-
Die Erfindung betrifft ein Leistungsassistenzsystem zur Unterstützung eines elektrisch antreibbaren, vertikal start- und landefähigen Fluggerätes, wobei das Leistungsassistenzsystem dazu eingerichtet ist, das Fluggerät bei einem Steigflug zu unterstützen, und wobei das Leistungsassistenzsystem eine Kopplungseinrichtung mit wenigstens einer Leitung zur Verbindung des Leistungsassistenzsystem mit dem Fluggerät aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine Leistungsassistenzeinrichtung und ein Leistungsassistenzverfahren zur Unterstützung eines elektrisch antreibbaren, vertikal start- und landefähigen Fluggerätes.
-
Fluggeräte weisen je nach Flugsituation, also beispielsweise Steigflug, Sinkflug oder Horizontalflug, einen unterschiedlichen Bedarf an Leistung auf. Gerade für den Steigflug ist ein vergleichsweise hoher Leistungs- und Energiebedarf der antreibenden Komponenten, beispielsweise einer Elektromaschine als Antrieb und einer Batterie als Antriebsenergiespeicher, erforderlich. Im Horizontal- und Sinkflug ist dieser Bedarf deutlich geringer. Bei den meisten konventionellen Anwendungen befindet sich das Fluggerät zu einem überwiegenden Zeitanteil des Flugbetriebs im Horizontalflug. Dennoch sind die antreibenden Komponenten auch für den Steigflug ausgelegt und dementsprechend beim Horizontalflug überdimensioniert und energetisch ungünstig. Die antreibenden Komponenten werden überwiegend unter ihrer Kapazitätsgrenze betrieben und sind dadurch hinsichtlich der Masse, der Volumina, der Effizienz und auch der Herstellungskosten im Sinne der technischen Auslegung und Konstruktion des Fluggeräts nachteilig. Eine Auslegung der antreibenden Komponenten ohne eine zu starke Berücksichtigung des Steigflugs ist in diesem Zusammenhang vorteilhaft. Dafür muss allerdings eine Lösung gefunden werden, die es ermöglicht, das Fluggerät und gegebenenfalls eine Fracht, die vom Fluggerät befördert wird, trotz der Auslegung auf einen geringeren Leistungsbedarf auf eine vertikale Starthöhe beziehungsweise Zielhöhe zu befördern, in der das Fluggerät in den Horizontalflug übergehen kann.
-
US 2014/0251743 A1 offenbart ein System zum Starten eines Fluggeräts. Das System umfasst ein elektrisch angetriebenes, durch Auftrieb unterstütztes Fluggerät, ein Kontrollsystem zum manövrieren des Fluggeräts und eine Anbindung, die dazu eingerichtet ist, das Fluggerät und eine bodengestützte Leistungszuführung zu koppeln, um dem Fluggerät Leistung bereitzustellen.
-
Die bodengestützte Leistungszuführung hat den Nachteil, dass die Leistungszuführung effektiv nur bis zu einer durch die die Leistungszuführung bewerkstelligende elektrische Leitung ausführbar ist. Dadurch ist die Leistungszuführung nur eingeschränkt möglich und durch den Transport einer gegebenenfalls langen und somit schweren elektrischen Leitung energetisch verbesserungswürdig.
-
US 2015/0336677 A1 offenbart ein System zur Wiederaufladung von Batterien, die von einem elektrisch angetriebenen Fluggerät transportiert werden. Das System umfasst ein aufladendes Fluggerät und ein aufzuladendes Fluggerät. Zur Leistungsassistenz können das aufladende Fluggerät und eine Kopplungseinrichtung zur Kopplung des aufladenden Fluggeräts mit dem aufzuladenden Fluggerät dazu eingerichtet sein, zusätzlich zum Batterieladestrom ein Leistungsassistenzstrom zur Unterstützung des Antriebs und Versorgung des aufzuladenden Fluggeräts bereitzustellen. Das aufladende Fluggerät kann eine Drohne sein.
-
Durch die erforderliche Abstimmung der Positionen des aufladenden Fluggeräts und des aufzuladenden Fluggeräts ist die vorgeschlagene Wiederaufladung von Batterien verbesserungswürdig. Ferner kann der potentielle Einsatzbereich durch Verbesserungen vergrößert werden.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Leistungsassistenz zum Zwecke reduzierter Leistungs- und Energieanforderungen an das Fluggerät mit verbesserter Einsatzmöglichkeit der Leistungsassistenz bereitzustellen.
-
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Leistungsassistenzsystem eine flugfähige und vertikal start- und landefähige Basisvorrichtung und eine Assistenzdrohne umfasst. Die Erfindung umfasst eine flugfähige Basisvorrichtung, die das Fluggerät im vertikalen Steigflug und gegebenenfalls im Sinkflug begleitet und dabei als Energie- und Leistungsquelle für das Fluggerät dient. Durch die Kopplungseinrichtung kann das Fluggerät mittels der Leitung zum Steigflug mit der Basisvorrichtung gekoppelt nach dem Steigflug von der Basisvorrichtung entkoppelt werden. Daraufhin kann sich das Fluggerät in einen horizontalen Flug begeben und die Basisvorrichtung kann zu Boden sinken, um für den nächsten Steigflug des oder eines anderen Fluggeräts zur Verfügung zu stehen. Die Erfindung erlaubt die Leistungsassistenz für verschiedenartige Fluggeräte.
-
Durch die Fähigkeit der Basisvorrichtung, vertikal starten und landen zu können, ist eine Leitung bis zum Boden und somit eine bodengestützte Versorgung des Fluggeräts entbehrlich. Dadurch ist die Leistungsassistenz nicht nur vom Boden bis zu einer der Leitungslänge entsprechenden Höhe möglich, sondern darüber hinaus. Der Abstand zwischen dem Fluggerät und dem Boden ist kleiner als der Abstand zwischen dem Fluggerät und der Basisvorrichtung. Damit ist das Gewicht der Leitung geringer als im Stand der Technik, der Flugverkehr zwischen dem Fluggerät und dem Leitungsursprung wird nicht beeinträchtigt, starke Kräfte aufgrund von an der Leitung angreifenden Winden sowie eine zunehmende Größe der Assistenzdrohne aufgrund des Gewichts der Leitung werden effektiv vermieden.
-
Das Fluggerät umfasst einen Antrieb und einen Antriebsenergiespeicher. Durch das erfindungsgemäße Leistungsassistenzsystem können der Leistungsbedarf des Antriebs und/oder die benötigte Kapazität des Antriebsenergiespeichers reduziert werden.
-
Die erfindungsgemäße Assistenzdrohne ist dazu eingerichtet, die Leitung zu tragen beziehungsweise zu führen. Damit muss das Fluggerät selbst die Leitung nicht während des Steigflugs befördern. Dadurch kann das Fluggerät effizienter und leichter für den Steigflug ausgelegt werden, da es die Masse der Leitung nicht zu heben braucht. Ferner dient die Assistenzdrohne dem Koordinieren der Leitung vor, während und/oder nach der Kopplung des Fluggeräts mit der Basisvorrichtung.
-
Die Erfindung hat erkannt, dass mit der erfindungsgemäßen Leistungsassistenz das Fluggerät den Steigflug nicht vollkommen selbstständig bewältigen muss. Damit können die Komponenten des entsprechenden Antriebsstrangs des Fluggeräts leistungs- und energieschwächer und somit kosteneffektiver, leichter, effizienter und energetisch günstiger ausgelegt werden. Das Fluggerät weist somit die üblichen Eigenschaften zum insbesondere Steigflug und Fähigkeiten zum Transport von beispielsweise Fracht auf und ist gleichzeitig im Gesamtverbund mit der Basisvorrichtung effizienter und kostengünstiger als vorbekannte Systeme.
-
Das Fluggerät wird nicht selbst von der Basisvorrichtung transportiert, sondern der Antrieb ist zum Steigflug eingerichtet. Jedoch kann insbesondere der Antriebsenergiespeicher des Fluggeräts kleiner und damit leichter und effizienter als bei vorbekannten Fluggeräten ausgeführt sein. Ferner kann der Kühlungsbedarf insbesondere des Antriebs und/oder des Antriebsenergiespeichers durch die Erfindung verringert werden, da sich der Kühlungsbedarf an der maximal geleisteten beziehungsweise entnommenen Leistung orientiert. Die Erfindung erlaubt eine Entkopplung zwischen der hohen Startleistung und der für den horizontalen Flugbetrieb benötigten Energie.
-
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Basisvorrichtung einen mit einem Gas mit geringerer Dichte als Luft gefüllten Ballon umfasst, um die energetische Effizienz des Leistungsassistenzsystems zu verbessern. Der mit dem Gas gefüllte Ballon weist eine Auftriebskraft auf, die den Steigflug der Basisvorrichtung unterstützt. Als Gase kommen vorteilhaft Wasserstoff und Helium in Betracht. Der Wasserstoff kann über die Leitung von der Basisvorrichtung dem Fluggerät zuführbar sein, wo der Wasserstoff beispielsweise mit einer Brennstoffzelle als Antriebsenergiewandler in elektrische Energie zum Antreiben des Antriebs umgewandelt wird. Alternativ zum Ballon kann die Basisvorrichtung eine insbesondere elektrisch antreibbare Leistungsassistenzdrohne umfassen.
-
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Basisvorrichtung einen Basisenergiespeicher aufweist, um Energie für die Steuerung der Basisvorrichtung bereitzustellen und/oder zur Unterstützung des Steig- und Sinkflugs der Basisvorrichtung. Der Basisenergiespeicher unterstützt ferner, dass die Basisvorrichtung örtlich nicht an eine Bodenstation gekoppelt ist und damit uneingeschränkt einen Steigflug bewältigen kann. Die Energie kann insbesondere in Form von elektrischer Energie oder in Form eines Gases vorliegen, aus dem elektrische Energie erzeugt wird. Der Basisenergiespeicher kann Energie so speichern, dass diese dem Fluggerät über die Leitung zuführbar ist.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Basisenergiespeicher ein elektrischer Energiespeicher, und dem Fluggerät ist durch die Kopplungseinrichtung elektrische Energie aus dem Basisenergiespeicher zuführbar. In dieser Ausführungsform ist die Leitung eine elektrische Leitung, die elektrische Energie aus dem Basisenergiespeicher dem Antriebsenergiespeicher und/oder dem Antrieb des Fluggeräts zuführt, wobei der Antriebsenergiespeicher dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern. Die elektrische Energie in dem Basisenergiespeicher kann beispielsweise vor dem Steigflug der Basisvorrichtung aus einem Energiereservoir einer Bodenstation zugeführt werden und/oder durch Umwandlung von in einem Ballon gefassten Wasserstoff in elektrische Energie bereitgestellt werden.
-
Vorteilhaft weist die Basisvorrichtung einen Energiewandler zum Umwandeln von dem Basisenergiespeicher gespeicherter Energie in elektrische Energie auf, wobei der Basisenergiespeicher wenigstens teilweise von dem Ballon gebildet ist. Beispielsweise kann der Basisenergiespeicher ein mit Wasserstoff gefüllter Ballon sein und der Energiewandler kann eine Brennstoffzelle umfassen, die den Wasserstoff in elektrische Energie umwandelt. Damit kann eine Synergie von Wasserstoff genutzt werden, bei der Wasserstoff gleichzeitig als Auftriebsmedium und als Kraftstoff verwendet wird.
-
Vorteilhaft weist die Basisvorrichtung eine Aufrollvorrichtung zum Aufrollen der Leitung auf, um die Länge der Leitung kontrollieren zu können. Vorteilhaft wird die Länge der Leitung so kontrolliert, dass die Leitung weder zu stark gespannt ist und das Fluggerät in seinem Steigflug hemmt, noch dass die Leitung zu lang und somit schwer ist und insbesondere die Basisvorrichtung stört, beispielsweise indem die Leitung in Triebwerke gelangt. Die Aufrollvorrichtung kann insbesondere elektrisch antreibbar und vorteilhaft durch eine eine Vorspannung bewirkende Feder unterstützt sein.
-
Bevorzugt ist die Assistenzdrohne dazu eingerichtet, die Leitung zur Kopplung mit dem Fluggerät zu führen, um die Länge und den Verlauf der Leitung zwischen der Basisvorrichtung und dem Fluggerät vorteilhaft koordinieren zu können. Vorzugsweise kann die Assistenzdrohne auch die Kopplung und/oder Entkopplung des Fluggeräts und der Leitung unterstützten. Die Leitung kann in einem Abstand von einer Kupplung, die dazu eingerichtet ist, das Fluggerät mit der Leitung zu koppeln, fest mit der Assistenzdrohne verbunden sein. Die Kupplung kann insbesondere einen elektrischer Kontakt, beispielsweise einen Stecker, und/oder eine Wasserstoffleitung umfassen.
-
Vorteilhaft weist die Basisvorrichtung ein Triebwerk zur horizontalen Positionierung der Basisvorrichtung auf. Das Triebwerk verbessert die horizontale Positionierung der Basisvorrichtung insbesondere bei Seitenwinden und/oder vertikalen Flugmanövern, wie zum Beispiel für Korrekturen im Bedarfsfall sowie im Steig- und Sinkflug in Abhängigkeit der Beladung und der aktuellen Auftriebskraft. Vorteilhaft umfasst die Basisvorrichtung mehrere Triebwerke. Die Triebwerke sind entweder jeweils horizontal und vertikal schwenkbar und/oder weisen unterschiedliche Befestigungswinkel auf, um eine Steuerung der Basisvorrichtung zu gewährleisten. Vorteilhaft ist das Triebwerk beziehungsweise sind die Triebwerke elektrisch antreibbar.
-
Eine erfindungsgemäße Leistungsassistenzeinrichtung umfasst ein zuvor beschriebenes Leistungsassistenzsystem und eine Bodenstation, wobei die Bodenstation eine Landefläche zum Landen der Basisvorrichtung und ein Energiereservoir zum Speichern von der Basisvorrichtung zuführbarer Energie aufweist. Die Erfindung hat erkannt, dass das Leistungsassistenzsystem besonders effektiv mit der Bodenstation betrieben werden kann. Die Landefläche kann einer Basisvorrichtung zugewiesene Landeplätze aufweisen, wobei jedem Landeplatz ein oder mehrere weitere Landeabschnitte für eine oder mehrere Fluggeräte zugeordnet sind. Das Energiereservoir kann insbesondere für das Bereitstellen von Energie für die Basisvorrichtung und/oder das Fluggerät eingerichtet sein. Beispielsweise kann das Energiereservoir ein elektrisches Energiereservoir und/oder ein Gasreservoir umfassen.
-
Erfindungsgemäß umfasst ein Leistungsassistenzverfahren zur Unterstützung eines elektrisch antreibbaren, vertikal start- und landefähigen Fluggerätes, folgende Schritte: Herstellen einer Verbindung zur Energieübertragung zwischen dem Fluggerät und einer Basisvorrichtung mittels einer Leitung, Steigflug des Fluggerätes und gleichzeitiger Steigflug der Basisvorrichtung, wobei die Leitung durch eine Assistenzdrohne geführt wird, und Trennung der Verbindung zwischen dem Fluggerät und der Basisvorrichtung bei Erreichen einer Zielhöhe. Nach dem Herstellen der Verbindung kann das Fluggerät von der Basisvorrichtung mit Energie versorgt werden. Damit braucht insbesondere ein Antriebsenergiespeicher des Fluggeräts keine hohen Anforderungen erfüllen, um den Steigflug zu bewältigen. Die Erfindung hat auch erkannt, dass das Fluggerät durch das Führen der Leitung durch die Assistenzdrohne für einen erheblich erleichterten Steigflug ausgelegt werden kann, was zu einer erhöhten Effizienz der Komponenten führt. Nach dem Trennen der Verbindung kann das Fluggerät insbesondere einen Horizontalflug effizient ausführen.
-
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
-
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
-
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Ausführungsform eines Leistungsassistenzsystems mit einem Ballon;
- 2 eine Ausführungsform eines Leistungsassistenzsystems mit einer Leistungsassistenzdrohne; und
- 3 eine Ausführungsform eines Leistungsassistenzsystems mit mehreren Fluggeräten.
-
1 zeigt eine Ausführungsform eines Leistungsassistenzsystems 1 mit einem Ballon 8. Das Leistungsassistenzsystem 1 zur Unterstützung eines elektrisch antreibbaren, vertikal start- und landefähigen Fluggerätes 2 beziehungsweise einer Drohne ist dazu eingerichtet, das Fluggerät 2 bei einem Steigflug zu unterstützen.
-
Das Fluggerät 2 weist einen elektrischen Antrieb 19 und einen Antriebsenergiespeicher 20 auf. Der Antrieb 19 und der Antriebsenergiespeicher 20 sind auch für den Steigflug, jedoch vorrangig für den horizontalen Flug und für einen vergleichsweise leistungsschwachen Steigflug ausgelegt. Damit können der Antrieb 19 und der Antriebsenergiespeicher 20 besonders effizient und leicht ausgeführt werden.
-
Das Leistungsassistenzsystem 1 umfasst eine flugfähige und vertikal start- und landefähige Basisvorrichtung 5 und eine Assistenzdrohne 6.
-
Die Basisvorrichtung 5 umfasst ein Konstrukt mit beispielsweise zwei Ebenen 15, 16. Eine obere Ebene 15 umfasst Triebwerke 11 und eine Systemkomponente 14 als elektronische Steuerungseinrichtung insbesondere zur Steuerung der Basisvorrichtung 5. Die Systemkomponente 14 ist zur Steuerung der Basisvorrichtung 5, insbesondere zur Steuerung einer Aufrollvorrichtung 10 und der Triebwerke 11, zur Koordinierung der Basisvorrichtung 5 mit der Assistenzdrohne 6 und/oder zur Koordinierung der Basisvorrichtung 5 mit dem Fluggerät 2 eingerichtet.
-
Die elektrisch antreibbaren Triebwerke 11 der Basisvorrichtung 5 sind entweder jeweils horizontal und vertikal schwenkbar und/oder weisen unterschiedliche Befestigungswinkel auf, um eine Steuerung der Basisvorrichtung 5 zu gewährleisten. Die Triebwerke 11 dienen der horizontalen Positionierung der Basisvorrichtung 5 insbesondere bei Seitenwänden und bei vertikalen Flugmanövern, wie zum Beispiel für Korrekturen im Bedarfsfall sowie Steig- und Sinkflug in Abhängigkeit der Beladung und der aktuellen Auftriebskraft.
-
Die Basisvorrichtung 1 umfasst einen Ballon 8, wobei der Ballon 8 innerhalb einer Rahmenkonstruktion 18 in einer unteren Ebene 16 der Basisvorrichtung 1 angeordnet ist. Der Ballon 8 der Basisvorrichtung 5 ist mit einem Gas 7 gefüllt, das eine geringere Dichte als Luft aufweist. Damit kann die Basisvorrichtung 5 durch eine Auftriebskraft unterstützt einen Steigflug vollziehen. Der Ballon 8 beziehungsweise dessen Hülle ist für das Gas 7 undurchlässig. Der Ballon 8 benötigt keine weitere Rahmenkonstruktion. Der Ballon 8 ist in seiner Form flexibel und kann sich je nach Gasgehalt in einem gewissen Rahmen ausdehnen und verkleinern. Das Gas 7, mit dem der Ballon 8 gefüllt ist, kann insbesondere Wasserstoff sein. Damit kann das Gas 7 sowohl dem Auftrieb der Basisvorrichtung 5 dienen als auch Energie bereitstellen, die mittels eines Energiewandlers 12 in elektrische Energie umwandelbar ist. Damit bildet der Ballon 8 in diesem Ausführungsbeispiel einen Basisenergiespeicher 9, wobei die in dem Basisenergiespeicher 9 gespeicherte Energie sowohl den Triebwerken 11 der Basisvorrichtung 5 als auch zur Leistungsassistenz dem Fluggerät 2 zuführbar ist.
-
In der oberen Ebene 15 der Basisvorrichtung 5 ist ein elektrischer Energiespeicher 13 und ein Energiewandler 12 an einem ringförmigen Abschnitt der Rahmenkonstruktion 18 vorgesehen. Der Energiewandler 12 ist dazu eingerichtet, die in dem Ballon 8 in Form von vorteilhaft Wasserstoff als Gas 7 vorliegende Energie in elektrische Energie umzuwandeln und dem elektrischen Energiespeicher 13 zuzuführen. Der Energiewandler 12 kann beispielsweise eine Brennstoffzelle, eine Gasturbine und/oder einen Generator umfassen. Der elektrische Energiespeicher 13 umfasst beispielsweise eine wideraufladbare Batterie.
-
Die aus dem Gas 7 erzeugte elektrische Energie und/oder die in dem elektrischen Energiespeicher 13 gespeicherte elektrische Energie kann zum Antrieb der Triebwerke 11 verwendet werden. Ferner kann die aus dem Gas 7 und/oder in dem elektrischen Energiespeicher 13 gespeicherte elektrische Energie dem Fluggerät 2 zur Leistungsassistenz zugeführt werden.
-
Zur elektrischen Verbindung der Basisvorrichtung 5 mit dem Fluggerät 2 ist eine Kopplungseinrichtung 3 vorgesehen. Die Kopplungseinrichtung 3 umfasst eine elektrische Leitung 4, eine Assistenzdrohne 6 zum zuführen der elektrischen Leitung 4 zum Fluggerät 2 und eine Kupplung 21 zur Kopplung der elektrischen Leitung 4 mit dem Fluggerät 2. Das Fluggerät 2 weist eine Ankoppelvorrichtung für den Anschluss der Kupplung 21 der elektrischen Leitung 4 auf. Beispielsweise kann die Ankoppelvorrichtung eine Buchse und die Kupplung 21 einen Stecker umfassen.
-
Die elektrische Leitung 4 wird je nach Abstand zwischen der Basisvorrichtung 5 und dem Fluggerät 2 über eine aktive Aufrollvorrichtung 10 der Basisvorrichtung 5 auf- und abgerollt. Die Aufrollvorrichtung 10 ist auf der oberen Ebene 15 der Basisvorrichtung 5 angeordnet. Für die Assistenzdrohne 6 ist auf der oberen Ebene 15 ein Stellplatz 17 vorgesehen. Der Stellplatz 17 ist von der Rahmenkonstruktion 18 mechanisch unterstützt.
-
Der Antriebsenergiespeicher 20 des Fluggeräts 2 kann insbesondere ein elektrischer Energiespeicher sein. Der Antriebsenergiespeicher 20 kann vor dem Steigflug und/oder während des Steigflugs befüllt werden. Während des Steigflugs kann der Antriebsenergiespeicher 20 durch die elektrische Leitung 4 mit elektrischer Energie versorgt werden, die von dem elektrischen Energiespeicher 13 der Basisvorrichtung 5 bereitgestellt wird. Die dem Fluggerät 2 aus dem elektrischen Energiespeicher 13 zugeführten Energie kann auch direkt zur Versorgung des Antriebs 19 vorgesehen sein. Dabei braucht die dem Fluggerät 2 aus dem elektrischen Energiespeicher 13 zugeführte Energie nicht in dem Antriebsenergiespeicher 20 gespeichert werden. Beispielsweise kann das Fluggerät 2 nur für den Steigflug ausgelegte Antriebe 19 aufweisen, die ausschließlich aus dem elektrischen Energiespeicher 13 der Basisvorrichtung 5 mit elektrischer Energie versorgbar sind.
-
Alternativ kann das Fluggerät 2 beispielsweise eine Brennstoffzelle zur Umwandlung von Wasserstoff in elektrische Energie aufweisen. In dieser Ausführungsform kann die Basisvorrichtung 5 den in dem Ballon 8 als Gas 7 gespeicherten Wasserstoff dem Fluggerät 2 zuführen. Damit ist eine Umwandlung der dem Fluggerät 2 zuzuführenden Energie in elektrische Energie entbehrlich. Der Antriebsenergiespeicher 20 ist in diesem Beispiel ein Wasserstoffspeicher, den mittels der Leitung 4 Energie in Form von Wasserstoff aus dem Basisenergiespeicher 9 beziehungsweise dem Ballon 8 zuführbar ist. Die Brennstoffzelle des Fluggeräts 2 wandelt den Wasserstoff in elektrische Energie zum Antreiben des Antriebs 19 um. Die Leitung 4, die Kupplung 21 und die Ankoppelvorrichtung des Fluggerätes 2 sind in dieser alternativen Ausführungsform dazu eingerichtet, Wasserstoff zu transportieren.
-
Beispielsweise kann der Antriebsenergiespeicher 20 etwa 15 kg Wasserstoff speichern. Für den Auftrieb von etwa 2000 kg Fracht werden ca. 150 kg Wasserstoff benötigt. Damit macht der Anteil des im Fluggerät 2 gespeicherten Wasserstoffs etwa bis zu 10 % des wenigstens im Basisenergiespeicher 9 zu speichernden Wasserstoffs aus.
-
Die Assistenzdrohne 6 ist ein vertikal start- und landefähiges Fluggerät, das elektrisch antreibbar ist. Die Assistenzdrohne 6 ist dazu eingerichtet, die elektrische Leitung 4 zu tragen beziehungsweise zu führen.
-
1 zeigt auch eine Leistungsassistenzeinrichtung 100, umfassend eine Bodenstation 101 mit einer Landefläche 102, ein Energiereservoir 103, und das zuvor beschriebene Leistungsassistenzsystem 1. Die Landefläche 102 weist genügend Platz zum Landen der Basisvorrichtung 5 und zum Parken für ein oder mehrere Fluggeräte 2 sowie Startflächen für den Beginn des Steigflugs auf. Auf dem Gebiet der Bodenstation 101 befindet sich ein stationäres Energiereservoir 102, was beispielsweise Akkumulatoren, Batterien und/oder Speicher für das Gas 7 des Ballons 8 umfasst. Ferner können unterschiedliche Service- und Wartungseinheiten für die Ballons 8 sowie gegebenenfalls eine Stromversorgung für den Basisenergiespeicher 9 vorgesehen sein.
-
Das Leistungsassistenzsystem 1 kann beispielsweise im Rahmen einer Mobilitätsdienstleistung im Bereich der vertikalen Mobilität Anwendung finden.
-
Ein Leistungsassistenzverfahren zur Unterstützung des Fluggerätes 2 beginnt vorteilhaft mit der Bereitstellung der Basisvorrichtung 5 auf der Bodenstation 101. Zunächst befindet sich die Basisvorrichtung 5 auf dem Boden und die Triebwerke 11 sind nicht im Einsatz. Die Basisvorrichtung 5 kann durch eine mechanische Halteverbindung an dem Boden gehalten werden, um ein Steigen der Basisvorrichtung 5 aufgrund ihres Auftriebs zu unterbinden.
-
Anschließend wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Fluggerät 2 und der Basisvorrichtung 5 mittels der elektrischen Leitung 4 hergestellt.
-
Die mechanische Halteverbindung zwischen der Basisvorrichtung 5 und dem Boden wird gelöst und das Fluggerät 2 und gleichzeitig die Basisvorrichtung 5 steigen in Richtung einer Zielhöhe. Dabei wird der Abstand zwischen der Basisvorrichtung 5 und dem Fluggerät 2 von einem Steuerungssystem, das sowohl Bestandteil der Bodenstation 101 als auch der Basisvorrichtung 5 sein kann, koordiniert. Dabei wird die elektrische Leitung 4 je nach Abstand zwischen der Basisvorrichtung 5 und dem Fluggerät 2 über die aktive Aufrollvorrichtung 10 auf- und abgerollt. Die Länge der elektrischen Leitung 4, die ausgerollt ist, wird intelligent so gesteuert, dass die elektrische Leitung 4 nicht übermäßig durchhängt und/oder auf der Basisvorrichtung 5, insbesondere dem Ballon 8 aufliegt. Gleichzeitig wird die Länge der elektrischen Leitung 4 so bemessen, dass die elektrische Leitung 4 nicht zu straff ist und so eine mechanische Spannung erfährt, die den Steigflug des Fluggeräts 2 hemmt.
-
Die elektrische Leitung 4 wird durch die Assistenzdrohne 6 geführt. Die Assistenzdrohne 6 begleitet die Basisvorrichtung 5 beim Steigflug und unterstützt das Führen der elektrischen Leitung 4 und insbesondere die Kontrolle der Länge der elektrischen Leitung 4.
-
Die elektrische Leitung 4 und somit der Abstand zwischen der Basisvorrichtung 5 und dem Fluggerät 2 kann mit zunehmender Höhe, also dem Abstand der Basisvorrichtung 5 zum Boden, erhöht und insbesondere bei Ankunft an der Zielhöhe maximiert werden. Dadurch ist es möglich, dass das Fluggerät 2 eine höhere vertikale Fluggeschwindigkeit als die Basisvorrichtung 4 aufweist. Damit können mögliche Nachteile einer möglicherweise vergleichsweise langsamen Basisvorrichtung 4 kompensiert werden.
-
Die vertikale Geschwindigkeit der Basisvorrichtung 4 kann beispielsweise über die Befüllung des Ballons 8 sowie über die Triebwerke 11 auf der oberen Ebene 15 gesteuert werden. Eine Verringerung des Auftriebs der Basisvorrichtung 5 kann dabei sowohl durch die Triebwerke 11 als auch durch die Entnahme des Gases 7 aus dem Ballon 8 erfolgen. Bei der Entnahme des Gases 7 kann ein Energiewandler 12 versorgt werden und elektrische Energie erzeugen. Alternativ kann das Gas 7 in die Umgebung entlassen werden.
-
Während des Steigflugs kann sowohl der elektrische Antrieb des Fluggeräts 2 als auch der Antriebsenergiespeicher 20 des Fluggeräts 2 versorgt beziehungsweise geladen werden. Damit kann eine höhere Betriebslaufzeit erreicht werden. Denkbar ist auch eine Versorgung des Fluggeräts 2 mit Wasserstoff, sofern das Fluggerät 2 beispielsweise mit einer Brennstoffzelle betrieben wird.
-
Bei Erreichen der Zielhöhe wird die elektrische Verbindung zwischen dem Fluggerät 2 und der Basisvorrichtung 5 getrennt. Die Assistenzdrohne 6 trennt die Strombindung von dem Fluggerät 2 oder es wird ein Entkopplungsmechanismus aktiviert. Nach der Trennung rollt die Aufrollvorrichtung 10 die elektrische Leitung 4 im Zusammenspiel mit der Assistenzdrohne 6 auf, die die Rückführung der elektrischen Leitung 4 unterstützt. Die Assistenzdrohne 6 stellt sicher, dass die elektrische Leitung 4 nicht auf die Basisvorrichtung 5 fällt und beispielsweise in deren Triebwerke 11 gerät. Anschließend landet die Assistenzdrohne auf dem Stellplatz 17 der oberen Ebene 15.
-
Das Fluggerät 2 kann nun den Horizontalflug aufnehmen und die Basisvorrichtung 5 kann auf der Bodenstation 101 landen. Optional kann das Fluggerät 2 zum Landen von einer Basisvorrichtung 5 in Empfang genommen werden, die das Fluggerät 2 bei einem Sinkflug unterstützt.
-
2 zeigt eine Ausführungsform eines Leistungsassistenzsystems 1 mit einer Leistungsassistenzdrohne als Basisvorrichtung 5. Die Ausführungsform gemäß 2 wird mit Hinblick auf die Unterschiede der Ausführungsform gemäß 1 beschrieben. Die Basisvorrichtung 5 ist in diesem Beispiel nicht durch eine Auftriebskraft unterstützt. Die Basisvorrichtung 5 weist Triebwerke 11 auf, die dazu eingerichtet sind die Basisvorrichtung 5 mittels elektrischer Energie anzuheben und einen Steigflug auszuführen. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Basisenergiespeicher 9 ein elektrischer Energiespeicher 13. Der Basisenergiespeicher 9 muss vor dem Start der Basisvorrichtung 5 so geladen sein, dass der Basisenergiespeicher 9 genügend Energie für den Steigflug der Basisvorrichtung 5 und zur Leistungsassistenz für das Fluggerät 2 aufweist.
-
3 zeigt eine Ausführungsform eines Leistungsassistenzsystems 1 mit einer Basisvorrichtung 5 und mehreren Fluggeräten 2. Die Ausführungsform gemäß 3 wird mit Hinblick auf die Unterschiede der Ausführungsform gemäß 1 beschrieben.
-
Gemäß der Ausführungsform in 3 ist das Leistungsassistenzsystem 1 zur Leistungsassistenz von mehreren Fluggeräten 2 eingerichtet. Dafür weist das Leistungsassistenzsystem 1 eine Basisvorrichtung 5 und mehrere Assistenzdrohnen 6 auf. Für jede Assistenzdrohne 6 ist ein Stellplatz vorgesehen.
-
Zur Leistungsassistenz mehrerer Fluggeräte 2 weist das Leistungsassistenzsystem 1 mehrere Kopplungseinrichtung 3 auf. Das heißt, das Leistungsassistenzsystem 1 umfasst mehrere Assistenzdrohnen 6, mehrere Leitungen 4, mehrere Kupplungen 21 und mehrere Aufrollvorrichtungen 10. Jedes Fluggerät 2 kann somit von der Basisvorrichtung 5 sowie von einer Assistenzdrohne 6 im Steigflug unterstützt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Leistungsassistenzsystem
- 2
- Fluggerät
- 3
- Kopplungseinrichtung
- 4
- Leitung
- 5
- Basisvorrichtung
- 6
- Assistenzdrohne
- 7
- Gas
- 8
- Ballon
- 9
- Basisenergiespeicher
- 10
- Aufrollvorrichtung
- 11
- Triebwerk
- 12
- Energiewandler
- 13
- elektrischer Energiespeicher
- 14
- Systemkomponente
- 15
- obere Ebene
- 16
- untere Ebene
- 17
- Stellplatz
- 18
- Rahmenkonstruktion
- 19
- Antrieb
- 20
- Antriebsenergiespeicher
- 21
- Kupplung
- 100
- Leistungsassistenzeinrichtung
- 101
- Bodenstation
- 102
- Landefläche
- 103
- Energiereservoir
-
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 2014/0251743 A1 [0003]
- US 2015/0336677 A1 [0005]