EP3947144A1 - Aircraft - Google Patents

Aircraft

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Publication number
EP3947144A1
EP3947144A1 EP20713260.6A EP20713260A EP3947144A1 EP 3947144 A1 EP3947144 A1 EP 3947144A1 EP 20713260 A EP20713260 A EP 20713260A EP 3947144 A1 EP3947144 A1 EP 3947144A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flight
wing
dad
lifting drives
flying device
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Withdrawn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
EP20713260.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Strieker
Torsten CYMANEK
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.)
Lift Air GmbH
Original Assignee
Lift Air GmbH
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 Lift Air GmbH filed Critical Lift Air GmbH
Publication of EP3947144A1 publication Critical patent/EP3947144A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B64C29/0008Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded
    • B64C29/0016Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers
    • B64C29/0025Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers the propellers being fixed relative to the fuselage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/22Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/32Rotors
    • B64C27/46Blades
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    • B64C29/0008Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded
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    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C9/00Adjustable control surfaces or members, e.g. rudders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00Arrangement or mounting of power plant in aircraft; Aircraft characterised thereby
    • B64D27/02Aircraft characterised by the type or position of power plant
    • B64D27/24Aircraft characterised by the type or position of power plant using steam, electricity, or spring force
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00Type of UAV
    • B64U10/25Fixed-wing aircraft
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/10Wings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/10Air crafts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C9/00Adjustable control surfaces or members, e.g. rudders
    • B64C2009/005Ailerons
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a flight device according to claim 1 and a method for stabilizing the flight device according to claim 13
  • quadrocopters are typically used for such applications, which have four rotors spaced from one another. Furthermore, variants of the quadrocopter are known that have more than four rotors, such as the so-called octocopter. Such known flying devices are distinguished by good hovering properties.
  • flying devices are known from the prior art which have separate thrust and lifting drives.
  • the prior art which have separate thrust and lifting drives.
  • additional support structures are also disclosed which are attached to a fuselage and / or to a wing profile.
  • the lifting rotors are attached to the support structures.
  • the support structures can lead to disadvantageous turbulence during flight operations, as a result of which the air resistance of the flight devices described above increases and the efficiency during cruise flight is reduced.
  • the additional weight of the support structures can lead to an inconvenient
  • Support structures also mean an additional susceptibility to errors or failure probability, since the connection points between the
  • Support structures and the fuselage and / or the wing profile are sometimes exposed to high loads from lever and vibration forces.
  • a flight device with a longitudinal center axis having:
  • wing halves with a fuselage-side lower section and a tip section;
  • At least one forward drive which is designed to have an in
  • wing drives are attached in a directionally fixed manner underneath the wing halves in the main area at a distance from the surface of the wing halves.
  • wing drives are attached in a fixed direction below the wing halves in the main area at a distance from the surface of the wing halves.
  • the wing drives are preferably arranged distributed in the main area of the wings.
  • a distributed arrangement is understood to mean that the wing drives are not arranged linearly on an axis, which is advantageous
  • Weight distribution can be achieved and an easier balancing in a stable hover position is achieved.
  • a core concept of the invention is based on the knowledge that wing drives which are attached below the wing halves can generate sufficient lift force, provided that the wing drives are released from the surface of the wing
  • Wing halves are spaced accordingly. A negative influence of the Wing halves on an air volume flow flowing through the lifting drives is reduced by a suitable spacing of the lifting drives from the wing surface.
  • the air volume flow flowing through the lifting drives runs between the wing halves and the lifting drives parallel to the wing halves.
  • Another advantage of the invention is that by dispensing with additional support structures for the lifting drives and by attaching the lifting drives directly to the wing halves, a construction that is as simple and safe as possible is achieved.
  • the forward force generated by the forward drive can, depending on the operating mode of the forward drive, along the center axis in a direction of flight
  • the forward drive and the lifting drives are separate drives that can be configured as different drive types.
  • the use of a separate forward drive and several lifting drives means that there is no need for complex tilting mechanisms for the lifting drives.
  • Another advantage of the invention is that the additional
  • Lifting drives lead to a redundancy of drives, which increases safety in flight operations. In cases in which one or more thrust and / or lifting drives fail, it is still possible at any time and without delay to compensate for the drive failures with the additional lifting drives, whereby the flying device can also be landed safely and in a controlled manner with single or multiple drive failures.
  • a wing structure is understood to mean a plurality of wing profiles which are preferably attached symmetrically to the fuselage structure, each wing half having different areas.
  • the tip area of a wing half extends from the wing tip in the direction of the fuselage-wing transition over a third, in particular a quarter, preferably a fifth of the total length of the wing half.
  • a main area of the wing half on the fuselage side is understood accordingly to mean the area between the fuselage-wing transition and the tip area.
  • the main area of the wing half on the fuselage side is understood accordingly to mean the area between the fuselage-wing transition and the tip area.
  • Wing tip over two thirds, in particular three quarters, preferably four fifths of the total length of the wing half.
  • a directionally fixed attachment of the lifting drives is understood in particular to mean that the lifting drives cannot be tilted and / or pivoted.
  • the forward drive and the lifting drives can be controlled and / or operated independently of one another, thereby enabling a large number of different, sometimes complex, flight maneuvers. Independent control of the forward drives and lifting drives is particularly advantageous for take-off, landing and stabilization maneuvers.
  • the lifting drives each have a rotor with at least two rotor blades, the rotor blades of the rotor in operation via one
  • the rotors of the lifting drives can have exactly two rotor blades that are 180 ° from each other are spaced. In this way, a preferred position for the rotor blades which is advantageous for air resistance can be set when the lifting drives are not operated.
  • a rotor circular area is understood to mean, in particular, the circular area over which a rotor blade passes during operation, that is to say when the rotor blade is rotating.
  • the radius of the rotor circular area consequently corresponds to the length of the rotor blade.
  • the rotor circular surfaces are aligned parallel to the central axis and / or parallel to a transverse axis of the flight device, whereby the resulting lift forces of the lifting drives are generated perpendicular to the central axis and / or to the transverse axis of the flight device.
  • the transverse axis can be understood here to be an axis which is arranged orthogonally to the central axis.
  • the transverse axis is arranged orthogonally to a vertical axis.
  • the central axis, the transverse axis and the vertical axis together form an object-related one
  • Rotor circular surfaces have an angle of attack of up to 15 °, in particular of up to 10 °, preferably of up to 5 ° to the central axis and / or to a transverse axis. In this way, a particularly advantageous, stable superimposition of the lift forces generated by the lifting drives can be achieved, so that the flight device is able to remain in a more stable hovering flight.
  • circular rotor surfaces are at least partially, in particular in half or more, covered by the wing halves and / or by the fuselage structure, which enables a particularly compact design. Furthermore, this ensures increased safety, in particular for passengers and / or a transported payload, since in a case in which one or more of the rotor blades detaches or detaches during operation, the risk that the rotor blade or blades will Body structure beats or beat, is reduced.
  • support elements are arranged on a lower surface area of the wing halves, on which the lifting drives are spaced apart at a distance from the lower surface of the wing halves are attachable.
  • the support elements have particularly advantageous
  • the support elements make it possible to attach the wing drives particularly advantageously at a predetermined distance from the wing halves.
  • signal and / or power lines can be routed in the support elements.
  • the distance corresponds to at least a factor of 0.1 or greater, in particular a factor of 0.20 or greater, preferably exactly a factor of 0.25, of a length of the rotor blades, whereby a negative influence of the wing half on the rotor surface area flowing air volume flow is reduced, so that an achievable
  • the lifting drives have a locking device by means of which the rotor blades of the rotors can be locked in a preferred position when the lifting drives are not operated.
  • a locking device by means of which the rotor blades of the rotors can be locked in a preferred position when the lifting drives are not operated.
  • the lifting drives are controlled so that the lifting drives maintain the preferred position when the lifting drives are not operated. This allows without additional, mechanical
  • the rotor blades preferably extend parallel to the central axis when the rotor has two rotor blades, whereby the lowest possible air resistance of the lifting drives is achieved when the lifting drives are not operated
  • the lifting drives are driven by electric motors, which enables delay-free control and efficient, low-maintenance operation.
  • the electric motors are fed by a rechargeable battery or another source of electrical energy, such as a fuel cell.
  • the lifting drives can also be driven mechanically or by compressed air.
  • the lifting drives are supplied decentrally by rechargeable batteries, the respective
  • the risk of failure of all lifting drives is thereby reduced, since even with
  • the rechargeable batteries are thereby arranged away from the fuselage structure, so that if one or more of the rechargeable batteries catches fire, the risk of injury and / or damage to the persons and / or payload being carried is reduced.
  • Wing halves are arranged symmetrically to one another and there is also at least one lifting drive in a trailing edge area below each
  • Wing halves arranged symmetrically to each other.
  • the above-described arrangement of the lifting drives offers a particularly advantageous distribution of the lifting forces of the individual lifting drives, so that a particularly stable
  • the flight device is preferably a flying wing device in which the wing structure merges smoothly into the fuselage structure, as a result of which the flight device has particularly advantageous lift properties in terms of construction. This has one
  • the object of the invention is also achieved by a method for stabilizing the flight device described above, the lifting drives being controlled, preferably automatically, when the flight device is in an uncontrolled flight situation, so that a controlled flight situation
  • Flight situation is reached.
  • a key idea of the method according to the invention is that additional safety is achieved for the flight operation of the flight device.
  • the method according to the invention enables automatic intervention if the flight device is in an uncontrolled manner
  • Flight situation is. Targeted control of individual Flubrotoren can thus, for example, when the flight device in a
  • the flight device can have several sensors for determining the attitude and / or position of the flight device, such as one or more inertial sensor systems, a magnetic field sensor, an altitude sensor and / or a receiver of a global navigation satellite system (GNSS), from whose sensor data or received data the Location and / or position of the GNSS.
  • sensors for determining the attitude and / or position of the flight device, such as one or more inertial sensor systems, a magnetic field sensor, an altitude sensor and / or a receiver of a global navigation satellite system (GNSS), from whose sensor data or received data the Location and / or position of the GNSS.
  • GNSS global navigation satellite system
  • the flight device can preferably use a suitable algorithm to estimate whether the flight device is in a controlled flight situation or in an uncontrolled flight situation on the basis of attitude and / or position data courses that are compared, for example, with control commands from the flight device. Once it is determined that it is a
  • Uncontrolled flight situation is, for example, a suitable
  • Control routine are calculated and / or a predetermined control routine of the lifting drives are automatically initiated, by means of which the flight device is brought into a stable flight position.
  • the additional lifting drives create a certain redundancy in cases in which, for example, the forward drive or drives fail. In this way, if a forward drive fails, a predetermined control routine for the lifting drives can be initiated automatically.
  • the object of the invention is achieved by a method for starting the flight device described above, comprising the following steps: A starting step in which the lifting drives are controlled so that the flying device rises vertically until a predetermined altitude is exceeded, and
  • a wind direction is detected during the take-off step and the lifting drives are controlled in such a way that the flight device is automatically aligned based on the detected wind direction, the forward drive being controlled so that the flight device maintains a current position along the center axis.
  • the forward drive being controlled so that the flight device maintains a current position along the center axis.
  • the flight device is preferably controlled by a rudder, elevator, aileron and / or a combination of elevator and aileron, whereby the flight device can be controlled efficiently in cruise flight.
  • the object of the invention is achieved by a method for landing the flight device described above, comprising the following steps:
  • the lifting drives are controlled in a landing step so that the flying device sinks vertically until the flying device has landed.
  • a wind direction is detected in the landing step and the lifting drives are controlled in such a way that the flight device is automatically aligned on the basis of the detected wind direction, with the forward drives is controlled so that the flight device maintains a current position along the center axis.
  • an advantageous alignment of the flight device can be achieved automatically.
  • this prevents the flight device from drifting away during the landing step due to possible external influences, such as for example an oncoming wind.
  • the flight device is preferably controlled by a rudder, elevator, aileron and / or a combination of elevator and ailerons, whereby the flight device can be controlled efficiently in cruise flight.
  • FIG. 1 shows a schematic view from the underside of a flying device according to an exemplary embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is a schematic front view of the flight device according to a
  • Wing half attached lifting drive of the flight device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a detailed view of one in a rear edge region of
  • Wing half attached lifting drive of the flight device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic view from the underside of a flying device 1 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the flight device 1 has a fuselage structure 2.
  • Fig. 1 is a mapped longitudinal center axis X, which is an axis of symmetry of
  • FIG. 1 also shows a wing structure 3 with two wing halves 3.1 and 3.2 attached to the fuselage structure.
  • the wing halves 3.1 and 3.2 extend symmetrically to the central axis X at an angle of approx.
  • a transverse axis Y is shown orthogonally to the central axis.
  • the transverse axis Y runs through the center of gravity of the flight device 1.
  • Each of the wing halves 3.1 and 3.2 shown in FIG. 1 has two different areas, namely a tip area S and a
  • the tip area S of the wing half 3.1 or 3.2 extends from the
  • Wing tip in the direction of the fuselage-wing transition over a quarter of the total length of the wing half 3.1 or 3.2.
  • Wing edge of the two wing halves 3.1 and 3.2 are in
  • Tip area S so-called elevons 9 attached, which form a combination of ailerons and flea rudders.
  • the fuselage-side main area Fl of the wing half 3.1 or 3.2 shown in FIG. 1 extends from the fuselage-wing transition in the direction of the wing tip over three quarters of the total length of the wing half.
  • the flying device 1 shown in FIG. 1 also has a forward drive 4, which is designed here as a propeller drive 4.
  • a forward drive 4 is attached to the nose of the fuselage structure 2 so that the forward drive 4 can generate a forward force along the central axis X.
  • Other positions at the forward drive 4 are conceivable.
  • the fuselage structure 2 or the wing structure 3, on which the forward drive 4 or more forward drives are attached, are not shown but are possible.
  • the flying device 1 from FIG. 1 has a total of eight lifting drives 5, which are arranged symmetrically to one another with respect to the center axis X on the underside of the wing halves 3.1 and 3.2 in a main area H. There are so four lifting drives 5 assigned to each wing half 3.1 or 3.2. In a leading edge area VK, which extends along a leading edge of the respective wing half 3.1 or 3.2, three of the four associated lifting drives 5 are located at a distance from one another. In one
  • Trailing edge area HK of the wing halves which extends along a
  • the lifting drives 5 are designed as rotors 6 which have two rotor blades 8 which are spaced apart by 180 °. In the one shown
  • the lifting rotors 6 are in the preferred position.
  • the rotor blades 8 of the lifting rotors 6 are parallel to the central axis X
  • FIG. 2 shows a schematic front view of that depicted in FIG. 1
  • FIG. 2 shows the fuselage structure 2, which merges continuously into the wing structure 3.
  • the wing structure has two wing halves 3.1 and 3.2.
  • the forward drive 4 is shown on the nose of the fuselage structure 2.
  • the lifting drives 5 are fixedly attached to the wing halves 3.1 and 3.2 by the support elements 7, so that the lifting drives 5 are held at a distance from the lower surface O on the wing halves 3.1 and 3.2.
  • the circular rotor surfaces F of the outer four lifting drives 5 run parallel to the central axis (not shown) and parallel to the transverse axis Y.
  • the circular rotor surfaces Fi of the four lifting drives 5 (from
  • Lifting drives 5 are each employed in the direction of the fuselage structure 2.
  • Fig. 3 shows a detailed view of a lifting drive 5, which is on one wing half
  • Lifting drive 5 is shown.
  • the lifting drive 5 is attached to the support element 7, the lifting drive 5 depicting a rotor 6 with two rotor blades 8.
  • the rotor 6 is shown in a preferred position.
  • the lifting drive 5 is spaced from the lower surface O of the wing half 3.1 or 3.2 by the distance d.
  • the distance d is the smallest distance between the lower surface O and the lifting drive 5, the lifting drive 5 having a rotor 6 with two rotor blades 8 as described above.
  • Fig. 4 also shows a detailed view of a lifting drive 5, which is attached to a wing half 3.1 or 3.2.
  • a cross section of the wing half 3.1 or 3.2 is shown, on which a support element 7 in the
  • Trailing edge area HK is attached to the wing.
  • No lifting drive 5 is shown in the front edge area VK in FIG.
  • the lifting drive 5 is attached to the support element 7, the lifting drive 5 depicting a rotor 6 with two rotor blades 8.
  • the rotor 6 is also shown in FIG.
  • the lifting drive 5 is spaced from the lower surface O of the wing half 3.1 or 3.2 by the distance d, the distance d being the smallest distance between the lower surface O and the lifting drive 5.

Abstract

The invention relates to an aircraft with a longitudinal central axis, comprising: · a fuselage structure (2) which is designed to accommodate persons and/or payload; · a wing structure (3) which has at least two wing halves (3.1) which are attached to the fuselage structure (2) and which have a fuselage-side main region (H) and a tip region (S); · at least one forward propulsion unit (4) which is designed to generate a forward force, acting in the direction of the central axis, on the aircraft; · at least four lifting propulsion units (5) which are designed to generate a lift force, acting in the direction of the central axis, on the aircraft.

Description

Flugvorrichtung Flying device
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flugvorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Stabilisieren der Flugvorrichtung nach Anspruch 13, ein The present invention relates to a flight device according to claim 1 and a method for stabilizing the flight device according to claim 13
Verfahren zum Starten der Flugvorrichtung nach Anspruch 14 sowie ein Verfahren zum Landen der Flugvorrichtung nach Anspruch 15. Method for starting the flight device according to claim 14 and a method for landing the flight device according to claim 15.
Bei vielen Anwendungen für Flugvorrichtungen, insbesondere in urbanen In many flight fixture applications, especially urban ones
Gebieten, sind Flächen zum Starten und/oder Landen der Flugvorrichtung nicht vorhanden, so dass eine Flugvorrichtung wünschenswert ist, die in der Lage ist, senkrecht zu starten und/oder zu landen. Areas, areas for starting and / or landing the flight device are not available, so that a flight device is desirable that is able to take off and / or land vertically.
Typischerweise werden für solche Anwendungen sogenannte Quadrocopter verwendet, die vier zueinander beabstandete Rotoren aufweisen. Des Weiteren sind auch Varianten der Quadrocopter bekannt, die mehr als vier Rotoren besitzen, wie beispielsweise der sogenannte Octocopter. Solche bekannten Flugvorrichtungen zeichnen sich durch gute Schwebeflugeigenschaften aus. So-called quadrocopters are typically used for such applications, which have four rotors spaced from one another. Furthermore, variants of the quadrocopter are known that have more than four rotors, such as the so-called octocopter. Such known flying devices are distinguished by good hovering properties.
Allerdings besitzen solche Flugvorrichtungen keine starren Tragflächenprofile, wodurch die erreichbaren Reisegeschwindigkeiten und Reichwerten begrenzt sind, da die Rotoren während des Fluges permanent Auftrieb erzeugen müssen. However, such flight devices do not have rigid wing profiles, which limits the achievable cruising speeds and ranges, since the rotors have to constantly generate lift during flight.
Hierdurch ist ein effizienter Mittel- und/oder Weitstreckenflugbetrieb nicht realisierbar. As a result, efficient medium and / or long-haul flight operations cannot be implemented.
Aus diesem Grund finden sich im bisherigen Stand der Technik Flugvorrichtungen, die sowohl starre Tragflächenprofile als auch schwenk- und/oder kippbare For this reason, there are flight devices in the prior art that have both rigid wing profiles and also pivotable and / or tiltable
Rotoren aufweisen. In der Druckschrift WO 2017/021 391 Al wird eine solche Flugvorrichtung mit Schwenkpropeller beschrieben. Auch in der Druckschrift DE 10 2015 006 511 Al werden schwenk- bzw. kippbare Rotoren beschrieben. Have rotors. Such a flying device with a pivoting propeller is described in the publication WO 2017/021 391 A1. Pivotable or tiltable rotors are also described in the publication DE 10 2015 006 511 A1.
Darüber hinaus sind Flugvorrichtungen aus dem Stand der Technik bekannt, die separate Schub- und Hubantriebe aufweisen. Beispielsweise werden die In addition, flying devices are known from the prior art which have separate thrust and lifting drives. For example, the
Hubrotoren in Aussparungen innerhalb der Tragflächen angeordnet, wie in Lifting rotors arranged in recesses within the wings, as in
Druckschrift EP 3 206 949 Bl beschrieben. Diese Aussparungen führen allerdings zu zusätzlichen Turbulenzen der Luftströmungen, die für eine effiziente Auftriebsbildung eigentlich laminar entlang der Tragflächenprofile verlaufen sollten. Herkömmlicherweise werden daher Verschlussklappen verwendet, die während eines Schwebeflugs geöffnet und während eines Reiseflugs geschlossen sind, um die o.g. Aussparungen in den Tragflächen zu verschließen. Document EP 3 206 949 B1 described. However, these recesses lead to additional turbulence in the air currents, which is essential for efficient The formation of lift should actually run laminar along the wing profiles. Conventionally, therefore, closure flaps are used which are opened during a hover flight and closed during a cruise in order to close the above-mentioned recesses in the wings.
Im bekannten Stand der Technik werden außerdem zusätzliche Trägerstrukturen offenbart, die an einem Rumpf und/oder an einem Tragflächenprofil befestigt sind. An den Trägerstrukturen sind die Hubrotoren befestigt. Die Trägerstrukturen können im Flugbetrieb zu nachteilige Turbulenzen führen, wodurch sich der Luftwiderstand der vorstehend beschriebenen Flugvorrichtungen erhöht und die Effizienz während des Reiseflugs verringert wird. Darüber hinaus kann das zusätzliches Gewicht der Trägerstrukturen zu einer ungünstigen In the known prior art, additional support structures are also disclosed which are attached to a fuselage and / or to a wing profile. The lifting rotors are attached to the support structures. The support structures can lead to disadvantageous turbulence during flight operations, as a result of which the air resistance of the flight devices described above increases and the efficiency during cruise flight is reduced. In addition, the additional weight of the support structures can lead to an inconvenient
Gewichtsverteilung der Flugvorrichtung führen, wodurch sich die Flugstabilität und/oder die Flugeigenschaften der Flugvorrichtung verschlechtern. Die Lead weight distribution of the flight device, whereby the flight stability and / or the flight properties of the flight device deteriorate. The
Trägerstrukturen bedeuten außerdem eine zusätzliche Fehleranfälligkeit bzw. Ausfallwahrscheinlichkeit, da die Verbindungsstellen zwischen den Support structures also mean an additional susceptibility to errors or failure probability, since the connection points between the
Trägerstrukturen und dem Rumpf und/oder dem Tragflächenprofil mitunter hohen Belastungen durch Hebel- und Vibrationskräften ausgesetzt sind. Support structures and the fuselage and / or the wing profile are sometimes exposed to high loads from lever and vibration forces.
Die obigen Lösungen des Standes der Technik sind vergleichsweise aufwendig, da aufwendige Schwenk-, Kipp- und/oder Klappenmechanismen sowie zusätzliche Trägerstrukturen verwendet werden, wodurch sich die Fehleranfälligkeit bzw. Ausfallwahrscheinlichkeit der Flugvorrichtung erhöht. The above solutions of the prior art are comparatively complex, since complex pivoting, tilting and / or flap mechanisms as well as additional support structures are used, which increases the susceptibility to failure or failure probability of the flight device.
Aus dem bisherigen Stand der Technik wird somit ersichtlich, dass weiterhin keine zufriedenstellende, technische Lösung für die oben beschriebenen Nachteile vorhanden ist. From the previous state of the art it is thus evident that there is still no satisfactory technical solution for the disadvantages described above.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vergleichsweise einfache und sichere Flugvorrichtung bereitzustellen, die es einerseits ermöglicht senkrecht zu starten und/oder zu landen und andererseits einen effizienten Mittel- und/oder Weitstreckenflugbetrieb möglich macht, wobei eine möglichst hohe Sicherheit beim Betreiben der Flugvorrichtung durch eine reduzierte It is therefore the object of the present invention to provide a comparatively simple and safe flight device which on the one hand enables vertical take-off and / or landing and on the other hand enables efficient medium and / or long-haul flight operations, with the highest possible level of safety when operating the flight device through a reduced
Fehleranfälligkeit und/oder eine reduzierte Ausfallwahrscheinlichkeit erreicht werden soll. Diese Aufgabe wird durch eine Flugvorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Stabilisieren der Flugvorrichtung nach Anspruch 13, ein Verfahren zum Starten der Flugvorrichtung nach Anspruch 14 sowie ein Verfahren zum Landen der Flugvorrichtung nach Anspruch 15 gelöst. Susceptibility to errors and / or a reduced failure probability is to be achieved. This object is achieved by a flight device according to claim 1 and a method for stabilizing the flight device according to claim 13, a method for starting the flight device according to claim 14 and a method for landing the flight device according to claim 15.
Insbesondere wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Flugvorrichtung mit einer longitudinalen Zentrumsachse gelöst, aufweisend: In particular, the object of the invention is achieved by a flight device with a longitudinal center axis, having:
• eine Rumpfstruktur, die dazu ausgebildet ist Personen und/oder Nutzlast aufzunehmen; • a fuselage structure that is designed to accommodate people and / or payload;
• eine Tragflächenstruktur, die mindestens zwei an der Rumpfstruktur • an airfoil structure that has at least two attached to the fuselage structure
angebrachte Tragflächenhälften mit einem rumpfseitigen Flauptbereich und einem Spitzenbereich besitzt; has attached wing halves with a fuselage-side lower section and a tip section;
• mindestens einen Vorwärtsantrieb, der dazu ausgebildet ist, eine in • At least one forward drive, which is designed to have an in
Richtung der Zentrumsachse wirkende Vorwärtskraft auf die Forward force acting on the direction of the central axis
Flugvorrichtung zu erzeugen; Produce flying device;
• mindestens vier Flubantriebe, die dazu ausgebildet sind, eine in • at least four wing drives that are designed to operate one in
senkrechter Richtung zu der Zentrumsachse wirkende Auftriebskraft auf die Flugvorrichtung zu erzeugen; wobei die Flubantriebe unterhalb der Tragflächenhälften in dem Flauptbereich beabstandet zu der Oberfläche der Tragflächenhälften richtungsfest angebracht sind. generating a lift force acting perpendicular to the central axis on the flight device; wherein the wing drives are attached in a directionally fixed manner underneath the wing halves in the main area at a distance from the surface of the wing halves.
Insbesondere sind sechs, vorzugsweise acht oder mehr Flubantriebe unterhalb der Tragflächenhälften in dem Flauptbereich beabstandet zu der Oberfläche der Tragflächenhälften richtungsfest angebracht. Vorzugsweise sind die Flubantriebe in dem Flauptbereich der Tragflächen verteilt angeordnet. Unter einer verteilten Anordnung wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass die Flubantriebe nicht linear auf einer Achse angeordnet sind, wodurch eine vorteilhafte In particular, six, preferably eight or more wing drives are attached in a fixed direction below the wing halves in the main area at a distance from the surface of the wing halves. The wing drives are preferably arranged distributed in the main area of the wings. In this context, a distributed arrangement is understood to mean that the wing drives are not arranged linearly on an axis, which is advantageous
Gewichtsverteilung erreicht werden kann und ein erleichtertes Austarieren in eine stabile Schwebeflugposition erreicht wird. Weight distribution can be achieved and an easier balancing in a stable hover position is achieved.
Ein Kerngedanke der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Flubantriebe, die unterhalb der Tragflächenhälften angebracht sind, ausreichend Auftriebskraft erzeugen können, sofern die Flubantriebe von der Oberfläche der A core concept of the invention is based on the knowledge that wing drives which are attached below the wing halves can generate sufficient lift force, provided that the wing drives are released from the surface of the wing
Tragflächenhälften entsprechend beabstandet sind. Ein negativer Einfluss der Tragflächenhälften auf einen durch die Hubantriebe strömenden Luftvolumenstrom wird durch eine geeignete Beabstandung der Hubantriebe zu der Tragflächenoberfläche verkleinert. Der durch die Hubantriebe strömende Luftvolumenstrom verläuft dabei zwischen den Tragflächenhälften und den Hubantrieben parallel zu den Tragflächenhälften. Wing halves are spaced accordingly. A negative influence of the Wing halves on an air volume flow flowing through the lifting drives is reduced by a suitable spacing of the lifting drives from the wing surface. The air volume flow flowing through the lifting drives runs between the wing halves and the lifting drives parallel to the wing halves.
Darüber hinaus ist es möglich, dass sich die von den einzelnen Hubantrieben erzeugten Auftriebskräfte überlagern, so dass die Hubantriebe eine ausreichend große Gesamtauftriebskraft erzeugen, um die Flugvorrichtung in einem In addition, it is possible that the lift forces generated by the individual lift drives are superimposed so that the lift drives generate a sufficiently large total lift force to drive the flight device in one
Schwebeflug zu halten und/oder um die Flugvorrichtung senkrecht zu starten bzw. zu landen. To keep hovering and / or to start or land the flying device vertically.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch den Verzicht auf zusätzliche Trag Strukturen für die Hubantriebe und durch das direkte Anbringen der Hubantriebe an den Tragflächenhälften, eine möglichst einfache und sichere Konstruktion erreicht wird. Another advantage of the invention is that by dispensing with additional support structures for the lifting drives and by attaching the lifting drives directly to the wing halves, a construction that is as simple and safe as possible is achieved.
Durch das Anbringen der Hubrotoren in einem rumpfseitigen Hauptbereich der Tragflächenhälften entstehen geringe zusätzliche mechanische Belastungen an den Verbindungsstellen zwischen den Tragflächenhälften und der Rumpfstruktur, die beispielsweise durch Hebelkräfte oder Vibrationen auftreten würden, wenn die Hubrotoren im Spitzenbereich der Tragflächenhälften angebracht wären. By attaching the lifting rotors in a main area of the wing halves on the fuselage side, slight additional mechanical loads arise at the connection points between the wing halves and the fuselage structure, which would occur, for example, from leverage or vibrations if the lifting rotors were installed in the tip area of the wing halves.
Die von dem Vorwärtsantrieb erzeugte Vorwärtskraft kann je nach Betriebsart des Vorwärtsantriebs entlang der Zentrumsachse in eine Flugrichtung der The forward force generated by the forward drive can, depending on the operating mode of the forward drive, along the center axis in a direction of flight
Flugvorrichtung zeigen, wodurch eine Beschleunigung der Flugvorrichtung erreicht wird. Des Weiteren kann die von dem Vorwärtsantrieb erzeugte Show flight device, whereby an acceleration of the flight device is achieved. Furthermore, the generated by the forward drive
Vorwärtskraft entgegen der Flugrichtung der Flugvorrichtung zeigen, wodurch ein abbremsen in die entgegengesetzte Flugrichtung der Flugvorrichtung erreicht wird. Show forward force against the flight direction of the flight device, whereby a braking in the opposite flight direction of the flight device is achieved.
Der Vorwärtsantrieb und die Hubantriebe sind separate Antriebe, die als unterschiedliche Antriebstypen ausgestalten sein können. Durch den Einsatz von einem separaten Vorwärtsantrieb und mehreren Hubantrieben kann daher auf aufwendige Kippmechanismen für die Hubantriebe verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die zusätzlichen The forward drive and the lifting drives are separate drives that can be configured as different drive types. The use of a separate forward drive and several lifting drives means that there is no need for complex tilting mechanisms for the lifting drives. Another advantage of the invention is that the additional
Hubantriebe zu einer Redundanz an Antrieben führen, wodurch die Sicherheit im Flugbetrieb erhöht wird. In Fällen, in denen einzelne oder mehrere Schub- und/oder Hubantriebe ausfallen ist es weiterhin jederzeit und verzögerungsfrei möglich, die Antriebsausfälle durch die weiteren Hubantriebe zu kompensieren, wobei die Flugvorrichtung auch mit einzelnen oder mehreren Antriebsausfällen sicher und kontrolliert gelandet werden kann. Lifting drives lead to a redundancy of drives, which increases safety in flight operations. In cases in which one or more thrust and / or lifting drives fail, it is still possible at any time and without delay to compensate for the drive failures with the additional lifting drives, whereby the flying device can also be landed safely and in a controlled manner with single or multiple drive failures.
Unter einer Tragflächenstruktur werden mehrere Tragflächenprofile verstanden, die vorzugsweise symmetrisch an der Rumpfstruktur angebracht sind, wobei jede Tragflächenhälfte unterschiedliche Bereiche aufweist. Der Spitzenbereich einer Tragflächenhälfte erstreckt sich von der Tragflächenspitze in Richtung des Rumpf- Tragflächenübergangs über ein Drittel, insbesondere ein Viertel, vorzugsweise ein Fünftel der Gesamtlänge der Tragflächenhälfte. A wing structure is understood to mean a plurality of wing profiles which are preferably attached symmetrically to the fuselage structure, each wing half having different areas. The tip area of a wing half extends from the wing tip in the direction of the fuselage-wing transition over a third, in particular a quarter, preferably a fifth of the total length of the wing half.
Unter einem rumpfseitigen Hauptbereich der Tragflächenhälfte wird entsprechend der Bereich zwischen dem Rumpf-Tragflächenübergang und dem Spitzenbereich verstanden. Mit anderen Worten erstreckt sich der Hauptbereich der A main area of the wing half on the fuselage side is understood accordingly to mean the area between the fuselage-wing transition and the tip area. In other words, the main area of the
Tragflächenhälfte von dem Rumpf-Tragflächenübergang in Richtung der Wing half from the fuselage-wing transition towards the
Tragflächenspitze über zwei Drittel, insbesondere drei Viertel, vorzugsweise vier Fünftel der Gesamtlänge der Tragflächenhälfte. Wing tip over two thirds, in particular three quarters, preferably four fifths of the total length of the wing half.
Unter einer richtungsfesten Anbringung der Hubantriebe wird insbesondere verstanden, dass die Hubantriebe nicht kipp- und/oder schwenkbar sind. A directionally fixed attachment of the lifting drives is understood in particular to mean that the lifting drives cannot be tilted and / or pivoted.
In einer bevorzugten Ausführungsform können der Vorwärtsantrieb und die Hubantriebe voneinander unabhängig angesteuert und/oder betrieben werden, wodurch eine Vielzahl von verschiedenen, mitunter komplexen, Flugmanövern ermöglicht werden. Insbesondere bei Start-, Lande-, und Stabilisierungsmanövern ist eine unabhängige Ansteuerung der Vorwärtsantriebe und Hubantriebe vorteilhaft. In a preferred embodiment, the forward drive and the lifting drives can be controlled and / or operated independently of one another, thereby enabling a large number of different, sometimes complex, flight maneuvers. Independent control of the forward drives and lifting drives is particularly advantageous for take-off, landing and stabilization maneuvers.
Vorzugsweise weisen die Hubantriebe jeweils einen Rotor mit mindestens zwei Rotorblättern auf, wobei die Rotorblätter des Rotors im Betrieb über eine Preferably, the lifting drives each have a rotor with at least two rotor blades, the rotor blades of the rotor in operation via one
Rotorkreisfläche drehen. Hierdurch kann eine ausreichend große Auftriebskraft von den Hubantrieben erzeugt werden. Insbesondere können die Rotoren der Hubantriebe genau zwei Rotorblätter aufweisen, die voneinander um 180° beabstandet sind. Hierdurch kann eine für den Luftwiderstand vorteilhafte Vorzugsposition für die Rotorblätter eingestellt werden, wenn die Hubantriebe nicht betrieben werden. Rotate the rotor surface. In this way, a sufficiently large buoyancy force can be generated by the lifting drives. In particular, the rotors of the lifting drives can have exactly two rotor blades that are 180 ° from each other are spaced. In this way, a preferred position for the rotor blades which is advantageous for air resistance can be set when the lifting drives are not operated.
Unter einer Rotorkreisfläche wird insbesondere die Kreisfläche verstanden, über die ein Rotorblatt im Betrieb, also wenn sich das Rotorblatt dreht, streicht. Der Radius der Rotorkreisfläche entspricht folglich der Länge des Rotorblatts. A rotor circular area is understood to mean, in particular, the circular area over which a rotor blade passes during operation, that is to say when the rotor blade is rotating. The radius of the rotor circular area consequently corresponds to the length of the rotor blade.
In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere der Rotorkreisflächen parallel zu der Zentrumsachse und/oder parallel zu einer Querachse der Flugvorrichtung ausgerichtet, wodurch die resultierenden Auftriebskräfte der Hubantriebe senkrecht zu der Zentrumsachse und/oder zu der Querachse der Flugvorrichtung erzeugt werden. Unter der Querachse kann hierbei eine Achse verstanden werden, die orthogonal zu der Zentrumsachse angeordnet ist. Darüber hinaus ist die Querachse orthogonal zu einer Hochachse angeordnet. Die Zentrumsachse, die Querachse und die Hochachse bilden zusammen ein objektbezogenes In a further embodiment, several of the rotor circular surfaces are aligned parallel to the central axis and / or parallel to a transverse axis of the flight device, whereby the resulting lift forces of the lifting drives are generated perpendicular to the central axis and / or to the transverse axis of the flight device. The transverse axis can be understood here to be an axis which is arranged orthogonally to the central axis. In addition, the transverse axis is arranged orthogonally to a vertical axis. The central axis, the transverse axis and the vertical axis together form an object-related one
Koordinatensystem, das sogenannte Körperkoordinatensystem. Coordinate system, the so-called body coordinate system.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen mehrere der In a particularly preferred embodiment, several of the
Rotorkreisflächen einen Anstellwinkel von bis zu 15°, insbesondere von bis zu 10°, vorzugsweise von bis zu 5° zu der Zentrumsachse und/oder zu einer Querachse auf. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte, stabile Überlagerung der erzeugten Auftriebskräfte der Hubantriebe erreicht werden, so dass die Flugvorrichtung in der Lage ist, in einem stabileren Schwebeflug zu bleiben. Rotor circular surfaces have an angle of attack of up to 15 °, in particular of up to 10 °, preferably of up to 5 ° to the central axis and / or to a transverse axis. In this way, a particularly advantageous, stable superimposition of the lift forces generated by the lifting drives can be achieved, so that the flight device is able to remain in a more stable hovering flight.
Insbesondere sind Rotorkreisflächen zumindest teilweise, insbesondere hälftig oder mehr, von den Tragflächenhälften und/oder von der Rumpfstruktur überdeckt, wodurch eine besonders kompakte Bauform ermöglicht wird. Des Weiteren wird hierdurch eine erhöhte Sicherheit insbesondere für Passagiere und/oder eine transportierte Nutzlast gewährleistet, da in einem Fall, in dem sich eines oder mehrere der Rotorblätter während des Betriebs löst bzw. lösen, das Risiko, dass das bzw. die Rotorblätter durch die Rumpfstruktur schlägt bzw. schlagen, vermindert wird. In particular, circular rotor surfaces are at least partially, in particular in half or more, covered by the wing halves and / or by the fuselage structure, which enables a particularly compact design. Furthermore, this ensures increased safety, in particular for passengers and / or a transported payload, since in a case in which one or more of the rotor blades detaches or detaches during operation, the risk that the rotor blade or blades will Body structure beats or beat, is reduced.
Es ist ferner bevorzugt, dass Tragelemente an einem unteren Oberflächenbereich der Tragflächenhälften angeordnet sind, an denen die Hubantriebe in einem Abstand zu der unteren Oberfläche der Tragflächenhälften beabstandet befestigbar sind. Die Tragelemente weisen insbesondere vorteilhafte It is further preferred that support elements are arranged on a lower surface area of the wing halves, on which the lifting drives are spaced apart at a distance from the lower surface of the wing halves are attachable. The support elements have particularly advantageous
aerodynamische Eigenschalten entlang der Zentrumsachse in Flugrichtung der Flugvorrichtung auf. Durch die Tragelemente wird es ermöglicht, die Flubantriebe besonders vorteilhaft in einem vorbestimmten Abstand an den Tragflächenhälften anzubringen. Darüber hinaus können Signal- und/oder Netzleitungen in den Tragelementen geführt werden. aerodynamic properties along the central axis in the flight direction of the flight device. The support elements make it possible to attach the wing drives particularly advantageously at a predetermined distance from the wing halves. In addition, signal and / or power lines can be routed in the support elements.
In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Abstand mindestens einen Faktor von 0,1 oder größer, insbesondere einen Faktor von 0,20oder größer, vorzugsweise genau einen Faktor von 0,25 einer Länge der Rotorblätter, wodurch ein negativer Einfluss der Tragflächenhälfte auf den durch die Rotorkreisfläche strömenden Luftvolumenstrom verkleinert wird, so dass eine erreichbare In a preferred embodiment, the distance corresponds to at least a factor of 0.1 or greater, in particular a factor of 0.20 or greater, preferably exactly a factor of 0.25, of a length of the rotor blades, whereby a negative influence of the wing half on the rotor surface area flowing air volume flow is reduced, so that an achievable
Auftriebsleistung der Hubantriebe vergrößert wird. Buoyancy performance of the lifting drives is increased.
Insbesondere weisen die Hubantriebe eine Arretierungsvorrichtung auf, durch die die Rotorblätter der Rotoren in einer Vorzugsposition arretiert werden können, wenn die Hubantriebe nicht betrieben werden. Insbesondere ist eine In particular, the lifting drives have a locking device by means of which the rotor blades of the rotors can be locked in a preferred position when the lifting drives are not operated. In particular is a
Vorzugsposition bei einem zweiblättrigen Rotor, dass beide Rotorblätter parallel zur Zentrumsachse der Flugvorrichtung ausgerichtet sind. Hierdurch wird der Luftwiderstand der Hubantriebe verkleinert, wenn diese nicht betrieben werden. Preferred position for a two-bladed rotor that both rotor blades are aligned parallel to the center axis of the flying device. This reduces the air resistance of the lifting drives when they are not being operated.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Hubantriebe angesteuert, so dass die Hubantriebe die Vorzugsposition beibehalten, wenn die Hubantriebe nicht betrieben werden. Hierdurch können auch ohne zusätzliche, mechanische In a further embodiment, the lifting drives are controlled so that the lifting drives maintain the preferred position when the lifting drives are not operated. This allows without additional, mechanical
Vorrichtungen die Hubantriebe in der Vorzugsposition gehalten werden. Devices the lifting drives are held in the preferred position.
Vorzugsweise erstrecken sich die Rotorblätter in der Vorzugsposition parallel zu der Zentrumsachse, wenn der Rotor zwei Rotorblätter aufweist, wodurch ein möglichst niedriger Luftwiderstand der Hubantriebe erreicht wird, wenn die Hubantriebe nicht betrieben werden In the preferred position, the rotor blades preferably extend parallel to the central axis when the rotor has two rotor blades, whereby the lowest possible air resistance of the lifting drives is achieved when the lifting drives are not operated
Ferner ist es bevorzugt, dass die Hubantriebe durch elektrische Motoren angetrieben werden, wodurch eine verzögerungsfreie Ansteuerung und ein effizienter, wartungsarmer Betrieb ermöglicht wird. Insbesondere werden die elektrischen Motoren von einer wiederaufladbaren Batterie oder einer anderen elektrischen Energiequelle, wie zum Beispiel einer Brennstoffzelle, gespeist. Des Weiteren können die Hubantriebe auch durch mechanisch oder druckluftbetrieben angetrieben werden. It is also preferred that the lifting drives are driven by electric motors, which enables delay-free control and efficient, low-maintenance operation. In particular, the electric motors are fed by a rechargeable battery or another source of electrical energy, such as a fuel cell. Of The lifting drives can also be driven mechanically or by compressed air.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Hubantriebe durch wiederaufladbare Batterien dezentral versorgt, wobei die jeweiligen In a particularly preferred embodiment, the lifting drives are supplied decentrally by rechargeable batteries, the respective
wiederaufladbare Batterie in einem Hubantriebgehäuse des jeweiligen rechargeable battery in a lifting drive housing of the respective
Hubantriebs und/oder in dem jeweiligen Tragelement untergebracht ist, wodurch die einzelnen Hubantriebe zueinander autark betrieben werden können. Ein Ausfallrisiko aller Hubantriebe wird hierdurch verringert, da selbst bei Lifting drive and / or is housed in the respective support element, whereby the individual lifting drives can be operated independently of one another. The risk of failure of all lifting drives is thereby reduced, since even with
Versorgungsausfällen von einzelnen wiederaufladbaren Batterien, die Failures in supply of individual rechargeable batteries that
verbleibenden Hubantriebe weiterhin betrieben werden können. Darüber hinaus sind die wiederaufladbaren Batterien hierdurch entfernt von der Rumpfstruktur angeordnet, so dass, falls eine oder mehrere der wiederaufladbaren Batterien in Brand gerät bzw. geraten, ein Verletzungsrisiko und/oder Beschädigungsrisiko der beförderten Personen und/oder Nutzlast verringert wird. remaining lifting drives can still be operated. In addition, the rechargeable batteries are thereby arranged away from the fuselage structure, so that if one or more of the rechargeable batteries catches fire, the risk of injury and / or damage to the persons and / or payload being carried is reduced.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mehrere, insbesondere zwei, vorzugsweise drei Hubantriebe in einem Vorderkantenbereich unter jeder In a further preferred embodiment there are several, in particular two, preferably three, lifting drives in a leading edge area below each
Tragflächenhälfte symmetrisch zueinander angeordnet und es ist ferner mindestens ein Hubantrieb in einem Hinterkantenbereich unter jeder Wing halves are arranged symmetrically to one another and there is also at least one lifting drive in a trailing edge area below each
Tragflächenhälfte symmetrisch zueinander angeordnet. Die oben beschriebe Anordnung der Hubantriebe bietet eine besonders vorteilhafte Verteilung der Auftriebskräfte der einzelnen Hubantriebe, so dass ein besonders stabiler Wing halves arranged symmetrically to each other. The above-described arrangement of the lifting drives offers a particularly advantageous distribution of the lifting forces of the individual lifting drives, so that a particularly stable
Schwebeflug ermöglicht wird. Hover flight is made possible.
Insbesondere ist ein Übergang zwischen der Rumpfstruktur und der In particular, there is a transition between the fuselage structure and the
Tragflächenstruktur kontinuierlich geformt. Vorzugsweise handelt es sich bei der Flugvorrichtung um eine Nurflügelvorrichtung, bei der die Tragflächenstruktur fließend in die Rumpfstruktur übergeht, wodurch die Flugvorrichtung konstruktiv besonders vorteilhafte Auftriebseigenschaften aufweist. Dies hat einen Continuously shaped wing structure. The flight device is preferably a flying wing device in which the wing structure merges smoothly into the fuselage structure, as a result of which the flight device has particularly advantageous lift properties in terms of construction. This has one
vorteilhaften Einfluss auf die Effizienz der Flugvorrichtung im Reiseflug. beneficial influence on the efficiency of the flight device in cruise flight.
Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem durch ein Verfahren zum Stabilisieren der obenstehend beschriebenen Flugvorrichtung gelöst, wobei die Hubantriebe, vorzugsweise automatisch, angesteuert werden, wenn sich die Flugvorrichtung in einer unkontrollierten Flugsituation befindet, so dass eine kontrollierte The object of the invention is also achieved by a method for stabilizing the flight device described above, the lifting drives being controlled, preferably automatically, when the flight device is in an uncontrolled flight situation, so that a controlled flight situation
Flugsituation erreicht wird. Ein Kerngedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass zusätzliche Sicherheit für den Flugbetrieb der Flugvorrichtung erreicht wird. So ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, dass automatisch eingegriffen werden kann, wenn sich die Flugvorrichtung in einer unkontrollierten Flight situation is reached. A key idea of the method according to the invention is that additional safety is achieved for the flight operation of the flight device. The method according to the invention enables automatic intervention if the flight device is in an uncontrolled manner
Flugsituation befindet. Durch eine gezielte Ansteuerung einzelner Flubrotoren kann somit, beispielsweise, wenn sich die Flugvorrichtung in einem Flight situation is. Targeted control of individual Flubrotoren can thus, for example, when the flight device in a
unkontrollierten Taumelflug und/oder Sturzflug befindet, das Flugzeug in einen kontrollierten Schwebeflug überführt und stabilisiert werden. uncontrolled tumbling and / or nosedive is located, the aircraft are transferred to a controlled hover and stabilized.
Insbesondere kann die Flugvorrichtung mehrere Sensoren zur Bestimmung der Lage und/oder Position der Flugvorrichtung, wie beispielsweise ein oder mehrere Inertialsensorsysteme, ein Magnetfeldsensor, ein Höhensensor und/oder einen Empfänger eines Globalen Navigationssatellitensystems (GNSS), aufweisen, aus deren Sensordaten bzw. Empfangsdaten die Lage und/oder Position der In particular, the flight device can have several sensors for determining the attitude and / or position of the flight device, such as one or more inertial sensor systems, a magnetic field sensor, an altitude sensor and / or a receiver of a global navigation satellite system (GNSS), from whose sensor data or received data the Location and / or position of the
Flugvorrichtung bestimmt wird. Flight device is determined.
Vorzugsweise kann die Flugvorrichtung mit Hilfe eines geeigneten Algorithmus anhand von Lage- und/oder Positionsdatenverläufen, die beispielsweise mit Ansteuerbefehlen der Flugvorrichtung verglichen werden, abschätzen, ob sich die Flugvorrichtung in einer kontrollierten Flugsituation oder in einer unkontrollierten Flugsituation befindet. Sobald festgestellt wird, dass es sich um eine The flight device can preferably use a suitable algorithm to estimate whether the flight device is in a controlled flight situation or in an uncontrolled flight situation on the basis of attitude and / or position data courses that are compared, for example, with control commands from the flight device. Once it is determined that it is a
unkontrollierte Flugsituation handelt, kann beispielsweise eine geeignete Uncontrolled flight situation is, for example, a suitable
Ansteuerroutine berechnet werden und/oder eine vorbestimmte Ansteuerroutine der Hubantriebe automatisch initiiert werden, durch die die Flugvorrichtung in eine stabile Fluglage überführt wird. Control routine are calculated and / or a predetermined control routine of the lifting drives are automatically initiated, by means of which the flight device is brought into a stable flight position.
Darüber hinaus schaffen die zusätzlichen Hubantriebe eine gewisse Redundanz in Fällen, in denen beispielsweise der oder die Vorwärtsantriebe ausfallen. So kann dann, wenn ein Vorwärtsantrieb ausfällt, eine vorbestimmte Ansteuerroutine der Hubantriebe automatisch initiiert werden. In addition, the additional lifting drives create a certain redundancy in cases in which, for example, the forward drive or drives fail. In this way, if a forward drive fails, a predetermined control routine for the lifting drives can be initiated automatically.
Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zum Starten der obenstehend beschriebenen Flugvorrichtung gelöst, die folgenden Schritte umfassend: • einen Startschritt, in dem die Hubantriebe angesteuert werden, so dass die Flugvorrichtung senkrecht steigt, bis eine vorbestimmte Flughöhe überschritten wird, und Furthermore, the object of the invention is achieved by a method for starting the flight device described above, comprising the following steps: A starting step in which the lifting drives are controlled so that the flying device rises vertically until a predetermined altitude is exceeded, and
• einen Übergangsschritt, in dem der Vorwärtsantrieb betrieben wird, so dass eine in Richtung der Zentrumsachse wirkende Vorwärtskraft auf die Flugvorrichtung erzeugen wird und die Flugvorrichtung beschleunigt wird, wobei die Hubantriebe gestoppt und in eine Vorzugsposition gebracht werden, sobald eine vorbestimmte Fluggeschwindigkeit überschritten wird. • a transition step in which the forward drive is operated so that a forward force acting in the direction of the center axis is generated on the flying device and the flying device is accelerated, the lifting drives being stopped and brought into a preferred position as soon as a predetermined flight speed is exceeded.
Insbesondere wird während des Startschritts eine Windrichtung erfasst und es werden die Hubantriebe derart angesteuert, dass die Flugvorrichtung automatisch anhand der erfassten Windrichtung ausgerichtet wird, wobei der Vorwärtsantriebe angesteuert wird, so dass die Flugvorrichtung eine aktuelle Position entlang der Zentrumsachse beibehält. Hierdurch kann eine vorteilhafte Ausrichtung der Flugvorrichtung automatisch erreicht werden. Darüber hinaus wird hierdurch ein Abdriften der Flugvorrichtung während des Landeschritts durch mögliche äußere Einflüsse, wie beispielsweise anströmenden Wind, vermieden. In particular, a wind direction is detected during the take-off step and the lifting drives are controlled in such a way that the flight device is automatically aligned based on the detected wind direction, the forward drive being controlled so that the flight device maintains a current position along the center axis. In this way, an advantageous alignment of the flight device can be achieved automatically. In addition, this prevents the flight device from drifting away during the landing step due to possible external influences, such as for example an oncoming wind.
Während des Übergangsschritts und/oder nach dem Übergangsschritt wird die Flugvorrichtung vorzugsweise durch ein Seitenruder, Höhenruder, Querruder und/oder einer Kombination aus Höhen- und Querruder gesteuert, wodurch die Flugvorrichtung effizient im Reiseflug gesteuert werden kann. During the transition step and / or after the transition step, the flight device is preferably controlled by a rudder, elevator, aileron and / or a combination of elevator and aileron, whereby the flight device can be controlled efficiently in cruise flight.
Darüber hinaus wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zum Landen der obenstehend beschriebenen Flugvorrichtung gelöst, die folgenden Schritte umfassend: In addition, the object of the invention is achieved by a method for landing the flight device described above, comprising the following steps:
• einen Übergangsschritt, in dem der Vorwärtsantrieb betrieben wird, so dass eine in Richtung der Zentrumsachse entgegen einer bisherigen Flugrichtung wirkende Vorwärtskraft auf die Flugvorrichtung erzeugen wird und die Flugvorrichtung abgebremst wird, wobei die Hubantriebe A transitional step in which the forward drive is operated so that a forward force acting in the direction of the center axis contrary to a previous flight direction is generated on the flying device and the flying device is braked, the lifting drives
angesteuert werden sobald eine vorbestimmte Fluggeschwindigkeit unterschritten wird, are controlled as soon as a predetermined airspeed is undershot,
• in einem Landeschritt die Hubantriebe angesteuert werden, so dass die Flugvorrichtung senkrecht sinkt bis die Flugvorrichtung gelandet ist. • The lifting drives are controlled in a landing step so that the flying device sinks vertically until the flying device has landed.
Insbesondere wird im Landeschritt eine Windrichtung erfasst und es werden die Hubantriebe derart angesteuert, dass die Flugvorrichtung automatisch anhand der erfassten Windrichtung ausgerichtet wird, wobei der Vorwärtsantriebe angesteuert wird, so dass die Flugvorrichtung eine aktuelle Position entlang der Zentrumsachse beibehält. Hierdurch kann eine vorteilhafte Ausrichtung der Flugvorrichtung automatisch erreicht werden. Darüber hinaus wird hierdurch ein Abdriften der Flugvorrichtung während des Landeschritts durch mögliche äußere Einflüsse, wie beispielsweise anströmenden Wind, vermieden. In particular, a wind direction is detected in the landing step and the lifting drives are controlled in such a way that the flight device is automatically aligned on the basis of the detected wind direction, with the forward drives is controlled so that the flight device maintains a current position along the center axis. In this way, an advantageous alignment of the flight device can be achieved automatically. In addition, this prevents the flight device from drifting away during the landing step due to possible external influences, such as for example an oncoming wind.
Während des Übergangsschritts und/oder vor dem Übergangsschritt wird vorzugsweise die Flugvorrichtung durch ein Seitenruder, Höhenruder, Querruder und/oder einer Kombination aus Höhen- und Querruder gesteuert, wodurch die Flugvorrichtung effizient im Reiseflug gesteuert werden kann. During the transition step and / or before the transition step, the flight device is preferably controlled by a rudder, elevator, aileron and / or a combination of elevator and ailerons, whereby the flight device can be controlled efficiently in cruise flight.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further embodiments emerge from the subclaims.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von nicht einschränkenden The invention is described below on the basis of non-limiting
Ausführungsbeispielen beschrieben unter Bezug auf die beigefügten Figuren weiter erläutert. Hierbei zeigen: Embodiments described with reference to the accompanying figures explained further. Here show:
Fig. 1 eine schematische Ansicht von der Unterseite einer Flugvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 shows a schematic view from the underside of a flying device according to an exemplary embodiment of the present invention;
Fig. 2 eine schematische Frontansicht der Flugvorrichtung gemäß einem Fig. 2 is a schematic front view of the flight device according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Embodiment of the present invention;
Fig. 3 eine Detailansicht eines in einem Vorderkantenbereich der 3 shows a detailed view of a in a leading edge region of
Tragflächenhälfte angebrachten Hubantriebs der Flugvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und Wing half attached lifting drive of the flight device according to an embodiment of the present invention; and
Fig. 4 eine Detailansicht eines in einem Hinterkantenbereich der FIG. 4 shows a detailed view of one in a rear edge region of
Tragflächenhälfte angebrachten Hubantriebs der Flugvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wing half attached lifting drive of the flight device according to an embodiment of the present invention.
In Fig. 1 ist eine schematische Ansicht von der Unterseite einer Flugvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Flugvorrichtung 1 weist eine Rumpfstruktur 2 auf. Des Weiteren ist in Fig. 1 eine longitudinale Zentrumsachse X abgebildet, die eine Symmetrieachse der 1 shows a schematic view from the underside of a flying device 1 according to an exemplary embodiment of the present invention. The flight device 1 has a fuselage structure 2. Furthermore, in Fig. 1 is a mapped longitudinal center axis X, which is an axis of symmetry of
Flugvorrichtung bildet. Forms flying device.
Fig. 1 zeigt außerdem eine Tragflächenstruktur 3 mit zwei an der Rumpfstruktur angebrachten Tragflächenhälften 3.1 und 3.2. Die Tragflächenhälften 3.1 und 3.2 erstrecken sich symmetrisch zu der Zentrumsachse X mit einem Winkel von ca.1 also shows a wing structure 3 with two wing halves 3.1 and 3.2 attached to the fuselage structure. The wing halves 3.1 and 3.2 extend symmetrically to the central axis X at an angle of approx.
65° zwischen der Zentrumsachse X und der Tragflächenhälften. Insbesondere ist es denkbar, dass der Winkel einen anderen Wert im Bereich von 25° bis 90° annimmt. Orthogonal zu der Zentrumsachse ist eine Querachse Y eingezeichnet. Die Querachse Y verläuft durch den Schwerpunkt der Flugvorrichtung 1. 65 ° between the central axis X and the wing halves. In particular, it is conceivable that the angle assumes a different value in the range from 25 ° to 90 °. A transverse axis Y is shown orthogonally to the central axis. The transverse axis Y runs through the center of gravity of the flight device 1.
Jede der in Fig. 1 abgebildeten Tragflächenhälften 3.1 und 3.2 besitzt zwei unterschiedliche Bereiche, nämlich einen Spitzenbereich S und einen Each of the wing halves 3.1 and 3.2 shown in FIG. 1 has two different areas, namely a tip area S and a
rumpfseitigen Flauptbereich H. Im abgebildeten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Spitzenbereich S der Tragflächenhälfte 3.1 bzw. 3.2 von der fuselage-side main area H. In the illustrated embodiment, the tip area S of the wing half 3.1 or 3.2 extends from the
Tragflächenspitze in Richtung des Rumpf-Tragflächenübergangs über ein Viertel der Gesamtlänge der Tragflächenhälfte 3.1 bzw. 3.2. An der hinteren Wing tip in the direction of the fuselage-wing transition over a quarter of the total length of the wing half 3.1 or 3.2. At the rear
Tragflächenkante der beiden Tragflächenhälften 3.1 und 3.2 sind im Wing edge of the two wing halves 3.1 and 3.2 are in
Spitzenbereich S sogenannte Elevons 9 angebracht, die eine Kombination aus Querruder und Flöhenruder bilden. Tip area S so-called elevons 9 attached, which form a combination of ailerons and flea rudders.
Der in Fig. 1 abgebildete rumpfseitige Flauptbereich Fl der Tragflächenhälfte 3.1 bzw. 3.2 erstreckt sich von dem Rumpf-Tragflächenübergang in Richtung der Tragflächenspitze über drei Viertel der Gesamtlänge der Tragflächenhälfte. The fuselage-side main area Fl of the wing half 3.1 or 3.2 shown in FIG. 1 extends from the fuselage-wing transition in the direction of the wing tip over three quarters of the total length of the wing half.
Die in Fig. 1 abgebildete Flugvorrichtung 1 weist außerdem einen Vorwärtsantrieb 4 auf, der hier als Propellerantrieb 4 ausgelegt ist. Andere Antriebsarten als Vorwärtsantrieb 4 sind denkbar. Der Vorwärtsantrieb 4 ist an der Nase der Rumpfstruktur 2 angebracht, so dass der Vorwärtsantrieb 4 eine Vorwärtskraft entlang der Zentrumsachse X erzeugen kann. Andere Positionen an der The flying device 1 shown in FIG. 1 also has a forward drive 4, which is designed here as a propeller drive 4. Other types of drive than forward drive 4 are conceivable. The forward drive 4 is attached to the nose of the fuselage structure 2 so that the forward drive 4 can generate a forward force along the central axis X. Other positions at the
Rumpfstruktur 2 oder an der Flügelstruktur 3, an denen der Vorwärtsantrieb 4 oder mehrere Vorwärtsantriebe angebracht sind, sind nicht abgebildet aber möglich. The fuselage structure 2 or the wing structure 3, on which the forward drive 4 or more forward drives are attached, are not shown but are possible.
Die Flugvorrichtung 1 aus Fig. 1 besitzt insgesamt acht Hubantriebe 5, die symmetrisch zueinander bezüglich der Zentrumsachse X an der Unterseite der Tragflächenhälften 3.1 und 3.2 in einem Hauptbereich H angeordnet sind. Es sind also vier Hubantriebe 5 jeder Tragflächenhälfte 3.1 bzw. 3.2 zugeordnet. In einem Vorderkantenbereich VK, der sich entlang einer Vorderkante der jeweiligen Tragflächenhälfte 3.1 bzw. 3.2 erstreckt, befinden sich jeweils drei der vier zugeordneten Hubantriebe 5 zueinander beabstandet. In einem The flying device 1 from FIG. 1 has a total of eight lifting drives 5, which are arranged symmetrically to one another with respect to the center axis X on the underside of the wing halves 3.1 and 3.2 in a main area H. There are so four lifting drives 5 assigned to each wing half 3.1 or 3.2. In a leading edge area VK, which extends along a leading edge of the respective wing half 3.1 or 3.2, three of the four associated lifting drives 5 are located at a distance from one another. In one
Hinterkantenbereich HK der Tragflächenhälften, der sich entlang einer Trailing edge area HK of the wing halves, which extends along a
Hinterkante der jeweiligen Tragflächenhälfte 3.1 bzw. 3.2 erstreckt, befindet sich in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel jeweils ein Hubantrieb 5. Extending rear edge of the respective wing half 3.1 or 3.2, there is a lifting drive 5 in the illustrated embodiment.
Die Hubantriebe 5 sind als Rotoren 6 ausgestaltet, die zwei Rotorblätter 8 aufweisen, die um 180° beabstandet sind. In dem abgebildeten The lifting drives 5 are designed as rotors 6 which have two rotor blades 8 which are spaced apart by 180 °. In the one shown
Ausführungsbeispiel befinden sich die Hubrotoren 6 in der Vorzugsposition. Die Rotorblätter 8 der Hubrotoren 6 sind parallel zu der Zentrumsachse X In the exemplary embodiment, the lifting rotors 6 are in the preferred position. The rotor blades 8 of the lifting rotors 6 are parallel to the central axis X
ausgerichtet. Darüber hinaus sind die Rotorkreisflächen F in Fig. 1 abgebildet. aligned. In addition, the circular rotor surfaces F are shown in FIG. 1.
Fig. 2 zeigt eine schematische Frontansicht des in Fig. 1 abgebildeten FIG. 2 shows a schematic front view of that depicted in FIG. 1
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Flugvorrichtung 1. In Fig. 2 wird die Rumpfstruktur 2 gezeigt, die kontinuierlich in die Tragflächenstruktur 3 übergeht. Die Tragflächenstruktur besitzt zwei Tragflächenhälften 3.1 und 3.2. Außerdem ist der Vorwärtsantrieb 4 an der Nase der Rumpfstruktur 2 gezeigt. Exemplary embodiment of the flight device 1 according to the invention. FIG. 2 shows the fuselage structure 2, which merges continuously into the wing structure 3. The wing structure has two wing halves 3.1 and 3.2. In addition, the forward drive 4 is shown on the nose of the fuselage structure 2.
An den Tragflächenhälften 3.1 und 3.2 sind je die drei an den On the wing halves 3.1 and 3.2 there are three to the
Vorderkantenbereich VK angebrachten Hubantriebe 5 von Vorne gezeigt. Die Hubantriebe 5 sind richtungsfest an den Tragflächenhälften 3.1 und 3.2 durch die Tragelemente 7 angebracht, so dass die Hubantriebe 5 beabstandet von der unteren Oberfläche O an den Tragflächenhälften 3.1 und 3.2 gehalten sind. Front edge area VK attached lifting drives 5 shown from the front. The lifting drives 5 are fixedly attached to the wing halves 3.1 and 3.2 by the support elements 7, so that the lifting drives 5 are held at a distance from the lower surface O on the wing halves 3.1 and 3.2.
Darüber hinaus sind in Fig. 2 die Rotorkreisflächen F der Hubantriebe In addition, the rotor circular surfaces F of the lifting drives are shown in FIG
schematisch dargestellt. Die Rotorkreisflächen F der äußeren vier Hubantriebe 5 verlaufen parallel zu der Zentrumsachse (nicht abgebildet) sowie parallel zu der Querachse Y. Die Rotorkreisflächen Fi der vier Hubantriebe 5 (aus shown schematically. The circular rotor surfaces F of the outer four lifting drives 5 run parallel to the central axis (not shown) and parallel to the transverse axis Y. The circular rotor surfaces Fi of the four lifting drives 5 (from
perspektivischen Gründen sind lediglich zwei der Hubantriebe 5 abgebildet), die näher am Rumpf-Tragflächenübergang angeordnet sind, weisen einen For perspective reasons, only two of the lifting drives 5 are shown), which are arranged closer to the fuselage-wing transition, have a
Anstellwinkel von 10° zu der Querachse Y auf. Diese vier angestellten Incidence angle of 10 ° to the transverse axis Y on. These four employees
Hubantriebe 5 sind jeweils in Richtung der Rumpfstruktur 2 angestellt. Lifting drives 5 are each employed in the direction of the fuselage structure 2.
Fig. 3 zeigt eine Detailansicht eines Hubantriebs 5, der an einer TragflächenhälfteFig. 3 shows a detailed view of a lifting drive 5, which is on one wing half
3.1 bzw. 3.2 angebracht ist. Es ist ein Querschnitt der Tragflächenhälfte 3.1 bzw.3.1 or 3.2 is attached. It is a cross section of the wing half 3.1 resp.
3.2 gezeigt, an der ein Tragelement 7 in dem Vorderkantenbereich VK an der Tragfläche befestigt ist. In dem Hinterkantenbereich HK ist in Fig. 3 kein 3.2 shown, on which a support element 7 in the leading edge region VK on the Wing is attached. In the trailing edge area HK there is no in FIG
Hubantrieb 5 gezeigt. Der Hubantrieb 5 ist an dem Tragelement 7 befestigt, wobei der Hubantrieb 5 einen Rotor 6 mit zwei Rotorblättern 8 abbildet. Der Rotor 6 ist in einer Vorzugsposition gezeigt. Lifting drive 5 is shown. The lifting drive 5 is attached to the support element 7, the lifting drive 5 depicting a rotor 6 with two rotor blades 8. The rotor 6 is shown in a preferred position.
Des Weiteren ist die Länge der Rotorblätter 8 in Fig. 3 gezeigt. Der Hubantrieb 5 ist von der unteren Oberfläche O der Tragflächenhälfte 3.1 bzw. 3.2 um den Abstand d beabstandet. Der Abstand d ist der geringste Abstand zwischen der unteren Oberfläche O und dem Hubantrieb 5, wobei der Hubantrieb 5 wie oben beschrieben einen Rotor 6 mit zwei Rotorblättern 8 aufweist. Furthermore, the length of the rotor blades 8 is shown in FIG. 3. The lifting drive 5 is spaced from the lower surface O of the wing half 3.1 or 3.2 by the distance d. The distance d is the smallest distance between the lower surface O and the lifting drive 5, the lifting drive 5 having a rotor 6 with two rotor blades 8 as described above.
Fig. 4 zeigt ebenfalls eine Detailansicht eines Hubantriebs 5, der an einer Tragflächenhälfte 3.1 bzw. 3.2 angebracht ist. In Fig. 4 ist ein Querschnitt der Tragflächenhälfte 3.1 bzw. 3.2 gezeigt, an der ein Tragelement 7 in dem Fig. 4 also shows a detailed view of a lifting drive 5, which is attached to a wing half 3.1 or 3.2. In Fig. 4 a cross section of the wing half 3.1 or 3.2 is shown, on which a support element 7 in the
Hinterkantenbereich HK an der Tragfläche befestigt ist. In dem Trailing edge area HK is attached to the wing. By doing
Vorderkantenbereich VK ist in Fig. 4 kein Hubantrieb 5 gezeigt. Der Hubantrieb 5 ist an dem Tragelement 7 befestigt, wobei der Hubantrieb 5 einen Rotor 6 mit zwei Rotorblättern 8 abbildet. Der Rotor 6 ist auch in Fig. 4 in einer No lifting drive 5 is shown in the front edge area VK in FIG. The lifting drive 5 is attached to the support element 7, the lifting drive 5 depicting a rotor 6 with two rotor blades 8. The rotor 6 is also shown in FIG
Vorzugsposition gezeigt. Preferred position shown.
Weiterhin zeigt Fig. 4 die Länge der Rotorblätter 8. Der Hubantrieb 5 ist von der unteren Oberfläche O der Tragflächenhälfte 3.1 bzw. 3.2 um den Abstand d beabstandet, wobei der Abstand d der geringste Abstand zwischen der unteren Oberfläche O und dem Hubantrieb 5 ist. 4 shows the length of the rotor blades 8. The lifting drive 5 is spaced from the lower surface O of the wing half 3.1 or 3.2 by the distance d, the distance d being the smallest distance between the lower surface O and the lifting drive 5.
Bezuaszeichenliste Reference list
1 Flugvorrichtung 1 flying device
2 Rumpfstruktur 2 hull structure
3 Flügelstruktur 3 wing structure
3.1 erste Tragflächenhälfte 3.1 first wing half
3.2 zweite Tragflächenhälfte 3.2 second wing half
4 Vorwärtsantrieb 4 forward drive
5 Hubantriebe 5 lifting drives
6 Rotor 6 rotor
7 Befestigungsstruktur 8 Rotorblatt 7 mounting structure 8 rotor blades
9 Höhen-, Querruder und/oder eine Kombination daraus (Elevon) d Abstand 9 Elevator, ailerons and / or a combination thereof (elevon) d distance
F Rotorkreisfläche F rotor area
Fi angestellte Rotorkreisfläche Fi inclined rotor area
H rumpfseitiger Hauptbereich der Tragflächenhälften H Main area of the wing halves on the fuselage side
HK Hinterkantenbereich der Tragflächenhälften HK trailing edge area of the wing halves
I Rotorblattlänge I rotor blade length
O unterer Oberflächenabschnitt der Tragflächenhälften O lower surface portion of the wing halves
S Spitzenbereich der Tragflächenhälften S tip area of the wing halves
VK Vorderkantenbereich der Tragflächenhälften VK leading edge area of the wing halves
X longitudinale Zentrumsachse der Flugvorrichtung X longitudinal center axis of the flight device
Y Querachse der Flugvorrichtung Y transverse axis of the flight device

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Flugvorrichtung (1) mit einer longitudinalen Zentrumsachse (X), 1. Flying device (1) with a longitudinal central axis (X),
aufweisend: having:
- eine Rumpfstruktur (2), die dazu ausgebildet ist Personen und/oder Nutzlast aufzunehmen; - A fuselage structure (2) which is designed to accommodate people and / or payload;
- eine Tragflächenstruktur (3), die mindestens zwei an der - A wing structure (3) which has at least two on the
Rumpfstruktur (2) angebrachte Tragflächenhälften (3.1, 3.2) mit einem rumpfseitigen Hauptbereich (H) und einem Spitzenbereich (S) besitzt; Fuselage structure (2) has attached wing halves (3.1, 3.2) with a main area (H) on the fuselage side and a tip area (S);
- mindestens einen Vorwärtsantrieb (4), der dazu ausgebildet ist, eine in Richtung der Zentrumsachse (X) wirkende Vorwärtskraft auf die Flugvorrichtung (1) zu erzeugen; - At least one forward drive (4) which is designed to generate a forward force acting in the direction of the central axis (X) on the flight device (1);
- mindestens vier Hubantriebe (5), die dazu ausgebildet sind, eine in senkrechter Richtung zu der Zentrumsachse (X) wirkende - At least four lifting drives (5) which are designed to have one acting in a direction perpendicular to the central axis (X)
Auftriebskraft auf die Flugvorrichtung (1) zu erzeugen; To generate lift force on the flight device (1);
wobei die Hubantriebe (5) unterhalb der Tragflächenhälften (3.1, 3.2) in dem Hauptbereich (H) beabstandet zu der Oberfläche der wherein the lifting drives (5) below the wing halves (3.1, 3.2) in the main area (H) at a distance from the surface of the
Tragflächenhälften (3.1, 3.2) richtungsfest angebracht sind. Wing halves (3.1, 3.2) are attached in a fixed direction.
2. Flugvorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2. Flying device (1) according to claim 1,
dad u rch geken nzeich net, dass dad u rch indicates that
der Vorwärtsantrieb (4) und die Hubantriebe (5) voneinander unabhängig angesteuert und/oder betrieben werden können. the forward drive (4) and the lifting drives (5) can be controlled and / or operated independently of one another.
3. Flugvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, 3. Flying device (1) according to claim 1 or 2,
dad u rch geken nzeich net, dass dad u rch indicates that
die Hubantriebe (5) jeweils einen Rotor (6) mit mindestens zwei the lifting drives (5) each have a rotor (6) with at least two
Rotorblättern (8) aufweisen, wobei die Rotorblätter (8) des Rotors (6) im Betrieb über eine Rotorkreisfläche (F) drehen. Have rotor blades (8), the rotor blades (8) of the rotor (6) rotating over a rotor circular surface (F) during operation.
4. Flugvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. Flying device (1) according to one of the preceding claims,
dad u rch geken nzeich net, dass dad u rch indicates that
mehrere der Rotorkreisflächen (F) parallel zu der Zentrumsachse (X) und/oder parallel zu einer Querachse (Y) der Flugvorrichtung (1) ausgerichtet sind. several of the circular rotor surfaces (F) are aligned parallel to the central axis (X) and / or parallel to a transverse axis (Y) of the flight device (1).
5. Flugvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass 5. Flying device (1) according to one of the preceding claims, dad u rch geken nzeich net that
mehrere der Rotorkreisflächen (F) einen Anstellwinkel von bis zu 15°, insbesondere von bis zu 10°, vorzugsweise von bis zu 5° zu der several of the rotor circular surfaces (F) have an angle of attack of up to 15 °, in particular of up to 10 °, preferably of up to 5 ° to the
Zentrumsachse (X) und/oder zu der Querachse (Y) aufweisen. Have central axis (X) and / or to the transverse axis (Y).
6. Flugvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Flying device (1) according to one of the preceding claims,
dad u rch geken nzei ch net, dass I do not indicate that
die Rotorkreisflächen (F) zumindest teilweise, insbesondere hälftig oder mehr, von den Tragflächenhälften und/oder von der Rumpfstruktur (2) überdeckt sind. the rotor surfaces (F) are at least partially, in particular in half or more, covered by the wing halves and / or by the fuselage structure (2).
7. Flugvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Flying device (1) according to one of the preceding claims,
dad u rch geken nzeich net, dass dad u rch indicates that
Tragelemente (7) an einem unteren Oberflächenbereich (O) der Support elements (7) on a lower surface area (O) of the
Tragflächenhälften (3.1, 3.2) angeordnet sind, an denen die Flubantriebe (5) in einen Abstand (d) zu der unteren Oberfläche der Wing halves (3.1, 3.2) are arranged on which the wing drives (5) at a distance (d) from the lower surface of the
Tragflächenhälften (3.1, 3.2) beabstandet befestigbar sind. Wing halves (3.1, 3.2) can be fastened at a distance.
8. Flugvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Flying device (1) according to one of the preceding claims,
dad u rch geken nzeich net, dass dad u rch indicates that
der Abstand (d) mindestens einen Faktor von 0,1 oder größer, the distance (d) at least a factor of 0.1 or greater,
insbesondere einen Faktor von 0,20 oder größer, vorzugsweise genau einen Faktor von 0,25 einer Länge (I) der Rotorblätter (8) entspricht. in particular a factor of 0.20 or greater, preferably exactly a factor of 0.25, corresponds to a length (I) of the rotor blades (8).
9. Flugvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. Flying device (1) according to one of the preceding claims,
dad u rch geken nzeich net, dass dad u rch indicates that
die Hubantriebe (5) eine Arretierungsvorrichtung aufweisen, durch die die Rotorblätter (8) der Rotoren (6) in einer Vorzugsposition arretiert werden können, wenn die Hubantriebe (5) nicht betrieben werden. the lifting drives (5) have a locking device by means of which the rotor blades (8) of the rotors (6) can be locked in a preferred position when the lifting drives (5) are not operated.
10. Flugvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 10. Flying device (1) according to one of the preceding claims,
insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in particular according to one of claims 1 to 9,
dad u rch geken nzeich net, dass dad u rch indicates that
die Hubantriebe (5) angesteuert werden, so dass die Hubantriebe (5) die Vorzugsposition beibehalten, wenn die Hubantriebe (5) nicht betrieben werden. the lifting drives (5) are controlled so that the lifting drives (5) maintain the preferred position when the lifting drives (5) are not operated.
11. Flugvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass 11. Flying device (1) according to one of the preceding claims, dad u rch geken nzeich net that
sich die Rotorblätter (8) in der Vorzugsposition parallel zu der the rotor blades (8) in the preferred position parallel to the
Zentrumsachse (X) erstrecken, wenn der Rotor (6) zwei Rotorblätter (8) aufweist. The center axis (X) extend when the rotor (6) has two rotor blades (8).
12. Flugvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. Flying device (1) according to one of the preceding claims,
dad u rch geken nzeich net, dass dad u rch indicates that
die Flubantriebe (5) durch elektrische Motoren angetrieben werden. the Flub drives (5) are driven by electric motors.
13. Flugvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 13. Flying device (1) according to one of the preceding claims,
insbesondere nach Anspruch 12, in particular according to claim 12,
dad u rch geken nzeich net, dass dad u rch indicates that
die Hubantriebe (5) durch wiederaufladbare Batterien dezentral versorgt werden, wobei die jeweiligen wiederaufladbare Batterie in einem the lifting drives (5) are supplied decentrally by rechargeable batteries, the respective rechargeable battery in one
Hubantriebgehäuse des jeweiligen Hubantriebs (5) und/oder in dem jeweiligen Tragelement (7) untergebracht ist. Lifting drive housing of the respective lifting drive (5) and / or is housed in the respective support element (7).
14. Flugvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 14. Flying device (1) according to one of the preceding claims,
dad u rch geken nzeich net, dass dad u rch indicates that
mehrere, insbesondere zwei, vorzugsweise drei Hubantriebe (5) in einem Vorderkantenbereich (VK) unter jeder Tragflächenhälfte (3.1, 3.2) symmetrisch zueinander angeordnet sind und mindestens ein Hubantrieb (5) in einem Hinterkantenbereich (HK) unter jeder Tragflächenhälfte (3.1, 3.2) symmetrisch zueinander angeordnet ist. several, in particular two, preferably three lifting drives (5) are arranged symmetrically to one another in a leading edge area (VK) under each wing half (3.1, 3.2) and at least one lifting drive (5) in a trailing edge area (HK) under each wing half (3.1, 3.2) is arranged symmetrically to each other.
15. Flugvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 15. Flying device (1) according to one of the preceding claims,
dad u rch geken nzeich net, dass dad u rch indicates that
ein Übergang zwischen der Rumpfstruktur (2) und der a transition between the fuselage structure (2) and the
Tragflächenstruktur (3) kontinuierlich geformt ist. Wing structure (3) is continuously shaped.
16. Verfahren zum Stabilisieren der Flugvorrichtung (1) nach einem der 16. Method for stabilizing the flight device (1) according to one of the
Ansprüche 1 bis 14, Claims 1 to 14,
dad u rch geken nzeich net, dass dad u rch indicates that
die Hubantriebe (5), vorzugsweise automatisch angesteuert werden, wenn sich die Flugvorrichtung (1) in einer unkontrollierten Flugsituation befindet, so dass eine kontrollierte Flugsituation erreicht wird. the lifting drives (5) are preferably controlled automatically when the flight device (1) is in an uncontrolled flight situation, so that a controlled flight situation is achieved.
17. Verfahren zum Starten der Flugvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, die folgenden Schritte umfassend: 17. A method for starting the flight device (1) according to any one of claims 1 to 15, comprising the following steps:
- einen Startschritt, in dem die Hubantriebe (5) angesteuert werden, so dass die Flugvorrichtung (1) senkrecht steigt, bis eine vorbestimmte Flughöhe überschritten wird, und - A starting step in which the lifting drives (5) are controlled so that the flying device (1) rises vertically until a predetermined altitude is exceeded, and
- einen Übergangsschritt, in dem der Vorwärtsantrieb (4) betrieben - A transition step in which the forward drive (4) operated
wird, so dass eine in Richtung der Zentrumsachse (X) wirkende so that one acting in the direction of the central axis (X)
Vorwärtskraft auf die Flugvorrichtung (1) erzeugen wird und die Flugvorrichtung (1) beschleunigt wird, Will generate forward force on the flying device (1) and the flying device (1) is accelerated,
wobei die Hubantriebe (5) gestoppt und in eine Vorzugsposition gebracht werden sobald eine vorbestimmte Fluggeschwindigkeit überschritten wird. wherein the lifting drives (5) are stopped and brought into a preferred position as soon as a predetermined airspeed is exceeded.
18. Verfahren zum Starten der Flugvorrichtung (1) nach Anspruch 17, 18. The method for starting the flight device (1) according to claim 17,
dad u rch geken nzeich net, dass dad u rch indicates that
während des Startschritts eine Windrichtung erfasst wird und die a wind direction is recorded during the start step and the
Hubantriebe (5) derart angesteuert werden, dass die Flugvorrichtung (1) automatisch anhand der erfassten Windrichtung ausgerichtet wird, wobei der Vorwärtsantriebe (5) angesteuert wird, so dass die Flugvorrichtung (1) eine aktuelle Position entlang der Zentrumsachse (X) beibehält. Lifting drives (5) are controlled in such a way that the flying device (1) is automatically aligned based on the detected wind direction, the forward drive (5) being controlled so that the flying device (1) maintains a current position along the central axis (X).
19. Verfahren zum Starten der Flugvorrichtung (1) nach Anspruch 17 oder 18, dad u rch geken nzeich net, dass 19. A method for starting the flight device (1) according to claim 17 or 18, dad u rch geken nzeich net that
während des Übergangsschritts und/oder nach dem Übergangsschritt die Flugvorrichtung (1) durch ein Seitenruder, Höhenruder, Querruder und/oder einer Kombination aus Höhen- und Querruder (9) gesteuert wird. during the transition step and / or after the transition step, the flight device (1) is controlled by a rudder, elevator, aileron and / or a combination of elevator and ailerons (9).
20. Verfahren zum Landen der Flugvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, die folgenden Schritte umfassend: 20. A method for landing the flight device (1) according to any one of claims 1 to 15, comprising the following steps:
- einen Übergangsschritt, in dem der Vorwärtsantrieb (4) betrieben - A transition step in which the forward drive (4) operated
wird, so dass eine in Richtung der Zentrumsachse (X) entgegen einer bisherigen Flugrichtung wirkende Vorwärtskraft auf die so that a forward force acting in the direction of the central axis (X) against a previous direction of flight acts on the
Flugvorrichtung (1) erzeugen wird und die Flugvorrichtung (1) abgebremst wird, wobei die Hubantriebe (5) angesteuert werden sobald eine Flying device (1) is generated and the flying device (1) is braked, wherein the lifting drives (5) are activated as soon as one
vorbestimmte Fluggeschwindigkeit unterschritten wird, the predetermined flight speed is not reached,
- in einem Landeschritt die Hubantriebe (5) angesteuert werden, so dass die Flugvorrichtung (1) senkrecht sinkt bis die Flugvorrichtung (1) gelandet ist. - The lifting drives (5) are controlled in a landing step, so that the flying device (1) sinks vertically until the flying device (1) has landed.
21. Verfahren zum Landen der Flugvorrichtung (1) nach Anspruch 20, 21. A method for landing the flight device (1) according to claim 20,
dad u rch geken nzeich net, dass dad u rch indicates that
im Landeschritt eine Windrichtung erfasst wird und die Hubantriebe (5) derart angesteuert werden, dass die Flugvorrichtung (1) automatisch anhand der erfassten Windrichtung ausgerichtet wird, wobei der a wind direction is detected in the landing step and the lifting drives (5) are controlled in such a way that the flight device (1) is automatically aligned on the basis of the detected wind direction, the
Vorwärtsantrieb (5) angesteuert wird, so dass die Flugvorrichtung (1) eine aktuelle Position entlang der Zentrumsachse (X) beibehält. Forward drive (5) is controlled so that the flight device (1) maintains a current position along the central axis (X).
22. Verfahren zum Landen der Flugvorrichtung (1) nach Anspruch 20 oder 21, dad u rch geken nzeich net, dass 22. A method for landing the flight device (1) according to claim 20 or 21, dad u rch geken nzeich net that
während des Übergangsschritts und/oder vor dem Übergangsschritt die Flugvorrichtung (1) durch ein Seitenruder, Höhenruder, Querruder und/oder einer Kombination aus Höhen- und Querruder (9) gesteuert wird. during the transition step and / or before the transition step, the flight device (1) is controlled by a rudder, elevator, aileron and / or a combination of elevator and ailerons (9).
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