DE102019117553B4

DE102019117553B4 - Aircraft

Info

Publication number: DE102019117553B4
Application number: DE102019117553.4A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Schippel Sarah At
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2039-06-29
Also published as: WO2020260581A1; DE102019117553A1; EP3990347A1

Abstract

Fluggerät, das beidseits seiner Längsachse (1) jeweils einen Flügel (2) aufweist, der mindestens zwei Rotoren/Fans (3) zur Erzeugung von Vertikalauftrieb aufnimmt und mit Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnungen der im Flügel (2) vorgesehenen Rotoren/Fans (3) versehen ist, wobei zumindest ein Elektromotor zum Antrieb der Rotoren/Fans (3) und weiterhin ein horizontal wirkender Antrieb (4) vorgesehen sind, wobei die Rotoren/Fans (3) mit zumindest einem Schwungrad verbunden sind, um Antriebsenergie vom Schwungrad zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass im Flügel (2) Leitungssysteme zum gezielten Anströmen der Rotoren/Fans (3) mit Luft vorgesehen sind, um im Normalflug ein Mitdrehen der nichtangetriebenen Rotoren zu ermöglichen, wobei die Einlassöffnung der Leitungssysteme am Flugzeugrumpf (5) der Flügelnase, Flügeloberseite oder an der Flügelunterseite vorgesehen sind.Aircraft that has a wing (2) on both sides of its longitudinal axis (1), which holds at least two rotors / fans (3) for generating vertical lift and with air inlet and air outlet openings for the rotors / fans (3) provided in the wing (2) is provided, at least one electric motor for driving the rotors / fans (3) and also a horizontally acting drive (4) are provided, the rotors / fans (3) being connected to at least one flywheel in order to receive drive energy from the flywheel, characterized in that line systems are provided in the wing (2) for the targeted flow of air to the rotors / fans (3) in order to enable the non-driven rotors to rotate during normal flight, the inlet opening of the line systems on the aircraft fuselage (5) of the wing nose, upper side of the wing or are provided on the underside of the wing.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fluggerät, respektive ein Vtol, das über Rotoren/Fans in den Flügeln verfügt, um Auftrieb zu erzeugen, und mit einem horizontalen Antrieb für einen effektiven Flugbetrieb ausgestattet ist.The invention relates to an aircraft or a Vtol that has rotors / fans in the wings to generate lift and is equipped with a horizontal drive for effective flight operations.

Es sind zahlreiche Entwürfe für Kleinflugzeuge bekannt, die über Senkrechtstarteigenschaften verfügen sollen (Vtol), um insbesondere in dicht besiedelten Gebieten den Transport von Menschen und Gütern zu ermöglichen. Durch die Entwicklung von leistungsstarken Batterien, ist es möglich geworden, elektrisch betriebene Drohnen für verschiedenste Einsatzzwecke zu entwickeln. Es gibt mittlerweile zahlreiche Anstrengungen mit ähnlicher Technologie, kleine Fluggeräte zu entwickeln, die beispielsweise als Flugtaxi in Städten eingesetzt werden können. Die meisten Konstruktionen beruhen dabei auf einer Vergrößerung der bekannten elektrisch betriebenen Drohnen. Zum Antrieb der Motoren werden dabei Hochleistungsbatterien eingesetzt. Aufgrund des nach wie vor relativ hohen Gewichts der Batterien sowie der eingeschränkten Speicherkapazitäten, sind die erzielbaren Reichweiten und Tragfähigkeiten jedoch bislang sehr beschränkt.There are numerous designs for small aircraft known that are supposed to have vertical take-off properties (Vtol) in order to enable the transport of people and goods, especially in densely populated areas. The development of powerful batteries has made it possible to develop electrically operated drones for a wide variety of purposes. There are now numerous efforts with similar technology to develop small aircraft that can be used, for example, as an air taxi in cities. Most of the constructions are based on an enlargement of the known electrically operated drones. High-performance batteries are used to drive the motors. Due to the still relatively high weight of the batteries and the limited storage capacities, the achievable ranges and load capacities have so far been very limited.

Aus dem Dokument DE 20 2015 003 815 U1 ist ein Fluggerät mit zwei Tragflächen bekannt, in denen mehrere Mantelpropeller zur Erzeugung einer Auftriebskraft vorgesehen sind. Zum Antrieb dieser Mantelpropeller ist ein Elektromotor vorgesehen. Weiterhin sind zwei horizontal wirkende Mantelpropeller vorgesehen, um den gewünschten horizontalen Schub zu erzeugen.From the document DE 20 2015 003 815 U1 an aircraft with two wings is known in which several ducted propellers are provided for generating a lift force. An electric motor is provided to drive this ducted propeller. Furthermore, two horizontally acting ducted propellers are provided in order to generate the desired horizontal thrust.

Das Dokument US 2008 / 0 308 685 A1 beschreibt ein Nurflügelflugzeug, das durch Solarkraft angetrieben wird. Um Energie zu speichern sind Schwungräder vorgesehen, die gegenläufig vorgesehen sein können und auch zur Steuerung des Flugzeugs beitragen können.The document US 2008/0308685 A1 describes a flying wing aircraft that is powered by solar power. In order to store energy, flywheels are provided which can be provided in opposite directions and can also contribute to the control of the aircraft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fluggerät zu schaffen, das zum Transport von Menschen und Gütern geeignet ist und dabei bei großer Flugsicherheit eine hohe Reichweite und Tragfähigkeit ermöglicht.The invention is based on the object of creating an aircraft which is suitable for the transport of people and goods and which enables a high range and load capacity with great flight safety.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß der Erfindung weist das Fluggerät beidseits seiner Längsachse einen Flügel auf, der jeweils mindestens zwei Rotoren/Fans zur Erzeugung von Vertikalauftrieb aufnimmt. Es ist zumindest ein Schwungrad vorgesehen, das bevorzugt in Kombination mit anderen Energiespeichern und/oder Energielieferanten, wie Brennstoffzellen oder unter Umständen auch Verbrennungsmotoren, den oder die Antriebsmotoren für die Rotoren/Fans mit Energie versorgt.This object is achieved by the features of claim 1. According to the invention, the aircraft has a wing on both sides of its longitudinal axis, each of which receives at least two rotors / fans for generating vertical lift. At least one flywheel is provided which, preferably in combination with other energy stores and / or energy suppliers, such as fuel cells or possibly also internal combustion engines, supplies the drive motor (s) for the rotors / fans with energy.

Um die Effizienz und damit die Reichweite des Fluggeräts zu erhöhen, wird auch im Normalflug ein Mitdrehen der nichtangetriebenen Rotoren erreicht. Mittels des antriebslosen aber mitdrehenden Rotors kann Energie über Generatoren rekuperiert werden (KERS). Um das Mitdrehen der nichtangetriebenen Rotoren im Normalflug zu ermöglichen, ist im Flügel ein Luftleitsystem integriert, das im Normalflug Luft zum Rotor leitet. Hierzu muss zumindest eine Lufteintrittsöffnung vorgesehen sein, die grundsätzlich an einem beliebigen Bereich des Fluggeräts angeordnet sein kann. Diese kann sich also auch am Rumpf befinden. Die zumindest eine Öffnung kann aber auch am Flügel in der Flügelnase an der Ober- oder Unterseite vorgesehen sein, wobei die Position der Eintrittsöffnung oder der Eintrittsöffnungen an einem Bereich des Rumpfs oder Flügels angeordnet wird, an dem mit den geringsten strömungstechnischen Nachteilen zu rechnen ist. Die Öffnung bzw. mehrere Öffnungen können ganz oder teilweise verschließbar sein, um, falls kein Lufteintritt erforderlich ist, die Aerodynamik zu verbessern.In order to increase the efficiency and thus the range of the aircraft, the rotors that are not driven also rotate during normal flight. By means of the non-drive but rotating rotor, energy can be recuperated via generators (KERS). In order to enable the non-powered rotors to rotate in normal flight, an air control system is integrated in the wing, which directs air to the rotor in normal flight. For this purpose, at least one air inlet opening must be provided, which in principle can be arranged in any area of the aircraft. This can also be on the fuselage. The at least one opening can, however, also be provided on the wing in the wing nose on the upper or lower side, the position of the inlet opening or openings being arranged in an area of the fuselage or wing where the least fluidic disadvantages are to be expected. The opening or a plurality of openings can be completely or partially closable in order to improve the aerodynamics if no air inlet is required.

Die Öffnung kann auch durch ein Gitter abgedeckt sein, um zum einen zumindest weitgehend das Einsaugen von Fremdkörpern zu verhindern, und zum anderen ebenfalls die Aerodynamik zu verbessern. Die Eintrittsöffnung kann eine Fläche aufweisen, die zumindest weitgehend im rechten Winkel zur Flugrichtung orientiert ist. Von der Eintrittsöffnung bzw. den Eintrittsöffnungen wird die Luft über einen oder mehrere Kanäle zu den Rotoren geleitet, um diese in Rotation zu versetzen. Hierbei kann sich der Querschnitt des Kanals verändern, um beispielsweise durch eine Verengung Düseneffekte hervorzurufen. Selbstverständlich muss eine Austrittsöffnung stromab für die eingeleitete Luft vorhanden sein. Der Querschnitt des Strömungskanals kann also variieren, um den angesprochenen Düseneffekt zu erzielen, wobei sich der Kanal, ähnlich einer Venturidüse, von der Eintrittsöffnung her verengt, um sich dann zu der Austrittsöffnung wieder zu erweitern. Unterstützt wird die Effizienz durch eine BWB- (Blended Wing Body) Konstruktion.The opening can also be covered by a grille, on the one hand to at least largely prevent foreign bodies from being sucked in, and on the other hand to also improve the aerodynamics. The inlet opening can have a surface which is at least largely oriented at right angles to the direction of flight. From the inlet opening or openings, the air is passed through one or more channels to the rotors in order to set them into rotation. The cross-section of the channel can change in this case, for example in order to produce nozzle effects through a narrowing. Of course, there must be an outlet opening downstream for the air introduced. The cross section of the flow channel can therefore vary in order to achieve the nozzle effect mentioned, the channel narrowing from the inlet opening, similar to a Venturi nozzle, in order to then widen again towards the outlet opening. The efficiency is supported by a BWB (Blended Wing Body) construction.

Durch ein Mitdrehen der nichtangetriebenen Rotoren im Normalflug kann Energie rekuperiert werden. Hierzu kann ein Generator bzw. Antriebsmotor vorgesehen sein, oder der Antriebsmotor des Rotors kann als Generator wirken. Durch das Mitdrehen der Rotoren wird ein Autorotationseffekt erzeugt, der den Auftrieb im Horizontalflug unterstützt, was zu mehr Effizienz bzw. zu einer Verbrauchsreduzierung führt.Energy can be recuperated by rotating the non-powered rotors during normal flight. A generator or drive motor can be provided for this, or the drive motor of the rotor can act as a generator. By turning the rotors at the same time, an autorotation effect is generated that supports the lift in level flight, which leads to more efficiency and a reduction in consumption.

Eine Energierekuperation kann auch zusätzlich am horizontal wirkenden Antrieb vorgesehen sein und beispielsweise im Sinkflug bzw. bei Verlangsamung der Fluggeschwindigkeit, also immer wenn kein zusätzlicher Vortrieb benötigt wird, Energie rekuperieren wenn ein entsprechender Antrieb, beispielsweise ein gemantelter Propellerantrieb, vorgesehen ist.Energy recuperation can also be provided on the horizontally acting drive and, for example, when descending or at Slowing down the airspeed, i.e. whenever no additional propulsion is required, recuperating energy if a corresponding drive, for example a jacketed propeller drive, is provided.

Durch das Vorsehen zweier Rotoren/Fans pro Flügel wird eine hohe Sicherheit gewährleistet, da der Ausfall eines Rotors nicht zwangsläufig zum Absturz führt. Vorteilhaft sind die Rotoren/Fans eines Flügels gegenläufig vorgesehen, sodass sich die entstehenden Drehmomente kompensieren. Des Weiteren ist ein üblicher horizontal wirkender Antrieb vorgesehen. Hierbei kann es sich um einen herkömmlichen ggf. ummantelten Propellerantrieb handeln. Es können aber grundsätzlich alle Arten von Antrieben zum Einsatz kommen. Zweckmäßig ist auch dieser Antrieb doppelt ausgelegt, um die Flugsicherheit weiter zu erhöhen und bei hoher Effizienz bzw. Reichweite höhere Geschwindigkeiten zu erzielen.The provision of two rotors / fans per wing ensures a high level of safety, since the failure of one rotor does not necessarily lead to a crash. The rotors / fans of a wing are advantageously provided in opposite directions so that the torques that arise compensate each other. Furthermore, a conventional horizontally acting drive is provided. This can be a conventional, possibly jacketed, propeller drive. In principle, however, all types of drives can be used. This drive is expediently designed twice in order to further increase flight safety and to achieve higher speeds with high efficiency and range.

Im Folgenden wird grundsätzlich nur noch von Rotor oder Rotoren gesprochen, wobei diese auch als Fan bzw. Fans gestaltet sein können.In the following, only rotors or rotors are generally spoken of, although these can also be designed as fans.

Am Flügel müssen selbstverständlich Luftein- und Austrittsöffnungen vorgesehen sein, um den gewünschten Auftrieb zu erzeugen. Dabei kann der Flügel im Bereich des Rotors komplett ausgespart sein, sodass der Rotor vom Flügel gewissermaßen nur ummantelt wird. Es kann aber zweckmäßig sein, kleinere Aussparungen vorzusehen. Soll das Fluggerät für hohe Fluggeschwindigkeiten ausgelegt werden, ist es zweckmäßig, diese Öffnungen im Normalflug ganz oder teilweise zu verschließen, um den Luftwiderstand zu reduzieren und die Effektivität des Flügels zu erhöhen. Dies kann über Klappensysteme geschehen, wie sie bei konventionellen Flugzeugen zur Variation der Flügelfläche und Geometrie Verwendung finden. Es können aber auch Jalousiesysteme zum Einsatz kommen, die in offenem Zustand die Luft durchströmen lassen und durch Verschwenken der Jalousien die Öffnungen verschließen.Of course, air inlet and outlet openings must be provided on the wing in order to generate the desired lift. The wing can be completely cut out in the area of the rotor so that the rotor is only encased by the wing, so to speak. However, it can be useful to provide smaller recesses. If the aircraft is to be designed for high flight speeds, it is expedient to close these openings completely or partially during normal flight in order to reduce the air resistance and increase the effectiveness of the wing. This can be done via flap systems such as those used in conventional aircraft to vary the wing area and geometry. However, blind systems can also be used that allow the air to flow through when open and close the openings by pivoting the blinds.

Komponenten des Fluggeräts können eine Kühlung benötigen. Hierfür können herkömmliche Wärmetauscher eingesetzt werden, die beispielsweise die am Fluggerät vorbeiströmende Luft zum Wärmeaustausch nutzen. Es kann jedoch auch die beschriebene, zumindest eine Öffnung und/oder das Luftleitsystem im Flügel oder Fluggerät genutzt werden, um Kühlluft zur Verfügung zu stellen. Hierbei können beispielsweise im Luftleitsystem durchströmte Wärmetauscher vorgesehen sein, um die durch das Luftleitsystem strömende Luft zur Abkühlung der genannten Komponenten zu nutzen. Ebenso kann die zumindest eine Öffnung bzw. das Luftleitsystem genutzt werden, um Komponenten wie einem Verbrennungsmotor oder einer Brennstoffzelle den für den Betrieb erforderlichen Sauerstoff bzw. die erforderliche Luft zur Verfügung zu stellen.Aircraft components may require cooling. Conventional heat exchangers can be used for this, which for example use the air flowing past the aircraft for heat exchange. However, the at least one opening described and / or the air guidance system in the wing or aircraft can also be used to provide cooling air. Here, for example, heat exchangers through which the air flows, can be provided in the air flow system in order to use the air flowing through the air flow system to cool the components mentioned. The at least one opening or the air guidance system can also be used to provide components such as an internal combustion engine or a fuel cell with the oxygen or air required for operation.

Der Flügel kann einteilig oder mehrteilig gestaltet sein. Dabei können selbstverständlich Klappensysteme, wie sie bekannt sind, eingesetzt werden. Es können Klappen zu Steuerzwecken vorgesehen werden, oder auch Landeklappen. Der Flügel kann auch mehrteilig mit verschwenkbaren klappenartigen Segmenten versehen sein, um beispielsweise die Wölbung zu erhöhen und ähnlich einer Landeklappe im Langsamflug den Auftrieb zu erhöhen. Eine derartige Gestaltung ist insbesondere von Interesse, wenn das Fluggerät herkömmlich auf einer Landebahn gelandet wird. Kommen mehrteilige Flügelkonstruktionen zum Einsatz, bspw. durch das Vorsehen von verschwenkbaren Klappen am Ende des eigentlichen Flügels, die fest vorgesehen sein können oder, wie bei herkömmlichen Flügeln realisiert, ausfahrbar sind, können die erforderlichen Luftaustrittsöffnungen im Bereich zwischen dem eigentlichen Flügel und der Klappe oder Flügelverlängerung vorgesehen sein. Die Austrittsöffnung kann in mehrere Öffnungen unterteilt sein, und einen Luftaustritt auf die Flügelober- und/oder Unterseite gewährleisten. Grundsätzlich wird bevorzugt, dass der gesamte Luftaustritt auf der Flügelunterseite stattfindet, die Austrittsöffnung bzw. Austrittsöffnungen sich somit auf der Flügelunterseite ggf. zwischen dem eigentlichen Flügel und der genannten Klappe befinden. Es kann sich aber auch ein Kanalsystem durch die genannte Klappe oder Flügelverlängerung hindurch erstrecken und die Austrittsöffnung exakt an der Hinterkante der Klappe oder der Flügelverlängerung vorgesehen sein.The wing can be designed in one piece or in several parts. It goes without saying that valve systems, as they are known, can be used. It can be provided flaps for control purposes, or landing flaps. The wing can also be provided in several parts with pivotable flap-like segments in order, for example, to increase the curvature and, similar to a landing flap, to increase the lift in slow flight. Such a design is of particular interest when the aircraft is conventionally landed on a runway. If multi-part wing constructions are used, for example by providing pivotable flaps at the end of the actual wing, which can be fixed or, as implemented in conventional wings, can be extended, the required air outlet openings in the area between the actual wing and the flap or Be provided wing extension. The outlet opening can be divided into several openings and ensure an air outlet to the upper and / or lower side of the wing. In principle, it is preferred that the entire air outlet takes place on the underside of the wing; the outlet opening or openings are thus located on the underside of the wing, if necessary between the actual wing and the said flap. However, a channel system can also extend through said flap or wing extension and the outlet opening can be provided exactly at the rear edge of the flap or wing extension.

Bei Hubschraubern besteht das Problem, dass das gegen die Flugrichtung drehende Blatt des Rotors einen hohen Luftwiderstand erzeugt. Um derartige Effekte bei den verwendeten Rotoren zu vermeiden, können diese, da sie im Flügel eingebettet sind, mittels geeigneter Luftleitflächen teilweise abgeschattet werden, um entsprechende Widerstände zu reduzieren, zumindest für die gegen die Flugrichtung drehenden Rotorblätter, also die jeweils sozusagen gegen die Flugrichtung drehenden Rotorblätter des Rotors. Wegen des eingebetteten Rotors und der angesprochenen Abschirmung der Rotorblätter kann der Luftwiderstand vermindert werden, das heißt, die Effizienz erhöht werden, was zu einem geringeren Verbrauch führt, oder bei vergleichbarem Energieaufwand eine höhere Fluggeschwindigkeit erzielt werden.The problem with helicopters is that the blade of the rotor rotating against the direction of flight creates a high level of air resistance. In order to avoid such effects in the rotors used, they can, since they are embedded in the wing, be partially shaded by means of suitable air guide surfaces in order to reduce corresponding resistances, at least for the rotor blades rotating against the direction of flight, i.e. those rotating against the direction of flight, so to speak Rotor blades of the rotor. Because of the embedded rotor and the aforementioned shielding of the rotor blades, the air resistance can be reduced, that is, the efficiency can be increased, which leads to lower consumption, or a higher airspeed can be achieved with a comparable energy expenditure.

Es können an einem Flügel aber auch mehr als zwei Rotoren vorgesehen werden. Grundsätzlich ist eine gerade Zahl von Rotoren zu bevorzugen, da bei gegenläufiger Gestaltung bei identischen Rotoren die entstehenden Drehmomente ausgeglichen werden können. Dieser Effekt kann jedoch auch bei einer ungeraden Anzahl von Rotoren erreicht werden, indem beispielsweise die zwei linksdrehenden Rotoren kleiner ausgelegt werden als der gegenläufig rechtsdrehende Rotor, sodass es ebenfalls zu einer Kompensation kommt.However, more than two rotors can also be provided on a wing. In principle, an even number of rotors is to be preferred, since if the rotors are designed in opposite directions, the torques that arise can be compensated for with identical rotors. However, this effect can also occur with a uneven number of rotors can be achieved, for example, by designing the two counter-clockwise rotors to be smaller than the counter-clockwise rotating rotor, so that there is also a compensation.

Vorteilhaft wird jeder Rotor über einen Elektromotor angetrieben, der seine Energie aus einem beliebigen Energiespeicher und/oder auch aus einem Generator bezieht. Wesentlich ist dabei, dass zumindest ein Teil der benötigten Energie von einem oder mehreren Schwungrädern geliefert wird. Vorteilhaft ist jedem Rotor ein Schwungrad zugeordnet. Dieses kann (mechanisch) mit dem Rotor verbunden sein oder seine Energie mittels eines Generators elektrisch zur Verfügung stellen. Eine lediglich elektrische Verbindung der Schwungräder und ihrer Generatoren mit den Antriebsmotoren hat den großen Vorteil, dass die Schwungräder mit den zugeordneten Generatoren beliebig im Fluggerät angeordnet werden können. Es kann somit unabhängig von der Anordnung der Antriebsmotoren für die Rotoren der günstigste Platz für die Schwungräder mit Generatoren gewählt werden. Beispielsweise können die Schwungräder mit ihren Generatoren möglichst weit außen im Flügel angeordnet werden, um einen möglichst starken Stabilisierungseffekt im Flug zu erzielen, was anschließend erläutert wird. Aber auch eine zentrale Anordnung kann vorteilhaft sein, um die Flügel so leicht wie möglich zu bauen, und die schweren Komponenten des Fluggeräts möglichst zentral anzuordnen. Moderne Schwungräder speichern bei kompakten Abmessungen und vergleichbar geringem Gewicht eine hohe Energie/Leistung. Die Schwungräder können am Boden vor dem Abheben des Fluggeräts auf die gewünschte Drehzahl gebracht werden, und dann beispielsweise zum Abheben des Fluggeräts ggf. bis zum Erreichen der Sollflughöhe eingesetzt werden. Insbesondere beim Abhebevorgang und Steigflug wird relativ viel Energie/Leistung benötigt, die auf diese Weise einfach zur Verfügung gestellt werden kann. Des Weiteren wird durch die Rotation der Schwungräder das Fluggerät zusätzlich stabilisiert.Each rotor is advantageously driven by an electric motor that draws its energy from any energy storage device and / or from a generator. It is essential that at least some of the energy required is supplied by one or more flywheels. A flywheel is advantageously assigned to each rotor. This can be (mechanically) connected to the rotor or provide its energy electrically by means of a generator. A purely electrical connection between the flywheels and their generators and the drive motors has the great advantage that the flywheels with the associated generators can be arranged anywhere in the aircraft. The most favorable place for the flywheels with generators can thus be selected regardless of the arrangement of the drive motors for the rotors. For example, the flywheels with their generators can be arranged as far out as possible in the wing in order to achieve the strongest possible stabilization effect in flight, which will be explained below. However, a central arrangement can also be advantageous in order to make the wings as light as possible and to arrange the heavy components of the aircraft as centrally as possible. Modern flywheels store high energy / power with compact dimensions and comparatively low weight. The flywheels can be brought to the desired speed on the ground before the aircraft is lifted off, and can then be used, for example, to lift the aircraft, if necessary until the target altitude is reached. A relatively large amount of energy / power is required in particular during take-off and climb, which can be easily made available in this way. In addition, the rotation of the flywheels stabilizes the aircraft.

Vorteilhaft ist das System so ausgelegt, dass das oder die Schwungräder während der gesamten Flugdauer mit einer Drehzahl rotieren, die eine Mindestdrehzahl nicht unterschreitet. Auf diese Weise wird zum einen die angesprochene Stabilisierung während des gesamten Flugs erreicht, zum anderen wird ein zusätzlicher Notenergiespeicher geschaffen, der bei Ausfall anderer Energiespeicher genügend Energie für eine Notlandung zur Verfügung stellt.The system is advantageously designed in such a way that the flywheel (s) rotate during the entire duration of the flight at a speed that does not fall below a minimum speed. In this way, on the one hand, the mentioned stabilization is achieved during the entire flight and, on the other hand, an additional emergency energy storage device is created which provides enough energy for an emergency landing if other energy storage devices fail.

Um das oder die Schwungräder während des gesamten Flugs auf einer Minimaldrehzahl halten zu können, kann es erforderlich sein, einen Antrieb vorzusehen, der auch während des Flugs in der Lage ist, das oder die Schwungräder anzutreiben. Durch das Vorsehen des oder der Schwungräder wird die Flugsicherheit erhöht, da ein extrem zuverlässiger Energiespeicher zur Durchführung einer Notlandung zur Verfügung gestellt wird.In order to be able to keep the flywheel or flywheels at a minimum speed during the entire flight, it may be necessary to provide a drive which is also able to drive the flywheel or flywheels during the flight. The provision of the flywheel or flywheels increases flight safety, since an extremely reliable energy store is made available for performing an emergency landing.

Vorteilhaft ist jedem Motor ein Schwungrad zugeordnet, wobei auch der horizontal wirkende Antrieb mit einem oder mehreren Schwungrädern versehen werden kann, um im Prinzip dieselben Vorteile zu erreichen. Beispielsweise kann die Energie zum Beschleunigen des Fluggeräts auf die gewünschte Fluggeschwindigkeit zumindest zu einem großen Teil einem Schwungrad entnommen werden.A flywheel is advantageously assigned to each motor, and the horizontally acting drive can also be provided with one or more flywheels in order to achieve the same advantages in principle. For example, the energy for accelerating the aircraft to the desired flight speed can at least to a large extent be taken from a flywheel.

Grundsätzlich ist es vorteilhaft, das Schwungrad/die Schwungräder am Boden aufzuladen, daher auf ihre Maximaldrehzahl zu bringen, um so unabhängig von der weiteren Energieversorgung Energie beispielsweise für den Start des Fluggeräts oder zur Beschleunigung des Fluggeräts auf die gewünschte Fluggeschwindigkeit bzw. für den Steigflug auf die beabsichtigte Flughöhe zur Verfügung zu stellen. Für die Fälle, dass am potentiellen Landeplatz des Fluggeräts keine Vorrichtung zum Aufladen des bzw. der Schwungräder zur Verfügung steht, kann es zweckmäßig sein, dass das bzw. die Schwungräder durch die eigene Energieversorgung des Fluggeräts aufgeladen werden. Ggf. ist ein hundertprozentiges Aufladen auf die Maximaldrehzahl nicht erforderlich, sondern lediglich angepasst an die beabsichtigte Flugstrecke auf eine niedrigere Drehzahl. Insbesondere beim Kurzstreckenbetrieb des Flugzeuggeräts, bei der die gesamte gespeicherte Energie des Fluggeräts nicht ausgeschöpft wird, kann dies eine interessante Option sein, die das Fluggerät autark von der Bodeninfrastruktur macht. Hierzu wird, wie bereits beschrieben, das bzw. die Schwungräder durch einen Motor, der von der eigenen Energieversorgung des Fluggeräts gespeist wird, auf die gewünschte Drehzahl gebracht.In principle, it is advantageous to charge the flywheel (s) on the ground, therefore to bring them to their maximum speed in order to use energy for starting the aircraft, for example, or for accelerating the aircraft to the desired flight speed or for the climb, regardless of the further energy supply to provide the intended flight altitude. In the event that no device for charging the flywheel or flywheels is available at the potential landing site of the aircraft, it can be useful for the flywheel or flywheels to be charged by the aircraft's own energy supply. It may not be necessary to fully recharge the vehicle to the maximum speed, but simply adapt it to the intended flight route to a lower speed. This can be an interesting option that makes the aircraft self-sufficient from the ground infrastructure, particularly when the aircraft is operated over short distances, when the entire stored energy of the aircraft is not exhausted. For this purpose, as already described, the flywheel or flywheels are brought to the desired speed by a motor that is fed by the aircraft's own energy supply.

Zum Antrieb der Rotoren, aber auch für den Horizontalantrieb, können flachbauende Elektromotoren eingesetzt werden, die nur eine geringe Bauhöhe aufweisen. In diesem Fall können derartige Motoren übereinander eingesetzt werden, also ein Stapel gebildet werden, um die Gesamtleistung zu erhöhen. Die Rotoren können gleichlaufend zweckmäßig mit versetzten Rotorblättern oder gegenläufig vorgesehen werden. Für den Horizontalantrieb ist ein ummantelter Propeller vorteilhaft. Hierdurch wird die Geräuschemission vermindert, und eine hohe Effektivität erreicht.To drive the rotors, but also for the horizontal drive, flat electric motors can be used, which have only a low overall height. In this case, such motors can be used one above the other, that is, a stack can be formed in order to increase the overall performance. The rotors can expediently be provided concurrently with offset rotor blades or in opposite directions. A jacketed propeller is advantageous for horizontal propulsion. As a result, the noise emission is reduced and a high level of effectiveness is achieved.

Durch den Einsatz der erläuterten Schwungräder können andere Komponenten, wie beispielsweise Batterien oder bei Hybridantrieben ein Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle, im Allgemeinen andere Energiespeicher oder Lieferanten, schwächer und damit kleiner und leichter ausgelegt werden. Mittels moderner Schwungradtechnologie lassen sich die zum Fliegen erforderlichen Leistungsspitzen zumindest weitgehend ohne weitere Energiespeicher oder Energielieferanten realisieren. So kann die für den Steigflug benötigte Energie zumindest hauptsächlich ohne Weiteres durch Schwungräder zur Verfügung gestellt werden. Dabei kann das Fluggerät in dem Zeitraum, in dem die Schwungräder Energie abgeben, auf eine relativ große Flughöhe gebracht werden, von der aus es dann unter Umständen sogar im Gleitflug jedenfalls mit geringem zusätzlichen Energiebedarf die angestrebte Reichweite bis zur Landung erreicht.By using the flywheels explained, other components, such as batteries or, in the case of hybrid drives, an internal combustion engine or a fuel cell, generally other energy stores or suppliers, can be designed to be weaker and thus smaller and lighter. Using modern flywheel technology, the power peaks required for flying can be achieved at least largely without additional energy storage devices or energy suppliers. In this way, the energy required for the climb can at least mainly easily be made available by flywheels. The aircraft can be brought to a relatively high altitude during the period in which the flywheels emit energy, from which it can then reach the desired range until landing, even when gliding, at least with little additional energy requirement.

Zweckmäßig wird der Rumpf des Fluggeräts so gestaltet, dass er im Horizontalflug ebenfalls Auftrieb erzeugt. Derartige Gestaltungen sind unter dem Stichwort Lifting Body bekannt. Das Fluggerät kann mit weiteren Sicherheitseinrichtungen versehen sein. Ähnlich einem Ultraleichtflugzeug kann ein fallschirmbasiertes Rettungssystem vorgesehen sein, das ggf. über eine Rakete aktiviert wird. Weiterhin können Airbags an der Unterseite des Fluggeräts insbesondere unter dem Rumpf vorgesehen sein, die im Falle einer zu erwartenden harten Landung aktiviert werden, und den Aufprall abmindern. Auch bei Wasserlandung ergibt sich ein großer Vorteil, da diese Luftkissen (Airbags) als Rettungsinsel dienen können. Eine Aktivierung kann auch automatisch ausgelöst werden, wenn bei Erreichen einer Mindesthöhe eine zu hohe Sinkgeschwindigkeit vorliegt. Das bzw. die genannten Schwungräder können mittels eines oder mehrerer Generatoren auch herangezogen werden, um beim Ausfall des übrigen elektrischen Systems einen Notstrom für die Versorgung der wesentlichen Systeme des Fluggeräts zur Verfügung zu stellen.The fuselage of the aircraft is expediently designed in such a way that it also generates lift in horizontal flight. Such designs are known under the keyword lifting body. The aircraft can be provided with further safety devices. Similar to an ultralight aircraft, a parachute-based rescue system can be provided, which is activated by a missile if necessary. Furthermore, airbags can be provided on the underside of the aircraft, in particular under the fuselage, which are activated in the event of an expected hard landing and reduce the impact. There is also a great advantage when landing in water, as these air cushions (airbags) can serve as a life raft. Activation can also be triggered automatically if the rate of descent is too high when a minimum height is reached. The flywheel or flywheels mentioned can also be used by means of one or more generators in order to provide emergency power for the supply of the essential systems of the aircraft if the rest of the electrical system fails.

Das bzw. die Schwungräder können am Boden relativ problemlos und schnell (< 60 Sek.) auf die gewünschte Drehzahl gebracht werden. Dies ist ein herausragender Vorteil der Schwungräder gegenüber Batterien als Energiespeicher. Bekanntlich sind die Ladezeiten bei Batterien sehr hoch, insbesondere wenn die Batterie vollständig geladen werden soll. Anstelle das oder die Schwungräder im Fluggerät auf diese Solldrehzahl zu bringen, ist auch ein modulares System möglich, bei dem die Schwungräder über Module einfach austauschbar sind. In diesem Fall wird am Boden das genutzte Schwungrad vor dem Start modular gegen ein bereits aufgeladenes mit Solldrehzahl rotierendes Schwungrad getauscht. Ist das Fluggerät mit einem Antriebsmechanismus zum Antrieb der Schwungräder ausgerüstet, um diese beispielsweise im Flug auf einer gewünschten Mindestdrehzahl zu halten, kann dieses Antriebssystem bis zur Startfreigabe genutzt werden, um die aufgeladenen installierten Schwungräder tatsächlich bis zur Startfreigabe auf der gewünschten Solldrehzahl zu halten. Am Boden kann das Fluggerät mit einer Stromversorgung verbunden sein, sodass die nötige Energie ohne weiteres zur Verfügung gestellt werden kann. Die Reichweite kann so erhöht werden. Damit können viele Startvorgänge sehr schnell durchgeführt werden.The flywheel (s) can be brought to the desired speed relatively easily and quickly (<60 seconds) on the ground. This is an outstanding advantage of flywheels over batteries as energy storage devices. It is known that the charging times for batteries are very long, especially when the battery is to be fully charged. Instead of bringing the flywheel or flywheels in the aircraft to this target speed, a modular system is also possible in which the flywheels can be easily exchanged via modules. In this case, the flywheel used on the ground is exchanged in a modular fashion for an already charged flywheel that is rotating at the target speed before take-off. If the aircraft is equipped with a drive mechanism to drive the flywheels, for example in order to keep them at a desired minimum speed during flight, this drive system can be used until the take-off release in order to actually keep the charged installed flywheels at the desired target speed until take-off release. On the ground, the aircraft can be connected to a power supply so that the necessary energy can be readily made available. The range can be increased in this way. This means that many start-up processes can be carried out very quickly.

Das grundsätzliche Design des erfindungsgemäßen Fluggeräts wird kurz anhand einer einfachen schematischen Zeichnung skizziert. Die Figur zeigt das erfindungsgemäße Fluggerät von oben, die Anordnung der einzelnen Komponenten im Flugzeug ist nicht ersichtlich, aber bereits hinreichend beschrieben.The basic design of the aircraft according to the invention is briefly outlined using a simple schematic drawing. The figure shows the aircraft according to the invention from above; the arrangement of the individual components in the aircraft is not visible, but has already been adequately described.

Beidseits der Längsachse 1 ist das Fluggerät mit relativ kleinen Flügeln 2 versehen, die jedoch von ihrer Fläche ausreichend sind, um auf jeder Seite drei Vertikalrotoren 3 aufzunehmen. Im Heckbereich des Fluggeräts sind zwei horizontal wirkende Antriebe 4 vorgesehen. Der Rumpf 5 des Fluggeräts nimmt die Nutzlast auf. Dabei kann es sich um Passagiere oder Güter handeln. Bei dem skizzierten Ausführungsbeispiel sind an jedem Flügel drei Vertikalrotoren vorgesehen. Die beiden inneren Rotoren 3 sind dabei rechtsdrehend, der äußere größere Rotor linksdrehend gestaltet. Die Größenverhältnisse sind dabei so ausgelegt, dass sich die auf das Fluggerät auswirkenden Drehmomente der Rotoren gegenseitig aufheben.On both sides of the longitudinal axis 1 is the aircraft with relatively small wings 2 provided, which, however, are sufficient from their area to three vertical rotors on each side 3 to record. There are two horizontally acting drives in the rear of the aircraft 4th intended. The hull 5 of the aircraft takes on the payload. These can be passengers or goods. In the illustrated embodiment, three vertical rotors are provided on each wing. The two inner rotors 3 are clockwise, the larger outer rotor counterclockwise. The proportions are designed in such a way that the torques of the rotors that affect the aircraft cancel each other out.

Claims

Aircraft that has a wing (2) on both sides of its longitudinal axis (1), which holds at least two rotors / fans (3) for generating vertical lift and with air inlet and air outlet openings for the rotors / fans (3) provided in the wing (2) is provided, at least one electric motor for driving the rotors / fans (3) and also a horizontally acting drive (4) being provided, the rotors / fans (3) being connected to at least one flywheel in order to receive drive energy from the flywheel, characterized in that line systems are provided in the wing (2) for the targeted flow of air to the rotors / fans (3) in order to enable the non-driven rotors to rotate during normal flight, the inlet opening of the line systems on the aircraft fuselage (5) of the wing nose, upper side of the wing or are provided on the underside of the wing.

Aircraft after Claim 1 , characterized in that the inlet openings of the line systems have a surface which is largely oriented at right angles to the direction of flight and / or the inlet openings of the line systems are designed to be closable.

Aircraft after Claim 1 or 2 , characterized in that a channel as a line system is provided, which enables a flow of all rotors / fans (3) of a wing (2).

Aircraft according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the line system has a changing cross section.

Aircraft according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that several rotors / fans (3) are provided on each wing (2).

Aircraft according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that each rotor / fan (3) has an electric motor.

Aircraft according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that a flywheel is assigned to each rotor / fan (3).

Aircraft according to one of the Claims 1 until 7th , characterized in that a generator is provided on the flywheel, from which electricity can be supplied to an electric motor.

Aircraft according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that in addition to the flywheel, at least one further energy store is provided.

Aircraft according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that at least two counter-rotating rotors / fans are provided on each wing (2).

Aircraft according to one of the Claims 1 until 10 , characterized in that an odd number of rotors / fans (3) is provided on a wing (2) and at least one rotor / fan (3) is provided in opposite directions, the rotational torque of this rotor / fan (3) being the total rotational torque of the other way round rotating rotors / fans (3).

Aircraft according to one of the Claims 1 until 11th , characterized in that the flywheel or flywheels are always kept at a minimum speed in flight.

Aircraft according to one of the Claims 1 until 12th , characterized in that the flywheel or flywheels can be accelerated in flight via a drive.

Aircraft after Claim 12 , characterized in that the drive receives energy from a recuperation device, which recuperates energy at least during descent.

Aircraft according to one of the Claims 1 until 14th , characterized in that the horizontally acting drive (4) is also connected to an energy store, preferably a flywheel.

Aircraft according to one of the Claims 1 until 15th , characterized in that the air inlet and / or outlet openings of the rotors / fans provided in the wing can be at least partially closed.

Aircraft according to one of the Claims 1 until 16 , characterized in that air guide surfaces are provided in the area of the rotors / fans (3) which shield the blades of the rotors / fans (3) in order to reduce air resistance.

Aircraft according to one of the Claims 1 until 17th , characterized in that extendable flaps are provided on the rear edge of the wing or wings, which are pivotable, with at least one air outlet opening preferably being provided on the underside of the wing between the actual wing and the cap.

Aircraft according to one of the Claims 1 until 18th , characterized in that the rotors / fans are driven by at least two flat, stacked electric motors, each of which has a set of rotor blades.

Aircraft after Claim 19 , characterized in that the two sets of rotor blades are driven in opposite directions.

Aircraft according to one of the Claims 1 until 20th , characterized by a rotor blade shield in the wing, by means of which the rotor blades rotating against the direction of flight are at least partially shielded in order to minimize air resistance.

Aircraft according to one of the Claims 1 until 21 , characterized in that the aircraft is equipped with a lifting body and / or a blended wing body.