KESSLER, Christoph (Grüner Ring 75, Braunschweig, 38108, DE)
| Patentansprüche 1. Hubschrauber mit (a) einem Heckausleger (12), (b) zumindest einem am Heckausleger (12) angebrachten Abstandssensor (16.1) zum Erfassen eines Abstands (A) zu einem etwaig in einer Umgebung des Heckauslegers (12) vorhandenen Objekt (18) und (c) einer elektrische Auswerteeinheit (20), die mit den Abstandssensoren (16) verbunden ist und eingerichtet ist zum Errechnen einer Lage des Objekts (18) relativ zum Hubschrauber (10), gekennzeichnet durch (d) eine Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung, die ausgebildet ist zum Vermeiden einer Kollision einer Person mit dem Heckausleger (12). 2. Hubschrauber nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die KoIIi- sionsvermeidungs-Vorrichtung eine Warnvorrichtung zum Abgeben eines in der Umgebung (U) des Heckauslegers (12) wahrnehmbaren Warnsignals ist. 3. Hubschrauber nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch (i) einen zweiten Abstandssensor (16.2) und (ii) mindestens einen dritten Abstandssensor (16.3), (iii) wobei sich mindestens zwei der Abstandssensoren hinsichtlich ihrer Reichweite, ihrer Auflösung, ihrer Sensorrichtung (R1 , R2, R3) und/oder ihres Sensorprinzips unterscheiden. 4. Hubschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Heckausleger (12) ein Heckrotor (14) befestigt ist, wobei mindestens ein Abstandssensor (16.9) im Drehmittelpunkt des Heckrotors (14) angebracht ist. 5. Hubschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch elektrische Auswerteeinheit (20), die mit den Abstandssensoren (16) verbunden ist und die eingerichtet ist zum Errechnen einer Lage des Objekts (18) relativ zum Hubschrauber (10). 6. Hubschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (20) eingerichtet ist zum Errechnen einer Geschwindigkeit (v) des Objekts (18) relativ zum Hubschrauber (10). 7. Hubschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (20) eingerichtet ist zum Vergleichen der mindestens einen Lage des Objekts (18) mit einem Schutzbereich (S) um den Hubschrauber (10) und/oder Extrapolieren einer Trajektorie des Objekts (18) aus der Lage des Objekts (18) und dessen Geschwindigkeit (v) und Ausgeben eines Signals, wenn sich das Objekt (18) in einem Schutzbereich um den Hubschrauber (10) befindet und/oder sich dort in innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne befinden wird. 8. Hubschrauber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (20) eingerichtet ist zum Darstellen der in der Umgebung vorhandenen Objekte (18) in einer Karte (24) der Umgebung des Heckauslegers (12) und Anzeigen der Karte mitteis eines Anzeigegeräts (22) in einem Cockpit des Hubschraubers (10). 9. Hubschrauber nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (20) eingerichtet ist zum Ausführen eines Flugmanöver, das eine Kollision mit dem Objekt (18) vermeidet. 10. Hubschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (20) eingerichtet ist zum Stillsetzen des Heckrotors (14), wenn das Objekt (18) einen vorgegebenen Mindestabstand zum Heckrotor (14) unterschreitet. 11. Hubschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abstandssensor (16.4) eine Sensorrichtung (R4) nach unten hat und die Auswerteeinheit (20) eingerichtet ist zum Ausgeben eines Signals, wenn ein Längslagewinkel (λ) des Hubschraubers zu einem Aufsetzen mit dem Heckausleger (12) führen würde. 12. Hubschrauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung eingerichtet ist zum Stillsetzen des Heckrotors (14), wenn das Objekt (18) einen vorgegebenen Mindestabstand zum Heckrotor (14) unterschreitet. 13. Verfahren zum Betreiben eines Hubschraubers mit einem Heckausleger (12), mit den Schritten: (a) automatisches Erfassen eines Abstands (A) des Heckauslegers (12) zu einem etwaig in einer Umgebung des Heckauslegers (12) vorhandenen Objekt (18) und (b) Ausgeben eines in der Umgebung (U) des Heckauslegers (12) wahrnehmbaren Warnsignals und/oder Stillsetzen des Heckrotors (14), wenn der Abstand (A) einen vorgegebenen Mindestabstand unterschreitet. |
Die Erfindung betrifft einen Hubschrauber mit einem Heckausleger, zumindest einem am Heckausleger angebrachten Abstandssensor zum Erfassen eines Abstands zu einem etwaig in einer Umgebung des Heckauslegers vorhandenen Objekt und einer elektrische Auswerteeinheit, die mit den Abstandssensoren verbunden ist und eingerichtet ist zum Errechnen einer Lage des Objekts relativ zum Hubschrauber.
Derartige Hubschrauber sind bekannt und werden eingesetzt, um bodennah oder nah an Hindernissen zu operieren. Häufig müssen sie in unvorbereitetem Gelände landen. Das gilt für zivile wie für militärische Einsätze. Oft bewegen sich nach der Landung Personen im Umfeld des Hubschraubers, wobei die Rotoren noch rotieren. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn Hubschrauber aus Zeitgründen kurz Last aufnehmen oder absetzen sollen. In diesen Fällen kann es vorkommen, dass insbesondere bei klassischen Hubschrauberkonfigurationen mit einem Haupt- und einem Heckrotor der Heckrotor oder der Heckausleger Kontakt mit Objekten wie Bäumen, Masten, etc., oder gar Personen bekommt. Ist der Hubschrauber dabei noch in der Luft, führt insbesondere die Beschädigung des Heckrotors zum Absturz, weil der Pilot den Verlust des Heckrotors durch Einleiten einer Autorotation nicht schnell genug ausgleichen kann. Dies kann für den Hubschrauber schwerste Schäden beim Aufprall auf den Boden bedeuten. Ist der Hubschrauber gelandet und dreht der Heckrotor noch, kann eine unvorsichtige Person beim Kontakt mit dem Heckrotor schwerste Verletzungen erleiden. Bei bekannten Hubschraubern sind Kameras bekannt, die dem Piloten auf einem kleinen Monitor ein Bild des Heckbereichs anzeigen. Nachteilig hieran ist, dass das Bild oftmals verzerrt dargestellt wird, so dass es für den Piloten schwierig ist, die Situation am Heckausleger richtig einzuschätzen.
Aus der DE 34 34 758 C2, der EP 0 139 283, der DT 25 49 884 A1 der GB 2 418 652 A und der US 3,417,729 sind Landehilfen für Hubschrauber bekannt, bei der beständig der Abstand des Heckauslegers zum Boden ermittelt wird. Unterschreitet der Abstand einen vorgegebenen Wert, so wird dem Piloten ein Signal gegeben, so dass bei einem Übungsflug die Autorotation rechtzeitig beendet werden kann. Mit den Systemen kann der Pilot eine Gefährdung von Personen durch den Heckrotor jedoch nicht erkennen.
Aus der DE 10 2007 014 878 A1 ist ein System zur Rundum-Kollisionswarnung für Hubschrauber bekannt. Das System dient dazu, im Flug Hindernisse zu erkennen und so Zusammenstöße zu vermeiden. Dazu werden dem Piloten entsprechende Informationen angezeigt. Auch dieses System ist zum Schutz von Personen gegen Heckrotorunfälle ungeeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Personen besser gegen Unfälle zu schützen.
Die Erfindung löst das Problem durch einen gattungsgemäßen Hubschrauber , der eine Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung, die ausgebildet ist zum Vermeiden einer Kollision einer Person mit dem Heckausleger, aufweist.
Die Erfindung löst das Problem zudem durch ein Verfahren mit den Schritten (a) automatisches Erfassen eines Abstands des Heckauslegers zu einem etwaig in einer Umgebung des Heckauslegers vorhandenen Objekt und (b) Ausgeben eines in der Umgebung des Heckauslegers wahrnehmbaren Warnsignals und/oder Stillsetzen des Heckrotors, wenn der Abstand einen vorgegebenen Mindestabstand unterschreitet. Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass durch den Abstandssensor in eine bedrohliche Nähe zum Heckrotor gelangende Personen oder andere Objekte mit einfachen Mitteln erkannt werden können. Es ist dann beispielsweise möglich, eine Warnung an die Person auszugeben.
Es ist ein weiterer Vorteil, dass sich dem Heckrotor nähernde Personen gewarnt werden können, ohne dass es dazu nötig wäre, beispielsweise den Heckrotor dauerhaft zu beleuchten. Eine derartige Beleuchtung ist beispielsweise bei militärischen Anwendungen zu vermeiden.
Vorteilhaft ist zudem, dass bestehende Hubschrauber leicht nachgerüstet werden können, indem Sensoren und eine entsprechende Auswerteeinheit am Hubschrauber vorgesehen werden.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Abstandssensor insbesondere ein Sensor verstanden, der den Abstand eines in einer Sensorrichtung vorhandenen Objekts ermittelt. Die Sensorrichtung könnte auch als Sensorkegel bezeichnet werden und bezeichnet die Gesamtheit derjenigen Richtungen, unter denen ein Objekt relativ zum Sensor erscheinen kann, so dass der Sensor das Objekt wahrnimmt.
Unter einer Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung wird insbesondere jede Vorrichtung verstanden, die ausgebildet und eingerichtet ist, um eine Kollision einer Person mit dem Heckausleger, insbesondere dem Heckrotor, zu vermeiden. Der Heckrotor ist Teil des Heckauslegers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Hubschrauber einen zweiten Abstandssensor und mindestens einen dritten Abstandsensor, wobei sich mindestens zwei der Abstandssensoren hinsichtlich ihrer Reichweite, ihrer Auflösung, ihrer Sensorrichtung und/oder ihres Sensorprinzips unterscheiden. Besonders günstig ist es, wenn so viele Abstandssensoren vorhanden und so angeordnet sind, dass jedes Objekt, das einen vorgegebenen Mindestabstand zum Heckausleger unterschreitet, von mindestens einem der Sensoren erfasst wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass potentielle Gefährdungen des Objekts oder durch das Objekt sicher erkannt werden.
Bevorzugt ist am Heckausleger ein Heckrotor befestigt, wobei mindestens ein Abstandssensor im Drehmittelpunkt des Heckrotors angebracht ist. Auf diese Weise kann die Umgebung des Heckrotors, die eine besonders große Gefahr für Personen darstellt und gleichzeitig besonders gefährdet ist, besonders sicher überwacht werden. Besonders bevorzugt sind zwei Abstandssensoren vorgesehen, die in entgegengesetzte Richtungen die Umgebung des Heckrotors überwachen.
Erfindungsgemäß ist eine elektrische Auswerteeinheit vorgesehen, die mit den Abstandssensoren verbunden ist und die eingerichtet ist zum Errechnen einer Lage des Objekts relativ zum Hubschrauber. Die Lage des Objekts relativ zum Hubschrauber kann beispielsweise mittels Triangulation ermittelt werden und bezeichnet den Abstand und die Richtung zum Hubschrauber. Dieses Messprinzip beruht darauf, dass die Abstandswerte, die von zwei unterschiedlichen Sensoren erfasst werden, verwendet werden, um den Abstand relativ zu den beiden Sensoren zu berechnen. Alternativ oder additiv ist es möglich, dass die Abstandssensoren winkelselektiv sind.
Besonders bevorzugt ist die Auswerteeinheit eingerichtet zum Errechnen einer Geschwindigkeit des Objekts relativ zum Hubschrauber. Die Auswerteeinheit kann dann zusätzlich eingerichtet sein, um eine Trajektorie des Objekts relativ zum Heckausleger zu berechnen und in die Zukunft zu extrapolieren. Bewegt sich beispielsweise eine Person auf den Heckrotor zu, so kann diese Person frühzeitig gewarnt werden, dass sie dabei ist, sich in einen Gefahrenbereich zu begeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit daher ein- gerichtet zum Vergleichen der mindestens einen Lage des Objekts mit einem Schutzbereich, um den Hubschrauber und/oder zum Extrapolieren einer Trajek- torie des Objekts aus der Lage des Objekts und dessen Geschwindigkeit und zum Ausgeben eines Signals, wenn sich das Objekt in einem Schutzbereich um den Hubschrauber befindet oder sich dort innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne befinden wird. Das Signal kann beispielsweise ein Warnsignal sein, das akustisch, optisch, haptisch oder auf andere Weise in der Umgebung des Heckauslegers abgegeben wird.
Günstig ist es, wenn die Auswerteeinheit eingerichtet ist zum Stillsetzen des Heckrotors, wenn das Objekt einen Mindestabstand zum Heckrotor unterschreitet. Dabei ist die Auswerteeinheit eingerichtet zum Überprüfen, ob der Hubschrauber auf dem Boden aufsteht, so dass das Drehmoment des Hauptrotors auch ohne Heckrotor abgefangen werden kann. Wird ermittelt, dass das Drehmoment des Hauptrotors nicht abgefangen werden kann, so ist die Auswerteeinheit eingerichtet zum Abschalten des Hauptrotors.
Um Beschädigungen des Heckauslegers beim Landen zu vermeiden, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass zumindest ein Abstandssensor eine Sensorrichtung nach unten hat und die Auswerteeinheit eingerichtet ist zum Ausgeben eines Signals, wenn ein Längslagewinkel des Hubschraubers zu einem Aufsetzen mit dem Heckausleger führen würde. Ein derartiges Signal kann entweder ein vom Menschen wahrnehmbares, beispielsweise optisches, haptisches oder akustisches, Signal sein oder dazu führen, dass eine Steuereinheit des Hubschraubers so angesteuert wird, dass sich der Längslagewinkel des Hubschraubers so ändert, dass ein Aufsetzen mit dem Heck vermieden wird.
Um Schäden zu vermindern, wenn eine Kollision mit dem Heckrotor nicht verhindert werden konnte, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist zum Ermitteln, ob das Objekt mit dem Heckrotor kollidiert ist, zum Erfassen, ob der Heckrotor so stark beschädigt ist, dass eine Notlandung notwendig ist und zum Einleiten einer Autorotation des Hubschraubers, wenn das der Fall ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Hubschraubers und
Figur 2 eine Ansicht von oben auf einen erfindungsgemäßen Hubschrauber.
Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Karte zum Anzeigen in einem Cockpit des Hubschraubers.
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Hubschrauber 10 mit einem Heckausleger 12, an dem ein Heckrotor 14 befestigt ist. Am Heckausleger 12 sind Abstandssensoren 16.1, 16.2, ... angebracht. Im Folgenden bezeichnen Bezugszeichen ohne Zählsuffix das Objekt jeweils als solches.
Jeder Abstandssensor 16 besitzt eine Sensorrichtung R, die eine Mittelpunktlinie durch einen Sensorkegel K bildet. So besitzt beispielsweise der Abstandssensor 16.5 den Sensorkegel K5 und die Sensorrichtung R5.
Die Abstandssensoren 16 können beispielsweise Lasersensoren, Ultraschallsensoren und/oder Radarsensoren sein. Sie sind eingerichtet, um ein Objekt 18, beispielsweise einen Menschen oder einen Baum, in der Umgebung eines Heckauslegers 12 und seinen Abstand A vom jeweiligen Abstandssensor zu erfassen. So ist der Abstandssensor 16.1 eingerichtet, um den Abstand A1 des Objekts 18 vom Abstandssensor 16.1 zu erfassen, der Abstandssensor 16.2 misst den Abstand A2 vom Objekt 18.
Die Abstandssensoren 16 sind mit einer schematisch eingezeichneten Auswerteeinheit 20 verbunden, die die Abstände A erfasst. Um ein besonders detailliertes Bild zu geben, unterscheiden sich zumindest zwei der Abstandssensoren 16 hinsichtlich ihrer Reichweite, ihrer Auflösung oder ihres Wirkprinzips.
Der Abstandssensor 16.4 ist ausgebildet, um einen Abstand A4 des Heckauslegers 12 vom Boden zu erfassen. Dadurch kann erfasst werden, wenn der Heckausleger 12 droht mit dem Boden zu kollidieren. Im Landeanflug fliegen Piloten häufig mit großen Längslagewinkelnλ an, so dass die Nase des Hubschraubers 10 nach oben gezogen wird, wodurch eine Verzögerung des Hubschraubers 10 erzielt wird. Dadurch wandert jedoch der Heckausleger 12 nach unten und kann bei extremen Landemanövern Bodenkontakt bekommen. Eine daraus etwaig resultierende Beschädigung des Heckauslegers wird mit Hilfe des Abstandssensors 16.4 vermieden.
Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Hubschrauber mit den Abstandssensoren 16.1 , ... , 16.9, wobei der nach unten wirkende Abstandssensor 16.4 in Figur 2 nicht sichtbar ist. Es ist zu erkennen, dass sich die Sensorkegel K1 , ... K10 überlagern, so dass ein Schutzbereich S der Umgebung U des Heckauslegers 12 lückenlos überwacht wird.
Figur 2 zeigt zudem, dass der Abstandssensor 16.9 im Drehmittelpunkt des Heckrotors 14 angeordnet ist. Auf diese Weise wird der Abstandssensor 16.9 nicht durch den sich drehenden Heckrotor 14 beeinflusst. Der Sensor 16.8 hingegen erfasst in regelmäßigen kurzen Abständen das Vorbeistreichen der Rotorflügel des Heckrotors 14. Die Auswerteeinheit 20 ist daher ausgebildet, um die vom Heckrotor hervorgerufenen Signale herauszufiltem.
Figur 3 zeigt schematisch ein Anzeigegerät 22 im Cockpit des Hubschraubers, auf dem eine Karte 24 der Umgebung des Heckauslegers 12 eingezeichnet ist. Diese Karte 24 wird von der Auswerteeinheit aus den Daten von den Abstandssensoren generiert. Im in Figur 3 gezeigten Fall hat der Abstandssensor 16.7 das Objekt 18 in einem Abstand A7 detektiert, der kleiner ist als ein vorgegebener Alarmabstand A A i a rm. Aus diesem Grund wird eine den Sensorkegel K7 darstellende Fläche rot eingefärbt, so dass ein Pilot des Hubschraubers sofort er- kennen kann, dass Gefahr droht.
Die Warnung des Piloten kann zudem akustisch, haptisch oder kombiniert sein. Es ist zudem möglich, über einen Lautsprecher 26 (Figur 2) eine Warnung auszugeben.
Mittels Triangulation ermitteln die Abstandssensoren 16 beständig die Position des Objekts 18. Durch Interpolation wird aus den einzelnen Positionsmessungen relativ zum Heckausleger 12 eine Relativgeschwindigkeit v des Objekts 18 relativ zum Heckausleger 12 berechnet. Die Bewegungstrajektorie der Vergangenheit wird in die Zukunft extrapoliert und ermittelt, ob der vorgegebene Sicherheitsabstand beispielsweise zum Heckrotor 14 unterschritten werden wird oder nicht. Wenn ja, wird wie oben beschrieben, eine Warnung über die Karte 24 an den Piloten und über den Lautsprecher 26 an eine etwaige Person ausgegeben.
Auf diese Weise kann eine abgestufte Informations- und Warnstrategie verfolgt werden, bei der der Pilot zunächst vor einer Gefahr gewarnt wird, danach kann das Warnsignal über den Lautsprecher 26 ausgegeben werden und weiter danach kann die Auswerteeinheit 20 ein Signal an einen Bordrechner des Hubschraubers 10 ausgeben, der automatisch ein ausweichendes Flugmanöver durchführt. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein so aufgebautes Piloten- Assistenzsystem mit beschränkter Autorität die Kontrolle des Hubschraubers übernimmt, um im Flug eine Kollision mit Objekten zu vermeiden.
Ist eine Kollision mit dem Objekt durch den Piloten oder durch das oben beschriebene System nicht möglich und wird der Heckrotor 14 bei einer Kollision beschädigt, so kann ein weiteres automatisches System im Flug die Heckrotorkollision mit dem Objekt erkennen und die Beschädigung des Heckrotors 14 bewerten. Wird erkannt, dass der Heckrotor 14 nicht mehr einsatzfähig ist, so kann das automatische System die Autorotation des Hubschraubers oder ein anderes geeignetes Manöver zur sichereren Landung des Hubschraubers ein- leiten.
Steht der Hubschrauber 10 mit drehendem Hauptrotor 28 am Boden, kann ein Unfall durch Kontakt mit dem Heckrotor 14 verhindert werden, indem zunächst wie oben beschrieben ein Warnton über den Lautsprecher 26 ausgegeben wird, wenn ein Objekt 18, beispielsweise eine Person, sich dem drehenden Heckrotor 14 nähert und dabei den Sicherheitsabstand unterschreitet. Geht die Peson 18 weiter auf den Heckrotor 14 zu, so wird der Heckrotor 14 durch die Auswerteeinheit 20 mechanisch oder auf einem anderen Weg abrupt stillgesetzt, wenn ein kritischer Mindestabstand unterschritten wird. Der Verlust des Heckrotors 14 und der damit eingehende Verlust des Drehmomentausgleichs kann so lange keine kritische Drehbewegung des Hubschraubers hervorrufen, so lange das Haupt-Rotordrehmoment nicht hoch ist. Anderenfalls wird das Triebwerk des Hubschraubers automatisch von der Auswerteeinheit 20 mit abgeschaltet.
Bezugszeichenliste
10 Hubschrauber
12 Heckausleger
14 Heckrotor
16 Abstandssensor
18 Objekt
20 Auswerteeinheit
22 Anzeigegerät
24 Karte
26 Lautsprecher
28 Hauptrotor
R Sensorrichtung
K Sensorkegel
A Abstand
U Umgebung
AAiarm Alami-Abstand v Relativgeschwindigkeit
S Schutzbereich λ Längslagewinkel