垂直に発進する飛行機

本発明は、翼部を有し垂直に離陸する飛行機に関する。その際、第一の駆動ユニットと第二の駆動ユニットは旋回可能に支承され翼部に配置されている。その際、第一の駆動ユニットと第二の駆動ユニットは翼部の翼部端部に対して間隔をあけて翼部に配置されている。その際、飛行機の長手方向軸に対する第一の駆動ユニットの第一の間隔は、飛行機の長手方向軸に対する第二の駆動ユニットの第二の間隔と略同じであり、そしてその際、第一の駆動ユニットと第二の駆動ユニットは水平飛行状態および垂直飛行状態に旋回可能である。

垂直に離陸する飛行機は、特にドローン(無人機)として軍事領域で使用される。この飛行機は、通常、胴体部の、向かい合って位置する側に配置された二つの翼部を有している。その際、翼部には其々二つの駆動ユニットが、各使用目的に適合され、そして翼部と固定的に接続された担持要素内に旋回可能に支承されて配置されている。独立した胴体部が形成されておらず、そして翼部が、長手軸に沿って対称に形成された二つの翼部半部から形成されている飛行機も公知である。その際、翼部半部には、其々二つの駆動ユニットが、各使用目的に適合され、そして翼部半部と固定的に接続された担持要素内に旋回可能に支承されて配置されている。

担持要素は、例えば翼部の下に配置されたゴンドラであることが可能である。これらの中に駆動ユニットが、飛行方向に相前後して旋回可能に支承されて配置されている。離陸および着陸の為、またはホバーリング中には、駆動ユニットは垂直飛行状態へと旋回され、その際、駆動ユニットの一つによって提供される駆動力は、基本的に垂直に地面の方へと作用し、そしてこのようにして垂直上昇、下降そしてホバーリング状態が可能とされる。飛行機がクルージング高度に達すると、駆動ユニットは水平飛行状態へと旋回される。水平飛行状態では、駆動ユニットにより提供される駆動力は基本的に飛行方向と反対に水平に作用する。其々二つの、ゴンドラ内に配置された駆動ユニットを有する、垂直に離陸する飛行機においては、駆動ユニットがゴンドラ内で飛行方向に相前後して配置されているので、飛行方向において前方に配置された駆動ユニットの流れは、その後方に配置された駆動ユニットの流れに接近する(独語:anstroemen)。これによって、提供されるローター面に対して、垂直に離陸する飛行機の、水平飛行状態における効率は低下する。

複数の駆動ユニットに対して独立した担持要素を翼部に設けることも公知である。その際、独立した一つの担持要素は翼部の上に、そして独立した一つの担持要素は翼部の下において、翼部に固定的に設けられている。このようにして、複数の駆動ユニットの流れは、水平飛行状態で相互に接近しないので、水平飛行状態の効率は改善される。複数の駆動ユニットが、異なる高さに配置されているので、これら駆動ユニットは地上付近での垂直飛行では、異なる地面効果を有する。その際、低く配置された駆動ユニットに由来する揚力は、通常、高く配置された駆動ユニットによるものより大きい。よって、異なる高さに配置された複数の駆動ユニットの駆動出力は、垂直飛行において常に後調整される必要がある。これは、垂直飛行における不安定な飛行挙動へと通じる。

よって、本発明の課題は、公知の垂直に離陸する飛行機を、水平飛行において、可能な限り良好な効率が達成され、そして垂直飛行において可能な限り安定した飛行挙動が達成されるよう発展させることである。

この課題は、発明に従い、水平飛行状態において、第一の駆動ユニットが翼部平面の上に、そして第二の駆動ユニットが翼部平面の下において翼部に設けられること、そして垂直飛行状態において、第一の駆動ユニットおよび第二の駆動ユニットが近似的に水平な平面内に配置されていることによって解決される。このようにして、垂直飛行フェーズにおいて、地表近くで、第一の駆動ユニットおよび第二の駆動ユニットの統一的な地面効果が達成されるので、安定した飛行挙動が、特に離陸および着陸フェーズにおいて達成される。水平飛行状態においては、第一の駆動ユニットの流れが、第二の駆動ユニットの流れと相互に接近しないので、これによって効率の損失が発生しない。第一の駆動ユニットと第二の駆動ユニットは、垂直飛行状態において可能な限り水平な一つの平面内に配置される。そのような配置からのわずかな逸脱は、例えば製造公差に起因することが可能であるが、これは、飛行挙動を阻害しないか、わずかにのみ阻害するだけである。

有利には、第一の駆動ユニットと第二の駆動ユニットが、それぞれ一つの旋回アームを有し、その際、旋回アームは旋回可能に支承されて翼部に設けられている。このようにして、第一の駆動ユニットと第二の駆動ユニットが垂直飛行状態において基本的に一つの水平な平面内に配置されており、そして水平飛行状態において翼部平面の上および下に配置されているように、駆動ユニットの旋回軸が設けられていることが可能である。目的にかなって、旋回アームは、垂直飛行状態において第一の駆動ユニットが水平飛行方向で翼部の前方、そして第二の駆動ユニットが翼部の後方に存在するよう翼部に設けられている。その際、旋回アームは、第一の駆動ユニットと第二の駆動ユニットが水平飛行状態において基本的に一つの垂直な平面内で翼部の上下に設けられているよう、形成されかつ翼部に設けられていることが可能である。しかしまた、第一の駆動ユニットと第二の駆動ユニットが、水平飛行状態で一つの垂直な平面に対して間隔をあけて翼部に設けられていることも可能である。

垂直に離陸する飛行機の飛行挙動は、第一の駆動ユニットおよび第二の駆動ユニットの飛行機長手軸に対する胴体部間隔が、第一の駆動ユニットおよび第二の駆動ユニットの、翼部端部を通って推移し、そして長手方向軸に平行である翼部軸への翼部端部間隔よりも小さいことによって更に改善されることが可能である。目的にかなって、複数の駆動ユニットは、胴体部のできる限り近くに配置される。可能な最も小さな胴体部間隔は、例えば、第一の駆動ユニットまたは第二の駆動ユニットのローターのローター直径によって制限される。

目的にかなって、駆動ユニットの全負荷は、翼部の内部に配置された一または複数のビームを介して胴体部に伝達される。駆動ユニットが、胴体部の近傍において翼部に設けられていることによって、軽量な翼部構造が使用されることが可能である。というのは駆動ユニットの負荷が翼部の小部分のみを通して胴体部へと導かれなければならないからである。

翼部前後の駆動ユニットの配置に基づいて、これは延長され、そしてそのようにして、追加的な翼部延在が発生させられることが可能である。これによって、水平飛行における翼部の抵抗は減少し、そして飛行性能が改善される。

更に、胴体部の近傍における駆動ユニットの配置によって、翼部構造は全体として堅牢となるので、より少ないたわみ振動が翼部又は担持するビーム内に発生する。これによって、特に垂直飛行状態における操縦性が向上し、そしてより安定的な飛行挙動が図られる。

好ましくは、発明に従い、翼部に、一つの旋回装置が設けられ、そして第一の駆動ユニットおよび第二の駆動ユニットが旋回装置と作用結合していることが意図される。第一の駆動ユニットおよび第二の駆動ユニットの為の旋回装置の共通した使用によって、翼部重量は更に減少し、そして垂直に離陸する飛行機の飛行挙動が更に改善されることが可能である。

垂直に離陸する飛行機を可能な限り簡単に調整(制御)することが可能であるように、そしてこれによって安定的な飛行挙動を可能とするために、発明に従い、第一の駆動ユニットの旋回動作と第二の駆動ユニットの旋回動作が連動していることが意図される。その上、旋回動作の連動によって、複数の駆動ユニットを独立して回転するための複雑な個別駆動が省略されることができ、そして特に低コストでかつ計量な旋回装置が使用されることが可能である。

本発明に係る垂直に離陸する飛行機の、特に有利な態様においては、第一の駆動ユニットと第二の駆動ユニットが、一つの駆動装置を形成すること、および翼部に少なくとも二つの駆動装置が互いに間隔をあけて配置されていることが意図される。冗長性を高めるために、二つまたは三つの駆動装置が翼部に設けられることが可能である。しかし必要に応じて三つよりも多くの駆動装置が翼部に設けられていることも可能である。

特に低コストな構造と特に良好な飛行挙動が、発明に従い、第一の駆動ユニットと第二の駆動ユニットがプロペラ駆動部またはインペラ駆動部またはジェット駆動部であることによって達成される。プロペラ駆動部は、目的にかなって、固定式に形成されるか、またはローターブレード調整部を有し形成される。

垂直に離陸する飛行機の更なる利点および態様は、図面に表された実施例に基づき以下に詳細に説明される。

飛行機胴体部に側方から配置された翼部を有する垂直に離陸する飛行機の水平飛行状態の簡略図。

飛行機胴体部に側方から配置された翼部を有する垂直に離陸する飛行機の垂直飛行状態の簡略図。

胴体部上側に配置された翼部を有する尾翼を有さない垂直に離陸する飛行機の水平飛行状態の簡略図。

翼部ごとに各二つの駆動装置を有する垂直に離陸する飛行機の垂直飛行状態の簡略上面図。

図4aの垂直に離陸する飛行機の水平飛行状態の簡略正面図。

旋回装置に配置された複数の駆動ユニットを有する旋回装置の簡略図。

図1および2は、胴体部2の向かい合った側に配置された各一つの翼部3を有する、垂直に離陸する飛行機1の簡略図を示す。翼部3には其々、一つの第一駆動ユニット4と第二駆動ユニットが旋回可能に支承されて配置されている。第一の駆動ユニット4と第二の駆動ユニット5は、各一つのプロペラ6および旋回アーム7を有している。旋回アーム7は、旋回可能に翼部3に配置されており、その際、連結された旋回動作が翼部3に配置された旋回装置8によって作動させられ、そして駆動される。

垂直に離陸する飛行機1の長手方向軸10に対する駆動ユニット4および5の胴体部間隔9が、翼部端部12を通って推移し、かつ長手方向軸10に対して平行な翼部軸13に対する第一の駆動ユニット4および第二の駆動ユニット5の翼部端部間隔11よりも小さいよう、第一の駆動ユニット4および第二の駆動ユニット5は翼部3に配置される。

図1には、第一の駆動ユニット4と第二の駆動ユニット5が水平飛行状態で存在し、他方で図2では、第一の駆動ユニット4および第二の駆動ユニット5が垂直飛行状態で表されている。

図3には、簡略的に、胴体部2の上面に配置された二つの翼部3を有し尾翼を有さない垂直に離陸する飛行機1が簡略的に表されている。

図4aは、胴体部2の向かい合った側に配置された二つの翼部3を有する、垂直に離陸する飛行機1の簡略的に表された上面図および図4は、簡略的に表された正面図を示す。その際、翼部3には其々二つの駆動装置14が設けられている。駆動装置14は其々、第一の駆動ユニット4と第二の駆動ユニット5を有する。これらは、旋回アームによって旋回可能に翼部3に支承されて配置されている。

垂直飛行フェーズ中の垂直に離陸する飛行機1は、図4aに表されている。図4bには、水平飛行状態の駆動ユニット4および5が表されている。

図5には、一つの駆動ベルト15を介して駆動される二つの駆動ロール16を有する一つの駆動旋回装置8が簡略的に表されている。駆動ベルト15は、其々、固定点17において駆動ロール16に固定されている。駆動ベルト15の状態(又は位置、独語:Lage)は、ウインチ18を介して調整されることが可能である。駆動ベルト15の組立および分解の為に、駆動ベルト15には、クランプ装置19が設けられている。

駆動ロール16には、第一の駆動ユニット4および第二の駆動ユニット5が設けられている。第一の駆動ユニット4と第二の駆動ユニット5は、其々一つの旋回アーム7と旋回アーム7に配置された一つのプロペラ6を有している。

ウインチ18を使った駆動ベルト15の状態の調整によって、駆動ロール16は連結されて回転させられる。ウインチ18の駆動の為に、例えば図示されていない電気式のサーボ駆動部が使用されることが可能である。