WO2022033712A1

WO2022033712A1 - Unbemanntes fluggerät mit mindestens einem rotor für landwirtschaftliche sprüh-einsätze

Info

Publication number: WO2022033712A1
Application number: PCT/EP2021/000093
Authority: WO
Inventors: András VOLOSCSUK
Original assignee: Airial Robotics GmbH
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2021-08-10
Publication date: 2022-02-17
Also published as: DE102020004898A1; EP4196394A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein unbemanntes Fluggerät (10) mit mindestens einem Rotor (14), zwei oder mehr Rotorblätter (16) umfasst, einem Behälter (26) zur Aufnahme einer während des Flugs zu versprühenden Flüssigkeit, sowie Sprühdüsen (34) zum Versprühen der unter Druck stehenden Flüssigkeit. Zum Zweck einer Erhöhung der Nutzlast und/oder einer Reduzierung des Energieverbrauchs und damit einer Erhöhung der Arbeitsleistung sind erfindungsgemäß die Sprühdüsen (34) an oder nahe bei den freien Enden der Rotorblätter (16) angeordnet und kommunizieren mit dem Behälter (26) durch entlang der Rotorblätter (16) verlaufende Leitungen (40).

Description

Unbemanntes Fluggerät mit mindestens einem Rotor für landwirtschaftliche Sprüh-Einsätze

Die Erfindung betrifft ein unbemanntes Fluggerät, insbesondere zum Versprühen von flüssigen Chemikalien in der Landwirtschaft, wie Pestiziden oder Herbiziden, mit mindestens einem Rotor, der zwei oder mehr Rotorblätter umfasst, einem Behälter zur Aufnahme einer während des Flugs zu versprühenden Flüssigkeit, sowie Sprühdüsen zum Versprühen der unter Druck stehenden Flüssigkeit.

Der Einsatz von unbemannten Fluggeräten zum Versprühen von flüssigen Chemikalien in der Landwirtschaft, wie Pestiziden oder Herbiziden, ist weit verbreitet. Dabei werden nicht nur unbemannte Flugzeuge, sondern in den letzten Jahren vermehrt auch unbemannte Hubschrauber und Multicopter eingesetzt, die einen bzw. mehrere Hauptrotoren mit jeweils zwei oder mehr Rotorblättern sowie eine Sprühvorrichtung zum Versprühen der Chemikalien besitzen. Die letztere umfasst gewöhnlich einen die Flüssigkeit aufnehmenden Behälter und einen an der Unterseite des Fluggeräts angeordneten langgestreckten Düsenträger mit Sprühdüsen, denen von mindesten einer Pumpe die flüssigen Chemikalien über Schlauchleitungen zugeführt werden. Eine ganze Reihe von unbemannten Hubschraubern und Multicoptern zum Einsatz in der Landwirtschaft und insbesondere zum Versprühen von Chemikalien ist in K. R. Krishna "Unmanned Aerial Vehicle Systems in Crop Production, A Compendium", CRC Press, 11. Juli 2019, Seiten 359 bis 455 beschrieben.

Die meisten dieser Hubschrauber und Multicopter können nur eine sehr begrenzte Nutzlast, d.h. Flüssigkeitsmenge, mitführen, u.a. weil die zum Transport und Versprühen erforderlichen Komponenten, wie der Flüssigkeitsbehälter, die mindestens eine Pumpe, der Düsenträger und die von

BESTÄTIGUNGSKOPIE der Pumpe zu den Sprühdüsen führenden Leitungen bereits selbst ein erhebliches Gewicht besitzen. Die geringe Nutzlast verlängert jedoch die Dauer der Totzeiten, z.B. für Hin- und Rückflug zwecks Wiederauffüllen des Flüssigkeitsbehälters, und führt damit zu einer Reduzierung der landwirtschaftlichen Fläche, die pro Zeiteinheit besprüht werden kann, mit anderen Worten der Arbeitsleistung.

Grundsätzlich ist es zwar möglich, die versprühte Flüssigkeit feiner zu zerstäuben, um besonders feine Aerosole zu bilden, die sich einerseits gut und schnell ausbringen lassen und andererseits die Benetzung von größeren Oberflächen mit kleinen Chemikalienmengen ermöglichen. Allerdings sind dazu Pumpen erforderlich, die zum Zerstäuben der Flüssigkeit einen hohen Druck erzeugen können. Dies führt nicht nur zu einer Steigerung des Pumpengewichts und damit zu einer weiteren Reduzierung der Nutzlast sondern auch zu einem größeren Energieverbrauch. Dies wiederum hat ebenfalls eine Reduzierung der Nutzlast und/oder eine geringere Arbeitsleistung zur Folge, weil schwerere Akkus mitgeführt und/oder diese häufiger getauscht werden müssen.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein unbemanntes Fluggerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine Vergrößerung der Nutzlast und/oder eine Reduzierung des Energieverbrauchs und damit eine Erhöhung der Arbeitsleistung ermöglicht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Flüssigkeit mit Hilfe des Rotors zu versprühen und zu diesem Zweck die Sprühdüsen an oder nahe bei den freien Enden der Rotorblätter anzuordnen und durch entlang der Rotorblätter verlaufende Leitungen mit Flüssigkeit aus dem Behälter zu versorgen.

Die Erfindung macht sich zunutze, dass sich die freien Enden der Rotorblätter im Flug mit einer sehr hohen Geschwindigkeit bewegen. Dadurch ist auch die Relativgeschwindigkeit zwischen den Sprühdüsen an den freien Enden der Rotorblätter und der an den Sprühdüsen vorbeistreichenden Luft sehr hoch. Somit wirken auf die aus den Düsen austretenden Flüssigkeitströpfchen sehr hohe Scherkräfte ein, was zu einer starken Zerstäubung der Tröpfchen führt. Die fein zerstäubten Tröpfchen werden danach sofort von dem vom Rotor erzeugten abwärts gerichteten Luftstrom (Rotorabwind) erfasst und nach unten in Richtung der vom Fluggerät überflogenen Bodenflächen gedrückt, wo der gebildete Sprühnebel vom Abwind verteilt wird.

Ein weiterer Vorteil einer Anordnung der Sprühdüsen an oder nahe bei den freien Enden der Rotorblätter besteht darin, dass es bei der schnellen Drehung des Rotors im Flug infolge von Reibungselektrizität zu einer Ladungstrennung und damit zu einer statischen Aufladung der Rotorblätter gegenüber der Luft und damit auch gegenüber der Bodenoberfläche kommt. Beim Versprühen der Flüssigkeit geht ein Teil der Ladungen von den Rotorblättern auf die aus den Sprühdüsen austretenden Tröpfchen über. Dadurch wird zum einen die elektrische Aufladung der Rotorblätter und damit diejenige des Fluggeräts reduziert, so dass es bei der Landung nicht oder nur in geringem Umfang zu einer Entladung kommt. Da sich die Polarität der Ladung der beim Versprühen gebildeten Flüssigkeitströpfchen oder Aerosole von der Polarität der Ladung der Luft, an der Erdoberfläche und auf den dort wachsenden Pflanzen unterscheidet, werden zum anderen die Flüssigkeitströpfchen oder Aerosole von der Erdoberfläche bzw. von den Pflanzen statisch angezogen, so dass sich ein Teil des erzeugten Sprühnebels an der Unterseite von Blättern oder anderen Pflanzenteilen niederschlägt und diese benetzt.

Die statische Aufladung der Rotorblätter kann ggf. verstärkt werden, indem man die Rotorblätter vorzugsweise mindestens oberflächlich aus einem Material herstellt oder mit einem Material beschichtet, das sich besonders stark elektrostatisch auflädt oder eine elektrostatische Aufladung zumindest fördert. Hierzu eignen sich besonders Kunststoffe, wie zum Beispiel Polyacrylnitril (PAN) oder Hart-Polyvinylchlorid (PVC). Um eine noch stärkere Zerstäubung der Tröpfchen zu erreichen, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, die infolge der Rotation der Rotorblätter im Flug auf die Flüssigkeit in den Leitungen einwirkende Zentrifugalkraft zu nutzen, um die Flüssigkeit unter hohem Druck durch feine Düsenöffnungen der Sprühdüsen zu drücken und so den Querschnitt der Tröpfchen bei deren Austritt aus den Düsen zu reduzieren. In Verbindung mit den dann auf die Tröpfchen einwirkenden großen Scherkräften werden die Tröpfchen geradezu atomisiert. Solange das Fluggerät mit konstanter Rotordrehzahl fliegt, bleiben der Druck in den Sprühdüsen und damit die Zerstäubung konstant. Wenn der Druck erhöht oder reduziert werden soll, kann dies durch eine Veränderung der Rotordrehzahl und/oder des Ventilöffnungsquerschnitts erfolgen. Darüber hinaus kann der gewünschte Druck auch durch die Länge der Rotorblätter beeinflusst werden.

Durch die Nutzung der auf die Flüssigkeit in den Leitungen einwirkenden Zentrifugalkraft zur Reduzierung des Querschnitts der Tröpfchen beim Austritt aus den Düsen kann jedoch nicht nur die Zerstäubung der Flüssigkeit verbessert, sondern auch auf Druckpumpen zum Fördern und Versprühen der Flüssigkeit und auf einen separaten Düsenträger als Halterung für die Sprühdüsen verzichtet und so die Nutzlast nicht unerheblich gesteigert werden. Außerdem kann der Energieverbrauch gesenkt werden, weil die Antriebsleistung des Rotors auch noch zum Fördern und Versprühen der Flüssigkeit ausgenutzt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die durch die Rotation der Rotorblätter im Flug erzeugte und auf die Flüssigkeit in den Leitungen einwirkende Zentrifugalkraft auch noch genutzt, um weitere Flüssigkeit aus dem unterhalb des Rotors gelegenen Flüssigkeitsbehälter anzusaugen und vorzugsweise durch eine rotierende hohle Rotorwelle des Rotors hindurch in die entlang der Rotorblätter verlaufenden Leitungen zu fördern oder zuzuführen. Eine besonders hohe Nutzlastvergrößerung und Energieeinsparung wird erzielt, wenn die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter allein mit Hilfe der im Flug erzeugten, auf die Flüssigkeit in den Leitungen einwirkenden Zentrifugalkraft zu den Sprühdüsen gefördert und durch diese hindurchgedrückt wird, das heißt mit anderen Worten ohne jegliche andere Pumpe. Um die Flüssigkeit vor dem ersten Sprühvorgang durch die Rotorwelle und die Leitungen zu fördern, während diese noch mit Luft gefüllt sind, ist der gefüllte Behälter vorteilhaft oberhalb des Flüssigkeitsspiegels mit Druckluft beaufschlagbar, welche die Flüssigkeit nach dem Öffnen der Sprühdüsen durch die Rotorwelle zumindest bis in die Leitungen drückt, wo sie entweder durch die Druckluft oder durch die Zentrifugalkraft des Rotors zu den Sprühdüsen weitergefördert werden kann. Alternativ kann das Fluggerät jedoch auch mit einer kleinen Pumpe ausgestattet sein, die diese Aufgabe übernimmt.

Grundsätzlich wäre es zwar möglich, die Leitungen außerhalb der Rotorblätter an diesen entlang zu führen, jedoch wird aus aerodynamischen Gründen und aus Stabilitätsgründen bevorzugt, die Leitungen innerhalb der Rotorblätter zu den Sprühdüsen zu führen, vorzugsweise indem in den Rotorblättern ausgesparte Kanäle als Leitungen dienen, wodurch noch eine zusätzliche Gewichtsreduzierung und damit Nutzlasterhöhung möglich ist.

Um eine Unterbrechung der Flüssigkeitszufuhr zu einer oder mehreren Sprühdüsen zu verhindern, was zu einer gefährlichen Unwucht des Rotors führen könnte, sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass vor den Sprühdüsen steuerbare Ventile angeordnet sind, die mittels einer elektrischen Ventilsteuerung geschlossen werden, wenn der Flüssigkeitsspiegel im Flüssigkeitsbehälter unter ein vorgegebenes Niveau absinkt. Weitere vorteilhafte Maßnahmen zur Verhinderung einer Unterbrechung der Flüssigkeitszufuhr zu den Sprühdüsen bestehen darin, im Flüssigkeitsbehälter einen Sumpf vorzusehen, an dessen tiefstem Punkt die Flüssigkeit angesaugt wird, zum Beispiel eine Vertiefung im Boden des Behälters, in die ein durch die Rotorwelle mit den Leitungen kommunizierendes Ansaugrohr eintaucht.

Um die mitgeführte Flüssigkeit trotzdem nahezu vollständig zu versprühen, wird das Schließen der Sprühdüsen beim Absinken des Flüssigkeitsspiegels im Behälter unter das vorgegebene Niveau zweckmäßig von einem am Ansaugrohr etwas oberhalb von dessen Ansaugöffnung bzw. am oberen Ende des Sumpfs montierten Niveausensor gemessen und das Signal des Niveausensors ausgewertet, um entsprechend die Ventile zu schließen bzw. nach einem Auffüllen des Flüssigkeitsbehälters wieder zu öffnen.

Die Ventilsteuerung dient vorteilhaft auch dazu, die Ventile in Abhängigkeit von der Position des unbemannten Luftfahrzeugs und von einem gewünschten Sprühbild, das heißt der Form und den Grenzen sowie den Abmessungen der mit der Flüssigkeit zu besprühenden Bodenfläche, zu steuern. Um die Sprühgenauigkeit zu erhöhen, werden die Ventile bevorzugt einzeln gesteuert, während die Position des unbemannten Luftfahrzeugs durch ein GPS-System erfasst wird. Auch die augenblicklich herrschenden Wetterbedingungen, wie Windrichtung und Windstärke, können bei der Ventilsteuerung herangezogen werden, z.B. um bei Seitenwind die Flüssigkeit besser zu verteilen. Zu diesem Zweck kann durch eine die Luvseite des Fluggeräts passierende Sprühdüse weniger Flüssigkeit versprüht werden als durch eine die Leeseite des Fluggeräts passierende Sprühdüse, oder es kann das Ventil einer Sprühdüse ganz geschlossen bleiben, solange die Sprühdüse die Luvseite des Fluggeräts passiert.

Die Ventile sind bevorzugt Hochgeschwindigkeitsventile, die mit einer sehr kurzen Ansprechzeit öffnen bzw. schließen. Auf diese Weise kann nicht nur das beim Versprühen der Flüssigkeit erzeugte Sprühbild sehr genau gesteuert werden, sondern die Ventile auch während der Drehung des Rotors in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Rotorblätter kurzzeitig geschlossen werden, zum Beispiel wenn sich das freie Ende eines Rotorblatts bei seiner Drehung über ein Leitwerk des Fluggeräts hinwegbewegt oder die Luvseite des Fluggeräts passiert.

Dabei ist es auch von Vorteil, wenn die Ventile jeweils unmittelbar oder in geringem Abstand vor den Sprühdüsen an oder nahe den Enden der Rotorblätter angeordnet sind. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Flüssigkeitssäulen in den Leitungen der Rotorblätter beim Schließen der Ventile nicht abreißen können und dass beim Öffnen eines Ventils sofort wieder Flüssigkeit aus der zugehörigen Sprühdüse austritt.

Vorteilhaft sind die Ventile über elektrische, entlang der Rotorblätter verlaufende Leiter mit der Ventilsteuerung verbunden. Alternativ ist jedoch auch eine drahtlose Ansteuerung der Ventile vorgesehen, z.B. über Bluetooth. Die Erfassung des Drehwinkels der Rotorblätter kann zum Beispiel mittels eines Decoders erfolgen, der Winkelmarkierungen an der Rotorwelle abgreift.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht allerdings vor, das Fluggerät so zu gestalten, dass sich die mit den Sprühdüsen bestückten freien Enden der Rotorblätter nicht über Teile des Fluggeräts hinwegbewegen.

Dadurch kann einerseits eine ungewollte Benetzung des Fluggeräts mit möglicherweise korrosiven Flüssigkeiten und andererseits eine ungewollte Abschattung von Teilen der zu besprühenden Bodenfläche vermieden werden. Zum Beispiel kann vorteilhaft auf einen Leitwerksträger mit Leitwerk verzichtet werden und die Richtungssteuerung des Fluggeräts statt dessen auf andere Weise erfolgen, zum Beispiele mit Hilfe von einem oder mehreren schwenkbaren Propellern oder Rotoren, wie es bei Multicoptern bekannt ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen unbemannten Fluggeräts in Form eines Helikopters mit einem Rotor; Fig. 2 zeigt eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht von Teilen eines Rotorkopfs des Hauptrotors;

Fig. 3 zeigt eine schematische Oberseitenansicht eines freien Endes eines Rotorblatts des Rotors;

Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils eines im Helikopter mitgeführten Flüssigkeitstanks;

Fig. 5 zeigt eine Frontansicht eines anderen erfindungsgemäßen unbemannten Fluggeräts in Form eines Gyrocopters.

Die in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen unbemannten Fluggeräte 10 sind zum Einsatz in der Landwirtschaft zum Ausbringen von flüssigem Dünger, Pestiziden, Herbiziden oder anderen Chemikalien bestimmt und besitzen zu diesem Zweck eine Sprühvorrichtung, mit der sich die Chemikalien in Form von feinstverteilten Aerosolen versprühen lassen.

Bei dem Fluggerät 10 in den Figuren 1 bis 4 handelt es sich um einen kleinen Helikopter mit einer Nutzlast von etwa 15 bis 150 kg. Wie am besten in Fig. 1 dargestellt, besitzt der Helikopter einen Rumpf 12, einen Hauptrotor 14 mit zwei großen Rotorblättern 16, einen Heckrotor 18 mit zwei kleineren Rotorblättern 20, ein Leitwerk 22 und Landekufen 24.

Innerhalb des Rumpfs 12 und in Fig. 1 nicht dargestellt befindet sich ein elektrischer Antriebsmotor, der sowohl den Hauptrotor 14 und den Heckrotor 18 antreibt, ein Akku zum Speichern der für den Antrieb der Rotoren 14, 18 erforderlichen elektrischen Antriebsenergie, sowie ein Steuergerät zum Steuern des Helikopters und der Sprühvorrichtung. Im unteren Teil des Rumpfs 12 sowie teilweise unterhalb von diesem befindet sich ein Flüssigkeitsbehälter 26 der Sprühvorrichtung, der zur Aufnahme der jeweils zu versprühenden flüssigen Chemikalie dient.

Der Hauptrotor 14 wird vom Antriebsmotor mittels einer hohlen Rotorwelle 28 angetrieben, deren oberes Ende mit einer Taumelscheibe 30 und einem Rotorkopf 32 versehen ist, an dem die inneren Enden der beiden in Bezug zur Rotorwelle 28 diametral gegenüberliegenden Rotorblätter 16 in bekannter Weise befestigt sind.

Zum Steuern des Helikopters und der Sprühvorrichtung können vom Steuergerät im Zusammenwirken mit einer am Boden mitgeführten Fernsteuerung u.a. die Drehzahl und/oder das Drehmoment des Antriebsmotors und damit der Drehzahl der beiden Rotoren 14, 18, der Neigungswinkels der beiden Rotorblätter 16 des Rotors 14, der Anstellwinkel eines Höhen- und Seitenruders des Leitwerks 22 sowie eine Reihe von weiteren Parametern gesteuert werden, um Flugparameter des Helikopters, wie Fluggeschwindigkeit, Flugrichtung, Flughöhe, Steigwinkel oder Sinkwinkel zu verändern.

Die Sprühvorrichtung umfasst neben dem Flüssigkeitsbehälter 26 zwei Sprühdüsen 34, die anders als bei herkömmlichen, zum Ausbringen von Chemikalien dienenden Helikoptern an den freien Enden der Rotorblätter 16 angeordnet sind und mit dem Behälter 26 durch ein Ansaugrohr 36 (Fig. 4), das Innere der hohlen Rotorwelle 28, zwei Rohrbogen 38 am Rotorkopf 32 sowie jeweils eine entlang von jedem Rotorblatt 16 verlaufende Leitung 40 verbunden sind. Jeder der beiden Rohrbogen 38 verbindet das rotorkopfseitige Ende von einer der beiden Leitungen 40 mit dem Inneren der hohlen Rotorwelle 28. Wie am besten in Fig. 3 dargestellt, bestehen die beiden Leitungen 40 jeweils aus einem nahezu parallel zur Längsachse des Rotorblatts 16 verlaufenden hohlen Kanal und besitzen damit eine in Bezug zur Drehachse der Rotorwelle 28 allgemein radiale Ausrichtung. Unmittelbar vor den Sprühdüsen 34 sind die Leitungen 40 jeweils mit einem steuerbaren Hochgeschwindigkeitsventil 42 ausgestattet, das mittels elektrischer, ebenfalls durch die Rotorblätter 16 und die Rotorwelle 28 verlaufender Leiter 44 mit einer in die Steuerung integrierten elektrischen Ventilsteuerung verbunden ist. Die Ventilsteuerung kann den Öffnungs- bzw. Schließzustand der Ventile 42 unabhängig voneinander steuern, und zwar in Abhängigkeit von der Position des Helikopters, einem gewünschten Sprühbild, dem Niveau des Flüssigkeitsspiegels im Flüssigkeitsbehälter 26, dem Drehwinkel der Rotorblätter 16, der aktuellen Fluggeschwindigkeit und Flughöhe des Fluggeräts, sowie der Windgeschwindigkeit und Windrichtung.

Zur Steuerung der Ventile 42 in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Rotorblätter 16 wird der letztere mittels eines Decoders an der Rotorwelle 28 erfasst. Um zu verhindern, dass ein merklicher Teil der aus einer Sprühdüse 34 versprühten Flüssigkeit auf das Leitwerk 22 gelangt, wenn sich das zugehörige Rotorblatt 16 gerade über das Leitwerk 22 hinwegbewegt, wird das Ventil 42 dieser Sprühdüse 34 kurzzeitig geschlossen, bis das Rotorblatt 16 das Leitwerk 22 passiert hat.

Die Sprühdüsen 34 sind in Bezug zum jeweiligen Rotorblatt 16 verstellbar, so dass die Sprührichtung in horizontaler und vertikaler Richtung verändert werden kann. Beispielsweise können die Sprühdüsen 34 eine bewegliche, mit einer Durchgangsöffnung versehene Kugel umfassen, die innerhalb einer fest mit dem freien Ende des Rotorblatts 16 verbundenen Kugelpfanne drehbar ist, um die vom Ventil 42 abgewandte Mündung der Durchgangsöffnung in eine gewünschte Richtung, z.B. nach unten, nach oben, radial nach außen oder entgegen der Dreh- oder Bewegungsrichtung des Rotorblatts 16 auszurichten.

Wie am besten in Fig. 1 und 4 dargestellt, besitzt der Flüssigkeitsbehälter 26 einen nach unten überstehenden Sumpf 46, in den das Ansaugrohr 36 von oben her eintaucht. Direkt oberhalb des Sumpfs 46 ist am Ansaugrohr 36 ein mit der Steuerung verbundener Niveausensor 48 angebracht. Dieser sendet ein Signal zur Ventilsteuerung, sobald der Flüssigkeitsspiegel im Sumpf 46 bis zum Sensor 48 absinkt. Beim Empfang des Signals schließt die Ventilsteuerung die Ventile 42 der Sprühdüsen 34 und übermittelt über das Steuergerät ein Signal zur Fernsteuerung, das anzeigt, dass die Flüssigkeit im Behälter 26 aufgebraucht ist. Der Sumpf 46 und der Sensor 48 stellen zudem sicher, dass sich auch bei einer Schräglage des Fluggeräts 10 die Ansaugöffnung 50 des Ansaugrohrs 36 stets unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Behälter 26 befindet und niemals Luft angesaugt wird, weil dies zu einer gefährlichen Unwucht im Rotor 14 führen könnte.

Bei dem unbemannten Fluggerät 10 in Fig. 5 handelt es sich um einen Gyrocopter. Dieser unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Helikopter im Wesentlichen dadurch, dass er weder ein Leitwerk noch einen Heckrotor aufweist, sondern stattdessen zwei kurze Tragflächen 52. Die Tragflächen 52 sind jeweils an oder nahe ihrem freien Ende mit einem elektrisch angetriebenen Propeller 54 versehen. Die Propeller 54 liegen auf einer Achse, welche die Drehachse der Rotorwelle 28 des Hauptrotors 14 schneidet und werden so angetrieben, dass ein zum Drehmoment des Hauptrotors 14 entgegengesetztes Drehmoment um die Rotorwelle 18 erzeugt wird. Zugleich können die Propeller 54 angetrieben werden, um einen Schub in Flugrichtung erzeugen.

Die Länge der beiden nach entgegengesetzten Seiten über den Rumpf 12 überstehenden Tragflächen 52 ist wesentlich kleiner als die Länge der Rotorblätter 16, so dass allenfalls ein sehr geringer Teil der aus den Sprühdüsen 34 versprühten Flüssigkeit zu den Tragflächen 52 und/oder den Propellern 54 gelangen kann. So brauchen die Ventile 42 nicht geschlossen werden, während sich die Rotorblätter 16 über die Tragflächen 52 und die Propeller 54 hinwegbewegen.

Durch das Fehlen des Heckrotors lässt sich zudem die versprühte Flüssigkeit gleichmäßiger auf dem Boden verteilen. Der vom Hauptrotor 14 erzeugte Rotorabwind verursacht im Vorwärtsflug hinter dem Fluggerät 10 zwei Wirbelschleppen, durch welche die Aerosole in Richtung Boden gedrückt werden. Die von der Fluggeschwindigkeit abhängige Breite der Wirbelschleppen wirkt sich direkt auf die Intensität der am Boden ankommenden Menge an Aerosolen aus. Da ein horizontal blasender Heckrotor die Bildung von einer der Wirbelschleppen erheblich beeinträchtigen würde, würde das vom Rotorabwind erzeugte harmonische Sprühbild am Boden durch den Heckrotor erheblich stärker gestört als durch die beiden Propeller 54.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Sprühvorrichtung kurz beschrieben:

Vor dem Start des Fluggeräts 10 vor einem ersten Sprühvorgang werden die Ventile 42 der Sprühdüsen 34 geöffnet. Dann wird der Behälter 26 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels mit Druckluft beaufschlagt, um Flüssigkeit aus dem Behälter 26 durch das Ansaugrohr 36 zuerst ins Innere der hohlen Rotorwelle 28 und dann durch die hohle Rotorwelle 28 und die beiden Rohrbogen 38 hindurch in die durch die Rotorblätter 16 verlaufenden Leitungen 40 zu drücken, bis diese ganz mit Flüssigkeit gefüllt sind. Anschließend werden die Ventile 42 wieder geschlossen, bis der Helikopter oder Gyrocopter die zu besprühende Fläche erreicht hat und mit dem Versprühen der Flüssigkeit begonnen werden soll.

Die Rotationsgeschwindigkeit der freien Enden der beiden Rotorblätter 16 beträgt dann mehr als 100 m/s, so dass auf die Flüssigkeit in den Leitungen 40 eine sehr hohe Zentrifugalkraft einwirkt. Außerdem ist bei dieser Rotationsgeschwindigkeit die Relativgeschwindigkeit der Sprühdüsen 34 in Bezug zu der an den Sprühdüsen 34 vorbeistreichenden Luft sehr hoch. Darüber hinaus werden bei dieser Rotationsgeschwindigkeit die Rotorblätter 16 einerseits und die an ihren Oberflächen vorbeistreichende Luft andererseits durch Reibungselektrizität und eine daraus resultierende Ladungstrennung jeweils mit unterschiedlicher Polarität aufgeladen. Durch die allgemein radiale Ausrichtung der Leitungen 40 in Bezug zur Rotorwelle 28 wird nach dem Öffnen der Ventile 42 infolge des von der Zentrifugalkraft in der Flüssigkeit vor den Sprühdüsen 34 erzeugten hohen Drucks von bis zu 10 bar die Flüssigkeit bei ihrem Hindurchtritt durch die feinen Öffnungen der Sprühdüsen 34 in kleine Tröpfchen zerstäubt. Beim Austritt aus den Sprühdüsen 34 werden diese Tröpfchen infolge der hohen Relativgeschwindigkeit hohen Scherkräften unterworfen, wodurch sie erneut zerstäubt und dabei nahezu atomisiert werden, bevor der dabei entstehende feine Sprühnebel vom Rotorabwind nach unten in Richtung des Bodens und der dort wachsenden Pflanzen gedrückt wird.

Die statische Aufladung der Rotorblätter 16 hat zur Folge, dass der beim Austritt der Flüssigkeit aus den Sprühdüsen 34 erzeugte atomisierte Sprühnebel ebenfalls statisch aufgeladen wird, und zwar ebenfalls mit Ladungen, deren Polarität sich von der Polarität der Ladungen der Luft und an der Bodenoberfläche bzw. der Oberflächen der dort wachsenden Pflanzen unterscheidet. Dadurch werden die Aerosole des Sprühnebels von diesen Oberflächen angezogen, so dass sich ein Teil des Sprühnebels auch auf den Blattunterseiten niederschlägt. Die statische Anziehung zwischen der Bodenoberfläche bzw. der Oberflächen der Pflanzen einerseits und dem Sprühnebel andererseits wirkt zudem einer Verdriftung des Sprühnebels durch Wind entgegen.

Darüber hinaus kann durch die Nutzung der zuvor genannten Effekte die Nutzlast erhöht sowie der Energieverbrauch beim Versprühen der Flüssigkeit während des Flugs reduziert werden, wodurch wiederum die Arbeitsleistung erhöht werden kann.

Claims

Patentansprüche

1. Unbemanntes Fluggerät (10) mit mindesten einem Rotor (14), der zwei oder mehr Rotorblätter (16) umfasst, einem Behälter (26) zur Aufnahme einer während des Flugs zu versprühenden Flüssigkeit, sowie Sprühdüsen (34) zum Versprühen der unter Druck stehenden Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühdüsen (34) an oder nahe bei den freien Enden der Rotorblätter (16) angeordnet sind und mit dem Behälter (26) durch entlang der Rotorblätter (16) verlaufende Leitungen (40) kommunizieren.

2. Unbemanntes Fluggerät (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine im Flug auf die Flüssigkeit in den Leitungen (40) einwirkende Zentrifugalkraft die Flüssigkeit durch die Sprühdüsen (34) drückt.

3. Unbemanntes Fluggerät (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (40) mit dem Behälter durch eine rotierende hohle Rotorwelle (28) des Rotors (14) verbunden sind und dass die im Flug auf die Flüssigkeit in den Leitungen (40) einwirkende Zentrifugalkraft die Flüssigkeit aus dem Behälter (26) durch die Rotorwelle (28) hindurch in die Leitungen (40) saugt.

4. Unbemanntes Fluggerät (10) nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass allein die im Flug auf die Flüssigkeit in den Leitungen (40) einwirkende Zentrifugalkraft die Flüssigkeit aus dem Behälter (26) durch die Rotorwelle (28) ansaugt und durch die Sprühdüsen (34) drückt.

5. Unbemanntes Fluggerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (40) mindestens teilweise im Inneren der Rotorblätter (16) verlaufende hohle Kanäle sind.

6. Unbemanntes Fluggerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor jeder Sprühdüse (34) ein steuerbares Ventil (42) angeordnet ist.

7. Unbemanntes Fluggerät (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (42) Hochgeschwindigkeitsventile sind.

8. Unbemanntes Fluggerät (10) nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Ventilsteuerung, welche die Ventile (42) in Abhängigkeit von der Position des unbemannten Luftfahrzeugs (10) und von einem gewünschten Sprühbild und/oder von einem Flüssigkeitsspiegel im Behälter (26) und/oder vom Drehwinkel der Rotorblätter (16) steuert.

9. Unbemanntes Fluggerät (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuerung mit den Ventilen (42) drahtlos oder über elektrische, entlang der Rotorblätter (16) verlaufende Leiter (44) verbunden ist.

10. Unbemanntes Fluggerät (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter einen Sumpf aufweist, in dem die Flüssigkeit angesaugt wird.

11 . Unbemanntes Fluggerät (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter oberhalb des Flüssigkeitsspiegels mit Druckluft beaufschlagbar ist.

12. Unbemanntes Fluggerät (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühdüsen (34) zur Veränderung der Sprührichtung verstellbar sind.

13. Unbemanntes Fluggerät (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (16) mindestens 16 teilweise aus einem Material bestehen, das eine elektrostatische Aufladung der Oberflächen der Rotorblätter (16) verstärkt oder fördert.

14. Unbemanntes Fluggerät (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Hauptrotor (14) mit einer allgemein vertikalen Rotorachse, zwei Tragflächen (52), die jeweils an oder nahe ihrem freien Ende mit einem Propeller (54) versehen sind, wobei die Propeller (54) auf einer die Rotorachse schneidenden Achse liegen und unter Erzeugung eines zum Drehmoment des Hauptrotors (14) entgegengesetzten Drehmoments antreibbar sind.

15. Unbemanntes Fluggerät (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es kein Leitwerk besitzt.