EP2125506A2 - Luftschiff - Google Patents

Luftschiff

Info

Publication number
EP2125506A2
EP2125506A2 EP08716573A EP08716573A EP2125506A2 EP 2125506 A2 EP2125506 A2 EP 2125506A2 EP 08716573 A EP08716573 A EP 08716573A EP 08716573 A EP08716573 A EP 08716573A EP 2125506 A2 EP2125506 A2 EP 2125506A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drives
airship
balloon
airship according
arms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08716573A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Krause
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Chemnitz
Original Assignee
Technische Universitaet Chemnitz
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Chemnitz filed Critical Technische Universitaet Chemnitz
Publication of EP2125506A2 publication Critical patent/EP2125506A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
    • B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
    • B64B1/06—Rigid airships; Semi-rigid airships
    • B64B1/24—Arrangement of propulsion plant
    • B64B1/30—Arrangement of propellers
    • B64B1/32—Arrangement of propellers surrounding hull

Definitions

  • the present invention relates to an airship with a balloon and a drive system with multiple drives for moving the airship, wherein the invention can be applied both to impact airships, which are also known as autonomous airships or blimps, as well as zeppelins.
  • a Blimp does not have a solid inner frame, but consists of a freely deformable shell, the balloon.
  • the flight characteristics are however comparable and if such airships are to fly autonomously, then due to the constant disturbances by wind a robust regulation of the position and the movement is necessary.
  • the standard drive of an airship usually consists of two propeller drives at the level of the nacelle mounted under the balloon.
  • This form of drive involves some disadvantages in the autonomous control or use of an autopilot.
  • the propulsive power applied by the propeller drives does not act in the same place as the externally acting forces on the airship.
  • the consequences are effects on the positional movement of the airship during load changes.
  • This has a rocking and / or tilting of the airship to the result, which must be corrected.
  • it is known, in addition to the rear of the balloon Provide the tail to minimize the rocking.
  • the problem of looking up is not completely eliminable with the known techniques.
  • the object is achieved by an airship with a balloon and a drive system with multiple drives for moving the airship, wherein at least three drives are provided, which are arranged spatially distributed on the balloon that resulting from the drives and variable in its point force and torque vector can be generated.
  • the at least three drives span a surface which intersects the balloon, wherein a point of application of the force and moment vector resulting from the drives acts on this surface and is displaceable in this surface.
  • the area spanned by the drives can be arranged orthogonal to a longitudinal axis of the balloon (and then coincides with a cross-sectional area of the balloon).
  • the surface spanned by the drives may also be non-orthogonal to the longitudinal axis of the balloon (and then forms a plane of intersection of the balloon).
  • the drives can be controlled separately from each other, as this can vary the individual force vectors and thus can shift the resulting vector.
  • At least one of the drives is arranged to be longitudinally displaceable relative to the longitudinal axis of the balloon.
  • the drives can be mounted on separately rotatable arms.
  • the at least three drives are arranged circumferentially above and below a median line of the balloon.
  • two drives are arranged circumferentially above and two drives circumferentially below the median line of the balloon.
  • the boom, on which arranged above the median line Drives are mounted to be aligned substantially parallel to the arms to which the arranged below the median line drives are attached.
  • four drives are provided, of which two drives are arranged diametrically opposite.
  • the arms of the diametrically opposed drives can be aligned substantially in a line.
  • four drives are provided, wherein three of the drives span a surface which intersects the balloon and wherein the fourth drive is disposed outside this surface and forms with the surface a space in which the point of application of the force resulting from the drives - And moment vector is changeable in position.
  • the drives for moving the airship are arranged below the balloon
  • the drives of the airship of the present invention can be arranged distributed around the circumference of the balloon, that resulting from the individual force and moment vectors of the drives force and Moment vector is located in the middle of the plane spanned by the drives surface of the balloon and thus acts at the same point as the resulting wind forces from the outside.
  • this point is adjustable and adaptable to the external wind forces. This can prevent a rocking of the airship.
  • the present propulsion system of the airship has the significant advantage over previous drive systems that the force vectors can be displaced in the area spanned by the drives or the space spanned by the drives, and thus can also be spatially aligned. As a result, the cause of a rotational or tilting movement is prevented.
  • Another major advantage of the new drive concept is that it can react to any disturbance variable independently with the actuators (drives), which considerably simplifies the development of a control, regardless of whether a linear, cascaded controller or a non-linear regulator is used.
  • fuzzy controllers or other non-linear controllers can also be used.
  • the drives can be controlled separately from each other.
  • the flexible mounting of the drives in conjunction with the independent controllability of the drives enables the resulting force and moment vector to be freely positioned and rotated on the surface that the motors of the drives span. This allows a very high maneuverability of the airship with up to 6 degrees of freedom.
  • an airship can be constructed which can be maneuvered in 5 degrees of freedom. This allows this airship in two straight-line movements, that is forward, backward, up and down, and in three directions of rotation.
  • the boom to which the upper drives are attached are aligned approximately parallel to the arms to which the lower drives are attached.
  • the drives can be rigidly or rotatably mounted and controlled symmetrically or independently, so that an optimal control of the movement and positioning of the airship can be ensured. This arrangement is structurally favorable to implement.
  • the four drives can be positioned around the balloon on the top left, top right, bottom right and bottom left, making it possible to supply the airship with up to 6 degrees of freedom maneuver. In this way, in addition to the linear directions of movement, three directions of rotation with the aid of this embodiment are adjustable. If the arms of the diametrically opposed drives are aligned approximately in a line, then the airship can be controlled particularly easily and safely by the symmetrical arrangement of arms and drives.
  • Figure 1 is a schematic side view of an embodiment of an airship
  • Figure 2 is a schematic front view of the embodiment of the airship of Figure 1, in which the drives are provided above and below the median line of the balloon;
  • Figure 3 is a schematic front view of another embodiment of a
  • the drives are distributed diametrically opposite to the balloon around.
  • FIG. 1 shows schematically a side view of a possible embodiment variant of the present airship 1.
  • the airship 1 has a helium-filled pressure balloon 2.
  • the balloon 2 shown in the example is about 4 meters long and has a diameter of about 2 meters. In other embodiments, not shown, the balloon 2 may also have other dimensions.
  • a nacelle 3 is attached at the bottom of the balloon 2.
  • the nacelle 3 can be used, for example, that in the gondola 3 electronics and batteries are stored.
  • the drives 4 are propellers. In principle, however, comes as drive 4 for the present airship 1, any drive into consideration, which is able to apply a thrust to move the airship 1.
  • propulsion jet drives can also be used as drives 4.
  • two propellers 4 Above a median line of the balloon 2, two propellers 4 are also rotatably mounted on separate axes 5 in the example shown in FIG. Thus, the orientations of the propeller 4 can be changed separately from each other.
  • each axis or each boom 5, to which the drives 4 are mounted independently rotatable, which is indicated schematically by the arrows A and B in Figure 1.
  • the drives 4 of the airship 1 are arranged on the circumference of the balloon 2, that a resulting from the drives 4 and variable in its position force and moment vector F can be generated.
  • the drives 4 act in such a way that the force and moment vector F is located approximately in the center of a surface spanned by the drives (which in the present embodiment corresponds approximately to the middle of the cross-sectional area of the balloon 2) and thus at the same point as the resulting wind forces from the outside.
  • a rocking or tilting of the airship 1 can be largely prevented.
  • Figure 2 shows schematically a front view of the airship 1 of Figure 1.
  • the boom 5 above and below the median line of the balloon 2 are arranged approximately parallel to each other. This makes it possible to achieve a particularly good, symmetrical control of the airship 1.
  • the boom 5 are not arranged parallel to each other.
  • the arms 5 are rotatable separately from each other according to the directions of rotation demonstrated by the arrows A, B, C, D.
  • the drives 4 are designed in the form of propellers, which are arranged above and below the median line of the balloon 2 approximately symmetrically to one another.
  • the thrust forces acting on the airship 1, above and below the median line of the balloon 2 can be particularly well coordinated.
  • the drives 4, which are arranged above and below the median line of the balloon 2 are not provided symmetrically to each other.
  • up to 5 degrees of freedom can be set with regard to the maneuverability of the airship 1.
  • the airship 1 is movable forward and backward, up and down and in three directions of rotation or inclination.
  • FIG. 3 schematically shows a front view of a further embodiment of the present airship T
  • the airship 1 ' like the airship 1, has a helium-filled pressure balloon 2, to which a nacelle, which is not shown in FIG.
  • each two drives 4 are diametrically opposite.
  • the drives 4 in the embodiment shown in Figure 3 of the present airship 1 'top left, top right, bottom right and bottom left around the balloon 2 are arranged distributed.
  • the drives 4 are rotatably mounted on arms 5, wherein the arms 5 of the diametrically opposed drives 4 are aligned approximately in a line and also according to the arrows A, B, C 1 D are rotatable.
  • the independent control is immediately necessary if the resulting vector should leave the middle of the spanned surface or in addition torques must be generated.
  • the resulting force and moment vector F can be freely positioned on the surface that the drives 4 span and rotated in position.
  • the drives 4 can be rigidly attached. If the drives are rigidly mounted, however, only forward movements and torques are possible. In practice, however, at least one additional component is usually needed for the height. Therefore, the drives are usually mounted rotatably and symmetrically or independently controlled.
  • the present airship 1, 1 ' has over conventional airships the advantage that its location is completely changeable in space.
  • the airship 1, 1 ' is adaptable to air currents.
  • both in upwind and downwind always a very low air resistance of the airship 1, 1 'are set, which you can turn in the wind.
  • the present airship 1, 1 characterized by the fact that with him very tight tropics can be realized.
  • an essential advantage of the present airship 1, 1 ' lies in the fact that the point of application and the size and direction of the resulting force and moment vector F of the drives 4 of the airship 1, 1' can be set directly with the actuators or drives 4. Accordingly, a simple control is possible in which can be acted directly on the respective disturbing size.
  • the present arrangement of the drives 4 to the balloon 2 around a particularly good navigation and maneuverability of the airship 1, 1 ' can be achieved by the present arrangement of the drives 4 to the balloon 2 around a particularly good navigation and maneuverability of the airship 1, 1 '. If, for example, a strong thrust force is generated by the drives 4 arranged above the balloon 2 or laterally on the balloon 2, while a lower thrust force is generated by the drives 4 arranged below on the balloon, an inclination can occur in the airship 1, 1 ' down to be realized. Conversely, a low thrust at the top and a higher thrust at the bottom make it possible to tilt the airship 1, 1 'upwards.
  • the airship 1, 1 ' can be turned upwards in place. If, for example, only the left drives 4 of the airship 1, 1 'are operated, a movement can take place to the right, conversely the airship 1, 1' can be moved to the left by the activation of the right drives 4.
  • the present airship 1, 1 ' is also able to rotate about its own longitudinal axis.
  • the propeller 4 shown on the right in Figure 3 are turned down and the propeller 4 shown on the left turned up.
  • three drives 4 may be provided in the present airship.
  • one of the drives 4 can be arranged centrally above the balloon 2, wherein the drives 4 arranged below can be provided, for example, as shown in FIGS. 2 or 3.
  • two drives 4 are provided, as shown in Figures 2 and 3, while at the bottom of the nacelle 3, only one drive 4 is provided.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftschiff (1) mit einem Ballon (2) und mehreren Antrieben zum Bewegen des Luftschiffes, wobei die Erfindung sowohl bei Prallluftschiffen, die auch als autonome Luftschiffe oder Blimps bekannt sind, als auch für Zeppeline angewendet werden kann. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Luftschiff der oben genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei welchen ein Aufschaukeln oder Kippen des Luftschiffes weitgehend vermieden werden kann. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Antriebe des Luftschiffes wenigstens drei Antriebe sind, die derart um den Ballon herum angeordnet sind, dass ein aus den Antrieben resultierender und in seiner Position veränderbarer Kraft- und Momentvektor erzeugbar ist.

Description

Luftschiff
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftschiff mit einem Ballon und einem Antriebssystem mit mehreren Antrieben zum Bewegen des Luftschiffes, wobei die Erfindung sowohl bei Prallluftschiffen, die auch als autonome Luftschiffe oder Blimps bekannt sind, als auch für Zeppeline angewendet werden kann.
Im Gegensatz zu einem Zeppelin hat ein Blimp kein festes Innengerüst, sondern besteht aus einer frei verformbaren Hülle, dem Ballon. Die Flugeigenschaften sind jedoch vergleichbar und wenn solche Luftschiffe autonom fliegen sollen, so ist aufgrund der ständigen Störeinflüsse durch Wind eine robuste Regelung der Position und der Bewegung notwendig.
Bei solchen Luftschiffen lässt sich eine Positionsregelung im Raum mit nur einer Regelungsebene schwer realisieren, da mindestens drei miteinander gekoppelte, nicht lineare Größen zu regeln sind. Ein weiteres Problem ist die dynamische Umgebung, in der das Luftschiff ständig Wind unterschiedlicher Stärke und Richtung kompensieren muss. Es wurden daher Lösungsansätze entwickelt, welche eine verteilte und kaskadierte Regelung verwenden. Durch wiederholte Ableitung kommt man von der Position über die Geschwindigkeit bis zur Beschleunigung, bei der man ein angenähertes lineares Modell verwenden kann. Um eine Entkopplung der einzelnen Größen zu erreichen, werden die einzelnen Bewegungen ab der Geschwindigkeit getrennt betrachtet und geregelt. Solche Regelungen sind jedoch relativ aufwändig.
Der Standardantrieb eines Luftschiffes besteht meist aus zwei Propellerantrieben auf Höhe der unter dem Ballon angebrachten Gondel. Diese Form des Antriebes bringt einige Nachteile bei der autonomen Steuerung oder der Nutzung eines Autopiloten mit sich. Die von den Propellerantrieben aufgebrachte Schubleistung wirkt nicht an der gleichen Stelle wie die von außen angreifenden Kräfte am Luftschiff. Die Folge sind Wirkungen auf die Lagebewegung des Luftschiffes bei Laständerungen. Dies hat ein Schaukeln und/oder Kippen des Luftschiffes zur Folge, was ausgeregelt werden muss. Als Ausgleich hierfür ist es möglich, die Propeller, die bei den bekannten Luftschiffen unterhalb des Ballons angeordnet sind, entsprechend zu kippen. Weiterhin ist es bekannt, zusätzlich hinten am Ballon ein Leitwerk vorzusehen, um das Aufschaukeln zu minimieren. Das Problem des Aufschaukeins ist jedoch mit den bekannten Techniken nicht völlig beseitigbar.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Luftschiff der oben genannten Art zur Verfügung zu stellen, das ein Antriebssystem aufweist, mit dem ein Aufschaukeln oder Kippen des Luftschiffes weitgehend vermieden werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Luftschiff mit einem Ballon und einem Antriebsystem mit mehreren Antrieben zum Bewegen des Luftschiffes, wobei zumindest drei Antriebe vorgesehen sind, die derart am Ballon räumlich verteilt angeordnet sind, dass ein aus den Antrieben resultierender und in seinem Angriffspunkt veränderbarer Kraft- und Momentvektor erzeugbar ist.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel spannen die zumindest drei Antriebe eine Fläche auf, welche den Ballon schneidet, wobei ein Angriffspunkt des aus den Antrieben resultierenden Kraft- und Momentvektors an dieser Fläche angreift und in dieser Fläche verschiebbar ist .
Dabei kann die von den Antrieben aufgespannte Fläche orthogonal zu einer Längsachse des Ballons angeordnet sein (und stimmt dann mit einer Querschnittsfläche des Ballons überein). Alternativ kann die von den Antrieben aufgespannte Fläche auch zur Längsachse des Ballons nicht-orthogonal angeordnet sein (und bildet dann eine Schnittebene des Ballons).
Desweiteren können die Antriebe separat voneinander ansteuerbar sein, da sich hierüber die einzelnen Kraftvektoren variieren und somit der resultierende Vektor verschieben lassen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zumindest einer der Antriebe relativ zur Längsachse des Ballons verlangerbar angeordnet.
Weiterhin können die Antriebe an separat voneinander drehbaren Auslegern montiert sein.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die zumindest drei Antriebe umfangsseitig oberhalb und unterhalb einer Medianlinie des Ballons angeordnet.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zwei Antriebe umfangsseitig oberhalb und zwei Antriebe umfangsseitig unterhalb der Medianlinie des Ballons angeordnet. Dabei können die Ausleger, an welchen die oberhalb der Medianlinie angeordneten Antriebe befestigt sind, im Wesentlichen parallel zu den Auslegern ausgerichtet sein, an welchen die unterhalb der Medianlinie angeordneten Antriebe befestigt sind.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind vier Antriebe vorgesehen, von welchen jeweils zwei Antriebe diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Dabei können die Ausleger der sich diametral gegenüberliegenden Antriebe im Wesentlichen in einer Linie ausgerichtet sein.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind vier Antriebe vorgesehen, wobei drei der Antriebe eine Fläche aufspannen, welche den Ballon schneidet und wobei der vierte Antrieb außerhalb dieser Fläche angeordnet ist und mit der Fläche einen Raum bildet, in dem der Angriffspunkt des aus den Antrieben resultierenden Kraft- und Momentvektor in seiner Position veränderbar ist.
Während im Stand der Technik die Antriebe zum Bewegen des Luftschiffes unterhalb des Ballons angeordnet sind, können die Antriebe des Luftschiffs der vorliegenden Erfindung so am Umfang des Ballon verteilt angeordnet werden, dass sich der aus den einzelnen Kraft- und Momentvektoren der Antriebe resultierende Kraft- und Momentvektor in der Mitte der von den Antrieben aufgespannten Fläche des Ballons befindet und somit am gleichen Punkt wie die resultierenden Windkräfte von außen wirkt. Somit ist dieser Angriffspunkt einstellbar und an die von außen wirkenden Windkräfte anpassbar. Hierdurch lässt sich ein Aufschaukeln des Luftschiffes verhindern. Bei dem erfindungsgemäßen Luftschiff ist es daher möglich, Kipp- und Schaukelmomente unmittelbar zu beeinflussen und damit leicht zu regeln.
Das vorliegende Antriebsystem des Luftschiffes hat den wesentlichen Vorteil zu bisherigen Antriebssystemen, dass sich die Kraftvektoren in der von den Antrieben aufgespannten Fläche oder dem von den Antrieben aufgespannten Raum verschieben und somit auch räumlich ausrichten lassen. Hierdurch wird die Ursache einer Dreh- bzw. Kippbewegung verhindert.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des neuen Antriebskonzeptes ist, dass auf jede Störgröße unabhängig mit den Aktoren (Antrieben) reagiert werden kann, was die Entwicklung einer Regelung wesentlich vereinfacht, egal ob ein linearer, kaskadierter Regler oder ein nichtlinearer Regler verwendet wird. Hierbei können neben den vorstehend aufgeführten Regelentwürfen auch Fuzzi-Regler oder andere nicht-lineare Regler zum Einsatz kommen. Wenn die Antriebe an separat voneinander drehbaren Auslegern montiert sind, ist jede Achse jedes der Antriebe unabhängig voneinander drehbar, wodurch sich eine sehr gute Manövrier- bzw. Navigierbarkeit des Luftschiffes ergibt. Bei drehbar angeordneten Antrieben ergibt sich eine hohe Manövrierfähigkeit. Insbesondere sind Wendungen auf der Stelle möglich.
Außerdem können die Antriebe getrennt voneinander ansteuerbar sein. Durch die bewegliche Anbringung der Antriebe in Verbindung mit der voneinander unabhängigen Ansteuer- barkeit der Antriebe lässt sich der resultierende Kraft- und Momentvektor auf der Fläche, welche die Motoren der Antriebe aufspannen, frei positionieren und in der Lage drehen. Dadurch ist eine sehr hohe Manövrierbarkeit des Luftschiffes mit bis zu 6 Freiheitsgraden möglich.
Sind die Antriebe oberhalb und unterhalb der Medianlinie des Ballons angeordnet, so lässt sich ein Luftschiff konstruieren, das in 5 Freiheitsgraden manövrierbar ist. Damit lässt sich dieses Luftschiff in zwei geradlinigen Bewegungen, das heißt vorwärts, rückwärts, nach oben und nach unten, sowie in drei Rotationsrichtungen bewegen.
Sind dabei zwei Antriebe oberhalb und zwei Antriebe unterhalb der Medianlinie des Ballons angeordnet, ist eine gute Verteilung der Antriebskräfte möglich, da gleichermaßen oberhalb und unterhalb des Ballons durch die Antriebe Schubkräfte aufgebracht werden können, so dass sich der resultierende Kraftvektor mittig der von den Antrieben aufgespannten Fläche des Ballons ergibt, an welcher Stelle die Gegenkraft des Windes auf den Ballon wirkt. Somit können die Bewegungen des Luftschiffes störende Drehmomente vermieden werden.
Hierbei ist es besonders günstig, wenn die Ausleger, an welchen die oberen Antriebe befestigt sind, etwa parallel zu den Auslegern ausgerichtet sind, an welchen die unteren Antriebe befestigt sind. An den Auslegern können die Antriebe starr oder drehbar angebracht werden und symmetrisch oder unabhängig voneinander gesteuert werden, so dass eine optimale Regelung der Bewegung und Positionierung des Luftschiffes gewährleistet werden kann. Diese Anordnung ist konstruktiv günstig umzusetzen.
Sind vier Antriebe vorgesehen, von welchen jeweils zwei diametral gegenüberliegend angeordnet sind, so lassen sich die vier Antriebe links oben, rechts oben, rechts unten und links unten um den Ballon herum positionieren, wodurch es möglich wird, das Luftschiff mit bis zu 6 Freiheitsgraden zu manövrieren. Auf diese Weise sind neben den linearen Bewegungsrichtungen auch drei Drehrichtungen mit Hilfe dieser Ausführungsvariante einstellbar. Sind die Ausleger der sich diametral gegenüberliegenden Antriebe etwa in einer Linie ausgerichtet, so lässt sich das Luftschiff durch die symmetrische Anordnung von Auslegern und Antrieben besonders leicht und sicher ansteuern.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles eines Luftschiffes;
Figur 2 eine schematische Frontansicht des Ausführungsbeispieles des Luftschiffes aus Figur 1 , bei welcher die Antriebe oberhalb und unterhalb der Medianlinie des Ballons vorgesehen sind; und
Figur 3 eine schematische Frontansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles eines
Luftschiffes, wobei die Antriebe diametral gegenüberliegend um den Ballon herum verteilt sind.
Figur 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer möglichen Ausführungsvariante des vorliegenden Luftschiffes 1.
Das Luftschiff 1 weist einen mit Helium gefüllten Druckballon 2 auf. Der in dem Beispiel gezeigte Ballon 2 ist etwa 4 Meter lang und hat einen Durchmesser von etwa 2 Metern. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten kann der Ballon 2 auch andere Abmessungen aufweisen.
An der Unterseite des Ballons 2 ist eine Gondel 3 befestigt. Die Gondel 3 kann beispielsweise dafür verwendet werden, dass in der Gondel 3 Elektronik und Akkus aufbewahrt werden.
Von der Gondel 3 erstrecken sich nach links und rechts zwei voneinander getrennte Ausleger bzw. Achsen 5, an welchen jeweils ein Antrieb 4 drehbar gelagert ist. In dem gezeigten Beispiel sind die Antriebe 4 Propeller. Grundsätzlich kommt als Antrieb 4 für das vorliegende Luftschiff 1 jedoch jeglicher Antrieb in Betracht, welcher in der Lage ist, eine Schubkraft aufzubringen, um das Luftschiff 1 zu bewegen. So sind beispielsweise auch Triebstrahlantriebe als Antriebe 4 einsetzbar. Oberhalb einer Medianlinie des Ballons 2 sind in dem in Figur 1 gezeigten Beispiel ebenfalls zwei Propeller 4 an voneinander getrennten Achsen 5 drehbar montiert. Somit lassen sich die Ausrichtungen der Propeller 4 getrennt voneinander verändern.
Die vorstehend beschriebenen Antriebe 4 sind durch eine Elektronik separat voneinander ansteuerbar. Zudem ist jede Achse bzw. jeder Ausleger 5, an welchem die Antriebe 4 befestigt sind, unabhängig voneinander drehbar, was durch die Pfeile A und B in Figur 1 schematisch angedeutet ist.
Die Antriebe 4 des Luftschiffes 1 sind derart am Umfang des Ballons 2 angeordnet, dass ein aus den Antrieben 4 resultierender und in seiner Position veränderbarer Kraft- und Momentvektor F erzeugbar ist. In dem in Figur 1 gezeigten Beispiel wirken die Antriebe 4 so, dass der Kraft- und Momentvektor F sich etwa in der Mitte einer von den Antrieben aufgespannten Fläche (die im vorliegenden Ausführungsbeispiel in etwa der Mitte der Querschnittsfläche des Ballons 2 entspricht) befindet und damit am gleichen Punkt wie die resultierenden Windkräfte von außen wirkt. Dadurch lässt sich ein Aufschaukeln oder Kippen des Luftschiffes 1 weitgehend verhindern.
Figur 2 zeigt schematisch eine Frontansicht des Luftschiffes 1 aus Figur 1. In dem gezeigten Beispiel sind die Ausleger 5 oberhalb und unterhalb der Medianlinie des Ballons 2 etwa parallel zueinander angeordnet. Hiermit lässt sich eine besonders gute, symmetrische Ansteuerung des Luftschiffes 1 erreichen. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten ist es jedoch auch möglich, dass die Ausleger 5 nicht parallel zueinander angeordnet sind. Die Ausleger 5 sind entsprechend der durch die Pfeile A, B, C, D demonstrierten Rotationsrichtungen separat voneinander drehbar.
In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante des vorliegenden Luftschiffes 1 sind die Antriebe 4 in Form von Propellern ausgebildet, welche oberhalb und unterhalb der Medianlinie des Ballons 2 etwa symmetrisch zueinander angeordnet sind. Damit lassen sich die Schubkräfte, die auf das Luftschiff 1 wirken, oberhalb und unterhalb der Medianlinie des Ballons 2 besonders gut aufeinander abstimmen. Es ist jedoch auch möglich, dass in anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten die Antriebe 4, die oberhalb und unterhalb der Medianlinie des Ballons 2 angeordnet sind, nicht symmetrisch zueinander vorgesehen sind.
Mit der in Figur 2 gezeigten Ausführungsvariante des vorliegenden Luftschiffes 1 lassen sich hinsichtlich der Manövrierbarkeit des Luftschiffes 1 bis zu 5 Freiheitsgrade einstellen. Das Luftschiff 1 ist vorwärts und rückwärts, nach oben und unten sowie in drei Dreh- bzw. Neigungsrichtungen bewegbar.
Figur 3 zeigt schematisch eine Frontansicht einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Luftschiffes T Das Luftschiff 1' weist ebenso wie das Luftschiff 1 einen mit Helium gefüllten Druckballon 2 auf, an welchem unten eine Gondel befestigt sein kann, welche in Figur 3 nicht dargestellt ist.
Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Luftschiffes 11 sind vier Antriebe 4 vorgesehen, von welchen sich jeweils zwei Antriebe 4 diametral gegenüber liegen. Somit sind die Antriebe 4 in der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform des vorliegenden Luftschiffes 1' links oben, rechts oben, rechts unten und links unten um den Ballon 2 verteilt angeordnet.
Die Antriebe 4 sind drehbar an Auslegern 5 befestigt, wobei die Ausleger 5 der sich diametral gegenüberliegenden Antriebe 4 etwa in einer Linie ausgerichtet sind und ebenfalls entsprechend der Pfeile A, B, C1 D drehbar sind.
Mit der in Figur 3 dargestellten Ausführungsvariante des vorliegenden Luftschiffes 1' lassen sich bei der Manövrierbarkeit des Luftschiffes 1' bis zu 6 Freiheitsgrade realisieren. Selbst Kipp- und Schaukelmomente sind damit unmittelbar beeinflussbar und lassen sich leicht regeln.
Auch wenn in den Ausführungsvarianten der vorliegenden Luftschiffe 1 , 1', die in den Figuren 1 bis 3 dargestellt sind, jeweils vier Antriebe 4 dargestellt sind, können auch drei oder mehr als vier Antriebe 4 um den Ballon 2 herum verteilt angeordnet werden, um die vorliegende Lehre umzusetzen. Wichtig ist lediglich, dass die Antriebe 4 so am Umfang des Ballons 2 verteilt angeordnet sind, dass der resultierende Kraft- und Momentvektor F der Antriebe 4 in der Mitte des Ballons 2 (genauer: ein Angriffspunkt des resultierenden Kraft und Momentvektors entlang einer durch die Antriebe aufgespannten Fläche) einstellbar ist. Dabei ist es von Vorteil, aber nicht unbedingt notwendig, dass die Antriebe 4 beweglich angebracht sind und sich unabhängig voneinander ansteuern lassen.
Das unabhängige Ansteuern ist sofort notwendig, wenn der resultierende Vektor die Mitte der aufgespannten Fläche verlassen soll bzw. zusätzlich Drehmomente erzeugt werden müssen. Somit lässt sich der resultierende Kraft- und Momentvektor F auf der Fläche, die die Antriebe 4 aufspannen, frei positionieren und in der Lage drehen. So können die Antriebe 4 starr angebracht werden. Wenn die Antriebe starr angebracht werden sind allerdings nur Bewegungen nach Vorne und Drehmomente möglich. In der Praxis wird meistens aber mindestens noch eine Komponente für die Höhe benötigt. Daher sind die Antriebe meist drehbar angebracht und symmetrisch oder unabhängig voneinander ansteuerbar.
Das vorliegende Luftschiff 1, 1' besitzt gegenüber herkömmlichen Luftschiffen den Vorteil, dass seine Lage komplett im Raum änderbar ist. Das Luftschiff 1 , 1' ist an Luftströmungen anpassbar. Somit kann sowohl bei Aufwind als auch bei Abwind immer ein sehr geringer Luftwiderstand des Luftschiffes 1 , 1' eingestellt werden, den man in den Wind drehen kann.
Zudem zeichnet sich das vorliegende Luftschiff 1 , 1' dadurch aus, dass mit ihm sehr enge Wendekreise realisierbar sind. Beispielsweise lässt sich das vorliegende Luftschiff 1, 1' auf der Stelle drehen oder es lassen sich sehr komplizierte Routen abfliegen. Dies kann beispielsweise genutzt werden, um das Luftschiff 1 , 1" ruhig über einem Objekt auszutarieren, um zum Beispiel von dem Objekt Fotos zu machen.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Luftschiffes 1 , 1' liegt jedoch darin, dass der Angriffspunkt und die Größe und Richtung des resultierenden Kraft- und Momentvektors F der Antriebe 4 des Luftschiffes 1 , 1' direkt mit den Aktoren bzw. Antrieben 4 eingestellt werden können. Entsprechend ist eine einfache Regelung möglich, bei welcher direkt auf die jeweils störende Größe eingewirkt werden kann.
Außerdem kann bei dem vorliegenden Luftschiff 1 , 1" eine optimale Kraftverteilung auf den Ballon 2 erreicht werden, wodurch die Flächenlast sehr gering ist.
Des weiteren lässt sich durch die vorliegende Anordnung der Antriebe 4 um den Ballon 2 herum eine besonders gute Navigier- und Manövrierbarkeit des Luftschiffes 1 , 1' erreichen. Wenn beispielsweise durch die oberhalb des Ballons 2 oder seitlich oben an dem Ballon 2 angeordneten Antriebe 4 eine starke Schubkraft erzeugt wird, während durch die unten an dem Ballon angeordneten Antriebe 4 eine geringere Schubkraft erzeugt wird, kann bei dem Luftschiff 1 , 1' eine Neigung nach unten realisiert werden. Umgekehrt lässt sich durch eine geringe Schubkraft oben und eine höhere Schubkraft unten eine Neigung des Luftschiffes 1 , 1' nach oben erzielen.
Werden die Propeller 4 der unten an dem Ballon 2 vorgesehenen Antriebe 4 nach vorn gedreht und die Propeller der oben an dem Ballon 2 angeordneten Antriebe 4 hinten gedreht, kann das Luftschiff 1 , 1' auf der Stelle nach oben gedreht werden. Werden beispielsweise nur die linken Antriebe 4 des Luftschiffs 1 , 1' betrieben, kann eine Bewegung nach rechts erfolgen, umgekehrt kann das Luftschiff 1 , 1' durch die Aktivierung der rechten Antriebe 4 nach links bewegt werden.
Das vorliegende Luftschiff 1 , 1' ist auch in der Lage, sich um seine eigene Längsachse zu drehen. Hierfür werden die in Figur 3 rechts dargestellten Propeller 4 nach unten gedreht und die links dargestellten Propeller 4 nach oben gedreht.
Bei einer in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsvariante können bei dem vorliegenden Luftschiff drei Antriebe 4 vorgesehen sein. Dabei kann beispielsweise einer der Antriebe 4 mittig oberhalb des Ballons 2 angeordnet sein, wobei die unten angeordneten Antriebe 4 beispielsweise, wie in den Figuren 2 oder 3 gezeigt, vorgesehen sein können. Umgekehrt ist es auch möglich, dass oberhalb des Ballons 2 zwei Antriebe 4 vorgesehen sind, wie es in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, während unten an der Gondel 3 nur ein Antrieb 4 vorgesehen ist.
Werden mehr als vier Antriebe 4 verwendet, ist deren Anzahl grundsätzlich nach oben offen. Auch hier ist es jedoch wichtig, dass ein resultierender Kraft- und Momentvektor F eingestellt werden kann, der vorzugsweise in der Mitte des Ballons 2 erzeugbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Luftschiff (1 , 1') mit einem Ballon (2) und einem Antriebsystem mit mehreren Antrieben zum Bewegen des Luftschiffes, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebsystem zumindest drei Antriebe (4) aufweist, die derart am Ballon (2) angeordnet sind, dass ein aus den Antrieben (4) resultierender und in seinem Angriffspunkt veränderbarer Kraft- und Momentvektor (F) erzeugbar ist.
2. Luftschiff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (4) eine Fläche aufspannen, welche den Ballon schneidet, wobei ein Angriffspunkt des aus den Antrieben (4) resultierenden Kraft- und Momentvektors (F) an dieser Fläche angreift und in dieser Fläche verschiebbar ist .
3. Luftschiff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Antrieben aufgespannte Fläche orthogonal zu einer Längsachse des Ballons angeordnet ist, oder dass die von den Antrieben aufgespannte Fläche zur Längsachse des Ballons nicht-orthogonal angeordnet ist.
4. Luftschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe separat voneinander ansteuerbar sind.
5. Luftschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Antriebe relativ zur Längsachse des Ballons verlängerbar angeordnet ist.
6. Luftschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (4) an separat voneinander drehbaren Auslegern (5) montiert sind.
7. Luftschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest drei Antriebe (4) umfangsseitig oberhalb und unterhalb einer Medianlinie des Ballons (2) angeordnet sind.
8. Luftschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Antriebe (4) umfangsseitig oberhalb und zwei Antriebe (4) umfangsseitig unterhalb der Medianlinie des Ballons (2) angeordnet sind.
9. Luftschiff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleger (5), an welchen die oberhalb der Medianlinie angeordneten Antriebe (4) befestigt sind, im Wesentlichen parallel zu den Auslegern (5) ausgerichtet sind, an welchen die unterhalb der Medianlinie angeordneten Antriebe (4) befestigt sind.
10. Luftschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vier Antriebe (4) vorgesehen sind, von welchen jeweils zwei Antriebe (4) diametral gegenüberliegend angeordnet sind.
11. Luftschiff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleger (5) der sich diametral gegenüberliegenden Antriebe (4) im Wesentlichen in einer Linie ausgerichtet sind.
12. Luftschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass vier Antriebe (4) vorgesehen sind, wobei drei der Antriebe eine Fläche aufspannen, welche den Ballon schneidet und wobei der vierte Antrieb außerhalb dieser Fläche angeordnet ist und mit der Fläche einen Raum bildet, in dem der Angriffspunkt des aus den Antrieben (4) resultierenden Kraft- und Momentvektor (F) in seiner Position veränderbar ist.
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