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DE102018120200A1 - Luftfahrzeug - Google Patents

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DE102018120200A1
DE102018120200A1 DE102018120200.8A DE102018120200A DE102018120200A1 DE 102018120200 A1 DE102018120200 A1 DE 102018120200A1 DE 102018120200 A DE102018120200 A DE 102018120200A DE 102018120200 A1 DE102018120200 A1 DE 102018120200A1
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Germany
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aircraft
jacket
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propellers
propeller
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Inventor
Mikel Fauri
Tim Schmidt
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Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/001—Shrouded propellers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/10—Propulsion
    • B64U50/13—Propulsion using external fans or propellers
    • B64U50/14—Propulsion using external fans or propellers ducted or shrouded
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/10—Propulsion
    • B64U50/19—Propulsion using electrically powered motors
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract

Die Erfindung stellt ein Luftfahrzeug mit den folgenden Merkmalen bereit: Das Luftfahrzeug weist einen Mantelpropeller (10) auf; und der Mantelpropeller (10) weist einen Mantel mit einer integrierten elektrischen Maschine (11, 12) auf.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, senkrecht start- und landefähiges (vertical take-off and landing, VTOL) Luftfahrzeug.
  • Als VTOL wird in der Luft- und Raumfahrttechnik sprachübergreifend jedwede Art von Flugzeug, Drohne oder Rakete bezeichnet, welche die Fähigkeit besitzt, im Wesentlichen senkrecht und ohne Start- und Landebahn abzuheben und wieder aufzusetzen. Dieser Sammelbegriff wird nachfolgend in einem weiten Sinne verwendet, der nicht nur Starrflügelflugzeuge mit Tragflächen, sondern ebenso Drehflügler wie Hub-, Trag-, Flugschrauber und Hybride wie Verbundhub- oder Kombinationsschrauber sowie Wandelflugzeuge einschließt. Erfasst seien des Weiteren Luftfahrzeuge mit der Fähigkeit, auf besonders kurzen Strecken zu starten und zu landen (short take-off and landing, STOL), auf kurzen Strecken zu starten, aber senkrecht zu landen (short take-off and vertical landing, STOVL) oder senkrecht zu starten, aber horizontal zu landen (vertical take-off and horizontal landing, VTHL).
  • US2017/0274992A1 schlägt einen Motor vor, der aus zylindrisch gestapelten Submotoren mit getrennten Steuerungen besteht, um die Zuverlässigkeit des Systems zu erhöhen.
  • CN 203655658 U offenbart ein Zwangsluftkühlsystem für kleine Elektronikbauteile.
  • CN 204858936 U bezieht sich auf ein magnetisches Übertragungssystem für einen Propeller von einer seitens der Rotoranordnung versetzten Achse.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung stellt ein Luftfahrzeug, insbesondere ein vollelektrisches, im obigen Sinne senkrecht start- und landefähiges Luftfahrzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereit.
  • Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der erfindungsgemäß verringerten Abschattung der Wirkfläche des Propellers, welche bei herkömmlichen Luftfahrzeugen aus der mittigen Anordnung des Motors folgt.
  • Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen zudem eine Steigerung der Effizienz sowie einen höheren Integrationsgrad des Propellermantels.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann das Luftfahrzeug etwa mit abgeknickten oder gar wahlweise abknickbaren Tragflächen ausgestattet sein. Eine entsprechende Variante vergrößert die im Horizontalflug wirksame Flügelfläche, ohne aber die Standfläche des Luftfahrzeuges auszudehnen.
  • Ferner mag das Luftfahrzeug über ein schnell ladbares Batteriesystem verfügen, welches die Antriebsenergie für Senkrechtstart und -landung sowie Horizontalflug bereitstellt und eine kurzfristige Aufladung des Luftfahrzeuges im Stand ermöglicht.
  • Zum Antrieb des Luftfahrzeuges können hierbei anstelle freifahrender Rotoren mehrere Mantelpropeller (ducted fans) auch unterschiedlicher Größe zum Einsatz kommen, wie sie abseits der Luftfahrttechnik etwa von Luftkissenfahrzeugen oder Sumpfbooten bekannt sind. Das den Propeller umgebende zylindrische Gehäuse vermag in einer derartigen Ausführungsform die Schubverluste infolge von Verwirbelungen an den Blattspitzen beträchtlich zu reduzieren. Geeignete Mantelpropeller mögen horizontal oder vertikal ausgerichtet, zwischen beiden Stellungen schwenkbar ausgeführt oder aus aerodynamischen Gründen im Horizontalflug durch Lamellen (louvers) abgedeckt sein. Zudem ist eine reine Horizontalschuberzeugung mittels feststehender Mantelpropeller denkbar.
  • Schließlich kommt - neben einem vorzugsweise vollautonomen Betrieb des Luftfahrzeuges - bei hinreichender Qualifikation auch die Einräumung einer manuellen Kontrolle an den menschlichen Piloten in Betracht, was der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine größtmögliche Flexibilität in der Handhabung verleiht.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
  • Die Figur zeigt ein Prinzipbild der Erfindung.
  • Die einzige Figur illustriert die konstruktiven Merkmale einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Luftfahrzeuges. Bei jedem seiner elektrisch angetriebenen Propeller (10) ist innerhalb des Mantels eine elektrische Maschine (11, 12) in den Außenring integriert. Sowohl deren Rotor (11) als auch Stator (12) befinden sich außerhalb des Wirkungsbereiches (14) des zugehörigen Mantelpropellers (10). Dadurch wird dessen Abschattung vermieden und die Antriebskraft vollständig genutzt. Eine Führungsschiene oder ein anderweitiges Axiallager (13) hält den Luftspalt der elektrischen Maschine (11, 12) aufrecht.
  • Für den Mantelpropeller (10) kommt eine minimale strukturelle Unterstützung unter Inkaufnahme einer vernachlässigbaren Abschattung in Betracht, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2017/0274992 A1 [0003]
    • CN 203655658 U [0004]
    • CN 204858936 U [0005]

Claims (10)

  1. Luftfahrzeug, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Luftfahrzeug weist einen Mantelpropeller (10) auf und - der Mantelpropeller (10) weist einen Mantel mit einer integrierten elektrischen Maschine (11, 12) auf.
  2. Luftfahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die elektrische Maschine (11, 12) umfasst einen Läufer (11) und einen Ständer (12) und - sowohl der Läufer (11) als auch der Ständer (12) sind außerhalb eines Wirkungsbereiches (14) des Mantelpropellers (10) angeordnet.
  3. Luftfahrzeug nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Mantelpropeller (10) weist ferner ein Axiallager (13) auf und - das Axiallager (13) lagert den Läufer (11) in einem vorgegebenen Abstand zum Ständer (12).
  4. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug weist einen vollelektrischen Antrieb auf.
  5. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug umfasst abgeknickte oder abknickbare Tragflächen.
  6. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug umfasst ein schnell ladbares Batteriesystem.
  7. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug umfasst waagerecht feststehende Mantelpropeller (10) für Start und Landung.
  8. Luftfahrzeug nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Luftfahrzeug weist Lamellen auf und - die waagerechten Mantelpropeller (10) sind mittels der Lamellen wahlweise abdeckbar.
  9. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug umfasst senkrecht feststehende Mantelpropeller (10) zum Erzeugen eines Vortriebes.
  10. Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Luftfahrzeug ist wahlweise vollautonom steuerbar.
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