AT528643A2

AT528643A2 - Multi-flight mode aircraft for transporting large loads of all kinds

Info

Publication number: AT528643A2
Application number: ATA60159/2024A
Authority: AT
Inventors: Sedelmayer Roland; Tschernutter Frederick; Meyer Joerg
Original assignee: Privacy Machines Solutions Sa
Priority date: 2024-08-25
Filing date: 2024-08-25
Publication date: 2026-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mehrmodus-Drehflügler-Luftfahrzeug (multi flight mode lifter / MFML), bestehend aus einem Rumpf (1) und zwei seitlich paral- lel angeordneten Auslegern (5) mit je mindestens zwei Rotoren (7). Jeder Ausleger (5) ist um eine quer zum Rumpf (1) verlaufende Schwenkachse (6) schwenkbar, sodass das Luftfahrzeug zwischen einem Hubschrauber-Modus (Rotoren horizontal, angetrieben) und einem Tragschrauber-Modus (Rotoren geneigt, Autorotation, Vortriebsantrieb (12)) umschalten kann. Die Konstruk- tion ermöglicht den Transport von großen Lasten aller Art bei verbesserter Ef- fizienz, Redundanz und Notlandefähigkeit.The invention relates to a multi-flight mode lifter (MFML) consisting of a fuselage (1) and two laterally parallel booms (5), each with at least two rotors (7). Each boom (5) is pivotable about a pivot axis (6) extending transversely to the fuselage (1), allowing the aircraft to switch between a helicopter mode (rotors horizontal, driven) and an autogyro mode (rotors tilted, autorotation, propulsion drive (12)). The design enables the transport of large loads of all kinds with improved efficiency, redundancy, and emergency landing capability.

Description

TITEL TITLE

[0001] Mehrmodus-Drehflügler-Luftfahrzeug mit schwenkbaren Rotor-Auslegern für die Beförderung von großen Lasten aller Art. [0001] Multi-mode rotary-wing aircraft with swiveling rotor booms for transporting large loads of all kinds.

KURZFASSUNG SUMMARY

[0002] Die Erfindung betrifft ein Mehrmodus-Drehflügler-Luftfahrzeug (multi flight mode lifter / MFML), bestehend aus einem Rumpf und zwei seitlich parallel angeordneten Auslegern mit je mindestens zwei Rotoren. Jeder Ausleger ist um eine quer zum Rumpf verlaufende Schwenkachse schwenkbar, so dass das Luftfahrzeug zwischen einem Hubschrauber-Modus (Rotoren horizontal, angetrieben) und einem Tragschrauber-Modus (Rotoren geneigt, Autorotation, Vortriebsantrieb) umschalten kann. Die Konstruktion ermöglicht den Transport von großen Lasten aller Art bei verbesserter Effizienz, Redundanz und Notlandefähigkeit. [0002] The invention relates to a multi-flight mode lifter (MFML) consisting of a fuselage and two laterally parallel booms, each with at least two rotors. Each boom is pivotable about a pivot axis extending transversely to the fuselage, so that the aircraft can switch between a helicopter mode (rotors horizontal, driven) and an autogyro mode (rotors tilted, autorotation, propulsion drive). The design enables the transport of large loads of all kinds with improved efficiency, redundancy, and emergency landing capability.

STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART

[0003] Bekannt sind Hubschrauber, die senkrecht starten und landen können. Sie können aber nicht längere Strecken im Tragschrauber Modus zurücklegen. [0003] Helicopters that can take off and land vertically are known. However, they cannot cover longer distances in autogyro mode.

[0004] Bekannt sind Tragschrauber, deren Flugmodus effizienter ist als bei Hubschraubern, die aber nicht im Hubschraubermodus starten, längere Strecken zurücklegen und landen können. [0004] Autogyros are known whose flight mode is more efficient than that of helicopters, but which cannot take off, travel longer distances and land in helicopter mode.

[0005] Bekannt sind Multikopter-Luftfahrzeuge, die vertikal starten und landen können. Sie besitzen in der Regel vier oder mehr Rotoren, die an seitlichen Auslegern außerhalb des Rumpfes befestigt sind. Der von den Rotoren erzeugte Auftrieb wird durch verschiedene Steuereinrichtungen verändert, sodass das Fluggerät in allen drei Raumachsen (Roll, Nick, Gier) manövrierbar ist. [0005] Multicopter aircraft capable of vertical takeoff and landing are known. They typically have four or more rotors attached to lateral arms outside the fuselage. The lift generated by the rotors is modified by various control devices, enabling the aircraft to be maneuvered in all three spatial axes (roll, pitch, yaw).

[0006] Diese Steuereinrichtungen umfassen beispielsweise: [0006] These control devices include, for example:

- Änderung der Rotordrehzahl, - Change in rotor speed,

- kollektive oder zyklische Blattverstellung, - collective or cyclic leaf adjustment,

- Schwenken der Rotorarme mit fix montierten Rotoren, - Swiveling of the rotor arms with fixed rotors,

- Neigen der Rotoren an starren Rotorarmen oder - Tilting of the rotors on rigid rotor arms or

- Kombinationen der vorgenannten Maßnahmen. - Combinations of the aforementioned measures.

NACHTEILE BESTEHENDER LÖSUNGEN DISADVANTAGES OF EXISTING SOLUTIONS

[0007] Bekannte einrotorige Drehflügler (z. B. Hubschrauber, Tragschrauber) erzeugen im Vorwärtsflug aufgrund der unterschiedlichen Anströmung der vor- und nachlaufenden Rotorblätter einen asymmetrischen Auftrieb, der ein Kippmoment bewirkt und die Fluglagestabilität beeinträchtigt. [0007] Known single-rotor rotary-wing aircraft (e.g. helicopters, autogyros) generate an asymmetric lift during forward flight due to the different airflow over the leading and trailing rotor blades, which causes a tilting moment and impairs flight stability.

[0008] Zudem kann bei Drehflüglern der Rumpf nicht immer parallel zur Flugrichtung gehalten werden, was den Einbau separater Vortriebstriebwerke erschwert. Unter starkem Seiten- oder Gegenwind ist auch das parallele Ausrichten zur Landefläche problematisch, sodass sichere vertikale Landungen eingeschränkt sind. [0008] Furthermore, in rotary-wing aircraft, the fuselage cannot always be kept parallel to the direction of flight, which makes the installation of separate propulsion engines more difficult. Alignment parallel to the landing surface is also problematic under strong crosswinds or headwinds, thus limiting safe vertical landings.

[0009] Bei Drehflüglern mit einem oder zwei Rotormasten führt ein Defekt an einem Rotormast, sodass die Umdrehung des Rotors blockiert ist, oder ein Defekt an einem Rotor oder an einem Rotorblatt zu einem Totalausfall des Fluggeräts. [0009] In rotary-wing aircraft with one or two rotor masts, a defect in a rotor mast, such that the rotation of the rotor is blocked, or a defect in a rotor or in a rotor blade leads to a total failure of the aircraft.

[0010] Tragschrauber benötigen einen Anstellwinkel des durch den Fahrtwind angetriebenen Rotors zur Flugrichtung. Daher können Multikopter mit nicht schwenkbaren Rotoren beim Vorwärtsflug nicht im Tragschraubermodus fliegen, selbst wenn sie mit einem Vortriebstriebwerk ausgestattet sind, da dieses nicht in Flugrichtung wirken kann. [0010] Autogyros require an angle of attack of the rotor driven by the airflow relative to the direction of flight. Therefore, multicopters with non-swivel rotors cannot fly in autogyro mode when flying forward, even if they are equipped with a propulsion engine, since this cannot act in the direction of flight.

[0011] Multikopter besitzen mehrere, relativ kleine Rotoren. Der begrenzte Rotordurchmesser [0011] Multicopters have several, relatively small rotors. The limited rotor diameter

erfordert hohe Drehzahlen, wodurch große Massenträgheitsmomente entstehen. Schnelle Drehzahländerungen zur Fluglagenkorrektur sind dadurch nur eingeschränkt möglich. Bei Triebwerksausfall fehlt aufgrund des kleinen Rotordurchmessers die Autorotationsfähigkeit; stattdessen werden ballistische Fallschirmsysteme eingesetzt, deren Tragfähigkeit jedoch die maximal zulässige Startmasse begrenzt. This requires high rotational speeds, resulting in large moments of inertia. Rapid changes in rotational speed for flight attitude correction are therefore limited. In the event of engine failure, the small rotor diameter prevents autorotation; instead, ballistic parachute systems are used, but their lifting capacity limits the maximum permissible takeoff weight.

[0012] Bei Kipprotor-Wandelflugzeugen trifft der Rotorabwind auf die Tragflächen, insbesondere während Start und Landung. Die Tragflächen müssen deshalb nicht nur Auftriebskräfte, sondern auch zusätzliche Biege- und Torsionslasten aufnehmen, was eine verstärkte Struktur und somit höheres Flugzeuggewicht erfordern. Der Rotordurchmesser ist konstruktiv limitiert: Bei Ausfall der Schwenkvorrichtung muss eine horizontale Landung möglich bleiben. Da diese Bauart im Triebwerksausfall lediglich zum Gleitflug, nicht aber zur Autorotation befähigt ist, wird die Auswahl eines geeigneten Notlandeplatzes zusätzlich erschwert. [0012] In tiltrotor aircraft, the rotor downwash impacts the wings, particularly during takeoff and landing. The wings must therefore withstand not only lift forces but also additional bending and torsional loads, necessitating a reinforced structure and thus a higher aircraft weight. The rotor diameter is limited by design: a horizontal landing must remain possible in the event of a tiltrotor failure. Since this design is only capable of gliding, but not autorotation, in the event of engine failure, the selection of a suitable emergency landing site is further complicated.

[0013] Ein weiterer Nachteil von Drehflüglern ist, dass bei der Anordnung von Rotoren auf einem Rotormast oder den Rotorarmen oder Flügeln, der Rotorwind mit den Tragflächen bei Start und Landung kollidiert. Die Anordnung der Rotoren vor und hinter den Tragflächen erschwert die Steuerung, sodass vornehmlich eine Ausführung als Kipprotorwandelflugzeug verwendet wird. Dies bedingt, die Tragflächen durch die Befestigung von Antrieben konstruktiv für mehr Belastungskräfte auszulegen als nur für reine Auftriebskräfte. Dies führt zu einem erhöhten Gewicht der Tragflächen und damit zu einem erhöhten Gewicht des Fluggeräts. [0013] Another disadvantage of rotary-wing aircraft is that when rotors are arranged on a rotor mast, rotor arms, or wings, the rotor wash collides with the wings during takeoff and landing. The arrangement of the rotors in front of and behind the wings makes control more difficult, so a tiltrotor aircraft design is predominantly used. This necessitates that the wings be structurally designed to withstand greater load forces than just lift forces by mounting propulsion units. This leads to an increased weight of the wings and thus to an increased weight of the aircraft.

[0014] Der Durchmesser der Rotoren ist außerdem konstruktiv begrenzt, da ansonsten eine horizontale Landung bei Ausfall der Schwenkvorrichtung nicht möglich ist. Außerdem sind diese Kipprotorwandelflugzeuge aus den oben angeführten Gründen bei Ausfall des Antriebs nicht für Autorotation, sondern nur für Gleitflug geeignet, was die Auswahl eines Notlandeplatzes für eine horizontale Landung erschwert. [0014] The diameter of the rotors is also limited by design, since otherwise a horizontal landing would not be possible in the event of a failure of the tilting mechanism. Furthermore, for the reasons mentioned above, these tiltrotor convertible aircraft are not suitable for autorotation in the event of engine failure, but only for gliding flight, which makes the selection of an emergency landing site for a horizontal landing more difficult.

[0015] Ein Nachteil von Drehflüglern mit einem Rotormast ist der konstruktiv zulässige kleine Schwerpunktbereich des Fluggerätes. Dies erschwert die durch eine große Zuladung erfolgende große Verschiebung des Schwerpunktes und die mögliche Ausstattung des Fluggerätes mit unterschiedlichen Rumpfmodulen mit unterschiedlichem Gewicht, ohne die Grundkonstruktion ändern zu müssen. [0015] A disadvantage of rotary-wing aircraft with a rotor mast is the small permissible center of gravity range of the aircraft. This makes it difficult to achieve a large shift in the center of gravity due to a large payload and to equip the aircraft with different fuselage modules of varying weights without having to change the basic design.

[0016] Ein Nachteil von Drehflüglern ist die Ausstattung mit Landekufen oder nicht angetriebenem Fahrwerk. Am Boden können sich diese gar nicht oder nur mit Hilfe des Rotorabwindes bei Hubschraubern oder mit Hilfe des Vortriebwerks bei Tragschraubern bewegen. Dies kann die Bewegung des Drehflüglers an einem Außenlandeplatz bei einem Katastrophen- oder Rettungseinsatz, wo eine Strecke am Boden zurückzulegen ist, verhindern. Weiters ist das Verbringen eines Drehflüglers aus oder in einen Hangar mit laufenden Rotoren nicht zulässig. Keine dieser Drehflügler können sich außerdem ohne Zusatzgeräte oder Unterstützung von außen um die eigene Mittelachse drehen, was bei einer Fixierung am Boden mithilfe eines Landesporns bei Starkwind notwendig sein kann. [0016] One disadvantage of rotary-wing aircraft is their use of landing skids or unpowered landing gear. On the ground, these aircraft cannot move at all, or only with the help of the rotor wash in the case of helicopters, or with the help of the propulsion system in the case of autogyros. This can prevent the movement of the rotary-wing aircraft at an off-airport landing site during a disaster or rescue operation where a distance needs to be covered on the ground. Furthermore, moving a rotary-wing aircraft in or out of a hangar with the rotors running is not permitted. None of these rotary-wing aircraft can rotate around their own central axis without additional equipment or external assistance, which may be necessary when moored to the ground using a landing skid in strong winds.

LÖSUNG & TECHNISCHE BESCHREIBUNG SOLUTION & TECHNICAL DESCRIPTION

[0017] Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, die oben genannten Nachteile zu beseitigen, wird durch ein Luftfahrzeug mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst. [0017] The problem underlying the invention, namely to eliminate the above-mentioned disadvantages, is solved by an aircraft with the features of the patent claims.

[0018] Vorgeschlagen wird ein Mehrmodus-Drehflügler (nachfolgend MFML - Multi-Flight-ModeLifter genannt), der wahlweise im Hubschrauber- oder Tragschrauber-Betrieb fliegen kann. [0018] A multi-mode rotary-wing aircraft (hereinafter referred to as MFML - Multi-Flight-ModeLifter) is proposed, which can optionally fly in helicopter or autogyro mode.

[0019] Das MFML ist sowohl pilotengesteuert, ferngesteuert als auch autonom flugfähig. Es besteht aus modularen Hauptkomponenten, insbesondere [0019] The MFML is capable of piloted, remotely controlled, and autonomous flight. It consists of modular main components, in particular

- einem Rumpf (1) und - a hull (1) and

- zwei seitlichen Auslegern (5) mit jeweils mehreren Rotoren, - two lateral booms (5) each with several rotors,

die Antriebs-, Funktions- und Steuerelemente aufnehmen. Optional können weitere Module, beispielsweise Nutzlast- oder Energieeinheiten, koppelbar sein. It houses the drive, functional, and control elements. Optionally, additional modules, such as payload or energy units, can be connected.

DER RUMPF (1) THE HULL (1)

[0020] Der Rumpf (1) ist modular aufgebaut und umfasst vorzugsweise drei Module, die je nach Einsatzprofil austauschbar sind. [0020] The hull (1) is modular in design and preferably comprises three modules which are interchangeable depending on the application profile.

[0021] Das Vorderrumpfmodul (2) - Kabine für Nutzlast oder Personen. Je nach Ausführung als Fracht-, Passagier-, Einsatz-, Rettungs- oder Kühlmodul ausgebildet. [0021] The forward fuselage module (2) - cabin for payload or persons. Depending on the design, configured as a cargo, passenger, operational, rescue or refrigeration module.

[0022] Das Mittelrumpfmodul (3) - Funktionsschott. Dieses enthält - Flugsteuer- und Sensoreinheiten, [0022] The center fuselage module (3) - functional bulkhead. This contains - flight control and sensor units,

- Kommunikationssysteme, - Communication systems,

- den Schwenkmechanismus der Ausleger (5) sowie - the swivel mechanism of the booms (5) as well as

- einen Landesporn (19), der sichere Aufsetzmanöver bei Starkwind oder auf schwankenden Plattformen ermöglicht. - a landing prow (19) that enables safe landing maneuvers in strong winds or on swaying platforms.

[0023] Das Funktionsschott bildet den tragenden Kern des MFML und wirkt als Feuer- und Lärmschutz zwischen Vorder- und Hinterrumpfmodul (2,4). [0023] The functional bulkhead forms the supporting core of the MFML and acts as fire and noise protection between the forward and rear fuselage modules (2,4).

[0024] Das Hinterrumpfmodul (4) - Energie- und Antriebsmodul. Es nimmt Generator- und/oder Batteriesysteme für die elektrischen Rotorantriebe (9) auf. Am Heck kann ein Manteltriebwerk (15) mit integriertem Schwenkruder (9) als Vektorschub-Vortrieb montiert sein. [0024] The rear fuselage module (4) – energy and propulsion module. It accommodates generator and/or battery systems for the electric rotor drives (9). A shrouded propeller (15) with an integrated tilting rudder (9) can be mounted at the rear for vector thrust propulsion.

DAS FAHRWERK (16,17, 18) THE CHASSIS (16, 17, 18)

[0025] Der Rumpf (1) ist auf einem sechsrädrigen Fahrwerk gelagert; die mittleren Räder (17) sind angetrieben bzw. gebremst und unter dem Funktionsschott angeordnet. Dadurch kann sich das MFML am Boden eigenständig bewegen und sich bei ausgefahrenem Landesporn (19) auf der Stelle drehen, um sich vor dem Start in Windrichtung auszurichten oder enge Landeplattformen (z. B. Bohrtürme) zu verlassen. [0025] The fuselage (1) is mounted on a six-wheeled landing gear; the middle wheels (17) are driven and braked, respectively, and are located under the functional bulkhead. This allows the MFML to move independently on the ground and, with the landing skid (19) extended, to turn on the spot in order to align itself with the wind direction before takeoff or to leave narrow landing platforms (e.g., drilling rigs).

[0026] Das MFML kann an einem Außenlandeplatz bei einem Katastrophen- oder Rettungseinsatz, wo eine Strecke am Boden zurückzulegen ist, diese Strecke ohne laufende Rotoren oder Vortriebspropeller zurücklegen. Weiters ist das Verbringen des MFML aus und in einen Hangar ohne laufende Rotoren und ohne zusätzliche Transportgeräte möglich. [0026] The MFML can travel a distance on the ground at an off-airport during a disaster or rescue operation without its rotors or propulsion propellers running. Furthermore, the MFML can be moved in and out of a hangar without its rotors running and without additional transport equipment.

DIE KLAPPFLÜGEL (14) THE FOLDING WINGS (14)

[0027] Obwohl das MFML grundsätzlich ohne Klappflügel (14) eingesetzt werden kann, können für Langstreckenmissionen Klappflügel (14) als Auftriebshilfe angebracht werden. [0027] Although the MFML can generally be used without folding wings (14), folding wings (14) can be fitted as a lift aid for long-range missions.

[0028] Die Klappflügel (14) sind beidseits des Rumpfs angeordnet und zwischen einer eingeklappten Stellung (14a) (Vertikalflug) und einer ausgeklappten Stellung (14b) (Vorwärtsflug) schwenkbar. [0028] The folding wings (14) are arranged on both sides of the fuselage and can be pivoted between a folded position (14a) (vertical flight) and an unfolded position (14b) (forward flight).

[0029] Die Klappflügel (14) bestehen aus zwei oder mehreren Segmenten, die miteinander schwenkbar verbunden sind. Die Anordnung der Segmente ermöglicht ein raumsparendes Zusammenfalten im Zick-Zack Modus. Dieser Modus beschreibt ein Muster, das durch abwechselnde Richtungen gekennzeichnet ist, die im Wesentlichen eine Zickzackform ergeben. [0029] The folding wings (14) consist of two or more segments that are pivotably connected to one another. The arrangement of the segments allows for space-saving folding in a zigzag pattern. This pattern is characterized by alternating directions that essentially form a zigzag shape.

[0030] Während des Übergangs vom Vertikal- in den Vorwärtsflug werden die Flügel ausgeklappt; beim Übergang in die Landephase werden sie wieder eingeklappt. Dadurch bleibt der Rotorwind (21) im Schwebeflug frei und strömt nicht gegen Flügel, wie dies bei Drehflüglern mit festen Tragflächen im Bodeneffekt üblich ist. Umgekehrt wirkt beim raschen Vorwärtsflug keine Auftriebslast auf die Klappmechanik, sodass der Klappvorgang jederzeit störungsfrei erfolgen kann. [0030] During the transition from vertical to forward flight, the wings are unfolded; during the transition to the landing phase, they are folded back in. This allows the rotor wind (21) to remain unobstructed during hovering and not flow against the wings, as is typical for rotary-wing aircraft with fixed wings in ground effect. Conversely, during rapid forward flight, no lift load acts on the folding mechanism, so the folding process can always occur without disruption.

[0031] Effektiv auftriebserzeugende Flügel bei Luftfahrzeugen erfordern im Vorwärtsflug einen Anstellwinkel zur Flugrichtung, der abhängig von der Geschwindigkeit, dem Schwerpunkt und der spezifischen Dichte der Umgebungsluft ist. Durch die schwenkbaren Ausleger (5), die einen zur Flugrichtung parallelen oder ideal geneigten Rumpf (1) unabhängig von der Rotorfläche ermögli-[0031] Effectively lift-generating wings on aircraft require an angle of attack relative to the direction of flight during forward flight, which depends on the speed, the center of gravity, and the specific density of the ambient air. The pivoting booms (5), which enable a fuselage (1) parallel to or ideally inclined to the direction of flight, independent of the rotor area,

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chen, werden der Rumpf (1) und die ausgeklappten Flügel (14b) im idealen Anstellwinkel zur Flugrichtung gehalten. In this way, the fuselage (1) and the unfolded wings (14b) are held at the ideal angle of attack to the direction of flight.

[0032] Die Flügel lassen sich in beiden Stellungen verriegeln. Im ausgeklappten Zustand erzeugen sie einen Teil des Gesamtauftriebs, reduzieren die erforderliche Leistung der Hubrotoren und erhöhen damit die Reichweite, insbesondere bei Langstreckenmissionen. [0032] The wings can be locked in both positions. In the extended state, they generate part of the total lift, reduce the power required by the lift rotors and thus increase the range, especially on long-range missions.

DIE AUSLEGER (5) THE INTERPRETERS (5)

[0033] Beide Ausleger (5) sind am Mittelrumpfmodul (3) befestigt und mittels eines vorzugsweise elektrisch betätigten Schwenkmechanismus um eine quer zum Rumpf (1) verlaufende Achse schwenkbar. [0033] Both booms (5) are attached to the central fuselage module (3) and can be pivoted about an axis running transversely to the fuselage (1) by means of a preferably electrically operated pivoting mechanism.

[0034] Der Schwenkmechanismus kann auf einem in Rumpflängsrichtung verfahrbaren Auslegerschlitten (20) befestigt werden, um den Schwerpunkt des MFML zusätzlich zu verändern. [0034] The pivoting mechanism can be mounted on a boom carriage (20) that can be moved in the longitudinal direction of the fuselage in order to further change the center of gravity of the MFML.

[0035] Rotoranordnung. Auf jedem Ausleger (5) sind zwei oder mehr elektrisch angetriebene Rotoren (7) montiert. Die Rotorantriebe (8) sowie deren Leistungsregelungen sind vorzugsweise im Ausleger (5) integriert und in unmittelbarer Nähe zu den Rotoren (7) angeordnet, um Leitungsverluste zu minimieren. [0035] Rotor arrangement. Two or more electrically driven rotors (7) are mounted on each boom (5). The rotor drives (8) and their power controls are preferably integrated into the boom (5) and arranged in close proximity to the rotors (7) to minimize line losses.

[0036] Individuelle Rotorsteuerung. Jeder Rotor (7) ist unabhängig kollektiv verstellbar. Abweichungen des Schwerpunktes - etwa durch asymmetrische Zuladung - werden durch differenzielle Anstellung der Rotorblätter und/oder durch Drehzahlanpassung ausgeglichen. Eine Verschiebung des Schwerpunktes kann auch durch Verschiebung der Querachse des Auslegers (5) bewirkt werden. Eine zyklische Blattverstellung ist nicht erforderlich, wodurch die Rotorköpfe vereinfacht und wartungsärmer ausgeführt werden können. [0036] Individual rotor control. Each rotor (7) is independently collectively adjustable. Deviations of the center of gravity—for example, due to asymmetrical payload—are compensated for by differential pitching of the rotor blades and/or by adjusting the rotational speed. A shift in the center of gravity can also be achieved by shifting the transverse axis of the boom (5). Cyclic blade pitch control is not required, which allows for a simpler and lower-maintenance design of the rotor heads.

[0037] Aerodynamik. Der Abstand der Ausleger (5) zum Rumpf (1) ist so gewählt, dass der Rotorwind (21) den Rumpf (1) nur minimal trifft, was den Wirkungsgrad gegenüber einrotorigen Hubschraubern erhöht. An beiden Enden der Ausleger (5) können Schwenkruder (9) montiert sein, die in Schwebeflug und Vorwärtsflug zur Seiten- bzw. Giersteuerung beitragen. [0037] Aerodynamics. The distance between the booms (5) and the fuselage (1) is chosen such that the rotor wind (21) only minimally impacts the fuselage (1), which increases efficiency compared to single-rotor helicopters. Tilting rudders (9) can be mounted at both ends of the booms (5), which contribute to lateral and yaw control in hovering and forward flight.

[0038] Jeder Rotor (7) besitzt zwei oder mehr kollektiv verstellbare Rotorblätter mit einem Hybridprofil, das sowohl den Autorotations- als auch den Hubschrauberbetrieb unterstützt. Der Durchmesser ist so bemessen, dass Autorotation möglich ist. Die Lagerung im Rotorkopf nimmt die Kraftunterschiede zwischen vor- und rücklaufendem Blatt auf. [0038] Each rotor (7) has two or more collectively adjustable rotor blades with a hybrid airfoil that supports both autorotation and helicopter operation. The diameter is dimensioned to allow autorotation. The bearing in the rotor head absorbs the force differences between the advancing and retreating blades.

[0039] Zur Quer-Stabilisierung laufen im Vorwärtsflug die vorlaufenden (höher auftriebswirksamen) Blätter außen, die rücklaufenden innen; dadurch entsteht ein dem V-Wing-Effekt vergleichbares, stabilisierendes Moment. [0039] For lateral stabilization, during forward flight the advancing (higher lift-generating) blades run on the outside, the retreating ones on the inside; this creates a stabilizing moment comparable to the V-wing effect.

[0040] Kippmoment-Vermeidung. Durch die beidseitige Rotoranordnung wird das bei einrotorigen Drehflüglern typische Kippmoment eliminiert. [0040] Tilting moment avoidance. The double-sided rotor arrangement eliminates the tilting moment typical of single-rotor rotary-wing aircraft.

[0041] Vorteile. Die Kombination aus schwenkbaren Auslegern (5), kollektiv verstellbaren Rotorblättern und individueller Drehzahlregelung ermöglicht Hubschrauberfliegen ohne zyklische Blattverstellung. Dies erhöht die Systemsicherheit und reduziert den Wartungsaufwand. [0041] Advantages. The combination of pivoting booms (5), collectively adjustable rotor blades, and individual speed control enables helicopter flight without cyclic blade pitch adjustment. This increases system safety and reduces maintenance requirements.

ALLE FIGUREN. ALL FIGURES.

[0042] Die Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen: [0042] The advantages of the invention are described in the following exemplary embodiments. They show:

[0043] Figur 1 eine Ansicht eines MFML von der Seite [0043] Figure 1 shows a side view of an MFML

[0044] Figur 2 eine Ansicht eines MFML von vorne [0044] Figure 2 shows a front view of an MFML

[0045] Figur 3 eine Ansicht eines MFML von hinten [0045] Figure 3 shows a rear view of an MFML

[0046] Figur 4 eine Ansicht eines MFML von oben [0046] Figure 4 shows a top view of an MFML

[0047] Figur 5 eine Ansicht eines MFML von der Seite im Hubschraubermodus aufwärts [0047] Figure 5 shows a side view of an MFML in helicopter mode looking upwards

[0048] Figur 6 eine Ansicht eines MFML von der Seite im Hubschraubermodus vorwärts [0048] Figure 6 shows a side view of an MFML in forward helicopter mode

[0049] Figur 7 eine Ansicht eines MFML von der Seite im Hubschraubermodus rückwärts [0050] Figur 8 eine Ansicht eines MFML von der Seite im 1. Teil des Übergangsmodus vor-[0049] Figure 7 shows a side view of an MFML in reverse helicopter mode. [0050] Figure 8 shows a side view of an MFML in the first part of the forward transition mode.

wärts towards

[0051] Figur 9 eine Ansicht eines MFML von der Seite im 2. Teil des Übergangsmodus vorwärts [0051] Figure 9 shows a side view of an MFML in the second part of the forward transition mode.

[0052] Figur 10 eine Ansicht eines MFML von der Seite im 3. Teil des Übergangsmodus vorwärts [0052] Figure 10 shows a side view of an MFML in the 3rd part of the forward transition mode

[0053] Figur 11 eine Ansicht eines MFML von der Seite im Tragschraubermodus vorwärts [0054] Figur 1 zeigt die Ansicht eines MFML von der Seite. [0053] Figure 11 shows a side view of an MFML in forward gyroplane mode. [0054] Figure 1 shows a side view of an MFML.

[0055] Der Rumpf (1) besteht aus mindestens drei austauschbaren Modulen. Das Vorderrumpfmodul (2) kann als Fracht-, Passagier-, Einsatz-, Rettungs- oder Kühlmodul ausgebildet sein. Das Mittelrumpfmodul (3) - Funktionsschott enthält Flugsteuer- und Sensoreinheiten, Kommunikationssysteme, den Schwenkmechanismus der Ausleger (5) sowie einen Landesporn (19), der sichere Aufsetzmanöver bei Starkwind oder auf schwankenden Plattformen ermöglicht. Das Funktionsschott bildet den tragenden Kern des MFML und wirkt als Feuer- und Lärmschutz zwischen Vorder- und Hinterrumpfmodul (2,4). Das Hinterrumpfmodul (4) ist das Energie- und Antriebsmodul. Es nimmt Generator- und/oder Batteriesysteme für die elektrischen Rotorantriebe (8) auf. Am Heck kann ein Manteltriebwerk (15) mit integriertem Schwenkruder (9) als Vektorschub-Vortrieb montiert sein. [0055] The fuselage (1) consists of at least three interchangeable modules. The forward fuselage module (2) can be configured as a cargo, passenger, operational, rescue, or refrigeration module. The mid-fuselage module (3) – functional bulkhead – contains flight control and sensor units, communication systems, the pivoting mechanism of the booms (5), and a landing skid (19) that enables safe landing maneuvers in strong winds or on unstable platforms. The functional bulkhead forms the load-bearing core of the MFML and acts as fire and noise protection between the forward and aft fuselage modules (2, 4). The aft fuselage module (4) is the power and propulsion module. It houses generator and/or battery systems for the electric rotor drives (8). A shrouded propeller (15) with an integrated tilting rudder (9) can be mounted at the rear for vector thrust propulsion.

[0056] Der Rumpf (1) ist auf einem sechsrädrigen Fahrwerk gelagert; die Räder des Fahrwerks mitte (17) sind angetrieben bzw. gebremst und unter dem Funktionsschott angeordnet. Die Räder des Fahrwerks vorne (16) und des Fahrwerks hinten (18) sind nicht angetrieben und nicht gebremst. [0056] The fuselage (1) is mounted on a six-wheeled landing gear; the wheels of the middle landing gear (17) are driven and braked and are located under the functional bulkhead. The wheels of the front landing gear (16) and the rear landing gear (18) are neither driven nor braked.

[0057] Die Ausleger (5) sind am Mittelrumpfmodul (3) befestigt und mittels eines vorzugsweise elektrisch betätigten Schwenkmechanismus um eine quer zum Rumpf (1) verlaufende Schwenkachse (6) drehbar. [0057] The outriggers (5) are attached to the central fuselage module (3) and can be rotated about a pivot axis (6) extending transversely to the fuselage (1) by means of a preferably electrically operated pivoting mechanism.

[0058] Der Schwenkmechanismus kann auf einem in Rumpfrichtung verfahrbaren Auslegerschlitten (20) befestigt sein, um den Schwerpunkt des MFML zusätzlich zu verändern. [0058] The pivoting mechanism can be mounted on a boom carriage (20) that can be moved in the direction of the fuselage in order to further change the center of gravity of the MFML.

[0059] Figur 2 zeigt die Ansicht eines MFML von vorne. [0059] Figure 2 shows the front view of an MFML.

[0060] Der Lufteinlass (10) für den Propeller (13) des Vortriebsantriebs (12) ist auf der Oberseite des Rumpfs (1) angebracht. Die ausgeklappten Klappflügel (14a) bzw die eingeklappten Klappflügel (14b) sind an den Rumpfseiten angebracht. Die Klappflügel (14) werden gleichzeitig ausund eingeklappt und verriegelt. Der Landesporn (19) ist in der Mitte des Funktionsschotts zwischen den Rädern des Fahrwerks mitte (17) eingebaut. [0060] The air intake (10) for the propeller (13) of the propulsion drive (12) is located on the upper surface of the fuselage (1). The extended folding wings (14a) and the folded folding wings (14b) are located on the sides of the fuselage. The folding wings (14) are simultaneously extended and retracted and locked in place. The landing skid (19) is installed in the center of the functional bulkhead between the wheels of the landing gear (17).

[0061] Figur 3 zeigt die Ansicht eines MFML von hinten. [0061] Figure 3 shows the rear view of an MFML.

[0062] Der Vortriebsantrieb (12) besteht aus einem Elektromotor, der einen Propeller (13) antreibt. Die Luft tritt in einem Lufteinlass (10) in einen Luftkanal ein, der durch einen geneigten Luftkanal in einem den Propeller (13) eng umfassenden Rohrstück endet, sodass ein Manteltriebwerk (15) gebildet ist. Der austretende Propellerwind (22) wird zur Vektorsteuerung von Seitenrudern (11) abgelenkt. Die sich im Rotorwind (21) befindlichen Schwenkruder (9) steuern den MFML. [0062] The propulsion drive (12) consists of an electric motor that drives a propeller (13). Air enters an air inlet (10) and an air duct, which terminates via an inclined air channel in a tube section that closely surrounds the propeller (13), thus forming a shrouded engine (15). The exiting propeller air (22) is deflected by rudders (11) for vector control. The tilting rudders (9) located in the rotor air (21) control the MFML.

[0063] Figur 4 zeigt die Ansicht eines MFML von oben. [0063] Figure 4 shows a top view of an MFML.

[0064] Durch die Anordnung der Rotoren auf den Auslegern (5) ist der Rotorwind (21) im Hubschraubermodus ohne Kollision mit dem Rumpf (1) ungehindert ermöglicht. Im Tragschraubermodus ist die laminare Anströmung jedes einzelnen Rotors (7) mit dem Fahrtwind (23) ebenfalls ungehindert ermöglicht. [0064] Due to the arrangement of the rotors on the booms (5), the rotor wind (21) is enabled to flow freely in helicopter mode without collision with the fuselage (1). In autogyro mode, the laminar flow of the airflow (23) to each individual rotor (7) is also enabled without obstruction.

[0065] Figur 5 zeigt eine Ansicht eines MFML im Hubschraubermodus aufwärts. [0065] Figure 5 shows a view of an MFML in helicopter mode looking upwards.

[0066] Der Ausleger (5) ist neutral waagrecht geschwenkt und der Rotorwind (21) ist senkrecht nach unten gerichtet. Ein veränderter Schwerpunkt durch Zuladung wird durch unterschiedliche kollektive Einstellung und/oder durch Veränderung der Drehzahl der Rotoren ausgeglichen. Der Rotorwind (21) führt ohne Kollision am Rumpf (1) vorbei und ist damit effizienter als bei einem Hubschrauber, bei dem der Rotorwind (21) mit dem Rumpf (1) kollidiert und somit ineffizienter wird. Besonders im Bodeneffekt ist ein unverwirbelter Rotorwind (21) wichtig für eine stabilen Fluglage. Durch die im Rotorwind (21) angeordneten Schwenkruder (9) der Ausleger (5) wird eine Drehung und Seitenschiebung des MFML im Schwebeflug ermöglicht. Der Vortriebsantrieb (12) ist ausgeschaltet. [0066] The boom (5) is pivoted in a neutral horizontal position, and the rotor wash (21) is directed vertically downwards. A change in the center of gravity due to payload is compensated for by different collective settings and/or by changing the rotational speed of the rotors. The rotor wash (21) passes the fuselage (1) without collision and is therefore more efficient than in a helicopter, where the rotor wash (21) collides with the fuselage (1) and thus becomes less efficient. Particularly in ground effect, an unturbulent rotor wash (21) is important for stable flight. The pivoting rudders (9) of the booms (5), arranged in the rotor wash (21), enable rotation and lateral movement of the MFML during hovering. The propulsion drive (12) is switched off.

[0067] Figur 6 zeigt eine Ansicht eines MFML im Hubschraubermodus vorwärts. [0067] Figure 6 shows a view of an MFML in helicopter forward mode.

[0068] Der Ausleger (5) ist nach vorne geschwenkt und der Rotorwind (21) ist nach hinten unten gerichtet, sodass sich der MFML nach vorne bewegt. Flugkorrekturen werden mit den Schwenkrudern (9) und den Rotoren ausgeführt. Der Vortriebsantrieb (12) ist ausgeschaltet. [0068] The boom (5) is pivoted forward and the rotor wind (21) is directed downwards and to the rear, causing the MFML to move forward. Flight corrections are made using the tilting rudders (9) and the rotors. The propulsion drive (12) is switched off.

[0069] Figur 7 zeigt eine Ansicht eines MFML im Hubschraubermodus rückwärts. [0069] Figure 7 shows a reverse view of an MFML in helicopter mode.

[0070] Der Ausleger (5) ist nach hinten geschwenkt und der Rotorwind (21) ist nach vorne unten gerichtet, sodass sich der MFML nach hinten bewegt. Flugkorrekturen werden mit den Schwenkrudern (9) ausgeführt. Der Vortriebsantrieb (12) ist ausgeschaltet. [0070] The boom (5) is pivoted backwards and the rotor wind (21) is directed forwards and downwards, causing the MFML to move backwards. Flight corrections are made using the tilting rudders (9). The propulsion drive (12) is switched off.

[0071] Figur 8 zeigt die Ansicht eines MFML im 1. Teil des Überganges vom Hubschraubermodus zum Tragschraubermodus. [0071] Figure 8 shows the view of an MFML in the first part of the transition from helicopter mode to autogyro mode.

[0072] Der Ausleger (5) ist nach vorne geschwenkt und der Rotorwind (21) ist nach hinten unten gerichtet, sodass sich der MFML nach vorne bewegt. Flugkorrekturen werden mit den Schwenkrudern (9), den Seitenrudern (11) und den Rotoren (9) ausgeführt. Der Vortriebsantrieb (12) ist eingeschaltet und beschleunigt den MFML zusätzlich. Der Rotorwind (21) und der Propellerwind (22) kollidieren nicht. Der Propellerwind (22) wirkt direkt entgegen der Flugrichtung. [0072] The boom (5) is pivoted forward and the rotor wash (21) is directed downwards and to the rear, causing the MFML to move forward. Flight corrections are made using the tilting rudders (9), the rudders (11), and the rotors (9). The propulsion drive (12) is engaged and further accelerates the MFML. The rotor wash (21) and the propeller wash (22) do not collide. The propeller wash (22) acts directly against the direction of flight.

[0073] Figur 9 zeigt die Ansicht eines MFML im 2. Teil des Überganges vom Hubschraubermodus zum Tragschraubermodus. [0073] Figure 9 shows the view of an MFML in the second part of the transition from helicopter mode to autogyro mode.

[0074] Der Ausleger (5) ist neutral waagrecht geschwenkt und der Rotorwind (21) ist durch den Fahrtwind (23) stark nach hinten unten gerichtet, sodass sich der MFML schnell nach vorne bewegt. Flugkorrekturen werden mit den Schwenkrudern (9), den Seitenrudern (11) und den Rotoren (7) ausgeführt. Der Vortriebsantrieb (12) ist eingeschaltet und beschleunigt den MFML bis zur Umschaltgeschwindigkeit. Der Rotorwind (21) und der Propellerwind (22) kollidieren nicht. Der Propellerwind (22) wirkt direkt entgegen der Flugrichtung. [0074] The boom (5) is pivoted in a neutral horizontal position, and the rotor wash (21) is directed strongly downwards and backwards by the forward airflow (23), causing the MFML to move rapidly forwards. Flight corrections are made using the tilting rudders (9), the rudders (11), and the rotors (7). The propulsion drive (12) is engaged and accelerates the MFML up to the switching speed. The rotor wash (21) and the propeller wash (22) do not collide. The propeller wash (22) acts directly opposite to the direction of flight.

[0075] Figur 10 zeigt die Ansicht eines MFML im 3. Teil des Überganges vom Hubschraubermodus zum Tragschraubermodus. [0075] Figure 10 shows the view of an MFML in the 3rd part of the transition from helicopter mode to autogyro mode.

[0076] Der Ausleger (5) ist nach hinten geschwenkt und der Rotorwind (21) ist durch den Fahrtwind (23) sehr stark nach hinten unten gerichtet, sodass sich der MFML sehr schnell nach vorne bewegt. Flugkorrekturen werden mit den Seitenrudern (11) und den Rotoren (7) ausgeführt. Der Vortriebsantrieb (12) ist eingeschaltet. Die Umschaltgeschwindigkeit ist erreicht. Die Rotorantriebe (8) werden in der Leistung reduziert. Gleichzeitig werden die Rotoren in den Tragschraubermodus gebracht. Der Rotorwind (21) und der Propellerwind (22) kollidieren nicht. Der Propellerwind (22) wirkt direkt entgegen der Flugrichtung. [0076] The boom (5) is swung backwards, and the rotor wash (21) is directed very strongly downwards and backwards by the forward airflow (23), causing the MFML to move forwards very quickly. Flight corrections are made with the rudders (11) and the rotors (7). The propulsion drive (12) is engaged. The switching speed is reached. The rotor drives (8) are reduced in power. Simultaneously, the rotors are switched to autogyro mode. The rotor wash (21) and the propeller wash (22) do not collide. The propeller wash (22) acts directly opposite to the direction of flight.

[0077] Figur 11 zeigt die Ansicht eines MFML im Tragschraubermodus. [0077] Figure 11 shows the view of an MFML in autogyro mode.

[0078] Der Ausleger (5) ist nach hinten geschwenkt und der Rotorwind (21) ist durch den Fahrtwind (23) nach hinten gerichtet, sodass sich der MFML sehr schnell nach vorne bewegt. Die Umschaltgeschwindigkeit ist erreicht und überschritten. Flugkorrekturen werden mit den Rotoren (7) und den Seitenrudern (11) ausgeführt. Der Vortriebsantrieb (12) ist eingeschaltet. Die Rotorantriebe (8) sind ausgeschaltet. Die Rotoren werden durch den Fahrtwind (23) angetrieben. Der Rotorwind (21) und der Propellerwind (22) kollidieren nicht. Der Propellerwind (22) wirkt direkt entgegen der Flugrichtung. [0078] The boom (5) is pivoted to the rear, and the rotor wash (21) is directed rearward by the forward airflow (23), causing the MFML to move forward very quickly. The switching speed is reached and exceeded. Flight corrections are made with the rotors (7) and the rudders (11). The propulsion drive (12) is engaged. The rotor drives (8) are disengaged. The rotors are driven by the forward airflow (23). The rotor wash (21) and the propeller wash (22) do not collide. The propeller wash (22) acts directly opposite to the direction of flight.

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BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE MARK LIST

1 Rumpf 1 Hull

2 Vorderrumpfmodul 2 Forward fuselage module

3 Mittelrumpfmodul 3 Center fuselage module

4 Hinterrumpfmodul 4 Rear fuselage module

5 Ausleger 5 outriggers

6 Schwenkachse 6 swivel axes

7 Rotor 7 Rotor

8 Rotorantrieb 8 Rotor drive

9 Schwenkruder 9 swivel rudders

10 Lufteinlass 10 Air intake

11 Seitenruder 11 Rudder

12 Vortriebsantrieb 12 Propulsion drive

13 Propeller 13 propellers

14 Klappflügel 14 folding wings

14a Klappflügel ausgeklappt 14b Klappflügel eingeklappt 15 Mantel für Vortriebsantrieb 16 Fahrwerk vorne 14a Folding wing extended 14b Folding wing folded 15 Propulsion drive casing 16 Front landing gear

17 Fahrwerk mitte 17 Chassis center

18 Fahrwerk hinten 18 rear suspension

19 Landesporn 19 State Porn

20 Auslegerschlitten 20 outrigger sleds

21 Rotorwind 21 Rotorwind

22 Propellerwind 22 Propeller wind

23 Fahrtwind 23 Wind chill

Claims

Patent claims

1. Aircraft for the transport of large loads, designed as a rotary-wing aircraft, in particular as a combination of autogyro, helicopter, variocopter and multi-module copter, with - a fuselage (1) and - two booms (5) arranged laterally parallel to the fuselage (1), each carrying at least two rotors (7), characterized in that each boom (5) is pivotable about a pivot axis (6) extending from the fuselage (1) to it.

2. Aircraft according to claim 1, characterized in that the booms (5) are attached to the central part of the fuselage (1) and are rotatable about the pivot axis (6) by means of a preferably electrically driven pivoting mechanism.

3. Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that two or more individually collectively controlled rotors (7) are arranged on each boom (5), which are preferably electrically driven.

4. Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that the rotors (7), in particular their rotor blades, are designed for both helicopter and autogyro flight.

5. Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that the fuselage (1) consists of at least three modularly interchangeable parts, one of which is a forward fuselage module (2) designed for passenger or cargo transport and one rear fuselage module (4) accommodates devices for generating and/or storing electrical energy.

6. Aircraft according to one of the preceding claims, characterized in that folding wings (14) are arranged on both sides of the fuselage (1), which are fully unfolded and locked during the transition from vertical to forward flight and fully folded and locked during the transition to the landing phase.

This includes 11 sheets of drawings.