DE3211039A1 - Unbemanntes ferngesteuertes luftfahrzeug - Google Patents

Description

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Die Erfind ing betrifft ein unbemanntes, insbesondere ferngesteuertes Luftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Unbemannte Luftfahrzeuge des vorgenannten Typs wurden schon in großer Anzahl entworfen und/oder hergestellt. Die diesbezüglichen Bemühungen haben bisher zu betriebsfähigen Einheiten geführt, und zwar insbesondere im Hinblick auf die Flug- und Stabilitätssteuerungen. Hierbei wird bei den bekannten unbemannten Luftfahrzeugendes obengenannten Typs der Antrieb bzw. Vortrieb mittels helikopterähnlicher Propeller bewirkt, die am oberen Ende des Luftfahrzeuges angeordnet sind und nichtstarre Propellerblätter verwenden, um die gewünschten Flug- und Fluglagesteuerungen zu erreichen, wobei insbesondere auch eine Differentialsteuerung für eine gleichsinnige Verstellung des Propellerblattanstellwinkels zur Anwendung gelangt. Derartige Propeller erzeugen ein relativ kleines Steuerausgangssignal, was eine unerwünschte Einschränkung hinsichtlichstarker, auf das Luftfahrzeug ausgeübter Momente zur Folge hat, und zwar beispielsweise dann, wenn am Luftfahrzeug eine Halteleine befestigt ist, um es festzuhalten.

Die unbemannten Luftfahrzeuge des obengenannten Typs werden üblicherweise mehr für Kriegsführungszwecke auf dem Schlachtfeld vorgesehen, weshalb sie zu diesem Zweck so schwer wie nur möglich durch den Gegner, sei es visuell, durch Eadar oder durch Infrarotstrahlung usw., entdeckt werden sollen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein unbemanntes ferngesteuertes Luftfahrzeug der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das ein aktives Flug- und Stabüitätssteuerverhalten aufweist, um relativ große Momente zu erzeugen, die ausreichend groß sind, um demjenigen großen Moment entgegenzuwirken, das auf das Luftfahrzeug durch eine dieses festhaltende Halteleine ausgeübt wird. Das zu schaffende Luftfahrzeug

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soll gleichzeitig eine derartige Ausbildung und äußere Gestaltung seiner Haupteinzelteile aufweisen, daß die Möglichkeit seiner Entdeckung durch einen Feind minimiert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäß ausgestaltete, unbemannte ferngesteuerte Luftfahrzeug weist gegenläufig rotierende Propeller auf, die weitgehend auf der Höhe des Schwerpunktes (Massenzentrum) des Luftfahrzeuges angeordnet sind und somit ganz wesentlich zur Erreichung des mit der Erfindung verfolgten Zwecks beitragen. Die hierbei zur Anwendung gelangenden gegenläufig rotierenden Propeller sind starr ausgebildet und erlauben größere Steuermomente, mittels denen großen Ungleichgewichtsmomenten entgegengewirkt werden kann, die beispielsweise durch eine das Luftfahrzeug festhaltende Halteleine erzeugt werden.

Das erfindungsgemäß ausgestaltete Luftfahrzeug weist schließlich eine äußere Ausbildung derart auf, daß die gegenläufig rotierenden Propeller etwa auf mittlerer Höhe zwischen dem oberen und unteren Ende des Luftfahrzeuges angeordnet sind und daß zwei ganz allgemein kugelähnliche bzw. kugelförmige Oberflächen oberhalb und unterhalb der Propeller vorgesehen sind, was aufgrund der diesen Oberflächen eigenen Dispersionseigenschaft (Streueigenschaft) dafür sorgt, daß nur außerordentlich minimale Angriffsflächen für eine Entdeckung durch Eadarreflektion und dgl. vorhanden sind.

Die E rfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das unbemannte Luftfahrzeug im vertikalen Schnitt und

Fig. 2 in auseinandergezogener Seitenansicht zur Darstellung

des zur Anwendung gelangenden Modul-bzw. Bausteinkonzeptes;

Fig. 3 vergrößert sowie teilweise geschnitten in Seitenansicht

eine geringfügig abgewandelte Ausführungsform der Verbindung von Propellern, Propellerblättern und Taumelscheibe sowie

Fig. 4 ein Detail dieser Verbindung in der Seitenansicht gemäß

Linie 4-4 nach Fig. 3.

Das dargestellte ferngesteuerte, unbemannte Luftfahrzeug weist einen Körper auf, der symmetrisch zu einer vertikalen Achse ist. Dieser Körper besitzt vertikal übereinander angeordnete Abschnitte, die aus einem obersten Abschnitt 1, einem Zwischenabschnitt 2 und einem untersten Abschnitt 3 bestehen. Jeder dieser Abschnitte 1, 2 und 3 bildet einen abtrennbaren Baustein, der derart ausgebildet und angeordnet ist, daß er zu Wartungs- oder Austauschzwecken vom jeweils benachbarten Baustein leicht gelöst werden kann.

Der oberste Baustein bzw. Abschnitt 1 weist einen Antrieb 4, beispielsweise einenauf dem Rotationsprinzip beruhenden Verbrennungsmotor oder eine Turbine, auf, der an einem Lagerbügel 5 befestigt ist. Um das Triebwerk 4 herum ist ein ganz allgemein ring- oder wulst förmiger Treibstoff tank 6 angeordnet, der somit verwendet wird, um die heißen Teile des Triebwerks 4 vor Entdeckung durch Infrarotstrahlen zu schützen. Die Außenseite des Luftfahrzeugkörpers ist mit einem Gehäuse 7 oder einer Schale versehen, das eine ganz allgemein kugel-

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förmige Kontur aufweist und daher so wenig wie nur möglich durch Radar lokalisierbar ist. Dies beruht auf der den kugelförmigen Flächen innewohnenden dochdispersiven Eigenschaft gegenüber Radarwellen oder Radarreflektionen. Der Auspuff 8 des Triebwerks 4 ist am oberen Ende des obersten Abschnittes 1 und daher auch am oberen Ende des gesamten Körpers des Luftfahrzeuges angeordnet sowie nach oben gerichtet, so daß er vor einer Erfassung durch Infrarotstrahlung vom Erdboden her, d.h. von unten her, verborgen ist.

Der unterste Abschnitt oder Baustein 3 ist ebenfalls mit einem Gehäuse bzw. einer Gehäuseschale 9 von ganz allgemein kugelförmiger Kontur versehen, in dem die erforderlichen, in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellten Flugsteuereinheiten 10 angeordnet sind. Innerhalb des untersten Abschnittes 3 sind Hängebügel 11 mit ihrem oberen Ende festgelegt, wobei diese Hängebügel 11 derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sie lösbar eine Nutzlast 12 tragen, die in bekannter Weise mittels der Hängebügel 11 schwenkbar aufgehängt ist. Die Nutzlast 12 bildet in diesem Fall ein Datenanforderungspaket für die Fernsteuerung des Luftfahrzeuges und für die Überwachung der Erdoberfläche, beispielsweise für die Überwachung des Gegners auf einem Schlachtfeld, für die Überwachung des Straßenverkehrs oder für andere zivile Zwecke. Um die Nutzhaube 12 herum sowie über dieser ist eine Schutzhaube 13 vorgesehen.

An der Außenseite des untersten Abschnittes 3 ist ein Landegestell 14 befestigt, das einen Landering 15 aufweist. Dieser ist mit dem untersten Abschnitt 3 über drei Beine 16 verbunden, die jeweils die Form von Stoßdämpferstreben aufweisen und an ihren beiden Enden gelenkig mit dem unterstenAbschnitt 3 bzw. mit dem Landering 15 verbunden sind.

Der Zwischenabschnitt 2 des Fahrzeugkörpers weist zwei gegenläufig rotierende Propeller 17, 18 sowie die zugeordneten, im einzelnen

näher aus Fig. 3 ersichtlichen Steuermechanismen auf. Hierbei ist am oberen Ende des Zwischenabschnittes 2 mittig ein Getriebekasten 19 angeordnet, der über eine entsprechende, nicht dargestellte Wellen- und Zahnradübertragung eine obere Propellernabe 20 in der einen Richtung und eine untere Propellernabe 21 in der entgegengesetzten Richtung antreibt. Jeder Propeller 17, 18 weist drei Propellerblätter 22 mit jeweils einem Propellerblattnabenteil 23 auf, das, wie aus Fig. 1 ersichtlich, drehbar in der entsprechenden Propellernabe 20 bzw. 21 angeordnet ist.

Die in Fig. 1 und 3 dargestellten Steuermechanismen zur gleichsinnigen und zyklischen Verstellung des Propellerblattanstellwinkels sind, mit Ausnahme lediglich nachrangiger Unterschiede, gleich ausgebildet. Hierbei ist bei der Ausführungsform gernäJß Fig. 1 der Blattwinkelsteuermechanismus mit den Propellerblättern 22 verbunden, damit der Anstellwinkel jedes Propellerblattes 22 um dessen durch das entsprechende Propellerblattnabenteil 23 definierte Blattwinkelsteuerachse wahlweise verändern zu können. Zwischen den beiden gegenläufig rotierenden Propellern 17, 18 ist eine Taumelscheibe 24 angeordnet, die durch nicht dargestellte geeignete Mittel in zwei zueinander senkrechten Richtungen verschwenkbar ist, und zwar entsprechend den gewählten Fluglagen und Krängungs richtungen des Luftfahrzeuges. An der Taumelscheibe 24 sind drehbar zwei Ringe 25 befestigt, und zwar derart, daß sie koaxial um die Taumelscheibe 24 drehen können. Für jedes Propellerblatt 22 ist ein Betätigungsarm 26 zur Verstellung des Propellerblattanstellwinkels vorgesehen, wobei jeder Betätigungsarm 26 mit seinem einen Ende am entsprechenden Propellerblattnabenteil 23 und mit seinem anderen Ende am .entsprechenden Ring 25 angelenkt ist, so daß einerseits zum Zweck der zyklischen Blattwinkelsteuerung der Propellerblattanstellwinkel durch körperliches Verschwenken bzw. Kippender Taumelscheibe 24 und der Ringe25 variiert werden kann und andererseits zum Zweck der gleich-

sinnigen Blattwinkelsteuerung der Propellerblattanstellwinkel durch körperliches nach oben oder nach unten Verschieben der Taumelscheibe 24 sowie der Ringe 25 verändert werden kann.

Die aus Fig. 3 ersichtliche, gegenüber Fig. 1 geringfügig abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung zur gleichsinnigen und zyklischen Blattwinkelsteuerung zeigt im einzelnen, wie die Propellernaben 20, 21 und die Taumelscheibe 24 im Körper des Luftfahrzeuges angeordnet bzw. festgelegt sind. Hierbei ist der Körper des Luftfahrzeuges mit einer ortsfest angeordneten mittigen Achse 27 versehen, an der Speichenräder 28 befestigt sind, wobei die Propellernaben 20 bzw. 21 drehbar um diese Speichenräder 28 herum angeordnet sind. Jede Propellernabe 20, 21 trägt einen Zahnkranz 29, der durch das Triebwerk 4 über ein nicht dargestelltes, Ritzel, Zahnräder und Welle usw. aufweisendes Getriebe angetrieben wird. Beider dargestellten Ausführungsform weist jedes Propellerblatt 22 ein Nabenteil 30 auf, das drehbar in einen radialen Vorsprung 31 der jeweiligen Propellernabe 20 bzw. 21 eingreift. Genau wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist an jedem Propellerblatt nabenteil 30 ein Hebel 32 befestigt, der in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise zur Verbindung mit dem Betätigungsarm 26 für die Blattwinkelsteuerung dient.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist die Taumelscheibe 24 kippbar an einem Kugelgelenk 33 gelagert, das an einem hülsenförmig ausgebildeten, entlang der Achse 27 verschiebbaren Support 34 befestigt ist. E s wird daher durch die vertikale Verschiebebewegung des Supportes 34 dieselbe, zuvor schon beschriebene Verstellung der Taumelscheibe 24 und somit die gleichsinnige Steuerung der Propellerblattanstellwinkel bewirkt.

Am unteren Ende des Luftfahrzeuges ist eine Halteleine 35 befestigt, wobei im speziellen das eine Ende der Halteleine an einem Ring 36 fest-

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gelegt ist, der auf Kugellagern gelagert ist, damit er frei gegenüber dem Körper des Luftfahrzeuges drehen kann. Die Halteleine 35 istauf eine Spule 37 aufgewickelt, die vom Luftfahrzeug während des Fluges lösbar getragen wird. Zu diesem Zweck ist daher auch ein, durch Fernsteuerung auslösbares, Verriegelungssystem vorgesehen, das die Spule 37 während des Fluges des Luftfahrzeuges lösbar an Bord hält. Wenn dann das Luftfahrzeug landen soll, wird die Spule 37 durch Fernsteuerung entriegelt oder gelöst, so daß sie auf den Erdboden fallen kann, von wo aus dann die Halteleine 35 angezogen wird, damit das Luftfahrzeug unabhängig von ungünstigen Wetterbedingungen und übermäßig genauen Steuerleistungen sicher und geführt landen kann.

Claims (8)

LIEDL, NÖThC ZElTEER ' .".'- .:.\3 2110 3 PatentanwälteSteinsdorfstr. 21-22 ■ D-8000 München 22 · Tel. 089/229441 · Telex: 05/22208 CANADAIR LIMITED, Montreal, Quebec, Canada H3C3G9 Unbemanntes ferngesteuertes Luftfahrzeug Patentansprüche:

1. Unbemanntes ferngesteuertes Luftfahrzeug, gekennzeichnet durch einen Körper (1, 2, 3).der weitgehend symmetrisch zu einer vertikalen Achse ausgebildet ist, zwei gegenläufig rotierende Propeller (17, I8).die vertikal übereinander weitgehend auf der Höhe des Fahrzeugschwerpunktes angeordnet und um die vertikale Symmetrieachse des Körpers relativ zu dieser drehbar sind sowie jeweils wenigstens drei Propellerblätter (22) aufweisen, Propellernaben (20, 21), welche die jeweiligen Propellerblätter (22)tragen und mit diesen in Wirkverbindung stehen, ein jedem Propellerblatt (22) zugeordnetes,

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fest bzw. starrr mit diesem verbundenes Propellerblattnabenteil (23, 30), das eine Steuerachse für den Propellerblattanstellwinkel bildet, fest in bezug auf die jeweilige Propellernabe (20, 21) angeordnet sowie um die entsprechende Blattwinkelsteuerachse drehbar ist_yund durch eine Einrichtung (24, 25, 26) zur gleichsinnigen und zyklischen Steuerung der Propellerblattanstellwinkel, die derart ausgebildet und angeordnet ist, daß sie ausschließlich Druck-, Anstell- und Rollmomente erzeugt.

2. Luftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrzeugkörper voneinander trennbare Abschnitte (1, 2, 3) aufweist, bestehend aus einem obersten Abschnitt (1) mit einem Antrieb (4), der seitlich durch einen Treibstofftank (6) geschützt ist, aus einem Zwischenabschnitt (2), der die gegenläufig rotierenden Propeller (17, 18) aufweist,und einem untersten Abschnitt (3), der eine Nutzlast (12) trägt.

3. Luftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der oberste als auch unterste Abschnitt'(l, 3) durch eine Schnellschlußverbindung jeweils mit dem Zwischenabschnitt (2) verbunden sind, die derart ausgebildet und angeordnet ist, daß jeder Abschnitt vom benachbarten Abschnitt leicht und schnell lösbar ist.

4. Luftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenabschnitt (2) einen Getriebekasten (19) aufweist, der an seiner Oberseite offen zugänglich ist, und daß die den Zwischenabschnitt (2) mit dem obersten Abschnitt (1) verbindende Schnellschlußverbindung in Wirkverbindung mit dem Getriebekasten (19) steht und den Zwischenabschnitt (2) fest mit dem obersten Abschnitt (1) verbindet.

5. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oberste Abschnitt (1) einen Auspuff (8) aufweist, der mit dem Antrieb (4) verbunden ist und an der Oberseite des

Luftfahrzeugkörpers, verborgen vor einer Infrarotentdeckung vom Erdboden her, nach außen mündet.

6. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche Ibis 5, gekennzeichnet durch

a) eine Steuereinrichtung zur zyklischen Verstellung der Propellerblattanstellwinkel, um Momente zur Steuerung und Stabilisierung der Lage der Symmetrieachse des Luftfahrzeugkörpers in bezug auf die Vertikale zu erzeugen,

b) eine Steuereinrichtung zur gleichsinnigen Änderung der Propellerblattanstellwinkel, um das durch die Propeller (17, 18) erzeugte Schub- bzw. Zugniveau zu steuern, und

c) eine Steuereinrichtung zur Erzeugung einer unterschiedlichen Geschwindigkeit der beiden Propeller (17, 18), um zur Steuerung und Stabilisierung der Ausrichtung des Luftfahrzeugkörpers um die Symmetrieachse Drehmomentreaktionen am Luftfahrzeugkörper zu erzeugen.

7. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Halteleine (35) mit einer vom Luftfahrzeugkörper lösbaren Aufwickelspule (37), wobei das eine Ende der Halteleine (37) in Wirkverbindung mit dem Luftfahrzeugkörper verbleibt und die Halteleine (35) zur Fessellandung des Luftfahrzeuges mittels Ziehen an der abgewickelten Halteleine (35) dient.

8. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche Ibis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der oberste Abschnitt (l)und der unterste Abschnitt (3) jeweils eine ganz allgemein kugelförmige Außenkontur aufweisen.