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Patent Searching and Data


Title:
WHEEL PROPELLER ARRANGEMENT AND VEHICLE HAVING WHEEL PROPELLER ARRANGEMENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/165264
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a wheel propeller arrangement (1, 16) for powering vehicles (2) in driving, flying, floating or diving mode, comprising a wheel propeller (1) and a chassis (16), which wheel propeller (1) has an axis of rotation (t), a rotation plane (R), an annular wing (11), a hub (14), a power plant (15) and a plurality of radial propeller blades (12) connecting the hub (14) to the annular wing (11), a tyre (10) being formed on the annular wing (11). The chassis (16) has a hinge assembly (20), and the chassis is movable by means of the hinge assembly (20) between a first position and a second position, in which first position and second position the rotation planes (R) of the wheel propeller (1) are not oriented in parallel with one another, which first position is provided in order to facilitate ground contact of the tyres (10), and which second position is provided in order to facilitate thrust for the flying, floating or diving mode. In the wheel propeller (1) the annular wing (11) has, in a section extending perpendicularly to the rotation plane (R) along the axis of rotation (t), a profile suitable for the driving mode having a running surface (100) of the tyre (10), whilst the oblique section of the annular wing (11) has, in the plane of inclination (N) inclined at an angle of inclination (!) relative to the rotation plane (R), an asymmetric wing profile (13), which is effective in terms of fluid dynamics and is suitable for the flying, floating or diving mode and has a suction side facing the axis of rotation (t) and an outer pressure side, and also has a circular pressure point line (q).

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Inventors:
GRIMM FRIEDRICH (DE)
Application Number:
EP2020/053619
Publication Date:
August 20, 2020
Filing Date:
February 12, 2020
Export Citation:
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Assignee:
GRIMM FRIEDRICH (DE)
International Classes:
B60F3/00; B63H5/125; B64C11/00; B64C11/32; B64C29/00; B60F5/00
Domestic Patent References:
WO2003066351A12003-08-14
Foreign References:
DE102004063205B32006-05-04
US20160257400A12016-09-08
EP3315787A12018-05-02
DE102004063205B32006-05-04
DE102008038872A12010-02-11
DE102016007054A12017-12-07
CN103213466A2013-07-24
CN104859392A2015-08-26
DE102012010937A12013-12-05
DE102015010239A12017-03-16
DE4235815C21995-01-05
US0621195A1899-03-14
EP0313925B11992-10-07
Attorney, Agent or Firm:
RAIBLE DEISSLER LEHMANN PATENTANWÄLTE (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Radpropelleranordnung (1 , 16) für den Antrieb von Fahrzeugen (2) im Fahr-, Flug-, Schwimm- oder Tauchbetrieb, welche Radpropelleranordnung (1 , 16) einen

Radpropeller (1 ) und ein Fahrwerk (16) aufweist, welcher Radpropeller (1 ) eine

Rotationsachse (t), eine Rotationsebene (R), einen Ringflügel (11 ), eine Nabe (14), ein Triebwerk (15) sowie eine Mehrzahl radialer, die Nabe (14) mit dem Ringflügel (11 ) verbindender Propellerblätter (12) aufweist, an welchem Ringflügel (11 ) ein Reifen (10) ausgebildet ist, welches Fahrwerk (16) eine Gelenkanordnung (20) aufweist, und welches Fahrwerk über die Gelenkanordnung (20) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, in welcher ersten Position und zweiten Position die Rotationsebenen (R) des Radpropellers (1 ) nicht parallel zueinander ausgerichtet sind, welche erste Position dazu vorgesehen ist, einen Bodenkontakt des Reifens (10) zu ermöglichen, und welche zweite Position dazu vorgesehen ist, einen Schub für den Flug-, Schwimm- oder Tauchbetrieb zu ermöglichen, bei welchem Radpropeller (1 ) der Ringflügel (11 ) in einem senkrecht zu der Rotationsebene (R) entlang der

Rotationsachse (t) geführten Schnitt ein für den Fährbetrieb geeignetes Profil mit einer Lauffläche (100) des Reifens (10) aufweist, während der Schrägschnitt des Ringflügels (11 ) in der mit einem Neigungswinkel (ß) gegenüber der Rotationsebene (R) geneigten Neigungsebene (N) ein für den Flug-, Schwimm- oder Tauchbetrieb geeignetes, strömungsdynamisch wirksames asymmetrisches Flügelprofil (13) mit einer der

Rotationsachse (t) zugewandten Saugseite und einer äußeren Druckseite sowie mit einer kreisförmigen Druckpunktlinie (q) aufweist.

2. Radpropelleranordnung (1 , 16) nach Anspruch 1 , bei welcher der Schrägschnitt des Ringflügels (11 ) in der mit einem Neigungswinkel (ß) gegenüber der Rotationsebene (R) geneigten Neigungsebene (N) eine sich von der Flügelnase (n) bis zur

Flügelhinterkante (e) erstreckende, bezüglich der Rotationsachse (t) parallele oder abfallende Profilsehne (p) aufweist.

3. Radpropelleranordnung (1 , 16) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Ringflügel (11 ) in einem schrägen Schnitt in einer mit dem Neigungswinkel (ß) zu der

Rotationsebene (R) und der Rotationsachse (t) geneigten Neigungsebene (N) das asymmetrische Flügelprofil (13) mit einer der Rotationsachse (t) zugewandten Saugseite und einer äußeren Druckseite aufweist und der Ringflügel (11 ) im Flug-, Schwimm- oder Tauchbetrieb in der Neigungsebene (N) von einer aus der von den Propellerblättern (12) induzierten Strömungsgeschwindigkeit (A) und aus einer

Umlaufgeschwindigkeit (B) des Ringflügels (11 ) resultierenden Anströmung (C) mit einem Konuswinkel (a) derart angeströmt wird, dass das asymmetrische Flügelprofil (13) über den gesamten inneren Umfang des Ringflügels (11 ) eine Auftriebskraft (D) generiert, aus der eine in Drehrichtung (T) wirkende tangentiale Antriebskraft (F) und eine senkrecht zu der Rotationsebene (R) wirkende Traktionskraft (G) herleitbar sind.

4. Radpropelleranordnung (1 , 16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Ringflügel (11 ) entweder einteilig ausgebildet ist und mit dem Reifen (10) eine strukturelle Einheit aus Metall oder Kunststoff bildet oder zweiteilig aufgebaut ist und ein Felgenprofil (110) für einen Vollgummireifen (101 ) oder für einen Luftreifen (102) aufweist, sodass im Falle eines schlauchlosen Luftreifens (102) zwischen einem Reifenwulst (103) des Luftreifens (102) und einem äußeren und einem inneren

Felgenhorn (111 ) des Felgenprofils (110) eine luftdichte Verbindung hergestellt ist oder dass der Luftreifen (102) im Fährbetrieb von einem aufgeblasenen Schlauch (104) gestützt ist und eine konvexe Lauffläche (100) aufweist, wobei der Luftreifen (102) im Flugbetrieb zusammen mit dem luftleeren Schlauch (104) die konkave Druckseite des asymmetrischen Flügelprofils (13) bildet und in eine konkave Vertiefung des

Felgenprofils (110) eingepasst ist.

5. Radpropelleranordnung (1 , 16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Triebwerk (15) entweder

- einen elektrischen Radnabenmotor (150) aufweist, welcher bevorzugt als Drehstrom- Synchron-Motor mit einer Generatorfunktion ausgebildet ist, um bei jedem Abbremsen des Fahrzeugs (2) die kinetische Energie in elektrischen Strom wandeln zu können, oder

- ein thermodynamisches Turboprop-Triebwerk (151 ) aufweist,

wobei im Fährbetrieb der Reifen (10) des Ringflügels (11 ) die Antriebs- und Bremskräfte auf die Fahrbahn überträgt und im Flug-, Schwimm- oder Tauchbetrieb das

asymmetrische Flügelprofil (13) des Ringflügels (11 ) für eine vorgegebene

Schnelllaufzahl (l) ausgelegt ist und innerhalb eines definierten Bandbereichs von Schnelllaufzahlen (l) die Auftriebskraft (D) bewirkt. 6. Radpropelleranordnung (1 , 16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher mindestens ein radiales Propellerblatt (12) an einer radialen Drehachse (d) drehbar mit dem Ringflügel (11 ) und der Nabe (14) verbunden ist, sodass ein variabler Anstellwinkel (y) des Propellerblatts (12) gegenüber der Rotationsebene (R) ermöglicht wird und der Radpropeller (1 ) entweder als Flugzeugpropeller oder als Schiffspropeller ausgebildet ist und im Flugbetrieb, im Schwimmbetrieb oder im Tauchbetrieb des Fahrzeugs (2) als Verstellpropeller arbeitet.

7. Radpropelleranordnung (1 , 16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Gelenkanordnung (20) mindestens ein Drehgelenk aufweist, um eine Bewegung um mindestens eine Drehachse zu ermöglichen.

8. Fahrzeug (2), welches mindestens zwei Radpropelleranordnungen (1 , 16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, welches eine in Fahrtrichtung ausgerichtete Längsachse (x), eine Querachse (y) und eine Hochachse (z) hat und im Fährbetrieb von einer Mehrzahl von Radpropellern (1 ) durch Bodenkontakt des Reifens (10) des Ringflügels (11 ) antreibbar ist.

9. Fahrzeug (2) nach Anspruch 8, bei welchem im Fährbetrieb die Rotationsebene (R) mindestens eines Radpropellers (1 ) in der Geradeausfahrt entweder in einer zu der Längs- und der Hochachse (x,z) oder zu der Quer- und der Hochachse (y,z) parallelen Ebene liegt und der Radpropeller (1 ) beim Lenken um eine zu der Hochachse (z) parallelen Drehachse (d) der Gelenkanordnung (20) des Fahrwerks (16) gedreht wird und einen Lenkeinschlag gegenüber der Längs- oder der Querachse (x,y) aufweist.

10. Fahrzeug (2) nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem im Flugbetrieb die

Rotationsebene (R) des Radpropellers (1 ) entweder eine stehende, zu der Quer- und der Hochachse (y,z) parallele Ebene oder eine liegende, zu der Längs- und der Querachse (x,y) parallele Ebene einnimmt oder in jede beliebige Stellung zwischen den von jeweils zwei der Achsen (x,y,z) aufgespannten Ebenen gedreht werden kann.

11. Fahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, welches als Multicopter ausgebildet ist, bei welchem im Fährbetrieb die Radpropeller (1 ) mit einem Ausleger (160) des Fahrwerks (16) in einer Drehachse (d) der Gelenkanordnung (20) an einen für den Transport von Personen und/oder Gütern ausgebildeten Rumpf (21 ) angelenkt sind, wobei der Rumpf (21 ) in einer Parkstellung des Multicopters für die Vorbereitung des Flugbetriebs mittels eines Ständers oder mittels eines aufblasbaren Kissens aufbockbar ist, um die Ausleger (160) der Radpropeller (1 ) für den Flugbetrieb mit einem Drehwinkel (d) gegenüber dem Rumpf (21 ) drehen zu können, sodass die Radpropeller (1 ) in der Startphase den für das Abheben des Multicopters erforderlichen Schub liefern und im Flugbetrieb mit einer variablen Drehzahl die Stabilisierung und Steuerung des Multicopters ermöglichen, welcher Drehwinkel (d) bevorzugt zwischen 90 Grad und 120 Grad beträgt.

12. Fahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , welches als Flugzeug mit mindestens einem Rumpf (21 ) und mit mindestens einer Tragfläche (22) mit

Flügelklappen (220) ausgebildet ist, bei welchem Flugzeug die Tragfläche (22) starr mit dem Rumpf (21 ) verbunden ist und mindestens zwei Radpropeller (1 ) trägt, wobei die Radpropeller (1 ) für den Fährbetrieb bei Start und Landung parallel zu der Längsachse (x) ausrichtbar sind und das Fahrwerk (16) ein Federbein (161 ) aufweist, das in der Drehachse (d) der Gelenkanordnung (20) an die Tragfläche (22) so angelenkt ist, dass die Radpropeller (1 ) im Flugbetrieb gedreht werden können.

13. Fahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, das eine Faltstruktur (23) aufweist, die bei einem Flugzeug entweder als eine lineare Faltstruktur (23) ausgebildet ist und in einer gefalteten Betriebsstellung eine Mehrzahl von Abschnitten einer

Tragfläche (22) aufweist, welche Abschnitte der Tragfläche (22) untereinander durch Faltgelenke (230) mit Drehachsen (d) verbunden und an einen Rumpf (21 ) angelenkt sind, wobei die Tragflächen (22) in einer entfalteten Betriebsstellung arretierbar sind, sodass die Tragflächen (22) für den Flugbetrieb eine zusammenhängende, starr mit dem Rumpf (21 ) verbundene Tragfläche (22) bilden, oder als eine räumliche, in zwei Richtungen erweiterbare Faltstruktur (23) ausgebildet ist und aus einer geraden Anzahl von Knotenkörpern jeweils mit einem Radpropeller (1 ) und aus diagonal zu der

Längsachse (x) des Flugzeugs angeordneten Tragflächen (22) besteht, die in den Drehachsen (d) der Faltgelenke (230) derart an die Knotenkörper angelenkt sind, dass eine zusammenhängende kinematische Faltstruktur (23) aus quadratischen oder rautenförmigen Modulen gebildet wird. 14. Fahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, welches als Flugzeug mit einer räumlichen Faltstruktur (23) ausgebildet ist, welche eine Mehrzahl von im Flugbetrieb diagonal zur Längsachse (x) angeordneten Tragflächen (22) mit Flügelklappen (220) aufweist und eine Mehrzahl von Knotenkörpern jeweils mit einem Radpropeller (1 ) aufweist, wobei das Flugzeug dazu ausgebildet ist, bei Start und Landung des

Flugzeugs mittels der Flügelklappen (220) der Reihe nach parallel zur Querachse (y) einzufalten, wobei beim Start die Radpropeller (1 ) parallel zur Längsachse (x) ausgerichtet sind und diejenigen Radpropeller (1 ), die als Erste den Bodenkontakt verlieren, für den Flugbetrieb jeweils durch eine Drehung um die Drehachse (d) der Gelenkanordnung (20) parallel zur Querachse (y) des Flugzeugs ausgerichtet werden und im Flugbetrieb Schub liefern, während bei der Landung die heckseitigen

Radpropeller (1 ), die als Erste Bodenkontakt aufnehmen, um 90 Grad gedreht werden, um vom Flugbetrieb in den Fährbetrieb zu wechseln und bei der Landung der Reihe nach erneut parallel zu der Längsachse (x) ausgerichtet werden, um die räumliche Faltstruktur (23) für den Fährbetrieb des Flugzeugs vollständig zu entfalten.

15. Fahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, welches als Wasserflugzeug mit einer linearen oder mit einer räumlichen Faltstruktur (23) ausgebildet ist,

- welche lineare Faltstruktur (23) mindestens einen als Schwimmkörper (210) ausgebildeten Rumpf (21 ) und eine Tragfläche (22) aufweist, deren Längsabschnitte in den Drehachsen (d) der Faltgelenke (230) an den Rumpf (21 ) angelenkt sind, welche Drehachsen (d) bevorzugt in einer von der Längsachse (x) und der Querachse (y) aufgespannten Ebene liegen, oder

- welche räumliche Faltstruktur (23) eine Mehrzahl jeweils diagonal zu der Längsachse (x) des Wasserflugzeugs angeordnete und jeweils in den Drehachsen (d) der

Faltgelenke (230) an eine Mehrzahl von Schwimmkörpern (210) angelenkte Tragflächen

(22) aufweist,

wobei das Wasserflugzeug im Ruhezustand gefaltet und dazu ausgebildet ist, auf den Reifen (10) der Ringflügel (11 ) zu stehen, und welches Wasserflugzeug im Fährbetrieb sowohl in einer gefalteten als auch in einer entfalteten Betriebsstellung der Faltstruktur

(23) dazu ausgebildet ist, auf den Reifen (10) der Ringflügel (11 ) zu rollen, während für den Flug- und für den Schwimmbetrieb eine entfaltete Betriebsstellung der Faltstruktur (23) vorgesehen ist und das Wasserflugzeug als Löschflugzeug ausgebildet ist. 16. Fahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, welches als Solarflugzeug mit einer räumlichen Faltstruktur (23) ausgebildet ist, welche eine Mehrzahl von im

Flugbetrieb diagonal zu der Längsachse (x) angeordneten, mit Flügelklappen (220) und mit Photovoltaik-Zellen (221 ) bestückte Tragflächen (22) sowie eine Mehrzahl von Knotenkörpern jeweils mit einem Radpropeller (1 ) aufweist und für den Fahr- und Flugbetrieb unterschiedliche Faltformationen einnehmen kann, sodass die Tragflächen (22) mit den Photovoltaik-Zellen (221 ) im Flugbetrieb zur Sonne ausgerichtet werden können, wobei die räumliche Faltstruktur (23) im Fährbetrieb des Flugzeugs entfaltet ist und als Fahrzeug (2) auf den Reifen (10) der Radpropeller (1 ) rollen und mit einem synchron gesteuerten Lenkeinschlag der Radpropeller (1 ) gelenkt werden kann.

17. Fahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, bei welchem die

Gelenkanordnungen (20) zumindest teilweise eine Drehachse aufweisen, welche parallel ist zu einer Fahrzeugachse aus der Gruppe bestehend aus

- Längsachse (x),

- Querachse (y), und

- Hochachse (z).

Description:
Radpropelleranordnung und Fahrzeug mit Radpropelleranordnungen

Die Erfindung betrifft ein einheitliches Gesamtsystem aus einem Rad und einem

Propeller, im Folgenden kurz "Radpropeller" genannt, für den Antrieb von Fahrzeugen im Fahr-, Flug-, Schwimm- oder Tauchbetrieb. Hierbei hat eine Radpropelleranordnung einen Radpropeller und ein Fahrwerk, und ein Fahrzeug hat mehrere

Radpropelleranordnungen.

Stand der Technik

Bei Fahrzeugen wird die Antriebsleistung des Motors mittels der Räder auf die

Fahrbahn übertragen, bei Luft- und Wasserfahrzeugen beschleunigen Propeller das umgebende Fluid, sodass ein Luft- bzw. ein Wasserfahrzeug nach dem Rückstoßprinzip von dem Propellerschub in Fahrtrichtung angetrieben wird. Ein Mantelpropeller erhöht im Standbetrieb den Propellerschub. Eine Korddüse hat das Profil eines Ringflügels mit einer den Propellerblättern zugewandten Saugseite. Die Anströmung der nicht mit den Propellerblättern rotierenden Ringdüse mit einem Konuswinkel als Folge der von den Propellerblättern induzierten Strömungsgeschwindigkeit bewirkt an der Innenseite der Ringdüse Auftrieb mit einer senkrecht zu der Rotationsebene der Propellerblätter gerichteten Traktionskraft. Die luftdichte Verbindung zwischen einem mit Druckluft beaufschlagten Reifen und einer Felge mit einer Nabe ist für den Fährbetrieb eines Fahrzeugs der weltweite Standard, wobei das Rad über ein Fahrwerk an das

Fahrgestell des Fahrzeugs angelenkt ist. Bei Helikoptern und Multicoptern bewirken Rotoren den für den Flugbetrieb erforderlichen Auftrieb und Vortrieb, während bei Flugzeugen Tragflächen zusammen mit Triebwerken den Flugbetrieb ermöglichen. Ein großer Teil der Antriebsleistung eines Propellers dient hier der Überwindung der Schwerkraft. Bei Luftschiffen, die leichter sind als die umgebende Luft, steht die volle Antriebsleistung des Propellers für den Vortrieb zur Verfügung. Bei Hybridluftschiffen wird der überwiegende Teil der Auftriebskraft von einem Füllgas bewirkt, während ein kleinerer Teil der Auftriebskraft aerodynamisch erzeugt wird, sodass ein Hybridluftschiff in ähnlicher Weise starten und landen kann wie ein Flugzeug. Flugzeuge benötigen für den Start- und Landebetrieb ein Fahrwerk, das im Flugbetrieb unerwünschten

Luftwiderstand verursacht und deshalb in der Regel eingezogen und innerhalb der aerodynamisch geformten Hülle des Rumpfs oder der Tragfläche verstaut wird. Im Flugbetrieb des Flugzeugs stellt das Fahrwerk eine erhebliche zusätzliche Last dar. Bei einem Flugzeug mit mehreren Triebwerken reichen bereits ein oder zwei Triebwerke für das Starten und Landen aus. Die Pfeilung einer Tragfläche vergrößert die

aerodynamisch wirksame Oberfläche und stabilisiert den Geradeausflug des Flugzeugs. Ein Wechselstrommotor in Verbindung mit einem Wechselrichter ermöglicht bei batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen die volle Leistungsentfaltung in

unterschiedlichen Drehzahlbereichen. Der Stand der Technik offenbart jedoch keine Lösung, mit der es gelingt, Rad und Reifen derart mit einem Propeller zu verschmelzen, dass die spezifischen Vorteile beider Systeme ohne Einbußen erhalten bleiben. Dem Stand der Technik entsprechende Fahrzeuge können als solitäre Einheiten aufgefasst werden, die ihre jeweilige Funktion umso besser erfüllen, je größer der Abstand zu der nächsten Einheit ist. Aktuelle Erkenntnisse über den Zusammenschluss einer Vielzahl von Individuen zu einem Schwarm betreffen energetische und organisatorische Vorteile, die in der Natur an Fisch- und Vogelschwärmen beobachtet werden. Die sogenannte Schwarm Intelligenz ist ein Bereich der künstlichen Intelligenz, die für die Organisation des Straßen- und Luftverkehrs zunehmend an Bedeutung gewinnen wird.

Aus der DE 10 2004 063 205 B3 geht ein Fluggerät mit Rotoren hervor, welche sowohl in der Luft als auch am Boden zur Fortbewegung nutzbar sind.

Aus der DE 10 2008 038 872 A1 geht ein hybrides Luftfahrzeug mit Ringflügeln an Bug und Heck hervor.

Aus der DE 10 2016 007 054 A1 geht ein Strömungskonverter mit einem

Strömungsleitwerk hervor.

Aus der CN 103213466 A geht ein Reifen mit einer Radnabe und Radialspeichen hervor.

Aus der CN 104859392 A geht ein Hebeflugkörper hervor.

Aus der DE 10 2012 010 937 A1 geht ein Fluggerät mit einer Mehrzahl von

Antriebsrotoren hervor, die schwenkbar mit dem Rumpf verbunden sind und damit einen Senkrechtstart ermöglichen.

Aus der DE 10 2015 010 239 A1 geht ein Antrieb für Helikopter, ein Ergänzungsantrieb für Turbofan-Flugzeuge und ein direkter Radantrieb für bodengebundene Fahrzeuge hervor. Aus der WO 03/066351 A1 geht ein Scheibenrad für Fahrzeuge hervor, bei dem eine Mehrzahl profilierter Streben, die die Nabe mit einer Felge verbinden, dazu ausgebildet sind, den Anpressdruck der Reifen eines Fahrzeugs bei hohen Geschwindigkeiten zu erhöhen.

Aus der DE 42 35 815 C2 geht ein Flugzeugfahrwerk hervor, bei dem für die Steuerung, Antriebs- und Kühlfunktion der Räder im Landebetrieb des Flugzeugs ein Lüfterrad vorgesehen ist.

Aus der US 621 ,195 vom 14. März 1899 geht das von Ferdinand Graf Zeppelin erfundene Luftschiff hervor. In einer Variante des Luftschiffs wird eine von mehreren in Reihe hintereinander angeordneten Luftschiffskörpern gebildete, kinematische

Gelenkkette beschrieben.

Aus der EP 0 313 925 B1 geht eine von Knoten und Stäben gebildete Faltstruktur hervor, bei der die Stäbe jeweils an ihren Enden mittels Drehgelenken an eine geradzahlige Anzahl von Knoten angelenkt sind. In einer entfalteten Stellung kann die Faltstruktur auf Rädern rollen.

Aufgabenstellung

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik besteht die Aufgabe der

Erfindung darin, eine neuen Radpropelleranordnung und ein neues Fahrzeug mit solchen Radpropelleranordnungen bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

Eine Radpropelleranordnung für den Antrieb von Fahrzeugen im Fahr-, Flug-,

Schwimm- oder Tauchbetrieb weist einen Radpropeller und ein Fahrwerk auf, welcher Radpropeller eine Rotationsachse, eine Rotationsebene, einen Ringflügel, eine Nabe, ein Triebwerk sowie eine Mehrzahl radialer, die Nabe mit dem Ringflügel verbindender Propellerblätter aufweist, an welchem Ringflügel ein Reifen ausgebildet ist, welches Fahrwerk eine Gelenkanordnung aufweist, und welches Fahrwerk über die

Gelenkanordnung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, in welcher ersten Position und zweiten Position die Rotationsebenen des

Radpropellers nicht parallel zueinander ausgerichtet sind, welche erste Position dazu vorgesehen ist, einen Bodenkontakt des Reifens zu ermöglichen, und welche zweite Position dazu vorgesehen ist, einen Schub für den Flug-, Schwimm- oder Tauchbetrieb zu ermöglichen, bei welchem Radpropeller der Ringflügel in einem senkrecht zu der Rotationsebene entlang der Rotationsachse geführten Schnitt ein für den Fährbetrieb geeignetes Profil mit einer Lauffläche des Reifens aufweist, während der Schrägschnitt des Ringflügels in der mit einem Neigungswinkel gegenüber der Rotationsebene geneigten Neigungsebene ein für den Flug-, Schwimm- oder Tauchbetrieb geeignetes, strömungsdynamisch wirksames asymmetrisches Flügelprofil mit einer der

Rotationsachse zugewandten Saugseite und einer äußeren Druckseite sowie mit einer kreisförmigen Druckpunktlinie aufweist.

Dem Reifen und der Felge eines Radpropellers werden aerodynamische Funktionen zugewiesen. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Propellers im Fahr- und Flugbetrieb, im Fahr- und Schwimmbetrieb oder im Fahr- und Tauchbetrieb eines jeweils von einer Mehrzahl von Radpropellern angetriebenen, Fahrzeugs verbessert. Der von den radialen Propellerblättern bewirkte Propellerschub und der damit einhergehenden Druckabfall in der Rotationsebene des rotierenden Propellers wird für die Anströmung des Ringflügels mit einem Konuswinkel genutzt, sodass aus der Auftriebskraft des Ringflügels eine tangentiale Antriebskraft und eine senkrecht zu der Rotationsebene des Radpropellers wirkende Traktionskraft ableitbar sind.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus den

Unteransprüchen hervor. Im Einzelnen hat die Erfindung zumindest einen Teil der folgenden Vorteile:

- Verbesserung des Wirkungsgrads eines Propellers mittels eines Ringflügels

- Nutzung eines Radpropellers als Rad für den Fährbetrieb und als Propeller für den Flug-, Schwimm- oder Tauchbetrieb eines Fahrzeugs

- Nutzung des Druckabfalls in der Rotationsebene des Radpropellers für eine

konvergente Anströmung des Ringflügels mit einem Konuswinkel

- Bereitstellung eines Drehmoments an der Welle des Radpropellers als eine aus der Auftriebskraft des Ringflügels resultierende Kraft

- Bereitstellung einer senkrecht zu der Rotationsebene wirkenden Traktionskraft als eine aus der Auftriebskraft des Ringflügels resultierende Kraft

- Variante eines Ringflügels mit einer Lauffläche aus Gummi, Kunststoff oder Metall

- Variante eines Ringflügels mit einem Felgenprofil für einen Vollgummireifen oder für einen Luftreifen - Variante mit einem Elektroantriebs für Wasser-, Luft- und Tauchfahrzeuge

- Vorsehen hybrider Fahrzeuge für den Flug-, Fahr, Schwimm- und Tauchbetrieb

- Ersatz eines herkömmlichen Fahrwerks für Flugzeuge durch die Radpropeller

- Verwendung eines Radpropellers als Tandempropeller für das Fahrwerk eines

Flugzeugs

- Vermeidung der Wirbelbildung und Wirbelablösung an den Blattspitzen der radialen Propellerblätter

- Nutzung eines Radpropellers mit einer hohen Laufruhe aufgrund der zweifachen Lagerung der radialen Propellerblätter an der Nabe und an dem Ringflügel

- Reduktion der Verletzungsgefahr, die von den rotierenden Propellerblättern ausgeht, durch den umgebenden Ringflügel

- Nutzung eines Fahrzeugs mit einer Faltstruktur, das im Fahr- und Rangierbetrieb auf den Radpropellern rollt

- Vorsehen einer linearen Faltstruktur für Flugzeuge mit mindestens einem Rumpf und mindestens einer Tragfläche

- Nutzung einer in zwei Richtungen erweiterbaren Faltstruktur für Flugzeuge, die aus einer Mehrzahl von Tragflächen, Knotenkörpern und Radpropellern besteht

- Nutzung der Kinematik einer Faltstruktur für den Flug-, Fahr- und Schwimmbetrieb eines von Radpropellern angetriebenen Fahrzeugs

- Verwirklichung eines fahr- und faltbaren Wasserflugzeugs als Feuerlöschflugzeug mit Turboprop-Triebwerken für die Radpropeller

- Nutzung der Kinematik einer Faltstruktur für die Aufnahme und den Abbau

aerodynamischer und hydrodynamischer Belastungen eines Flugzeugs bzw. eines Wasserflugzeugs

- Nutzung der Faltstruktur für die Ausrichtung der Tragflächen eines Solarflugzeugs zur Sonne mittels der Radpropeller

- Nutzung der Faltstruktur für unterschiedliche energiesparende Flugformationen, wie einer V-Formation oder einer Stufen-Formation

- Nutzung der Faltstruktur bei Start und Landung eines Flugzeugs

Übergreifende Beschreibung

Der Radpropeller im Fährbetrieb Der Querschnitt des Ringflügels senkrecht zu der Rotationsebene entlang der

Rotationsachse weist einen für den Fährbetrieb des Radpropellers vorgesehenen Reifen mit der Lauffläche auf. Der Reifen wird entweder von dem äußeren Umfang des Ringflügels selbst oder von einem mit einem Felgenprofil des Ringflügels verbundenen Vollgummi- oder Luftreifen gebildet. An einem schlauchlosen Luftreifen ist zwischen dem inneren und dem äußeren Felgenhorn eines Felgenprofils aus Metall oder

Kunststoff und dem Reifenwulst des Luftreifens eine luftdichte Verbindung vorgesehen, wobei der Luftreifen, die Flügelnase und das Felgenprofil den restlichen Teil des asymmetrischen Flügelprofils einschließlich der Flügelhinterkante bilden. Im Falle eines von einem aufblasbaren Schlauch gestützten Luftreifens wird der Schlauch für den Fährbetrieb aufgeblasen, sodass die Lauffläche des Luftreifens eine konvexe Form annimmt. Im Flugbetrieb ist der Luftreifen bevorzugt zusammen mit dem Schlauch in der konkaven Außenseite des Felgenprofils verstaut, sodass die konkave Druckseite des asymmetrischen Flügelprofils von der Lauffläche des Luftreifens gebildet wird. Besonders vorteilhaft ist die kraftschlüssige Verbindung eines Felgenprofils aus Metall oder Kunststoff mit einem Vollgummireifen, wobei die Saugseite des asymmetrischen Flügelprofils von dem Felgenprofil und die Druckseite von der Lauffläche des

Vollgummireifens gebildet wird. Die Lauffläche des Reifens hat ein Reifenprofil, das entweder von Rillen oder von Stollen der Lauffläche gebildet wird, welche jeweils parallel zu dem Neigungswinkel der Neigungsebene verlaufen. Die Lauffläche eines Vollgummireifens oder eines Luftreifens ist dazu ausgebildet, den fahrdynamischen Belastungen standzuhalten und Antriebs- und Bremskräfte auf die Fahrbahn zu übertragen. Im Fährbetrieb wird der Radpropeller als Rad genutzt, das in einer

Gelenkanordnung mittels eines Fahrwerks mit einem Federbein an das Fahrzeugs angelenkt ist. Für die Aufnahme hoher Belastungen bei Start und Landung kann der Radpropeller auch als Tandem-Propeller ausgebildet werden, wobei die Drehrichtung der beiden parallel zueinander angeordneten Propellerscheiben im Fährbetrieb gleichsinnig ist und im Flugbetrieb des Fahrzeugs gegensinnig sein kann. Die Drehung eines Radpropellers vom Fahr- in den Flugbetrieb und umgekehrt erfolgt in einer Drehachse der Gelenkanordnung, die bevorzugt parallel zu der Längs-, Quer- oder Hochachse ausgerichtet ist. Die Gelenkanordnung einer kardanischen Aufhängung des Fahrwerks ermöglicht es, die Rotationsebene des Radpropellers im Flugbetrieb des Fahrzeugs in jede beliebige Stellung zwischen der Längs-, Quer- und Hochachse des Fahrzeugs zu drehen. Bei der Geradeausfahrt ist die Rotationsebene des Radpropellers parallel zu der von der Längs- und der Hochachse definierten Ebene ausgerichtet. Im Fährbetrieb wird das Fahrzeug mit einem Lenkeinschlag der Radpropeller gegenüber der Längsachse gelenkt. Im Flugbetrieb des Fahrzeugs nimmt die Rotationsebene des Radpropellers entweder eine stehende, zu der Quer- und der Hochachse parallele, oder eine liegende, zu der Längs- und der Querachse parallele Stellung ein. Ein Drehstrom- Synchron-Motor, der bevorzugt elektrisch ist und weiter bevorzugt als ein

Radnabenmotor mit einer Generatorfunktion ausgebildet ist, kann im Fährbetrieb des Fahrzeugs beim Bremsen die kinetische Energie in elektrische Energie wandeln, wobei der Reifen des Radpropellers im Fährbetrieb die Antriebskraft des Radnabenmotors und die Bremskraft auf die Fahrbahn überträgt.

Der Radpropeller im Flugbetrieb

Der Schrägschnitt des Ringflügels entlang der mit einem Neigungswinkel gegenüber der Rotationsebene geneigten Neigungsebene weist das für den Flugbetrieb des Radpropellers vorgesehene, aerodynamisch wirksame asymmetrische Flügelprofil mit einer der Rotationsachse zugewandten Saugseite und einer äußeren Druckseite sowie mit einer kreisförmigen Druckpunktlinie und bevorzugt mit einer sich von der Flügelnase bis zu der Flügelhinterkante erstreckenden und bevorzugt parallel zu der

Rotationsachse ausgerichteten Profilsehne auf. Im Flug-, Schwimm- oder Tauchbetrieb eines Fahrzeugs wird der Ringflügel von einer resultierenden Anströmung angeströmt, die sich aus der von dem Schub der radialen Propellerblätter induzierten

Strömungsgeschwindigkeit des jeweiligen Fluids und ggf. auch aus der

Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs, aus der Umlaufgeschwindigkeit des Ringflügels sowie aus dem Konuswinkel zusammensetzt. Die Beschleunigung des Fluids mittels der radialen Propellerblätter induziert in der Rotationsebene einen abrupten Druckabfall und eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit, sodass der Ringflügel über seinen gesamten Umfang mit einem Konuswinkel angeströmt wird. Dementsprechend liegt die Saugseite des asymmetrischen Flügelprofils auf der Innenseite des Ringflügels, wobei die Profilsehne des asymmetrischen Flügelprofils entweder parallel zu der

Rotationsachse ausgerichtet ist oder in Fahrtrichtung ein Gefälle hat, das in der

Neigungsebene dem Betrag des Konuswinkels entspricht. Aus dem an der Innenseite über den gesamten Umfang des Ringflügels wirkenden Auftriebskraft resultiert eine in Drehrichtung und in Fahrtrichtung geneigte Vortriebskraft. Diese Vortriebskraft ist in eine tangentiale Antriebskraft und in eine in Fahrtrichtung wirkende Traktionskraft aufteilbar. Unabhängig von dem jeweiligen Fluid, Luft oder Wasser, benötigt der Radpropeller bei einer vorgegebenen Drehzahl eine geringere Antriebsleistung als ein herkömmlicher Propeller. Die Antriebsleistung des Radpropellers kann um bis zu 20% reduziert werden. Der Anstellwinkel der radialen Propellerblätter gegenüber der

Rotationsebene kann entlang einer radialen Drehachse variiert werden, sodass die Wirksamkeit des Radpropellers an unterschiedliche Fahrtgeschwindigkeiten angepasst werden kann und der Radpropeller im Flugbetrieb oder im Schwimmbetrieb des

Fahrzeugs als Verstellpropeller arbeitet. Eine Vielzahl von Propellerblättern, die die Nabe mit dem Ringflügel verbinden, wird als Fan bezeichnet. Bei hohen Drehzahlen überträgt der Fan sehr viel Energie auf das Fluid. Der Neigungswinkel der einzelnen Propellerblätter, deren Vorderkanten bevorzugt mit der Flügelnase des asymmetrischen Flügelprofils verbunden sind, gibt in der Neigungsebene den Winkel für die diagonale Überströmung des Ringflügels vor. Im Flugbetrieb des Fahrzeugs hat die

Rotationsebene des Radpropellers entweder eine stehende, bevorzugt zu der Quer- und der Hochachse parallele Ebene oder eine liegende, bevorzugt zu der Längs- und der Querachse parallele Ebene oder kann in jede beliebige Stellung zwischen den von jeweils zwei der Achsen aufgespannten Ebenen gedreht werden. Für den Flugbetrieb ist das asymmetrische Flügelprofil des Ringflügels für unterschiedliche

Schnelllaufzahlen innerhalb eines Geschwindigkeitsbands ausgelegt und wird in der Neigungsebene im Bereich des gewählten Geschwindigkeitsbands laminar umströmt. Bei Über- oder Unterschreitung einer minimalen bzw. maximalen Schnelllaufzahl reißt die resultierende Anströmung an dem asymmetrischen Flügelprofil ab.

Fahrzeuge

Unter dem Oberbegriff Fahrzeuge sind im Rahmen der Erfindung Luftfahrzeuge und Amphibienfahrzeuge zusammengefasst, die als Luftfahrzeuge an Land und in der Luft und als Amphibienfahrzeuge an Land und im Wasser jeweils von mehreren

Radpropellern angetrieben werden. Die Luftfahrzeuge betreffen insbesondere

Flugdrohnen, Multicopter, Flugzeuge, Solarflugzeuge, faltbare Flugzeuge und

Wasserflugzeuge sowie Hybridluftschiffe. Die Amphibienfahrzeuge betreffen

insbesondere landgängige Wasserflugzeuge, Feuerlöschflugzeuge, sowie

Schwimmwagen und Tauchfahrzeuge. An einem Luftschiff oder an einem hybriden Luftschiff ist eine Mehrzahl von Radpropellern mit einem Abstand zu dem

Luftschiffskörper angeordnet, die mittels einer in alle Richtungen drehbaren Aufhängung den Antrieb und die Steuerung des Luftschiffs übernehmen. An einem Multicopter sind mindestens zwei Radpropeller in einer Gelenkanordnung des Fahrwerks mit

mindestens einer Drehachse an einen für den Transport von Personen und/oder Gütern ausgebildeten Rumpf angelenkt. Der Rumpf weist entweder ein von einer

Fachwerkkonstruktion gebildetes Fahrgestell mit einer Hülle oder eine von Längs- und Querrippen gebildete Schalenkonstruktion mit einer schubsteif ausfachenden Hülle auf. Die Reifen der Ringflügel stehen im Fährbetrieb auf einer Fahrbahn auf und können für den Flugbetrieb mittels eines Auslegers mit einem Drehwinkel von 90-120 Grad in einer zu der Längs-, Quer- oder Hochachse parallelen Drehachse gegenüber dem Rumpf verschwenkt werden, sodass die Radpropeller im Flugbetrieb eine liegende Stellung gegenüber der Erdoberfläche einnehmen. In der Startphase tragen sämtliche

Radpropeller mit dem von den radialen Propellerblättern bewirkten Schub und mit der von den Ringflügeln generierten Traktionskraft zu dem Abheben des Multicopters bei. Vor dem Start wird der Rumpf in einer Parkstellung des Fahrzeugs zur Vorbereitung des Flugbetriebs mittels eines Ständers oder eines aufblasbaren Kissens aufgebockt.

Im Flugbetrieb kann der Multicopter um die Längsachse, um die Querachse und um die Hochachse des Fahrzeugs gedreht werden, wobei die Steuerung jeweils über die Drehzahl der Radpropeller erfolgt. Der Multicopter kann als Drohne autonom fahren und fliegen oder wird pilotiert gesteuert. An einem Flugzeug ist mindestens ein Rumpf starr mit mindestens einer Tragfläche verbunden. An einem viermotorigen Flugzeug z.B. sind zwei der Radpropeller jeweils über die Gelenkanordnung der Fahrwerke mit der

Tragfläche verbunden und können bei Start und Landung um 90 Grad gedreht werden, um ein herkömmliches Fahrwerk zu ersetzen, während zwei weitere Propeller mit den Enden der Tragflächen verbunden sind und bei Start und Landung für den nötigen Schub sorgen. Ein Radpropeller mit einem Turboprop-Antrieb hat einen großen

Durchmesser, sodass das Triebwerk bevorzugt unterhalb der Tragfläche angeordnet ist. Bei einem batteriebetriebenen Flugzeug, dessen Flugleistungen mit denen eines

Learjets vergleichbar sind, weist der Radpropeller eine Vielzahl von radialen

Propellerblättern auf, die einen Fan bilden, der bevorzugt vor der Tragfläche angeordnet ist, sodass in der Startphase des Flugzeugs die von dem Fan bewirkte Luftströmung an den Tragflächen eine Auftriebskraft erzeugt. An einem Wasserflugzeug ist die

Tragfläche starr mit einem als Schwimmkörper ausgebildeten Rumpf verbunden. Das Triebwerk des Radpropellers besteht entweder aus einem Radnabenmotor oder, wie im Falle eines Feuerlöschflugzeugs, aus einem thermodynamischen Turboprop-Triebwerk. Faltstrukturen für Fahrzeuge

Im Rahmen der Ausführungsformen der Erfindung sind Faltstrukturen für Fahrzeuge vorgesehen, die für den Fährbetrieb zusammengefaltet werden können, um ein

Fahrzeug als kompaktes Bündel aus stabförmigen Elementen mittels der Radpropeller rangieren und parken zu können. Bei einer linearen Faltstruktur für ein Flugzeug wird die Tragfläche gefaltet und ist mittels einer Mehrzahl von parallel zu der Längsachse angeordneten Faltgelenken mit Drehachsen in einzelne Tragflächenabschnitte untergliedert und mit dem Rumpf derart verbunden, dass die einzelnen

Tragflächenabschnitte für den Flugbetrieb des Flugzeugs entfaltet werden und eine zusammenhängende, starr mit dem Rumpf verbundene Tragfläche bilden, wobei die Faltgelenke für den Flugbetrieb arretiert sind. An einem linear faltbaren Wasserflugzeug sind eine Mehrzahl von Tragflächenabschnitten jeweils an ihren Enden mittels

Faltgelenken mit Drehachsen an eine Mehrzahl von Schwimmkörpern angelenkt und bilden eine Faltstruktur. Im Fährbetrieb kann das Wasserflugzeug sowohl in einer gefalteten als auch in einer entfalteten Betriebsstellung auf den Reifen der Ringflügel rollen. Im Flug- und Schwimmbetrieb ist das Wasserflugzeug entfaltet. Eine räumliche, in zwei Richtungen erweiterbare Faltstruktur für ein Flugzeug besteht aus einer beliebig vergrößerbaren, geraden Anzahl von Knotenkörpern und aus einer Mehrzahl von diagonal zu der Längsachse des Flugzeugs angeordneten Tragflächen, die jeweils in den Drehachsen der Faltgelenke an die Knotenkörper angelenkt sind. Besonders vorteilhaft ist eine Faltstruktur mit einer geradzahligen Anzahl von Knotenkörpern, bei der die Tragflächen und die Knotenkörper untereinander jeweils eine Vielzahl von Quadraten, Rauten oder Rechtecken bilden. Die Tragflächen sind mit Drehgelenken an die Knotenkörper angelenkt, wobei die Kinematik eines Faltgelenks variiert werden kann, sodass es im Faltbetrieb frei beweglich und im Flugbetrieb eingeschränkt beweglich ist. Ist die Drehung in der Drehachse des Faltgelenks mit einem Widerstand verbunden, kann der für die Verformung notwendige Energieaufwand für den Abbau aerodynamischer Belastung genutzt werden. Eine entsprechende Verformungsarbeit kann von einem pneumatischen oder hydraulischen System, das mit dem Faltgelenk gekoppelt ist, geleistet werden. Die Kinematik der Faltstruktur kann dadurch erweitert werden, dass zwei sich an einem Knotenkörper durchdringende Gelenkketten aus Tragflächen und Knotenkörpern um die Hochachse gegeneinander verdreht werden können, wobei sich aus den Quadraten Rauten bilden. Dieser zusätzliche Freiheitsgrad einer Faltstruktur ermöglicht auch die Ausbildung einachsig und zweiachsig gekrümmter Strukturformen des Faltwerks. Für den Flugbetrieb eines Flugzeugs ist jedoch eine eingeschränkte Kinematik der Faltstruktur von Vorteil, die es ermöglicht, dass alle Knotenkörper einer Faltstruktur jeweils in einer Ebene liegen, wobei äußere, dynamisch bewirkte Kräfte gleichmäßig auf sämtliche Faltgelenke einer Faltstruktur verteilt werden. Mögliche Anwendungen für ein Flugzeug mit einer räumlichen Faltstruktur sind von der Größe des jeweiligen Flugzeugs abhängig. Kleinere Faltstrukturen können als Drohnen fliegen. Tragflächen, die mit Photovoltaik-Zellen (PV-Zellen) bestückt sind, bilden einen großflächigen Nurflügler, der sehr lange in der Luft bleiben kann. Tragflächen mit einer Profildicke größer 2 m können ggf. als Kabine für Flugpassagiere ausgebildet werden, wobei die modulare Bauweise einer Faltstruktur an unterschiedliche Passagierzahlen angepasst werden kann. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante kann das Faltflugzeug senkrecht starten und landen und ist damit nicht notwendigerweise auf eine Start- und Landebahn angewiesen. Andererseits können erheblich größere Lasten mit einem Flugzeug, das von einer Startbahn aus startet und den aerodynamischen Auftrieb der Tragflächen nutzt, in die Luft gebracht werden. Hier können die

Radpropeller beim Start sukzessive vom Fahr- in den Flugmodus übergehen, wobei die Faltung der Faltstruktur mit Flügelklappen gesteuert wird. Im Falle eines Solarflugzeugs sind die Tragflächen vollflächig (bevorzugt mehr als 50 % der Fläche) mit PV-Zellen bestückt. Im Fährbetrieb ist die Faltstruktur entfaltet, sodass das Flugzeug auf den Reifen der Radpropeller rollen und mit einem synchron gesteuerten Lenkeinschlag der Radpropeller gelenkt werden kann. Im Flugbetrieb ist die Faltstruktur entfaltet und kann aerodynamische Belastungen z.B. aus Turbulenzen durch fortwährende Verformung der Faltstruktur aufnehmen und abtragen. Ein in zwei Richtungen erweiterbares

Faltflugzeug kann deshalb besonders leicht ausgebildet werden. Das Solarflugzeug kann mittels Flügelklappen der Tragflächen so gesteuert werden, dass die PV-Zellen zur Sonne ausgerichtet sind. Bei Start und Landung eines räumlich faltbaren Flugzeugs wird die Faltstruktur mittels der Flügelklappen der Reihe nach quer zu der Längsachse des Flugzeugs gefaltet, wobei beim Start sämtliche Radpropeller parallel zu der

Längsachse ausgerichtet sind und diejenigen Radpropeller, die als Erste den

Bodenkontakt verlieren, durch eine Drehung um die Drehachse der Gelenkanordnung für den Flugbetrieb parallel zu der Querachse des Flugzeugs ausgerichtet werden, um das Flugzeug im Flugbetrieb anzutreiben. Bei der Landung werden diejenigen

Radpropeller, die als Erste Bodenkontakt haben und vom Flugbetrieb in den Fährbetrieb wechseln, mittels der Gelenkanordnungen des Fahrwerks wieder in eine zu der in Flugrichtung ausgerichteten Längsachse parallele Stellung gedreht. Ein räumlich faltbares Wasserflugzeug weist eine Faltstruktur auf, bei der eine Mehrzahl von jeweils diagonal zu der Längsachse des Wasserflugzeugs angeordneten Tragflächen jeweils in den Drehachsen der Faltgelenke an eine Mehrzahl von Schwimmkörpern angelenkt sind. Im Ruhezustand ist das Wasserflugzeug gefaltet und steht auf den Reifen der Ringflügel. Sowohl in einer gefalteten als auch in einer entfalteten Betriebsstellung der Faltstruktur kann das Wasserflugzeug auf den Reifen der Ringflügel parallel zu der Querachse rollen. Für den Flug- und Schwimmbetrieb ist eine entfaltete

Betriebsstellung der Faltstruktur vorgesehen. Ein von Turboprop-Triebwerken der Radpropeller angetriebenes Wasserflugzeug ist bevorzugt als Feuerlöschflugzeug ausgebildet, das eine der Anzahl der Schwimmkörper entsprechende große

Wassermenge aufnehmen kann. Ein Flugzeug mit einer räumlichen Faltstruktur kann durch den Zusammenschluss einer Vielzahl einzelner Flugdrohnen gebildet werden. Dabei besteht eine einzelne Flugdrohne jeweils aus vier Tragflächen mit Flügelklappen und aus einer Mehrzahl jeweils mittels eines Federbeins des Fahrwerks in einer Gelenkanordnung an einen Rumpf angelenkter Radpropeller. Die Tragflächen kreuzen sich in zwei vertikal voneinander beabstandeten Ebenen und sind diagonal zu der Flugrichtung angeordnet. Eine Vielzahl einzelner Flugdrohnen kann als ein

zusammenhängendes Flugzeug gemeinsam fliegen, indem jeweils die äußeren Enden der Tragflächen einander benachbarter Flugdrohnen temporär untereinander verbunden sind, sodass sich die einzelnen Flugdrohnen am Zielort voneinander trennen können, um unterschiedliche Destinationen anzufliegen oder anzufahren.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung

verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es zeigt:

Fig. 1 ein Fahrzeug als Multicopter mit drei Radpropellern mit Querschnitten des Ringflügels für den Fahr- und Flugbetrieb in der perspektivischen Übersicht Fig. 2 den Multicopter nach Fig. 1 im Flugbetrieb in der perspektivischen Übersicht

Fig. 3 den Multicopter nach Fig. 1 im Fährbetrieb in der perspektivischen Übersicht

Fig. 4 ein Propellerrad des Multicopters nach Fig. 1 -3 mit Darstellung des Reifens für den Fährbetrieb und mit Darstellung der aerodynamisch bewirkten Kräfte an dem asymmetrischen Flügelprofil in der perspektivischen Übersicht und in Detailschnitten des Ringflügels

Fig. 5 ein Fahrzeug als Multicopter mit vier Radpropellern mit Querschnitten des Ringflügels für den Fahr- und Flugbetrieb in der perspektivischen Übersicht

Fig. 6 den Multicopter nach Fig. 5 im Flugbetrieb in der perspektivischen Übersicht

Fig. 7 den Multicopter nach Fig. 5 im Fährbetrieb in der perspektivischen Übersicht

Fig. 8 ein Fahrzeug als Multicopter mit Zentralgelenk und vier Radpropellern mit Querschnitten des Ringflügels für den Fahr- und Flugbetrieb in der perspektivischen Übersicht

Fig. 9 den Multicopter nach Fig. 8 im Flugbetrieb in der perspektivischen Übersicht

Fig. 10 den Multicopter nach Fig. 8-9 im Fährbetrieb in der perspektivischen Übersicht

Fig. 11 ein Fahrzeug als faltbares Flugzeug mit vier Radpropellern und mit vier

Tragflächen im Flugbetrieb in der perspektivischen Übersicht

Fig. 12 das faltbare Flugzeug nach Fig. 11 im Fährbetrieb in der perspektivischen

Übersicht

Fig. 13 einen Radpropeller des Fahrzeugs nach Fig. 11 -12 mit Darstellung des Ringflügels jeweils im Querschnitt, für den Flugbetrieb oben und für den Fährbetrieb unten

Fig. 14 ein Fahrzeug als Flugzeug mit vier Radpropellern im Flugbetrieb in der perspektivischen Übersicht

Fig. 15 das Flugzeug nach Fig. 14 im Fährbetrieb bei Start und Landung in der perspektivischen Übersicht

Fig. 16 einen Radpropeller des Flugzeugs nach Fig. 14-15 mit Darstellung der aerodynamisch bewirkten Kräfte in der perspektivischen Übersicht und mit Darstellung der Schnitte durch den Ringflügel für den Flug- und Fährbetrieb

Fig. 17 ein Fahrzeug als Flugzeug mit sechs Radpropellern im Flugbetrieb in der perspektivischen Übersicht

Fig. 18 ein Fahrzeug als faltbares Wasserflugzeug mit sechs Radpropellern im

Flugbetrieb in der perspektivischen Übersicht

Fig. 19 das gefaltete Wasserflugzeug nach Fig. 18 in der perspektivischen Übersicht Fig. 20 einen Radpropeller des Flugzeugs nach Fig. 18-19 in der perspektivischen Übersicht mit Darstellung der aerodynamischen Kräfte am Ringflügel und mit

Darstellung der Schnitte für den Flug- und Fährbetrieb

Fig. 21 ein Fahrzeug als senkrecht startendes Flugzeug mit einer in zwei Richtungen erweiterbaren Faltstruktur in der perspektivischen Übersicht

Fig. 22 einen Knotenkörper der Faltstruktur des Flugzeugs nach Fig. 21 in der perspektivischen Übersicht

Fig. 23 ein von vier Tragflächen gebildetes Modul des Flugzeugs nach Fig. 21 -22 in der perspektivischen Übersicht

Fig. 24 einen alternativen Knotenkörper der Faltstruktur des Flugzeugs nach Fig. 21-23 in der perspektivischen Übersicht

Fig. 25 die Faltstruktur eines Flugzeugs im Startbetrieb in der perspektivischen

Übersicht

Fig. 26 den Flugbetrieb des Flugzeugs nach Fig. 25 in voller Entfaltung in der perspektivischen Übersicht

Fig. 27 den Flugbetrieb des Flugzeugs nach Fig. 25-26 in einer V-Formation in der perspektivischen Übersicht

Fig. 28 den Flugbetrieb des Flugzeugs nach Fig. 25-27 in einer Stufenformation in der perspektivischen Übersicht

Fig. 29 die Stufenformation des Flugbetriebs des Flugzeugs nach Fig. 28 in einer Frontalansicht

Fig. 30 den Knotenkörper der Faltstruktur für ein Flugzeug mit einem Radpropeller nach Fig. 24-29 in der perspektivischen Übersicht

Fig. 31 ein Fahrzeug als Wasserflugzeug mit einer Faltstruktur in der perspektivischen Untersicht des Flugbetriebs

Fig. 32 das Wasserflugzeug nach Fig. 31 in einem gefalteten Zustand des Fährbetriebs in der perspektivischen Ansicht

Fig. 33 ein Fahrzeug als hybrides Luftschiff in der perspektivischen Ansicht des

Flugbetriebs

Fig. 34 das hybride Luftschiff nach Fig. 33 in einem schematischen Querschnitt des Fährbetriebs

Fig. 35 ein Tauchfahrzeug in der perspektivischen Ansicht des Tauchbetriebs

Fig. 36 das Tauchfahrzeug nach Fig. 35 in der perspektivischen Ansicht des

Fährbetriebs Im Folgenden sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden üblicherweise nur einmal beschrieben. Die Beschreibung ist figurenübergreifend aufeinander aufbauend, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.

Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 2 für zwei Personen, das sowohl für einen Fährbetrieb im Straßenverkehr als auch für einen Flugbetrieb ausgelegt ist. Das Fahrzeug 2 ist als Multicopter ausgebildet und weist drei Radpropeller 1 auf. Im Fährbetrieb stehen die drei Radpropeller 1 mit einem Reifen 10, der bei diesem Ausführungsbeispiel als Luftreifen 102 ausgebildet ist, auf einer Fahrbahn auf. Die drei Radpropeller 1 sind jeweils über das Fahrwerk 16 mit einem Ausleger 160, der als Federbein 161

ausgebildet ist, in dem Gelenk 20 mit der Drehachse d an den Rumpf 21 des Fahrzeugs 2 angelenkt. Für den Flugbetrieb werden die Radpropeller 1 in der Drehachse d mit einem Drehwinkel d verschwenkt und arretiert und nehmen im Flugbetrieb eine liegende Stellung gegenüber der Fahrbahn ein. Der Radpropeller 1 besteht aus einer zentralen Nabe 14, die einen Radnabenmotor 150 aufnimmt, aus vier radialen Propellerblättern 12, die die Nabe 14 mit dem Ringflügel 11 verbinden sowie aus einem Reifen 10, der den äußeren Umfang des Ringflügels 11 definiert. In einem Querschnitt senkrecht zu der Rotationsebene R weist der Ringflügel 11 das für den Fährbetrieb vorgesehene Felgenprofil 110 für den Luftreifen 102 auf, während der Querschnitt in einer mit einem Neigungswinkel ß gegenüber der Rotationsebene R geneigten Neigungsebene N das für den Flugbetrieb vorgesehene asymmetrische Flügelprofil 13 des Ringflügels 11 aufweist. Aus der von den radialen Propellerblättern 12 in der Rotationsebene R induzierten Strömungsgeschwindigkeit A und aus der Umlaufgeschwindigkeit B resultiert die Anströmung C, die in der Neigungsebene N das asymmetrische

Flügelprofil 13 mit dem Konuswinkel a derartig anströmt, dass über den gesamten inneren Umfang des Ringflügels 11 die Auftriebskraft D generiert wird, aus dem eine tangentiale Antriebskraft F und eine senkrecht zu der Rotationsebene R wirkende Traktionskraft G herleitbar sind.

Fig. 2 zeigt den Multicopter nach Fig. 1 im Flugbetrieb, bei dem die drei Radpropeller 1 jeweils über ein Fahrwerk 16 mit dem Ausleger 160 (vgl. Fig. 1 ) in der Drehachse d der Gelenkanordnung 20 mit einem Drehwinkel d für den Flugbetrieb ausgeklappt sind und eine liegende Stellung gegenüber der Erdoberfläche einnehmen. Über die Drehzahl der gegenläufig rotierenden Radpropeller 1 mit Drehrichtung T wird jeweils die Stabilität um die Achsen x,y,z hergestellt. Der Multicopter mit einem aerodynamisch gestalteten Rumpf 21 ist als fliegendes Fahrzeug 2 für zwei Personen ausgebildet.

Fig. 3 zeigt den Fährbetrieb des Fahrzeugs 2 nach Fig. 1 -2 mit einer stehenden

Anordnung der Radpropeller 1. Die als Federbeine 161 ausgebildeten Ausleger 160 des Fahrwerks 16 liegen im Fährbetrieb des Fahrzeugs 2 an dem Rumpf 21 an. Über die Gelenkanordnung 20 mit der Drehachse d ist das Fahrwerk 16 an das nicht näher bezeichnete Fahrgestell des Rumpfs 21 angelenkt.

Fig. 4 zeigt einen Radpropeller 1 des als Multicopter ausgebildeten Fahrzeugs 2 nach Fig. 1 -3 mit Darstellung des für den Fährbetrieb vorgesehenen Querschnittprofils des Ringflügels 11 senkrecht zu der Rotationsebene R und entlang der Rotationsachse t des Radpropellers 1 sowie mit Darstellung des für den Flugbetrieb erforderlichen asymmetrischen Flügelprofils 13 als Querschnitt des Ringflügels 11 in der mit dem Neigungswinkel ß gegenüber der Rotationsebene R geneigten Neigungsebene N. Der Ringflügel 11 ist zweiteilig oder mehrteilig ausgebildet und besteht aus einem Reifen 10 mit einer Lauffläche 100 und einem Felgenprofil 110. Der Reifen 10 ist als Luftreifen 102 ausgebildet und über ein äußeres und ein inneres Felgenhorn 111 luftdicht mit dem Felgenprofil 110 verbunden. Das asymmetrische Flügelprofil 13 weist eine von dem Luftreifen 102 gebildete Flügelnase n und eine von dem Felgenprofil 110 gebildete Flügelhinterkante e auf, die durch eine Profilsehne p untereinander verbunden sind. Der Radpropeller 1 weist vier entlang einer Drehachse d mit einem Anstellwinkel g gegenüber der Rotationsebene R verstellbare radiale Propellerblätter 13 auf, die die Nabe 14 mit dem Ringflügel 11 verbinden. Die resultierende Anströmung C des asymmetrischen Flügelprofils 13 setzt sich aus der in der Rotationsebene R von den radialen Propellerblättern 13 induzierten Strömungsgeschwindigkeit A, der

Umlaufgeschwindigkeit B und dem in der Neigungsebene N vorhandenen Konuswinkel a zusammen. Senkrecht zu der resultierenden Anströmung C erzeugt der Ringflügel 11 jeweils in der Neigungsebene N eine in Drehrichtung T und nach vorne geneigte

Auftriebskraft D, die sich in eine Vortriebskraft E und eine Sogkraft H aufteilt. Aus der Vortriebskraft E leitet sich die tangentiale Antriebskraft F und die Traktionskraft G ab. Der tangentialen Antriebskraft F wirkt der Rotationswiderstand K entgegen, während der Traktionskraft G der Schubwiderstand L entgegenwirkt.

Fig. 5 zeigt ein Fahrzeug 2, das als ein Multicopter mit vier Radpropellern 1 ausgebildet ist. Im Fährbetrieb haben zwei einander gegenüberliegende Radpropeller 1

Bodenkontakt und sind über den Ausleger 160 des Fahrwerks 16 an den

quaderförmigen Rumpf 21 des Multicopters angelenkt. Zwei weitere, einander gegenüberliegende Radpropeller 1 sind starr mit dem Rumpf 21 verbunden. Für die Einleitung des Flugbetriebs kann der Multicopter als Senkrechtstarter mit diesen

Radpropellern 1 abheben, sodass die beiden für den Fährbetrieb vorgesehenen

Radpropeller 1 jeweils durch eine Drehung um die Gelenkanordnung 20 in der

Drehachse d in eine horizontale Stellung gedreht werden können, sodass im

Flugbetrieb alle vier Radpropeller 1 genutzt werden können. Für den Fährbetrieb ist ein zweiteilig oder mehrteilig ausgebildeter Ringflügel 11 , der aus dem Felgenprofil 110 und dem elastisch verformbaren Vollgummireifen 101 aufgebaut ist und mittels der

Lauffläche 100 des Vollgummireifens 101 Kontakt zu einer Fahrbahn hat, vorgesehen. Im Flugbetrieb weist der Ringflügel 11 in der mit einem Neigungswinkel ß gegenüber der Rotationsebene R geneigten Neigungsebene N das asymmetrische Flügelprofil 13 auf, das in der Neigungsebene N von der resultierenden Anströmung C angeströmt wird. In der Rotationsebene R induzieren die radialen Propellerblätter 12 die

Strömungsgeschwindigkeit A und bewirken durch den abrupten Druckabfall in der Rotationsebene R den Konuswinkel a. Die resultierende Anströmung C setzt sich aus der Strömungsgeschwindigkeit A und aus der Umlaufgeschwindigkeit B zusammen und bewirkt über den gesamten Umfang des Ringflügels 11 an der kreisförmigen

Druckpunktlinie q die Auftriebskraft D. In der Neigungsebene N ist die resultierende Auftriebskraft D in Drehrichtung T geneigt und teilt sich in eine Vortriebskraft E und eine Sogkraft H auf. Aus der Vortriebskraft E leitet sich die tangentiale Antriebskraft F und die Traktionskraft G ab. Der tangentialen Antriebskraft F wirkt der Rotationswiderstand K entgegen, während der Traktionskraft G der Schubwiderstand L entgegenwirkt.

Fig. 6 zeigt den Flugbetrieb des Multicopters nach Fig. 5 mit vier jeweils mit

gegensinniger Drehrichtung T rotierenden Radpropellern 1. Die Stabilität um die Längs-, Quer- und Hochachse x,y,z des Multicopters wird im Flugbetrieb über die Drehzahl der Radpropeller 1 gesteuert. Fig. 7 zeigt den Multicopter nach Fig. 5-6 im Fährbetrieb. Die Stabilität um die Querachse y erfolgt über die Steuerung des Drehmoments der beiden für den

Fährbetrieb vorgesehenen Radpropeller 1 an der Rotationsachse t.

Fig. 8 zeigt ein Fahrzeug 2, das mit vier Radpropellern 1 und einer im Fährbetrieb koaxial zu der Flochachse z angeordneten Lenkachse als ein Multicopter ausgebildet ist. Im Fährbetrieb haben alle vier Radpropeller 1 über die Lauffläche 100 des Reifens 10 Bodenkontakt und sind jeweils über Ausleger 160 des Fahrwerks 16 an den zweiteiligen oder mehrteiligen Rumpf 21 des Multicopters angelenkt. Für die Einleitung des Flugbetriebs wird das Fahrzeug 2 mittels nicht näher bezeichneter Ständer oder eines Luftkissens aufgebockt, sodass die vier Radpropeller 1 in die ebenfalls

dargestellte, für den Flugbetrieb vorgesehene liegende Position ausgeschwenkt werden können und der Multicopter als Senkrechtstarter abheben kann. Für den Fährbetrieb ist ein zweiteilig oder mehrteilig ausgebildeter Ringflügel 11 , der aus dem Felgenprofil 110 und einem von einem aufblasbaren Schlauch 104 gestützten Luftreifen 102 gebildet wird, vorgesehen. Der Luftreifen 102 hat eine konvexe Lauffläche 100, die im

Fährbetrieb von dem aufgeblasenen Schlauch 104 gestützt wird. Im Flugbetrieb bildet der Luftreifen 102 die konkave Druckseite des Ringflügels 11 , wobei der luftleere

Schlauch 104 und der Reifen 10 in eine konkave Vertiefung des Felgenprofils 110 eingepasst sind. Die aerodynamische Wirkung des Radpropellers 1 einschließlich der vektoriellen Darstellung der aerodynamisch bewirkten Kräfte A-L entspricht dem in Fig.

5 ausführlich erläuterten Ausführungsbeispiel.

Fig. 9 zeigt den Flugbetrieb des Multicopters nach Fig. 8 mit vier jeweils mit

gegensinniger Drehrichtung T rotierenden Radpropellern 1. Die Stabilität um die Längs-, Quer- und Hochachse x,y,z des Multicopters wird im Flug über die Drehzahl der

Radpropeller 1 gesteuert.

Fig. 10 zeigt den Multicopter nach Fig. 8-9 mit einem zweiteiligen oder mehrteiligen Rumpf 21 , bei dem die Hochachse z die Lenkachse des Fahrzeugs 2 bildet.

Fig. 11 zeigt ein Fahrzeug 2 als Flugzeug mit einer linearen Faltstruktur 23 im

Flugbetrieb. Das faltbare Flugzeug ist im Fährbetrieb als Portalhubwagen für einen ISO- Container ausgebildet und wird von vier Radpropellern 1 und vier Tragflächen 22 in der Luft gehalten. Vor dem Start des Flugbetriebs wird der Rumpf 21 aufgebockt damit die Tragflächen 22 und die Radpropeller 1 von einer vertikalen Stellung, wie in Fig. 12 gezeigt, jeweils in der Gelenkanordnung 20 mit der Drehachse d des Fahrwerks 16 in eine horizontale Stellung ausgeschwenkt werden können. Als ein faltbares Flugzeug kann der Portalhubwagen im Flugbetrieb abheben und ist für den Lufttransport eines ISO-Container ausgelegt.

Fig. 12 zeigt den Portalhubwagen nach Fig. 11 im Fährbetrieb, wo er die Funktion eines herkömmlichen Portalhubwagens übernimmt und ISO-Container bewegen und stapeln kann.

Fig. 13 zeigt einen Radpropeller 1 des Portalhubwagens nach Fig. 11 -12 in einer perspektivischen Übersicht mit vektorieller Darstellung der von dem Ringflügel 11 bewirkten Luftkräfte und mit einer Schnittdarstellung des für den Fährbetrieb

vorgesehenen Vollgummireifens 101 mit der Lauffläche 100 am unteren Blattrand und mit einer Schnittdarstellung des für den Flugbetrieb vorgesehenen asymmetrischen Flügelprofils 13 des Ringflügels 11 am oberen Blattrand. Der Radpropeller 1 hat eine Rotationsebene R und wird in der mit einem Neigungswinkel ß gegenüber der

Rotationsebene R geneigten Neigungsebene N von der aus der vektoriellen Addition der Strömungsgeschwindigkeit A und der Umlaufgeschwindigkeit B und aus dem Konuswinkel a resultierenden Anströmung C angeströmt. An dem rotierenden

Radpropeller 1 bewirken die radialen Rotorblätter 12 in der Rotationsebene R einen abrupten Druckabfall, sodass die resultierende Anströmung C den Ringflügel 11 mit dem Konuswinkel a anströmt. In der Neigungsebene N ist die resultierende

Auftriebskraft D in Drehrichtung T geneigt und teilt sich in eine Vortriebskraft E und eine Sogkraft H auf. Aus der Vortriebskraft E leitet sich die tangentiale Antriebskraft F und die Traktionskraft G ab. Der tangentialen Antriebskraft F wirkt der Rotationswiderstand K entgegen, während der Traktionskraft G der Schubwiderstand L entgegenwirkt. Der Vollgummireifen 101 hat ein Reifenprofil, das parallel zu dem Neigungswinkel ß der Neigungsebene N verläuft.

Fig. 14 zeigt ein Fahrzeug 2, das als ein unbemanntes Flugzeug mit einem Rumpf 21 und einer Tragfläche 22 ausgebildet ist und im Flugbetrieb von vier Radpropellern 1 angetrieben wird. Zwei der Radpropeller 1 sind jeweils an den Enden der Tragfläche 22 angeordnet, während zwei weitere Radpropeller 1 jeweils mittels eines Fahrwerks 16 in einer Gelenkanordnung 20 mit der Drehachse d an die Tragfläche 22 angelenkt sind. Das von Radnabenmotoren 150 der Radpropeller 1 elektrisch angetriebene Flugzeug dient dem Transport von Gütern. Die beiden äußeren Radpropeller 1 können auch durch gewöhnliche Propeller ersetzt werden, da sie nicht für den Fährbetrieb verwendet werden müssen.

Fig. 15 zeigt das Flugzeug nach Fig. 14 im Fährbetrieb. Bei Start und Landung sind die beiden inneren Radpropeller 1 parallel zu der Längsachse x des Flugzeugs ausgerichtet und bilden ein Fahrwerk 16 jeweils mit einem Federbein 161 (vgl. Fig. 17), das durch ein nicht näher bezeichnetes Bugrad ergänzt wird. Gegenüber dem Flugbetrieb sind die beiden Radpropeller 1 in den Drehachsen d der Gelenkanordnung 20 um 90 Grad gedreht.

Fig. 16 zeigt einen Radpropeller 1 des Flugzeugs nach Fig. 14-15 in einer

perspektivischen Übersicht mit vektorieller Darstellung der von dem Ringflügel 11 bewirkten Luftkräfte und mit zwei Schnittdarstellungen des Luftreifens 102, der im Fährbetrieb von einem aufblasbaren Schlauch 104 gestützt wird, am unteren Blattrand und mit einer Schnittdarstellung des für den Flugbetrieb vorgesehenen asymmetrischen Flügelprofils 13 des Ringflügels 11 am oberen Blattrand. Im Flugbetrieb ist der Schlauch 104 in der konkaven Wölbung des von dem Felgenprofil 110 und dem Luftreifen 102 gebildeten Ringflügels 11 verstaut. Für den Fährbetrieb wird der Schlauch 104 aufgeblasen, sodass die Lauffläche 100 des Luftreifens 102 eine konvexe Form annimmt. Der Radpropeller 1 hat zwölf entlang einer Drehachse d mit einem

Anstellwinkel g gegenüber der Rotationsebene R verstellbare radiale Propellerblätter 13, die die Nabe 14 mit dem Ringflügel 11 verbinden. An dem rotierenden Radpropeller 1 bewirken die radialen Rotorblätter 12 in der Rotationsebene R einen abrupten

Druckabfall, sodass die resultierende Anströmung C den Ringflügel 11 mit dem

Konuswinkel a anströmt. Die resultierende Anströmung C strömt den Ringflügel 11 in der mit einem Neigungswinkel ß gegenüber der Rotationsebene R geneigten

Neigungsebene N an und setzt sich aus der von den radialen Propellerblättern 13 induzierten Strömungsgeschwindigkeit A, der Umlaufgeschwindigkeit B, der

Fluggeschwindigkeit M sowie aus dem Konuswinkel a zusammen. In der Neigungsebene N ist die resultierende Auftriebskraft D in Drehrichtung T geneigt und teilt sich in eine Vortriebskraft E und eine Sogkraft H auf. Aus der Vortriebskraft E leitet sich die tangentiale Antriebskraft F und die Traktionskraft G ab. Der tangentialen Antriebskraft F wirkt der Rotationswiderstand K entgegen, während der Traktionskraft G der Schubwiderstand L entgegenwirkt. Der Luftreifen 102 hat ein Reifenprofil, dessen Rillen im Flugbetrieb geschlossen sind bzw. bevorzugt zumindest im Flugbetrieb weiter geschlossen sind als im Fährbetrieb.

Fig. 17 zeigt das unbemannte Flugzeug nach Fig. 14 im Fährbetrieb bei Start und Landung, bei dem die beiden Radpropeller 1 des linken und des rechten Fahrwerks 16 jeweils ein Tandem bilden, das im Fährbetrieb mit gleichsinniger Drehrichtung T und im Flugbetrieb mit gegensinniger Drehrichtung T rotiert.

Fig. 18 zeigt ein Fahrzeug 2 als Wasserflugzeug mit einer linearen Faltstruktur 23, das zwei jeweils als Schwimmkörper 210 ausgebildete Rümpfe 21 und zwei Tragflächen 22 mit insgesamt sechs Radpropellern 1 aufweist. Drei Drehachsen d der Faltgelenke 230 gliedern jeweils eine Tragfläche 22 in vier Abschnitte. Im Flugbetrieb sind die

Faltgelenke 230 zwischen den Abschnitten der Tragflächen 22 versteift, sodass die beiden Tragflächen 22 starr mit den beiden Schwimmkörpern 210 verbunden sind.

Fig. 19 zeigt die Faltstruktur 23 des Wasserflugzeugs nach Fig. 18 in einer gefalteten Stellung. Der Fährbetrieb des Flugzeugs erfolgt auf den Laufflächen 100 der

Radpropeller 1 parallel zu der Querachse y des Fahrzeugs 2.

Fig. 20 zeigt einen Radpropeller 1 des Wasserflugzeugs nach Fig. 18-19 in einer perspektivischen Übersicht mit vektorieller Darstellung der von dem Ringflügel 11 bewirkten Luftkräfte und mit einer Schnittdarstellung des für den Fährbetrieb

vorgesehenen Vollgummireifens 101 mit der Lauffläche 100 am unteren Blattrand und mit einer Schnittdarstellung des für den Flugbetrieb vorgesehenen asymmetrischen Flügelprofils 13 des Ringflügels 11 am oberen Blattrand. Der Radpropeller 1 hat zwölf entlang einer Drehachse d mit einem Anstellwinkel g gegenüber der Rotationsebene R verstellbare radiale Propellerblätter 13, die die Nabe 14 mit dem Ringflügel 11 verbinden. An dem rotierenden Radpropeller 1 bewirken die radialen Rotorblätter 12 in der Rotationsebene R einen abrupten Druckabfall, sodass die resultierende Anströmung C den Ringflügel 11 mit dem Konuswinkel a anströmt. Der Ringflügel 11 wird in der mit einem Neigungswinkel ß gegenüber der Rotationsebene R geneigten Neigungsebene N von der resultierenden Anströmung C, die aus der

Strömungsgeschwindigkeit A, aus der Umlaufgeschwindigkeit B des Radpropellers 1 und aus der Fluggeschwindigkeit M sowie dem Konuswinkel a gebildet wird, derart angeströmt, dass die resultierende Auftriebskraft D in Drehrichtung T geneigt ist und sich in eine Vortriebskraft E und eine Sogkraft H teilt. Aus der Vortriebskraft E leitet sich die tangentiale Antriebskraft F und die Traktionskraft G ab. Der tangentialen

Antriebskraft F wirkt der Rotationswiderstand K entgegen, während der Traktionskraft G der Schubwiderstand L entgegenwirkt. Der Vollgummireifen 101 hat ein Reifenprofil, dessen Rillen oder Stollen parallel zu dem Neigungswinkel ß der Neigungsebene N gegenüber der Rotationsebene R ausgerichtet sind.

Fig. 21 zeigt ein Fahrzeug 2 als Solarflugzeug mit einer räumlichen Faltstruktur 23, bei der vierundzwanzig Tragflächen 22 jeweils an ihren Enden in den Drehachsen d der Faltgelenke 230 an sechzehn Knotenkörper angelenkt sind. Die Tragflächen 22 weisen Flügelklappen 220 auf und sind auf ihrer Oberseite vollflächig (bevorzugt mehr als 50 % der Fläche) mit PV-Zellen 221 belegt. In einer kreisringförmigen Öffnung eines

Knotenkörpers ist jeweils ein von einem Radnabenmotor 150 angetriebener

Radpropeller 1 kardanisch aufgehängt und nimmt für den Senkrechtstart des Flugzeugs eine liegende Stellung ein.

Fig. 22 zeigt einen Knotenkörper der Faltstruktur 23 des Solarflugzeugs nach Fig. 21 mit einer kardanischen Aufhängung des Radpropellers 1 an einer kreisringförmigen Gelenkanordnung 20 des Fahrwerks 16 an dem Knotenkörper der Faltstruktur 23. Gegenüber der in Fig. 20 dargestellten Startstellung nimmt der Radpropeller 1 für den Flugbetrieb eine um 90 Grad gedrehte Stellung ein. Im Flugbetrieb können die

Radpropeller 1 in der parallel zu der Querachse y des Flugzeugs ausgerichteten Drehachse d der Gelenkanordnung 20 um 90 Grad gedreht werden. Die kardanische Aufhängung des Radpropellers 1 in einer zu der in Fig. 20 dargestellten Flochachse z parallelen Drehachse d ermöglicht die Lenkung des Flugzeugs im Fährbetrieb.

Fig. 23 zeigt ein räumlich faltbares Modul des Solarflugzeugs nach Fig. 21-22 in der Startaufstellung für den Senkrechtstart. Das aus vier Tragflächen, vier Knotenkörpern und vier Radpropellern 1 bestehende Modul steht auf vier Federbeinen 161 , die jeweils mit der Nabe 14 eines Radpropellers 1 verbunden sind.

Fig. 24 zeigt einen Knotenkörper der Faltstruktur 23 des Solarflugzeugs nach Fig. 21 -23 mit einer alternativen, von einem Fahrwerk 16 mit einem Federbein 161 gebildeten Aufhängung des Radpropellers 1 an der Gelenkanordnung 20.

Fig. 25 zeigt ein Fahrzeug 2 als Flugzeug mit einer Falt-Formation der räumlichen Faltstruktur 23. Das Flugzeug besteht aus einer Mehrzahl von im Fahr- und Flugbetrieb diagonal zu der Längsachse x angeordneten Tragflächen 22 mit Flügelklappen 220 und aus einer Mehrzahl von Knotenkörpern mit Radpropellern 1. Die räumliche Faltstruktur 23 wird bei Start und Landung mittels der Flügelklappen 220 der Reihe nach parallel zu der Querachse y des Flugzeugs gefaltet. Beim Start sind die Radpropeller 1 parallel zu der Längsachse x ausgerichtet. Diejenigen Radpropeller 1 , die als Erste den

Bodenkontakt verlieren, werden für den Flugbetrieb durch eine Drehung um 90 Grad in der Drehachse d der Gelenkanordnung 20 parallel zu der Querachse y des Flugzeugs ausgerichtet und liefern im Flugbetrieb Schub. Bei der Landung werden diejenigen Radpropeller 1 , die als Erste Bodenkontakt haben, erneut um 90 Grad gedreht, um vom Flugbetrieb in den Fährbetrieb wechseln zu können. Die räumliche Faltstruktur 23 wird bei der Landung vom Heck zum Bug des Flugzeugs mittels der Flügelklappen 220 der Reihe nach parallel zu der Querachse y gefaltet, wobei die Radpropeller 1 erneut parallel zu der Längsachse x ausgerichtet werden.

Fig. 26 zeigt den Flugbetrieb des Flugzeugs nach Fig. 25 mit einer Falt-Formation, bei der vierundzwanzig Tragflächen 22 jeweils an ihren Enden in den Drehachsen d der Faltgelenke 230 an sechzehn Knotenkörper angelenkt sind und die räumliche

Faltstruktur 23 voll entfaltet ist, sodass die Tragflächen 22 und die Knotenkörper in einer Ebene liegen. Das Flugzeug wird von sechzehn jeweils unter den Knotenkörpern parallel zu der Querachse y angeordneten Radpropellern 1 angetrieben.

Fig. 27 zeigt den Flugbetrieb des Flugzeugs nach Fig. 25-26 mit einer V-förmigen Falt- Formation, die eine Stabilisierung des Flugzeugs um die Längsachse x bewirkt. Fig. 28 zeigt den Flugbetrieb des Flugzeugs nach Fig. 25-27 mit einer treppenförmigen Falt-Formation, bei die räumliche Faltstruktur 23 vom Bug im Vordergrund bis zum Fleck im Flintergrund einen treppenförmig ansteigenden Verlauf mit einer Steigung von zehn Grad aufweist, sodass, wie in Fig. 29 gezeigt, eine Tragfläche 22 nicht im Windschatten der in Flugrichtung jeweils folgenden Tragfläche 22 liegt.

Fig. 29 zeigt das Flugzeug nach Fig. 25-28 im Flugbetrieb mit der treppenförmigen Falt- Formation der räumlichen Faltstruktur 23 nach Fig. 28 in der bugseitigen Ansicht.

Fig. 30 zeigt einen Knotenkörper der räumlichen Faltstruktur 23 des Solarflugzeugs nach Fig. 25-29 mit einer von einem Fahrwerk 16 mit vier Federbeinen 161 gebildeten Aufhängung des Radpropellers 1 an einer Gelenkanordnung 20 des Knotenkörpers.

Fig. 31 zeigt ein Fahrzeug 2, das von zwölf Radpropellern 1 angetrieben wird, als Wasserflugzeug mit einer räumlichen Faltstruktur 23, bei der zwanzig Tragflächen 22 jeweils an ihren Enden in den Drehachsen d der Faltgelenke 230 an acht als

Schwimmkörper 210 ausgebildete Rümpfe 21 angelenkt sind, in einer perspektivischen Untersicht des Flugbetriebs. Verteilt auf die acht Schwimmkörper 210 kann das

Wasserflugzeug als Feuerlöschflugzeug zweihunderttausend Liter Wasser fassen und dient damit nicht nur der Brandbekämpfung sondern auch der Bewässerung

landwirtschaftlich genutzter Flächen im Fall von Dürreperioden. Da die räumliche Faltstruktur 23 in zwei Richtungen beliebig erweiterbar ist, kann mit einem Flug ein mehrere Quadratkilometer großes Gebiet beregnet werden.

Fig. 32 zeigt die räumliche Faltstruktur 23 des Wasserflugzeugs nach Fig. 31 in einer gefalteten Stellung für den Fahr- und Standbetrieb an Land in der perspektivischen Ansicht. In gefaltetem Zustand kann das Wasserflugzeug raumsparend in einem

Hangar untergebracht werden.

Fig. 33 zeigt ein Fahrzeug 2, das als ein hybrides Luftschiff ausgebildet ist, dessen düsenförmig ausgebildeter Schiffskörper, wie in Fig. 34 gezeigt, eine obere und einer untere Tragfläche 22 aufweist, in einer bugseitigen perspektivischen Darstellung des Flugbetriebs. Das Luftschiff wird von acht Radpropellern 1 jeweils mit einem

Radnabenmotor 150 angetrieben. Die dem Boden zugewandten vier Radpropeller 1 können für den Fährbetrieb des Luftschiffs jeweils in der Drehachse d der Gelenkanordnung 20 um neunzig Grad gedreht werden, sodass das Luftschiff wie ein Flugzeug starten und landen kann.

Fig. 34 zeigt den Fährbetrieb des hybriden Luftschiffs nach Fig. 33 in einem

Längsschnitt. Bug- und Heckseitig durchqueren Tragflächen 22 mit Flügelklappen 220 den röhrenförmigen Schiffskörper und können als Querruder eingesetzt werden, um den Steigflug im Startbetrieb einzuleiten.

Fig. 35 zeigt ein Fahrzeug 2, das als ein Tauchfahrzeug ausgebildet ist und im

Tauchbetrieb von vier Radpropellern 1 angetrieben wird. Der Rumpf 21 des

Tauchfahrzeugs hat eine transparente Hülle, die von zylindrischen und sphärischen Schalen jeweils aus Acrylglas gebildet wird, sodass bis zu acht Passagiere Aussicht auf Unterwasserwelten haben können. Der Schalenkörper des Rumpfs 21 wird durch vier Ringträger ausgesteift und ist mit einem äquatorialen ringförmigen Schwimmkörper 210 verbunden, der für die Tauchfahrt Ballastwasser aufnehmen kann. Die Radpropeller 1 sind jeweils mittels eines Auslegers 160 des Fahrwerks 16 in dem Drehgelenk d der Gelenkanordnung 20 an den Schwimmkörper 210 angelenkt.

Fig. 36 zeigt das Tauchfahrzeug nach Fig. 35 im Fährbetrieb an Land. Die Radpropeller 1 werden von Radnabenmotoren 150 angetrieben und übertragen die Antriebsenergie der vier Radnabenmotoren 150 über die Laufflächen 100 der Reifen 10 auf den sandigen oder steinigen Untergrund eines Küstenstreifens.

Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich. Bezugszeichenübersicht