WO2020249447A1 - Leistungsassistenzsystem zur unterstützung eines elektrisch antreibbaren, vertikal start- und landefähigen fluggerätes, leistungsassistenzeinrichtung und leistungsassistensverfahren - Google Patents

Leistungsassistenzsystem zur unterstützung eines elektrisch antreibbaren, vertikal start- und landefähigen fluggerätes, leistungsassistenzeinrichtung und leistungsassistensverfahren Download PDF

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energy
base device
line
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Dimitri SCHNEIDER
Hendrik Schröder
Oliver Ludwig
Burger JAN-STEFAN
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • Performance assistance system to support an electrically powered, vertical take-off and landable aircraft, performance assistance device and performance assistance procedure
  • the invention relates to a performance assistance system to support an electrically drivable, vertically take-off and landable aircraft, the performance assistance system being set up to support the aircraft during a climb, and the performance assistance system having a coupling device with at least one line for connecting the performance assistance system to the aircraft having.
  • the invention also relates to a performance assistance device and a performance assistance method for
  • Aircraft have depending on the flight situation, so for example climb, descent or
  • a comparatively high power and energy requirement of the driving components for example an electric machine as the drive and a battery as the
  • US 2014/0251743 A1 discloses a system for starting an aircraft.
  • the system includes an electrically powered, lift assisted aircraft, a control system for maneuvering the aircraft and a connection that is configured to couple the aircraft and a ground-based power supply to provide power to the aircraft
  • the ground-based power supply has the disadvantage that the power supply can effectively only be carried out up to an electrical line that accomplishes the power supply. As a result, the power supply is only possible to a limited extent and, due to the transport of a possibly long and therefore heavy electrical line, it is in need of energy improvement.
  • US 2015/0336677 A1 discloses a system for recharging batteries that are transported by an electrically powered aircraft.
  • the system includes a charging aircraft and an aircraft to be charged.
  • the charging aircraft and a coupling device for coupling the charging aircraft to the aircraft to be charged can be set up to charge current in addition to the battery
  • the aircraft charging can be a drone.
  • the invention is now based on the object of providing improved performance assistance for the purpose of reduced performance and energy requirements for the aircraft, with an improved application of the performance assistance.
  • the performance assistance system comprises an airworthy and vertically take-off and landing base device and an assistance drone.
  • the invention comprises an airworthy basic device which accompanies the aircraft in vertical climb and, if necessary, in descent and serves as an energy and power source for the aircraft.
  • the coupling device By means of the coupling device, the aircraft can be coupled to the base device by means of the line for climbing and decoupled from the base device after the climb. The aircraft can then go into a horizontal flight and the base device can sink to the ground in order for the next climb flight of the or one to be available to other aircraft.
  • the invention allows performance assistance for various types of aircraft.
  • the aircraft includes a drive and a drive energy store.
  • the power assistance system according to the invention, the power requirement of the drive and / or the required capacity of the drive energy store can be reduced.
  • the assistance drone according to the invention is set up to carry the line
  • the assistance drone is used to coordinate the line before, during and / or after the coupling of the aircraft to the base device.
  • the invention has recognized that with the performance assistance according to the invention, the aircraft does not have to cope with the climb completely independently. With that, the
  • the aircraft thus has the usual properties for, in particular, climbing and the ability to transport cargo, for example, and is at the same time more efficient and more cost-effective than previously known systems when combined with the basic device.
  • the aircraft itself is not transported by the base device, but the drive is set up for climbing.
  • the propulsion energy storage device of the aircraft in particular can be smaller and thus lighter and more efficient than in previously known aircraft be executed.
  • the cooling requirement, in particular of the drive and / or the drive energy store can be reduced by the invention, since the cooling requirement is based on the maximum performed or drawn power.
  • the invention allows a decoupling between the high take-off power and the energy required for horizontal flight operations.
  • the base device comprises a balloon filled with a gas with a lower density than air in order to improve the energetic efficiency of the performance assistance system.
  • the balloon filled with the gas has a buoyancy force that supports the climb of the base device.
  • Hydrogen and helium are advantageously considered as gases.
  • the hydrogen can be supplied to the aircraft via the line from the base device, where the hydrogen is converted into electrical energy for driving the drive, for example using a fuel cell as a drive energy converter.
  • the basic device can comprise an in particular electrically drivable performance assistance drone.
  • the base device has a base energy store in order to provide energy for controlling the base device and / or to support the climb and descent of the base device.
  • the base energy storage also supports that the base device is not locally connected to a
  • the energy can in particular be in the form of electrical energy or in the form of a gas from which electrical energy is generated.
  • the basic energy store can store energy in such a way that it can be fed to the aircraft via the line.
  • the basic energy store is an electrical one
  • the line is an electrical line that supplies electrical energy from the basic energy store to the drive energy store and / or the propulsion system of the aircraft, the drive energy store being set up to store electrical energy.
  • the electrical energy in that
  • Basic energy storage can, for example, be supplied to the basic device from an energy reservoir of a ground station before the climb and / or can be provided by converting hydrogen contained in a balloon into electrical energy.
  • the basic device advantageously has an energy converter for converting the
  • Base energy storage is at least partially formed by the balloon.
  • the basic energy store can be a balloon filled with hydrogen and the energy converter can comprise a fuel cell that converts the hydrogen into electrical energy. This allows a synergy of hydrogen to be used, in which hydrogen is used simultaneously as a buoyancy medium and as a fuel.
  • the basic device advantageously has a rolling device for rolling up the line in order to be able to control the length of the line.
  • the length of the line is advantageously controlled in such a way that the line is neither too tight and inhibits the aircraft in its climb, nor that the line is too long and therefore heavy, and in particular the
  • the retractor can, in particular, be electrically driven and advantageously supported by a spring causing a pretension.
  • the assistance drone is preferably set up to connect the line to the
  • the assistance drone can preferably also support the coupling and / or decoupling of the aircraft and the line.
  • the line can be permanently connected to the assistance drone at a distance from a coupling which is configured to couple the aircraft to the line.
  • the coupling can in particular have an electrical contact, for example a plug, and / or a
  • the engine improves the horizontal positioning of the
  • Basic device especially in cross winds and / or vertical flight maneuvers, such as for corrections if necessary as well as in climbing and descending flight depending on the
  • the basic device advantageously comprises a plurality of engines.
  • the engines can either be pivoted horizontally and vertically and / or have different mounting angles in order to ensure control of the basic device.
  • the engine or the engines are advantageously electrically drivable.
  • a performance assistance device according to the invention comprises a performance assistance system described above and a ground station, the ground station having a landing area for landing the base device and an energy reservoir for storing the
  • Performance assistance system can be operated particularly effectively with the ground station.
  • the landing area can have landing sites assigned to a base device, one or more further landing sections for one or more aircraft being assigned to each landing site.
  • the energy reservoir can in particular be set up to provide energy for the base device and / or the aircraft. For example, this can
  • Energy reservoir comprise an electrical energy reservoir and / or a gas reservoir.
  • a performance assistance method for supporting an electrically drivable, vertically take-off and landable aircraft comprises the following steps: Establishing a connection for energy transfer between the aircraft and a base device by means of a line, climbing the aircraft and simultaneously climbing the base device, the line being carried out by an assistance drone is performed, and separation of the connection between the aircraft and the base device when a target altitude is reached.
  • the aircraft can be supplied with energy from the base device.
  • a drive energy store of the aircraft does not need to meet high requirements in order to manage the climb.
  • the invention has also recognized that, by guiding the line through the assistance drone, the aircraft can be designed for a considerably easier climb, which leads to an increased efficiency of the components. After disconnecting the connection, the aircraft can in particular efficiently perform level flight.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a performance assistance system with a balloon
  • Figure 2 shows an embodiment of a performance assistance system with a
  • Figure 3 shows an embodiment of a performance assistance system with several
  • Figure 1 shows an embodiment of a performance assistance system 1 with a balloon 8.
  • the performance assistance system 1 for supporting an electrically drivable, vertically take-off and landing aircraft 2 or a drone is set up to support the aircraft 2 during a climb.
  • the aircraft 2 has an electric drive 19 and a drive energy store 20.
  • the drive 19 and the drive energy store 20 are also designed for climbing, but primarily for horizontal flight and for a comparatively weak climb.
  • the drive 19 and the drive energy store 20 can thus be designed to be particularly efficient and light.
  • the performance assistance system 1 comprises an airworthy and vertically take-off and landing base device 5 and an assistance drone 6.
  • the basic device 5 comprises a structure with, for example, two levels 15, 16.
  • An upper level 15 comprises engines 11 and a system component 14 as an electronic control device, in particular for controlling the basic device 5
  • System component 14 is set up to control the base device 5, in particular to control a retractor 10 and the engines 11, to coordinate the base device 5 with the assistance drone 6 and / or to coordinate the base device 5 with the aircraft 2.
  • the electrically drivable propulsion units 11 of the basic device 5 can each be pivoted horizontally and vertically and / or have different fastening angles in order to ensure that the basic device 5 is controlled.
  • the engines 11 are used for the horizontal positioning of the base device 5, especially in the case of side walls and vertical flight maneuvers, such as for corrections if necessary and for climbing and descending flight depending on the load and the current lift force.
  • the base device 1 comprises a balloon 8, the balloon 8 being arranged within a frame structure 18 in a lower level 16 of the base device 1.
  • the balloon 8 of the base device 5 is filled with a gas 7 which has a lower density than air.
  • the base device 5 can thus perform a climb, supported by a lift force.
  • the balloon 8 or its envelope is impermeable to the gas 7.
  • the balloon 8 does not require any further frame construction.
  • the shape of the balloon 8 is flexible and can expand and contract to a certain extent depending on the gas content.
  • the gas 7 with which the balloon 8 is filled can in particular be hydrogen.
  • the gas 7 can thus both serve to lift the base device 5 and provide energy that can be converted into electrical energy by means of an energy converter 12.
  • the balloon 8 thus forms a basic energy store 9, with the in the
  • Base energy storage 9 stored energy can be fed both to the engines 11 of the base device 5 and to the aircraft 2 for performance assistance.
  • an electrical energy store 13 and an energy converter 12 are provided on an annular section of the frame structure 18.
  • the energy converter 12 is set up to convert the energy present in the balloon 8 in the form of hydrogen, advantageously as gas 7, into electrical energy and to supply it to the electrical energy store 13.
  • the energy converter 12 can comprise, for example, a fuel cell, a gas turbine and / or a generator.
  • Energy store 13 includes, for example, a rechargeable battery.
  • Electrical energy stored in the energy store 13 can be used to drive the engines 11. Furthermore, from the gas 7 and / or in the electrical
  • Energy storage 13 stored electrical energy are supplied to the aircraft 2 for performance assistance.
  • Coupling device 3 is provided.
  • the coupling device 3 comprises an electrical line 4, an assistance drone 6 for feeding the electrical line 4 to the aircraft 2 and a coupling 21 for coupling the electrical line 4 to the aircraft 2.
  • the aircraft 2 has a coupling device for connecting the coupling 21 of the electrical Line 4 on.
  • the coupling device can comprise a socket and the coupling 21 can comprise a plug.
  • the electrical line 4 is rolled up and down via an active roll-up device 10 of the base device 5, depending on the distance between the base device 5 and the aircraft 2.
  • the retractor 10 is arranged on the upper level 15 of the base device 5.
  • a parking space 17 is provided on the upper level 15 for the assistance drone 6.
  • the parking space 17 is mechanically supported by the frame structure 18.
  • the drive energy store 20 of the aircraft 2 can in particular be an electrical one
  • the drive energy store 20 can be filled before the climb and / or during the climb. During the climb, the
  • Drive energy store 20 are supplied with electrical energy through the electrical line 4, which is provided by the electrical energy store 13 of the base device 5.
  • the energy supplied to the aircraft 2 from the electrical energy store 13 can also be provided directly to supply the drive 19.
  • the energy supplied to the aircraft 2 from the electrical energy store 13 does not need to be stored in the drive energy store 20.
  • the aircraft 2 can only have drives 19 designed for climbing, which can only be supplied with electrical energy from the electrical energy store 13 of the base device 5.
  • the aircraft 2 can for example have a fuel cell for converting hydrogen into electrical energy.
  • the aircraft 2 can for example have a fuel cell for converting hydrogen into electrical energy.
  • the fuel cell for converting hydrogen into electrical energy.
  • Base device 5 feed the hydrogen stored in balloon 8 as gas 7 to aircraft 2. Conversion of the energy to be supplied to the aircraft 2 into electrical energy is thus unnecessary.
  • the drive energy store 20 is a hydrogen store, to which energy in the form of hydrogen can be supplied from the base energy store 9 or the balloon 8 by means of the line 4.
  • the fuel cell of the aircraft 2 converts the hydrogen into electrical energy for driving the drive 19.
  • the line 4, the coupling 21 and the coupling device of the aircraft 2 are set up in this alternative embodiment to transport hydrogen.
  • the drive energy store 20 can store around 15 kg of hydrogen. Around 150 kg of hydrogen are required to lift around 2000 kg of cargo. The proportion of the hydrogen stored in the aircraft 2 thus accounts for up to 10% of the hydrogen to be stored at least in the basic energy store 9.
  • the assistance drone 6 is a vertical take-off and landing aircraft that can be driven electrically. The assistance drone 6 is set up to carry or guide the electrical line 4.
  • FIG. 1 also shows a performance assistance device 100, comprising a ground station 101 with a landing area 102, an energy reservoir 103, and the one described above
  • the landing area 102 has sufficient space for landing the base device 5 and for parking one or more aircraft 2 as well as take-off areas for the start of the climb.
  • a stationary energy reservoir 102 which includes, for example, accumulators, batteries and / or storage for the gas 7 of the balloon 8.
  • different service and maintenance units for the balloons 8 and, if necessary, a power supply for the basic energy store 9 can be provided.
  • the performance assistance system 1 can be used, for example, in the context of a mobility service in the field of vertical mobility.
  • a performance assistance method for supporting the aircraft 2 advantageously begins with the provision of the base device 5 on the ground station 101. Initially, the base device 5 is on the ground and the engines 11 are not in use. The
  • the base device 5 can be held on the ground by a mechanical holding connection in order to prevent the base device 5 from rising due to its buoyancy.
  • Base device 5 produced by means of the electrical line 4.
  • the mechanical holding connection between the base device 5 and the ground is released and the aircraft 2 and at the same time the base device 5 rise in the direction of a target height.
  • the distance between the base device 5 and the aircraft 2 is coordinated by a control system, which can be a component of both the ground station 101 and the base device 5.
  • the electrical line 4 is rolled up and down via the active roll-up device 10 depending on the distance between the base device 5 and the aircraft 2.
  • the length of the electrical line 4, which is rolled out, is intelligently controlled so that the electrical line 4 does not sag excessively and / or rests on the base device 5, in particular the balloon 8.
  • the length of the electric wire 4 becomes so dimensioned so that the electrical line 4 is not too tight and thus experiences a mechanical tension which inhibits the climb of the aircraft 2.
  • the electrical line 4 is routed through the assistance drone 6.
  • the assistance drone 6 accompanies the base device 5 during the climb and supports the guiding of the electrical line 4 and in particular the control of the length of the electrical line 4.
  • the electrical line 4 and thus the distance between the base device 5 and the aircraft 2 can be increased with increasing height, that is to say the distance between the base device 5 and the ground, and can be maximized in particular when arriving at the target height. This makes it possible for the aircraft 2 to have a higher vertical flight speed than that
  • the vertical speed of the base device 4 can be controlled, for example, via the filling of the balloon 8 and via the engines 11 on the upper level 15.
  • the buoyancy of the basic device 5 can be reduced both by the thrusters 11 and by removing the gas 7 from the balloon 8.
  • an energy converter 12 can be supplied and generate electrical energy.
  • the gas 7 can be released into the environment.
  • both the electric drive of the aircraft 2 and the drive energy store 20 of the aircraft 2 can be supplied or charged. A longer operating time can thus be achieved. It is also conceivable to supply the aircraft 2 with hydrogen, provided that the aircraft 2 is operated with a fuel cell, for example.
  • the electrical connection between the aircraft 2 and the base device 5 is disconnected.
  • the assistance drone 6 separates the power supply from the aircraft 2 or a decoupling mechanism is activated. After the breakup, it rolls
  • the retractor 10 opens the electrical line 4 in cooperation with the assistance drone 6, which supports the return of the electrical line 4.
  • the assistance drone 6 ensures that the electrical line 4 does not fall onto the base device 5 and get into its engines 11, for example.
  • the assistance drone then lands on parking space 17 on the upper level 15.
  • the aircraft 2 can now take up level flight and the base device 5 can land on the ground station 101.
  • the aircraft 2 can be used to land a
  • Base device 5 are received, which supports the aircraft 2 in a descent.
  • Figure 2 shows an embodiment of a performance assistance system 1 with a
  • Performance assistance drone as the basic device 5.
  • the embodiment according to FIG. 2 is described with regard to the differences from the embodiment according to FIG. The
  • the base device 5 is not supported by a buoyancy force.
  • Base device 5 has engines 11 which are set up to raise base device 5 by means of electrical energy and to perform a climb.
  • the exemplary embodiment is the basic energy store 9, an electrical energy store 13.
  • the basic energy store 9 must be charged before starting the base device 5 so that the basic energy store 9 has enough energy for the climb of the base device 5 and for performance assistance for the aircraft 2.
  • Figure 3 shows an embodiment of a performance assistance system 1 with a
  • the performance assistance system 1 is for
  • Performance assistance system 1 a basic device 5 and several assistance drones 6. A parking space is provided for each assistance drone 6.
  • the performance assistance system 1 has several coupling devices 3. That is to say, the performance assistance system 1 comprises several assistance drones 6, several lines 4, several couplings 21 and several

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungsassistenzsystem (1) zur Unterstützung eines elektrisch antreibbaren, vertikal Start- und landefähigen Fluggerätes (2), wobei das Leistungsassistenzsystem (1) dazu eingerichtet ist, das Fluggerät (2) bei einem Steigflug zu unterstützen, und wobei das Leistungsassistenzsystem (1) eine Kopplungseinrichtung (3) mit wenigstens einer Leitung (4) zur Verbindung des Leistungsassistenzsystem (1) mit dem Fluggerät (2) aufweist. Es ist vorgesehen, dass das Leistungsassistenzsystem (1) eine flugfähige und vertikal start- und landefähige Basisvorrichtung (5) aufweist, die mit dem Fluggerät (2) steigt, um dem Fluggerät (2) beim Steigflug beispielsweise durch Zugabe von Energie und durch das Kontrollieren der Länge der Leitung zu assistieren. Das Leistungsassistenzsystem (1) umfasst eine Assistenzdrohne (6), die die Kopplung des Fluggeräts (2) mit der Basisvorrichtung (1) unterstützt und das Fluggerät (2) beim Steigflug entlastet, indem die Assistenzdrohne (6) die Leitung (4) hebt.

Description

Beschreibung
Leistungsassistenzsystem zur Unterstützung eines elektrisch antreibbaren, vertikal Start- und landefähigen Fluggerätes, Leistungsassistenzeinrichtung und Leistungsassistensverfahren
Die Erfindung betrifft ein Leistungsassistenzsystem zur Unterstützung eines elektrisch antreibbaren, vertikal Start- und landefähigen Fluggerätes, wobei das Leistungsassistenzsystem dazu eingerichtet ist, das Fluggerät bei einem Steigflug zu unterstützen, und wobei das Leistungsassistenzsystem eine Kopplungseinrichtung mit wenigstens einer Leitung zur Verbindung des Leistungsassistenzsystem mit dem Fluggerät aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine Leistungsassistenzeinrichtung und ein Leistungsassistenzverfahren zur
Unterstützung eines elektrisch antreibbaren, vertikal Start- und landefähigen Fluggerätes.
Fluggeräte weisen je nach Flugsituation, also beispielsweise Steigflug, Sinkflug oder
Horizontalflug, einen unterschiedlichen Bedarf an Leistung auf. Gerade für den Steigflug ist ein vergleichsweise hoher Leistungs- und Energiebedarf der antreibenden Komponenten, beispielsweise einer Elektromaschine als Antrieb und einer Batterie als
Antriebsenergiespeicher, erforderlich. Im Horizontal- und Sinkflug ist dieser Bedarf deutlich geringer. Bei den meisten konventionellen Anwendungen befindet sich das Fluggerät zu einem überwiegenden Zeitanteil des Flugbetriebs im Horizontalflug. Dennoch sind die antreibenden Komponenten auch für den Steigflug ausgelegt und dementsprechend beim Horizontalflug überdimensioniert und energetisch ungünstig. Die antreibenden Komponenten werden überwiegend unter ihrer Kapazitätsgrenze betrieben und sind dadurch hinsichtlich der Masse, der Volumina, der Effizienz und auch der Herstellungskosten im Sinne der technischen
Auslegung und Konstruktion des Fluggeräts nachteilig. Eine Auslegung der antreibenden Komponenten ohne eine zu starke Berücksichtigung des Steigflugs ist in diesem
Zusammenhang vorteilhaft. Dafür muss allerdings eine Lösung gefunden werden, die es ermöglicht, das Fluggerät und gegebenenfalls eine Fracht, die vom Fluggerät befördert wird, trotz der Auslegung auf einen geringeren Leistungsbedarf auf eine vertikale Starthöhe beziehungsweise Zielhöhe zu befördern, in der das Fluggerät in den Horizontalflug übergehen kann.
US 2014/0251743 A1 offenbart ein System zum Starten eines Fluggeräts. Das System umfasst ein elektrisch angetriebenes, durch Auftrieb unterstütztes Fluggerät, ein Kontrollsystem zum manövrieren des Fluggeräts und eine Anbindung, die dazu eingerichtet ist, das Fluggerät und eine bodengestützte Leistungszuführung zu koppeln, um dem Fluggerät Leistung
bereitzustellen.
Die bodengestützte Leistungszuführung hat den Nachteil, dass die Leistungszuführung effektiv nur bis zu einer durch die die Leistungszuführung bewerkstelligende elektrische Leitung ausführbar ist. Dadurch ist die Leistungszuführung nur eingeschränkt möglich und durch den Transport einer gegebenenfalls langen und somit schweren elektrischen Leitung energetisch verbesserungswürdig.
US 2015/0336677 A1 offenbart ein System zur Wiederaufladung von Batterien, die von einem elektrisch angetriebenen Fluggerät transportiert werden. Das System umfasst ein aufladendes Fluggerät und ein aufzuladendes Fluggerät. Zur Leistungsassistenz können das aufladende Fluggerät und eine Kopplungseinrichtung zur Kopplung des aufladenden Fluggeräts mit dem aufzuladenden Fluggerät dazu eingerichtet sein, zusätzlich zum Batte ri e lad estrom ein
Leistungsassistenzstrom zur Unterstützung des Antriebs und Versorgung des aufzuladenden Fluggeräts bereitzustellen. Das aufladende Fluggerät kann eine Drohne sein.
Durch die erforderliche Abstimmung der Positionen des aufladenden Fluggeräts und des aufzuladenden Fluggeräts ist die vorgeschlagene Wederaufladung von Batterien
verbesserungswürdig. Ferner kann der potentielle Einsatzbereich durch Verbesserungen vergrößert werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Leistungsassistenz zum Zwecke reduzierter Leistungs- und Energieanforderungen an das Fluggerät mit verbesserter Einsatzmöglichkeit der Leistungsassistenz bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Leistungsassistenzsystem eine flugfähige und vertikal Start- und landefähige Basisvorrichtung und eine Assistenzdrohne umfasst. Die Erfindung umfasst eine flugfähige Basisvorrichtung, die das Fluggerät im vertikalen Steigflug und gegebenenfalls im Sinkflug begleitet und dabei als Energie- und Leistungsquelle für das Fluggerät dient. Durch die Kopplungseinrichtung kann das Fluggerät mittels der Leitung zum Steigflug mit der Basisvorrichtung gekoppelt nach dem Steigflug von der Basisvorrichtung entkoppelt werden. Daraufhin kann sich das Fluggerät in einen horizontalen Flug begeben und die Basisvorrichtung kann zu Boden sinken, um für den nächsten Steigflug des oder eines anderen Fluggeräts zur Verfügung zu stehen. Die Erfindung erlaubt die Leistungsassistenz für verschiedenartige Fluggeräte.
Durch die Fähigkeit der Basisvorrichtung, vertikal starten und landen zu können, ist eine Leitung bis zum Boden und somit eine bodengestützte Versorgung des Fluggeräts entbehrlich. Dadurch ist die Leistungsassistenz nicht nur vom Boden bis zu einer der Leitungslänge entsprechenden Höhe möglich, sondern darüber hinaus. Der Abstand zwischen dem Fluggerät und dem Boden ist kleiner als der Abstand zwischen dem Fluggerät und der Basisvorrichtung. Damit ist das Gewicht der Leitung geringer als im Stand der Technik, der Flugverkehr zwischen dem
Fluggerät und dem Leitungsursprung wird nicht beeinträchtigt, starke Kräfte aufgrund von an der Leitung angreifenden Winden sowie eine zunehmende Größe der Assistenzdrohne aufgrund des Gewichts der Leitung werden effektiv vermieden.
Das Fluggerät umfasst einen Antrieb und einen Antriebsenergiespeicher. Durch das
erfindungsgemäße Leistungsassistenzsystem können der Leistungsbedarf des Antriebs und/oder die benötigte Kapazität des Antriebsenergiespeichers reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Assistenzdrohne ist dazu eingerichtet, die Leitung zu tragen
beziehungsweise zu führen. Damit muss das Fluggerät selbst die Leitung nicht während des Steigflugs befördern. Dadurch kann das Fluggerät effizienter und leichter für den Steigflug ausgelegt werden, da es die Masse der Leitung nicht zu heben braucht. Ferner dient die Assistenzdrohne dem Koordinieren der Leitung vor, während und/oder nach der Kopplung des Fluggeräts mit der Basisvorrichtung.
Die Erfindung hat erkannt, dass mit der erfindungsgemäßen Leistungsassistenz das Fluggerät den Steigflug nicht vollkommen selbstständig bewältigen muss. Damit können die
Komponenten des entsprechenden Antriebsstrangs des Fluggeräts leistungs- und
energieschwächer und somit kosteneffektiver, leichter, effizienter und energetisch günstiger ausgelegt werden. Das Fluggerät weist somit die üblichen Eigenschaften zum insbesondere Steigflug und Fähigkeiten zum Transport von beispielsweise Fracht auf und ist gleichzeitig im Gesamtverbund mit der Basisvorrichtung effizienter und kostengünstiger als vorbekannte Systeme.
Das Fluggerät wird nicht selbst von der Basisvorrichtung transportiert, sondern der Antrieb ist zum Steigflug eingerichtet. Jedoch kann insbesondere der Antriebsenergiespeicher des Fluggeräts kleiner und damit leichter und effizienter als bei vorbekannten Fluggeräten ausgeführt sein. Ferner kann der Kühlungsbedarf insbesondere des Antriebs und/oder des Antriebsenergiespeichers durch die Erfindung verringert werden, da sich der Kühlungsbedarf an der maximal geleisteten beziehungsweise entnommenen Leistung orientiert. Die Erfindung erlaubt eine Entkopplung zwischen der hohen Startleistung und der für den horizontalen Flugbetrieb benötigten Energie.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Basisvorrichtung einen mit einem Gas mit geringerer Dichte als Luft gefüllten Ballon umfasst, um die energetische Effizienz des Leistungsassistenzsystems zu verbessern. Der mit dem Gas gefüllte Ballon weist eine Auftriebskraft auf, die den Steigflug der Basisvorrichtung unterstützt. Als Gase kommen vorteilhaft Wasserstoff und Helium in Betracht. Der Wasserstoff kann über die Leitung von der Basisvorrichtung dem Fluggerät zuführbar sein, wo der Wasserstoff beispielsweise mit einer Brennstoffzelle als Antriebsenergiewandler in elektrische Energie zum Antreiben des Antriebs umgewandelt wird. Alternativ zum Ballon kann die Basisvorrichtung eine insbesondere elektrisch antreibbare Leistungsassistenzdrohne umfassen.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Basisvorrichtung einen Basisenergiespeicher aufweist, um Energie für die Steuerung der Basisvorrichtung bereitzustellen und/oder zur Unterstützung des Steig- und Sinkflugs der Basisvorrichtung. Der Basisenergiespeicher unterstützt ferner, dass die Basisvorrichtung örtlich nicht an eine
Bodenstation gekoppelt ist und damit uneingeschränkt einen Steigflug bewältigen kann. Die Energie kann insbesondere in Form von elektrischer Energie oder in Form eines Gases vorliegen, aus dem elektrische Energie erzeugt wird. Der Basisenergiespeicher kann Energie so speichern, dass diese dem Fluggerät über die Leitung zuführbar ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Basisenergiespeicher ein elektrischer
Energiespeicher, und dem Fluggerät ist durch die Kopplungseinrichtung elektrische Energie aus dem Basisenergiespeicher zuführbar. In dieser Ausführungsform ist die Leitung eine elektrische Leitung, die elektrische Energie aus dem Basisenergiespeicher dem Antriebsenergiespeicher und/oder dem Antrieb des Fluggeräts zuführt, wobei der Antriebsenergiespeicher dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern. Die elektrische Energie in dem
Basisenergiespeicher kann beispielsweise vor dem Steigflug der Basisvorrichtung aus einem Energiereservoir einer Bodenstation zugeführt werden und/oder durch Umwandlung von in einem Ballon gefassten Wasserstoff in elektrische Energie bereitgestellt werden. Vorteilhaft weist die Basisvorrichtung einen Energiewandler zum Umwandeln von dem
Basisenergiespeicher gespeicherter Energie in elektrische Energie auf, wobei der
Basisenergiespeicher wenigstens teilweise von dem Ballon gebildet ist. Beispielsweise kann der Basisenergiespeicher ein mit Wasserstoff gefüllter Ballon sein und der Energiewandler kann eine Brennstoffzelle umfassen, die den Wasserstoff in elektrische Energie umwandelt. Damit kann eine Synergie von Wasserstoff genutzt werden, bei der Wasserstoff gleichzeitig als Auftriebsmedium und als Kraftstoff verwendet wird.
Vorteilhaft weist die Basisvorrichtung eine Aufrollvorrichtung zum Aufrollen der Leitung auf, um die Länge der Leitung kontrollieren zu können. Vorteilhaft wird die Länge der Leitung so kontrolliert, dass die Leitung weder zu stark gespannt ist und das Fluggerät in seinem Steigflug hemmt, noch dass die Leitung zu lang und somit schwer ist und insbesondere die
Basisvorrichtung stört, beispielsweise indem die Leitung in Triebwerke gelangt. Die
Aufrollvorrichtung kann insbesondere elektrisch antreibbar und vorteilhaft durch eine eine Vorspannung bewirkende Feder unterstützt sein.
Bevorzugt ist die Assistenzdrohne dazu eingerichtet, die Leitung zur Kopplung mit dem
Fluggerät zu führen, um die Länge und den Verlauf der Leitung zwischen der Basisvorrichtung und dem Fluggerät vorteilhaft koordinieren zu können. Vorzugsweise kann die Assistenzdrohne auch die Kopplung und/oder Entkopplung des Fluggeräts und der Leitung unterstützten. Die Leitung kann in einem Abstand von einer Kupplung, die dazu eingerichtet ist, das Fluggerät mit der Leitung zu koppeln, fest mit der Assistenzdrohne verbunden sein. Die Kupplung kann insbesondere einen elektrischer Kontakt, beispielsweise einen Stecker, und/oder eine
Wasserstoffleitung umfassen.
Vorteilhaft weist die Basisvorrichtung ein Triebwerk zur horizontalen Positionierung der
Basisvorrichtung auf. Das Triebwerk verbessert die horizontale Positionierung der
Basisvorrichtung insbesondere bei Seitenwinden und/oder vertikalen Flugmanövern, wie zum Beispiel für Korrekturen im Bedarfsfall sowie im Steig- und Sinkflug in Abhängigkeit der
Beladung und der aktuellen Auftriebskraft. Vorteilhaft umfasst die Basisvorrichtung mehrere Triebwerke. Die Triebwerke sind entweder jeweils horizontal und vertikal schwenkbar und/oder weisen unterschiedliche Befestigungswinkel auf, um eine Steuerung der Basisvorrichtung zu gewährleisten. Vorteilhaft ist das Triebwerk beziehungsweise sind die Triebwerke elektrisch antreibbar. Eine erfindungsgemäße Leistungsassistenzeinrichtung umfasst ein zuvor beschriebenes Leistungsassistenzsystem und eine Bodenstation, wobei die Bodenstation eine Landefläche zum Landen der Basisvorrichtung und ein Energiereservoir zum Speichern von der
Basisvorrichtung zuführbarer Energie aufweist. Die Erfindung hat erkannt, dass das
Leistungsassistenzsystem besonders effektiv mit der Bodenstation betrieben werden kann. Die Landefläche kann einer Basisvorrichtung zugewiesene Landeplätze aufweisen, wobei jedem Landeplatz ein oder mehrere weitere Landeabschnitte für eine oder mehrere Fluggeräte zugeordnet sind. Das Energiereservoir kann insbesondere für das Bereitstellen von Energie für die Basisvorrichtung und/oder das Fluggerät eingerichtet sein. Beispielsweise kann das
Energiereservoir ein elektrisches Energiereservoir und/oder ein Gasreservoir umfassen.
Erfindungsgemäß umfasst ein Leistungsassistenzverfahren zur Unterstützung eines elektrisch antreibbaren, vertikal Start- und landefähigen Fluggerätes, folgende Schritte: Herstellen einer Verbindung zur Energieübertragung zwischen dem Fluggerät und einer Basisvorrichtung mittels einer Leitung, Steigflug des Fluggerätes und gleichzeitiger Steigflug der Basisvorrichtung, wobei die Leitung durch eine Assistenzdrohne geführt wird, und Trennung der Verbindung zwischen dem Fluggerät und der Basisvorrichtung bei Erreichen einer Zielhöhe. Nach dem Herstellen der Verbindung kann das Fluggerät von der Basisvorrichtung mit Energie versorgt werden. Damit braucht insbesondere ein Antriebsenergiespeicher des Fluggeräts keine hohen Anforderungen erfüllen, um den Steigflug zu bewältigen. Die Erfindung hat auch erkannt, dass das Fluggerät durch das Führen der Leitung durch die Assistenzdrohne für einen erheblich erleichterten Steigflug ausgelegt werden kann, was zu einer erhöhten Effizienz der Komponenten führt. Nach dem Trennen der Verbindung kann das Fluggerät insbesondere einen Horizontalflug effizient ausführen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen
Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Ausführungsform eines Leistungsassistenzsystems mit einem Ballon; Figur 2 eine Ausführungsform eines Leistungsassistenzsystems mit einer
Leistungsassistenzdrohne; und
Figur 3 eine Ausführungsform eines Leistungsassistenzsystems mit mehreren
Fluggeräten.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines Leistungsassistenzsystems 1 mit einem Ballon 8. Das Leistungsassistenzsystem 1 zur Unterstützung eines elektrisch antreibbaren, vertikal Start- und landefähigen Fluggerätes 2 beziehungsweise einer Drohne ist dazu eingerichtet, das Fluggerät 2 bei einem Steigflug zu unterstützen.
Das Fluggerät 2 weist einen elektrischen Antrieb 19 und einen Antriebsenergiespeicher 20 auf. Der Antrieb 19 und der Antriebsenergiespeicher 20 sind auch für den Steigflug, jedoch vorrangig für den horizontalen Flug und für einen vergleichsweise leistungsschwachen Steigflug ausgelegt. Damit können der Antrieb 19 und der Antriebsenergiespeicher 20 besonders effizient und leicht ausgeführt werden.
Das Leistungsassistenzsystem 1 umfasst eine flugfähige und vertikal Start- und landefähige Basisvorrichtung 5 und eine Assistenzdrohne 6.
Die Basisvorrichtung 5 umfasst ein Konstrukt mit beispielsweise zwei Ebenen 15, 16. Eine obere Ebene 15 umfasst Triebwerke 11 und eine Systemkomponente 14 als elektronische Steuerungseinrichtung insbesondere zur Steuerung der Basisvorrichtung 5. Die
Systemkomponente 14 ist zur Steuerung der Basisvorrichtung 5, insbesondere zur Steuerung einer Aufrollvorrichtung 10 und der Triebwerke 11 , zur Koordinierung der Basisvorrichtung 5 mit der Assistenzdrohne 6 und/oder zur Koordinierung der Basisvorrichtung 5 mit dem Fluggerät 2 eingerichtet.
Die elektrisch antreibbaren Triebwerke 11 der Basisvorrichtung 5 sind entweder jeweils horizontal und vertikal schwenkbar und/oder weisen unterschiedliche Befestigungswinkel auf, um eine Steuerung der Basisvorrichtung 5 zu gewährleisten. Die Triebwerke 11 dienen der horizontalen Positionierung der Basisvorrichtung 5 insbesondere bei Seitenwänden und bei vertikalen Flugmanövern, wie zum Beispiel für Korrekturen im Bedarfsfall sowie Steig- und Sinkflug in Abhängigkeit der Beladung und der aktuellen Auftriebskraft. Die Basisvorrichtung 1 umfasst einen Ballon 8, wobei der Ballon 8 innerhalb einer Rahmenkonstruktion 18 in einer unteren Ebene 16 der Basisvorrichtung 1 angeordnet ist. Der Ballon 8 der Basisvorrichtung 5 ist mit einem Gas 7 gefüllt, das eine geringere Dichte als Luft aufweist. Damit kann die Basisvorrichtung 5 durch eine Auftriebskraft unterstützt einen Steigflug vollziehen. Der Ballon 8 beziehungsweise dessen Hülle ist für das Gas 7 undurchlässig. Der Ballon 8 benötigt keine weitere Rahmenkonstruktion. Der Ballon 8 ist in seiner Form flexibel und kann sich je nach Gasgehalt in einem gewissen Rahmen ausdehnen und verkleinern. Das Gas 7, mit dem der Ballon 8 gefüllt ist, kann insbesondere Wasserstoff sein. Damit kann das Gas 7 sowohl dem Auftrieb der Basisvorrichtung 5 dienen als auch Energie bereitstellen, die mittels eines Energiewandlers 12 in elektrische Energie umwandelbar ist. Damit bildet der Ballon 8 in diesem Ausführungsbeispiel einen Basisenergiespeicher 9, wobei die in dem
Basisenergiespeicher 9 gespeicherte Energie sowohl den Triebwerken 11 der Basisvorrichtung 5 als auch zur Leistungsassistenz dem Fluggerät 2 zuführbar ist.
In der oberen Ebene 15 der Basisvorrichtung 5 ist ein elektrischer Energiespeicher 13 und ein Energiewandler 12 an einem ringförmigen Abschnitt der Rahmenkonstruktion 18 vorgesehen. Der Energiewandler 12 ist dazu eingerichtet, die in dem Ballon 8 in Form von vorteilhaft Wasserstoff als Gas 7 vorliegende Energie in elektrische Energie umzuwandeln und dem elektrischen Energiespeicher 13 zuzuführen. Der Energiewandler 12 kann beispielsweise eine Brennstoffzelle, eine Gasturbine und/oder einen Generator umfassen. Der elektrische
Energiespeicher 13 umfasst beispielsweise eine wideraufladbare Batterie.
Die aus dem Gas 7 erzeugte elektrische Energie und/oder die in dem elektrischen
Energiespeicher 13 gespeicherte elektrische Energie kann zum Antrieb der Triebwerke 11 verwendet werden. Ferner kann die aus dem Gas 7 und/oder in dem elektrischen
Energiespeicher 13 gespeicherte elektrische Energie dem Fluggerät 2 zur Leistungsassistenz zugeführt werden.
Zur elektrischen Verbindung der Basisvorrichtung 5 mit dem Fluggerät 2 ist eine
Kopplungseinrichtung 3 vorgesehen. Die Kopplungseinrichtung 3 umfasst eine elektrische Leitung 4, eine Assistenzdrohne 6 zum zuführen der elektrischen Leitung 4 zum Fluggerät 2 und eine Kupplung 21 zur Kopplung der elektrischen Leitung 4 mit dem Fluggerät 2. Das Fluggerät 2 weist eine Ankoppelvorrichtung für den Anschluss der Kupplung 21 der elektrischen Leitung 4 auf. Beispielsweise kann die Ankoppelvorrichtung eine Buchse und die Kupplung 21 einen Stecker umfassen. Die elektrische Leitung 4 wird je nach Abstand zwischen der Basisvorrichtung 5 und dem Fluggerät 2 über eine aktive Aufrollvorrichtung 10 der Basisvorrichtung 5 auf- und abgerollt. Die Aufrollvorrichtung 10 ist auf der oberen Ebene 15 der Basisvorrichtung 5 angeordnet. Für die Assistenzdrohne 6 ist auf der oberen Ebene 15 ein Stellplatz 17 vorgesehen. Der Stellplatz 17 ist von der Rahmenkonstruktion 18 mechanisch unterstützt.
Der Antriebsenergiespeicher 20 des Fluggeräts 2 kann insbesondere ein elektrischer
Energiespeicher sein. Der Antriebsenergiespeicher 20 kann vor dem Steigflug und/oder während des Steigflugs befüllt werden. Während des Steigflugs kann der
Antriebsenergiespeicher 20 durch die elektrische Leitung 4 mit elektrischer Energie versorgt werden, die von dem elektrischen Energiespeicher 13 der Basisvorrichtung 5 bereitgestellt wird. Die dem Fluggerät 2 aus dem elektrischen Energiespeicher 13 zugeführten Energie kann auch direkt zur Versorgung des Antriebs 19 vorgesehen sein. Dabei braucht die dem Fluggerät 2 aus dem elektrischen Energiespeicher 13 zugeführte Energie nicht in dem Antriebsenergiespeicher 20 gespeichert werden. Beispielsweise kann das Fluggerät 2 nur für den Steigflug ausgelegte Antriebe 19 aufweisen, die ausschließlich aus dem elektrischen Energiespeicher 13 der Basisvorrichtung 5 mit elektrischer Energie versorgbar sind.
Alternativ kann das Fluggerät 2 beispielsweise eine Brennstoffzelle zur Umwandlung von Wasserstoff in elektrische Energie aufweisen. In dieser Ausführungsform kann die
Basisvorrichtung 5 den in dem Ballon 8 als Gas 7 gespeicherten Wasserstoff dem Fluggerät 2 zuführen. Damit ist eine Umwandlung der dem Fluggerät 2 zuzuführenden Energie in elektrische Energie entbehrlich. Der Antriebsenergiespeicher 20 ist in diesem Beispiel ein Wasserstoffspeicher, den mittels der Leitung 4 Energie in Form von Wasserstoff aus dem Basisenergiespeicher 9 beziehungsweise dem Ballon 8 zuführbar ist. Die Brennstoffzelle des Fluggeräts 2 wandelt den Wasserstoff in elektrische Energie zum Antreiben des Antriebs 19 um. Die Leitung 4, die Kupplung 21 und die Ankoppelvorrichtung des Fluggerätes 2 sind in dieser alternativen Ausführungsform dazu eingerichtet, Wasserstoff zu transportieren.
Beispielsweise kann der Antriebsenergiespeicher 20 etwa 15 kg Wasserstoff speichern. Für den Auftrieb von etwa 2000 kg Fracht werden ca. 150 kg Wasserstoff benötigt. Damit macht der Anteil des im Fluggerät 2 gespeicherten Wasserstoffs etwa bis zu 10 % des wenigstens im Basisenergiespeicher 9 zu speichernden Wasserstoffs aus. Die Assistenzdrohne 6 ist ein vertikal Start- und landefähiges Fluggerät, das elektrisch antreibbar ist. Die Assistenzdrohne 6 ist dazu eingerichtet, die elektrische Leitung 4 zu tragen beziehungsweise zu führen.
Figur 1 zeigt auch eine Leistungsassistenzeinrichtung 100, umfassend eine Bodenstation 101 mit einer Landefläche 102, ein Energiereservoir 103, und das zuvor beschriebene
Leistungsassistenzsystem 1. Die Landefläche 102 weist genügend Platz zum Landen der Basisvorrichtung 5 und zum Parken für ein oder mehrere Fluggeräte 2 sowie Startflächen für den Beginn des Steigflugs auf. Auf dem Gebiet der Bodenstation 101 befindet sich ein stationäres Energiereservoir 102, was beispielsweise Akkumulatoren, Batterien und/oder Speicher für das Gas 7 des Ballons 8 umfasst. Ferner können unterschiedliche Service- und Wartungseinheiten für die Ballons 8 sowie gegebenenfalls eine Stromversorgung für den Basisenergiespeicher 9 vorgesehen sein.
Das Leistungsassistenzsystem 1 kann beispielsweise im Rahmen einer Mobilitätsdienstleistung im Bereich der vertikalen Mobilität Anwendung finden.
Ein Leistungsassistenzverfahren zur Unterstützung des Fluggerätes 2 beginnt vorteilhaft mit der Bereitstellung der Basisvorrichtung 5 auf der Bodenstation 101. Zunächst befindet sich die Basisvorrichtung 5 auf dem Boden und die Triebwerke 11 sind nicht im Einsatz. Die
Basisvorrichtung 5 kann durch eine mechanische Halteverbindung an dem Boden gehalten werden, um ein Steigen der Basisvorrichtung 5 aufgrund ihres Auftriebs zu unterbinden.
Anschließend wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Fluggerät 2 und der
Basisvorrichtung 5 mittels der elektrischen Leitung 4 hergestellt.
Die mechanische Halteverbindung zwischen der Basisvorrichtung 5 und dem Boden wird gelöst und das Fluggerät 2 und gleichzeitig die Basisvorrichtung 5 steigen in Richtung einer Zielhöhe. Dabei wird der Abstand zwischen der Basisvorrichtung 5 und dem Fluggerät 2 von einem Steuerungssystem, das sowohl Bestandteil der Bodenstation 101 als auch der Basisvorrichtung 5 sein kann, koordiniert. Dabei wird die elektrische Leitung 4 je nach Abstand zwischen der Basisvorrichtung 5 und dem Fluggerät 2 über die aktive Aufrollvorrichtung 10 auf- und abgerollt. Die Länge der elektrischen Leitung 4, die ausgerollt ist, wird intelligent so gesteuert, dass die elektrische Leitung 4 nicht übermäßig durchhängt und/oder auf der Basisvorrichtung 5, insbesondere dem Ballon 8 aufliegt. Gleichzeitig wird die Länge der elektrischen Leitung 4 so bemessen, dass die elektrische Leitung 4 nicht zu straff ist und so eine mechanische Spannung erfährt, die den Steigflug des Fluggeräts 2 hemmt.
Die elektrische Leitung 4 wird durch die Assistenzdrohne 6 geführt. Die Assistenzdrohne 6 begleitet die Basisvorrichtung 5 beim Steigflug und unterstützt das Führen der elektrischen Leitung 4 und insbesondere die Kontrolle der Länge der elektrischen Leitung 4.
Die elektrische Leitung 4 und somit der Abstand zwischen der Basisvorrichtung 5 und dem Fluggerät 2 kann mit zunehmender Höhe, also dem Abstand der Basisvorrichtung 5 zum Boden, erhöht und insbesondere bei Ankunft an der Zielhöhe maximiert werden. Dadurch ist es möglich, dass das Fluggerät 2 eine höhere vertikale Fluggeschwindigkeit als die
Basisvorrichtung 4 aufweist. Damit können mögliche Nachteile einer möglicherweise
vergleichsweise langsamen Basisvorrichtung 4 kompensiert werden.
Die vertikale Geschwindigkeit der Basisvorrichtung 4 kann beispielsweise über die Befüllung des Ballons 8 sowie über die Triebwerke 11 auf der oberen Ebene 15 gesteuert werden. Eine Verringerung des Auftriebs der Basisvorrichtung 5 kann dabei sowohl durch die Triebwerke 11 als auch durch die Entnahme des Gases 7 aus dem Ballon 8 erfolgen. Bei der Entnahme des Gases 7 kann ein Energiewandler 12 versorgt werden und elektrische Energie erzeugen.
Alternativ kann das Gas 7 in die Umgebung entlassen werden.
Während des Steigflugs kann sowohl der elektrische Antrieb des Fluggeräts 2 als auch der Antriebsenergiespeicher 20 des Fluggeräts 2 versorgt beziehungsweise geladen werden. Damit kann eine höhere Betriebslaufzeit erreicht werden. Denkbar ist auch eine Versorgung des Fluggeräts 2 mit Wasserstoff, sofern das Fluggerät 2 beispielsweise mit einer Brennstoffzelle betrieben wird.
Bei Erreichen der Zielhöhe wird die elektrische Verbindung zwischen dem Fluggerät 2 und der Basisvorrichtung 5 getrennt. Die Assistenzdrohne 6 trennt die Strombindung von dem Fluggerät 2 oder es wird ein Entkopplungsmechanismus aktiviert. Nach der Trennung rollt die
Aufrollvorrichtung 10 die elektrische Leitung 4 im Zusammenspiel mit der Assistenzdrohne 6 auf, die die Rückführung der elektrischen Leitung 4 unterstützt. Die Assistenzdrohne 6 stellt sicher, dass die elektrische Leitung 4 nicht auf die Basisvorrichtung 5 fällt und beispielsweise in deren Triebwerke 11 gerät. Anschließend landet die Assistenzdrohne auf dem Stellplatz 17 der oberen Ebene 15. Das Fluggerät 2 kann nun den Horizontalflug aufnehmen und die Basisvorrichtung 5 kann auf der Bodenstation 101 landen. Optional kann das Fluggerät 2 zum Landen von einer
Basisvorrichtung 5 in Empfang genommen werden, die das Fluggerät 2 bei einem Sinkflug unterstützt.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform eines Leistungsassistenzsystems 1 mit einer
Leistungsassistenzdrohne als Basisvorrichtung 5. Die Ausführungsform gemäß Figur 2 wird mit Hinblick auf die Unterschiede der Ausführungsform gemäß Figur 1 beschrieben. Die
Basisvorrichtung 5 ist in diesem Beispiel nicht durch eine Auftriebskraft unterstützt. Die
Basisvorrichtung 5 weist Triebwerke 11 auf, die dazu eingerichtet sind die Basisvorrichtung 5 mittels elektrischer Energie anzuheben und einen Steigflug auszuführen. In diesem
Ausführungsbeispiel ist der Basisenergiespeicher 9 ein elektrischer Energiespeicher 13. Der Basisenergiespeicher 9 muss vor dem Start der Basisvorrichtung 5 so geladen sein, dass der Basisenergiespeicher 9 genügend Energie für den Steigflug der Basisvorrichtung 5 und zur Leistungsassistenz für das Fluggerät 2 aufweist.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform eines Leistungsassistenzsystems 1 mit einer
Basisvorrichtung 5 und mehreren Fluggeräten 2. Die Ausführungsform gemäß Figur 3 wird mit Hinblick auf die Unterschiede der Ausführungsform gemäß Figur 1 beschrieben.
Gemäß der Ausführungsform in Figur 3 ist das Leistungsassistenzsystem 1 zur
Leistungsassistenz von mehreren Fluggeräten 2 eingerichtet. Dafür weist das
Leistungsassistenzsystem 1 eine Basisvorrichtung 5 und mehrere Assistenzdrohnen 6 auf. Für jede Assistenzdrohne 6 ist ein Stellplatz vorgesehen.
Zur Leistungsassistenz mehrerer Fluggeräte 2 weist das Leistungsassistenzsystem 1 mehrere Kopplungseinrichtung 3 auf. Das heißt, das Leistungsassistenzsystem 1 umfasst mehrere Assistenzdrohnen 6, mehrere Leitungen 4, mehrere Kupplungen 21 und mehrere
Aufrollvorrichtungen 10. Jedes Fluggerät 2 kann somit von der Basisvorrichtung 5 sowie von einer Assistenzdrohne 6 im Steigflug unterstützt werden. Bezugszeichenliste
Leistungsassistenzsystem
Fluggerät
Kopplungseinrichtung
Leitung
Basisvorrichtung
Assistenzdrohne
Gas
Ballon
Basisenergiespeicher
Aufrollvorrichtung
T riebwerk
Energiewandler
elektrischer Energiespeicher
Systemkomponente
obere Ebene
untere Ebene
Stellplatz
Rahmenkonstruktion
Antrieb
Antriebsenergiespeicher
Kupplung
Leistungsassistenzeinrichtung
Bodenstation
Landefläche
Energiereservoir

Claims

Patentansprüche
1. Leistungsassistenzsystem (1) zur Unterstützung eines elektrisch antreibbaren, vertikal Start- und landefähigen Fluggerätes (2), wobei das Leistungsassistenzsystem (1) dazu eingerichtet ist, das Fluggerät (2) bei einem Steigflug zu unterstützen, und wobei das Leistungsassistenzsystem (1) eine Kopplungseinrichtung (3) mit wenigstens einer Leitung (4) zur Verbindung des Leistungsassistenzsystem (1) mit dem Fluggerät (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
das Leistungsassistenzsystem (1) eine flugfähige und vertikal Start- und landefähige Basisvorrichtung (5) und eine Assistenzdrohne (6) umfasst.
2. Leistungsassistenzsystem (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Basisvorrichtung (5) einen mit einem Gas (7) mit geringerer Dichte als Luft gefüllten Ballon (8) umfasst.
3. Leistungsassistenzsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisvorrichtung (5) einen Basisenergiespeicher (9) aufweist.
4. Leistungsassistenzsystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisenergiespeicher (9) ein elektrischer Energiespeicher (13) ist, und dem Fluggerät (2) durch die Kopplungseinrichtung (3) elektrische Energie aus dem
Basisenergiespeicher (9) zuführbar ist.
5. Leistungsassistenzsystem (1) nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisvorrichtung (5) einen Energiewandler (12) zum Umwandeln von von dem Basisenergiespeicher (9) gespeicherter Energie in elektrische Energie aufweist, wobei der Energiespeicher (9) wenigstens teilweise von dem Ballon (8) gebildet ist.
6. Leistungsassistenzsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisvorrichtung (5) eine Aufrollvorrichtung (10) zum Aufrollen der Leitung (3) aufweist.
7. Leistungsassistenzsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Assistenzdrohne (6) dazu eingerichtet ist, die Leitung (4) zur Kopplung mit dem Fluggerät (2) zu führen.
8. Leistungsassistenzsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisvorrichtung (5) ein Triebwerk (11) zur horizontalen Positionierung der Basisvorrichtung (5) aufweist.
9. Leistungsassistenzeinrichtung (100), umfassend ein Leistungsassistenzsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche und eine Bodenstation (101), wobei die
Bodenstation (101) eine Landefläche (102) zum Landen der Basisvorrichtung (5) und ein Energiereservoir (103) zum Speichern von der Basisvorrichtung (5) zuführbarer Energie aufweist.
10. Leistungsassistenzverfahren zur Unterstützung eines elektrisch antreibbaren, vertikal Start- und landefähigen Fluggerätes (2), umfassend folgende Schritte:
- Herstellen einer Verbindung zur Energieübertragung zwischen dem Fluggerät (2) und einer Basisvorrichtung (5) mittels einer Leitung (4),
- Steigflug des Fluggerätes (2) und gleichzeitiger Steigflug der Basisvorrichtung (5), wobei
- die Leitung (4) durch eine Assistenzdrohne (6) geführt wird, und
- Trennung der Verbindung zwischen dem Fluggerät (2) und der Basisvorrichtung (5) bei Erreichen einer Zielhöhe.
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