter Schubstrahlrichtung ortsfest in der Rahmenstruktur installiert ist, d. h. vorzugsweise mit vertikal nach unten gerichteter Schubstrahlrichtung fest in der Rahmenstruktur angeordnet ist. Eine solche Strahlturbine muss dann in vertikaler Ausrichtung startbar bzw. startfähig sein, was durch entsprechende Modifikationen der Turbine erreichbar ist.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist die Strahlturbine, wie es üblicherweise vorgesehen ist, lediglich in horizontaler Ausrichtung startbar ausgeführt und wird in diesem Falle an der Rahmenstruktur mittels einer Schwenkeinrichtung befestigt, die es gestattet, die Strahlturbine aus einer horizontalen Startausrichtung in die gewünschte vertikale Schubausrichtung zu verschwenken.
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Die installierte Strahlturbine des erfindungsgemäßen Fluggeräts weist eine an das Startgewicht des Fluggeräts angepasste Schubkraft bzw. Leistung auf. Die Schubkraft sollte zumindest einen Bruchteil des Startgewichts ausmachen, dieses jedoch nicht überschreiten. Die verbleibenden Anteile des Gesamtgewichts werden sodann von den entsprechend in ihrer Leistung reduziert betriebenen Hubrotoren getragen, zuzüglich der zur Erzeugung von Vortriebskräften für das Manövrieren und/oder den Streckenflug abgerufenen Leistungsanteilen.
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Derartige Strahlturbinen sind beispielsweise in größeren Modellflugzeugen im Einsatz und können gegebenenfalls nach Modifikation zur Implementierung der Vertikalstartfähigkeit im Rahmen des erfindungsgemäßen Fluggeräts Verwendung finden.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Hubrotoren sowie der Strahlturbine vorgesehen, die derart eingerichtet ist, dass nach dem Einschalten der Strahlturbine die Leistung der Hubrotoren nach Maßgabe der von der Strahlturbine in vertikaler Richtung abgegebenen Schubkraft bzw. des Sekundärauftriebs verringerbar ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Fluggerät ist es insbesondere möglich, dieses lediglich mittels der Hubrotoren zu starten und zu einem Einsatzort zu fliegen und nach Erreichen des Einsatzortes die Strahlturbine zu starten. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Steuerung der Hubrotoren und der Strahlturbine mittels Funksignalen bewirkbar ist und die Strahlturbine während des Betriebs der Hubrotoren mittels Funksignalen startbar ist, wobei je nach Ausführungsform anschließend auch ein Verschwenken der Strahlturbine in die vertikale Ausrichtung per Funksignal initiierbar ist, sofern die Strahlturbine nicht ohnehin starr in vertikaler Richtung in der Rahmenstruktur integriert ist.
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Nach dem erfolgten Start der Strahlturbine wird diese entweder so lange betrieben, bis ihr Brennstoffvorrat aufgebraucht ist oder aber es besteht die Möglichkeit, über einen weiteren Funkbefehl die Strahlturbine ferngesteuert zu stoppen, sodass sie gegebenenfalls auch noch ein weiteres Mal während des Fluges gestartet werden kann.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fluggeräts;
- 2 die Aufsicht auf das erfindungsgemäße Fluggerät gemäß 1.
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In den 1 und 2 ist ein Fluggerät dargestellt, welches beispielsweise als Zieldarstellungsdrohne für die Ausbildung und das Training von Flugabwehreinheiten Verwendung finden kann.
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Das dargestellte Fluggerät ist als Multikopter, im dargestellten Ausführungsbeispiel als Oktokopter mit insgesamt 8 an einer Rahmenstruktur 1 mit Landegestell 2 befestigten Hubrotoren 3 ausgeführt. Jeder dieser Hubrotoren 3 verfügt über einen elektrischen Antriebsmotor 30 und Propellerblätter 31, die in einer horizontalen Ebene rotieren, sodass die Hubrotoren 3 einen vertikal aufwärts bzw. nach oben gerichteten Primärauftrieb P erzeugen. Zusätzlich können über die in der Rahmenstruktur 1 integrierte Steuereinrichtung 6 durch an sich bekannter Drehzahlvariation der einzelnen Hubrotoren 3 auch die für den Flugbetrieb gewünschten Vortriebskräfte erzeugt werden. Die Hubrotoren 3 mit ihren Antriebsmotoren 30 werden über eine in der Rahmenstruktur 1 integrierte Batterie 5 mit elektrischer Energie versorgt.
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Die Antriebsleistung der Hubrotoren 3 ist so bemessen, dass der erzeugte Primärauftrieb P für den Flugbetrieb des dargestellten Fluggeräts ausreichend ist, einschließlich der erforderlichen Leistungsreserven für Flugbewegungen, d.h. das Fluggerät ist mittels der Hubrotoren 3 start- und flugfähig.
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Zusätzlich zu den Hubrotoren 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zentral innerhalb der Rahmenstruktur 1 eine Strahlturbine 4 angeordnet, die vertikal orientiert ortsfest in der Rahmenstruktur 1 befestigt ist, sodass der in 1 strichliert dargestellte Schubstrahl 400 beim Betrieb der Strahlturbine 4 vertikal nach unten gerichtet ist und einen parallel zum Primärauftrieb P gerichteten Sekundärauftrieb S erzeugt. Die Strahlturbine 4 wird über einen in der Rahmenstruktur 1 angeordneten Brennstofftank 40 mit Brennstoff, beispielsweise Kerosin, gespeist.
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Aufgrund der Flugfähigkeit des Fluggeräts lediglich mit Wirkung der Hubrotoren 3 ist es möglich, dass Fluggerät mithilfe der Hubrotoren 3 zu starten und zu einem Einsatzort zu manövrieren und anschließend die Strahlturbine 4 zu starten, die zu diesem Zweck vertikal startfähig ausgerüstet ist.
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Sobald die Strahlturbine 4 gestartet ist, erzeugt sie den vertikal nach unten gerichteten Schubstrahl 400, der aufgrund der ihm innewohnenden Wärme von entsprechenden Infrarotsensoren eines Flugabwehrgeräts detektierbar ist, sodass die gewünschte Zieldarstellung erfolgen kann.
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Darüber hinaus ist der über den Schubstrahl 400 erzeugte vertikal nach oben und parallel zum Primärauftrieb P gerichtete Sekundärauftrieb S geeignet, zumindest einen Teil des Eigengewichts des Fluggeräts zu tragen. Dementsprechend kann während des Betriebs der Strahlturbine 4 die Antriebsleistung der Hubrotoren 3 und damit der erzeugte Primärauftrieb P entsprechend reduziert werden, da die Hubrotoren 3 nur noch das verbleibende Gewicht des Fluggeräts tragen müssen. Hierdurch wird der Energiebedarf der Antriebsmotoren 30 entsprechend gedrosselt und die elektrische Ladung der Batterie 5 entsprechend geschont, was sich in einer längeren Flugzeit des Fluggeräts niederschlägt.
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Die Steuerung der Antriebsmotoren 30 der einzelnen Hubrotoren 3 sowie das Einschalten der Strahlturbine 4 und die nach dem Zünden derselben ermöglichte Leistungsreduzierung der Hubrotoren 3 wird von der Steuereinrichtung 6 bewirkt, die über ein ebenfalls in der Rahmenstruktur 1 mit Bezugszeichen 7 beispielhaft angedeutetes Funkmodul von einem entsprechenden hier nicht dargestellten Leitstand fernsteuerbar ist.
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Das vorangehend erläuterte Fluggerät erlaubt die Verwendung als Zieldarstellungsdrohne, die gemäß den Eigenschaften eines Multikopters auch extremen Langsamflug oder Schwebeflug vollführen kann, wie es für einen Hubschrauber typisch ist. Demzufolge kann ein Hubschrauber als Ziel einer Flugabwehreinheit simuliert dargestellt werden.
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Es versteht sich, dass neben der Verwendung als Zieldarstellungsdrohne auch noch eine Vielzahl weiterer Anwendungsfälle vom erfindungsgemäßen Fluggerät ausgeführt werden können.
