[发明专利]用于垂直起降无人机的混合电动驱动系

说明书

本发明涉及一种垂直起飞飞行器(10)，其带有用于产生在水平方向(1)上有效的驱动力的推进驱动器(31)并且带有用于产生在垂直方向上有效的提升力的提升驱动器(32)。该飞行器还包括用于为推进驱动器(31)提供机械能的马达(12)和用于为提升驱动器(32)提供电能的第一发电机(11)。此外，该飞行器包括用于马达(12)的、带有由马达(12)的排气流(44)驱动的第一涡轮(41)的排气涡轮增压器(40)，其中，第一涡轮构造成为推进驱动器(31)提供机械能。

技术领域

本发明涉及用于垂直起飞飞行器的驱动系统。特别地，本发明涉及一种垂直起飞飞行器。

背景技术

垂直起飞飞行器，特别地无人机，具有关于将要前往的目标的有利特征。因此，重要意义在于垂直起飞飞行器或无人机分别不需要跑道或着陆带，这是由于垂直起飞飞行器和无人机可以垂直地降落或从地面垂直地起飞。利用这种垂直起飞飞行器还可以漂浮在特定目标上，从而例如执行观测任务，其中，所述漂浮也可被称为悬停。因此，垂直起飞飞行器可以悬停在一个以及同一目标物上数分钟，而且还可以是数小时，从而在观测任务期间捕捉地面上的特定物体。垂直起飞飞行器例如是直升飞机。在长的途中飞行期间，直升飞机由于缺少机翼而关于气动升力的效率较低。

发明内容

本发明的目的在于改进垂直起飞飞行器的驱动器。

该目的通过独立权利要求的主题解决。示例性实施方式可以从从属权利要求和下面的描述中得出。

根据本发明的一个方面，提供了一种垂直起飞飞行器。垂直起飞飞行器包括用于产生在垂直方向上有效的提升力的提升驱动器以及用于产生在水平方向上有效的驱动力的推进驱动器。垂直起飞飞行器还包括用于为推进驱动器提供机械能的马达以及用于为提升驱动器提供电能的第一发电机。此外，垂直起飞飞行器包括用于马达的、带有由马达的排气流驱动的第一涡轮的排气涡轮增压器，其中，第一涡轮构造成为推进驱动器提供机械能。特别地，在排气涡轮增压器没有结合在垂直起飞飞行器内的情况下，可以仅提供第一涡轮。在这种实施方式中，第一涡轮不会是排气涡轮增压器的一部分，而是独立设置的。

换言之，提供了用于带有至少两个提升转子和一个尾部推进器的VTOL(垂直起降)无人机的混合电动驱动系或混合电动驱动系统。驱动系包括带有优选地为柴油或煤油的燃料的内燃机。因此，可提供作为马达的活塞发动机、特别地往复式活塞发动机或燃气涡轮。优选地，飞行器，即无人机，包括带有四个提升转子的电动驱动器以及用于途中飞行的机械地驱动的尾部推进器的混合电动驱动器。

利用例如可以是无人机的这种垂直起飞飞行器，产生了由于机械直接驱动器与电力驱动的提升转子的组合而导致有效分配驱动功率的优点，并且因此可以实现节能飞行。特别地，在利用驱动系中的电池时，可以使将要被安装的电池的重量与柴油燃料或煤油燃料的储罐容积目标协调。还可以使为提升转子提供的电能与为推进驱动器提供的机械能协调或匹配。该协调或调节例如可由控制单元进行。

在不操作马达的情况下，即在飞行期间，还可以执行任务剖面(mission profile)的某些阶段，使得可使红外线信号或声音信号最小。换言之，这意味着由于所需提升力由提升转子提供而非由马达驱动的推进驱动器提供，因此可在飞行期间使加热的排气减少。

例如，马达是内燃机。特别地，马达是从活塞发动机、燃气涡轮或燃料电池中选择的。燃气涡轮例如是微型燃气涡轮。

马达例如可以借助于轴向推进驱动器提供机械能。可在该轴处设置发电机，所述发电机将由马达提供的、用于推进驱动器的机械能至少部分地转换成电能以向提升转子提供该转换的电能。例如可在另一轴处设置排气涡轮增压器的第一涡轮，以为推进驱动器额外提供机械能，所述另一轴在下面也被称为第二轴。可在该另一轴处设置发电机，所述发电机也将由涡轮提供的、用于推进驱动器的机械能至少部分地转换成电能，使得使该电能传输至提升转子，特别地传输至提升转子的电动机。因此，例如可提供彼此平行的并且借助于齿轮机构联接的两个轴。