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Patent Searching and Data


Title:
MANOEUVRABLE MEASUREMENT BODY FOR DETERMINING MEASUREMENT DATA HAVING MALFUNCTION MODULE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/192823
Kind Code:
A1
Abstract:
A known malfunction module has an individual electromechanical malfunction system. In a measurement body (01) according to the invention, an electrofluidically operating first malfunction system (09) is provided, by means of which, in the event of a malfunction, all rudders (04, 05, 06) are moved suddenly into their zero position and are fixed there. To this end, all rudders (04, 05, 06) are connected to pressure cylinders (11), which are automatically fluidically pressurised by a central pressure vessel (10) in the event of a malfunction, in particular a power cut. A piston rod (15) is ejected suddenly and drives with a guide element (16) into a receiving element (18) on the rudders (04, 05, 06) and in so doing moves said rudders back into their zero position and locks them there. The airfoils (03) are optionally pivoted towards the measurement body (01) via a second malfunction system (24). Further optional malfunction systems (28, 29) provide a failsafe option and self-inflating air cushions (30). The measurement body (01) can fly independently or be towed; it can be used in the air or water. In particular, it is used to explore scientific measurement data in inaccessible areas.

Inventors:
HERBER ANDREAS (DE)
KALMBACH DIRK (DE)
BAYER HANS-JÖRG (DE)
Application Number:
DE2020/100154
Publication Date:
October 01, 2020
Filing Date:
March 06, 2020
Export Citation:
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Assignee:
ALFRED WEGENER INST HELMHOLTZ ZENTRUM FUER POLAR UND MEERESFORSCHUNG (DE)
International Classes:
B63G8/14; B63G8/42; B64C13/16; F41J9/10
Domestic Patent References:
WO2016135326A12016-09-01
WO2013076708A12013-05-30
Foreign References:
DE102014001873B42016-06-16
US3812806A1974-05-28
GB715215A1954-09-08
DE102014001873B42016-06-16
US4014481A1977-03-29
EP1795987A22007-06-13
FR2521098A11983-08-12
US4022403A1977-05-10
DE7804927U11978-06-01
DE102009057818A12011-06-16
US9613539B12017-04-04
DE102014018857B42017-10-05
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Claims:
Patentansprüche

1. Manövrierfähiger Messkörper (01 ) zur Ermittlung von Messdaten während seines Durchgangs durch ein Fluid zumindest mit zwei im Mittenbereich des Messkörpers (01 ) angeordneten Tragflächen (03), mehreren um Drehachsen (17) verstellbaren und ansteuerbaren Rudern (04, 05, 06), ein beim Auftreten einer Fehlfunktion automatisch aktiviertes Fehlfunktionsmodul (08) mit zumin dest einem ersten Fehlfunktionssystem (09) zur Rückstellung der Ruder (04,

05, 06) in ihre zentrale Nullstellung und mit Akkumulatoren (34) zur elektri schen Energieversorgung und Sensoren (35, 07) zur Ermittlung der Messdaten und der Position des Messkörpers (01 ),

dadurch gekennzeichnet, dass

das erste Fehlfunktionssystem (09) pro Ruder (04, 05, 06) einen Druckzylinder (11 ) mit einem ausfahrbaren Kolben (13) aufweist, wobei jeder Kolben (13) ei nen Kolbenboden (14) und eine daran befestigte Kolbenstange (15) mit einem Führungselement (16) aufweist, das in ein Aufnahmeelement (18) einfahrbar ist, wobei jedes Aufnahmeelement (18) fest am jeweiligen Ruder (04, 05, 06) um dessen Drehachse (17) herum angeordnet ist und eine in dessen zentrale Nullstellung lenkende Kontur (19) aufweist, und ein gemeinsames Druckgefäß (10) umfasst, das mit den Druckzylindern (11 ) über Fluidleitungen (37) verbun den ist und ein elektromagnetisches Sperrventil (12) aufweist, das beim Akti vieren des Fehlfunktionsmoduls (08) automatisch geöffnet wird, wobei alle Kol ben (13) durch eine Druckbeaufschlagung der Kolbenböden (14) durch das Fluid ausgefahren werden.

2. Manövrierfähiger Messkörper (01 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Führungselement (16) in Form einer Ellipse (20) mit einer großen Halb achse (21 ), die in Verlängerung der Kolbenstange 815) angeordnet ist, und das Aufnahmeelement (18) in Form eines Aufnahmewinkels (22) mit einem Schei telpunkt (23) ausgebildet ist, wobei die Drehachse (17) jedes Ruders (04, 05, 06) in Verlängerung des Scheitelpunkts (23) angeordnet ist. 3. Manövrierfähiger Messkörper (01 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass

die Kolben (13) in einem Bereich von 2 mm bis 10 mm, bevorzugt 6 mm, be sonders bevorzugt 3 mm, ausgefahren werden.

4. Manövrierfähiger Messkörper (01 ) nach einem der vorangehenden Ansprü che,

dadurch gekennzeichnet, dass

die beiden Tragflächen (03) um je eine vertikale Drehachse (17) schwenkbar ausgebildet sind und das Fehlfunktionsmodul (08) ein zweites Fehlfunktions system (24) umfasst, wobei bei einer Aktivierung des zweiten Fehlfunktionssys tems (24) die beiden Tragflächen (03) zum Messkörper (01 ) hineingeschwenkt werden.

5. Manövrierfähiger Messkörper (01 ) nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

das zweite Fehlfunktionssystem (24) zwei Zahnscheibensegmente (25) auf weist, wobei an jeder Tragfläche (03) ein Zahnscheibensegment (25) fest an geordnet ist und die beiden Zahnscheibensegmente (25) miteinander im Ein griff stehen, sowie ein elektromagnetisch verschiebbares Antriebsritzel (26) und zumindest eine Zugfeder (27) aufweist, wobei das Antriebsritzel (26) mit ei nem der beiden Zahnscheibensegmente (25) in Eingriff bringbar ist und die Zugfeder (27) fest mit einer der beiden Tragflächen (03) und dem Messkörper (01 ) verbunden und bei ausgeschwenkten Tragflächen (03) gespannt ist.

6. Manövrierfähiger Messkörper (01 ) nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

mittels Antriebsritzel (26) und Zahnscheibensegmente (25) die Tragflächen (03) auch ausschwenkbar sind. 7. Manövrierfähiger Messkörper (01 ) nach einem der vorangehenden Ansprü che 4 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Fehlfunktionsmodul (08) ein drittes Fehlfunktionssystem (28) umfasst, wo bei bei einer Aktivierung des dritten Fehlfunktionssystems (28) die Ruder (04, 05, 06) in ihre zentrale Nullstellung und/oder die beiden Tragflächen (03) zum Messkörper (01 ) hin eingeschwenkt werden.

8. Manövrierfähiger Messkörper (01 ) nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

das dritte Fehlfunktionssystem (28) computerimplementiert ist und einen Fail- Safe-Steuerdatensatz umfasst.

9. Manövrierfähiger Messkörper (01 ) nach einem der vorangehenden Ansprü che 7 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Fehlfunktionsmodul (08) ein viertes Fehlfunktionssystem (29) umfasst, das mehrere selbstaufblasende Luftkissen (30) an der Außenseite des Messkör pers (01 ) aufweist, wobei sich bei einer Aktivierung des vierten Fehlfunktions systems (29) die Luftkissen (30) selbsttätig aufblasen.

10. Manövrierfähiger Messkörper (01 ) nach einem der vorangehenden Ansprü che,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Fehlfunktion hervorgerufen ist durch einen Ausfall der elektrischen Energie versorgung oder durch das Ansprechen eines Fehlerdetektors oder durch ma nuelles Eingreifen. 11. Manövrierfähiger Messkörper (01 ) nach einem der vorangehenden Ansprü che,

dadurch gekennzeichnet, dass

dieser mittels eines Tragseils (31 ), das im Mittenbereich des Messkörpers (01 ) einklinkbar ist, von einem angetriebenen Fahrzeug durch das Fluid schleppbar ist.

12. Manövrierfähiger Messkörper (01 ) nach einem der vorangehenden Ansprü che,

dadurch gekennzeichnet, dass

dieser autonom durch das Fluid manövriert.

13. Manövrierfähiger Messkörper (01 ) nach einem der vorangehenden Ansprü che,

dadurch gekennzeichnet, dass

es sich bei dem Fluid um Luft oder Wasser handelt.

Description:
Anmelder

Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Deutschland

Bezeichnung

Manövrierfähiger Messkörper zur Ermittlung von Messdaten mit Fehlfunktions modul

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen manövrierfähigen Messkörper zur Ermitt lung von Messdaten während seines Durchgangs durch ein Fluid zumindest mit zwei im Mittenbereich des Messkörpers angeordneten Tragflächen, mehre ren um Drehachsen verstellbaren und ansteuerbaren Rudern, ein beim Auftre ten einer Fehlfunktion automatisch aktiviertes Fehlfunktionsmodul mit zumin dest einem ersten Fehlfunktionssystem zur Rückstellung der Ruder in ihre zentrale Nullstellung und mit Akkumulatoren zur elektrischen Energieversor gung und Sensoren zur Ermittlung der Messdaten und der Position des Mess körpers.

Derartige Messkörper dienen der berührungsfreien Fernerkundung und sind unbemannt. Sie können sich autonom bewegen und verfügen über einen eige nen Antrieb, oder sie werden von einem angetriebenen Fahrzeug geschleppt und haben keinen eigenen Antrieb. Sie können in der Luft oder im Wasser agieren. Da sie dabei in allen drei Raumachsen manövrieren können, unterlie gen derartige manövrierfähige Messkörper besonderen Sicherheitsauflagen. Deshalb verfügen sie über ein Fehlfunktionsmodul mit zumindest einem ersten Fehlfunktionssystem, dass bei einer auftretenden Fehlfunktion automatisch auslöst und alle vorhandenen Ruder in ihre zentrale Nullstellung für eine stabile, horizontal und vertikal konstante Vorwärtsbewegung zurückstellt. Stand der Technik

Der der Erfindung nächstliegende Stand der Technik wird in der DE 10 2014 001 873 B4 offenbart. Dort wird ein geschleppter aktiver Flugkörper zur Ermitt lung von Messdaten beschrieben, der über ein erstes, elektromechanisches Fehlfunktionssystem verfügt. Dieses besteht aus mehreren federbelasteten Drehhebeln, über die alle Ruder des Flugkörpers, die auch im Fehlerfall dreh bar sind (also über analoge Servos angesteuert oder entkoppelt werden), bei einer Fehlfunktion in ihre zentrale Nullstellung gefahren werden. Dadurch kann der Flugkörper einfach gehievt werden, ohne dass er dabei eigene (störende) Manövrierbewegungen ausführt. Die Auslösung erfolgt über einen elektromag netischen Schalter, der bei einem Ausfall seiner Stromversorgung oder bei ei nem entsprechenden Steuerbefehl in eine Auslöseposition verfährt und eine fe derbelastete Drehscheibe freigibt. Das elektromechanische Fehlfunktionssys tem erfordert einen entsprechenden konstruktiven Aufwand. Weitere Fehlfunkti onssysteme sind nicht vorgesehen.

Aus der WO 2013/076708 A1 ist ein Messkörper bekannt, der von einem Hub- schrauber geschleppt werden kann. Zur Stabilisierung beim Flug weist der Flugkörper mehrere Flossen und Stabilisierungsflügel auf. Diese sind unver stellbar ausgebildet, sodass es sich um einen passiven Flugkörper handelt. Die US 4 014481 A zeigt einen aktiven Flugkörper, der als manövrierfähiges Luft ziel an einem Flugzeug geschleppt werden kann. Der Flugkörper weist neben zwei orthogonalen Stabilisierungsflügelpaaren zwei orthogonale Flügelpaare auf, in die elektromagnetisch verstellbare Ruder integriert sind. Der Flugkörper kann durch deren Verstellung um zwei Achsen gedreht werden. Da der Flug körper keine Messinstrumente trägt, handelt es sich aber nicht um einen Mess körper.

Aus der EP 1 795 987 A2 ist weiterhin ein Ansteuersystem für ein Ruder be kannt, bei dem dieses über das Ausfahren eines Hydraulikkolbens verstellt werden kann. Hierbei handelt es sich aber nicht um ein Sicherheitssystem. Weiterhin ist es aus der FR 2 521 098 A1 bekannt, einen manövrierbaren Glei ter mit einem Schleppflugzeug in die Luft zu bringen, wobei der Gleiter unter dem Flugzeug verankert ist und angeschwenkte Tragflügel aufweist. In erreich ter Flughöhe wird der Gleiter freigegeben und an einem Tragseil geschleppt. Wenn ein ausreichender Abstand zum Flugzeug erreicht ist, werden die Trag flügel des Gleiters ausgeschwenkt und dieser steigt in eine Flughöhe oberhalb des Flugzeuges auf. Bei Einholen des Gleiters werden die Tragflügel wieder eingeschwenkt. Konstruktionen zum Verschwenken von Tragflügeln sind bei spielsweise aus der US 4 022 403 A oder der DE 78 04 927 U1 bekannt. Aus der DE 10 2009 057 818 A1 ist weiterhin ein Sensorträger bekannt, der aus ei nem Flugzeug abgeworfen wird. Nach dem Abwurf werden Tragflächen und Ruder ausgefahren und der Sensorträger ist während seines Falls begrenzt manövrierfähig. Aus der US 9 613 539 B1 ist es bekannt, für eine Drohne Luft kissen an der Außenseite vorzusehen, die im Falle eines Absturzes aufgebla sen werden und so den Aufprall abdämpfen. Schließlich ist es aus der DE 10 2014 018 857 B4 bekannt, für den gattungsgemäßen Messkörper eine aerody namisch besonders günstige Form bei einem gleichzeitig großen Ladevolumen vorzusehen.

Aufgabenstellung

Ausgehend von dem nächstliegenden Stand der Technik ist die Aufgabe für die vorliegende Erfindung darin zu sehen, den eingangs beschriebenen gat tungsgemäßen Messkörper so weiterzubilden, dass das erste Fehlfunktions system zur sicheren Rückstellung aller Ruder in ihre zentrale Nullstellung beim Auftreten einer Fehlfunktion auf einem anderen als einem konstruktiv relativ aufwändigen elektromechanischen Prinzip beruht. Dabei soll das nunmehr um gesetzte Prinzip konstruktionstechnisch einfacher umsetzbar sein. Die erfin dungsgemäße Lösung für diese Aufgabe ist dem Anspruch 1 zu entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen aufgezeigt und im Folgenden im Zusammenhang mit der Erfindung näher er läutert.

Der beanspruchte Messkörper ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fehlfunktionssystem pro Ruder einen Druckzylinder mit einem ausfahrbaren Kolben, wobei jeder Kolben einen Kolbenboden und eine daran befestigte Kolbenstange mit einem Führungselement aufweist, das in ein Auf nahmeelement einfahrbar ist, wobei jedes Aufnahmeelement fest am jeweiligen Ruder um dessen Drehachse herum angeordnet ist und eine in dessen zent rale Nullstellung lenkende Kontur aufweist, und ein gemeinsames Druckgefäß umfasst, das mit den Druckzylindern über Fluidleitungen verbunden ist und ein elektromagnetisches Sperrventil aufweist, das beim Aktivieren des Fehlfunkti onsmoduls automatisch geöffnet wird, wobei alle Kolben durch eine Druckbe aufschlagung der Kolbenböden durch das Fluid unmittelbar ausgestoßen wer den. Bei dem mit der Erfindung beanspruchten Messkörper ist das erste Fehl funktionssystem elektrofluidisch ausgebildet. Es besteht aus einem einfachen Druckzylinder an jedem Ruder und einem gemeinsamen Druckgefäß. Damit ist das erste Fehlfunktionssystem konstruktiv sehr einfach aufgebaut, einfach montier- und wartbar und besonders störunanfällig. Im Falle einer Fehlfunktion wird das gemeinsame Druckgefäß automatisch geöffnet und überträgt dabei seinen aufgebauten Innendruck auf alle Druckzylinder, die mit dem gemeinsa men Gefäß über druckfeste Leitungen verbunden sind. Die Druckzylinder fah ren schlagartig aus, führen die Ruder in die Nullstellung und blockieren sie dort. Als druckübertragende Fluide kommen beispielsweise Luft (elektropneumati sches System) oder Wasser, Öl (elektrohydraulisches System) infrage. Nach einer Auslösung des ersten Fehlfunktionssystems sind die Kolben der Druckzy linder ausgefahren. Für den nächsten Betriebsfall des Messkörpers müssen sie manuell oder über eine elektrische oder fluidische Ansteuerung wieder einge fahren werden, damit die Ruder wieder für eine Verstellung freigegeben sind.

Die Druckzylinder sind sehr kompakt und können über ihre im Fehlerfall ausge stoßenen Kolben eine relativ große Rückstellkraft auf die Ruder ausüben. Diese wird über eine Art Kulissensystem in eine Rückstellbewegung umge setzt, bei dem die Kolbenstange mit ihrem freien Ende in eine lenkende Füh rung am Ruder einfährt. Dabei ist es gemäß einer ersten Erfindungsausgestal tung besonders vorteilhaft und bevorzugt, wenn das Führungselement in Form einer Ellipse mit einer großen Flalbachse, die in Verlängerung der Kolben stange angeordnet ist, und das Aufnahmeelement in Form eines Aufnahmewin kels mit einem Scheitelpunkt ausgebildet ist, wobei die Drehachse jedes Ru ders in Verlängerung des Scheitelpunkts angeordnet ist. Damit ist das Aufnah meelement trichterförmig ausgebildet. Es ist sicher gewährleistet, dass auch bei einer maximal ausgelenkten Stellung (in beiden Richtungen, also nach rechts und nach links) des jeweiligen Ruders die Kolbenstange im Fehlerfall in das Aufnahmeelement einfährt. Mit dem Führungselement am Ende der Kol benstange in Form einer Ellipse wird ein lenkender Kontakt zwischen Füh rungselement und Aufnahmeelement hergestellt. Beim Entlangfahren der El lipse an der Trichterwandung werden das Aufnahmeelement und damit das Ru der, das mit dem Aufnahmeelement fest verbunden ist, um seine Drehachse gedreht. Durch die Kontur des Aufnahmeelements steht das Ruder beim voll ständigen Einfahren des Kolbens sicher in seiner zentralen Nullstellung. Dabei ist es weiterhin bevorzugt und vorteilhaft, wenn die Kolben in einem Bereich von 2 mm bis 10 mm, bevorzugt 6 mm, besonders bevorzugt 3 mm, ausgefah ren werden. Somit sind nur sehr kleine Flübe erforderlich, um die Ruder im Fehlerfalle zurückzustellen. Damit erfolgt die Reaktion des Fehlfunktionssys tems sehr schnell (schlagartig) und der Messkörper kann ohne eigene, überla gernde, störende Manövrierbewegungen schnell und sicher geborgen oder an ders behandelt werden. Auch die Druckzylinder können entsprechend kleine Dimensionen aufweisen und einfach in die Ruder integrierbar sein.

Da es im Falle einer Fehlfunktion bei der weiteren Behandlung des Messkör pers besonders wichtig ist, diesen zuverlässig unter Kontrolle zu haben (ohne störende eigene Manövrierbewegungen), ist bei dem mit der Erfindung bean spruchten Messkörper bevorzugt und vorteilhaft vorgesehen, dass die beiden Tragflächen um je eine vertikale Drehachse schwenkbar ausgebildet sind und das Fehlfunktionsmodul ein zweites Fehlfunktionssystem umfasst, wobei bei ei ner Aktivierung des zweiten Fehlfunktionssystems die beiden Tragflächen zum Messkörper hineingeschwenkt werden. Bei dem mit der Erfindung beanspruch ten Messkörper ist somit neben dem ersten Fehlfunktionssystem zumindest noch ein zweites Fehlfunktionssystem vorgesehen, das die Zuverlässigkeit der erforderlichen Reaktion im Falle einer auftretenden Fehlfunktion noch weiter er höht. Dabei handelt es sich bei dem zweiten Fehlfunktionssystem, das auf elektromechanischer Basis arbeitet, um die Ansteuerung von Schwenkflügeln. Die Tragflächen des Messkörpers sind als Schwenkflügel ausgebildet und wer den im Fehlerfall einfach zum Messkörper hin eingeschwenkt. Dadurch tragen sie zu dessen Stabilisierung bei.

Damit das Einschwenken der Schwenkflügel im Falle einer Fehlfunktion schnellstmöglich vonstattengeht, ist gemäß einer nächsten Erfindungsausge staltung bevorzugt und vorteilhaft vorgesehen, dass das zweite Fehlfunktions system zwei Zahnscheibensegmente, wobei an jeder Tragfläche ein Zahn scheibensegment fest angeordnet ist und die beiden Zahnscheibensegmente miteinander im Eingriff stehen, sowie ein elektromagnetisch verschiebbares Antriebsritzel und zumindest eine Zugfeder aufweist, wobei das Antriebsritzel mit einem der beiden Zahnscheibensegmente in Eingriff bringbar ist und die Zugfeder fest mit einer der beiden Tragflächen und dem Messkörper verbun den und bei ausgeschwenkten Tragflächen gespannt ist. Im Betriebsfall mit ausgeschwenkten Tragflächen ist das Antriebsritzel in das Zahnscheibenseg ment eingefahren und blockiert dieses. Im Fehlerfall wird das Antriebsritzel zu rückgefahren (Prinzip des Anlassers beim Auto) und der Eingriff zwischen dem Antriebsritzel und dem Zahnscheibensegment gelöst. Die Tragflächen sind nun nicht mehr blockiert und werden von der gespannten Zugfeder in die einge schwenkte Position entlang des Rumpfes des Messkörpers überführt. Auch dieser Vorgang kann relativ schnell erfolgen. Um Beschädigungen des Mess körpers und der Tragflächen beim schnellen Einschwenken zu vermeiden, kön nen entsprechende Pufferelemente vorgesehen sein. Da bevorzugt und vorteil haft mittels Antriebsritzel und Zahnscheibensegmente die Tragflächen auch ausschwenkbar sind, werden über das Antriebsritzel die Zahnscheibenseg mente auch in der anderen Richtung bewegt und gleichzeitig die Zugfeder ge spannt. Bei Erreichen der Endstellung der beiden Tragflächen verriegelt das Antriebsritzel durch seinen dauerhaften Eingriff in eines der beiden Zahnschei bensegmente diese Stellung.

Da mehrere Fehlfunktionssysteme die Sicherheit bei der Bergung des Mess körpers im Falle einer Fehlfunktion erhöhen, ist bei dem Messkörper nach der Erfindung weiterhin bevorzugt und vorteilhaft vorgesehen, dass das Fehlfunkti onsmodul ein drittes Fehlfunktionssystem umfasst, wobei bei einer Aktivierung des dritten Fehlfunktionssystems die Ruder in ihre zentrale Nullstellung und die beiden Tragflächen zum Messkörper hin eingeschwenkt werden. Hierbei han delt es sich um ein aktives Fehlfunktionssystem. Die Ruder werden nicht durch die Auslösung der Druckzylinder und die Tragflächen werden nicht durch die Auslösung der Zugfedern zurückgefahren, sondern aktiv in ihre Nullstellung bzw. eingeschwenkte Position überführt. Bei den Rudern erfolgt dies durch ei nen entsprechenden Steuerbefehl an die Steuerservos, bei den Tragflächen über einen entsprechenden Steuerbefehl an das Antriebsritzel. Dabei ist es be vorzugt und vorteilhaft, wenn das dritte Fehlfunktionssystem computerimple mentiert ist und einen Fail-Safe- Steuerdatensatz umfasst. Dieser erzeugt dann die Steuerbefehle an die Steuerservos und das Antriebsritzel.

Im Fall einer Fehlfunktion kann der Messkörper geborgen oder freigegeben werden. In jedem Falle können Beschädigungen am Messkörper und an der Umwelt eintreten. Deshalb ist es bei der Erfindung bevorzugt und vorteilhaft, wenn das Fehlfunktionsmodul ein viertes Fehlfunktionssystem umfasst, das mehrere selbstaufblasende Luftkissen an der Außenseite des Messkörpers aufweist, wobei sich bei einer Aktivierung des vierten Fehlfunktionssystems die Luftkissen selbsttätig aufblasen. Bei dem vierten Fehlfunktionssystem handelt es sich somit nicht um ein auslösendes System mit Auswirkungen auf die Ma növrierfähigkeit des Messkörpers, sondern um ein Folgesystem zur Schadens- begrenzung im Fehlerfall. Die aufgeblasenen Luftkissen können - je nach Ein satzfall des Messkörpers - sowohl als Prallschutz im Sinne von Fendern als auch als Auftriebsmittel dienen. Weitere konstruktive Details zum Messkörper nach der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

Eine Fehlfunktion kann unterschiedliche Ursachen haben. Besonders in Be tracht gezogen werden muss, dass die Fehlfunktion hervorgerufen ist durch ei nen Ausfall der elektrischen Energieversorgung oder durch das Ansprechen ei nes Fehlerdetektors oder durch manuelles Eingreifen. Gerade der Ausfall der gesamten Energieversorgung bei einer Speisung aus Akkumulatoren ist eine häufiger auftretende Fehlfunktion bei einem autark betriebenen Messkörper, insbesondere bei sehr langen Messdauern (> 5 h). Tritt diese Fehlfunktion bei ausgelenkten Rudern auf, ist das schnelle Behandeln des Messkörpers extrem erschwert bzw. unmöglich. Bei dem Messkörper nach der Erfindung ist daher sichergestellt, dass bei einem Stromausfall alle Ruder sicher in ihre neutrale Ausgangslage zurückkehren und die Tragflächen eingeschwenkt werden. Dazu werden zwei Fehlfunktionssysteme eingesetzt, von denen das erste auf elekt ropneumatischer und das zweite auf elektromechanischer Basis arbeitet. Aber auch andere auftretende Fehlfunktionen können zum Auslösen der Fehlfunkti onssysteme führen, wenn sie von einem Fehlerdetektor erkannt und in einen Wegfall der elektrischen Energieversorgung oder in rückstellende Steuersig nale umgesetzt werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um den Ausfall von Mess- oder Navigationsgeräten oder um eine Beschädigung des Messkör pers oder der Ruder oder anderer navigationsrelevanter Komponenten han deln. Schließlich können die Fehlfunktionssysteme noch manuell ausgelöst werden, wenn der Messkörper in irgendeiner Weise behandelt werden soll. Fehlfunktionen werden im zentralen Fehlfunktionsmodul, das alle vorhandenen Fehlfunktionssysteme umfasst, erkannt und gleichzeitig an alle oder an ausge wählte Fehlfunktionssysteme weitergeleitet.

Die Behandlung des Messkörpers im Fehlerfall hängt vornehmlich von seiner Einsatzart ab. Bevorzugt und vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass der Mess körper mittels eines Tragseils, das im Mittenbereich des Messkörpers einklink- bar ist, von einem angetriebenen Fahrzeug durch das Fluid schleppbar ist. Der Messkörper ist dann als Schleppkörper ohne eigenen (Flaupt-)Antrieb ausgebil det. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass der Messkörper autonom durch das Fluid manövriert. Der Messkörper verfügt dann über einen eigenen Antrieb und wird ferngesteuert oder manövriert autonom über eine in tegrierte Steuereinrichtung. Beide Arten der Ansteuerung gelten im Übrigen auch bei einem geschleppten Messkörper. Schließlich kann es sich bei dem Fluid, das der Messkörper durchzieht, um Luft oder Wasser handeln. Bei Luft kann das schleppende Fahrzeug ein Flugzeug oder ein Hubschrauber sein. Im Wasser wird es sich in der Regel um ein Schiff handeln. In der Luft kann bei ei nem geschleppten Messkörper von einem CTV (Controlled Towed Vehicle), bei einem autonomen Messkörper von einer Drohne gesprochen werden. Unter Wasser handelt es sich bei einem autonomen Messkörper um einen AUV (Au- tonomous Underwater Vehicle) oder einfach um einen Unterwasserschleppkör per. Aufgrund der vorgesehenen verschiedenen Fehlfunktionssysteme kann der Messkörper im Falle einer Fehlfunktion immer sicher geborgen werden. Als treffende Bezeichnung eignet sich daher das Akronym„MANTrAS“ für„Maneu- verable Active New Towed recoverable Atmospheric System“ (zumindest für ei nen Einsatz in Luft).

Ausführungsbeispiele

Der Messkörper nach der Erfindung und seine vorteilhaften Modifikationen wer den anhand der schematischen, nicht maßstäblichen Figuren zum besseren Verständnis nachfolgend noch weitergehend erläutert. Im Einzelnen zeigt die

Fig 1 den Messkörper in einer perspektivischen Gesamtansicht,

Fig 2A den Messkörper in einer schematischen Seitenansicht mit einge schwenkten Tragflächen,

Fig 2B den Messkörper in einer schematischen Unteransicht mit einge- schwenkten Tragflächen,

Fig 2C den Messkörper in einer schematischen Seitenansicht mit ausge schwenkten Tragflächen,

Fig 3A den Messkörper im Detail im Bereich des ersten Fehlfunktions systems (Betriebsfall),

Fig 3B den Messkörper im Detail im Bereich des ersten Fehlfunktions systems (Fehlerfall),

Fig 4A den Messkörper im Detail im Bereich des zweiten Fehlfunktions systems mit ausgeschwenkten Tragflächen und

Fig 4B den Messkörper im Detail im Bereich des zweiten Fehlfunktions systems mit eingeschwenkten Tragflächen.

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Gesamtansicht eines Messkörpers 01 nach der Erfindung. Dabei sind funktionelle Details, die bestimmen, wie der Messkörper 01 operiert (geschleppt oder autark) und in welchem Fluid (Luft o- der Wasser) er operiert, nicht aufgezeigt, da sie für die Funktionsweise der Er findung im Bereich des Fehlfunktionsmoduls 08 nicht von Bedeutung sind. Die ses funktioniert in allen Ausführungsvarianten des Messkörpers 01 gleicherma ßen zuverlässig. Angedeutet hingegen sind in der Fig. 1 Akkumulatoren 34 zur Stromversorgung von verschiedenen Sensoren 35. Diese dienen der Auf nahme von wissenschaftlichen Messdaten. Ebenso zählen Sensoren 07 für das autonome Manövrieren des Messkörpers 01 (geschleppt und frei) dazu. Weiterhin ist eine windgetriebene Turbine 36 zum Aufladen der Akkumulatoren

34 dargestellt. Bei einem ungeschleppten Messkörper 01 kann es sich hierbei auch um den Eigenantrieb handeln.

Der Messkörper 01 verfügt über einen aerodynamisch geformten Rumpf 02, der der Aufnahme aller operationeilen Komponenten (beispielsweise Sensoren

35 für den Messbetrieb - Payload) und funktionellen (beispielsweise Sensoren 07 und Komponenten (beispielsweise Akkumulatoren 34, Steuerungen 32, Ak- toren, Antriebe 36) für den Manöverbetrieb) dient. Im Mittenbereich des Mess körpers 01 sind an seiner Unterseite zwei schwenkbare Tragflächen 03 ange ordnet. In den Tragflächen 03 befinden sich erste Ruder 04 (Querruder) für die Steuerung des Messkörpers 01 um seine Längsachse. Zweite Ruder 05 (Hö henruder) für die Steuerung des Messkörpers 01 um seine Querachse und dritte Ruder 06 (Seitenruder) für die Steuerung des Messkörpers 01 um seine Hochachse sind im Heckbereich des Messkörpers 01 angeordnet, vergleiche Fig. 2A, 2B.

Die Fig. 2A zeigt den Messkörper 01 mit dem frontseitigen Sensor 07 (für die Voraussicht) in der Seitenansicht mit nach hinten eingeschwenkten Tragflä chen 03, die Fig. 2B von unten mit nach hinten eingeschwenkten Tragflächen 03 und die Fig. 2C in der Seitenansicht mit ausgeschwenkten Tragflächen 03.

Dargestellt ist schematisch ein Fehlfunktionsmodul 08, das ein erstes Fehlfunk tionssystem 09 aufweist. Dieses umfasst ein gemeinsames Druckgefäß 10 und mehrere Druckzylinder 11 (vergleiche Fig. 2C), die den Rudern 04, 05, 06 zu geordnet sind (siehe herausgezogene Detaildarstellungen Fig. 2A, 2C, die Kreise deuten nur die Zuordnungen zu den Rudern 04, 05, 06 und nicht die konkrete Einbauposition an). Das Druckgefäß 10 arbeitet im gezeigten Ausfüh rungsbeispiel pneumatisch mit Luft (Druckluft) und ist über Fluidleitungen 37 mit den Druckzylindern 11 verbunden (gestrichelt angedeutet). Hinter dem Druckgefäß 10 und vor den Druckzylindern 11 ist ein elektromagnetisch betä tigbares Sperrventil 12 angeordnet. Dieses verschließt das Druckgefäß 10 im normalen Betriebsfall (unter Strom) und öffnet es im Fehlerfall. Das Sperrventil 12 fällt automatisch ab und öffnet, wenn es stromlos wird (Fehlerfall Stromaus fall) oder öffnet, wenn es einen entsprechenden Steuerbefehl (andere Fehler fälle) erhält.

In der Fig. 2A ist ein Druckzylinder 11 am dritten Ruder 06 (rechtes Seitenru der, analog linkes Seitenruder) dargestellt. Die Fig. 2B zeigt weitere Druckzy- linder 11 an den ersten Rudern 04 (linkes und rechtes Querruder in den Trag flächen 03) und an den zweiten Rudern 05 (linkes und rechtes Höhenruder). Desweiteren ist in der Fig. 2B mittig zwischen den Tragflächen 03 eine elektro mechanische Ansteuerung 32 für das Ein- und Ausschwenken der beiden Tragflächen 03 angedeutet.

Die Fig. 3A, 3B zeigen schematisch ein Detail im Bereich des ersten Fehlfunk tionssystems 09 am Beispiel einer Tragfläche 03 mit einem ersten Ruder 04 (Querruder). Zu erkennen ist ein Druckzylinder 11 mit einem ausfahrbaren Kol ben 13. Dieser weist einen Kolbenboden 14 und eine Kolbenstange 15 auf. Am freien Ende (vom Kolbenboden 14 abgewandt) der Kolbenstange 15 ist ein Führungselement 16 angeordnet. Der Druckzylinder 11 ist fest mit der Tragflä che 03 verbunden. Das erste Ruder 04 (Querruder) ist drehbar um eine Dreh achse 17 in der Tragfläche 03 angeordnet. Ein Aufnahmeelement 18 umgibt die Drehachse 17 und ist fest mit dem ersten Ruder 04 verbunden. Das Auf nahmeelement 18 weist eine das erste Ruder 04 in seine zentrale Nullstellung lenkende Kontur 19 auf. Das Führungselement 16 ist im gezeigten Ausfüh rungsbeispiel in Form einer Ellipse 20 ausgebildet, deren große Halbachse 21 in Verlängerung der Kolbenstange 15 ausgerichtet ist. Das Aufnahmeelement 18 ist in Form eines Aufnahmewinkels 22 mit einem Scheitelpunkt 23 ausgebil det ist, wobei die Drehachse 17 des ersten Ruders 04 in Verlängerung des Scheitelpunkts 23 angeordnet ist. Das Aufnahmeelement 18 hat somit eine symmetrische, trichterförmige Kontur 19.

In der Fig. 3A ist das erste Ruder 04 in seiner nach oben maximal ausgelenk ten Position schematisch dargestellt. Der Kolben 13, der aufgrund seiner Kom paktheit auch als„Bolzen“ bezeichnet werden kann, ist nicht ausgefahren. Der Messkörper 01 befindet sich im Betriebsmodus. In der Fig. 3B ist ein Fehlerfall aufgetreten und das Fehlfunktionsmodul 08 bzw. das erste Fehlfunktionssys tem 09 und damit die Druckzylinder 11 wurden automatisch oder manuell aus gelöst. Dies erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Beaufschla gung des Kolbenbodens 14 mit Druckluft (elektropneumatisches System) aus dem durch das das Sperrventil 12 schlagartig geöffneten Druckgefäß 10. Die Kolbenstange 15 wird ausgestoßen und das Führungselement 16 (Ellipse 20) wird in das Aufnahmeelement 18 (Aufnahmewinkel 22) eingefahren. Dabei glei tet die Ellipse 20 an der Wandung des Aufnahmewinkels 22 entlang und dreht das erste Ruder 04 um die Drehachse 17 in die zentrale Nullstellung. Analog werden im Fehlerfall alle vorhandenen Ruder 04, 05, 06 synchron in ihre zent rale Nullstellung gedreht, sodass der Messkörper 01 keine eigenen Manövrier bewegungen mehr ausführt. Dabei erfolgt die Rückstellung aufgrund der druck bedingten Auslösung und eines relativ kurzen Flubweges der Kolbenstangen 15 (bis 10 mm, bevorzugt 3 mm) sehr schnell und zuverlässig. Alle Ruder 04, 05, 06 lassen eine Rückbewegung im stromlosen Zustand zu (analoge Stellser- vos oder Entkopplung der Ruder 04, 05, 06 von ihren Antrieben). Im Fehlerfall werden alle Ruder 04, 05, 06 durch das in das Aufnahmeelement 18 eingefah rene Führungselement 16 in der zentralen Nullstellung sicher verriegelt. Eine Entriegelung für eine Wiederaufnahme des Betriebsfalls erfolgt manuell oder maschinell.

In den Fig. 4A (ausgeschwenkte Tragflügel 03), Fig. 4B (eingeschwenkte Tragflügel 03) ist ein Detail des Messkörpers 01 gemäß Fig. 2B in der Unteran sicht schematisch dargestellt. Mittig zwischen den Tragflächen 03 befindet sich die elektromechanische Ansteuerung 32 für das Ein- und Ausschwenken der beiden Tragflächen 03. Diese Funktion ist erforderlich, um ein zweites Fehl funktionssystem 24 im Fehlfunktionsmodul 08 vorsehen zu können. Damit wer den im Fehlerfall die beiden Tragflächen 03 einfach und schnell zum Messkör per 01 hin eingeschwenkt und stabilisieren diesen. Das Einschwenken der bei den Tragflächen 03 ist auch in anderen Situationen als bei einem Fehlerfall möglich und sinnvoll. Hierbei kann es sich beispielsweise um den Transport des Messkörpers 01 an seinem Schleppfahrzeug oder eigenständig auf einem Transportfahrzeug handeln. Auch eine Lagerung des Messkörpers 01 in einer Transportkiste oder einem Regal ist mit eingeschwenkten Tragflächen 03 be sonders platzsparend möglich. Zur Ausführung des zweiten Fehlfunktionssystems 24 ist jede Tragfläche 03 um eine Drehachse 17 schwenkbar angeordnet. Auf den Drehachsen 17 ist auch jeweils ein Zahnscheibensegment 25 angeordnet und fest mit den Trag flächen 03 verbunden. Beide Zahnscheibensegment 25 stehen in Eingriff mitei nander. In das eine Zahnscheibensegment 25 greift ein Antriebsritzel 26 ein, das fest mit dem Messkörper 01 verbunden ist. Das Antriebsritzel 26 ist elektrisch angetrieben und beispielsweise elektromagnetisch verschiebbar. Im Betriebsfall wird es magnetisch in seiner Eingriffslage gehalten, im Fehlerfall fällt es daraus ab (nach dem Prinzip des Anlassers bei einem PKW). Im Be triebsfall blockiert das Antriebsritzel 26 das eine Zahnscheibensegment 25, so- dass die beiden Tragflächen 03 in der ausgeschwenkten Stellung sicher verrie gelt sind. Weiterhin ist eine Zugfeder 27 (belastbar auf Zug, Energiespeiche rung durch Auseinanderziehen) über einen Flebel 33 mit einer der beiden Trag flächen 03 (im dargestellten Ausführungsbeispiel mit der oberen - von der Spitze des Messkörpers 01 her gesehen - linken Tragfläche 03) verbunden. Mit ihrem anderen Ende ist die Zugfeder 27 fest mit dem Messkörper 01 verbun den. Es können auch zwei Zugfedern 27 mit Verbindung zu je einer Tragfläche 03 vorgesehen sein. Bei ausgeschwenkten Tragflächen 03 ist die Zugfeder 27 gespannt (Fig. 4A). Im Fehlerfall (Fig. 4B) fällt das Antriebsritzel 26 von dem einen Zahnscheibensegment 25 ab (oder wird verschoben) und gibt dieses frei. Durch das Fehlen der Blockierung zieht sich jetzt die gespannte Zugfeder 27 zusammen und dreht über den Flebel 33 das eine Zahnscheibensegment 25, das durch seinen Eingriff auch das andere Zahnscheibensegment 25 dreht. Dadurch werden die beiden Tragflächen 03 synchron und sehr schnell nach Auftreten eines Fehlers zum Messkörper 01 hin eingeschwenkt. Im Betriebsfall können die beiden Tragflächen 03 über die beiden Zahnsegmentscheiben 24 und das Antriebsritzel 25 auch ausgeschwenkt werden.

Das in der Fig. 2A angedeutete Fehlfunktionsmodul 08 umfasst neben der An steuerung des ersten (elektropneumatischen (mit Luft) oder elektrohydrauli schen (mit Wasser, Öl)) Fehlfunktionssystems 09 und des zweiten (elektrome chanischen) Fehlfunktionssystems 24 auch ein drittes Fehlfunktionssystem 28 auf rein elektronischer Ebene. Hierbei handelt es sich um einen fest program mierten und hinterlegten Steuerdatensatz, der beim Auftreten eines Fehlerfalls (Verlust der Steuersignale) automatisch ausgelesen wird (Fail-Safe-Option), sodass alle Ruder 04, 05, 06 in ihre Nullstellung verfahren werden. Optional kann auch gleichzeitig der Befehl zum Einschwenken der beiden Tragflächen 03 ausgegeben werden.

Desweiteren kann das Fehlfunktionsmodul 08 optional noch ein viertes Fehl funktionssystem 29, das ebenfalls zentral im Fehlerfall angesteuert wird. Das vierte Fehlfunktionssystem 29 weist mehrere selbstaufblasende Luftkissen 30 an der Außenseite des Messkörpers 01 auf, wobei sich bei einer Aktivierung des Fehlfunktionsmoduls 08 bzw. des vierten Fehlfunktionssystems 29 die Luft kissen 30 selbsttätig aufblasen. In der Fig. 2B sind beispielhaft jeweils zwei Luftkissen 30 in unaufgeblasenem Zustand an der rechten und linken Flanke des Messkörpers 01 angedeutet. Bei einem Lufteinsatz dämpfen die aufgebla senen Luftkissen 30 das Fieren an das Schleppflugzeug oder den Absturz des Messkörpers 01 , bei einem Wassereinsatz dämpfen sie das Einholen in das Schleppschiff oder lassen den Messkörper 01 auftreiben und an der Wasser oberfläche sichtbar werden.

Bei der Fehlfunktion, die zur Auslösung des Fehlfunktionsrmoduls 08 bzw. zur Auslösung eines oder mehrerer oder aller Fehlfunktionssysteme 09, 24, 28, 29 führt, kann es sich beispielsweise um einen Ausfall der elektrischen Energie versorgung (Unterbrechung der elektrischen Leitungen, völlige Entladung der Akkumulatoren 34 an Bord des Messkörpers 01) oder um ein Ansprechen ei nes Fehlerdetektors oder um ein manuelles Eingreifen (Boden-, Flug- oder Schiffspersonal) handeln. Je nach Einsatz operiert der Messkörper 01 mit ei nem Hauptantrieb autark ohne feste Verbindung zu einem Schleppfahrzeug. O- der der Messkörper 01 verfügt über keinen eigenen Hauptantrieb (höchstens über eine kleine Turbine 36 zum Aufladen der Akkumulatoren 34) und wird über ein Tragseil 31 von einem Fahrzeug (insbesondere Schiff oder Flugzeug) durch das Wasser oder die Luft geschleppt. Das Tragseil 31 wird dann auf der Oberseite des Messkörpers 01 in seinem Mittenbereich (lösbar) eingehakt, ver gleiche gestrichelte Andeutung in Fig. 2A, damit das Tragseil 31 den autono men Flug- und Messbetrieb nicht stört.

Bezugszeichenliste

01 Messkörper

02 Rumpf

03 Tragfläche

04 erstes Ruder (Querruder)

05 zweites Ruder (Höhenruder)

06 drittes Ruder (Seitenruder)

07 Sensor

08 Fehlfunktionsmodul

09 erstes Fehlfunktionssystem

10 Druckgefäß

11 Druckzylinder

12 Sperrventil

13 Kolben von 11

14 Kolbenboden von 13

15 Kolbenstange von 13

16 Führungselement an 13

17 Drehachse

18 Aufnahmeelement

19 Kontur von 18

20 Ellipse für 16

21 große Halbachse von 20

22 Aufnahmewinkel als 19

23 Scheitelpunkt von 22

24 zweites Fehlfunktionssystem

25 Zahnscheibensegment

26 Antriebsritzel Zugfeder

drittes Fehlfunktionssystem viertes Fehlfunktionssystem Luftkissen

Tragseil

Ansteuerung für 03 Hebel

Akkumulator

Sensor

Turbine

Fluidleitung