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WO2025016572A1 - Drive system for a rotary-wing aircraft - Google Patents

Drive system for a rotary-wing aircraft Download PDF

Info

Publication number
WO2025016572A1
WO2025016572A1 PCT/EP2024/059890 EP2024059890W WO2025016572A1 WO 2025016572 A1 WO2025016572 A1 WO 2025016572A1 EP 2024059890 W EP2024059890 W EP 2024059890W WO 2025016572 A1 WO2025016572 A1 WO 2025016572A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
main
drive
additional
unit
emergency
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/059890
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christopher Dennis HUPFER
Peter Maximilian Detmar EDELMANN
Original Assignee
kopter germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by kopter germany GmbH filed Critical kopter germany GmbH
Publication of WO2025016572A1 publication Critical patent/WO2025016572A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04—Helicopters
    • B64C27/12—Rotor drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/006—Safety devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/30—Aircraft characterised by electric power plants
    • B64D27/33—Hybrid electric aircraft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to a drive system for a rotary-wing aircraft, in particular a helicopter, and to such a rotary-wing aircraft.
  • Rotary wing aircraft can be subject to increased requirements in terms of safety in the event of a drop in engine power or a complete failure of a main engine.
  • safe emergency landings can be carried out in the usual way with the help of autorotation if the pilot has special skill in controlling the helicopter.
  • their use in densely populated or otherwise critical areas is very limited by regulations (e.g. European aviation law on the operation of helicopters) because in this case it is more difficult to reach suitable landing sites.
  • auxiliary propulsion engine can be based on an electric drive, among other things.
  • US 2022/0388673 A1 describes the coupling of an electric motor to the main rotor of a helicopter via a reduction gear consisting of gears of the main gearbox.
  • US 2021/0229826 A1 describes a rotorcraft equipped with an engine and an assistance system with an electric motor that is used in an emergency.
  • the electric motor is coupled to a secondary input of the main gearbox via a connection module.
  • US 2020/0277072 A1 discloses a method for assisting a pilot of a single-engine rotorcraft during an autorotation flight phase, wherein the rotorcraft comprises a hybrid propulsion unit with a main engine and an electric motor.
  • the operation of the main engine is monitored during the flight in order to detect a drop in power on the main rotor in order to then control the electric machine so that it supplies additional power to the main rotor.
  • a hybrid drive system in which, for example, a main drive unit for operating the main rotor is provided by an internal combustion engine or an electric motor, while the Tail rotor is driven by a separate motor that is operated hydraulically, electrically or pneumatically.
  • EP 3 921 231 B1 proposes integrating an electric motor into at least one planet of a planetary gear.
  • the electric auxiliary drives are connected directly to the main transmission or to the respective drive trains coupled to it.
  • Mechanical separation of the main drive unit from the respective auxiliary drive is generally achieved via a mechanical one-way clutch.
  • the mechanical one-way clutch is dependent on lubrication, which increases maintenance costs, and allows torque to be transmitted in only one direction.
  • due to the large number of clamping bodies in the one-way clutch a large number of moving parts can be identified.
  • an auxiliary drive such as an electric motor is subject to the same high maintenance requirements as the other components of the drive system due to its direct connection to the main gearbox or drive train in order to ensure reliability, which increases the effort and cost of operation even if the auxiliary drive is rarely used.
  • a drive system for a rotorcraft in particular for a helicopter, comprises a main drive unit which is configured to generate a power with which a main rotor of the helicopter having a plurality of rotor blades can be driven, a main transmission which is configured to translate the power generated by the main drive unit into a torque acting on the main rotor, and an additional or emergency drive unit which is also configured to generate a power for driving the main rotor, wherein the additional or emergency drive unit is configured to be connectable to the main transmission via a switchable clutch unit.
  • the mechanical main gearbox in the rotorcraft is used to transfer the engine's drive torque to the main rotor and, if applicable, a coupled tail rotor at the correct speed.
  • the main gearbox is designed to achieve maximum torque. This can cause particular problems if, for example, the main drive unit fails and additional torque has to be introduced.
  • the main drive unit is still transmitting residual power while a corresponding auxiliary drive is already being used, this can lead to overloading and permanent damage to the gearbox.
  • the power is transmitted from the main rotor to the main gearbox, into which the auxiliary drive that is now connected also feeds power, which can lead to overloading.
  • switchable clutch unit provided according to the invention.
  • the switchable clutch unit enables the additional or emergency drive unit provided for in accordance with the aforementioned aspects to be connected to the main transmission in a controlled manner.
  • the start of the transmission of the torque from the additional or emergency drive unit can be controlled in a targeted manner.
  • the (not necessarily instantaneous) switching process of the clutch unit can be carried out depending on the current load on the main transmission.
  • a sensor and/or computing network can be available for this purpose, with which current speeds in the main rotor, in the main transmission and in drive trains are recorded and the respective torques are calculated from this and compared with critical values.
  • An additional or emergency drive control unit provided according to further embodiments and described below can regulate the switching process of the switchable clutch unit on this basis and, in coordination with the control, also control the power generation in the additional or emergency drive unit.
  • a switchable clutch thus enables a seamless transition from a main drive by the main drive unit to an auxiliary drive by the additional or emergency drive unit without exceeding critical limit torques.
  • this applies not only to emergencies in the event of failure or loss of power of the main drive unit, but also in the case of a mere supporting additional drive by the additional or emergency drive unit, because in such a case the same problems of excessive torques basically exist at the time of switching on.
  • the additional or emergency drive unit is, for example, an electric motor that is temporarily operated as an electric generator to charge a battery module.
  • the solution proposed here also enables a controllable, mechanical separation of the auxiliary or emergency propulsion unit from the main gearbox and the main propulsion unit during normal flight operations.
  • the main drive unit can be any type of engine, for example a thermodynamic engine, in particular a shaft turbine, e.g. with a gas generator and power turbine, or a piston engine. Other types, including electric motors, are also possible. If the rotorcraft is a gyroplane, any type of traction or thrust engine can be provided. In principle, aspects of the invention also include the implementation of two main drive units in the rotorcraft.
  • the main rotor of the rotorcraft can be one with any number of rotor blades.
  • the implementation of double rotors can also be covered by aspects of the invention.
  • a tail rotor gearbox can also be coupled, but this is not mandatory for the implementation of the invention.
  • the switchable clutch unit includes the actual clutch and control electronics. It is a particularly advantageous replacement for the freewheel clutch, which was previously the only coupling available for the additional or emergency drive unit, and thus eliminates the disadvantages mentioned above.
  • the switchable clutch unit is designed to connect or disconnect the additional or emergency drive unit from the main gearbox.
  • the connection to the main gearbox can be made directly (with an input of the main gearbox) or indirectly via a drive train, which in turn is firmly coupled to the main gearbox.
  • a connection to the main gearbox, for example via a coupling to the rotor mast, is not excluded.
  • the invention is not limited to specific types of switchable clutches.
  • the pole friction clutch may be the most preferred because it is particularly suitable for the initially very high differential speeds.
  • the pole friction clutch works in dry running or wet running. With this type, the release is caused by a current flow and a developing magnetic field and the torque is transmitted by friction.
  • the multi-disk clutch mentioned above is also possible. It also works in dry or wet operation.
  • the release lever is triggered electronically to generate the contact pressure, while the power is transmitted via an electromagnet. The torque is transmitted purely mechanically through friction.
  • the magnetic clutch mentioned above can also be used.
  • the torque is only transmitted via a magnetic field, so this type of clutch is completely wear-free.
  • the torque is transmitted via stiffening magnetic powder particles.
  • the clutch is triggered by a current flow, whereby a variable torque is particularly easy to achieve.
  • Other switchable or controllable clutch types that enable a controlled clutch process are also conceivable.
  • switchable and controllable in relation to the clutch, are used synonymously in this application.
  • the clutch can be specifically operated from the outside in order to establish a connection between the additional or emergency drive unit and the main transmission or to separate them, and that the clutch process itself can be controlled, i.e. the degree of torque transmission depends on the time (which in practice may be very short), e.g. through friction, etc., depending on the clutch type.
  • the additional or emergency drive unit comprises an electric motor.
  • This can further preferably be designed and dimensioned in such a way that a main rotor and/or tail rotor of a rotary wing aircraft, in particular a helicopter, can be driven autonomously and without an additional drive.
  • a self-sufficient, electric drive is understood to mean that a mechanical output of preferably at least 80 kW, more preferably 100 kW to 700 kW, even more preferably 300 kW to 400 kW, most preferably around 600 kW can be achieved.
  • the electric motor can be a synchronous motor, but the invention is not limited to specific types of motors.
  • Electric motors have high torque, low wear and tear and a very short latency time until power is delivered, so that control in coordination with the clutch process is particularly advantageous.
  • a first battery module which is designed to supply the electric motor of the additional or emergency drive unit with electrical energy.
  • Battery types with a high power density are preferred here.
  • the first battery module serves to supply the electric motor with energy in an emergency, e.g. in the event of engine failure or loss of power.
  • the storage capacity of the first battery module is at least sufficient to achieve a flight range appropriate to the circumstances in order to reach a suitable landing site and, if necessary, in conjunction with autorotation, to enable a one-time safe landing.
  • the switchable clutch unit is designed to couple and uncouple a drive shaft of the electric motor with an auxiliary drive train.
  • This auxiliary drive train is connected to an input of the main transmission.
  • the power generated by the main drive unit can be fed to the main transmission via a main drive train.
  • a special feature here is that the main drive train is connected to the same input of the main gearbox as the auxiliary drive train. This aspect is particularly advantageous because the entire structure is particularly simple and space-saving.
  • the additional or emergency drive unit with the clutch can therefore be easily arranged opposite the main drive unit.
  • the input of the main gearbox can, for example, be formed by a sun gear that is in operative relationship with a planetary gear of the main gearbox.
  • a further aspect relates to an additional or emergency drive control unit as already mentioned above. This is designed to operate the electric motor and switch the switchable clutch unit depending on an activation criterion in order to connect the electric motor to the main transmission or to disconnect it from it.
  • the additional or emergency drive control unit is connected to a drive sensor system in order to detect an existing or imminent failure of the main drive unit. It is designed to start the electric motor depending on the detection result as an activation criterion and to switch the clutch unit in order to connect the electric motor to the main transmission, so that the main rotor is driven in an emergency operation with the power from the electric motor.
  • the drive sensor system can comprise one or more sensors for detecting at least one of the following values:
  • the additional or emergency drive control unit can, as described at the beginning, not only detect the emergency situation as such, such as the loss of power of the main drive, but also calculate or track the current torque ratios during the subsequent switching or control of the switchable clutch unit.
  • the clutch process can thus be dynamically adjusted depending on a currently detected and calculated torque in comparison with a predetermined critical torque.
  • a second battery module can be provided which is designed to supply the electric motor of the additional or emergency drive unit with electrical energy, wherein the additional or emergency drive control unit is connected to a battery sensor system in order to detect a low battery charge state in the first and/or the second battery module. Furthermore, it is designed to switch the clutch unit depending on the detection result as an activation criterion in order to connect the electric motor to the main transmission and to operate it as a generator in generator operation in order to charge the second battery module with a part of the power of the main drive unit converted into electrical power.
  • the second battery module can be charged during flight operations.
  • the first battery module is therefore only set up for emergency operations in a secure environment and therefore meets the increased safety requirements.
  • the second battery module can be used in particular to support ongoing flight operations (hereinafter referred to as additional operation), but it does not have to meet the very high safety requirements and therefore requires less maintenance, as it is not critical for flight operations in that sense.
  • Emergency propulsion control unit to be connected to a pilot control unit, whereby the Pilot control unit has an input device and is configured to generate an input signal depending on an input from a pilot into the input device and to transmit it to the auxiliary or emergency drive control unit.
  • the auxiliary or emergency drive control unit is further configured to start the electric motor depending on the transmitted input signal as an activation criterion and to switch the clutch unit in order to connect the electric motor to the main transmission, so that the main rotor is driven in an auxiliary mode in addition to the power from the main drive unit with the support of power from the electric motor.
  • the additional or emergency drive control unit can be set up as described to carry out the additional operation using the electric motor based on an energy supply exclusively from the second battery module.
  • the energy stored in the first battery module is reserved exclusively for emergencies, i.e. the first battery module does not need to be connected to any electrical consumer other than the electric motor and the additional or emergency drive control unit and corresponding battery sensors.
  • the battery is only charged or replaced during maintenance on the ground.
  • the main drive unit, the main gearbox and the additional or emergency drive unit can be arranged essentially along a longitudinal axis of the rotorcraft, with the additional or emergency drive unit and the main drive unit being arranged on opposite sides with respect to the main gearbox.
  • the additional or emergency drive unit is preferably arranged in front of the main gearbox in the intended flight direction of the rotorcraft. This results in the described advantages. However, mounting the motor and the clutch on the side of the main gearbox is also not fundamentally excluded.
  • the invention also relates to a rotary-wing aircraft, in particular a helicopter, which has a drive system according to one of the preceding aspects, embodiments or -examples, or further developments.
  • the additional or emergency drive unit can advantageously be arranged in a space above a payload or passenger accommodation space provided in a cabin, in particular above a passenger compartment.
  • the invention also relates to a use of the drive system in a rotary-wing aircraft, in particular a helicopter.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a rotorcraft or helicopter with a propulsion system according to an exemplary embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a system drawing of the drive system according to Fig. 1;
  • Fig. 3 is a schematic representation of a control network for providing the auxiliary or emergency drive with the auxiliary or emergency drive control unit shown in Fig. 2 as the central control;
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a control system in emergency mode
  • Fig. 5 like Fig. 4, but for additional operation (Power Boost Mode);
  • Fig. 6 like Fig. 4 or 5, but for generator operation (Power Generator Mode):
  • Fig. 7 is a side view of the drive system (without main drive unit);
  • Fig. 8 shows a cross-section through the drive system (without main drive unit).
  • Fig. 1 shows a rotary wing aircraft 10, here a helicopter, with a drive system according to an embodiment of the present invention.
  • the rotary wing aircraft 10 has a main rotor 1, which is equipped with two rotor blades, for example, and a tail rotor 99.
  • the main rotor 1 and the tail rotor 99 are driven by a main drive unit 7.
  • the main drive unit 7 is, for example, a shaft power turbine with a gas generator and power turbine.
  • a reducing main gear 6 is installed in order to convert a high speed of the power turbine of, for example, 6800 revolutions/min into a high torque.
  • the main rotor 1 is ultimately operated with high torque at only a reduced speed, for example 350 revolutions/min.
  • Via a drive train 8, which connects the main gear 6 with a tail rotor gear 9, the tail rotor 99 is rotated in a coordinated manner.
  • the drive system of the helicopter shown in Figure 1 further comprises an additional or emergency drive unit 2, which is in particular an electric motor 21, for example a synchronous motor.
  • the additional or emergency drive unit 2 is connected to a first battery module 4 and a second battery module 5, so that they can optionally provide electrical energy for operating the additional or emergency drive unit 2.
  • the additional or emergency drive unit 2 can be connected to or disconnected from the main transmission 6 via a switchable clutch unit 3 in order to implement various operating modes of the helicopter, which are described below with reference to Figures 4-6.
  • FIG 2 shows a schematic overview of the drive system from Figure 1 in greater detail.
  • the power transmission from the main drive unit 7 takes place here via a freewheel clutch 72, which separates the main drive unit 7 from the drive train 8 when the corresponding speed reduced by the intermediate gear 71 falls below that of the drive train 8.
  • the drive torque is transmitted to the main gear 6, in which the high torque for the main rotor 1 is generated.
  • a network associated with the additional or emergency drive control unit 35 is shown in greater detail in Figure 3.
  • the additional or emergency drive control unit 35 is connected in this embodiment to an extensive sensor system that allows an evaluation of the current state of the drive system.
  • the dashed arrows indicate an input from sensors 11, 74 and 75 of the active drive system running during normal operation. drive system. In particular, this involves a speed sensor 11 for the main rotor, a speed sensor 74 for the power turbine and a speed sensor 75 for the gas generator.
  • the design of these sensors can be as desired. Such sensors are usually also present in conventional helicopters, so that the intervention in the existing system for implementing the invention is minimal.
  • the additional or emergency drive control unit 35 can evaluate the presence of a critical state by comparing them with predetermined critical values (activation criterion).
  • the additional or emergency drive control unit 35 can also calculate the torque acting in the individual components based on the transmitted speeds and also compare them with predetermined critical limit torques.
  • auxiliary or emergency drive control unit 35 is connected to a sensor/actuator 22 for the electric motor 21, which, for example, detects its speed and/or phase position and transmits it to the auxiliary or emergency drive control unit 35 or controls the engine power, and to a sensor/actuator 31 for the clutch unit 3, which supplies data on its switching state and position (bold arrows in Fig. 3) and switches the clutch unit 3.
  • the transmitted data allow the auxiliary or emergency drive control unit 35 to determine the torque currently transmitted from the electric motor 21 to the main transmission 6.
  • Control via the actuators allows precise control of the engine start and clutch process. In this way, appropriate control of the transition from main operation (only the main drive unit supplies power) to emergency, auxiliary or generator operation can be carried out.
  • Step 202 is performed as described above by the additional or
  • Emergency drive control unit 35 determines whether a power loss has occurred ("Y") and thus emergency operation is to be initiated (evaluation of the data from sensors 11, 74, or 75).
  • the additional or emergency drive control unit 35 first starts the electric motor 21 and then, in step 206, activates the clutch unit 3 in order to establish a connection between the electric motor 21 and the main transmission 6 (actuation of the actuators 22 and 31).
  • the status with regard to the acting torques is checked (evaluation of the data from sensors 11, 22, 31, 74 and/or 75).
  • the torques calculated in this process are compared with limit torques and in step 212, feedback is provided to adapt the operation of the electric motor 21 and the clutch unit 3 in a control loop.
  • connection between the electric motor 21 and the main gear 6 can be separated again (open clutch) to allow the main rotor 1 to rotate.
  • the additional operation 300 mentioned above is shown in Figure 5.
  • the basic procedure is very similar to that of emergency operation, i.e. the clutch process is controlled in a control loop in order to monitor the torque.
  • the additional operation 300 is activated via an input device of a pilot control 101 shown in Figure 3. More precisely, it is checked repeatedly whether the corresponding signal is present ("Y"). Before the additional operation is actually carried out, a check is carried out in step 303 to determine whether there is still enough energy stored in the second battery module 5 (see the battery sensor 51 connected to the additional or emergency drive control unit 35 in Figure 3) to carry out the additional operation. If this is the case ("Y"), the electric motor 21 and the clutch unit 3 are controlled in steps 304-312 in a manner analogous to Figure 4 in order to prevent damage from excessive torque.
  • the generator operation 400 also mentioned above is shown in Figure 6.
  • the event initiating the generator operation 400 is a falling below a predetermined value for the state of charge of the second battery module five, whereby the currently recorded values are regularly read out by the additional or emergency drive control unit 35 from the battery sensor 51 (see Figure 3) and compared with the specified limit value (step 401).
  • step 402 a check is made as to whether there is a drop in performance or failure of the main drive unit. In this case, it must be ensured that the electric motor 21 of the additional or emergency drive unit is quickly available to transmit drive torque. If this is not the case, in step 406, the clutch unit 3 is first actuated and then the electric motor 21 or the additional or emergency drive unit 2 is switched to generator operation in order to charge the second battery module 5.
  • the coupling process is checked for excessive torque in the control loop analogous to Figure 4 or 5.
  • auxiliary or emergency drive control unit 35 can also check the battery charge state of the first battery module 4 through the corresponding battery sensor 41, as shown in Figure 3.
  • Figure 7 shows a side view of the main transmission 6 with rotor mast 66 and the additional or emergency drive unit 2 connected to the main transmission 6.
  • Figure 8 shows the corresponding cross-section.
  • the electric motor 21 has a motor shaft 32 which can be used with an auxiliary drive train 33 of the main transmission 6 via the switchable clutch unit 3.
  • the cross-section of Figure 8 shows that the auxiliary drive train 33 and the main drive train 8 engage at the same input in the main transmission 6, which is formed by the sun gear 63.
  • the auxiliary drive train 33 has a toothing 34 for this purpose and the main drive train 8 has a toothing 81 for this purpose.
  • the sun gear 63 in turn interacts with a first stage 64 of a planetary gear provided in the main transmission 6.
  • a second stage 65 of the planetary gear finally leads to a further reduction in the gear ratio and an increase in the torque, which is finally transmitted to the rotor mast 66 via elements not shown in further detail but known to those skilled in the art.
  • An exemplary structure of a implementable main transmission 6 is disclosed, for example, in EP 3 323 718 A1. Other concepts of main transmissions are also possible.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to a drive system for a rotary-wing aircraft (10), comprising: a main drive unit (7) which is configured to generate a power with which a main rotor (1) of the rotary-wing aircraft (10) can be driven, a main transmission (6) which is configured to translate power generated by the main drive unit (7) into a torque acting on the main rotor (1), an additional or emergency drive unit (2) which is also configured to generate a power for driving the main rotor (1), wherein the additional or emergency drive unit (2) is designed to be connectable to the main transmission (6) via a switchable coupling unit (3). The invention also relates to a rotary-wing aircraft (10) comprising a drive system of this kind.

Description

Antriebssystem für einen Drehflügler propulsion system for a rotary-wing aircraft

Technisches Gebiet: Technical area:

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für einen Drehflügler, insbesondere einen Helikopter, sowie einen solchen Drehflügler. The invention relates to a drive system for a rotary-wing aircraft, in particular a helicopter, and to such a rotary-wing aircraft.

Technischer Hintergrund: Technical background:

Drehflügler, insbesondere Helikopter, können erhöhten Anforderungen unterworfen sein, was die Sicherheit im Fall eines Abfalls der Antriebsleistung oder eines Komplettausfalls eines Hauptantriebsaggregats betrifft. Bei einmotorigen Helikoptern können mit besonderem Pilotengeschick bei der Steuerung mit Hilfe von Autorotation in bekannter Weise sichere Notlandungen erfolgen. Ihr Einsatz gerade in dicht besiedelten oder in sonstiger Weise kritischen Gebieten ist aber in der Praxis dennoch durch Regelungen (z.B. europäisches Luftfahrtrecht zur Operation von Helikoptern) sehr stark eingeschränkt, weil in diesem Fall die Erreichbarkeit von geeigneten Landeplätzen erschwert ist. Rotary wing aircraft, especially helicopters, can be subject to increased requirements in terms of safety in the event of a drop in engine power or a complete failure of a main engine. With single-engine helicopters, safe emergency landings can be carried out in the usual way with the help of autorotation if the pilot has special skill in controlling the helicopter. In practice, however, their use in densely populated or otherwise critical areas is very limited by regulations (e.g. European aviation law on the operation of helicopters) because in this case it is more difficult to reach suitable landing sites.

Viele Helikoptertypen sind daher oftmals mit zwei im Wesentlichen gleichen und leistungsstarken Haupttriebwerken ausgestattet, welche außerhalb ihres optimalen Betriebspunktes betrieben werden. Im Notfall treibt das verbleibende Triebwerk dann alleine den Helikopter an. Many types of helicopter are therefore often equipped with two essentially identical and powerful main engines, which are operated outside of their optimal operating point. In an emergency, the remaining engine then drives the helicopter alone.

Bei der Abwägung zwischen der Wirtschaftlichkeit und der Einhaltung der gesetzlichen Bestimmungen bzw. Regelungen sind auch solche Typen von Helikoptern interessant, die mit z.B. nur einem Hauptantriebsaggregat und zusätzlich einem im Notfall einzusetzenden Hilfsantriebsaggregat ausgestattet sind. Durch die in den letzten Jahren verbesserten Speichermöglichkeiten kommen dabei zunehmend auch auf elektrischen Motoren basierende Hilfsantriebssysteme in Betracht. In der US 2019/0352001 A1 ist ein Antriebssystem für einen Helikopter mit nur einer Antriebsmaschine beschrieben. Für den Einsatz in Notfallsituationen ist eine Hilfsantriebsvorrichtung vorgesehen, die in einer Turbowellen-Hauptmaschine physisch integriert ist und mit dieser eine Einheit bildet. Die Hilfsantriebsmaschine ist mechanisch mit einem hinteren Antriebsstrang verbunden, der sich zwischen einer Freilaufkupplung (für die Kraftübertragung durch die Hauptmaschine auf den Antriebsstrang) und dem Heckrotorgetriebe erstreckt. Ein Notfallantrieb über den gesamten Antriebsstrang erfolgt, wenn die durch die Hilfsantriebsmaschine erzeugte Drehung größer ist entweder als eine solche durch die Hauptantriebsmaschine (z.B. bei Triebwerksausfall) oder als eine solche im Fall von Autorotation. Die Hilfsantriebsmaschine kann unter anderem auf einem elektrischen Antrieb beruhen. When weighing up cost-effectiveness against compliance with legal requirements or regulations, helicopter types that are equipped with, for example, only one main propulsion unit and an additional auxiliary propulsion unit that can be used in an emergency are also interesting. Thanks to the improved storage options in recent years, auxiliary propulsion systems based on electric motors are increasingly being considered. US 2019/0352001 A1 describes a propulsion system for a helicopter with only one propulsion engine. For use in emergency situations, an auxiliary propulsion device is provided which is physically integrated into a turboshaft main engine and forms a unit with it. The auxiliary propulsion engine is mechanically connected to a rear drive train which extends between a one-way clutch (for the power transmission from the main engine to the drive train) and the tail rotor gearbox. Emergency propulsion across the entire drive train occurs when the rotation generated by the auxiliary propulsion engine is greater either than that generated by the main propulsion engine (e.g. in the event of engine failure) or than that generated in the event of autorotation. The auxiliary propulsion engine can be based on an electric drive, among other things.

In der US 2022/0388673 A1 ist die Kopplung eines elektrischen Motors mit dem Hauptrotor eines Helikopters über ein Untersetzungsgetriebe beschrieben, das aus Zahnrädern des Hauptgetriebes besteht. US 2022/0388673 A1 describes the coupling of an electric motor to the main rotor of a helicopter via a reduction gear consisting of gears of the main gearbox.

Die US 2021/0229826 A1 beschreibt einen Drehflügler, der mit einem Triebwerk und einem Assistenzsystem mit einem Elektromotor ausgestattet ist, welcher im Notfall eingesetzt wird. Der Elektromotor ist über ein Verbindungsmodul mit einem sekundären Eingang des Hauptgetriebes gekoppelt. US 2021/0229826 A1 describes a rotorcraft equipped with an engine and an assistance system with an electric motor that is used in an emergency. The electric motor is coupled to a secondary input of the main gearbox via a connection module.

Die US 2020/0277072 A1 offenbart ein Verfahren zur Unterstützung eines Piloten eines einmotorigen Drehflüglers während einer Autorotationsflugphase, wobei der Drehflügler ein Hybridantriebsaggregat mit einem Haupttriebwerk und einem elektrischen Motor umfasst. Der Betrieb des Haupttriebwerks wird während des Fluges überwacht, um einen Leistungsabfall am Hauptrotor zu erfassen, um dann die elektrische Maschine so anzusteuern, dass dieser dem Hauptrotor zusätzliche Leistung zuführt. US 2020/0277072 A1 discloses a method for assisting a pilot of a single-engine rotorcraft during an autorotation flight phase, wherein the rotorcraft comprises a hybrid propulsion unit with a main engine and an electric motor. The operation of the main engine is monitored during the flight in order to detect a drop in power on the main rotor in order to then control the electric machine so that it supplies additional power to the main rotor.

In US 2020/0283139 A1 ist ein hybrides Antriebssystem vorgeschlagen, bei dem beispielsweise ein Hauptantriebsaggregat zum Betreiben des Hauptrotors durch eine Verbrennungsmaschine oder einen elektrischen Motor bereitgestellt wird, während der Heckrotor durch einen separaten Motor angetrieben wird, der hydraulisch, elektrisch oder pneumatisch betrieben wird. In US 2020/0283139 A1, a hybrid drive system is proposed in which, for example, a main drive unit for operating the main rotor is provided by an internal combustion engine or an electric motor, while the Tail rotor is driven by a separate motor that is operated hydraulically, electrically or pneumatically.

Die Patentschrift US 10,759,280 B2 schlägt diverse Ankopplungsmöglichkeiten für einen elektrischen Motor in einem hybriden Antriebssystem vor, beispielweise an dem mit der Hauptmaschine gekoppelten Antriebsstrang, direkt am Hauptgetriebe oder an der vom Hautgetriebe ausgehenden Hauptrotorwelle. The patent specification US 10,759,280 B2 proposes various coupling options for an electric motor in a hybrid drive system, for example on the drive train coupled to the main engine, directly on the main gearbox or on the main rotor shaft extending from the main gearbox.

In den Druckschriften EP 4 015 377 A1 sowie In the publications EP 4 015 377 A1 and

WO 2021/151873 A1 sind ebenfalls Hybridantriebssysteme beschrieben. In der EP 3 921 231 B1 ist vorgeschlagen, in mindestens einem Planeten eines Planetengetriebes einen elektrischen Motor zu integrieren. WO 2021/151873 A1 also describes hybrid drive systems. EP 3 921 231 B1 proposes integrating an electric motor into at least one planet of a planetary gear.

Bei den meisten der vorgenannten Vorschläge werden die elektrische Hilfsantriebe direkt an das Hauptgetriebe oder an die daran angekoppelten jeweiligen Antriebsstränge angebunden. Eine mechanische Trennung des Hauptantriebsaggregats vom jeweiligen Hilfsantrieb erfolgt im Allgemeinen über eine mechanische Freilaufkupplung. Die mechanische Freilaufkupplung ist jedoch auf Schmierung angewiesen, was den Wartungsaufwand erhöht, und erlaubt die Übertragung eines Drehmomentes in nur eine Richtung. Zudem ist durch die Berücksichtigung der Vielzahl von Klemmkörpern in der Freilaufkupplung eine hohe Zahl von beweglichen Teilen festzustellen. In most of the above proposals, the electric auxiliary drives are connected directly to the main transmission or to the respective drive trains coupled to it. Mechanical separation of the main drive unit from the respective auxiliary drive is generally achieved via a mechanical one-way clutch. However, the mechanical one-way clutch is dependent on lubrication, which increases maintenance costs, and allows torque to be transmitted in only one direction. In addition, due to the large number of clamping bodies in the one-way clutch, a large number of moving parts can be identified.

Ferner ist ein Hilfsantrieb wie beispielsweise ein elektrischer Motor durch die direkte Anbindung an das Hauptgetriebe oder den Antriebsstrang den gleichen hohen Anforderungen bezüglich Wartung unterworfen wie die anderen Bestandteile des Antriebssystems, um die Ausfallsicherheit zu gewährleisten, welches den Aufwand und die Kosten für den Betrieb erhöht, auch wenn der Hilfsantrieb kaum zum Einsatz kommt. Furthermore, an auxiliary drive such as an electric motor is subject to the same high maintenance requirements as the other components of the drive system due to its direct connection to the main gearbox or drive train in order to ensure reliability, which increases the effort and cost of operation even if the auxiliary drive is rarely used.

Es ist daher eine Aufgabe, die bestehenden Konzepte von Antriebssystemen weiter zu verbessern, sowie die Kosten und den Aufwand für den allgemeinen Betrieb zu verringern. Darstellunq der Erfindunq: It is therefore a task to further improve the existing concepts of drive systems and to reduce the costs and effort for general operation. Description of the invention:

Aspekten der Erfindung zufolge, die dem einen oder anderen genannten Bedürfnis Rechnung tragen, umfasst ein Antriebssystem für einen Drehflügler, insbesondere für einen Helikopter, ein Hauptantriebsaggregat, das konfiguriert ist, eine Leistung zu erzeugen, mit welcher ein mehrere Rotorblätter aufweisender Hauptrotor des Helikopters angetrieben werden kann, ein Hauptgetriebe, welches eingerichtet ist, die vom Hauptantriebsaggregat erzeugte Leistung in ein auf den Hauptrotor einwirkendes Drehmoment zu übersetzen, und ein Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat, das ebenfalls konfiguriert ist, eine Leistung zum Antreiben des Hauptrotors zu erzeugen, wobei das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat mit dem Hauptgetriebe über eine schaltbare Kupplungseinheit verbindbar eingerichtet ist. According to aspects of the invention which take into account one or other of the aforementioned needs, a drive system for a rotorcraft, in particular for a helicopter, comprises a main drive unit which is configured to generate a power with which a main rotor of the helicopter having a plurality of rotor blades can be driven, a main transmission which is configured to translate the power generated by the main drive unit into a torque acting on the main rotor, and an additional or emergency drive unit which is also configured to generate a power for driving the main rotor, wherein the additional or emergency drive unit is configured to be connectable to the main transmission via a switchable clutch unit.

Das mechanische Hauptgetriebe dient im Drehflügler zur Übertragung des Antriebsmomentes des Triebwerks auf den Haupt- und einen gegebenenfalls gekoppelten Heckrotor mit der richtigen Drehzahl. Das Hauptgetriebe ist auf die Realisierung eines maximalen Drehmoments ausgelegt. Dieser Umstand kann besondere Probleme mit sich bringen, wenn das Hauptantriebsaggregat beispielsweise ausfällt, und ein zusätzliches Drehmoment einzubringen ist. The mechanical main gearbox in the rotorcraft is used to transfer the engine's drive torque to the main rotor and, if applicable, a coupled tail rotor at the correct speed. The main gearbox is designed to achieve maximum torque. This can cause particular problems if, for example, the main drive unit fails and additional torque has to be introduced.

Wird vom Hauptantriebsaggregat beispielsweise noch eine Restleistung übertragen, während ein entsprechender Hilfsantrieb bereits einsetzt, kann es zu einer Überlastung und dauerhaften Schädigung des Getriebes kommen. Das gleiche kann auch für den Fall eines stabilisierten Autorotationsfluges gelten. In diesem Fall erfolgt die Übertragung von Leistung vom Hauptrotor zum Hauptgetriebe, in das nun aber der sich dazuschaltende Hilfsantrieb ebenfalls Leistung einspeist, was somit zu einer Überlastung führen kann. If, for example, the main drive unit is still transmitting residual power while a corresponding auxiliary drive is already being used, this can lead to overloading and permanent damage to the gearbox. The same can also apply in the case of a stabilized autorotation flight. In this case, the power is transmitted from the main rotor to the main gearbox, into which the auxiliary drive that is now connected also feeds power, which can lead to overloading.

Dieses Problem wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene schaltbare Kupplungseinheit gelöst. Im Unterschied zur Freilaufkupplung, die nur in einer Drehrichtung wirkt und als solche weder steuer- noch schaltbar ist, kann eine solche schaltbare Kupplungseinheit gezielt und situationsabhängig von außen gesteuert und geschaltet werden. Durch die schaltbare Kupplungseinheit kann das den vorgenannten Aspekten zufolge vorgesehene Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat in solchen Fällen in kontrollierter Weise mit dem Hauptgetriebe verbunden werden. This problem is solved by the switchable clutch unit provided according to the invention. In contrast to the freewheel clutch, which only works in one direction of rotation and as such is neither controllable nor switchable, such a switchable clutch unit can be controlled and In such cases, the switchable clutch unit enables the additional or emergency drive unit provided for in accordance with the aforementioned aspects to be connected to the main transmission in a controlled manner.

Insbesondere kann das Einsetzen der Übertragung des Drehmoments aus dem Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat gezielt gesteuert werden. Beispielsweise kann der (nicht notwendig instantane) Schaltvorgang der Kupplungseinheit abhängig von der aktuellen Belastung des Hauptgetriebes durchgeführt werden. Hierzu kann Ausführungsbeispielen zufolge ein Sensor- und/oder Rechennetzwerk zur Verfügung stehen, mit dem aktuelle Drehzahlen im Hauptrotor, im Hauptgetriebe und in Antriebssträngen erfasst und daraus die jeweils vorliegenden Drehmomente berechnet und mit kritischen Werten verglichen werden. Eine weiteren Ausführungsbeispielen zufolge vorgesehene und nachfolgend beschriebene Zusatzoder Notfallantriebssteuereinheit kann auf dieser Grundlage eine Regelung des Schaltvorgangs der schaltbaren Kupplungseinheit vornehmen und in Koordination mit der Regelung auch die Leistungserzeugung im Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat steuern. In particular, the start of the transmission of the torque from the additional or emergency drive unit can be controlled in a targeted manner. For example, the (not necessarily instantaneous) switching process of the clutch unit can be carried out depending on the current load on the main transmission. According to embodiments, a sensor and/or computing network can be available for this purpose, with which current speeds in the main rotor, in the main transmission and in drive trains are recorded and the respective torques are calculated from this and compared with critical values. An additional or emergency drive control unit provided according to further embodiments and described below can regulate the switching process of the switchable clutch unit on this basis and, in coordination with the control, also control the power generation in the additional or emergency drive unit.

Somit ermöglicht eine schaltbare Kupplung einen nahtlosen Übergang von einem Hauptantrieb durch das Hauptantriebsaggregat zu einem Hilfsantrieb durch das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat, ohne kritische Grenzdrehmomente zu überschreiten. Dies gilt erfindungsgemäß nicht nur für den Notfall bei Ausfall oder Leistungsabfall des Hauptantriebsaggregats, sondern auch bei bloßem unterstützenden Zusatzantrieb durch das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat, denn in einem solchen Fall bestehen grundsätzlich die gleichen Probleme überhöhter Drehmomente im Zeitpunkt des Zuschaltens. Das gleiche gilt auch im Fall einer Leistungsumkehr, wenn das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat beispielsweise ein elektrischer Motor ist, der temporär als elektrischer Generator zum Aufladen eines Batteriemoduls betrieben wird. A switchable clutch thus enables a seamless transition from a main drive by the main drive unit to an auxiliary drive by the additional or emergency drive unit without exceeding critical limit torques. According to the invention, this applies not only to emergencies in the event of failure or loss of power of the main drive unit, but also in the case of a mere supporting additional drive by the additional or emergency drive unit, because in such a case the same problems of excessive torques basically exist at the time of switching on. The same also applies in the case of a power reversal if the additional or emergency drive unit is, for example, an electric motor that is temporarily operated as an electric generator to charge a battery module.

Zusätzlich ermöglicht die hier vorgeschlagene Lösung auch eine steuerbare, mechanische Trennung des Zusatz- oder Notfallantriebsaggregats vom Hauptgetriebe und vom Hauptantriebsaggregat im normalen Flugbetrieb. Dadurch ist das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat von diesen Komponenten entkoppelt und etwaige Fehlfunktionen in diesem Bereich wirken nicht unmittelbar auf das Hauptgetriebe zurück. Dadurch sind die Anforderungen an die Wartungsintervalle etwas geringer, was Kosten und Aufwand für den Betrieb reduzieren kann. In addition, the solution proposed here also enables a controllable, mechanical separation of the auxiliary or emergency propulsion unit from the main gearbox and the main propulsion unit during normal flight operations. This makes the auxiliary or emergency drive unit is decoupled from these components and any malfunctions in this area do not have a direct impact on the main gearbox. This means that the maintenance interval requirements are somewhat lower, which can reduce costs and effort for operation.

Bei dem Hauptantriebsaggregat kann es sich um einen beliebigen Typ von Kraftmaschine handeln, beispielsweise um eine thermodynamische Kraftmaschine, insbesondere um eine Wellenturbine, z.B. mit Gasgenerator und Leistungsturbine, oder einen Kolbenmotor. Andere Typen, auch Elektromotoren, sind aber ebenso möglich. Handelt es sich bei dem Drehflügler um einen Tragschrauber, kann ein beliebiger Typ von Zug- oder Schubtriebwerk vorgesehen sein. Grundsätzlich von erfindungsgemäßen Aspekten umfasst ist auch eine Implementierung von zwei Hauptantriebsaggregaten im Drehflügler. The main drive unit can be any type of engine, for example a thermodynamic engine, in particular a shaft turbine, e.g. with a gas generator and power turbine, or a piston engine. Other types, including electric motors, are also possible. If the rotorcraft is a gyroplane, any type of traction or thrust engine can be provided. In principle, aspects of the invention also include the implementation of two main drive units in the rotorcraft.

Bei dem Hauptrotor des Drehflüglers kann es sich um einen solchen mit einer beliebigen Anzahl von Rotorblättern handeln. Auch die Implementierung von Doppelrotoren kann von erfindungsgemäßen Aspekten umfasst sein. Optional kann auch ein Heckrotorgetriebe angekoppelt sein, dies ist jedoch für die Implementierung der Erfindung nicht zwingend. The main rotor of the rotorcraft can be one with any number of rotor blades. The implementation of double rotors can also be covered by aspects of the invention. Optionally, a tail rotor gearbox can also be coupled, but this is not mandatory for the implementation of the invention.

Die schaltbare Kupplungseinheit umfasst die eigentliche Kupplung sowie Steuerelektronik. Sie ersetzt mit besonders großem Vorteil die Freilaufkupplung, die bisher als einzige Kopplung für das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat zur Verfügung stand, und behebt dadurch die oben genannten Nachteile derselben. Die schaltbare Kupplungseinheit ist eingerichtet, das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat mit dem Hauptgetriebe zu verbinden oder zu trennen. Die Verbindung mit dem Hauptgetriebe kann direkt (mit einem Eingang des Hauptgetriebes) oder indirekt über einen Antriebsstrang erfolgen, welcher wiederum fest mit dem Hauptgetriebe verkoppelt ist. Eine Verbindung mit dem Hauptgetriebe etwa über eine Kupplung mit dem Rotormast ist nicht ausgeschlossen. The switchable clutch unit includes the actual clutch and control electronics. It is a particularly advantageous replacement for the freewheel clutch, which was previously the only coupling available for the additional or emergency drive unit, and thus eliminates the disadvantages mentioned above. The switchable clutch unit is designed to connect or disconnect the additional or emergency drive unit from the main gearbox. The connection to the main gearbox can be made directly (with an input of the main gearbox) or indirectly via a drive train, which in turn is firmly coupled to the main gearbox. A connection to the main gearbox, for example via a coupling to the rotor mast, is not excluded.

Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Typen von schaltbaren Kupplungen beschränkt.The invention is not limited to specific types of switchable clutches.

Beispiele sind die Lammellenkupplung, die Polreibungskupplung, die Magnetkupplung oder die Magnetpulverkupplung. Von diesen kann die Polreibungskupplung am meisten bevorzugt sein, weil sie besonders geeignet ist für die anfänglich sehr hohen Differenzdrehzahlen. Die Polreibungskupplung funktioniert im Trockenlauf oder auch im Nasslauf. Bei diesem Typ erfolgt die Auslösung durch einen Stromfluss und ein sich aufbauendes Magnetfeld und die Drehmomentübertragung durch Reibschluss. Examples are the multi-disk clutch, the pole friction clutch, the magnetic clutch or the magnetic powder clutch. Of these, the pole friction clutch may be the most preferred because it is particularly suitable for the initially very high differential speeds. The pole friction clutch works in dry running or wet running. With this type, the release is caused by a current flow and a developing magnetic field and the torque is transmitted by friction.

Alternativ ist auch die genannte Lammellenkupplung möglich. Sie arbeitet ebenfalls im Trockenlauf oder auch im Nasslauf. Hier wird der Auslösehebel zur Erzeugung des Anpressdrucks elektronisch ausgelöst, während die Kraftübertragung hierbei über einen Elektromagneten erfolgt. Das Drehmoment wird rein mechanisch durch Reibschluss übertragen. Alternatively, the multi-disk clutch mentioned above is also possible. It also works in dry or wet operation. Here, the release lever is triggered electronically to generate the contact pressure, while the power is transmitted via an electromagnet. The torque is transmitted purely mechanically through friction.

Ferner kann auch die genannte Magnetkupplung eingesetzt werden. Das Drehmoment wird nur über ein Magnetfeld übertragen, somit ist dieser Typ von Kupplung komplett verschleißfrei. Im Fall der Magnetpulverkupplung wird das Drehmoment über sich versteifende Magnetpulverteilchen übertragen. Die Auslösung erfolgt herbei durch Stromfluss, wobei ein variables Drehmoment besonders einfach realisierbar ist. Weitere schalt- bzw. steuerbare Kupplungstypen, die einen kontrollierten Kupplungsvorgang ermöglichen, sind aber ebenso denkbar. The magnetic clutch mentioned above can also be used. The torque is only transmitted via a magnetic field, so this type of clutch is completely wear-free. In the case of the magnetic powder clutch, the torque is transmitted via stiffening magnetic powder particles. The clutch is triggered by a current flow, whereby a variable torque is particularly easy to achieve. Other switchable or controllable clutch types that enable a controlled clutch process are also conceivable.

Die Begriffe schaltbar und steuerbar, bezogen auf die Kupplung, werden in vorliegender Anmeldung synonym verwendet. Dies beinhaltet, dass die Kupplung von außen gezielt betätigt werden kann, um eine Verbindung zwischen dem Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat und dem Hauptgetriebe herzustellen oder diese zu trennen, und dass der Kupplungsvorgang selbst gesteuert werden kann, d.h. das Maß der Drehmomentübertragung abhängig von der (in der Praxis aber ggf. durchaus sehr kurzen) Zeit, z.B. u.a. durch Reibung etc., je nach Kupplungstyp. The terms switchable and controllable, in relation to the clutch, are used synonymously in this application. This means that the clutch can be specifically operated from the outside in order to establish a connection between the additional or emergency drive unit and the main transmission or to separate them, and that the clutch process itself can be controlled, i.e. the degree of torque transmission depends on the time (which in practice may be very short), e.g. through friction, etc., depending on the clutch type.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat einen elektrischen Motor. Dieser kann weiter bevorzugt solchermaßen ausgelegt und dimensioniert sein, dass ein Hauptrotor und / oder Heckrotor eines Drehflüglers, insbesondere eines Helikopters, autark und ohne einen zusätzlichen Antrieb antreibbar ist. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem autarken, elektrischen Antrieb verstanden, dass eine mechanische Leistung von bevorzugt mindestens 80 kW, bevorzugter 100 kW bis 700 kW, noch bevorzugter 300 kW bis 400 kW, ganz besonders bevorzugt rund 600 kW erzielbar ist. Bei dem elektrischen Motor kann es sich um einen Synchronmotor handeln, aber die Erfindung ist grundsätzlich nicht auf bestimmte Typen von Motoren beschränkt. In a preferred embodiment, the additional or emergency drive unit comprises an electric motor. This can further preferably be designed and dimensioned in such a way that a main rotor and/or tail rotor of a rotary wing aircraft, in particular a helicopter, can be driven autonomously and without an additional drive. In the sense of the present invention, A self-sufficient, electric drive is understood to mean that a mechanical output of preferably at least 80 kW, more preferably 100 kW to 700 kW, even more preferably 300 kW to 400 kW, most preferably around 600 kW can be achieved. The electric motor can be a synchronous motor, but the invention is not limited to specific types of motors.

Elektrische Motoren haben ein hohes Drehmoment, geringen Verschleiß und eine sehr geringe Latenzzeit bis zur Leistungserbringung, so dass eine Steuerung in Koordination mit dem Kupplungsvorgang besonders vorteilhaft ist. Electric motors have high torque, low wear and tear and a very short latency time until power is delivered, so that control in coordination with the clutch process is particularly advantageous.

Grundsätzlich können auch mehrere elektrische Motoren vorgesehen sein. In principle, several electric motors can also be provided.

Einer Weiterbildung zufolge ist ein erstes Batteriemodul vorgesehen, das eingerichtet ist, den elektrischen Motor des Zusatz- oder Notfallantriebsaggregats mit elektrischer Energie zu versorgen. Batterietypen mit hoher Leistungsdichte sind hier bevorzugt. Speziellen Ausführungsformen zufolge dient das erste Batteriemodul dazu, den elektrischen Motor in einem Notfall, z.B. bei Triebwerksausfall oder Leistungsabfall, mit Energie zu versorgen. Die Speicherkapazität des ersten Batteriemoduls reicht zu diesem Zweck mindestens dazu aus, eine den Umständen nach angemessene Flugreichweite zu erzielen, um einen geeigneten Landeplatz zu erreichen und ggf. in Zusammenspiel mit Autorotation eine einmalige sichere Landung zu ermöglichen. According to a further development, a first battery module is provided which is designed to supply the electric motor of the additional or emergency drive unit with electrical energy. Battery types with a high power density are preferred here. According to special embodiments, the first battery module serves to supply the electric motor with energy in an emergency, e.g. in the event of engine failure or loss of power. For this purpose, the storage capacity of the first battery module is at least sufficient to achieve a flight range appropriate to the circumstances in order to reach a suitable landing site and, if necessary, in conjunction with autorotation, to enable a one-time safe landing.

Eine Ausführungsform, welche die oben genannten Typen von Kupplungen einschließt, sieht entsprechend vor, dass die schaltbare Kupplungseinheit elektromechanisch und/oder elektromagnetisch schaltbar ist, um das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat beziehungsweise den elektrischen Motor wahlweise mit dem Hauptgetriebe zu verbinden oder es von diesem zu trennen. An embodiment which includes the above-mentioned types of clutches accordingly provides that the switchable clutch unit is electromechanically and/or electromagnetically switchable in order to selectively connect the additional or emergency drive unit or the electric motor to the main transmission or to disconnect it from it.

Einer Weiterbildung zufolge ist die schaltbare Kupplungseinheit eingerichtet, eine Antriebswelle des elektrischen Motors mit einem Hilfsantriebsstrang zu kuppeln und zu entkuppeln. Dieser Hilfsantriebsstrang ist dabei mit einem Eingang des Hauptgetriebes verbunden. Die von dem Hauptantriebsaggregat erzeugte Leistung kann dem Hauptgetriebe über einen Hauptantriebsstrang zugeführt werden. Eine Besonderheit hierbei ist, dass der Hauptantriebsstrang mit dem gleichen Eingang des Hauptgetriebes verbunden ist wie der Hilfsantriebsstrang. Dieser Aspekt besitzt einen besonderen Vorteil deshalb, weil der gesamte Aufbau besonders einfach und platzsparend wird. Das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat mit der Kupplung kann dadurch in einfacher Weise dem Hauptantriebsaggregat gegenüberliegend angeordnet werden. Der Eingang des Hauptgetriebes kann z.B. durch ein Sonnenrad ausgebildet sein, das mit einem Planetengetriebe des Hauptgetriebes in Wirkbeziehung steht. Es hat sich herausgestellt, dass an der beschriebenen Position in der Praxis in Helikoptern beispielsweise ungenutzter Bauraum oberhalb der Passagierkabine (oberer Bereich des Kabinenrumpfs) bereitgestellt ist, der nun sinnvoll genutzt ist. In diesem Bereich vorhandene Spanten besitzen oftmals bereits die notwendige Tragkraft für die Aufnahmen des elektrischen Motors. According to a further development, the switchable clutch unit is designed to couple and uncouple a drive shaft of the electric motor with an auxiliary drive train. This auxiliary drive train is connected to an input of the main transmission. The power generated by the main drive unit can be fed to the main transmission via a main drive train. A A special feature here is that the main drive train is connected to the same input of the main gearbox as the auxiliary drive train. This aspect is particularly advantageous because the entire structure is particularly simple and space-saving. The additional or emergency drive unit with the clutch can therefore be easily arranged opposite the main drive unit. The input of the main gearbox can, for example, be formed by a sun gear that is in operative relationship with a planetary gear of the main gearbox. It has been found that in practice in helicopters, for example, unused installation space is provided at the position described above above the passenger cabin (upper area of the cabin fuselage), which is now put to good use. The frames present in this area often already have the necessary load-bearing capacity to accommodate the electric motor.

Ein weiterer Aspekt betrifft eine oben bereits erwähnte Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit. Diese ist eingerichtet, abhängig von einem Aktivierungskriterium den elektrischen Motor zu betätigen und die schaltbare Kupplungseinheit zu schalten, um den elektrischen Motor mit dem Hauptgetriebe zu verbinden oder es von diesem zu trennen. A further aspect relates to an additional or emergency drive control unit as already mentioned above. This is designed to operate the electric motor and switch the switchable clutch unit depending on an activation criterion in order to connect the electric motor to the main transmission or to disconnect it from it.

Einer ersten Ausführungsform dieses Aspekts zufolge ist die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit mit einer Antriebssensorik verbunden, um einen eingetretenen oder unmittelbar bevorstehenden Ausfall des Hauptantriebsaggregats zu erfassen. Dabei ist sie eingerichtet, den elektrischen Motor abhängig von dem Erfassungsergebnis als Aktivierungskriterium zu starten und die Kupplungseinheit zu schalten, um den elektrischen Motor mit dem Hauptgetriebe zu verbinden, so dass der Hauptrotor in einem Notfallbetrieb mit der Leistung durch den elektrischen Motor angetrieben wird. According to a first embodiment of this aspect, the additional or emergency drive control unit is connected to a drive sensor system in order to detect an existing or imminent failure of the main drive unit. It is designed to start the electric motor depending on the detection result as an activation criterion and to switch the clutch unit in order to connect the electric motor to the main transmission, so that the main rotor is driven in an emergency operation with the power from the electric motor.

Die Antriebssensorik kann zu diesem Zweck einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung wenigstens eines der folgenden Werte umfassen: For this purpose, the drive sensor system can comprise one or more sensors for detecting at least one of the following values:

(a) Drehzahl des Rotors, (a) speed of the rotor,

(b) Drehzahl eines Gasgenerators des Hauptantriebsaggregats, (b) speed of a gas generator of the main propulsion unit,

(c) Drehzahl einer Leistungsturbine des Hauptantriebsaggregats, etc.. Aus diesen Komponenten kann die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit wie eingangs beschrieben aber nicht nur die Notfallsituation wie etwa den Leistungsabfall des Hauptantriebs als solche erfassen, nämlich, sondern auch die laufenden Drehmomentverhältnisse beim folgenden Schalten bzw. Steuern der schaltbaren Kupplungseinheit berechnen bzw. verfolgen. Der Kupplungsvorgang kann somit dynamisch abhängig von einem aktuellen erfassten und berechneten Drehmoment im Vergleich mit einem vorgegebenen kritischen Drehmoment angepasst werden. (c) Speed of a power turbine of the main propulsion unit, etc. From these components, the additional or emergency drive control unit can, as described at the beginning, not only detect the emergency situation as such, such as the loss of power of the main drive, but also calculate or track the current torque ratios during the subsequent switching or control of the switchable clutch unit. The clutch process can thus be dynamically adjusted depending on a currently detected and calculated torque in comparison with a predetermined critical torque.

Diese Steuerung ist aber nicht nur im Fall eines Notfallbetriebs möglich, sondern auch in einem Generatorbetrieb. Es kann beispielsweise ein zweites Batteriemodul bereitgestellt sein, das eingerichtet ist, den elektrischen Motor des Zusatz- oder Notfallantriebsaggregats mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei die Zusatzoder Notfallantriebssteuereinheit mit einer Batteriesensorik verbunden ist, um einen niedrigen Batterieladezustand in dem ersten und/oder dem zweiten Batteriemodul zu erfassen. Ferner ist sie eingerichtet, abhängig von dem Erfassungsergebnis als Aktivierungskriterium die Kupplungseinheit zu schalten, um den elektrischen Motor mit dem Hauptgetriebe zu verbinden und diesen in einem Generatorbetrieb als Generator zu betreiben, um das zweite Batteriemodul mit einem in elektrische Leistung umgewandelten Teil der Leistung des Hauptantriebsaggregats aufzuladen. However, this control is not only possible in the case of emergency operation, but also in generator operation. For example, a second battery module can be provided which is designed to supply the electric motor of the additional or emergency drive unit with electrical energy, wherein the additional or emergency drive control unit is connected to a battery sensor system in order to detect a low battery charge state in the first and/or the second battery module. Furthermore, it is designed to switch the clutch unit depending on the detection result as an activation criterion in order to connect the electric motor to the main transmission and to operate it as a generator in generator operation in order to charge the second battery module with a part of the power of the main drive unit converted into electrical power.

Im Unterschied zum ersten Batteriemodul, das während einem Flugbetrieb nicht aufladbar ist, kann das zweite Batteriemodul während dem Flugbetrieb aufladbar sein. Somit ist das erste Batteriemodul in gesicherter Umgebung nur für Notfallbetrieb eingerichtet und genügt dementsprechend den erhöhten Sicherheitsanforderungen. Das zweite Batteriemodul kann dagegen insbesondere zur Unterstützung des laufenden Flugbetriebs eingesetzt werden (nachfolgend als Zusatzbetrieb bezeichnet), es muss aber nicht den sehr hohen Sicherheitsanforderungen genügen und bedarf entsprechend weniger Wartungsaufwand, da es nicht in dem Sinne kritisch für den Flugbetrieb ist. In contrast to the first battery module, which cannot be charged during flight operations, the second battery module can be charged during flight operations. The first battery module is therefore only set up for emergency operations in a secure environment and therefore meets the increased safety requirements. The second battery module, on the other hand, can be used in particular to support ongoing flight operations (hereinafter referred to as additional operation), but it does not have to meet the very high safety requirements and therefore requires less maintenance, as it is not critical for flight operations in that sense.

Entsprechend sieht eine weitere Ausführungsform vor, die Zusatz- oderAccordingly, another embodiment provides for the additional or

Notfallantriebssteuereinheit mit einer Pilotensteuereinheit zu verbinden, wobei die Pilotensteuereinheit eine Eingabevorrichtung aufweist und eingerichtet ist, ein Eingabesignal abhängig von einer Eingabe eines Piloten in die Eingabevorrichtung zu erzeugen und an die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit zu übermitteln. Die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit ist ferner eingerichtet, den elektrischen Motor abhängig von dem übermittelten Eingabesignal als Aktivierungskriterium zu starten und die Kupplungseinheit zu schalten, um den elektrischen Motor mit dem Hauptgetriebe zu verbinden, so dass der Hauptrotor in einem Zusatzbetrieb zusätzlich zu der Leistung durch das Hauptantriebsaggregat durch Leistung von dem elektrischen Motor unterstützt angetrieben wird. Emergency propulsion control unit to be connected to a pilot control unit, whereby the Pilot control unit has an input device and is configured to generate an input signal depending on an input from a pilot into the input device and to transmit it to the auxiliary or emergency drive control unit. The auxiliary or emergency drive control unit is further configured to start the electric motor depending on the transmitted input signal as an activation criterion and to switch the clutch unit in order to connect the electric motor to the main transmission, so that the main rotor is driven in an auxiliary mode in addition to the power from the main drive unit with the support of power from the electric motor.

Die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit kann dabei wie beschrieben eingerichtet sein, den Zusatzbetrieb mittels des elektrischen Motors auf Grundlage einer Energieversorgung ausschließlich aus dem zweiten Batteriemodul durchzuführen. Die im ersten Batteriemodul gespeicherte Energie ist ausschließlich für den Notfall reserviert, d.h., das erste Batteriemodul braucht außer mit dem elektrischen Motor und der Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit sowie entsprechender Batteriesensorik mit keinem elektrischen Verbraucher verbunden sein. Eine Aufladung oder ein Austausch der Batterie erfolgt hier nur bei einer Wartung am Boden. The additional or emergency drive control unit can be set up as described to carry out the additional operation using the electric motor based on an energy supply exclusively from the second battery module. The energy stored in the first battery module is reserved exclusively for emergencies, i.e. the first battery module does not need to be connected to any electrical consumer other than the electric motor and the additional or emergency drive control unit and corresponding battery sensors. The battery is only charged or replaced during maintenance on the ground.

Einem weiteren, oben bereits angedeuteten, nicht einschränkenden, speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung zufolge können das Hauptantriebsaggregat, das Hauptgetriebe und das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat im Wesentlichen entlang einer Längsachse des Drehflüglers angeordnet sein, wobei das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat und das Hauptantriebsaggregat in Bezug auf das Hauptgetriebe auf einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Das Zusatzoder Notfallantriebsaggregat ist in der bestimmungsgemäßen Flugrichtung des Drehflüglers vorzugsweise vor dem Hauptgetriebe angeordnet. Es ergeben sich die beschriebenen Vorteile. Eine Anbringung des Motors und der Kupplung seitlich am Hauptgetriebe ist aber auch grundsätzlich nicht ausgeschlossen. According to a further, non-limiting, specific embodiment of the invention already indicated above, the main drive unit, the main gearbox and the additional or emergency drive unit can be arranged essentially along a longitudinal axis of the rotorcraft, with the additional or emergency drive unit and the main drive unit being arranged on opposite sides with respect to the main gearbox. The additional or emergency drive unit is preferably arranged in front of the main gearbox in the intended flight direction of the rotorcraft. This results in the described advantages. However, mounting the motor and the clutch on the side of the main gearbox is also not fundamentally excluded.

Die Erfindung betrifft auch einen Drehflügler, insbesondere einen Helikopter, der ein Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, Ausführungsformen oder -beispiele, oder Weiterbildungen umfasst. Das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat kann hierbei mit Vorteil in einem Bauraum oberhalb eines in einer Kabine vorgesehenen Nutzlast- bzw. Personenaufnahmeraums angeordnet sein, insbesondere oberhalb eines Fluggast-Raums. The invention also relates to a rotary-wing aircraft, in particular a helicopter, which has a drive system according to one of the preceding aspects, embodiments or -examples, or further developments. The additional or emergency drive unit can advantageously be arranged in a space above a payload or passenger accommodation space provided in a cabin, in particular above a passenger compartment.

Ferner betrifft die Erfindung auch eine Verwendung des Antriebssystems in einem Drehflügler, inbesondere einem Helikopter. Furthermore, the invention also relates to a use of the drive system in a rotary-wing aircraft, in particular a helicopter.

Merkmale, Zweckmässigkeiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend auch anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Features, expediencies and advantages of the invention are described below using embodiments with reference to the drawings.

Kurze

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Es zeigen: They show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Drehflüglers bzw. Helikopters mit einem Antriebssystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; Fig. 1 is a schematic representation of a rotorcraft or helicopter with a propulsion system according to an exemplary embodiment of the invention;

Fig. 2 eine Systemzeichnung des Antriebssystems gemäß Fig. 1 ; Fig. 2 is a system drawing of the drive system according to Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines den Zusatz- oder Notfallantrieb bewerkstelligenden Regelnetzwerks mit der in Fig. 2 gezeigten Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit als zentrale Steuerung; Fig. 3 is a schematic representation of a control network for providing the auxiliary or emergency drive with the auxiliary or emergency drive control unit shown in Fig. 2 as the central control;

Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Steuerung im Notfallbetrieb (Emergency Mode); Fig. 4 shows a schematic representation of a control system in emergency mode;

Fig. 5 wie Fig. 4, aber für den Zusatzbetrieb (Power Boost Mode); Fig. 5 like Fig. 4, but for additional operation (Power Boost Mode);

Fig. 6 wie Fig. 4 oder 5, aber für den Generatorbetrieb (Power Generator Mode): Fig. 7 eine Seitenansicht des Antriebssystems (ohne Hauptantriebsaggregat); Fig. 6 like Fig. 4 or 5, but for generator operation (Power Generator Mode): Fig. 7 is a side view of the drive system (without main drive unit);

Fig. 8 einen Querschnitt durch das Antriebssystem (ohne Hauptantriebsaggregat). Fig. 8 shows a cross-section through the drive system (without main drive unit).

Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen: Detailed description of preferred embodiments:

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ist zu berücksichtigen, dass die vorliegende Offenbarung der verschiedenen Aspekte nicht auf die Details des Aufbaus und der Anordnung der Komponenten beschränkt ist, wie sie in der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren dargestellt sind. Alle Ausführungsbeispiele, auch die nicht in den Figuren gezeigten, können auf verschiedenen Wegen in die Praxis umgesetzt oder ausgeführt werden. Es ist des Weiteren zu berücksichtigen, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie lediglich zum Zweck der konkreten Beschreibung verwendet wird und diese sollte nicht durch den Fachmann als solche in einschränkender Weise ausgelegt werden. Ferner bezeichnen in nachfolgender Beschreibung gleiche Bezugszeichen in den Figuren gleiche oder ähnliche Merkmale oder Gegenstände, so dass in einigen Fällen auf eine wiederholte detaillierte Beschreibung derselben verzichtet wird, um die Kompaktheit und Übersichtlichkeit der Darstellung zu bewahren. In the following description of preferred embodiments, it should be noted that the present disclosure of the various aspects is not limited to the details of the construction and arrangement of the components as shown in the following description and in the figures. All embodiments, even those not shown in the figures, can be implemented or carried out in various ways. It should also be noted that the expression and terminology used herein is used only for the purpose of concrete description and should not be interpreted as such in a limiting manner by those skilled in the art. Furthermore, in the following description, like reference numerals in the figures designate like or similar features or objects, so that in some cases a repeated detailed description of them is omitted in order to maintain the compactness and clarity of the illustration.

Fig. 1 zeigt einen Drehflügler 10, hier einen Hubschrauber bzw. Helikopter, mit einem Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Drehflügler 10 weist einen zum Beispiel mit zwei Rotorblättern ausgestatteten Hauptrotor 1 sowie einen Heckrotor 99 auf. Der Hauptrotor 1 sowie der Heckrotor 99 werden durch ein Hauptantriebsaggregat 7 angetrieben. Bei dem Hauptantriebsaggregat 7 handelt es sich beispielsweise um eine Wellenleistungsturbine mit Gasgenerator und Leistungsturbine. Um eine hohe Drehzahl der Leistungsturbine von beispielsweise 6800 Umdrehungen/min in ein hohes Drehmoment umzusetzen, ist ein reduzierendes Hauptgetriebe 6 eingerichtet. Der Hauptrotor 1 wird schließlich mit hohem Drehmoment bei nur noch reduzierter Drehzahl, beispielsweise 350 Umdrehungen/min betrieben. Über einen Antriebsstrang 8, welcher das Hauptgetriebe 6 mit einem Heckrotorgetriebe 9 verbindet, wird der Heckrotor 99 in koordinierter Weise mitgedreht. Fig. 1 shows a rotary wing aircraft 10, here a helicopter, with a drive system according to an embodiment of the present invention. The rotary wing aircraft 10 has a main rotor 1, which is equipped with two rotor blades, for example, and a tail rotor 99. The main rotor 1 and the tail rotor 99 are driven by a main drive unit 7. The main drive unit 7 is, for example, a shaft power turbine with a gas generator and power turbine. In order to convert a high speed of the power turbine of, for example, 6800 revolutions/min into a high torque, a reducing main gear 6 is installed. The main rotor 1 is ultimately operated with high torque at only a reduced speed, for example 350 revolutions/min. Via a drive train 8, which connects the main gear 6 with a tail rotor gear 9, the tail rotor 99 is rotated in a coordinated manner.

Das Antriebssystem des in Figur 1 gezeigten Helikopters weist ferner ein Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat 2 auf, bei dem es sich insbesondere um einen elektrischen Motor 21 , beispielsweise einen Synchronmotor handelt. Das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat 2 ist jeweils mit einem ersten Batteriemodul 4 und einem zweiten Batteriemodul 5 verbunden, sodass diese wahlweise elektrische Energie für den Betrieb des Zusatz- oder Notfallantriebsaggregats 2 bereitstellen können. Das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat 2 kann über eine schaltbare Kupplungseinheit 3 mit dem Hauptgetriebe 6 verbunden oder von diesem getrennt werden, um verschiedene Betriebsmodi des Helikopters zu verwirklichen, die nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 4-6 beschrieben werden. The drive system of the helicopter shown in Figure 1 further comprises an additional or emergency drive unit 2, which is in particular an electric motor 21, for example a synchronous motor. The additional or emergency drive unit 2 is connected to a first battery module 4 and a second battery module 5, so that they can optionally provide electrical energy for operating the additional or emergency drive unit 2. The additional or emergency drive unit 2 can be connected to or disconnected from the main transmission 6 via a switchable clutch unit 3 in order to implement various operating modes of the helicopter, which are described below with reference to Figures 4-6.

In schematischer Darstellung ist in Figur 2 ein Überblick über das Antriebssystem aus Figur 1 in größerem Detail gezeigt. Die Kraftübertragung vom Hauptantriebsaggregat 7 erfolgt hier über eine Freilaufkupplung 72, die das Hauptantriebsaggregat 7 vom Antriebsstrang 8 trennt, wenn die entsprechende, durch das Zwischengetriebe 71 reduzierte Drehzahl diejenige des Antriebsstrangs 8 unterschreitet. Im Normalbetrieb wird das Antriebsmoment auf das Hauptgetriebe 6 übertragen, in welchem das hohe Drehmoment für den Hauptrotor 1 erzeugt wird. Figure 2 shows a schematic overview of the drive system from Figure 1 in greater detail. The power transmission from the main drive unit 7 takes place here via a freewheel clutch 72, which separates the main drive unit 7 from the drive train 8 when the corresponding speed reduced by the intermediate gear 71 falls below that of the drive train 8. In normal operation, the drive torque is transmitted to the main gear 6, in which the high torque for the main rotor 1 is generated.

Auf der anderen Seite ist in Figur 2 zu sehen, dass die Bereitstellung von elektrischer Energie aus den Batteriemodulen 4 und 5, der Betrieb des Zusatz- oder Notfallantriebsaggregats 2 (d.h., des elektrischen Motors) und der schaltbaren Kupplungseinheit 3 durch eine Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit 35 gesteuert bzw. geregelt wird. On the other hand, it can be seen in Figure 2 that the provision of electrical energy from the battery modules 4 and 5, the operation of the auxiliary or emergency drive unit 2 (i.e., the electric motor) and the switchable clutch unit 3 are controlled or regulated by an auxiliary or emergency drive control unit 35.

Ein der Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit 35 zugeordnetes Netzwerk ist in Figur 3 in größerem Detail gezeigt. Die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit 35 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer umfangreichen Sensorik verbunden, die eine Auswertung des aktuellen Zustands des Antriebssystems erlaubt. Durch strichlinierte Pfeile ist ein Input von Sensoren 11 , 74 und 75 des im Normalbetrieb aktiv laufenden Antriebssystems dargestellt. Insbesondere handelt es sich hierbei um einen Drehzahlsensor 11 für den Hauptrotor, einen Drehzahlsensor 74 für die Leistungsturbine und einen Drehzahlsensor 75 für den Gasgenerator. Die Ausgestaltung dieser Sensoren kann beliebig sein. Solche Sensoren sind im Regelfall auch bei konventionellen Helikoptern vorhanden, sodass von diesem ausgehend der Eingriff in das bestehende System zur Implementierung der Erfindung gering ist. Anhand der von den Sensoren 11 , 74 und 75 gelieferten, erfassten Drehzahlen kann die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit 35 anhand eines Vergleichs mit vorgegebenen kritischen Werten das Vorliegen eines kritischen Zustands bewerten (Aktivierungskriterium). A network associated with the additional or emergency drive control unit 35 is shown in greater detail in Figure 3. The additional or emergency drive control unit 35 is connected in this embodiment to an extensive sensor system that allows an evaluation of the current state of the drive system. The dashed arrows indicate an input from sensors 11, 74 and 75 of the active drive system running during normal operation. drive system. In particular, this involves a speed sensor 11 for the main rotor, a speed sensor 74 for the power turbine and a speed sensor 75 for the gas generator. The design of these sensors can be as desired. Such sensors are usually also present in conventional helicopters, so that the intervention in the existing system for implementing the invention is minimal. Based on the speeds recorded by the sensors 11, 74 and 75, the additional or emergency drive control unit 35 can evaluate the presence of a critical state by comparing them with predetermined critical values (activation criterion).

Darüber hinaus kann die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit 35 anhand der übermittelten Drehzahlen auch eine Berechnung des in den einzelnen Komponenten wirkenden Drehmoments durchführen und ebenfalls mit vorgegebenen kritischen Grenzdrehmomenten vergleichen. In addition, the additional or emergency drive control unit 35 can also calculate the torque acting in the individual components based on the transmitted speeds and also compare them with predetermined critical limit torques.

Ferner ist die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit 35 mit einem Sensor/Aktuator 22 für den elektrischen Motor 21 verbunden, welcher beispielsweise dessen Drehzahl und/oder Phasenlage erfasst und an die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit 35 übermittelt beziehungsweise die Motorleistung steuert, und mit einem Sensor/Aktuator 31 für die Kupplungseinheit 3 verbunden, welcher Daten zu deren Schaltzustand und Position liefert (fett gedruckte Pfeile in Fig. 3) und die Kupplungseinheit 3 schaltet. Die übermittelten Daten erlauben es der Zusatz-oder Notfallantriebssteuereinheit 35 das aktuell von dem elektrischen Motor 21 auf das Hauptgetriebe 6 übertragene Drehmoment zu bestimmen. Die Steuerung über die Aktuatoren erlaubt die präzise Steuerung des Motorstart- und Kupplungsvorgangs. Auf diese Weise kann eine angemessene Regelung des Übergangs vom Hauptbetrieb (ausschließlich das Hauptantriebsaggregat liefert Leistung) in den Notfall-, Zusatz- oder Generatorbetrieb durchgeführt werden. Furthermore, the auxiliary or emergency drive control unit 35 is connected to a sensor/actuator 22 for the electric motor 21, which, for example, detects its speed and/or phase position and transmits it to the auxiliary or emergency drive control unit 35 or controls the engine power, and to a sensor/actuator 31 for the clutch unit 3, which supplies data on its switching state and position (bold arrows in Fig. 3) and switches the clutch unit 3. The transmitted data allow the auxiliary or emergency drive control unit 35 to determine the torque currently transmitted from the electric motor 21 to the main transmission 6. Control via the actuators allows precise control of the engine start and clutch process. In this way, appropriate control of the transition from main operation (only the main drive unit supplies power) to emergency, auxiliary or generator operation can be carried out.

Die Durchführung des Notfallbetriebs 200 ist in Figur 4 schematisch dargestellt. ImThe implementation of the emergency operation 200 is shown schematically in Figure 4. In

Schritt 202 wird wie oben beschrieben durch die Zusatz- oderStep 202 is performed as described above by the additional or

Notfallantriebssteuereinheit 35 bestimmt, ob ein Leistungsabfall eingetreten ist ("Y") und damit ein Notfallbetrieb einzuleiten ist (Auswertung der Daten der Sensoren 11 , 74, oder 75). In Schritt 204 startet die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit 35 zunächst den elektrischen Motor 21 und anschließend aktiviert sie in Schritt 206 die Kupplungseinheit 3, um eine Verbindung zwischen dem elektrischen Motor 21 und dem Hauptgetriebe 6 herzustellen (Betätigung der Aktuatoren 22 und 31 ). In Schritt 208 wird der Status hinsichtlich der einwirkenden Drehmomente überprüft (Auswertung der Daten der Sensoren 11 , 22, 31 , 74 und/oder 75). Im Schritt 210 werden die dabei berechneten Drehmomente mit Grenzdrehmomenten verglichen und im Schritt 212 erfolgt eine Rückmeldung (Feedback) zur Anpassung des Betriebs des elektrischen Motors 21 und der Kupplungseinheit 3 in einer Regelschleife. Emergency drive control unit 35 determines whether a power loss has occurred ("Y") and thus emergency operation is to be initiated (evaluation of the data from sensors 11, 74, or 75). In step 204, the additional or emergency drive control unit 35 first starts the electric motor 21 and then, in step 206, activates the clutch unit 3 in order to establish a connection between the electric motor 21 and the main transmission 6 (actuation of the actuators 22 and 31). In step 208, the status with regard to the acting torques is checked (evaluation of the data from sensors 11, 22, 31, 74 and/or 75). In step 210, the torques calculated in this process are compared with limit torques and in step 212, feedback is provided to adapt the operation of the electric motor 21 and the clutch unit 3 in a control loop.

Nach erfolgter sicherer Landung kann die Verbindung zwischen dem elektrischen Motor 21 und dem Hauptgetriebe 6 wieder getrennt werden (Kupplung öffnen), um den Hauptrotor 1 ausdrehen zu lassen. After a safe landing, the connection between the electric motor 21 and the main gear 6 can be separated again (open clutch) to allow the main rotor 1 to rotate.

Der oben erwähnte Zusatzbetrieb 300 ist in Figur 5 dargestellt. Der grundsätzliche Verfahrensablauf ist sehr ähnlich wie beim Notfallbetrieb, d. h. dass der Kupplungsvorgang in einer Regelschleife kontrolliert wird, um das Drehmoment zu überwachen. Im Schritt 302 erfolgt hierbei über eine Eingabevorrichtung einer in Figur 3 gezeigten Pilotensteuerung 101 eine Aktivierung des Zusatzbetriebs 300. Genauer gesagt wird wiederkehrend überprüft, ob das entsprechende Signal vorliegt ("Y"). Bevor der Zusatzbetrieb tatsächlich durchgeführt wird, findet im Schritt 303 eine Überprüfung statt, ob im zweiten Batteriemodul 5 überhaupt noch genügend gespeicherte Energie vorliegt (siehe den mit der Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit 35 verbundenen Batteriesensor 51 in Fig. 3), um den Zusatzbetrieb durchzuführen. Ist dies der Fall ("Y"), so wird in den Schritten 304-312 eine Regelung des elektrischen Motors 21 und der Kupplungseinheit 3 in einer zu Figur 4 analogen Weise durchgeführt, um einer Schädigung durch ein übermäßiges Drehmoment vorzubeugen. The additional operation 300 mentioned above is shown in Figure 5. The basic procedure is very similar to that of emergency operation, i.e. the clutch process is controlled in a control loop in order to monitor the torque. In step 302, the additional operation 300 is activated via an input device of a pilot control 101 shown in Figure 3. More precisely, it is checked repeatedly whether the corresponding signal is present ("Y"). Before the additional operation is actually carried out, a check is carried out in step 303 to determine whether there is still enough energy stored in the second battery module 5 (see the battery sensor 51 connected to the additional or emergency drive control unit 35 in Figure 3) to carry out the additional operation. If this is the case ("Y"), the electric motor 21 and the clutch unit 3 are controlled in steps 304-312 in a manner analogous to Figure 4 in order to prevent damage from excessive torque.

Der ebenfalls oben erwähnte Generatorbetrieb 400 ist in der Figur 6 dargestellt. Das den Generatorbetrieb 400 einleitende Ereignis ist hierbei ein Unterschreiten eines vorgegebenen Werts für den Ladezustand des zweiten Batteriemoduls fünf, wobei die aktuell erfassten Werte durch die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit 35 regelmäßig von dem Batteriesensor 51 (siehe Figur 3) ausgelesen und mit dem vorgegebenen Grenzwert verglichen werden (Schritt 401 ). Im Schritt 402 wird geprüft, ob ein Leistungsabfall bzw. Ausfall des Hauptantriebs Aggregats vorliegt. Denn in diesem Fall muss gewährleistet sein, dass der elektrische Motor 21 des Zusatz- oder Notfallantriebs Aggregats schnell für die Übertragung von Antriebsmomenten zur Verfügung steht. Liegt ein solcher Fall nicht vor, so wird im Schritt 406 zunächst die Kupplungseinheit 3 betätigt und anschließend der elektrische Motor 21 bzw. das Zusatz-oder Notfallantriebsaggregat 2 in einen Generatorbetrieb umgeschaltet, um das zweite Batteriemodul 5 aufzuladen. Die Überprüfung des Kopplungsvorgangs hinsichtlich übermäßiger Drehmomente erfolgt in der zu Figur 4 oder 5 analogen Regelschleife. The generator operation 400 also mentioned above is shown in Figure 6. The event initiating the generator operation 400 is a falling below a predetermined value for the state of charge of the second battery module five, whereby the currently recorded values are regularly read out by the additional or emergency drive control unit 35 from the battery sensor 51 (see Figure 3) and compared with the specified limit value (step 401). In step 402, a check is made as to whether there is a drop in performance or failure of the main drive unit. In this case, it must be ensured that the electric motor 21 of the additional or emergency drive unit is quickly available to transmit drive torque. If this is not the case, in step 406, the clutch unit 3 is first actuated and then the electric motor 21 or the additional or emergency drive unit 2 is switched to generator operation in order to charge the second battery module 5. The coupling process is checked for excessive torque in the control loop analogous to Figure 4 or 5.

Es ist anzumerken dass die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit 35 auch den Batterieladezustand des ersten Batteriemoduls 4 durch den entsprechenden Batteriesensor 41 überprüfen kann, wie in Figur 3 gezeigt ist. It should be noted that the auxiliary or emergency drive control unit 35 can also check the battery charge state of the first battery module 4 through the corresponding battery sensor 41, as shown in Figure 3.

In der Figur 7 ist eine Seitenansicht des Hauptgetriebes 6 mit Rotormast 66 und dem mit dem Hauptgetriebe 6 verbundenen Zusatz-oder Notfallantriebsaggregat 2 gezeigt. Die Figur 8 zeigt den entsprechenden Querschnitt. Der elektrische Motor 21 besitzt eine Motorwelle 32, die über die schaltbare Kupplungseinheit 3 mit einem Hilfsantriebstrang 33 des Hauptgetriebes 6 verwendbar ist. Im Querschnitt der Figur 8 ist zu erkennen, dass der Hilfsantriebsstrang 33 und der Hauptantriebstrang 8 am gleichen Eingang im Hauptgetriebe 6 eingreifen, welcher durch das Sonnenrad 63 gebildet wird. Der Hilfsantriebstrang 33 besitzt zu diesem Zweck eine Verzahnung 34 und der Hauptantriebsstrang 8 besitzt zu diesem Zweck eine Verzahnung 81 . Das Sonnenrad 63 interagiert wiederum mit einer ersten Stufe 64 eines im Hauptgetriebe sechs vorgesehenen Planetengetriebes. Eine zweite Stufe 65 des Planetengetriebes führt schließlich zu einer weiteren Reduktion der Übersetzung und einer Erhöhung des Drehmoments, das schließlich über weiter im Detail nicht gezeigte, aber dem Fachmann bekannte Elemente auf den Rotormast 66 übertragen wird. Ein beispielhafter, die vorliegende Erfindung nicht einschränkender Aufbau eines implementierbaren Hauptgetriebes 6 ist beispielsweise in EP 3 323 718 A1 offenbart. Andere Konzepte von Hauptgetrieben sind ebenso möglich. Figure 7 shows a side view of the main transmission 6 with rotor mast 66 and the additional or emergency drive unit 2 connected to the main transmission 6. Figure 8 shows the corresponding cross-section. The electric motor 21 has a motor shaft 32 which can be used with an auxiliary drive train 33 of the main transmission 6 via the switchable clutch unit 3. The cross-section of Figure 8 shows that the auxiliary drive train 33 and the main drive train 8 engage at the same input in the main transmission 6, which is formed by the sun gear 63. The auxiliary drive train 33 has a toothing 34 for this purpose and the main drive train 8 has a toothing 81 for this purpose. The sun gear 63 in turn interacts with a first stage 64 of a planetary gear provided in the main transmission 6. A second stage 65 of the planetary gear finally leads to a further reduction in the gear ratio and an increase in the torque, which is finally transmitted to the rotor mast 66 via elements not shown in further detail but known to those skilled in the art. An exemplary structure of a implementable main transmission 6 is disclosed, for example, in EP 3 323 718 A1. Other concepts of main transmissions are also possible.

Die oben angeführten Ausführungsbeispiele betreffen einen Helikopter. Die Prinzipien der Erfindung sind aber ebenso und analog in anderen Drehflüglern wie etwa Tragschraubern oder Quadrokoptern, etc. einsetzbar. The above-mentioned embodiments relate to a helicopter. However, the principles of the invention can also be used in an analogous manner in other rotary-wing aircraft such as gyrocopters or quadrocopters, etc.

Liste der

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List of
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1 Hauptrotor 1 main rotor

11 Drehzahlsensor für Hauptrotor 11 Main rotor speed sensor

2 Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat 2 additional or emergency drive unit

21 elektrischer Motor 21 electric motor

22 Sensor/Aktuator für elektrischen Motor (Drehzahl und/oder Phasenlage)22 Sensor/actuator for electric motor (speed and/or phase position)

3 schaltbare Kupplungseinheit 3 switchable clutch unit

31 Sensor/Aktuator für Kupplungseinheit (Schaltzustand und Position) 31 Sensor/actuator for clutch unit (switching state and position)

32 Motorwelle (elektrischer Motor) 32 Motor shaft (electric motor)

33 Hilfsantriebsstrang 33 auxiliary drive train

34 Verzahnung, Kegelrad 34 gearing, bevel gear

35 Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit 35 Auxiliary or emergency drive control unit

4 erstes Batteriemodul, nicht im Flugbetrieb aufladbar 4 first battery module, not rechargeable during flight

41 Sensor für erstes Batteriemodul (Ladezustand, Temperatur, Spannung, etc.)41 Sensor for first battery module (charge level, temperature, voltage, etc.)

5 zweites Batteriemodul, im Flugbetrieb aufladbar 5 second battery module, rechargeable during flight

51 Sensor für zweites Batteriemodul (Ladezustand, Temperatur, Spannung, etc.)51 Sensor for second battery module (charge level, temperature, voltage, etc.)

6 Hauptgetriebe 6 main gears

63 Eingang, Sonnenrad 63 entrance, sun gear

64 Planetengetriebe, 1. Stufe 64 planetary gear, 1st stage

65 Planetengetriebe, 2. Stufe 65 planetary gear, 2nd stage

66 Rotormast 66 rotor mast

7 Hauptantriebsaggregat 7 main drive unit

71 Zwischengetriebe 71 intermediate gear

72 Freilaufkupplung 72 freewheel clutch

74 Drehzahlsensor für Leistungsturbine 74 Speed sensor for power turbine

75 Drehzahlsensor für Gasgenerator 75 Speed sensor for gas generator

8 Hauptantriebsstrang 8 main drive train

81 Verzahnung, Kegelrad 81 gearing, bevel gear

9 Heckrotorgetriebe 9 tail rotor gearboxes

99 Heckrotor 99 tail rotor

10 Drehflügler, Helikopter 10 rotary-wing aircraft, helicopters

101 Pilotensteuerung, mit Eingabevorrichtung Notfallbetrieb (Start) Zusatzbetrieb (Start) Generatorbetrieb (Start) 101 Pilot control, with input device Emergency operation (start) Additional operation (start) Generator operation (start)

Claims

Ansprüche: Claims: 1 . Antriebssystem für einen Drehflügler (10), umfassend: ein Hauptantriebsaggregat (7), das konfiguriert ist, eine Leistung zu erzeugen, mit welcher ein mehrere Rotorblätter aufweisender Hauptrotor (1 ) des Drehflüglers (10) angetrieben werden kann, ein Hauptgetriebe (6), welches eingerichtet ist, die vom Hauptantriebsaggregat (7) erzeugte Leistung in ein auf den Hauptrotor (1 ) einwirkendes Drehmoment zu übersetzen, ein Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat (2), das ebenfalls konfiguriert ist, eine Leistung zum Antreiben des Hauptrotors (1 ) zu erzeugen, wobei das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat (2) mit dem Hauptgetriebe (6) über eine schaltbare Kupplungseinheit (3) verbindbar eingerichtet ist. 1. Drive system for a rotorcraft (10), comprising: a main drive unit (7) which is configured to generate a power with which a main rotor (1) of the rotorcraft (10) having a plurality of rotor blades can be driven, a main transmission (6) which is configured to translate the power generated by the main drive unit (7) into a torque acting on the main rotor (1), an additional or emergency drive unit (2) which is also configured to generate a power for driving the main rotor (1), wherein the additional or emergency drive unit (2) is configured to be connectable to the main transmission (6) via a switchable clutch unit (3). 2. Antriebssystem nach Anspruch 1 , wobei das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat (2) einen elektrischen Motor (21 ) umfasst, und wobei das Hauptantriebsaggregat (7) vorzugsweise eine thermodynamische Kraftmaschine umfasst. 2. Drive system according to claim 1, wherein the additional or emergency drive unit (2) comprises an electric motor (21), and wherein the main drive unit (7) preferably comprises a thermodynamic engine. 3. Antriebssystem nach Anspruch 2, ferner umfassend: ein erstes Batteriemodul (4), das eingerichtet ist, den elektrischen Motor (21 ) des Zusatz- oder Notfallantriebsaggregats (2) mit elektrischer Energie zu versorgen. 3. Drive system according to claim 2, further comprising: a first battery module (4) which is configured to supply the electric motor (21) of the auxiliary or emergency drive unit (2) with electrical energy. 4. Antriebssystem nach Anspruch 3, wobei die schaltbare Kupplungseinheit (3) elektromechanisch und/oder elektromagnetisch schaltbar ist, um das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat (2) beziehungsweise den elektrischen Motor (21 ) wahlweise mit dem Hauptgetriebe (6) zu verbinden oder es von diesem zu trennen. 4. Drive system according to claim 3, wherein the switchable clutch unit (3) is electromechanically and/or electromagnetically switchable in order to selectively connect the additional or emergency drive unit (2) or the electric motor (21) to the main transmission (6) or to disconnect it from it. 5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei die schaltbare Kupplungseinheit (3) eingerichtet ist, eine Antriebswelle (32) des elektrischen Motors (21 ) mit einem Hilfsantriebsstrang (33) zu kuppeln und zu entkuppeln, der Hilfsantriebsstrang (33) mit einem Eingang des Hauptgetriebes (6) verbunden ist, die von dem Hauptantriebsaggregat (7) erzeugte Leistung dem Hauptgetriebe (6) über einen Hauptantriebsstrang (8) zugeführt wird, und der Hauptantriebsstrang (8) mit dem gleichen Eingang (63) des Hauptgetriebes (6) verbunden ist wie der Hilfsantriebsstrang (33). 5. Drive system according to one of claims 3 to 4, wherein the switchable clutch unit (3) is configured to couple and uncouple a drive shaft (32) of the electric motor (21) to an auxiliary drive train (33), the auxiliary drive train (33) is connected to an input of the main transmission (6), the power generated by the main drive unit (7) is supplied to the main transmission (6) via a main drive train (8), and the main drive train (8) is connected to the same input (63) of the main transmission (6) as the auxiliary drive train (33). 6. Antriebssystem nach Anspruch 5, wobei der Eingang (63) des Hauptgetriebes (6) durch ein Sonnenrad ausgebildet wird, das mit einem Planetengetriebe (64, 65) in Wirkbeziehung steht. 6. Drive system according to claim 5, wherein the input (63) of the main transmission (6) is formed by a sun gear which is in operative relationship with a planetary gear (64, 65). 7. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, ferner umfassend: eine Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit (35), die eingerichtet ist, abhängig von einem Aktivierungskriterium den elektrischen Motor (21 ) zu betätigen und die schaltbare Kupplungseinheit (3) zu schalten, um den elektrischen Motor (21 ) mit dem Hauptgetriebe (6) zu verbinden oder es von diesem zu trennen. 7. Drive system according to one of claims 3 to 6, further comprising: an auxiliary or emergency drive control unit (35) which is configured to actuate the electric motor (21) and to switch the switchable clutch unit (3) depending on an activation criterion in order to connect the electric motor (21) to the main transmission (6) or to disconnect it from it. 8. Antriebssystem (10) nach Anspruch 7, wobei die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit (35) mit einer Antriebssensorik (22, 31 , 11 , 74, 75) verbunden ist, um einen eingetretenen oder unmittelbar bevorstehenden Ausfall des Hauptantriebsaggregats (7) zu erfassen und eingerichtet ist, den elektrischen Motor (21 ) abhängig von dem Erfassungsergebnis als Aktivierungskriterium zu starten und die Kupplungseinheit (3) zu schalten, um den elektrischen Motor (21 ) mit dem Hauptgetriebe (6) zu verbinden, so dass der Hauptrotor (1 ) in einem Notfallbetrieb (200) mit der Leistung durch den elektrischen Motor (21 ) angetrieben wird. 8. Drive system (10) according to claim 7, wherein the additional or emergency drive control unit (35) is connected to a drive sensor system (22, 31, 11, 74, 75) in order to detect an occurred or imminent failure of the main drive unit (7) and is set up to start the electric motor (21) depending on the detection result as an activation criterion and to switch the clutch unit (3) in order to connect the electric motor (21) to the main transmission (6) so that the main rotor (1) is driven in an emergency operation (200) with the power from the electric motor (21). 9. Antriebssystem nach Anspruch 8, wobei die Antriebssensorik (22, 31 , 11 , 74, 75) einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung wenigstens eines der folgenden umfasst: (a) Drehzahl des Rotors, 9. Drive system according to claim 8, wherein the drive sensor system (22, 31, 11, 74, 75) comprises one or more sensors for detecting at least one of the following: (a) speed of the rotor, (b) Drehzahl des Gasgenerators, (b) speed of the gas generator, (c) Drehzahl der Leistungsturbine, (c) speed of the power turbine, 10. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner umfassend ein zweites Batteriemodul (5), das eingerichtet ist, den elektrischen Motor (21 ) des Zusatz- oder Notfallantriebsaggregats (2) mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit (35) mit einer Batteriesensorik (41 , 51 ) verbunden ist, um einen niedrigen Batterieladezustand in dem ersten und/oder dem zweiten Batteriemodul (4, 5) zu erfassen, und eingerichtet ist, abhängig von dem Erfassungsergebnis als Aktivierungskriterium die Kupplungseinheit (3) zu schalten, um den elektrischen Motor (21 ) mit dem Hauptgetriebe (6) zu verbinden und diesen in einem Generatorbetrieb (400) als Generator zu betreiben, um das zweite Batteriemodul (5) mit einem in elektrische Leistung umgewandelten Teil der Leistung des Hauptantriebsaggregats (7) zu laden. 10. Drive system according to one of claims 7 to 9, further comprising a second battery module (5) which is designed to supply the electric motor (21) of the additional or emergency drive unit (2) with electrical energy, wherein the additional or emergency drive control unit (35) is connected to a battery sensor system (41, 51) in order to detect a low battery charge state in the first and/or the second battery module (4, 5), and is designed to switch the clutch unit (3) depending on the detection result as an activation criterion in order to connect the electric motor (21) to the main transmission (6) and to operate it as a generator in a generator mode (400) in order to charge the second battery module (5) with a part of the power of the main drive unit (7) converted into electrical power. 11 . Antriebssystem nach Anspruch 10, wobei das erste Batteriemodul (4) während einem Flugbetrieb nicht aufladbar eingerichtet ist; und das zweite Batteriemodul (5) während dem Flugbetrieb aufladbar eingerichtet ist. 11. Drive system according to claim 10, wherein the first battery module (4) is not designed to be rechargeable during flight operation; and the second battery module (5) is designed to be rechargeable during flight operation. 12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , wobei die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit (35) mit einer Pilotensteuereinheit (101 ) verbunden ist, wobei die Pilotensteuereinheit (101 ) eine Eingabevorrichtung aufweist und eingerichtet ist, ein Eingabesignal abhängig von einer Eingabe eines Piloten in die Eingabevorrichtung zu erzeugen und an die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit zu übermitteln, wobei die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit eingerichtet ist, den elektrischen Motor abhängig von dem übermittelten Eingabesignal als Aktivierungskriterium zu starten und die Kupplungseinheit (3) zu schalten, um den elektrischen Motor (21 ) mit dem Hauptgetriebe (6) zu verbinden, so dass der Hauptrotor (1 ) in einem Zusatzbetrieb (300) zusätzlich zu der Leistung durch das Hauptantriebsaggregat (7) durch Leistung von dem elektrischen Motor (21 ) unterstützt angetrieben wird. 12. Drive system according to one of claims 7 to 11, wherein the additional or emergency drive control unit (35) is connected to a pilot control unit (101), wherein the pilot control unit (101) has an input device and is designed to generate an input signal depending on an input of a pilot into the input device and to transmit it to the additional or emergency drive control unit, wherein the additional or emergency drive control unit is designed to start the electric motor depending on the transmitted input signal as an activation criterion and to switch the clutch unit (3) in order to connect the electric motor (21) to the main transmission (6) so that the Main rotor (1) in an additional mode (300) is driven in addition to the power provided by the main drive unit (7) by power from the electric motor (21). 13. Antriebssystem (10) nach Anspruch 12 mit Bezug auf einen der Ansprüche 10 oder 11 , wobei die Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit (2) eingerichtet ist, den Zusatzbetrieb (300) mittels des elektrischen Motors (21 ) auf Grundlage einer Energieversorgung ausschließlich aus dem zweiten Batteriemodul (5) durchzuführen. 13. Drive system (10) according to claim 12 with reference to one of claims 10 or 11, wherein the additional or emergency drive control unit (2) is arranged to carry out the additional operation (300) by means of the electric motor (21) on the basis of a power supply exclusively from the second battery module (5). 14. Antriebssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Batteriemodul (4) außer mit dem elektrischen Motor (21 ) und der Zusatz- oder Notfallantriebssteuereinheit (35) sowie entsprechender Batteriesensorik mit keinem elektrischen Verbraucher verbunden ist. 14. Drive system according to one of the preceding claims, wherein the first battery module (4) is not connected to any electrical consumer except for the electric motor (21) and the additional or emergency drive control unit (35) and corresponding battery sensors. 15. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hauptantriebsaggregat (7), das Hauptgetriebe (6) und das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat (2) im Wesentlichen entlang einer Längsachse des Drehflüglers (10) angeordnet sind, wobei das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat (2) und das Hauptantriebsaggregat (7) in Bezug auf das Hauptgetriebe (6) auf einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, wobei das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat (2) in der bestimmungsgemäßen Flugrichtung des Drehflüglers (10) vorzugsweise vor dem Hauptgetriebe (6) angeordnet ist. 15. Drive system according to one of the preceding claims, wherein the main drive unit (7), the main transmission (6) and the additional or emergency drive unit (2) are arranged substantially along a longitudinal axis of the rotary-wing aircraft (10), wherein the additional or emergency drive unit (2) and the main drive unit (7) are arranged on opposite sides with respect to the main transmission (6), wherein the additional or emergency drive unit (2) is preferably arranged in front of the main transmission (6) in the intended flight direction of the rotary-wing aircraft (10). 16. Drehflügler (10), insbesondere ein Helikopter, umfassend ein Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zusatz- oder Notfallantriebsaggregat (2) in einem Bauraum oberhalb eines in einer Kabine vorgesehenen Nutzlastaufnahmeraums angeordnet ist, insbesondere oberhalb eines Fluggast-Raums. 16. Rotorcraft (10), in particular a helicopter, comprising a drive system according to one of the preceding claims, wherein the additional or emergency drive unit (2) is arranged in a construction space above a payload receiving space provided in a cabin, in particular above a passenger compartment. 17. Verwendung eines Antriebssystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 in einem Drehflügler, insbesondere einem Helikopter. 17. Use of a drive system according to one of claims 1 to 15 in a rotary-wing aircraft, in particular a helicopter.
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