| US6250585B1 | 2001-06-26 | |||
| US6082671A | 2000-07-04 | |||
| US3728814A | 1973-04-24 | |||
| JP2003135866A | 2003-05-13 |
Ansprüche
[1] Schlagflügelgetriebenes Kleinfluggerät, dadurch gekennzeichnet,dass dieses einen zentralen Grundkörper 6 besitzt um den herum vier Schlagflügel gleichmäßig angeordnet sind und jeder dieser Schlagflügel zu seinen Nachbarn eine gegenphasige Schlagbewegung ausführt, und dass jeder der vier Schlagflügel an einem biegeelastischen Bauelement 5 mit dem Grundkörper verbunden ist, und dieses biegeelastische Bauelement die für die Schlagbewegung des Schlagflügels erforderliche Bewegungsfreiheit bereitstellt und dass jedes der Schlagflügel über einen unabhängig steuerbaren Antriebsaggregate verfügt, welche den Impuls zur Erzeugung oder Aufrechterhaltung der Schwingbewegung des Schlagflügels bereitstellt.
[2] Schlagflügelgetriebenes Kleinfluggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsaggregate aus einer Kombination aus Elektromagneten und Permanentmagneten bestehen.
[3] Schlagflügelgetriebenes Kleinfluggerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination aus Elektromagneten und Permanentmagneten gleichzeitig der sensorischen Lageerfassung des einzelnen Schlagflügels dient und diese Information für die Steuerung des Fluggerätes verwendet wird. |
Beschreibung
Schlagflügelbetriebenes Kleinfluggerät
Technisches Gebiet
[1] Die Erfindung betrifft unbemannte schlagflügelgetriebene Kleinfluggeräte, welche für
Aufgaben im Bereich der Dokumentation, Messwertaufnahme, Beobachtung, Koordination und Kommunikation eingesetzt werden. Die Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit MAVs mit Senkrechtstart- und Schwebflugfähigkeit (VTOL = Vertical TakeOff and Landing).
Zugrundeliegender Stand der Technik
[2] Kleinfluggeräte wurden bisher vor allem mit Luftschrauben angetrieben. Serienprodukte auf der Basis von Schlagflügelantrieben werden seit kurzem im Modellflugbereich angeboten. Sie besitzen jedoch keine für den professionellen Einsatz ausreichende Manövrierfähigkeit und sind nicht schwebflugfähig. Außerdem erfüllen sie nicht die insbesondere vom Militär erhobene Forderung nach geringster Größe (unter 7,5cm Spannweite) und geringer Geräuschentwicklung. Schwebflugfähige Kleinstfluggeräte befinden sich derzeit noch in der Entwicklungsphase. Die Universität Delft arbeitet an einem stark miniaturisierten Modell, welches jedoch aufgrund seiner ruderbasierten Steuerung nur mäßige Schwebflugeigenschaften besitzt.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
[3] Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin ein schwebflugfähiges, gut manövrierbares und preiswert herzustellendes Kleinstfluggerät zu zu finden.
Technische Lösung
[4] Ein erfindungsgemäßes Kleinfluggerät besteht aus einem Grundkörper um den in gleichmäßiger Verteilung vier Schlagflügel angebracht sind. Alle vier Schlagflügel schlagen dabei in einer Ebene. Die Schlagbereiche der Schlagflügel sind dabei kleeblattartig aneinandergesetzt. Die Flügel schlagen zu ihren beiden Nachbarn jeweils gegenphasig, d. h. ein Flügel nähert sich beim Hinschlag seinem rechten Nachbarn, der sich gleichzeitig auf ihn zu bewegt. Beim Rückschlag nähert sich der Schlagflügel dann entsprechend seinem linken Nachbarn. Auf diese Weise gleichen sich die durch die Schlagflügel auf den Grundkörper ausgeübten Drehmomente gegeneinander aus. Die Schlagflügel sind dabei durch ein Drehgelenk mit dem Grundkörper verbunden, sondern über ein biegeelastisches Bauelement, welches die für die Schlagbewegung erforderliche Verformung ermöglicht ohne selbst Schaden zu nehmen. Es bildet außerdem einen
Energiespeicher, der die überschüssige kinetische Energie des bewegten Schlagflügels am Ende eines Halbschlags aufgenommen hat und für die Rückbeschleunigung zur Verfügung stellt. Die Verdrängerfläche des Schlagflügels besteht dabei aus einer flexiblen Membran, welche an einem festen Spanngalgen befestigt ist. An der Basis des Spanngalgens befindet sich mindestens ein mitschwingender Elektromagnet welcher am Ende jeden Halbschlages mit fest stehenden, zwischen den Schlagbereichen angeordneten Permanentmagneten korrespondiert, die mit dem Grundkörper verbunden sind. Durch Anziehungs- bzw. Abstoßungskräfte zwischen dem mitschwingenden Elektromagneten und den feststehenden Permanentmagneten wird die erforderliche Antriebsenergie in das System eingebracht. Dabei wirken die Elektromagnete gleichzeitig als Sensoren, welche die augenblickliche Position des Schlagflügels aus den durch die Bewegung im Magnetfeld der den Schlagbereich begrenzenden Magneten induzierten Strömen ermittelt und abhängig von dieser Information die Bestromung und die Polung des Elektromagneten steuert. Auf diese Weise kann ein erfindungsgemäßes Antriebsaggregat durch unterschiedliche Ansteuerung der mindestens vier Elektromagnete unterschiedlichen Schub an den Einzelflügeln erzeugen. Es erreicht damit eine seitliche Manövrierfähigkeit. Werden die Flügel in ihrer rechten Umkehrregion stärker angeregt als in der Linken entsteht ein Drehmoment und somit eine Manövrierfähigkeit um die Hochachse des Fluggerätes. Ein erfindungsgemäßes Kleinfluggerät benötigt also zur Steuerung keinerlei Ruder.
[5] Ein erfindungsgemäßes Fluggerät ist aufgrund seines einfachen Aufbaus leicht miniaturisierbar und eignet sich in besonderer Weise für die Massenfertigung.
Beschreibung der Zeichnungen
Bezugszeichenliste:
1 Verdrängerfläche
2 Spanngalgen
3 Feststehender Permanentmagnet
4 mitschwingender Elektromagnet
5 biegeelastisches Bauelement
6 Grundkörper
7 Schlagflügel
8 Schlagbereich
[6] Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Antriebsaggregat mit vier Schlagflügeln 7 welche über ein biegeelastisches Bauelement 5, welches die für die Seh lag beweg ung erforderliche Verformung ermöglicht ohne selbst Schaden zu nehmen am Grundkörper 6 befestigt sind. Die Verdrängerfläche 1 des Schlagflügels 7 besteht dabei aus einer flexiblen Membran, welche in einem festen Spanngalgen 2 aufgespannt ist. An der Basis des Spanngalgens 2 befindet sich mindestens ein mitschwingender Elektromagnet 4 welcher
am Ende jeden Halbschlages mit fest stehenden, zwischen den Schlagbereichen 8 angeordneten Permanentmagneten 3 korrespondiert, die mit dem Grundkörper 6 verbunden sind. Durch Anziehungs- bzw. Abstoßungskräfte zwischen dem mitschwingenden Elektromagneten 4 und den feststehenden Permanentmagneten 3 wird die erforderliche Antriebsenergie in das System eingebracht. Dabei wirken die Elektromagnete 3 gleichzeitig als Sensoren, welche die augenblickliche Position des Schlagflügels 7 aus den durch die Bewegung im Magnetfeld der den Schlagbereich 8 begrenzenden Permanentmagneten 3 induzierten Strömen ermittelt und abhängig von dieser Information die Bestromung und die Polung des Elektromagneten 4 steuern. Auf diese Weise kann das dargestellte Antriebsaggregat durch unterschiedliche Ansteuerung der vier Elektromagnete 4 unterschiedlichen Schub an den Einzelflügeln erzeugen. Es erreicht damit eine seitliche Manövrierfähigkeit. Werden die Schlagflügel 7 in ihrer rechten Umkehrregion stärker angeregt als in der Linken entsteht ein Drehmoment und somit eine Manövrierfähigkeit um die Hochachse des Fluggerätes.
[7] Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung mit zwei Elektromagneten 4 an der Flügelbasis jedes Schlagflügels 7. Durch unterschiedliche und gegebenenfalls phasenverschobene Ansteuerung dieser Elektromagnete 4 können zusätzliche Steuermomente erzeugt werden. Auch kann der Anstellwinkel des schlagenden Flügels beeinflusst werden, was zu einer Veränderung der schuberzeugenden Eigenschaften des Schlagflügels 1 führt.