WO2019162457A1 - Autogyro - Google Patents

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WO2019162457A1
WO2019162457A1 PCT/EP2019/054475 EP2019054475W WO2019162457A1 WO 2019162457 A1 WO2019162457 A1 WO 2019162457A1 EP 2019054475 W EP2019054475 W EP 2019054475W WO 2019162457 A1 WO2019162457 A1 WO 2019162457A1
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WO
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force
linear direct
direct drive
drive
rotor
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/054475
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German (de)
French (fr)
Inventor
Otmar Birkner
Original Assignee
Autogyro Ag
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.)
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/02Gyroplanes
    • B64C27/021Rotor or rotor head construction
    • B64C27/024Devices for shifting the rotor axis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/02Gyroplanes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/02Gyroplanes
    • B64C27/028Other constructional elements; Rotor balancing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00Type of UAV
    • B64U10/10Rotorcrafts
    • B64U10/11Autogyros
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/20Rotors; Rotor supports
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/20Rotors; Rotor supports
    • B64U30/29Constructional aspects of rotors or rotor supports; Arrangements thereof
    • B64U30/296Rotors with variable spatial positions relative to the UAV body
    • B64U30/297Tilting rotors

Definitions

  • the invention relates to a gyroplane with a rotor head for attaching a main rotor, a joystick and a power transmission for transmitting a force from the control stick to the rotor head.
  • Gyroplanes have a main rotor, which is passively driven by the wind, and a propeller to generate the propulsion. It is possible, but not necessary and even dispensable, for the gyroplane to have wings that increase its lift.
  • a servo control device of a rotary wing aircraft in which by means of an electric motor, a trim element is positioned.
  • This trim element is positioned to neutralize external forces that would otherwise have to be applied manually by the pilot.
  • the advantage of such a system is that flying with less fatigue is possible.
  • a disadvantage of such a system is that it is unsuitable for automatic control of the gyrocopter.
  • the invention has for its object to reduce disadvantages in the state of the.
  • the invention solves the problem by a gyrocopter with the features of claim 1.
  • control linear direct drive it is possible and preferred that not only one but two or possibly even more power transmission devices are present. It is also possible, but not necessary, for exactly one control linear direct drive to be present. In particular, it is possible for two or more control linear direct drives to exert a force to have at least one force transmitter.
  • the control linear direct drive may be configured to exert a force on the power carrier that is so large that the control linear direct drive retains its current position. In other words, the control linear direct drive is then controlled to the desired position. The pilot then no longer has to apply corresponding force to maintain the flight condition with respect to the control action transmitted via the force transmitter.
  • control linear direct drive is designed so that it applies force applied to the moment of actuation of the actuating element, constantly. In other words, the control linear direct drive is then controlled to the desired force.
  • Linear direct drives are technically mature drives and can be easily manufactured and configured.
  • the main rotor is understood as meaning the rotor, which is passively driven by the airstream in flight.
  • the rotor head is understood to mean the suspension of the main rotor, which is designed in such a way that actuation of the control stick causes the plane in which the main rotor rotates to be tilted, so that the gyrocopter can be controlled.
  • control linear direct drive is arranged to exert the force on the force transmitter
  • stator of the linear direct drive is fixedly fixed relative to a body of the gyroscope, whereas acting as a rotor part of the control linear direct drive so is fastened, that the force transmitter, when the acting as a rotor part moves.
  • control linear direct drive is arranged to exert a force on the force transmitter is understood in particular to mean that actuation of the control linear direct drive leads to the force transmitted by the force transmitter changing and / or the force transmitter being changed emotional. It is possible, but not necessary, for the control linear direct drive to act directly on the force transducer. It is also possible for the control linear direct drive to act on a component which is coupled to the force transmitter.
  • linear direct drive is understood in particular to mean an electric motor in which the rotor and the stator are designed to move in translation relative to each other.
  • linear direct drive the term linear motor can also be used.
  • the coupling between the rotor and the force transmitter is rigid and / or inelastic.
  • a rigid and / or inelastic coupling is understood in particular to be a spring element-free, that is unsprung, coupling. In this way the gyrocopter can be controlled safely and responsively with the control linear direct drive.
  • the coupling between the rotor and the power transmission is designed so and has the control linear direct drive such a strong holding force that control of the gyrocopter by hand with activated linear actuator direct drive is not possible.
  • the control linear direct drive such as a strong holding force that control of the gyrocopter by hand with activated linear actuator direct drive is not possible.
  • the breakaway force leads to a current parameter which describes the electrical power of the at least one control linear direct drive exceeding a current characteristic threshold value. This is detected by the drive unit of the control linear direct drive, which then deactivates the control linear direct drive so that it no longer exerts any force on the power transmitter.
  • the control linear direct drive preferably has a stroke range between a first drive extreme position and a second drive extreme position, wherein the first drive extreme position corresponds to a first joystick extreme position and the second drive extreme position corresponds to a second joystick extreme position. It is advantageous if a breakaway force of at least 10 Newton, preferably at least 20 Newton, is necessary to achieve a change in the Stel development of the rotor of the control linear direct drive relative to the stator of 3% of the stroke range.
  • the control linear direct drive preferably has permanent magnets. These are according to a preferred embodiment mounted so that they move when the power transmission moves.
  • the stator preferably comprises electromagnets by means of which a force can be exerted on the permanent magnets.
  • the part of the control linear direct drive connected to the power transmission comprises electromagnets. It is then possible that the Stator, ie the part attached to the hull of the gyrocopter, also has electromagnets. Alternatively, this part may comprise permanent magnets.
  • At least one linear direct drive is designed as a stepping motor, in particular as a reluctance stepping motor, permanent magnet stepping motor or hybrid stepping motor. If the linear direct drive is a reluctance stepping motor, it has soft iron elements, which are preferably arranged on the rotor of the linear direct drive.
  • the gyrocopter has a second power transmission for transmitting the power from the control stick to the rotor head, wherein the control stick, the first power transmission and the second power transmission are arranged so that by means of the joystick, the rotor head in the pitch and roll direction is movable.
  • the gyrocopter has a second control linear direct drive, which is arranged for exerting a force on the second power transmission.
  • a joystick can transmit forces, which can be represented as a linear combination of two linearly independent forces.
  • a first force causes a rolling motion of the rotor head and a second force causes a pitching motion.
  • the two control linear direct drives are in this case preferably arranged so that they can very well cause pitching and rolling movement of the rotor head.
  • Adjusting to the desired position may be controlling or regulating.
  • the rules are understood in the control technical sense as a control with feedback. It is therefore possible and preferred, but not necessary, for the linear direct drives to be designed to detect a position of the rotor relative to the stator.
  • the linear direct drives can each have a sensor.
  • the sensor is an absolute position sensor.
  • the sensor is a magnetically encoded linear strip.
  • the gyroplane preferably comprises a control for driving the linear direct drive.
  • the linear direct drive is a stepper motor
  • the drive unit is preferably set up to detect the position of the rotor of the linear direct drive relative to the stator. This detection belongs to the prior art and will therefore not be explained further.
  • the gyrocopter has (a) a pneumatic cylinder arranged to exert on the rotor head, (b) a pressurized gas source, and (c) a valve for connecting and disconnecting the pressurized gas source and the pneumatic cylinder.
  • the helicopter also preferably comprises a drive unit which is set up to automatically (i) detect a current parameter which describes an electric power of the at least one control linear direct drive and (ii) change a trim pressure in the pneumatic cylinder on the basis of the current parameter so that the electrical power is minimized. Changing the trim pressure is preferably done by operating the valve.
  • This valve is preferably designed so that compressed air can be discharged from the pneumatic cylinder. However, it is also possible that a separate from this valve second valve is present. When the electric current consumed by the at least one control linear direct drive is minimal, the trim is optimal. This reduces the heat loss of the at least control linear direct drive.
  • the drive unit is configured to automatically carry out a method comprising the steps of (i) detecting whether the current characteristic that describes the electric power of the at least one control linear direct drive exceeds a predetermined threshold and (ii) if so, terminating the exercise the force on the power transmission.
  • a predetermined threshold may be, for example, at least 10 Newton and / or less than 200 Newton. If the predetermined threshold is not exceeded, the exertion of the force on the force transmitter is not terminated.
  • the gyrocopter has an actuating element by means of which the at least one control linear direct drive can be switched on and / or off.
  • This actuator may alternatively or additionally be provided that the drive unit as described above for terminating the exertion of force on the power transmitter is formed when the current characteristic value exceeds the threshold value.
  • the control linear direct drive can be switched off. It is possible, but not necessary, for the actuating element to be designed so that a desired position of the control stick can be assigned by actuating the at least one control linear direct drive. In other words, in this case, actuation of the actuating element results in the at least one control linear direct drive holding the position of the control stick in the current position or permanently applying the force at the time of actuation of the actuating element from the control linear direct drive is applied. Alternatively or additionally, it is possible for an actuation of the actuating element to bring the at least one control linear direct drive into a respectively predetermined desired position that does not correspond to the current position. For example, such a desired position may be stored in a memory, preferably a digital memory, of the drive unit.
  • the desired position is predetermined by an autopilot.
  • the autopilot is a system in which a destination and / or a route is stored and automatically generates a time sequence of target positions and sends them to the drive unit. It is possible, but not necessary, for the autopilot to be part of the control unit. The invention then makes it possible to fly the gyrocopter by hand as well as to operate fully automatically, autonomously.
  • control linear direct drive is designed to control the position of the force transmitter to the desired position.
  • control linear direct drive reacts to a deviation of the position of the rotor relative to the stator, which reacts, for example, by a force exerted on the control stick, with the generation of a force which reduces the deviation.
  • a sensor which detects the position of the rotor relative to the stator and which is connected to a control, which in this case is a control.
  • the drive is connected to the control linear direct drive for driving.
  • the gyroplane has a rudder, at least one pedal, a pedal force transmitter for transmitting movement of the pedal to the rudder, and a rudder linear direct drive arranged to exert a force on the pedal force transmitter.
  • a control linear direct drive it is possible, but not necessary, for the rudder linear direct drive to act directly on the pedal force transmitter.
  • the rudder linear direct drive acts on a connected to the pedal power transmission element, such as the pedal.
  • the gyroplane has a throttle lever for controlling the engine and a position sensor for detecting a position of the throttle lever, wherein the engine is connected to the position sensor so that an engine power based on signals from the position sensor is controllable.
  • the gyroplane comprises a gas movement transmitter from the throttle lever to the engine and a gas linear motor which is arranged to exert a force on the gas movement transmitter.
  • the gas linear direct drive can also be connected directly or indirectly to the gas movement transmitter.
  • the gyroplane has a travel speedometer, in particular a pitot tube, for measuring a travel speed relative to the surrounding air.
  • the gyroplane preferably has a differential satellite navigation system and / or an inertial measurement unit. It is particularly expedient if these measuring devices are connected to the drive unit and the drive unit is designed to automatically fly the carrier.
  • the control unit is connected to the gas linear direct drive, the side rudder linear direct drive and the control linear direct drives for activation.
  • control linear direct drive as preferred embodiments are also preferred embodiments for the gas linear direct drive and the rudder linear direct drive, if present.
  • the invention will be explained in more detail below with reference to the attached drawings. It shows
  • FIG. 1 shows a gyrocopter according to the invention in a side view
  • Figure 2 is a perspective view of the gyroplane according to Figure 1 without
  • FIG. 3 shows the gyrocopter according to the figures 1 and 2 in a view of the
  • FIG. 4 shows parts of the gyroplane according to the invention for explaining the invention
  • FIG. 1 shows a gyroplane 10 according to the invention, which has a main rotor 12 and a propeller 14.
  • the main rotor 12 comprises a first rotor blade 16. 1 and a second rotor blade 16. 2, which are both fastened to a rotor head 18.
  • a first power transmission 20 and a second power transmission 22 engage, by means of which the rotor head 18 can be pivoted about a roll axis AR and about a pitch axis AN.
  • the power transmission 20, 22 are coupled to a joystick 24.
  • movement of the control stick 24 by means of the movement of the force transmitters 20, 22 leads to a movement of the rotor head 18.
  • the gyrocopter 10 also includes a rudder 26, which is attached to a Heckleit- work 28.
  • the tailplane 28 is connected via a keel tube 30 to a hull 32 of the gyrocopter.
  • the propeller 14 is connected to a schematically drawn engine 34, which may be, for example, a naturally aspirated engine or a direct injection engine.
  • a schematically drawn throttle lever 36 By means of a schematically drawn throttle lever 36, the power of the motor 34 can be changed.
  • the throttle lever 36 is arranged so that a pilot seated on a seat 35 can easily operate it.
  • FIG. 1 also schematically shows a travel speed meter 38 in the form of a pitot tube, which is attached to the fuselage 32.
  • On the fuselage 32 also an air pressure gauge 40.1 is arranged.
  • a second air pressure gauge 40. 2 is arranged on the exactly opposite side, thus on the starboard side of the gyroscope 10, and hidden by the fuselage 32.
  • a differential satellite navigation system 42 having a first receiver 44.1 and a second receiver 44.2 for receiving data from a satellite navigation system.
  • the two receivers 44.1, 44.2 are spaced apart. From the difference of the positions determined with the two receivers 44.1, 44.2, an orientation of the gyroscope 10 in space is determined.
  • the gyrocopter 10 additionally comprises an inertial measuring unit 46, which contains at least three acceleration sensors and is set up to determine a position of the gyroscope 10, in particular by integrating twice the acceleration data recorded by the acceleration sensors.
  • the gyrocopter 10 also has a chassis 50.
  • the landing gear for example, floats or runners are available.
  • FIG. 2 shows the gyrocopter 10 without its outer lining.
  • the gyrocopter 10 has a first control linear direct drive 52, by means of which a force can be exerted on the first force transmitter 20.
  • the first control linear direct drive 52 has for this purpose a first output part 54, which may also be referred to as rotor, output rod or movable element and which is connected to a lever 56.
  • a first output part 54 which may also be referred to as rotor, output rod or movable element and which is connected to a lever 56.
  • the lever 56 pivots about an articulation point 58.
  • the control linear direct drive 52 also includes a stator 59, relative to which the rotor in the form of the driven part 54 moves.
  • FIG. 2 shows that the first force transmitter 20 is designed as a rod drive which has rods connected to one another in an articulated manner.
  • the transmission of the movement of the joystick 24 to the power transmission 20, 22, is known from the prior art and will therefore not be described in detail.
  • the first control linear direct drive is connected to the drive unit 48 (see FIG.
  • This drive unit 48 is designed to drive the first control linear direct drive 52 so that it maintains a predetermined desired position independent of external forces. If these external forces exceed a predetermined value, for example because the pilot actuates the control stick 24, the control unit 48 switches off the first control linear direct drive 52.
  • the gyrocopter 10 also has a second control linear direct drive 60 which acts on a second lever 64 via a second output part 62.
  • the second force transmitter 22 is attached to the second lever 64, so that the second force transmission 22 and thus the rotor head 18 can be moved by actuating the second control linear direct drive 60.
  • the gyroplane 10 may include an actuator 66, such as a button.
  • the actuator 66 may be formed on the joystick 24, for example. If the pilot actuates the actuating element 66, then an electrical signal is generated which is sent or conducted to the drive unit 48.
  • the drive unit 48 then detects the position of the output parts 54, 62 of the control linear direct drives 52, 60 relative to the components of the control linear direct drives 52, 60 fastened relative to the fuselage 32.
  • the control line direct drives 52, 60 can have corresponding position sensors , The mode of operation of these sensors is irrelevant; they can be, for example, optical sensors or capacitive sensors.
  • the gyrocopter 10 has two pedals 68.1, 68.2, which are connected to a pedal force transfer 68.
  • the pedal force transmitter 68 transmits the pedal force the rudder 26.
  • a rudder linear direct drive 70 acts via a lever 72 on the pedal force transmitter 68, so that by means of the rudder linear direct drive 70, the rudder 26 can be operated.
  • the throttle lever 36 is connected to a gas motion transmitter 74, on which a gas linear direct drive 76 acts.
  • All linear direct drives are connected to the drive unit 48. It is possible, but not necessary, for the drive unit 48 to have a send and receive module 78 (cf., FIG. 1) by means of which control commands can be sent to the drive unit 48. It is then possible by means of a transmitter 80 to fly the carrier 10 unmanned. It is then in the gyrocopter 10 to an unmanned missile, which can also be referred to as a drone.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the rotor head 18 according to a preferred embodiment of the invention.
  • the gyrocopter has a cut pneumatic cylinder 82 which is arranged to exert a trim force Ft on the rotor head 18.
  • the gyrocopter 10 also comprises a pressurized gas source 84, which may be a compressor , Alternatively, it can also be a bottle of compressed compressed air. Of course, the compressed gas source does not have to contain compressed air, but may also contain another gas.
  • the compressed gas source 84 is connected via a control line to the drive unit 48.
  • the drive unit 48 continuously detects the power consumption of the control linear actuators. If the power consumption is above a predetermined mini-times threshold, then the drive unit 48 controls the valve 86 so that a pressure p in the pneumatic cylinder 82 changes so that the power consumption is reduced. For this purpose, the pressure is either increased by the pneumatic cylinder 82 is connected to the compressed gas source 84, alternatively, the pressure p in the pneumatic cylinder 82 is reduced by the fact that compressed gas is discharged. For example, the armature current through the electromagnets of the linear direct drive can be determined for detecting the power consumption.
  • the drive unit 48 can be designed such that a flight route specified in absolute or relative coordinates is specified.
  • the real position is continuously determined and controlled via the linear direct drives 52, 62, 70, 76 of the gyroplane 10 so that it flies the predetermined flight route.
  • the air pressure gauge 40.1, 40.1 are also connected to the drive unit 48. If a pressure difference between the two air pressure sensors results, this indicates that a longitudinal axis L of the gyroscope 10 is not aligned in the direction of the relative wind. In particular, during automatic operation, the rudder linear direct drive 70 is controlled so that the air pressure difference measured with the air pressure gauges 40 is minimized.
  • a travel speed v a which could also be referred to as air speed
  • the gas linear direct drive 76 and the control linear direct drives 52, 60 are activated in such a way that the desired travel speed results.
  • the travel speed v a is set so that an airspeed VF, which can also be referred to as ground speed, is maintained.
  • FIG. 4 shows the first control linear direct drive 52 in a first drive extreme position, which is drawn with solid lines, and a second drive extreme position, which is shown in dashed lines.
  • the control linear direct drive is in its first drive extreme position
  • the joystick 24 is in a first joystick extreme position. This means that he can not be moved in the appropriate direction.
  • the control linear direct drive 52 is in its second drive extreme position
  • the joystick 25 is in its second control stick extreme position, which is opposite to the first joystick extreme position.
  • the position of the rotor 54 which is also referred to as the output part 54, is described by a position xi.
  • the position of the rotor 54 when in its second position is described by a position X2.
  • the two positions xi, x2 limit a stroke range H.
  • the first control linear rect drive 52 is designed so that changing the position x by means of the control stick 24 is only possible if a predetermined breakaway force FL on a head 88 of the joystick 24 is necessary to move the position x by 3% of the stroke range H to change.
  • the breakaway force FL must be applied to the head 88 so that it acts in a direction corresponding to the direction in which the head 88 moves when the control linear direct drive 52 moves.
  • This breakaway force is preferably at least 10 Newton, preferably at least 20 Newton and preferably at most 100 Newton.
  • control linear direct drive 52 if the control linear direct drive 52 is activated, control by means of the control stick, at least with respect to the force transmitter 20, which can be moved by the first control linear direct drive 52, is not possible. Only when the breakaway force FL is overcome, the drive unit 48 turns off the control linear direct drive, that is, this is inactivated. In this case, the gyrocopter can be manually controlled again.
  • the gyrocopter 10 has an autopilot, that is to say a system by means of which the gyrocopter 10 can be held autonomously to a predetermined destination and / or on a predetermined trajectory.
  • This autopilot transmits a time sequence of desired positions to the drive unit 48 or a part of this drive unit 48, which in turn drives the control linear direct drive 52 in such a way that the gyrocopter flies the predetermined trajectory. It should be noted that this autopilot of course only works if there are enough linear actuators to carry out the necessary flight movements.
  • a gyro has at least one camera 90 by means of which an environment of the gyroscope 10 can be detected.
  • This at least one camera 90 is preferably connected to a transmitting unit, for example the transmitting and receiving module 78, so that the images taken by the camera 90 can be transmitted wirelessly to a ground station. It is then possible to remotely control the gyrocopter. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

The invention relates to an autogyro (10), comprising (a) a rotor head (18) for fastening a main rotor (12), (b) a joystick (24) and (c) a force transmitter (20) for transmitting a force from the joystick (24) to the rotor head (18). According to the invention, (d) a control linear direct drive (52) is provided, which is arranged to apply a force to the force transmitter (20), (e) wherein the control linear direct drive (52) has a rotor (54) and a stator (59), which are designed for translatory motion relative to each other, and (f) wherein the rotor (54) is fastened in such a way that the force transmitter (20) moves when the rotor (54) moves.

Description

Tragschrauber  gyrocopter
Die Erfindung betrifft einen Tragschrauber mit einem Rotorkopf zum Befestigen eines Hauptrotors, einem Steuerknüppel und einem Kraftüberträger zum Übertragen einer Kraft vom Steuerknüppel zum Rotorkopf. The invention relates to a gyroplane with a rotor head for attaching a main rotor, a joystick and a power transmission for transmitting a force from the control stick to the rotor head.
Tragschrauber besitzen einen Hauptrotor, der passiv vom Fahrtwind angetrieben wird, sowie einen Propeller zum Erzeugen des Vortriebs. Es ist möglich, nicht aber notwendig und sogar entbehrlich, dass der Tragschrauber Tragflächen aufweist, die den Auftrieb vergrößern. Gyroplanes have a main rotor, which is passively driven by the wind, and a propeller to generate the propulsion. It is possible, but not necessary and even dispensable, for the gyroplane to have wings that increase its lift.
Je nach Flugsituation muss der Pilot eine mehr oder weniger große Kraft auf den Steuerknüppel ausüben, um den Tragschrauber im gewünschten Flugzustand zu hal ten . Das kann zur Ermüdung des Piloten führen. Es ist daher bekannt, ein pneumati- sches System zur Trimmung zu verwenden. Das aber hat den Nachteil, dass es ver- gleichsweise aufwändig zu bedienen ist. Depending on the flight situation, the pilot must exert a greater or lesser force on the joystick to hold the gyrocopter in the desired flight condition. This can lead to fatigue of the pilot. It is therefore known to use a pneumatic system for trimming. But this has the disadvantage that it is comparatively expensive to operate.
Aus der DE 37 84 935 T2 ist eine Servo-Steuervorrichtung eines Drehflügelflugzeugs bekannt, bei der mittels eines Elektromotors ein Trimmelement positioniert wird. Die- ses Trimmelement wird so positioniert, dass externe Kräfte neutralisiert werden, die ansonsten vom Piloten per Handkraft aufgebracht werden müssten. Der Vorteil eines derartigen Systems ist, dass das Fliegen mit weniger Ermüdung möglich ist. Nachtei- lig an einem derartigen System ist, dass es für eine automatische Steuerung des Tragschraubers ungeeignet ist. From DE 37 84 935 T2 a servo control device of a rotary wing aircraft is known, in which by means of an electric motor, a trim element is positioned. This trim element is positioned to neutralize external forces that would otherwise have to be applied manually by the pilot. The advantage of such a system is that flying with less fatigue is possible. A disadvantage of such a system is that it is unsuitable for automatic control of the gyrocopter.
Ein ähnliches System ist aus der DE 34 31 583 A1 bekannt. Auch dort wird mittels ei- nes Stellmotors eine Feder einer Federbox so zugestellt, dass Steuerkraftfehler bei Luftfahrzeugen, insbesondere Hubschraubern, ausgeglichen werden können. Auch ein solches System ist für die kombinierte Nutzung im Handbetrieb und im automati- schen Betrieb nicht geeignet. A similar system is known from DE 34 31 583 A1. There, too, a spring of a spring box is delivered by means of a servomotor so that control force errors in aircraft, in particular helicopters, can be compensated. Even such a system is not suitable for combined use in manual mode and in automatic mode.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der zu vermindern. Die Erfindung löst das Problem durch einen Tragschrauber mit den Merkmalen von Anspruch 1. The invention has for its object to reduce disadvantages in the state of the. The invention solves the problem by a gyrocopter with the features of claim 1.
Es sei darauf hingewiesen, dass es möglich und bevorzugt ist, dass nicht nur ein sondern zwei oder gegebenenfalls sogar mehr Kraftüberträger vorhanden sind. Es ist zudem möglich, nicht aber notwendig, dass genau ein Steuer-Lineardirektantrieb vor- handen ist. Insbesondere ist es möglich, dass zwei oder mehr Steuer-Lineardirektan- triebe zum Ausüben einer Kraft zumindest einen Kraftüberträger vorhanden sind. It should be noted that it is possible and preferred that not only one but two or possibly even more power transmission devices are present. It is also possible, but not necessary, for exactly one control linear direct drive to be present. In particular, it is possible for two or more control linear direct drives to exert a force to have at least one force transmitter.
Vorteilhaft an einem derartigen Tragschrauber ist, dass eine Trimmkraft sehr schnell verändert werden kann. So ist es möglich, dass der Tragschrauber ein Betätigungs- element, beispielsweise einen Schalter aufweist, mittels dem die momentane Posi- tion des Steuerknüppels als Soll-Position gesetzt werden kann. In diesem Fall der Steuer-Lineardirektantrieb so ausgebildet sein, dass er eine Kraft auf den Kraftüber- träger ausübt, die so groß ist, dass der Steuer-Lineardirektantrieb seine momentane Position behält. In anderen Worten wird der Steuer-Lineardirektantrieb dann auf die Soll-Position geregelt. Der Pilot muss dann keine entsprechende Kraft mehr aufbrin- gen, um den Flugzustand bezüglich des Steuereingriffs, der über den Kraftüberträger übertragen wird, zu halten. An advantage of such a gyroplane is that a trim force can be changed very quickly. Thus, it is possible for the gyrocopter to have an actuating element, for example a switch, by means of which the instantaneous position of the joystick can be set as the desired position. In this case, the control linear direct drive may be configured to exert a force on the power carrier that is so large that the control linear direct drive retains its current position. In other words, the control linear direct drive is then controlled to the desired position. The pilot then no longer has to apply corresponding force to maintain the flight condition with respect to the control action transmitted via the force transmitter.
Alternativ ist möglich, dass der Steuer-Lineardirektantrieb so ausgebildet ist, dass er sie Kraft, die beim Zeitpunkt des Betätigens des Betätigungselements anliegt, be- ständig aufbringt. In anderen Worten wird der Steuer-Lineardirektantrieb dann auf die Soll-Kraft geregelt. Alternatively, it is possible that the control linear direct drive is designed so that it applies force applied to the moment of actuation of the actuating element, constantly. In other words, the control linear direct drive is then controlled to the desired force.
Vorteilhaft ist zudem, dass die erfindungsgemäße Lösung vergleichsweise einfach umzusetzen ist. Lineardirektantriebe sind technisch ausgereifte Antriebe und können einfach hergestellt und konfiguriert werden. It is also advantageous that the solution according to the invention is relatively easy to implement. Linear direct drives are technically mature drives and can be easily manufactured and configured.
Vorteilhaft ist zudem, dass ein Abschalten des Lineardirektantriebs dazu führt, dass keinerlei Kraft mehr auf den Kraftüberträger ausgeübt wird. Dieser Antrieb ist damit eigensicher, da der Pilot allein durch Ausschalten des Steuer-Lineardirektantriebs stets die alleinige Kontrolle über den Tragschrauber übernehmen kann. lm Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Hauptrotor der Rotor ver- standen, der im Flug passiv vom Fahrtwind angetrieben wird. It is also advantageous that a shutdown of the linear direct drive causes that no more force is exerted on the power transformer. This drive is therefore intrinsically safe, since the pilot can always take sole control of the gyrocopter by switching off the control linear direct drive. In the context of the present description, the main rotor is understood as meaning the rotor, which is passively driven by the airstream in flight.
Unter dem Rotorkopf wird die Aufhängung des Hauptrotors verstanden, die so aus- gebildet ist, dass ein Betätigen des Steuerknüppels dazu führt, dass die Ebene, in der der Hauptrotor rotiert, verkippt wird, sodass der Tragschrauber steuerbar ist. The rotor head is understood to mean the suspension of the main rotor, which is designed in such a way that actuation of the control stick causes the plane in which the main rotor rotates to be tilted, so that the gyrocopter can be controlled.
Unter dem Merkmal, dass der Steuer-Lineardirektantrieb angeordnet ist zum Ausü- ben der Kraft auf den Kraftüberträger wird insbesondere verstanden, dass der Stator des Lineardirektantriebs fest relativ zu einem Rumpf des Tragschraubers befestigt ist, wohingegen der als Rotor fungierende Teil des Steuer-Lineardirektantriebs so be- festigt ist, dass sich der Kraftüberträger, wenn sich der als Rotor fungierende Teil be- wegt. By the feature that the control linear direct drive is arranged to exert the force on the force transmitter is in particular understood that the stator of the linear direct drive is fixedly fixed relative to a body of the gyroscope, whereas acting as a rotor part of the control linear direct drive so is fastened, that the force transmitter, when the acting as a rotor part moves.
Unter dem Merkmal, dass der Steuer-Lineardirektantrieb angeordnet ist zum Ausü- ben einer Kraft auf den Kraftüberträger wird insbesondere verstanden, dass ein Betä- tigen des Steuer-Lineardirektantriebs dazu führt, dass sich die vom Kraftüberträger übertragene Kraft verändert und/oder der Kraftüberträger sich bewegt. Es ist mög- lich, nicht aber notwendig, dass der Steuer-Lineardirektantrieb direkt am Kraftüber- träger angreift. Es ist auch möglich, dass der Steuer-Lineardirektantrieb auf ein Bau- teil wirkt, das mit dem Kraftüberträger gekoppelt ist. The feature that the control linear direct drive is arranged to exert a force on the force transmitter is understood in particular to mean that actuation of the control linear direct drive leads to the force transmitted by the force transmitter changing and / or the force transmitter being changed emotional. It is possible, but not necessary, for the control linear direct drive to act directly on the force transducer. It is also possible for the control linear direct drive to act on a component which is coupled to the force transmitter.
Unter dem Lineardirektantrieb wird insbesondere ein Elektromotor verstanden, bei dem der Rotor und der Stator zum translatorischen Bewegen relativ zueinander aus- gebildet sind. Statt Lineardirektantrieb kann auch der Begriff Linearmotor verwendet werden. The linear direct drive is understood in particular to mean an electric motor in which the rotor and the stator are designed to move in translation relative to each other. Instead of linear direct drive, the term linear motor can also be used.
Unter dem Merkmal, dass der Rotor so befestigt ist, dass sich der Kraftüberträ- ger bewegt, wenn sich der Rotor bewegt, wird insbesondere verstanden, dass eine Bewegung des Rotors stets zu einer Bewegung des Kraftüberträgers führt. Insbeson- dere ist die Kopplung zwischen dem Rotor und dem Kraftüberträger starr und/oder inelastisch. Unter einer starren und/oder inelastischen Kopplung wird insbesondere eine federelementfreie, also ungefederte, Kopplung verstanden. Auf diese Weise kann der Tragschrauber mit dem Steuer-Lineardirektantrieb sicher und reaktions- schnell gesteuert werden. By the feature that the rotor is fixed so that the force transmitter moves when the rotor is moving, it is understood in particular that a movement of the rotor always leads to a movement of the power transmitter. In particular, the coupling between the rotor and the force transmitter is rigid and / or inelastic. A rigid and / or inelastic coupling is understood in particular to be a spring element-free, that is unsprung, coupling. In this way the gyrocopter can be controlled safely and responsively with the control linear direct drive.
Vorzugsweise ist die Kopplung zwischen dem Rotor und dem Kraftüberträger so ausgebildet und hat der Steuer-Lineardirektantrieb eine so starke Haltekraft, dass ein Steuern des Tragschraubers per Hand bei aktiviertem Steuer-Lineardirektantrieb nicht möglich ist. Es ist aber möglich, den Steuer-Lineardirektantrieb abzuschalten. Das erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durch Betätigen eines ent- sprechenden Betätigungselements wie, zum Beispiel einen Schalter oder Knopf, oder durch Aufbringen einer Losbrechkraft auf den Steuerknüppel. Die Losbrechkraft führt dazu, dass eine Strom-Kenngröße, die die elektrische Leistung des zumindest einen Steuer-Lineardirektantriebs beschreibt, einen Stromkenngrößen-Schwellenwert übersteigt. Das wird von der Ansteuereinheit des Steuer-Lineardirektantriebs erfasst, die daraufhin den Steuer-Lineardirektantrieb deaktiviert, sodass dieser keine Kraft mehr auf den Kraftüberträger ausübt. Preferably, the coupling between the rotor and the power transmission is designed so and has the control linear direct drive such a strong holding force that control of the gyrocopter by hand with activated linear actuator direct drive is not possible. However, it is possible to turn off the control linear direct drive. This is done according to a preferred embodiment by actuating a corresponding actuating element such as, for example, a switch or button, or by applying a breakout force on the joystick. The breakaway force leads to a current parameter which describes the electrical power of the at least one control linear direct drive exceeding a current characteristic threshold value. This is detected by the drive unit of the control linear direct drive, which then deactivates the control linear direct drive so that it no longer exerts any force on the power transmitter.
Vorzugsweise hat der Steuer-Lineardirektantrieb einen Hubbereich zwischen einer ersten Antrieb-Extremstellung und einer zweiten Antrieb-Extremstellung, wobei die erste Antrieb-Extremstellung einer ersten Steuerknüppel-Extremstellung ent- spricht und die zweite Antrieb-Extremstellung einer zweiten Steuerknüppel-Extrems- tellung entspricht. Günstig ist es, wenn eine Losbrechkraft von zumindest 10 Newton, vorzugsweise zumindest 20 Newton, notwendig ist, um eine Veränderung der Stel lung des Rotors des Steuer-Lineardirektantriebs relativ zum Stator von 3% des Hub- bereichs zu erreichen. The control linear direct drive preferably has a stroke range between a first drive extreme position and a second drive extreme position, wherein the first drive extreme position corresponds to a first joystick extreme position and the second drive extreme position corresponds to a second joystick extreme position. It is advantageous if a breakaway force of at least 10 Newton, preferably at least 20 Newton, is necessary to achieve a change in the Stel development of the rotor of the control linear direct drive relative to the stator of 3% of the stroke range.
Vorzugweise besitzt der Steuer-Lineardirektantrieb Permanentmagneten. Diese sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform so angebracht, dass sie sich bewegen, wenn sich der Kraftüberträger bewegt. In diesem Fall umfasst der Stator vorzugswei- se Elektromagneten, mittels denen eine Kraft auf die Permanentmagneten ausgeübt werden kann. The control linear direct drive preferably has permanent magnets. These are according to a preferred embodiment mounted so that they move when the power transmission moves. In this case, the stator preferably comprises electromagnets by means of which a force can be exerted on the permanent magnets.
Es ist allerdings auch möglich, dass der mit dem Kraftüberträger verbundene Teil des Steuer-Lineardirektantriebs Elektromagneten umfasst. Es ist dann möglich, dass der Stator, also der am Rumpf des Tragschraubers befestigte Teil, ebenfalls Elektromag- neten aufweist. Alternativ kann dieser Teil Permanentmagneten aufweisen. However, it is also possible that the part of the control linear direct drive connected to the power transmission comprises electromagnets. It is then possible that the Stator, ie the part attached to the hull of the gyrocopter, also has electromagnets. Alternatively, this part may comprise permanent magnets.
Es ist auch möglich, dass der Rotor des Steuer-Lineardirektantriebs und der Stator Elektromagneten aufweist. Wegen der notwendigen Fremderregung bietet dieses System jedoch nur in Ausnahmefällen Vorteile. In der Regel ist es günstig, wenn die Permanentmagneten am Kraftüberträger befestigt sind. It is also possible that the rotor of the control linear direct drive and the stator has electromagnets. However, because of the need for extraneous excitation, this system offers benefits only in exceptional cases. In general, it is advantageous if the permanent magnets are attached to the power transformer.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist zumindest ein Lineardirektantrieb als Schrittmotor, insbesondere als Reluktanz-Schrittmotor, Permanentmagnet-Schrittmo- tor oder Hybrid-Schrittmotor, ausgebildet. Wenn der Lineardirektantrieb ein Reluk- tanz-Schrittmotor ist, besitzt er Weicheisenelemente, die vorzugsweise am Rotor des Lineardirektantriebs angeordnet sind. According to an alternative embodiment, at least one linear direct drive is designed as a stepping motor, in particular as a reluctance stepping motor, permanent magnet stepping motor or hybrid stepping motor. If the linear direct drive is a reluctance stepping motor, it has soft iron elements, which are preferably arranged on the rotor of the linear direct drive.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Tragschrauber einen zweiten Kraftüberträger zum Übertragen der Kraft vom Steuerknüppel zum Rotorkopf, wobei der Steuerknüppel, der erste Kraftüberträger und der zweite Kraftüberträger so ange- ordnet sind, dass mittels des Steuerknüppels der Rotorkopf in Nick- und Rollrichtung bewegbar ist. In diesem Fall ist es günstig, wenn der Tragschrauber einen zweiten Steuer-Lineardirektantrieb aufweist, der angeordnet ist zum Ausüben einer Kraft auf den zweiten Kraftüberträger. Ein Steuerknüppel kann in aller Regel Kräfte übertra- gen, die sich als Linearkombination von zwei linear unabhängigen Kräften darstellen lassen. So bewirkt eine erste Kraft eine Rollbewegung des Rotorkopfs und eine zweite Kraft eine Nickbewegung. Die zwei Steuer-Lineardirektantriebe sind in diesem Fall vorzugsweise so angeordnet, dass sie sehr wohl Nick- als auch eine Rollbewe- gung des Rotorkopfs bewirken können. According to a preferred embodiment, the gyrocopter has a second power transmission for transmitting the power from the control stick to the rotor head, wherein the control stick, the first power transmission and the second power transmission are arranged so that by means of the joystick, the rotor head in the pitch and roll direction is movable. In this case, it is favorable if the gyrocopter has a second control linear direct drive, which is arranged for exerting a force on the second power transmission. As a rule, a joystick can transmit forces, which can be represented as a linear combination of two linearly independent forces. Thus, a first force causes a rolling motion of the rotor head and a second force causes a pitching motion. The two control linear direct drives are in this case preferably arranged so that they can very well cause pitching and rolling movement of the rotor head.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass es möglich und üblich, nicht aber notwendig ist, dass eine Bewegung des Steuerknüppels, die nur zu einer Nick-, nicht aber zu ei- ner Rollbewegung des Rotorkopfs führt, zu einer Bewegung beider Kraftüberträger führt. Auch ist es möglich und üblich, nicht aber notwendig ist, dass eine Bewegung des Steuerknüppels, die nur zu einer Roll-, nicht aber zu einer Nickbewegung des Rotorkopfs führt, zu einer Bewegung beider Kraftüberträger führt. Vorteilhaft an einem derartigen Tragschrauber ist, dass der Pilot den Steuerknüppel loslassen kann, ohne dass sich die Fluglage ändert, wenn die Steuer-Lineardirektan- triebe auf die entsprechende Position als Soll-Position eingestellt sind. It should be understood, however, that it is possible and usual, but not necessary, for movement of the joystick to result in pitching motion of the rotor head but not in pitching motion. It is also possible and customary, but not necessary, for a movement of the control stick, which leads only to a rolling, but not to a pitching movement of the rotor head, leads to a movement of both power transmission. An advantage of such a gyroplane is that the pilot can release the joystick without the attitude changes when the control linear direct drives are set to the appropriate position as the desired position.
Das Einstellen auf die Soll-Position kann ein Steuern oder ein Regeln sein. Unter dem Regeln wird das Regeln im regelungstechnischen Sinne verstanden als Steue- rung mit Rückkopplung. Es ist daher möglich und bevorzugt, nicht aber notwendig, dass die Lineardirektantriebe ausgebildet zum Erfassen einer Stellung des Rotors re- lativ zum Stator. Dazu können die Lineardirektantriebe jeweils einen Sensor aufwei- sen. Vorzugsweise ist der Sensor ein Absolutpositionssensor. Beispielsweise ist der Sensor ein magnetisch kodierter linearer Streifen. Adjusting to the desired position may be controlling or regulating. Under the rules, the rules are understood in the control technical sense as a control with feedback. It is therefore possible and preferred, but not necessary, for the linear direct drives to be designed to detect a position of the rotor relative to the stator. For this purpose, the linear direct drives can each have a sensor. Preferably, the sensor is an absolute position sensor. For example, the sensor is a magnetically encoded linear strip.
Der Tragschrauber umfasst vorzugsweise eine Ansteuerung zum Ansteuern des Li- neardirektantriebs. Wenn der Lineardirektantrieb ein Schrittmotor ist, ist die Ansteuer- einheit vorzugsweise eingerichtet zum Erfassen der Position des Rotors des Linear- direktantriebs relativ zum Stator. Diese Erfassung gehört zum Stand der Technik und wird daher nicht weiter erläutert. The gyroplane preferably comprises a control for driving the linear direct drive. If the linear direct drive is a stepper motor, the drive unit is preferably set up to detect the position of the rotor of the linear direct drive relative to the stator. This detection belongs to the prior art and will therefore not be explained further.
Vorzugsweise besitzt der Tragschrauber (a) einen Pneumatikzylinder, der angeord- net ist zum Ausüben auf den Rotorkopf, (b) eine Druckgasquelle und (c) ein Ventil zum Verbinden und Trennen von Druckgasquelle und Pneumatikzylinder. Der Trag- schrauber umfasst zudem vorzugsweise eine Ansteuereinheit, die eingerichtet zum automatischen (i) Erfassen einer Strom-Kenngröße, die eine elektrische Leistung des zumindest einen Steuer-Lineardirektantriebs beschreibt und (ii) Ändern eines Trimm- drucks im Pneumatikzylinder anhand der Strom-Kenngröße, sodass die elektrische Leistung minimiert wird. Das Ändern des Trimmdrucks erfolgt vorzugsweise durch Betätigen des Ventils. Preferably, the gyrocopter has (a) a pneumatic cylinder arranged to exert on the rotor head, (b) a pressurized gas source, and (c) a valve for connecting and disconnecting the pressurized gas source and the pneumatic cylinder. The helicopter also preferably comprises a drive unit which is set up to automatically (i) detect a current parameter which describes an electric power of the at least one control linear direct drive and (ii) change a trim pressure in the pneumatic cylinder on the basis of the current parameter so that the electrical power is minimized. Changing the trim pressure is preferably done by operating the valve.
Dieses Ventil ist vorzugweise so ausgebildet, dass Druckluft aus dem Pneumatikzy- linder abgelassen werden kann. Es ist allerdings auch möglich, dass dazu ein von diesem Ventil getrenntes zweites Ventil vorhanden ist. Wenn der elektrische Strom, den der zumindest eine Steuer-Lineardirektantrieb ver- braucht, minimal ist, ist die Trimmung optimal. Das vermindert die Verlustwärme des zumindest Steuer-Lineardirektantriebs. This valve is preferably designed so that compressed air can be discharged from the pneumatic cylinder. However, it is also possible that a separate from this valve second valve is present. When the electric current consumed by the at least one control linear direct drive is minimal, the trim is optimal. This reduces the heat loss of the at least control linear direct drive.
Vorzugsweise ist die Ansteuereinheit eingerichtet zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten (i) Erfassen, ob die Strom-Kenngröße, die die elektrische Leistung des zumindest einen Steuer-Lineardirektantriebs beschreibt, ei- nen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und (ii) bejahendenfalls Beenden des Ausübens der Kraft auf den Kraftüberträger. Das ermöglicht es dem Piloten, durch ein Aufbringen einer hinreichend großen Kraft auf den Steuerknüppel die allei- nige Kontrolle über den Tragschrauber zu erlangen. Dieser Schwellenwert kann bei spielsweise zumindest 10 Newton betragen und/oder kleiner als 200 Newton sein. Wird der vorgegebene Schwellenwert nicht überschritten, wird das Ausüben der Kraft auf den Kraftüberträger nicht beendet. Preferably, the drive unit is configured to automatically carry out a method comprising the steps of (i) detecting whether the current characteristic that describes the electric power of the at least one control linear direct drive exceeds a predetermined threshold and (ii) if so, terminating the exercise the force on the power transmission. This allows the pilot to gain the most control over the gyroplane by applying sufficient force to the control stick. This threshold may be, for example, at least 10 Newton and / or less than 200 Newton. If the predetermined threshold is not exceeded, the exertion of the force on the force transmitter is not terminated.
Günstig ist es, wenn der Tragschrauber ein Betätigungselement aufweist, mittels dem der zumindest eine Steuer-Lineardirektantrieb ein- und/oder ausschaltbar ist. Dieses Betätigungselement kann alternativ oder zusätzlich dazu vorhanden sein, dass die Ansteuereinheit wie oben beschrieben zum Beenden des Ausübens der Kraft auf den Kraftüberträger ausgebildet, wenn die Strom-Kenngröße den Schwel- lenwert überschreitet. It is favorable if the gyrocopter has an actuating element by means of which the at least one control linear direct drive can be switched on and / or off. This actuator may alternatively or additionally be provided that the drive unit as described above for terminating the exertion of force on the power transmitter is formed when the current characteristic value exceeds the threshold value.
Durch das Betätigen des Betätigungselements, bei dem es sich beispielsweise um einen Schalter oder Hebel handeln kann, kann der Steuer-Lineardirektantrieb ausge- schaltet werden. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass das Betätigungselement so ausgebildet ist, dass durch Betätigen dem zumindest einen Steuer-Lineardirektan- trieb eine Soll-Position des Steuerknüppels zuweisbar ist. In anderen Worten führt in diesem Fall ein Betätigen des Betätigungselements dazu, dass der zumindest eine Steuer-Lineardirektantrieb die Position des Steuerknüppels in der momentanen Posi- tion hält oder dauerhaft die Kraft aufbringt, die zum Zeitpunkt des Betätigens des Be- tätigungselement vom Steuer-Lineardirektantrieb aufgebracht wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass ein Betätigen des Betätigungselements den zumindest einen Steuer-Lineardirektantrieb in eine jeweils vorgegebene Soll-Po- sition bringt, die nicht der momentanen Position entspricht. Beispielsweise kann eine derartige Soll-Position in einem Speicher, vorzugsweise einem digitalen Speicher, der Ansteuereinheit abgelegt sein. By actuating the actuating element, which may be, for example, a switch or lever, the control linear direct drive can be switched off. It is possible, but not necessary, for the actuating element to be designed so that a desired position of the control stick can be assigned by actuating the at least one control linear direct drive. In other words, in this case, actuation of the actuating element results in the at least one control linear direct drive holding the position of the control stick in the current position or permanently applying the force at the time of actuation of the actuating element from the control linear direct drive is applied. Alternatively or additionally, it is possible for an actuation of the actuating element to bring the at least one control linear direct drive into a respectively predetermined desired position that does not correspond to the current position. For example, such a desired position may be stored in a memory, preferably a digital memory, of the drive unit.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Soll-Position von einem Autopiloten vorgegeben. Unter dem Autopiloten wird ein System verstanden, in dem ein Ziel und/oder eine Route gespeichert ist und das automatisch eine zeitliche Folge von Soll-Positionen erzeugt und an die Ansteuereinheit sendet. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass der Autopilot Teil der Ansteuereinheit ist. Die Erfindung ermög- licht es dann, den Tragschrauber sowohl per Hand zu fliegen als auch vollautoma- tisch also, autonom, zu betreiben. According to a preferred embodiment, the desired position is predetermined by an autopilot. The autopilot is a system in which a destination and / or a route is stored and automatically generates a time sequence of target positions and sends them to the drive unit. It is possible, but not necessary, for the autopilot to be part of the control unit. The invention then makes it possible to fly the gyrocopter by hand as well as to operate fully automatically, autonomously.
Vorzugsweise ist der Steuer-Lineardirektantrieb ausgebildet zum Regeln der Position des Kraftüberträgers auf die Soll-Position. Hierunter wird insbesondere ver- standen, dass der Steuer-Lineardirektantrieb auf eine Abweichung der Position des Rotors relativ zum Stator, die beispielsweise durch eine auf den Steuerknüppel aus- geübte Kraft, mit dem Erzeugen einer Kraft reagiert, die die Abweichung verringert, insbesondere minimiert. Es ist in anderen Worten nicht möglich, den Kraftüberträger mittels des Steuerknüppels zu bewegen, solange der Steuer-Lineardirektantrieb aktiv ist. Preferably, the control linear direct drive is designed to control the position of the force transmitter to the desired position. This is understood in particular to mean that the control linear direct drive reacts to a deviation of the position of the rotor relative to the stator, which reacts, for example, by a force exerted on the control stick, with the generation of a force which reduces the deviation. In other words, it is not possible to move the power transmitter by means of the joystick, as long as the control linear direct drive is active.
Zum Regeln der Position wird ein Sensor verwendet, der die Stellung des Rotors re- lativ zum Stator erfasst und der mit einer Ansteuerung, die in diesem Fall eine Rege- lung ist, verbunden ist. Die Ansteuerung ist mit dem Steuer-Lineardirektantrieb zum Ansteuern verbunden. To control the position, a sensor is used which detects the position of the rotor relative to the stator and which is connected to a control, which in this case is a control. The drive is connected to the control linear direct drive for driving.
Vorzugsweise besitzt der Tragschrauber ein Seitenruder, zumindest ein Pedal, einen Pedalkraftüberträger zum Übertragen einer Bewegung des Pedals auf das Seitenru- der, und einen Seitenruder-Lineardirektantrieb, der angeordnet ist zum Ausüben ei- ner Kraft auf den Pedalkraftüberträger. Wie auch für den Steuer-Lineardirektantrieb ist es möglich, nicht aber notwendig, dass der Seitenruder-Lineardirektantrieb direkt auf den Pedalkraftüberträger wirkt. Insbesondere ist es auch möglich, dass der Seitenruder-Lineardirektantrieb auf ein mit dem Pedalkraftüberträger verbundenes Element, beispielweise das Pedal, wirkt. Preferably, the gyroplane has a rudder, at least one pedal, a pedal force transmitter for transmitting movement of the pedal to the rudder, and a rudder linear direct drive arranged to exert a force on the pedal force transmitter. As with the control linear direct drive, it is possible, but not necessary, for the rudder linear direct drive to act directly on the pedal force transmitter. In particular, it is also possible that the rudder linear direct drive acts on a connected to the pedal power transmission element, such as the pedal.
Vorzugsweise besitzt der Tragschrauber einen Gashebel zum Steuern des Motors und einen Stellungssensor zum Erfassen einer Stellung des Gashebels, wobei der Motor mit dem Stellungssensor so verbunden ist, dass eine Motorleistung auf Basis von Signalen des Stellungssensors steuerbar ist. Ein derartiges System ist bei Ver- kehrsflugzeugen seit langem Stand der Technik, wird aber bei Tragschraubern bis- lang nicht eingesetzt, da dies die Komplexität des Systems erhöht. Preferably, the gyroplane has a throttle lever for controlling the engine and a position sensor for detecting a position of the throttle lever, wherein the engine is connected to the position sensor so that an engine power based on signals from the position sensor is controllable. Such a system has long been state of the art in commercial aircraft, but has not been used in gyroplanes since it adds to the complexity of the system.
Alternativ oder zusätzlich umfasst der Tragschrauber einen Gas-Bewegungsüberträ- ger vom Gashebel zum Motor und einen Gas-Linearmotor, der angeordnet ist zum Ausüben einer Kraft auf den Gas-Bewegungsüberträger. Wie bereits oben für die üb- rigen Linearmotoren angegeben, kann auch der Gas-Lineardirektantrieb direkt oder indirekt mit dem Gas-Bewegungsüberträger verbunden sein. Alternatively or additionally, the gyroplane comprises a gas movement transmitter from the throttle lever to the engine and a gas linear motor which is arranged to exert a force on the gas movement transmitter. As stated above for the other linear motors, the gas linear direct drive can also be connected directly or indirectly to the gas movement transmitter.
Günstig ist es, wenn der Tragschrauber einen Fahrtgeschwindigkeitsmesser, insbe- sondere ein Staurohr, zum Messen einer Fahrtgeschwindigkeit relativ zur umgeben- den Luft aufweist. Alternativ oder zusätzlich besitzt der Tragschrauber vorzugsweise ein Differenzial-Satellitennavigationssystem und/oder eine Inertial-Messeinheit. Be- sonders günstig ist es, wenn diese Messgeräte mit der Ansteuereinheit verbunden sind und die Ansteuereinheit ausgebildet ist zum automatischen Fliegen des Trag- schraubers. Dazu ist die Ansteuereinheit mit dem Gas-Lineardirektantrieb, dem Sei- tenruder-Lineardirektantrieb sowie den Steuer-Lineardirektantrieben zum Ansteuern verbunden. It is favorable if the gyroplane has a travel speedometer, in particular a pitot tube, for measuring a travel speed relative to the surrounding air. Alternatively or additionally, the gyroplane preferably has a differential satellite navigation system and / or an inertial measurement unit. It is particularly expedient if these measuring devices are connected to the drive unit and the drive unit is designed to automatically fly the carrier. For this purpose, the control unit is connected to the gas linear direct drive, the side rudder linear direct drive and the control linear direct drives for activation.
Die Merkmale, die oben für den Steuer-Lineardirektantrieb als bevorzugte Ausfüh- rungsformen beschrieben sind, sind auch bevorzugte Ausführungsformen für den Gas-Lineardirektantrieb und den Seitenruder-Lineardirektantrieb, jeweils sofern vor- handen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläu- tert. Dabei zeigt The features described above for the control linear direct drive as preferred embodiments are also preferred embodiments for the gas linear direct drive and the rudder linear direct drive, if present. The invention will be explained in more detail below with reference to the attached drawings. It shows
Figur 1 einen erfindungsgemäßen Tragschrauber in einer Seitenansicht, 1 shows a gyrocopter according to the invention in a side view,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht des Tragschraubers gemäß Figur 1 ohne Figure 2 is a perspective view of the gyroplane according to Figure 1 without
Rumpfhülle und  Hull cover and
Figur 3 den Tragschrauber gemäß der Figuren 1 und 2 in einer Ansicht von der 3 shows the gyrocopter according to the figures 1 and 2 in a view of the
Seite.  Page.
Figur 4 zeigt Teile des erfindungsgemäßen Tragschraubers zum Erläutern des FIG. 4 shows parts of the gyroplane according to the invention for explaining the invention
Hubbereichs.  Stroke.
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Tragschrauber 10, der einen Hauptrotor 12 und einen Propeller 14 aufweist. Der Hauptrotor 12 umfasst ein erstes Rotorblatt 16.1 und ein zweites Rotorblatt 16.2, die beide an einem Rotorkopf 18 befestigt sind. Am Rotorkopf 18 greifen ein erster Kraftüberträger 20 und ein zweiter Kraftüberträger 22 an, mittels denen der Rotorkopf 18 um eine Rollachse AR sowie um eine Nick- achse AN geschwenkt werden kann. Dazu sind die Kraftüberträger 20, 22 mit einem Steuerknüppel 24 gekoppelt. In anderen Worten führt eine Bewegung des Steuer- knüppels 24 mittels der Bewegung der Kraftüberträger 20, 22 zu einer Bewegung des Rotorkopfs 18. FIG. 1 shows a gyroplane 10 according to the invention, which has a main rotor 12 and a propeller 14. The main rotor 12 comprises a first rotor blade 16. 1 and a second rotor blade 16. 2, which are both fastened to a rotor head 18. At the rotor head 18, a first power transmission 20 and a second power transmission 22 engage, by means of which the rotor head 18 can be pivoted about a roll axis AR and about a pitch axis AN. For this purpose, the power transmission 20, 22 are coupled to a joystick 24. In other words, movement of the control stick 24 by means of the movement of the force transmitters 20, 22 leads to a movement of the rotor head 18.
Der Tragschrauber 10 umfasst zudem ein Seitenruder 26, das an einem Heckleit- werk 28 befestigt ist. Das Heckleitwerk 28 ist über ein Kielrohr 30 mit einem Rumpf 32 des Tragschraubers verbunden. The gyrocopter 10 also includes a rudder 26, which is attached to a Heckleit- work 28. The tailplane 28 is connected via a keel tube 30 to a hull 32 of the gyrocopter.
Der Propeller 14 ist mit einem schematisch eingezeichneten Motor 34 verbunden, bei dem es sich beispielsweise um einen Saugmotor oder um einen Motor mit Direktein- spritzung handeln kann. Mittels eines schematisch eingezeichneten Gashebels 36 kann die Leistung des Motors 34 verändert werden. Der Gashebel 36 ist so angeord- net, dass ein auf einem Sitz 35 sitzender Pilot ihn einfach bedienen kann. Figur 1 zeigt zudem schematisch einen Fahrtgeschwindigkeitsmesser 38 in Form ei- nes Pitot-Rohrs, der am Rumpf 32 angebracht ist. Am Rumpf 32 ist zudem ein Luft- druckmesser 40.1 angeordnet. Ein zweiter Luftdruckmesser 40.2 ist auf der genau gegenüberliegenden Seite, also auf der Steuerbordseite des Tragschraubers 10, an- geordnet und durch den Rumpf 32 verdeckt. The propeller 14 is connected to a schematically drawn engine 34, which may be, for example, a naturally aspirated engine or a direct injection engine. By means of a schematically drawn throttle lever 36, the power of the motor 34 can be changed. The throttle lever 36 is arranged so that a pilot seated on a seat 35 can easily operate it. FIG. 1 also schematically shows a travel speed meter 38 in the form of a pitot tube, which is attached to the fuselage 32. On the fuselage 32 also an air pressure gauge 40.1 is arranged. A second air pressure gauge 40. 2 is arranged on the exactly opposite side, thus on the starboard side of the gyroscope 10, and hidden by the fuselage 32.
Schematisch eingezeichnet ist ein Differenzial-Satellitennavigationssystem 42, das einen ersten Empfänger 44.1 und einen zweiten Empfänger 44.2 zum Empfangen von Daten eines Satellitennavigationssystems aufweist. Die beiden Empfänger 44.1 , 44.2 sind voneinander beabstandet. Aus der Differenz der mit den beiden Empfän- gern 44.1 , 44.2 ermittelten Positionen wird eine Orientierung des Tragschraubers 10 im Raum bestimmt. Schematically plotted is a differential satellite navigation system 42 having a first receiver 44.1 and a second receiver 44.2 for receiving data from a satellite navigation system. The two receivers 44.1, 44.2 are spaced apart. From the difference of the positions determined with the two receivers 44.1, 44.2, an orientation of the gyroscope 10 in space is determined.
Der Tragschrauber 10 umfasst zudem eine Inertialmesseinheit 46, die zumindest drei Beschleunigungssensoren enthält und eingerichtet ist zum Ermitteln einer Position des Tragschraubers 10, insbesondere durch zweifaches Integrieren der von den Be- schleunigungssensoren aufgenommenen Beschleunigungsdaten. The gyrocopter 10 additionally comprises an inertial measuring unit 46, which contains at least three acceleration sensors and is set up to determine a position of the gyroscope 10, in particular by integrating twice the acceleration data recorded by the acceleration sensors.
Im vorliegenden Fall weist der Tragschrauber 10 zudem ein Fahrwerk 50 auf. Selbst- verständlich ist es aber auch möglich, dass statt des Fahrwerks beispielsweise Schwimmkörper oder Kufen vorhanden sind. In the present case, the gyrocopter 10 also has a chassis 50. Of course, it is also possible that instead of the landing gear, for example, floats or runners are available.
Figur 2 zeigt den Tragschrauber 10 ohne seine Außenverkleidung. Es ist zu erken- nen, dass der Tragschrauber 10 einen ersten Steuer-Lineardirektantrieb 52 aufweist, mittels dem eine Kraft auf den ersten Kraftüberträger 20 ausgeübt werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform besitzt der erste Steuer-Lineardirektantrieb 52 dazu ein erstes Abtriebsteil 54, das auch als Rotor, Abtriebsstange oder bewegliches Element bezeichnet werden kann und das mit einem Hebel 56 verbunden ist. An dem Hebel 56 ist der erste Kraftüberträger 20 ebenfalls befestigt. Wird der erste Steuer-Lineardirektantrieb 52 betätigt, so schwenkt der Hebel 56 um einen Anlenk- punkt 58. Dadurch bewegt sich der erste Kraftüberträger 20, der wiederum den Ro- torkopf 18 bewegt. Der Steuer-Lineardirektantrieb 52 umfasst zudem einem Stator 59, relativ du dem sich der Rotor in Form des Abtriebsteils 54 bewegt. Figure 2 shows the gyrocopter 10 without its outer lining. It can be seen that the gyrocopter 10 has a first control linear direct drive 52, by means of which a force can be exerted on the first force transmitter 20. In the present embodiment, the first control linear direct drive 52 has for this purpose a first output part 54, which may also be referred to as rotor, output rod or movable element and which is connected to a lever 56. On the lever 56 of the first power transmission 20 is also attached. When the first control linear direct drive 52 is actuated, the lever 56 pivots about an articulation point 58. As a result, the first force transmission 20, which in turn moves the rotor head 18, moves. The control linear direct drive 52 also includes a stator 59, relative to which the rotor in the form of the driven part 54 moves.
Figur 2 zeigt, dass der erste Kraftüberträger 20 als Stangentrieb ausgebildet ist, der miteinander gelenkig verbundene Stangen aufweist. Die Übertragung der Bewegung des Steuerknüppels 24 auf die Kraftüberträger 20, 22, ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird daher nicht näher beschrieben. FIG. 2 shows that the first force transmitter 20 is designed as a rod drive which has rods connected to one another in an articulated manner. The transmission of the movement of the joystick 24 to the power transmission 20, 22, is known from the prior art and will therefore not be described in detail.
Der erste Steuer-Lineardirektantrieb ist mit der Ansteuereinheit 48 (vgl. Figur 1 ) ver- bunden. Diese Ansteuereinheit 48 ist ausgebildet zum Ansteuern des ersten Steuer- Lineardirektantriebs 52, sodass dieser eine vorgegebene Soll-Position unabhängig von äußeren Kräften hält. Überschreiten diese äußeren Kräfte einen vorgegebenen Wert, beispielsweise weil der Pilot den Steuerknüppel 24 betätigt, so schaltet die An- steuereinheit 48 den ersten Steuer-Lineardirektantrieb 52 ab. The first control linear direct drive is connected to the drive unit 48 (see FIG. This drive unit 48 is designed to drive the first control linear direct drive 52 so that it maintains a predetermined desired position independent of external forces. If these external forces exceed a predetermined value, for example because the pilot actuates the control stick 24, the control unit 48 switches off the first control linear direct drive 52.
Der Tragschrauber 10 besitzt zudem einen zweiten Steuer-Lineardirektantrieb 60, der über ein zweites Abtriebsteil 62 auf einen zweiten Hebel 64 wirkt. An dem zwei- ten Hebel 64 ist der zweite Kraftüberträger 22 befestigt, sodass durch Betätigen des zweiten Steuer-Lineardirektantriebs 60 der zweite Kraftüberträger 22 und damit der Rotorkopf 18 bewegt werden kann. The gyrocopter 10 also has a second control linear direct drive 60 which acts on a second lever 64 via a second output part 62. The second force transmitter 22 is attached to the second lever 64, so that the second force transmission 22 and thus the rotor head 18 can be moved by actuating the second control linear direct drive 60.
Der Tragschrauber 10 kann ein Betätigungselement 66 aufweisen, beispielsweise ei- nen Knopf. Das Betätigungselement 66 kann beispielsweise am Steuerknüppel 24 ausgebildet sein. Betätigt der Pilot das Betätigungselement 66, so wird ein elektri sches Signal generiert, das an die Ansteuereinheit 48 gesendet oder geleitet wird.The gyroplane 10 may include an actuator 66, such as a button. The actuator 66 may be formed on the joystick 24, for example. If the pilot actuates the actuating element 66, then an electrical signal is generated which is sent or conducted to the drive unit 48.
Die Ansteuereinheit 48 erfasst daraufhin die Position der Abtriebsteile 54, 62 der Steuer-Lineardirektantriebe 52, 60 relativ zu den relativ zum Rumpf 32 befestigten Bestandteilen der Steuer-Lineardirektantriebe 52, 60. Dazu können die Steuer-Line- ardirektantriebe 52, 60 entsprechende Positionssensoren aufweisen. Die Funktions- weise dieser Sensoren ist irrelevant, es kann sich beispielsweise um optische Senso- ren oder kapazitive Sensoren handeln. The drive unit 48 then detects the position of the output parts 54, 62 of the control linear direct drives 52, 60 relative to the components of the control linear direct drives 52, 60 fastened relative to the fuselage 32. For this purpose, the control line direct drives 52, 60 can have corresponding position sensors , The mode of operation of these sensors is irrelevant; they can be, for example, optical sensors or capacitive sensors.
Der Tragschrauber 10 besitzt zwei Pedale 68.1 , 68.2, die mit einem Pedalkraftüber- träger 68 verbunden sind. Der Pedalkraftüberträger 68 überträgt die Pedalkraft auf das Seitenruder 26. Ein Seitenruder-Lineardirektantrieb 70 wirkt über einen Hebel 72 auf den Pedalkraftüberträger 68, sodass mittels des Seitenruder-Lineardirektantriebs 70 das Seitenruder 26 betätigt werden kann. Der Gashebel 36 ist mit einem Gas-Be- wegungsüberträger 74 verbunden, auf den ein Gas-Lineardirektantrieb 76 wirkt. The gyrocopter 10 has two pedals 68.1, 68.2, which are connected to a pedal force transfer 68. The pedal force transmitter 68 transmits the pedal force the rudder 26. A rudder linear direct drive 70 acts via a lever 72 on the pedal force transmitter 68, so that by means of the rudder linear direct drive 70, the rudder 26 can be operated. The throttle lever 36 is connected to a gas motion transmitter 74, on which a gas linear direct drive 76 acts.
Alle Lineardirektantriebe sind mit der Ansteuereinheit 48 verbunden. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass die Ansteuereinheit 48 ein Sende- und Empfangsmodul 78 (vgl. Figur 1 ) aufweist, mittels dem Steuerbefehle an die Ansteuereinheit 48 über- sandt werden können. Es ist dann möglich, mittels eines Senders 80 den Trag- schrauber 10 unbemannt zu fliegen. Es handelt sich dann bei dem Tragschrauber 10 um einen unbemannten Flugkörper, der auch als Drohne bezeichnet werden kann. All linear direct drives are connected to the drive unit 48. It is possible, but not necessary, for the drive unit 48 to have a send and receive module 78 (cf., FIG. 1) by means of which control commands can be sent to the drive unit 48. It is then possible by means of a transmitter 80 to fly the carrier 10 unmanned. It is then in the gyrocopter 10 to an unmanned missile, which can also be referred to as a drone.
Figur 3 zeigt eine Detailansicht des Rotorkopfs 18 gemäß einer bevorzugten Ausfüh- rungsform der Erfindung. Es ist zu erkennen, dass der Tragschrauber einen ge- schnitten gezeichneten Pneumatikzylinder 82 aufweist, der angeordnet ist zum Ausü- ben einer Trimmkraft Ft auf den Rotorkopf 18. Der Tragschrauber 10 umfasst zudem eine Druckgasquelle 84, bei der es sich um einen Kompressor handeln kann. Alter- nativ kann es sich auch um eine Flasche mit komprimierter Druckluft handeln. Selbst- verständlich muss die Druckgasquelle keine Druckluft enthalten, sondern kann auch ein anderes Gas enthalten. Die Druckgasquelle 84 ist über eine Steuerleitung mit der Ansteuereinheit 48 verbunden. FIG. 3 shows a detailed view of the rotor head 18 according to a preferred embodiment of the invention. It can be seen that the gyrocopter has a cut pneumatic cylinder 82 which is arranged to exert a trim force Ft on the rotor head 18. The gyrocopter 10 also comprises a pressurized gas source 84, which may be a compressor , Alternatively, it can also be a bottle of compressed compressed air. Of course, the compressed gas source does not have to contain compressed air, but may also contain another gas. The compressed gas source 84 is connected via a control line to the drive unit 48.
Die Ansteuereinheit 48 erfasst kontinuierlich die Leistungsaufnahme der Steuer-Line- ardirektantriebe. Liegt die Leistungsaufnahme oberhalb eines vorgegebenen Mini mal-Schwellenwerts, so steuert die Ansteuereinheit 48 das Ventil 86 so an, dass sich ein Druck p im Pneumatikzylinder 82 so ändert, dass sich die Leistungsaufnahme vermindert. Dazu wird der Druck entweder erhöht, indem der Pneumatikzylinder 82 mit der Druckgasquelle 84 verbunden wird, alternativ wird der Druck p im Pneuma- tikzylinder 82 dadurch verringert, dass Druckgas abgelassen wird. Für die Erfassung der Leistungsaufnahme kann beispielsweise der Ankerstrom durch die Elektromag- neten des Lineardirektantriebs ermittelt werden. Die Ansteuereinheit 48 kann so ausgebildet sein, dass eine in absoluten oder relati- ven Koordinaten angegebene Flugroute vorgegeben ist. Anhand der Daten des Diffe- renzial-Satellitennavigationssystems und/oder der Inertialmesseinheit wird kontinuier- lich die reale Position ermittelt und über die Lineardirektantriebe 52, 62, 70, 76 der Tragschrauber 10 so angesteuert, dass er die vorgegebene Flugroute fliegt. The drive unit 48 continuously detects the power consumption of the control linear actuators. If the power consumption is above a predetermined mini-times threshold, then the drive unit 48 controls the valve 86 so that a pressure p in the pneumatic cylinder 82 changes so that the power consumption is reduced. For this purpose, the pressure is either increased by the pneumatic cylinder 82 is connected to the compressed gas source 84, alternatively, the pressure p in the pneumatic cylinder 82 is reduced by the fact that compressed gas is discharged. For example, the armature current through the electromagnets of the linear direct drive can be determined for detecting the power consumption. The drive unit 48 can be designed such that a flight route specified in absolute or relative coordinates is specified. On the basis of the data of the differential satellite navigation system and / or the inertial measuring unit, the real position is continuously determined and controlled via the linear direct drives 52, 62, 70, 76 of the gyroplane 10 so that it flies the predetermined flight route.
Die Luftdruckmesser 40.1 , 40.1 (vgl. Figur 1 ), sind ebenfalls mit der Ansteuereinheit 48 verbunden. Ergibt sich eine Druckdifferenz zwischen den beiden Luftdruckmes- sern, so deutet dies darauf hin, dass eine Längsachse L des Tragschraubers 10 nicht in Richtung des relativen Windes ausgerichtet ist. Insbesondere beim automatischen Betrieb wird der Seitenruder-Lineardirektantrieb 70 so angesteuert, dass die Luft- druckdifferenz, die mit den Luftdruckmessern 40 gemessen wird, minimiert wird. The air pressure gauge 40.1, 40.1 (see Figure 1) are also connected to the drive unit 48. If a pressure difference between the two air pressure sensors results, this indicates that a longitudinal axis L of the gyroscope 10 is not aligned in the direction of the relative wind. In particular, during automatic operation, the rudder linear direct drive 70 is controlled so that the air pressure difference measured with the air pressure gauges 40 is minimized.
Mittels des Fahrtgeschwindigkeitsmessers 38 wird eine Fahrtgeschwindigkeit va, die auch als air speed bezeichnet werden könnte, erfasst. Sofern eine Soll-Fahrtge- schwindigkeit vorgegeben ist, werden der Gas-Lineardirektantrieb 76 und die Steuer- Lineardirektantriebe 52, 60 so angesteuert, dass sich die gewünschte Fahrtge- schwindigkeit ergibt. Insbesondere ist es möglich, dass die Fahrtgeschwindigkeit va so eingestellt wird, dass eine Fluggeschwindigkeit VF, die auch als ground speed be- zeichnet werden kann, eingehalten wird. By means of the travel speed meter 38, a travel speed v a , which could also be referred to as air speed, is detected. If a desired travel speed is predetermined, the gas linear direct drive 76 and the control linear direct drives 52, 60 are activated in such a way that the desired travel speed results. In particular, it is possible that the travel speed v a is set so that an airspeed VF, which can also be referred to as ground speed, is maintained.
Figur 4 zeigt den ersten Steuer-Lineardirektantrieb 52 in einer ersten Antrieb-Extrem- stellung, die mit durchgezogenen Linien gezeichnet ist, und einer zweiten Antrieb- Extremstellung, die in gestrichelten Linien gezeigt ist. Wenn der Steuer-Lineardirekt- antrieb in seiner ersten Antrieb-Extremstellung ist, ist der Steuerknüppel 24 in einer ersten Steuerknüppel-Extremstellung. Das heißt, dass er in die entsprechende Rich- tung nicht weiter bewegt werden kann. Ist der Steuer-Lineardirektantrieb 52 in seiner zweiten Antrieb-Extremstellung, so ist der Steuerknüppel 25 in seiner zweiten Steu- erknüppel-Extremstellung, die der ersten Steuerknüppel-Extremstellung entgegenge- setzt ist. Die Position des Rotors 54, der auch als Abtriebsteil 54 bezeichnet wird, wird durch eine Position xi beschrieben. Die Position des Rotors 54, wenn dieser sich in seiner zweiten Position befindet, wird durch eine Position X2 beschrieben. Die beiden Positionen xi, X2 begrenzen einen Hubbereich H. Der erste Steuer-Lineardi- rektantrieb 52 ist so ausgebildet, dass ein Verändern der Position x mittels des Steu- erknüppels 24 nur dann möglich ist, wenn eine vorgegebene Losbrechkraft FL auf ei- nen Kopf 88 des Steuerknüppels 24 notwendig ist, um die Position x um 3% des Hubbereichs H zu ändern. Die Losbrechkraft FL muss so auf den Kopf 88 aufge- bracht werden, dass sie in eine Richtung wirkt, die der Richtung entspricht, in die sich der Kopf 88 bewegt, wenn der Steuer-Lineardirektantrieb 52 sich bewegt. Diese Losbrechkraft beträgt vorzugsweise zumindest 10 Newton, vorzugsweise zumindest 20 Newton und vorzugsweise höchstens 100 Newton. FIG. 4 shows the first control linear direct drive 52 in a first drive extreme position, which is drawn with solid lines, and a second drive extreme position, which is shown in dashed lines. When the control linear direct drive is in its first drive extreme position, the joystick 24 is in a first joystick extreme position. This means that he can not be moved in the appropriate direction. If the control linear direct drive 52 is in its second drive extreme position, the joystick 25 is in its second control stick extreme position, which is opposite to the first joystick extreme position. The position of the rotor 54, which is also referred to as the output part 54, is described by a position xi. The position of the rotor 54 when in its second position is described by a position X2. The two positions xi, x2 limit a stroke range H. The first control linear rect drive 52 is designed so that changing the position x by means of the control stick 24 is only possible if a predetermined breakaway force FL on a head 88 of the joystick 24 is necessary to move the position x by 3% of the stroke range H to change. The breakaway force FL must be applied to the head 88 so that it acts in a direction corresponding to the direction in which the head 88 moves when the control linear direct drive 52 moves. This breakaway force is preferably at least 10 Newton, preferably at least 20 Newton and preferably at most 100 Newton.
Ist der Steuer-Lineardirektantrieb 52 in anderen Worten aktiviert, so ist ein Steuern mittels des Steuerknüppels zumindest bezüglich des Kraftüberträgers 20, der vom ersten Steuer-Lineardirektantrieb 52 bewegt werden kann, nicht möglich. Erst wenn die Losbrechkraft FL überwunden wird, schaltet die Ansteuereinheit 48 den Steuer- Lineardirektantrieb ab, das heißt, dass dieser inaktiviert wird. In diesem Fall kann der Tragschrauber wieder per Hand gesteuert werden. In other words, if the control linear direct drive 52 is activated, control by means of the control stick, at least with respect to the force transmitter 20, which can be moved by the first control linear direct drive 52, is not possible. Only when the breakaway force FL is overcome, the drive unit 48 turns off the control linear direct drive, that is, this is inactivated. In this case, the gyrocopter can be manually controlled again.
Der Tragschrauber 10 besitzt einen Autopiloten, das heißt ein System, mittels dem der Tragschrauber 10 autonom zu einem vorgegebenen Ziel und/oder auf einer vor- gegebenen Flugbahn gehalten werden kann. Dieser Autopilot sendet eine zeitliche Folge von Soll-Positionen an die Ansteuereinheit 48 bzw. einen Teil dieser Ansteuer- einheit 48, die wiederum den Steuer-Lineardirektantrieb 52 so ansteuert, dass der Tragschrauber die vorgegebene Trajektorie fliegt. Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Autopilot selbstverständlich nur dann funktioniert, wenn hinreichend viele Line- ardirektantriebe vorhanden sind, um die notwendigen Flugbewegungen auszuführen. The gyrocopter 10 has an autopilot, that is to say a system by means of which the gyrocopter 10 can be held autonomously to a predetermined destination and / or on a predetermined trajectory. This autopilot transmits a time sequence of desired positions to the drive unit 48 or a part of this drive unit 48, which in turn drives the control linear direct drive 52 in such a way that the gyrocopter flies the predetermined trajectory. It should be noted that this autopilot of course only works if there are enough linear actuators to carry out the necessary flight movements.
Es ist zudem möglich und ganz allgemein eine bevorzugte Ausführungsform, wenn ein erfindungsgemäßer Tragschrauber zumindest eine Kamera 90 aufweist, mittels der eine Umgebung des Tragschraubers 10 erfasst werden kann. Diese zumindest eine Kamera 90 ist vorzugsweise mit einer Sendeeinheit, beispielsweise dem Sende- und Empfangsmodul 78 verbunden, sodass die von der Kamera 90 aufgenommenen Bilder drahtlos an eine Bodenstation übermittelt werden können. Es ist dann möglich, den Tragschrauber fernzusteuern. Bezugszeichenliste It is also possible and quite generally a preferred embodiment if a gyro according to the invention has at least one camera 90 by means of which an environment of the gyroscope 10 can be detected. This at least one camera 90 is preferably connected to a transmitting unit, for example the transmitting and receiving module 78, so that the images taken by the camera 90 can be transmitted wirelessly to a ground station. It is then possible to remotely control the gyrocopter. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Tragschrauber 59 Stator 10 gyrocopter 59 stator
12 Hauptrotor 12 main rotor
14 Propeller 60 zweiter Steuer-Lineardirektantrieb 16 Rotorblatt 62 zweites Abtriebsteil 14 propeller 60 second control linear direct drive 16 rotor blade 62 second output part
18 Rotorkopf 64 zweiter Hebel 18 rotor head 64 second lever
66 Bestätigungselement  66 confirmation element
20 erster Kraftüberträger 68 Pedalkraftüberträger  20 first power transmission 68 pedal power transmission
22 zweiter Kraftüberträger 22 second power transmission
24 Steuerknüppel 70 Seitenruder-Lineardirektantrieb 26 Seitenruder 72 Hebel 24 Joystick 70 Rudder linear direct drive 26 Rudder 72 Lever
28 Heckleitwerk 74 Gas-Bewegungsüberträger 28 Heckleitwerk 74 Gas motion transmitter
76 Gas-Lineardirektantrieb  76 Gas linear direct drive
30 Kielrohr 78 Sende- und Empfangsmodul 32 Rumpf  30 keel tube 78 transmitting and receiving module 32 fuselage
34 Motor 80 Sender  34 engine 80 transmitters
35 Sitz 82 Pneumatikzylinder  35 seat 82 pneumatic cylinder
36 Gashebel 84 Druckgasquelle  36 throttle lever 84 compressed gas source
38 Fahrtgeschwindigkeitsmesser 86 Ventil  38 cruise speedometer 86 valve
88 Kopf  88 head
40 Luftdruckmesser 90 Kamera  40 air pressure gauge 90 camera
42 Differenzial-Satellitennavigations- messsystem AR Rollachse 42 Differential satellite navigation system AR Rolling axle
44 Empfänger AN Nickachse 44 receiver AN pitch axis
46 Inertialmesseinheit FL Losbrechkraft 46 Inertial measuring unit FL Breakaway force
48 Ansteuereinheit Ft Trimm kraft 48 Control unit Ft Trim force
H Hubbereich  H stroke range
50 Fahrwerk L Längsachse  50 chassis L longitudinal axis
52 erster Steuer-Lineardirektantrieb, va Fahrtgeschwindigkeit 52 first control linear direct drive, v a travel speed
Rotor VF Fluggeschwindigkeit  Rotor VF airspeed
54 erstes Abtriebsteil x Position des Rotors (=Abtriebs- 56 Hebel teil)  54 first output part x position of the rotor (= output 56 lever part)
58 Anlenkpunkt 58 articulation point

Claims

Ansprüche  claims
1. Tragschrauber (10) mit 1. gyrocopter (10) with
(a) einem Rotorkopf (18) zum Befestigen eines Hauptrotors (12),  (a) a rotor head (18) for mounting a main rotor (12),
(b) einem Steuerknüppel (24) und  (b) a joystick (24) and
(c) einem Kraftüberträger (20) zum Übertragen einer Kraft vom Steuerknüppel (24) zum Rotorkopf (18),  (c) a power transmitter (20) for transmitting a force from the control stick (24) to the rotor head (18),
gekennzeichnet durch  marked by
(d) einen Steuer-Lineardirektantrieb (52), der angeordnet ist zum Ausüben ei- ner Kraft auf den Kraftüberträger (20)  (d) a control linear direct drive (52) arranged to exert a force on the force transmitter (20)
(e) wobei der Steuer-Lineardirektantrieb (52) einen Rotor (54) und einen Sta- tor (59) aufweist, die zum translatorischen Bewegen relativ zueinander ausgebildet sind und  (e) wherein the control linear direct drive (52) has a rotor (54) and a stator (59), which are designed for translational movement relative to each other and
(f) wobei der Rotor (54) so befestigt ist, dass sich der Kraftüberträger (20) be- wegt, wenn sich der Rotor (54) bewegt.  (f) wherein the rotor (54) is mounted so that the force transducer (20) moves as the rotor (54) moves.
2. Tragschrauber nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch 2. gyrocopter according to claim 1, characterized by
(a) einen zweiten Kraftüberträger (22) zum Übertragen der Kraft vom Steuer- knüppel (24) zum Rotorkopf (18),  (a) a second force transmitter (22) for transmitting the force from the control stick (24) to the rotor head (18),
(b) wobei der Steuerknüppel (24), der erste Kraftüberträger (20) und der  (B) wherein the joystick (24), the first power transmission (20) and the
zweite Kraftüberträger (22) so angeordnet sind, dass mittels des Steuer- knüppels (24) der Rotorkopf (18) in Nick- und Rollrichtung bewegbar ist, und  second power transmission (22) are arranged so that by means of the control stick (24) of the rotor head (18) in the pitch and roll direction is movable, and
(c) einen zweiten Steuer-Lineardirektantrieb (60), der angeordnet ist zum  (c) a second control linear direct drive (60) arranged for
Ausüben einer Kraft auf den zweiten Kraftüberträger (22). Exerting a force on the second force transmitter (22).
3. Tragschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch3. gyrocopter according to one of the preceding claims, characterized by
(a) einen Pneumatikzylinder (82), der angeordnet ist zum Ausüben einer Trimm kraft (Ft) auf den Rotorkopf (18), (a) a pneumatic cylinder (82) arranged to apply a trim force (Ft) to the rotor head (18),
(b) eine Druckgastquelle (84),  (b) a pressurized gas source (84),
(c) ein Ventil zum Verbinden und Trennen von Druckgasquelle (84) und  (c) a valve for connecting and disconnecting compressed gas source (84) and
Pneumatikzylinder (82) und  Pneumatic cylinder (82) and
(d) eine Ansteuereinheit (48), die eingerichtet ist zum automatischen  (d) a drive unit (48) arranged for automatic
(i) Erfassen einer Strom-Kenngröße, die eine elektrischen Leistung des zumindest einen Steuer-Lineardirektantriebs (52) beschreibt, und (I) detecting a current characteristic that describes an electric power of the at least one control linear direct drive (52), and
(ii) Ändern eines Trimmdrucks (Ft) im Pneumatikzylinder (82) anhand der Strom-Kenngröße, sodass die elektrische Leistung minimal wird. (ii) Changing a trim pressure (Ft) in the pneumatic cylinder (82) based on the current characteristic, so that the electric power becomes minimum.
4. Tragschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Ansteuereinheit (48) eingerichtet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten 4. gyrocopter according to one of the preceding claims, characterized in that the drive unit (48) is arranged for automatically performing a method with the steps
(i) Erfassen, ob die Strom-Kenngröße, die die elektrischen Leistung des zu- mindest einen Steuer-Lineardirektantriebs (52) beschreibt, einen vorgege- benen Schwellenwert überschreitet und  (i) detecting whether the current characteristic describing the electric power of the at least one control linear direct drive (52) exceeds a predetermined threshold, and
(ii) bejahendenfalls Beenden des Ausübens der Kraft auf den Kraftüberträ- ger (20).  (ii) if so, stop the exertion of the force on the transmission (20).
5. Tragschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Betätigungselement (66), mittels dem der zumindest eine Steuer-Lineardi- rektantrieb (52) ausschaltbar ist und/oder mittels dem dem zumindest einen Steuer-Lineardirektantrieb (52) eine Soll-Position des Steuerknüppels (24) zu- weisbar ist. 5. gyrocopter according to one of the preceding claims, characterized by an actuating element (66), by means of which the at least one control Lineardi- rect drive (52) is switched off and / or by means of the at least one control linear direct drive (52) has a desired position of the joystick (24) can be assigned.
6. Tragschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch6. gyrocopter according to one of the preceding claims, characterized by
(a) ein Seitenruder (26), (a) a rudder (26),
(b) zumindest ein Pedal,  (b) at least one pedal,
(c) einen Pedalkraftüberträger (68) zum Übertragen einer Pedalkraft auf das Seitenruder (26) und  (c) a pedal force transmitter (68) for transmitting a pedal force to the rudder (26) and
(d) einen Seitenruder-Lineardirektantrieb (70), der angeordnet ist zum Ausü- ben einer Kraft auf den Pedalkraftüberträger (68).  (d) a rudder linear direct drive (70) arranged to exert a force on the pedal force transmitter (68).
7. Tragschrauber nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch 7. gyrocopter according to claim 6, characterized by
(a) einen Differenzdruckmesser zum Messen einer Druckdifferenz zwischen einer Backbordseite des Tragschraubers und einer Steuerbordseite des Tragschraubers (10),  (a) a differential pressure gauge for measuring a pressure difference between a port side of the gyrocopter and a starboard side of the gyrocopter (10),
(b) wobei die Ansteuereinheit (48) eingerichtet ist zum Ansteuern des Seiten- ruder-Lineardirektantriebs (70), sodass die Druckdifferenz minimal wird.  (b) wherein the drive unit (48) is arranged to drive the rudder linear direct drive (70) so that the pressure difference becomes minimum.
8. Tragschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch8. gyro according to one of the preceding claims, characterized by
(a) einen Propeller (14), (a) a propeller (14),
(b) einen Motor (34), der mit einem Propeller (14) zum Antreiben verbunden ist,  (b) a motor (34) connected to a propeller (14) for driving,
(c) einen Gashebel (36) zum Steuern des Motors (34), und  (c) a throttle lever (36) for controlling the engine (34), and
(d) einen Stellungssensor zum Erfassen einer Stellung des Gashebels (36), (d) a position sensor for detecting a position of the throttle lever (36),
(e) wobei der Motor (34) mit dem Stellungssensor verbunden ist, sodass eine Motorleistung auf Basis von Signalen des Stellungssensors steuerbar ist. (E) wherein the motor (34) is connected to the position sensor, so that an engine power based on signals from the position sensor is controllable.
9. Tragschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch9. gyroplane according to one of the preceding claims, characterized by
(a) einen Gas-Bewegungsüberträger (74) vom Gashebel (36) zum Motor (34) und (A) a gas movement transmitter (74) from the throttle lever (36) to the motor (34) and
(b) einen Gas-Lineardirektantrieb (76), der angeordnet ist zum Ausüben einer Kraft auf den Gas-Bewegungsüberträger (74). (b) a gas linear direct drive (76) arranged to apply a force to the gas movement transmitter (74).
10. Tragschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch10. gyrocopter according to one of the preceding claims, characterized by
(a) einen Fahrtgeschwindigkeitsmesser (38), insbesondere ein Staurohr, zum Messen einer Fahrtgeschwindigkeit (va), (a) a travel speedometer (38), in particular a pitot tube, for measuring a travel speed (v a ),
(b) ein Differenzial-Satellitennavigationssystem (42) und  (b) a differential satellite navigation system (42) and
(c) eine Inertialmesseinheit (46),  (c) an inertial measuring unit (46),
(d) wobei die Ansteuereinheit (48) ausgebildet ist zum automatischen Fliegen des Tragschraubers (10).  (d) wherein the drive unit (48) is adapted to automatically fly the gyroscope (10).
11. Tragschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass 11. gyrocopter according to one of the preceding claims, characterized in that
(a) der Steuer-Lineardirektantrieb (52) einen Flubbereich (H) zwischen einer ersten Antrieb-Extremstellung und einer zweiten Antrieb-Extremstellung, wobei die erste Antrieb-Extremstellung einer ersten Steuerknüppel-Ext- remstellung entspricht und die zweite Antrieb-Extremstellung einer zweiten Steuerknüppel-Extremstellung entspricht und dass  (A) the control linear direct drive (52) a Flubbereich (H) between a first drive extreme position and a second drive extreme position, wherein the first drive extreme position corresponds to a first joystick extre- tion and the second drive extreme position of a second Joystick extreme position corresponds and that
(b) eine Losbrechkraft (FL), die notwendig ist, um eine Veränderung der Stel lung des Rotors 854) des Steuer-Lineardirektantriebs (52) relativ zum Sta- tor (59) von 3% des Hubbereichs (H) zu erreichen, zumindest 10 Newton, vorzugsweise zumindest 20 Newton, beträgt.  (b) a breakaway force (FL) necessary to achieve a change in the position of the rotor 854) of the control linear direct drive (52) relative to the stator (59) of 3% of the stroke range (H), at least 10 Newton, preferably at least 20 Newton.
12. Tragschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 11 , dadurch ge- kennzeichnet, dass der Steuer-Lineardirektantrieb (52) ausgebildet zum Regeln der Position des Kraftüberträgers auf die Soll-Position. 12. gyrocopter according to one of the preceding claims 5 to 11, character- ized in that the control linear direct drive (52) designed to regulate the position of the force transducer to the desired position.
13. Tragschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 12, gekennzeich- net durch einen Autopiloten, der mit der Ansteuereinheit verbunden ist zum au- tomatischen Vorgeben einer zeitlichen Folge von Soll-Positionen, sodass der Tragschrauber autonom entlang einer vorgegebenen Trajektorie fliegt und/oder ein vorgegebenes Ziel ansteuert. 13. Gyrocopter according to one of the preceding claims 5 to 12, characterized by an autopilot, which is connected to the drive unit for automatically specifying a time sequence of desired positions, so that the gyro autonomously flies along a predetermined trajectory and / or drives a given destination.
14. Tragschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis13, dadurch ge- kennzeichnet, dass 14. Gyrocopter according to one of the preceding claims 5 to 13, character- ized in that
(a) der Steuer-Lineardirektantrieb einen Hubbereich (H) zwischen einer ersten Antrieb-Extremstellung und einer zweiten Antrieb-Extremstellung hat und (b) eine Losbrechkraft (FL) von zumindest 10 Newton auf den Steuerknüppel (a) the control linear direct drive has a stroke range (H) between a first drive extreme position and a second drive extreme position, and (b) a breakaway force (FL) of at least 10 Newton on the joystick
(24) notwendig ist, um eine Veränderung der Stellung des Rotors (54) des Steuer-Lineardirektantriebs (52) relativ zum Stator von 3% des Hubbe- reichs (H) zu erreichen (24) is necessary in order to achieve a change in the position of the rotor (54) of the control linear direct drive (52) relative to the stator of 3% of the stroke range (H)
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