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Die
vorliegende Anmeldung betrifft einen Flügel und insbesondere ein verbessertes
Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Landen eines Flügels.
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Hängegleiter
ermöglichen
bemannten Flug ohne den Aufwand oder die Beschränkungen des Motorflugs. Diese
Gleiter sind aerodynamisch derart ausgelegt, dass ihr Auftrieb/Widerstands-Verhältnis (allgemein
bekannt als Gleit-Verhältnis) größer als etwa
10 : 1 ist, so dass der Gleiter in der Lage ist, einen Flieger für mehrere
Stunden unter den geeigneten atmosphärischen Bedingungen in der
Luft zu halten. Hängegleiterkonstruktionen
reichen von der gängigen
Deltaflügelkonstruktion,
allgemein bekannt als Rogallo-Flügel,
und Gleitern für
Fortgeschrittene mit Gleit-Verhältnissen
von 10 : 1 mit gutmütigen
Eigenschaften bis hin zu Wettkampfgleitern mit Gleit-Verhältnissen
bis zu 13 : 1, aber mit weniger stabilen Eigenschaften. Der ursprüngliche
Rogallo-Flügel
(etwa 45° Pfeilung)
hatte ein Gleit-Verhältnis
von etwa 4 : 1, und moderne Rogallo-Flügel (etwa 30° Pfeilung)
haben ein Gleit-Verhältnis
von etwa 10 : 1.
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Die
Rogallo-Flügelkonstruktion ähnelt stark einem
herkömmlichen
Drachen mit einem Kiel, Querelementen und divergierenden Vorderkantenelementen.
Eine weitere Hängegleiterkonstruktion,welche
im allgemeinen ähnlich
zu dem Rogallo-Flügel ist,
ist in US-Patent Nr. 4,116,406 offenbart, welches Hamilton am 26.
September 1978 erteilt wurde. Dieser Gleiter hat eine doppelflächige Gewebetragfläche, welche
eine Hülle
bildet, welche um einen Rogallo-Rahmen herum angeordnet ist. Diese
Tragfläche
wird während
des Flugs aufgebläht,
wenn Luft in eine Öffnung
an der Nase eintritt und durch Düsen
in der Unterseite entlang der Hinterkante austritt. Das Aufblähen des
Flügels
verbessert dessen Auftrieb bei geringeren Fluggeschwindigkeiten.
Dieser Hängegleiter
wird jedoch manuell über
eine Gewichtsverlagerungssteuerstange durch einen an dem Gleiter angeschirrten
Flieger gesteuert und ist nur für
bemannte Flüge
einsetzbar und nicht für
Vorgänge
wie Luftabwürfe
von Lebensmitteln, Versor gung, etc., bei denen bemannte Flüge entweder
zu gefährlich
oder unmöglich
sind.
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Eine
weitere, dem Rogallo-Flügel ähnliche Hängegleiterkonstruktion
mit einer zusammenlegbaren Tragfläche ist in US-Patent Nr. 4,116,407
an Murray offenbart. Dieser Hängegleiter
weist einen Flügel auf,
welcher Vorderkantenelemente, einen Kiel und Querelemente in einer
herkömmlichen
Deltaflügelkonstruktion
aufweist. Der Flügel
weist ferner obere und untere flexible Membranen, einen ersten Verbinder
zum Anbringen der oberen flexiblen Membran an den oberen, hinteren
Bereich des Vorderkantenelements und einen zweiten Verbinder zum
Anbringen der unteren flexiblen Membran an den unteren, hinteren
Bereich des Vorderkantenelements auf. Die flexiblen Membranen sind
auch hinter dem Vorderkantenelement miteinander verbunden. Mindestens
einer der ersten und zweiten Verbinder umfasst eine Bahn zum Aufnehmen
eines durch, eine der flexiblen Membranen gehaltenen Elements. Das
Element wirkt mit der Bahn zusammen, um die flexible Membran an
dem Vorderkantenelement zu befestigen. Die Vorderkantenelemente
sind auch in der Lage, nach innen hin zu dem Kiel geschwenkt zu
werden, um den Flügel
zusammenzulegen.
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Andererseits
können
und wurden Fallschirme für
Luftabwürfe
von Lebensmitteln, Versorgung, etc. an entlegenen Orten eingesetzt,
an denen ein Landen eines Flugzeugs entweder unmöglich oder gefährlich ist.
Obwohl diese Fallschirme nützlich sind,
den Bodenaufprall der abgeworfenen Last zu reduzieren, ist es schwierig,
zu gewährleisten,
dass der Fallschirm das angestrebte Gebiet erreicht. Abhängig von
der genauen Fallschirm-Abwurfzeit, den atmosphärischen Bedingungen während des
Abwurfs und des Flugs, und der Abwurfhöhe, kann der Fallschirm entweder
sein Ziel erreichen oder um ungefähr 15 Meilen (24 km) oder mehr
vom Kurs abdriften.
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Fallschirme
können
auch mit Hängegleitern eingesetzt
werden, um eine Verletzung oder den Tod des Piloten im Fall eines
Versagens der Gleiters zu vermeiden.
EP
0 061 353 (Best) und GB 2 071 030 (Rigby) offenbaren beide
Hängegleiter
in Form eines Flügels
mit einem Gewebesegel und einem Kielelement mit einem an dem hinteren
Ende des Kielelement angebrachten Fallschirm, wobei der Fallschirm im
Notfall durch den Piloten auslösbar
ist.
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US-Patent
Nr. 5,474,257 offenbart einen entfaltbaren Flügel, welcher ein Doppelmembran-Gewebesegel
mit einem oberen Bereich, welcher oberhalb eines unteren Bereichs
angeordnet ist und mit diesem verbunden ist, aufweist, wobei das
Segel eine Vorderkante mit einem Frontpunkt, eine Hinterkante und
Flügelspitzen
aufweist. Der entfaltbare Flügel weist
ferner eine interne Struktur auf, welche zwischen dem oberen Bereich
und dem unteren Bereich angeordnet ist, wobei die interne Struktur
zwei Vorderkantenholme mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende,
wobei die ersten Enden schwenkbar ungefähr an dem Frontpunkt mit einander
verbunden sind, einen Kielholm, welcher mit den Vorderkantenholmen
an dem Frontpunkt verbunden ist und zwischen den Vorderkantenholmen
angeordnet ist und sich nach hinten hin zu der Hinterkante erstreckt,
und mindestens zwei Querholme, welche schwenkbar an beiden Vorderkantenholmen
angebracht sind und einen Gleitmechanismus, welcher entlang dem
Kiel verfährt,
aufweist. Der Flügel
weist auch eine Mehrzahl von Geweberippen, welche zwischen dem oberen
Bereich und dem unteren Bereich angeordnet sind und mit diesem verbunden
sind, wobei die Geweberippen die Form des Gewebesegels definieren, wenn
dieses aufgebläht
ist, und mindestens einen Schlitz haben, durch welchen sich die
Querholme von dem Kielholm zu den Vorderkantenholmen erstrecken,
und Rippen und einen Staudruck-Lufteinlass, welcher sich an der
Vorderkante an den Stagnationspunkten des Flügels befindet und welcher den Flügel während des
Betriebs aufbläht,
auf. Der entfaltbare Flügel
erreicht ein Gleit-Verhältnis
von bis zu 12 : 1 oder mehr, und mehr als 8 : 1 mit typischen Nutzlasten
von etwa 1000 lbs. (etwa 450 kg) für einen 30 ft. (9,1 m) Flügel.
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Der
in US-Patent Nr. 5,474,257 offenbarte Flügel ist fernsteuerbar, was
sowohl unbemannten Flug als auch Genauigkeit im Erreichen eines
angestrebten Gebiets ermöglicht,
wodurch der Flügel
für die
Bergung und Auslieferung von Artikeln eingesetzt wird. Der entfaltbare
Flügel
ist jedoch der erste seines Typs, und es wurde herausgefunden, dass
eine verbesserte Vorrichtung und verbessertes ein Verfahren zum
Landen eines solchen Flügels
erwünscht ist.
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Die
vorliegende Anmeldung stellt eine verbesserte Vorrichtung und ein
verbessertes Verfahren zum Landen eines Flügels mittels Fallschirmen vor.
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Gemäß einem
ersten Aspekt sieht die Erfindung einen während des Flugs entfaltbaren
Flügel vor,
welcher ein Gewebesegel und ein Fallschirm-Öffnungssystem mit mindestens
einem an dem Flügel
angebrachten Fallschirm aufweist, wobei der Fallschirm an dem Flügel an einer
Position angebracht ist, an der der Flügel und jedwede Nutzlast nach
einem Öffnen
des Fallschirms im wesentlichen horizontal unter dem Fallschirm
hängen
wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zum Landen eines
Flügels
vor, welches die Schritte umfasst:
- a) Fliegen
des Flügels;
- b) Entfalten mindestens eines Fallschirms, welcher an dem Flügel an einer
Position angebracht ist, an der der Flügel und jedwede Nutzlast nach dem Öffnen des
Fallschirms im wesentlichen horizontal unter dem Fallschirm hängen wird;
und
- c) Landen des Flügels
in einer im allgemeinen horizontalen Konfiguration mit Hilfe des
Fallschirms (der Fallschirme).
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der hierin offenbarten Erfindung umfasst ein Gewebesegel mit einem
oberen Bereich, welcher mit einem unteren Bereich verbunden ist,
einer Lufteinlassöffnung
und einer im wesentlichen zwischen dem oberen Bereich und dem unteren
Bereich angeordneten, internen Struktur. Die interne Struktur umfasst
mindestens zwei Vorderkantenholme, welche an einem ersten Ende verbunden
sind, einen den Vorderkantenholmen benachbarten und im wesentlichen
zwischen diesen angeordneten Kiel, und mindestens zwei Querholme,
welche schwenkbar an den Vorderkantenholmen und dem Kiel angebracht
sind. Der Flügel weist
ferner eine Mittelstütze
auf, welche an dem Kiel angebracht ist und sich von diesem erstreckt,
eine Frachtgondel, welche an dem Flügel über den Kiel montiert ist und
ein Fallschirm-Öffnungssystem.
Das Fallschirm-Öffnungssystem
weist mindestens einen Fallschirm auf, welcher an dem Flügel angebracht
ist, in einer Ausführungsform über die
Mittelstütze,
wobei ein Öffnen
des Fallschirms den Flügel
in einer kontrollierten Weise abbremsen lässt und in einer vornehmlich
vertikalen Richtung zum Landen absinken lässt.
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Verschieden
Ausführungsformen
sind hierin mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine perspektivische Ansicht,
teilweise weggebrochen, einer ersten Ausführungsform des entfaltbaren
Flügels
der vorliegenden Anmeldung ist, welche das Fallschirm-Öffnungssystem
und den Sekundär-Auslösemechanismus
vor dem Entfalten der Landefallschirme veranschaulicht;
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2 eine vergrößerte Ansicht
des Sekundär-Auslösemechanismus
aus 1 ist;
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3 eine Seitenansicht, teilweise
im Querschnitt, ist, welche den Sekundär-Auslösemechanismus
aus 2 veranschaulicht;
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4 eine teilweise Seitenansicht
der Frachtgondel gemäß der vorliegenden
Anmeldung ist, teilweise weggebrochen, um das Fallschirm-Öffnungssystem
zu zeigen;
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5 eine Rückansicht der Ausführungsform
aus 4 ist;
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6 eine perspektivische Ansicht,
teilweise weggebrochen, einer Ausführungsform des entfaltbaren
Flügels
der vorliegenden Anmeldung ist, welche das Fallschirm-Öffnungssystem
und den Sekundär-Auslösemechanismus
direkt nach dem Öffnen der
Landefallschirme veranschaulicht;
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7 eine perspektivische Ansicht,
teilweise weggebrochen, einer Ausführungsform des entfaltbaren
Flügels
der vorliegenden Anmeldung ist, welche das Fallschirm-Öffnungssystem
und den Sekundär-Auslösemechanismus
nachdem das Öffnen
der Landefallschirme abgeschlossen ist, veranschaulicht;
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8 die Wirkungsweise des
Flügels
gemäß der vorliegenden
Anmeldung veranschaulicht.
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Die
Figuren sollen die verschiedenen Ausführungsformen weiter veranschaulichen
und nicht den Umfang der beanspruchten Erfindung begrenzen.
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Es
wird nun in genaueren Einzelheiten auf die Zeichnungen Bezug genommen,
wobei gleiche Bezugszeichen ähnliche
oder identische Elemente identifizieren.
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1 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht,
teilweise weggebrochen, einer Ausführungsform des entfaltbaren
Flügels 10 der
vorliegenden Anmeldung. Wie in 1 veranschaulicht,
weist der Flügel 10 ein
Gewebesegel 12 auf, welches eine Vorderkante 14 und
eine Hinterkante 16 definiert. Das Gewebesegel 12 umfasst
vorzugsweise einen oberen Bereich 12a, welcher im wesentlichen
entlang seinem Umfang mit einem unteren Bereich (nicht gezeigt)
verbunden ist und eine Mehrzahl von Geweberippen (nicht gezeigt),
welche mit dem oberen und dem unteren Bereich des Gewebesegels verbunden sind.
Das Verbinden des oberen und des unteren Bereichs bildet eine Hülle, welche
mit Luft durch einen Staudruck-Lufteinlass (20) gefüllt werden
kann, welcher sich vorzugsweise an dem vordersten Punkt des Flügels befindet.
In der vorliegenden Ausführungsform
weist das Gewebesegel 12 ferner eine integrale Abdeckung 13 auf,
welche einen ersten Bereich 13a und einen zweiten Bereich 13b umfasst,
von denen jeder entlang der Vorderkante des Flügels 10, wie in 1 gezeigt, angeordnet ist.
Der erste und der zweite Bereich 13a, 13b weisen
ferner komplementäre
Reißverschlussglieder 15a, 15b auf,
welche paarig in einer herkömmlichen
Weise zusammenwirken, um das Gewebesegel 12 innerhalb der
integralen Abdeckung, wie hierin im Anschluss beschrieben, aufzunehmen.
In der vorliegenden Ausführungsform
ist die Abdeckung 13 vorzugsweise aus Dacron-Gewebe gefertigt,
während
die Reißverschlussglieder 15a, 15b von
ausreichend hoher Festigkeit und Widerstandsfähigkeit sind, um unter Entfaltungsbedingungen
zu arbeiten, obwohl andere Materialien abhängig von den Designkonfigurationen
des Flügels
eingesetzt werden können.
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Unter
weitergehender Bezugnahme auf 1 weist
der Flügel 10 ferner
eine interne Struktur auf, welche zwei Vorderkantenholme (nicht
gezeigt), zwei Querholme 22a, 22b, einen Kiel 24,
eine Mittelstütze 26 und
eine Steuervorrichtung wie eine Elevon-Strebe 28a, 28b,
auf. Die Vorderkantenholme sind schwenkbar an einem Ende zwischen
Spannplatten 17a, 17b angebracht, um einen vordersten Punkt 21 zu
bilden. Mit den Vorderkantenholmen sind an deren zweitem Ende Elevon-Streben 28a, 28b schwenkbar
verbunden. Der Kiel 24 ist an einem ersten Ende zwischen
den Spannplatten 17a, 17b montiert, ist an einem
entgegengesetzten Ende zwischen Rückplattengliedern 27a, 27b montiert
und ist zwischen den Vorderkantenholmen angeordnet. Die Querholme 22a, 22b weisen
jeder ein äußeres Ende auf,
welches schwenkbar an einem korrespondierenden Vorderkantenholm
angebracht ist, und weisen ferner innere Enden auf, entgegengesetzt
zu den äußeren Enden,
welche schwenkbar an dem Kiel 24 angebracht sind, vorzugsweise über ein
gemeinsames Gleitstück 80.
Die Mittelstütze 26 ist
auch vorzugsweise an dem Kiel 24 über das gemeinsame Gleitstück montiert.
Wenn sie aufgestellt ist, erstreckt sich die Mittelstütze 26 im
wesentlichen senkrecht zu dem Kiel 24 durch eine Öffnung in
dem Gewebesegel 12, um einen oberen Befestigungspunkt für Kabel 31a, 31b bereitzustellen,
welche den Flügel
beim Landen oder wenn der Flügel
eine negative Last erfährt
oder bei einem invertierten Flug, zu halten. In der vorliegenden
Ausführungsform
ist die Mittelstütze 26 schwenkbar
an dem Gleitstück 80 angebracht,
so dass eine lineare Bewegung des Gleitstücks in der Richtung des Pfeils "A" entlang dem Kiel 24 ein Aufstellen
der Mittelstütze 26 durch
das Gewebesegel, im wesentlichen rechtwinklig zu dem Kiel, wie in 1 gezeigt, bewirkt.
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Die
Vorderkantenholme und Querholme sind vorzugsweise schwenkbar montiert,
so dass die Vorderkantenholme und Querholme 22a, 22b in
einer geschlossenen oder vor-entfalteten Position im Wesentlichen
parallel zu dem Kiel 24 bleiben. In der geschlossenen Position
ist das gemeinsame Gleitstück vorzugsweise
benachbart zu dem vordersten Punkt 21 angeordnet, und die
Mittel stütze 26 ist
vorzugsweise benachbart zu dem Kiel 24 und im wesentlichen
parallel zu diesem innerhalb des Gewebesegels 12 angeordnet.
In der geschlossenen Position greifen die komplementären Reißverschlussglieder 15a, 15b zusammenwirkend
in einer konventionellen Weise in einander ein, um das Gewebesegel 12 innerhalb
der integralen Abdeckung aufzunehmen. Vorzugsweise sind die Vorderkantenholme,
die Querholme, der Kiel, die Elevon-Streben, die Mittelstütze und
die Flügelspitzen 29a, 29b alle
im wesentlichen innerhalb des Gewebesegels 12 in der geschlossenen
Position angeordnet.
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Die
Länge jedes
Vorderkantenholms ist abhängig
von der gewünschten
Größe des Flügels 10, welche
nur durch praktische Betrachtungen begrenzt ist: zusammengefaltete
Größe, gewünschte Fluggeschwindigkeit,
Gewicht der Nutzlast, etc. Sobald sie geöffnet oder entfaltet sind,
bilden die Vorderkantenholme einen Winkel zwischen ihnen. Die Größe des Winkels
hängt von
aerodynamischen Betrachtungen ab, einschließlich u. a. dem Aspektverhältnis, der Gier-Stabilität und der
Einfachheit der Entfaltung. Typischerweise liegt der Winkel zwischen
ungefähr
90° bis
ungefähr
150°, wobei
etwa 105° bis
etwa 110° bevorzugt
sind aufgrund der Einfachheit der Entfaltungsmechanismus-Geometrie.
Größere Winkel
als 150° bewirken
eine komplexere und daher weniger erwünschte, mechanische/strukturelle
Geometrie und verringerte Gier-Stabilität, wohingegen Winkel kleiner
als 90° zu
einem verringerten Gleitverhältnis führen. Gier-Stabilität ist gegeben,
wo es die Flügelpfeilung
dem Flügel
erlaubt, seinen Flugs tendenziell direkt in den Wind beizubehalten,
allgemein bekannt als Beibehalten des Gier-Kurses. Wenn der Flügel giert,
weist der luvwärtige
Flügel
tendenziell einen größeren Luftwiderstand
auf als der leewärtige
Flügel,
wodurch das Gieren korrigiert wird.
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Die
Querholme 22a, 22b versehen den Flügel 10 mit
struktureller Integrität,
indem sie den Vorderkantenholmen Festigkeit geben, um zu gewährleisten,
dass die Vorderholme in der entfalteten Position in der geöffneten
Position mit dem geeigneten dazwischen liegenden Winkel verbleiben.
Der Abstand zwischen dem Befestigungspunkt der äußeren Enden mit ihren jeweiligen
Vorderkantenholmen und der inneren Enden an dem Kiel bestimmt die
Länge der
Querholme 22a, 22b.
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Unter
weitergehender Bezugnahme auf 1 versieht
der Kiel 24 in ähnlicher
Weise den Flügel 10 mit
struktureller Integrität,
indem er gewährleistet,
dass der Flügel 10 sich
zu seiner vollen Länge öffnet und
diese beibehält
von der Vorderkante 14 zu der Hinterkante 16,
allgemein bekannt als Profilsehnenlänge. Die Länge des Kiels 24 ist
im wesentlichen gleich der Sehnenlänge des Flügels an der Wurzel (mittigste
Linie), welche so wie die Länge
der Vorderkantenholme auf einer praktischen Basis anhand von die
endgültige
Größe beeinflussenden,
aeronautischen Betrachtungen bestimmt ist. Der Kiel 24 verbindet
auch die Nutzlastgondel 50 mit dem Flügel 10 über Montageglieder 36.
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Die
vorliegende Ausführungsform
weist auch Elevon-Streben 28a, 28b auf, welche
jede zu einem Motor oder einem Fluidaktuator 30a, 30b verbunden sind,
wobei die Aktuatoren sich außerhalb
des Gewebesegels 12 befinden und an den Vorderkantenholmen
montiert sind. Der Motor oder der Aktuator ist eine herkömmliche
Konstruktion und wirkt dahingehend, jede Elevon-Strebe 28a, 28b unabhängig aus der
Ebene des Segels auszulenken oder zu rotieren, um dadurch den Flug
des Flügels
zu steuern. Durch Rotieren der Elevon-Streben werden die Flügelspitzen 29a, 29b relativ
zu der Vorderkante nach oben oder nach unten gebogen. Dieses helische
Verbiegen des Segels führt
zu einer aerodynamischen Kraft, welche ausreicht, den Flügel zu neigen
oder zu rollen. Ein gemeinsames Rotieren oder Auslenken der Elevon-Streben
erzeugt eine aerodynamische Kraft im wesentlichen hinter dem Druckzentrum
des Flügels,
welches sich an dem Punkt ungefähr
55% entlang des Kiels von dem vordersten Punkt 16 befindet,
wodurch ein Drehmoment um das Druckzentrum erzeugt wird, welches
für die
Neigungssteuerung des Flügels
eingesetzt wird. Durch Rotieren oder Auslenken der Elevon-Streben 28a, 28b einzeln
oder in entgegengesetzte Richtungen können aerodynamische Kräfte an den
Flügelspitzen 29a und 29b in
Stärke und
Richtung, hoch oder runter gesteuert werden. Wenn z. B. die Elevon-Strebe 28a nach
oben rotiert wird, während
die Elevon-Strebe 28b nach unten rotiert wird, wird eine
nach unten gerichtete Kraft an der Spitze 29a erzeugt,
und eine nach oben gerichtete Kraft wird an der Spitze 29b erzeugt,
was zu einem Rollen oder einem Drehen in die Richtung der Strebe 28a führt.
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Diese
Elevon-Streben 28a, 28b, oder andere Steuerungsvorrichtungen,
können
mit jedem herkömmlichen
Motor betrieben werden, der in der Lage ist, ein ausreichendes Drehmoment
zum Überwinden der
aerodynamischen Kräfte
bei einer für
ein Steuerungsansprechverhalten ausreichenden Geschwindigkeit zu
erzeugen. Faktoren, welche wichtig für das Bestimmen des benötigen Drehmoments
sind, schließen
u. a. die Flügelfläche, die
Flügellast,
das Aspektverhältnis
und die Elevon-Streben-Länge
ein. Ein Flügel
mit einer Flügelspanne
von z. B. 30 ft (9,1 m), mit einer Flügelfläche von etwa 190 ft2 (17,7 m2) und einer
Last von 700 lb (320 kg) benötigt
ein Drehmoment von etwa 40 bis etwa 80 ft·lb (54 bis 108 Nm), wohingegen
ein Flügel
mit einer Spannweite von 15 ft (4,6 m) mit einer Fläche von
45 ft2 (4,2 m2) und
einer Last von 90 lb (41 kg) ein Drehmoment zum Steuern von etwa
15 bis etwa 25 ft·lb
(20 bis 34 Nm) benötigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Länge
der Mittelstütze 26 etwa
4 ft (1,2 m), was, wie bei der Länge
des Kiels und der Vorderkantenholme, auf einer praktischen Basis
anhand aeronautischer Betrachtungen, welche die endgültige Größe beeinflussen,
bestimmt ist. Zusätzlich
zum Bereitstellen eines oberen Befestigungspunkts für die Kabel 31a, 31b,
wie oben beschrieben, stellt die Mittelstütze 26 auch eine Halterung
für das
Band 32 bereit, welches an einem Ende zwischen den Vorderplattengliedern 33a, 33b angebracht
ist, sich über
die Mittelstütze
erstreckt und an einem entgegengesetzten Ende zwischen den Hinterplattengliedern 27a, 27b angebracht
ist. Das Band 32 weist eine ausreichende Länge auf,
dass, wenn sich das Band über
die Mittelstütze
erstreckt und zwischen den Plattengliedern 33a, 33b und 27a, 27b verschnürt ist,
genügend Spiel
in dem Band vorhanden ist, um dem Band zu ermöglichen, von der Mittelstütze freigezogen
zu werden, wenn sich die Fallschirme 46 öffnen.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist eine Fallschirm-Anschlußleine 34 an
dem Band 32 etwa in dessen Mitte angebracht. Der Punkt,
an dem die Leine 34 an dem Band 32 angebracht
ist, ist der Punkt, an welchem der Flügel 10 mit der Frachtgondel
oder der Nutzlast 50 im wesentlichen horizontal ohne übermäßige Rotation
oder Neigung unter den Fallschirmen hängen werden. In ähnlicher Weise
ist die Länge
des Bandes 32 die Länge,
bei der die Nutzlast im wesentlichen horizontal unter den Fallschirmen hängen wird.
Eine Anbringung der Leine 34 an dem Band 32 wird
in der vorliegenden Ausführungsform über Schlaufen
erreicht, welche auf das Band 32 und die Leine 34 genäht sind
und welche durch eine Schäkelverschraubung
verbunden sind, obwohl jedes herkömmliche Befestigungsverfahren,
welches dem Fallschirm ein Öffnen
ermöglicht,
eingesetzt werden kann. Die Anschlußleine 34 ist an einem
entgegengesetzten Ende mit dem Fallschirm-Öffnungssystem 40 verbunden
und weist eine zweite Leine 34a auf, welche sich von der
Anschlußleine 34 abzweigt
und an einem Sekundär-Auslösemechanismus 39 angebracht
ist, welcher innerhalb eines Montageblocks 38 angeordnet
ist (2). Der Montageblock 38 ist
mit einem Flügel-Montageglied 36 verbunden,
welches sowohl an dem Kiel 24 als auch an der Nutzlastgondel 50 montiert
ist, wobei das Montageglied dadurch die Nutzlast an dem Flügel befestigt. Der
Sekundär-Auslösemechanismus 39 sorgt
für ein kontrolliertes
Auslösen
des Fallschirm-Öffnungssystems 40,
welches weiter unten in Einzelheiten beschrieben wird.
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Bezugnehmend
nun auf die 4 und 5 ist ein Fallschirm-Öffnungssystem 40 im
wesentlichen innerhalb der Nutzlastgondel 50 angeordnet
und weist eine Extraktions-Rakete 42 auf, welche an einem
Ende mit einem Pilotfallschirm 44 verbunden ist, wobei
der Pilotfallschirm mit einer Mehrzahl von Landefallschirmen 46 verbunden
ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Extraktions-Rakete 42 eine Pressluftrakete, welche
keine Pyrotechniker benötigt
und welche von einer Mehrzahl von Unternehmen erhältlich ist,
einschließlich
Second Chanz. Die Rakete 42 ist sowohl mit dem Pilotfallschirm 44 als auch
mit einem Raketenausbringsystem 48 verbunden. In der vorliegenden
Ausführungsform
gibt es vorzugsweise drei unabhängige
Ausbringsysteme, durch welche die Rakete ausgebracht werden kann: durch
einen ersten, unabhängigen
Servomotor, welcher mit einem an Bord befindlichen, elektronischen Autopilotprogramm
verbunden ist; durch einen zweiten, unabhängigen Servomotor, welcher
durch eine manuelle Übersteuerung
durch ein separates Radiosignal betätigt wird, welches außerhalb
des Flügels ausgelöst wird;
oder durch ein passives, mechanisches System, welches dazu ausgelegt
ist, auszulösen,
wenn bestimmte Bedingungen vorliegen und/oder wenn ein elektroni scher
Ausfall bewirkt hat, dass es einem der Servomotoren nicht gelingt,
die Rakete zu aktivieren. Alle drei Systeme sind von herkömmlichern
Konstruktion, und andere Systeme können eingesetzt werden, solange
das Öffnen
der Fallschirme 44, 46 erreicht wird.
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Wenn
die Rakete 42 durch den ersten Servomotor ausgelöst werden
soll, dann wird das Autopilotsystem des Flügels, welches eine herkömmliche Ausgestaltung
ist, mit einem vorbestimmten Landeplatz programmiert sein, und beim
Erreichen des Landeplatzes wird der Autopilot einen Befehl zu dem ersten
Servomoto senden, um einen an der Rakete angebrachten Stift zu ziehen,
um die Rakete zu aktivieren. Beim Empfang des Befehls von dem Autopiloten
wird der Servomotor die Rakete 42 aktivieren. Wenn vor
dem Erreichen der vorprogrammierten Stelle das System durch ein
Radiosignal von einer bemannten Steuerung manuell beeinflusst wird,
wird der zweite Servomotor den Stift ziehen, um die Rakete zu aktivieren.
Die dritte Option ist das passive, mechanische System, welches vorab
dazu programmiert ist, zu aktivieren, wenn bestimmte, voreingestellte
Bedingungen auftreten. In der vorliegenden Ausführungsform ist dieses System
programmiert auf eine minimale Höhengrenze
von 1000 ft (305 m) über dem
Grund. Wenn der Flügel
mit einer Rate absinkt, welche größer ist als 65 ft/s (20 m/s)
und der Flügel bei
einer Höhe
von 1000 ft (305 m) über
dem Grund oder weniger ist, dann wird die Rakete durch das mechanische
System aktiviert, welches in herkömmlicher Weise Feder-vorgespannt
ist, wodurch der an der Rakete angebrachte Stift gezogen wird, um
diese zu aktivieren. Das mechanische System stellt eine Sicherung
für die
Servosysteme bereit, falls ein elektronischer Ausfall entweder in
der an Bord befindlichen Elektronik oder dem Beeinflussungssystem
auftritt.
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Nun
Bezug nehmend auf 6 wird
die Rakete, sobald sie ausgelöst
ist, aus der Gondel 50 in der durch den Pfeil "B" angegebenen Richtung ausgestoßen. Das
Ausstoßen
der Rakete 42 bewirkt eine Extraktion des Pilotfallschirms 44,
welcher in der vorliegenden Ausführungsform
etwa 8 ft (2,4 m) im Durchmesser hat. Der Pilotfallschirm wiederum
ist durch eine Leine 33 mit den Landefallschirmen 46 verbunden,
welche durch die Kraft des geöffneten
Pilotfallschirms ausgelöst
werden. In der vorliegenden Ausführungsform
gibt es vorzugsweise vier Landefallschirme, welche jeder einen Durchmesser
von etwa 35 ft (10,6 m) haben. Die Anzahl und Größe der mit dem Entfaltungssystem
eingesetzten Fallschirme kann jedoch variieren und kann von dem
Fachmann durch Inbetrachtziehen der Betriebsverhältnisse des Flügels einschließlich, aber
nicht begrenzt auf, der Größe des Flügels, der
Geschwindigkeit, bei der der Flügel
sich bewegt, der Höhe,
etc, bestimmt werden. In der vorliegenden Ausführungsform tritt die Extraktion
der Landefallschirme 46 normalerweise bei einer relativ
geringen Höhe,
ungefähr
500 ft (152 m) oder weniger über
dem Grund auf bei einer Fluggeschwindigkeit, welche bei der vorliegenden
Ausführungsform
etwa 60 Knoten (31 m/s) ist.
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Beim Öffnen der
Landefallschirme 46 erstreckt sich die Leine 34,
welche an den Fallschirmen angebracht ist, nach hinten, hinter den
Flügel,
in Richtung des Flügel-Montageglieds 36,
um dadurch als Bremse zum Abbremsen des Flügels zu wirken. In der vorliegenden
Ausführungsform
sorgt ein Öffnen
der Landefallschirme 46 bei einem Flügelsystem, welches ungefähr 900 lbs
(410 kg) wiegt, für eine
Absinkrate von ungefähr
18 ft/s (5,5 m/s). Da die Fallschirm-Anschlußleine 34 durch die
Fallschirme 46 gezogen wird, überträgt sie eine Auslösekraft
auf die Leine 34a, welche den Sekundär-Auslösemechanismus 39 aktiviert.
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Nun
Bezug nehmend auf die 2 und 3 weist der Sekundär-Auslösemechanismus 39 vorzugsweise
ein Hydraulikglied 52, ein Riegelglied 54 und
ein Strömungssteuerventil 56 auf,
welches an dem Hydraulikglied 52 angebracht ist. Das Hydraulikglied 52 ist
an der Blockanordnung 38 angebracht und weist einen Zylinder 58,
welcher mit einem Fluid, wie Öl,
gefüllt
ist und einen Kolben 60 auf, welcher im wesentlichen innerhalb
des Zylinders angeordnet ist. Das Strömungssteuerventil 56 weist
eine Fluidleitung 66 auf, welche wirkungsmäßig an einem
Ende an dem Zylinder 58 angeschlossen ist und an einem zweiten
Ende wirkungsmäßig an einer
Kammer 68 angeschlossen ist. Die Fluidleitung 66 transportiert die
in dem Zylinder 58 enthaltene Flüssigkeit von dem Zylinder zu
der Kammer 68, wie unten beschrieben. Der Kolben 60 weist
einen Schaft 62 auf, welcher an einem Ende, außerhalb
des Zylinders, an dem Riegelglied 54 angebracht ist. Das
Riegelglied 54 ist schwenkbar an dem Schaft 62 derart
an gebracht, dass das Riegelglied in einer geschlossenen Position
schwenkbar gegen eine Wand 38a der Montierblockanordnung 38 eingeklinkt
ist.
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Vor
dem Öffnen
der Fallschirme 46 ist das Riegelglied 54 geschlossen
um die Leine 34a verschwenkt und gegen die Wand 38a vorgespannt
und hält
dadurch die Leine wie in 3 gezeigt.
Beim Öffnen
der Fallschirme 46 in der Richtung des Pfeils "B", wie in 6 gezeigt, üben die
Fallschirme eine Auslösekraft
auf die Leine 34a in Richtung des Pfeils "C" aus, welche in ähnlicher Weise eine Kraft auf
das Riegelglied 54 ausübt,
wodurch eine Kraft auf den Schaft 62 des Kolbens 60 ausgeübt wird.
Diese Kraft bewirkt, dass das Riegelglied 54 den Schaft
des Zylinders 60 in der Richtung des Pfeils "C" entgegen dem in dem Zylinder 48 enthaltenen
Fluid zieht, wodurch das Fluid in die Leitung 66 gepresst
wird. Der Schaft 62 fährt
mit einer Rate aus, welche proportional zu der Kraft ist, welche
durch das Öffnen
des Fallschirms ausgeübt
wird. Das Fluid fließt
durch die Leitung 66 und in die Kammer 68 mit
einer vorbestimmten Rate und bewirkt dadurch eine kontrollierte
Bewegung des Schafts 62 und des Riegelglieds 54 in der
Richtung des Pfeils "C".
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Wenn
der Schaft 62 vollständig
ausgefahren ist, hat sich das Riegelglied 54 entlang der
Wand 38a bewegt, und es gibt keine Kraft mehr, welche den Riegel
am Schwenken um den Stift 69 hindert. Die Kraft von der
Leine 34a bewirkt dann, dass sich das Riegelglied 54 um
den Stift in der Richtung des Pfeils "D" schwenkt,
wodurch die Leine 34a und somit auch die Leine 34 aus
dem Sekundär-Auslösemechanismus
freigegeben wird.
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Bezug
nehmend nun auf 7 zieht
die Leine 34, sobald sie aus dem Sekundär-Auslösemechanismus 39 ausgelöst ist,
das Band 32 von der Mittelstütze 26 frei, und der
Flügel
und die daran angebrachte Nutzlastgondel rotieren in eine im wesentlichen
horizontale Position zum Landen. In der vorliegenden Ausführungsform
ist das Strömungssteuerungsventil 56 derart
eingestellt, dass die Fallschirmöffnungskraft
ursprünglich
durch den Schwerpunkt des Fahrzeugs übertragen wird und dann nach
ungefähr
4 Sekunden die Leine 34a aus dem Zwei-Auslösemechanismus
wie oben beschrieben für
das abschließende
Absinken ausgelöst
wird. Der Sekundär-Auslösemechanismus
wird derart einge setzt, um eine extreme Rotation, welche durch das Öffnen der Fallschirme
auf den Flügel
ausgeübt
wird, zu verhindern und ein im wesentlichen vertikales Absinken
des Flügels
zu ermöglichen.
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Die
Wirkungsweise des Flügels 10 wird
nun mit Bezug auf die 1 bis 8 beschrieben. Anfänglich Bezug
nehmend auf 8 wird der
Flügel 10 der vorliegenden
Ausführungsform
vorzugsweise aus einem Flugzeug ausgelassen, wie einem Air Force C-130-Flugzeug 70.
Vor dem Entfalten ist der Flügel 10 in
der geschlossenen oder vor-entfalteten Position angeordnet und ist
in der Ladebucht des Flugzeugs eingeladen. Um den Flügel innerhalb
des Flugzeugs zu sichern und seine Extraktion aus diesem zu vereinfachen,
weist die vorliegende Ausführungsform eine
Standfläche 94 auf,
welche an die Unterseite der Lastgondel 50 montiert ist.
Wenn das Flugzeug die Stelle erreicht hat, über der der Flügel 10 ausgebracht
werden soll, wird der Flügel
aus dem Flugzeug ausgeladen, dieses verlassend, wie in 8 gezeigt. Beim Verlassen
des Flugzeugs entfaltet eine statische Leine den Pilotfallschirm 72,
welcher den Flügel verlangsamt
und stabilisiert und einen Bremsfallschirm 74 auslöst. Der
Bremsfallschirm 74 löst
dann ein Entfalten des Flügels 10 aus
und löst
sich dann von dem Flügel.
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Sobald
er entfaltet ist, bläht
sich der Flügel mit
Staudruckluft auf und beginnt zu fliegen, gleitet durch die Luft,
wobei er vorzugsweise zu seinem gewünschten Ziel durch den an Bord
befindlichen Autopiloten geleitet wird. Sobald der Flügel 10 seinen
gewünschten
Ort erreicht, wird die Extraktions-Rakete 42 ausgelöst, vorzugsweise
durch einen ersten Servomotor, aber sie kann auch vor dem Erreichen
des gewünschten
Ziels durch eine manuelle Einflusssignalgebung an einen zweiten
Servomotor ausgelöst werden
oder, falls ein elektronisches Versagen aufgetreten ist, durch ein
mechanisches System, wie hierin weiter oben beschrieben. Sobald
sie ausgelöst wurde,
wird die Rakete 42 aus der Gondel 50 ausgebracht,
wodurch sie den an ihr befestigten Pilotfallschirm 44 herauszieht.
Der Pilotfallschirm 44 löst dadurch ein Cluster von
Landefallschirmen 46 aus, welche an ihm angebracht sind
und welche als eine Bremse zum Abbremsen des Flügels, wie hierin weiter oben
beschrieben, wirken. Die Fallschirme 46 sind über die
Leine 34 zu der Leine 34a verbunden, welche an
dem Sekundär-Auslösemechanismus 39 befestigt
ist.
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Beim Öffnen der
Landefallschirme 46 wird eine Kraft auf die Leine 34a ausgeübt, welche
den Sekundär-Auslösemechanismus 39a,
dessen Wirkungsweise oben beschrieben ist, aktiviert. Der Sekundär-Auslösemechanismus 39 sorgt
für eine
kontrollierte Bewegung der Landefallschirme 46 von einer
anfänglichen
Position, welche sich nach hinten hinter den Flügel erstreckt, im wesentlichen
auf gleicher Linie mit dem Flügelmontageglied 36,
zu einer Position über
dem Flügel,
nach dem Auslösen
der Leine 34a aus dem Sekundär-Auslösemechanismus, wodurch das
Band 32 von der Mittelstütze 26, wie hierin
weiter oben beschrieben und in 8 veranschaulicht,
freigezogen wird. Das Fallschirmsystem zusammen mit dem Sekundär-Auslösemechanismus ermöglicht ein
schnelles, im Wesentlichen vertikales Absinken des Flügels, während es
eine extreme Rotation verhindert, welche durch das Öffnen der
Landefallschirme auf den Flügel
ausgeübt
wird.
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Der
entfaltbare Flügel
der vorliegenden Anmeldung ist daher zur unbemannten Frachtlieferung zu
einem vorbestimmten Ziel in der Lage und weist ein zuverlässiges,
kontrolliertes Landesystem für eine
verbesserte Frachtzulieferung auf.
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Es
wird verstanden, dass verschiedene Modifikationen an den hierin
offenbarten Ausführungsformen
gemacht werden können.
Zum Beispiel sind, obwohl die vorliegende Anmeldung ein Ausladen
aus einem C-130-Flugzeug offenbart, andere Auslade-Verfahren einschließlich anderer
Flugzeuge und Helicopter ebenfalls im Bereich der vorliegenden Anmeldung.
Außerdem
kann die Struktur des Flügels geändert werden
und/oder die Anzahl und Größe der Fallschirme
kann variiert werden, abhängig
von der gewünschten
Konfiguration des Flügels
und der Landevoraussetzungen. Daher soll die obige Beschreibung
nicht als beschränkend
ausgelegt werden, sondern lediglich als Veranschaulichungen der
bevorzugten Ausführungsformen.
Der Fachmann wird sich andere Modifikationen innerhalb des Bereichs
der hieran angehängten
Ansprüche
vergegenwärtigen.