Segelflugzeug-Patente

Jan 02 2023

US 2019/0107453 A1: Identifizierung und Verwendung von Luftaufzügen für Luftfahrzeuge, die schwerer als Luft sind

Dies ist die siebte in unserer Reihe segelflugzeugbezogener Auswahlen aus den Akten des US-Patent- und Markenamts (siehe Ressourcen unten). Sie dienen ausschließlich dem Interesse und der Unterhaltung unserer Leser.

Dies ist die siebte in unserer Reihe segelflugzeugbezogener Auswahlen aus den Akten des US-Patent- und Markenamts (siehe Ressourcen unten). Sie dienen ausschließlich dem Interesse und der Unterhaltung unserer Leser. Sie werden in keiner Weise bearbeitet, außer dass die Zeichnungen im Text verteilt sind. Haftungsausschlüsse: a) Die Aufnahme eines bestimmten Patents in diese Reihe stellt keine Meinungsäußerung über das Patent selbst dar. b) Dieses Dokument hat keinerlei Rechtsanspruch; siehe dazu das Originaldokument auf der USPTO-Website. — Hrsg.

Abstrakt

Es werden Systeme und Verfahren offenbart, um automatisch einen besseren Auftrieb zu erkennen und den Auftrieb zu verwenden, um länger in der Luft zu bleiben, dem Piloten des Luftfahrzeugs Empfehlungen zu geben oder den Flug des Luftfahrzeugs vollständig zu steuern. Die offenbarten Techniken beziehen sich auf Luftfahrzeuge wie Flugzeuge oder Modellflugzeuge, Segelflugzeuge oder Modellsegelflugzeuge, Segelflugzeuge oder Modellsegelflugzeuge, Hängegleiter, Gleitschirme, Speedflying, Parafoils usw. Die Erfindung verwendet Sensoren, die sich an dem Luftfahrzeug befinden, um den Luftauftrieb (Aufwind) zu messen , Thermik, Firstlift usw.), um die Zeit zu verlängern, in der das Luftfahrzeug in der Luft gehalten werden kann. Die von den Sensoren fließenden Daten werden in einen Computer eingespeist, der dem Piloten oder dem Autopiloten (Computer) Empfehlungen für den besten Weg geben kann, um einen besseren Auftrieb zu finden und in der Luft zu bleiben.

Technischen Bereich

[0002] Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Luftfahrzeuge und insbesondere auf die Identifizierung und Verwendung von Auftrieb während des Flugs solcher Fahrzeuge.

Hintergrund

[0003]Derzeit verfügbares technisches Gerät zum Identifizieren des Auftriebs in der Luft ist ein im Handel erhältliches Gerät namens „Variometer“, auch bekannt als Vertical Speed Indicator – VSI. Der Auftrieb wird durch nach oben strömende Luftmassen verursacht, die die darin fliegenden Luftfahrzeuge anheben. Das Variometer ist ein „Luftdruckänderungs“-Sensor, Änderungen, die durch Höhenänderungen oder durch nach oben strömenden Luftauftrieb verursacht werden (manchmal auch „Aufwind“ genannt – nach oben strömende Luft, z. B. Thermik). Diese Vorrichtung gibt dem Piloten dann eine sichtbare und/oder hörbare Anzeige über die Art der Änderung (Anheben = Aufwärts oder Abwärts = Abwärts) und die Geschwindigkeit des Höhengewinns oder -verlusts (Meter pro Sekunde usw.). Ein solches Variometer oder VSI ist in fast jedem kommerziellen Arial-Fahrzeug, in jedem Segelflugzeug installiert und die überwiegende Mehrheit der Drachen- und Gleitschirmpiloten kauft ein Variometer-Instrument und verwendet es während des Fluges.

[0004] Ein Variometer kann Anheben oder Absenken anzeigen, kann aber keine Information darüber liefern, wo ein stärkerer Auftrieb vorhanden ist. Es zeigt nur an, dass es ein Heben oder Senken wahrnimmt. Es ist eine übliche Methode von nicht angetriebenen Luftfahrzeugpiloten, mit dem Wenden zu beginnen, wenn das Variometer Auftrieb anzeigt, innerhalb des Auftriebs zu bleiben und ihn nicht zu überqueren, indem sie wie Störche fliegen - auf einem kreisförmigen oder spiralförmigen Pfad innerhalb des Auftriebs (z. B. einer Thermik). Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „ohne Antrieb” ein Fahrzeug, das ohne Antrieb fliegt, unabhängig davon, ob dem Fahrzeug Strom zur Verfügung steht oder nicht.

Erfahrene antriebslose Luftfahrzeugpiloten können manchmal die Richtung zum Auftriebskern für Thermik erkennen, indem sie sie in ihren Sitzen wahrnehmen, z. B. durch Erfassen der Bewegung des Luftfahrzeugs. Aus diesem Grund bleiben erfahrene antriebslose Luftfahrzeugpiloten im Allgemeinen länger in der Luft als unerfahrene Piloten, die nicht gelernt haben, den Auftrieb zu spüren. Derzeit sind keine technischen Lösungen bekannt, um den Piloten auf den höchsten Auftrieb zu lenken (wie den thermischen Kern oder den Spitzenkammauftrieb usw.) oder sogar im Auftrieb zu bleiben und ihn nicht zu verlieren, sodass die meisten Piloten kürzere Flüge haben, weil sie verlieren Auftrieb führt zu einem Höhenverlust und bedeutet einen kürzeren Flug.

[0006] Das grundlegende Auftriebserfassungselement ist ein Variometersensor (AKA Vertical Speed Indicator). Es handelt sich um ein handelsübliches Gerät. Es wird darauf hingewiesen, dass der Variometersensor aus zwei Hauptteilen besteht: Ein einfacher Luftdrucksensor und ein analoges oder digitales, mechanisches oder elektronisches „Rechen“-Gerät, das die Luftdruckänderungsrate im Laufe der Zeit (Anheben oder Absenken) meldet. in den Daten, die es vom Drucksensor erhält. Da ein Variometer-Sensor viel teurer ist als ein einfacher Drucksensor und da das Luftfahrzeug mit einem Bordcomputer ausgestattet ist, kann die Luftdruckänderung über die Zeit von diesem Computer berechnet werden, sodass ein einfacher Luftdruck überall als Variometer verwendet werden kann Sensor wird in diesem Dokument erwähnt, um die Kosten der Lösung zu senken.

[0007] Bevor mit dem Rest dieser Offenbarung fortgefahren wird, sollte beachtet werden, dass die Offenbarung einige der in diesem Hintergrundabschnitt aufgelisteten oder impliziten Mängel ansprechen kann. Jeglicher solcher Vorteil ist jedoch keine Einschränkung des Umfangs der offenbarten Prinzipien oder der beigefügten Ansprüche, außer in dem Umfang, der ausdrücklich in den Ansprüchen angegeben ist.

Abb. 1

[0008] Außerdem spiegelt die Erörterung der Technologie in diesem Hintergrundabschnitt die eigenen Beobachtungen, Überlegungen und Gedanken der Erfinder wider und soll in keiner Weise eine Referenz oder Praxis des Standes der Technik genau katalogisieren oder umfassend zusammenfassen . Daher lehnen die Erfinder diesen Abschnitt ausdrücklich als anerkannten oder angenommenen Stand der Technik ab. Darüber hinaus spiegelt die Identifizierung oder Implikation einer oder mehrerer wünschenswerter Vorgehensweisen hierin die eigenen Beobachtungen und Ideen der Erfinder wider, und es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass sie auf eine in der Technik anerkannte Erwünschtheit hindeuten.

Zusammenfassung

[0009]Wie oben angemerkt, beziehen sich die hierin beschriebenen Innovationen auf Flugzeuge, die schwerer sind als Luftfahrzeuge, die angetrieben oder nicht angetrieben, bemannt oder unbemannt sein können. Beispiele sind Flugzeuge oder Modellflugzeuge, Segelflugzeuge oder Modellsegler (mit oder ohne Motor), Segelflugzeuge oder Modellsegler (beide mit oder ohne Motor), Hängegleiter, Gleitschirme (mit oder ohne Motor), Speedflyer, Parafoils und andere Fahrzeuge. Luftfahrzeuge dieser Art können im Folgenden als „Luftfahrzeuge” oder „schwerer als die Luft”-Luftfahrzeuge bezeichnet werden. Insbesondere liegt die vorliegende Erfindung auf dem technischen Gebiet der besseren Identifizierung (im Vergleich zu anderen heute verfügbaren Verfahren) des Luftauftriebs und der besseren Nutzung dieses Auftriebs, um mehr Höhe zu gewinnen. Der optionale Motor und Propeller wird hier definiert, um aktiviert zu werden, wenn niedrige Auftriebsbedingungen vorhanden sind.

Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen

Während die beigefügten Ansprüche die Merkmale der vorliegenden Techniken im Einzelnen darlegen, können diese Techniken zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, von denen :

[0011] ABB. 1 ist ein schematisches Diagramm, das die grundlegende Sensorposition in einer Implementierung einer oder mehrerer Ausführungsformen der offenbarten Prinzipien zeigt;

[0012] ABB. 2 ist ein schematisches Diagramm, das erweiterte Sensorpositionen für eine verbesserte Auftriebskartenerzeugung zeigt, wobei die zusätzlichen Sensoren auf faltbaren Verlängerungsstangen oder -drähten angeordnet sind, um eine breitere und detailliertere Auftriebskarte zu erzeugen;

[0013] ABB. 3 ist ein beispielhaftes Diagramm, das eine Seite des Luftfahrzeugs zeigt, das in den Auftrieb eintritt, z. B. eine Thermik, als ein Beispiel dafür, wie der Auftrieb erfasst wird, die Auftriebskarte erstellt wird und die Empfehlung an den Piloten oder Autopiloten erzeugt wird, wobei in diesem Stadium Es müssen keine Maßnahmen ergriffen werden, das System misst und überprüft nur, ob es sich tatsächlich um eine thermische Erkennung handelt, was bedeutet, dass der Druck geringer wird.

[0014] ABB. Fig. 4 ist ein beispielhaftes Diagramm, das das Luftfahrzeug zeigt, während es das Auftriebszentrum passiert, in einem Beispiel dafür, wie Auftrieb erfasst wird, die Auftriebskarte erstellt wird und die Empfehlung an den Piloten oder Autopiloten erzeugt wird, wobei in dem veranschaulichten Szenario das Luftfahrzeug sollte nach rechts abbiegen, um in der Thermik zu bleiben;

Abb. 2

[0015] ABB. 5 ist ein schematisches Diagramm, das das Luftfahrzeug zeigt, das sich innerhalb des Auftriebs (z. B. Thermik) dreht, an Höhe gewinnt, einen optimalen Kreis verfolgt, den das Luftfahrzeug auf der Grundlage der an den Piloten gelieferten Empfehlung oder von vom Autopiloten stammenden Befehlen verfolgt; und

[0016] ABB. 6 ist ein Kammauftriebsdiagramm, das Kammauftriebsbereiche zeigt, die erzeugt werden, wenn Wind von links auf einen Kamm auftrifft und nach oben abgelenkt wird, dem Kammumriss folgend.

detaillierte Beschreibung

Bevor eine detaillierte Erörterung von Ausführungsformen der offenbarten Prinzipien präsentiert wird, wird eine grundlegende Auftriebstheorie und ein Überblick über bestimmte Ausführungsformen gegeben, um dem Leser beim Verständnis der späteren Erörterung zu helfen. Zunächst bleiben nicht angetriebene Luftfahrzeuge in der Luft, indem sie Luftlifte wie Thermik oder Firstlift verwenden. Eine Thermik, die häufigste Auftriebsquelle bei Flügen ohne Motor, ist eine Luftsäule, die nach oben strömt, weil sie heißer als die Umgebungsluft ist und die oberen Luftschichten noch kühler sind. Eine Thermik hat typischerweise einen runden oder ähnlich runden Querschnitt mit einem Durchmesser von einigen Metern bis zu einigen Kilometern.

Ein Hurrikan ist ein Beispiel für eine sehr starke Thermik . Thermische Außengrenzen haben einen etwas niedrigeren Luftdruck und eine etwas höhere Temperatur als die umgebende Luft, daher gibt es dort einen leichten Auftrieb. Der Kern der Thermik (die Mitte der Säule) hat den niedrigsten lokalen Luftdruck und die höchste Temperatur in der Thermik, und dieser Teil der Thermik hat den stärksten Auftrieb. Daher strömt dieser Teil im Vergleich zum äußeren Teil der Thermik am schnellsten nach oben. Mit anderen Worten, der Auftrieb ist im Zentrum einer Thermik am stärksten und heißesten. Im Idealfall ist der Luftfahrzeugpilot oder der Autopilot in der Lage, eine Thermik zu erkennen und in dieser Thermik in einer spiralförmigen Bahn zu drehen, genau wie bestimmte Vögel es tun, am nächsten zum Thermikzentrum. FEIGE. 5ist ein Beispiel für Thermik am höchstmöglichen Liftstandort. Es ist offensichtlich unmöglich, im thermischen Kern zu drehen, da dies eine Punktposition ist, aber es ist möglich, so nah wie möglich am Kern mit einem kleinstmöglichen Kurvenradius zu drehen.

[0019] Firstauftrieb (gezeigt in 6 ) wird durch Wind erzeugt, der auf eine Diskontinuität wie etwa einen Grat auftrifft und nach oben abgelenkt wird, wobei er mit der Krümmung des Hindernisses strömt und einen Luftvektor erzeugt, der sich nach oben bewegt, dh a Quelle heben. Im Allgemeinen befindet sich der stärkste Auftrieb direkt über dem höchsten Punkt des Kamms und wird in beiden Richtungen schwächer, mit den Grenzen der Linien X und Y. Im Gegensatz zum thermischen Auftrieb besteht der Auftrieb des Kamms aus Luft, die nicht heißer ist als seine Umgebungsluft. Tatsächlich ist die Luft im Höhenzug manchmal sogar kühler als die umgebende Luft, z. B. wenn es sich um Wind handelt, der vom Meer kommt und auf einen Küstenrücken trifft.

[0020] Diese Tatsache kann verwendet werden, um die Art des Auftriebs zu identifizieren und wie der maximale Auftrieb zu lokalisieren ist, indem der höchste Gipfel des Kamms verfolgt wird. Wenn das Luftfahrzeug den Auftrieb überquert, kann es abschätzen, ob es sich um einen Kammauftrieb handelt, und den stärksten Auftrieb innerhalb der Linien X und Y in FIG. 6 , und manövrieren, um im stärksten Auftrieb zu bleiben (mit Vorhersage auf dem Kammlinienpfad). Dies kann dem Piloten und dem Autopiloten sehr helfen. Aus geografischen Datenbanken abgeleitete Informationen können verwendet werden, um die Kammstruktur geografisch zu verstehen und um vorherzusagen, wohin der Kamm führt, um den besten Auftrieb zu finden.

Die vorliegende Erfindung hilft beim Lokalisieren von Luftauftriebsregionen , beim Vorhersagen ihrer zukünftigen Bewegung und optional beim Modifizieren von Berechnungen und Vorhersagen basierend auf Sensorablesungen. In einer Ausführungsform arbeitet das System, um an Höhe zu gewinnen und so lange wie möglich in der Luft zu bleiben. Der Auftrieb und die Richtung zum besten Auftriebsort können unter Verwendung mehrerer Variometer und/oder Beschleunigungssensoren mit Hilfe eines Temperatursensors identifiziert werden.

Abb. 3

[0022]Die Verwendung eines Variometers und/oder Vertikalbeschleunigungssensors (in der Z-Achse, der eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung erfasst) an verschiedenen Stellen ermöglicht eine bessere Z-Achsen-Bewegungserfassung, so dass durch Luftauftrieb erzeugte Bewegung in verschiedenen Teilen der Luftfahrzeuge erfasst werden kann . In einer Ausführungsform befinden sich diese Variometer- und/oder Beschleunigungssensoren in den Flügelspitzen. Bei antriebslosen Luftfahrzeugen ist die einzige Möglichkeit, an Höhe zu gewinnen, die Verwendung von Luftliften – Luft, die nach oben strömt. Wie oben erwähnt, gibt es mehrere Auftriebsquellen, z. B. Thermikauftrieb, Berg- oder Kammauftrieb, „Wetterfront“-Auftrieb, „Wolkenwellen“-Auftrieb usw. Alle diese Auftriebstypen werden von der Erfindung unterstützt. Angetriebene Luftfahrzeuge können diese Erfindung auch implementieren, um die Flugkosten zu senken, Kraftstoff zu sparen, den Motorverbrauch zu verringern und einen allgemein ruhigeren Flug bereitzustellen.

[0023]Die Implementierung kann das Installieren eines Variometersensors und/oder Beschleunigungssensors an jeder Flügelspitze des Segelflugzeugs umfassen, z. B. 2 Variometersensoren und/oder 2 Beschleunigungssensorsensoren. Diese Minimallösung (ein Sensor an jeder Flügelspitze) kann Daten zum Eintritt in den Auftrieb liefern (wie es heute mit einem einzelnen Variometer in der Mitte von Luftfahrzeugen erfolgt), hat jedoch auch den Vorteil eines breiteren Erfassungsbereichs als Richtwirkung dahingehend, wo der Auftrieb erfasst wird (dh links oder rechts vom Fahrzeug), um den Piloten oder Autopiloten anzuweisen, in den Auftrieb einzubiegen. Diese Lösung ist am besten für Parafoils, Gleitschirme oder Luftfahrzeuge vom Typ Speedflying optimiert, da diese 2 Punkte weit genug voneinander entfernt an den Seiten angeordnet sind, sodass die Auftriebsauflösung ausreichend ist. Eine Alternative bringt die Installation eines Sensors mit sich, wie er in den Fig. 3 und 4 beschrieben ist.1 und 2 , wobei Sensoren auf der Haut des Luftfahrzeugs und auch außerhalb des Segelflugzeugs angeordnet sind, wie in FIG. 2 . Sensordaten können verwendet werden, um künstlich eine Auftriebskarte zu erstellen, die dann auf dem Pilotbildschirm angezeigt werden kann, um vom Piloten als Führung verwendet zu werden, oder sie können vom Autopiloten verwendet werden, um das Luftfahrzeug automatisch zum besten erkannten Auftrieb zu fahren. Diese Informationen können auch an andere benachbarte Piloten oder unbemannte Luftfahrzeuge in dem Gebiet übertragen oder in einer Datenbank gespeichert werden, um über Tage, Wochen, Monate, Jahreszeiten und Jahre etwas über das Gebietswetter zu erfahren, um statistische Auftriebsdaten zu erhalten.

Ein Temperatursensor kann an jeder Stelle platziert werden, an der sich ein Variometer und/oder Beschleunigungsmesser befindet, um die Luftstromtemperatur zu prüfen . Dies kann verwendet werden, um festzustellen, ob es sich bei der nach oben strömenden Luft um Thermik (Luft, die normalerweise heißer als die Umgebungsluft ist) oder um einen Gratlift handelt, bei dem die nach oben strömende Luft normalerweise die gleiche Temperatur wie die Umgebungsluft hat oder kühler als die Umgebungsluft ist . Diese Temperaturdaten können vom Autopiloten verwendet werden, um einen geeigneten Auftriebsalgorithmus auszuwählen, z. B. einen Thermikalgorithmus oder einen Kammalgorithmus. Der thermische Algorithmus identifiziert die Mitte einer thermischen Säule, während der Kammalgorithmus einen Auftriebspfad entlang des Kamms identifiziert.

Zusätzliche Sensorstellen auf der Außenhaut des Luftfahrzeugs können verwendet werden, um eine genauere Ablesung des Luftdrucks um das Luftfahrzeug herum zu erhalten. Diese Ausführungsform ist in Fig. 2 zu sehen. 1, insbesondere die Orte A, B, C, D, E, F, L und M. Darüber hinaus können, um eine bessere Auflösung der Auftriebskarte zu erreichen, ein oder mehrere Variometersensoren außerhalb des Umrisses des Luftfahrzeugs an Verbindungsdrähten installiert werden die Nase des Luftfahrzeugs mit jeder der Flügelspitzen und Drähte, die den hinteren Punkt des Luftfahrzeugs mit jeder der Flügelspitzen verbinden. Sensoren können auch an faltbaren Verlängerungsstangen (z. B. langen Rohren, die sich nach vorne, hinten und zu den Seiten des Luftfahrzeugs usw. erstrecken) platziert werden, um den Luftdruck weit nach vorne, weit nach hinten und zu den Seiten zu messen, um eine Breite und mehr zu erhalten detaillierte Lufttransportkarte der Luft, die das Luftfahrzeug umgibt.

[0026] Ein Beispiel einer solchen Implementierung ist in Fig. 7 zu sehen. 2. Diese Verlängerungen können faltbar sein, um den Luftwiderstand zu reduzieren, während sie nicht verwendet werden, wie beispielsweise während des Starts, der Landung und so weiter. Die Ausgänge der Sensoren (von Sensoren erzeugte Daten) werden an einen Bordcomputer geleitet. Der Computer sammelt alle Sensordaten und berechnet und zeichnet eine virtuelle aktuelle Luftauftriebskarte um das Luftfahrzeug herum. Dies kann kontinuierlich erfolgen (z. B. mehrmals pro Sekunde), um Änderungen zu messen und darauf basierend eine informierte Entscheidung zu treffen. Der Computer berechnet die Auftriebsrate pro Sensor und bestimmt, ob sich das Luftfahrzeug in die Auftriebsmitte (stärkster Auftrieb) bewegt, ob es geradeaus oder rechts oder links von der Nase des Luftfahrzeugs ist, und gibt eine Richtungsempfehlung dazu ab der Pilot in einem Autopilotbetrieb in die stärkste Auftriebsrichtung zu fliegen oder das Luftfahrzeug in den besseren Auftrieb zu fliegen.

[0027] Das Luftfahrzeug kann einen globalen Positionsbestimmungssensor, wie z. B. GPS, aufweisen, um seinen aktuellen Standort zu bestimmen, und einen barometrischen Luftdrucksensor an Bord haben, um die Höhe zu bestimmen. Da jeder Variometer-/Beschleunigungssensor an einem festen Ort relativ zu dem Luftfahrzeug angeordnet ist, der dem Computer bekannt ist, hat der Computer zu jedem Zeitpunkt die Position jedes Sensors im Raum. Angesichts dessen kann eine sofortige detaillierte Auftriebskarte durch den Bordcomputer berechnet und kontinuierlich aktualisiert werden, um einen größeren Bereich abzudecken, den das Luftfahrzeug in einem bestimmten Flug durchflog.

Künstliche Intelligenz kann in diesem Prozess eingesetzt werden, um alle vergangenen Informationen für den aktuellen Standort zu verarbeiten und eine beste Schätzung der Bewegung der Auftriebsrichtung über die Zeit bereitzustellen, um den Piloten oder Autopiloten zu unterstützen und zu führen. Korrekturen können dann in Echtzeit angewendet werden, um die beste Schätzung mit aktuellen Bedingungen zu vergleichen und eine Korrektur für den nächsten anzufliegenden Punkt vorzunehmen. Die aktuelle Auftriebskarte kann auf aktuellen Sensor- und GPS-Daten und zusätzlich verarbeiteten historischen Informationen in diesem Bereich basieren, um den nächsten anzufliegenden Pfad, dh den nächsten Punkt mit dem besten Auftrieb, fein abzustimmen.

Abb. 4

Im Fall eines bemannten Fluges kann die Auftriebskarte verarbeitet werden, um dem Piloten eine zuverlässige Angabe zu liefern, z. B. über ein Bild auf einem speziellen Bildschirm und/oder ein Audiosignal, wobei unterschiedliche Signale ausgesendet werden, um anzuzeigen, wann und in welchem Drehrichtung und in welcher Querneigung, um einen besseren Auftrieb zu finden. Wenn der Autopilot das Luftfahrzeug steuert, wird die Entscheidung vom Computer getroffen, und die Flugrichtung wird vom Autopiloten (dem Computer) ausgeführt. Wenn der aktuelle Startpunkt ruhige Luft ist (z. B. im Wesentlichen kein Auftrieb), zeigt ein einzelner Sensor einen niedrigeren Luftdruck (steigend) und/oder eine Flügelspitzenbewegung (angezeigt durch den relevanten Beschleunigungssensor) und optional die Lufttemperatur etwas höher an als die Umgebungsluft des anderen Luftfahrzeugs, ist ein Zeichen dafür, dass eine erste Thermik erfasst werden kann.

Es kann ein paar kontinuierliche Auftriebskarten und mehr Sensoren erfordern, die anzeigen, dass sie sich auch in einem Bereich mit niedrigerem Druck befinden, um zu identifizieren, ob es sich um einen echten Auftrieb oder nur um eine kleine nach oben strömende Luftblase handelt. Wenn bei benachbarten Sensoren ein Anheben zu erfassen beginnt, bestimmt der Computer mehrere Sekunden lang kontinuierlich, dass ein tatsächliches Anheben erfasst wurde, und seine Richtung ist identifiziert. Der Pilot oder Autopilot wird nun über die Richtung zu diesem Lift informiert und leitet ihn somit einschließlich des Querneigungswinkels zum besten Lift.

In einer signifikanten Ausführungsform werden dem Piloten oder Autopiloten zuverlässige Auftriebsdaten bereitgestellt. Wenn es sich um einen Piloten handelt, hat er oder sie die Möglichkeit, den optionalen „Autopilot“-Modus des Bordcomputers zu aktivieren, der automatisch in den stärksten Auftrieb fliegt, basierend auf der Struktur mit mehreren Variometern und/oder der Struktur mit mehreren Beschleunigungsmessern , die Basis für diese Patentanmeldung. Wenn das Luftfahrzeug in einem Gebiet mit mehreren Auftriebsquellen (z. B. einem dichten thermischen Feld) fliegt, die vom Computer identifiziert wurden, wird der Pilot oder Autopilot auf das Zentrum des stärksten Auftriebs gelenkt, dasjenige mit dem Kern, der den hat stärkster Aufwind – wie die stärkste Thermik.

Auftriebskarten können mit anderen Luftfahrzeugen in dem Gebiet über drahtlose Kommunikationskanäle geteilt werden, damit der Computer des anderen Luftfahrzeugs sie auswerten kann. Computer, die solche Auftriebsdaten von einem benachbarten Luftfahrzeugcomputer erhalten, können entscheiden, ihrem Piloten zu empfehlen, sich dem benachbarten Luftfahrzeug in seinem Auftrieb anzuschließen, da dies möglicherweise vielversprechender ist als die Auftriebskarte, in der es sich befindet. Dies ist die gleiche Aktion an Der Autopilot kann die Entscheidung treffen, den aktuellen Aufzug zu verlassen und dem besseren Aufzug beizutreten, in Übereinstimmung mit der gerade erhaltenen Aufzugskarte. Das Einsteigen in den Auftrieb benachbarter Luftfahrzeuge erfolgt nach den klaren Vorfahrtsregeln des Luftverkehrs.

Auftriebskarten können kontinuierlich an eine Basisstation gesendet werden, die die Daten zur weiteren Verarbeitung speichert, wie etwa um Auftriebsstatistiken über Tageszeit, Datum, Ort, Jahreszeit usw. zur Verwendung durch Piloten bei der Planung von Flügen bereitzustellen. Künstliche Intelligenz kann verwendet werden, um Daten aus den historischen Aufzugskarten zu extrahieren.

[0034]Nicht angetriebene Luftfahrzeuge, die diese Erfindung verwenden, können Solarpaneele verwenden, die an den Flügeln und optional am Rumpf angebracht sind, um die Bordelektronik des Luftfahrzeugs mit Strom zu versorgen, eine Batterie aufzuladen (um die Bordelektronik weiter mit Strom zu versorgen, wenn die Sonne verborgen ist, wie z wie durch Wolken oder Bergschatten) und in einigen Fällen, um einen optionalen Motor und Propeller anzutreiben. Nicht angetriebene Luftfahrzeuge, die sich auf meteorologische Bedingungen verlassen, können zur Landung gezwungen werden, wenn sie keinen ausreichenden Auftrieb finden. Um dieses Unzuverlässigkeitsproblem zu überwinden und die Zuverlässigkeit beim Ausführen ihrer Aufgabe zu erhöhen (wenn ihr eine Aufgabe zugewiesen ist), definiert diese Erfindung auch eine Flugformation eines Schwarms oder einer Gruppe von antriebslosen Luftfahrzeugen mit einer jedem der Luftfahrzeuge zugewiesenen Aufgabe. Wenn eines der Fahrzeuge landen muss, wird seine Zuweisung an andere, benachbarte Luftfahrzeuge oder,

[0035] FIG. 1 beschreibt Sensorpositionen. Alle Variometersensoren sollten so platziert werden, dass sie den statischen Druck messen, verborgen vor dem dynamischen Druck, der durch den Luftstrom auf der Haut des Luftfahrzeugs erzeugt wird. Variometer, Beschleunigungsmesser und Temperatursensoren können an den in Fig. 1 gezeigten Stellen angeordnet werden. 1 , nämlich die Standorte A, B, C, DE, F, L und M. Dadurch wird eine detaillierte Liftkarte gewährleistet. Die Mindestanzahl von Sensoren, um diese Implementierung verwenden zu können, beträgt jedoch 2, z. B. einen Sensor an der Spitze jedes Flügels. Dies kann ein Variometer, ein Beschleunigungsmesser und ein Temperatursensor an jeder Flügelspitze an den Positionen A und B umfassen.

Abb. 5

[0036] ABB. 2 zeigt alle Sensoren wie in FIG. 1 , mit zusätzlichen Sensoren, die sich außerhalb des Körpers des Luftfahrzeugs befinden, an Drähten oder verlängerten Stangen, weiter weg von der Fahrzeughaut. Dies liefert Daten für bessere und breitere Auftriebserkennungsfähigkeiten für eine detaillierte und breitere Auftriebskarte. Dies ist besonders vorteilhaft an Tagen, an denen die Thermik weniger dicht und stärker verstreut ist; eine größere Fläche zum Erfassen des Auftriebs zu haben, trägt zu einer besseren Identifizierung des Auftriebs bei und kann somit zusätzliche Flugzeit bereitstellen. Die Fähigkeit, den Auftrieb mit Sensoren zu lokalisieren, die sich an den ausgefahrenen Stangen befinden, ist sogar noch besser, hängt jedoch von der Länge der Stangen ab, und die durch die zusätzlichen Daten bereitgestellten Gewinne können zumindest teilweise durch den aerodynamischen Widerstand ausgeglichen werden, den diese Stangen erzeugen.

[0037] Sowohl in FIG. 1 und FIG. Wie in 2 gezeigt, können Beschleunigungssensoren an den Stellen A und B und optional an den Punkten C und D platziert werden, um das Anheben der Flügel, der Nase und des Hecks beim Eintreten in die Grenzen einer Auftriebsstelle zu erfassen. Wie FIG. 3 zeigt, wenn ein Teil des Flügels in eine Thermik eintritt (z. B. der rechte Flügel, Position A), wird dieser Flügel angehoben. Dieser Auftrieb kann durch den Variometersensor, aber auch durch den Gaspedalsensor identifiziert werden, um die tatsächliche Auftriebsrate anzuzeigen, nicht nur den niedrigeren Luftdruck. Dies wird eine bessere, feinere Messung für den Computer liefern, um eine fundiertere Entscheidung für den Piloten oder Autopiloten bereitzustellen, in den Auftrieb zu drehen.

[0038] Sowohl in FIG. 1 und FIG. Wie in 2 gezeigt, können Temperatursensoren an den Stellen A und B und optional an den Punkten C und D platziert werden, um die Lufttemperatur an den Flügelspitzen und optional der Nase und dem Heck zu erfassen, wenn sie in die Grenzen einer heißen Luft (Thermik) eintreten. Wie FIG. 3 zeigt, wenn ein Teil des Flügels in eine Thermik eintritt (z. B. der rechte Flügel, Position A), befindet sich diese Flügelspitze innerhalb einer Thermik, während die andere Flügelspitze und der gesamte Rest des Sensors die Umgebungstemperatur messen. Dies ist ein klarer Hinweis darauf, dass sich Flügelspitze A in Thermik und nicht in Firstauftrieb befindet.

[0039] FIG. 3zeigt eine Thermik (der dunkle Kreis auf der rechten Seite des Bildes, wo eine dunklere Farbe einen stärkeren Auftrieb signalisiert) und ein Luftfahrzeug mit einem Teil seiner rechten Tragfläche in der Thermik. In diesem Fall meldet ein Variometersensor in Position A einen abgesenkten Luftdruck und der Beschleunigungssensor meldet, dass sich der Flügel nach oben bewegt. Wenn kein anderer Sensor ähnliche Änderungen meldet, notiert der Computer, dass sich die Spitze des rechten Flügels innerhalb des Auftriebs befindet. Auch während der Vorwärtsfahrt meldet der Variometersensor A einen niedrigeren Druck und der Beschleunigungssensor meldet die Beschleunigung der rechten Flügelspitze nach oben und der Temperatursensor meldet eine steigende Lufttemperatur. Dies geschieht, wenn sich die 3 Sensoren an Position A innerhalb der Thermik bewegen und sich ihrem Zentrum nähern, wo der Luftdruck niedriger und der Auftrieb höher ist und die Temperatur höher wird.

[0040] Während das Luftfahrzeug weiter vorwärts fliegt, wird die Sensorgruppe L in FIG. 4 tritt in die Thermik ein und meldet dem Computer Daten, die anzeigen, dass Sensorgruppe L innerhalb einer Thermik ist. Jetzt basiert die Auftriebskarte auf 2 Sensoren (A und L), und mit der Zeit wird das Auftriebskartenbild im Computer detaillierter und genauer.

[0041] ABB. 3 ist ein extremes Beispiel, wo nur ein Sensor (Sensoren in Flügelspitze A in diesem Beispiel) in die Thermik eintritt, dann der zweite Variometersensor eintritt, wie in FIG. 4 , und der Computer hat eine relativ kleine Datenmenge, um eine Entscheidung zu treffen, aber das kann ausreichen. Es kann eine fundierte Auftriebskarte zeichnen und vorläufig das Auftriebszentrum für den Piloten/Autopiloten identifizieren. Wenn der Vergolder die Thermik näher an der Mitte überquert, werden mehr Sensoren den Auftrieb spüren (und melden), jeder an seiner Position. Hier hat der Computer viel mehr Informationen, die Auftriebskarte ist detaillierter und zuverlässiger, und daher ist die Empfehlung an den Piloten/Autopiloten zuverlässiger.

[0042] Die Sensoren in FIG. 3 wird fühlen, wie der Druck abnimmt, während das Luftfahrzeug überquert, bis zu dem Punkt, an dem seine rechte Flügelspitze mit der Mitte der Thermik ausgerichtet ist. Sobald das Luftfahrzeug diesen Punkt passiert, wie z. 4 beginnt der in den Sensoren A und L erfasste Luftdruck zu steigen, was bedeutet, dass die Sensoren einen geringeren Auftrieb spüren. Dies ist ein wichtiger Punkt, da der Vergolder-Computer jetzt den maximalen Auftrieb gefunden hat, seine rechte Tragfläche also auf das Thermikzentrum zeigt und der Auftrieb nun geringer wird und er dem Piloten/Autopiloten nun empfehlen sollte, mit der Rechtsdrehung zu beginnen , um in der Thermik (Lift) zu bleiben, und nicht nur diese zu überqueren und den Liftbereich zu verlassen.

Abb. 6

[0043] Wenn mehr Sensorgruppen in eine Thermik eintreten (wie die Sensorgruppen F, D, C, E usw. in 4 ), erzeugt der Computer eine Auftriebskarte, die viel detaillierter und genauer ist. Dies wird in diesem Beispiel durch den Segelflugalgorithmus erreicht, um nach rechts abzubiegen. Dieser Abschnitt erklärt den Algorithmus am Beispiel des rechten Flügels, der in die Thermik eintritt, aber es ist der gleiche Vorgang für eine Thermik, wenn die linke Seite in die Thermik eintritt. In dem seltenen Fall, in dem das Segelflugzeug mittig in die Thermik eintritt und weiterfliegt, kann es beim Passieren der Thermik (wo der Luftdruck zu steigen beginnt) nach rechts oder links drehen; wo es einen etwas höheren Auftrieb spürt.

Wenn der Computer einige aufeinanderfolgende Auftriebskarten erzeugt hat, die einen zuverlässigen und stabilen Luftdruckanstieg zeigen, was bedeutet, dass der Auftrieb geringer wird, ist dies optimalerweise der Punkt, an dem der Computer empfiehlt, dass der Pilot/Autopilot beginnt, scharf in den zu drehen Lift, um in der Thermik zu bleiben. Wenn der Pilot nicht reagiert, verlässt das Luftfahrzeug den Lift. Da in diesem Fall die Auftriebskarte im Speicher des Bordcomputers gespeichert ist, empfiehlt der Computer dem Piloten weiterhin, in den vorherigen Thermikbereich zurückzukehren, während er auch nach neuem Auftrieb sucht.

Ein optimaler Flugweg , um den besten Auftrieb und die beste Höhe in einer aktuellen Thermik zu erreichen, ist in 6 gezeigt. 5 . Der Computer zeigt die Richtung an: 1. Alle Bordsensoren innerhalb der Thermik zu haben, damit die Flügelflächen aller Fahrzeuge Auftrieb erzeugen, um die beste Höhe zu gewinnen, und 2. am nächsten zum Thermikzentrum zu drehen, wo der Auftrieb am stärksten ist, Drehen im kleinsten Radius, den das Luftfahrzeug bewältigen und der Pilot (wenn es sich um einen bemannten Flug handelt) aushalten kann. Dies sollte einen Pfad erzeugen, wie er in FIG. 5 und gewinne maximale Höhe aus einer aktuellen Thermik.

Der Luftfahrzeugcomputer kann die Sammlung der neuesten Auftriebskarten mit den Computern anderer Luftfahrzeuge teilen (unter Verwendung von drahtloser Kommunikation), um den Computern der anderen Luftfahrzeuge eine Auswertung zu ermöglichen und ihren Piloten möglicherweise Empfehlungen zu vielversprechenden Auftriebsstellen zu geben .

Aufzugskarten können mit einer Basisstation oder einer Computer-Cloud geteilt werden, um gespeichert und verarbeitet zu werden. Daten aus dieser großen Sammlung sind Statistiken über typische Thermiken, die an einem bestimmten Ort in einem bestimmten Zeitraum des Jahres erzeugt werden (sie werden in der Gemeinschaft der nicht angetriebenen Luftfahrzeuge auch als „Hausthermik“ bezeichnet). Diese Daten können durch Mittel der künstlichen Intelligenz verarbeitet werden, um die beste Schätzung für den Standort des nächsten Aufzugs bereitzustellen. Diese Daten werden in den Luftfahrzeugcomputer von unerfahrenen Piloten eingespeist, um ihnen zu helfen, länger in der Luft zu bleiben und Empfehlungen für die Geschichte der Thermik zusätzlich zu den aktuellen Erfindungsempfehlungen zu erhalten.

[0048] Auftrieb, der durch Wind erzeugt wird, der auf einen Kamm trifft und Luftauftrieb erzeugt, kann über ein ähnliches Verfahren verfolgt werden, d. h. unter Verwendung von Variometersensoren und/oder Beschleunigungsmessersensoren an den Flügelspitzen im Luftfahrzeug, wo das Luftfahrzeug den Auftrieb identifiziert. dem Piloten empfehlen, in den Auftrieb einzudrehen, festzustellen, ob es sich nicht um eine runde Thermik, sondern um einen Gratauftrieb handelt, auf allen Sensoren den höchsten Auftriebspfad suchen und dem Piloten/Autopiloten empfehlen, auf diesem Pfad zu bleiben. Der Gratlift verläuft im Allgemeinen in einer geraden Linie, aber diese Linie folgt geografischen Änderungen, wie z. B. einem Tal, einer Gratkurve usw.

Die Diskussion bezieht sich hauptsächlich auf nicht angetriebene Luftfahrzeuge, ist aber auch für angetriebene Luftfahrzeuge vollkommen relevant, dh um an Höhe zu gewinnen, während Treibstoff gespart wird, Motoren im Leerlauf laufen oder gestoppt werden können und um einen allgemein ruhigeren und billigeren Betrieb bereitzustellen. Es versteht sich, dass hier verschiedene Systeme und Prozesse offenbart wurden. Angesichts der vielen möglichen Ausführungsformen, auf die die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung angewendet werden können, sollte jedoch erkannt werden, dass die hierin in Bezug auf die Zeichnungsfiguren beschriebenen Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen sollen und nicht als einschränkend angesehen werden sollten Umfang der Ansprüche. Daher ziehen die hierin beschriebenen Techniken alle solche Ausführungsformen in Betracht, die in den Umfang der folgenden Ansprüche und deren Äquivalente fallen können.