DE102024109732A1

DE102024109732A1 - Rotor-controlled coupling unit for air refueling

Info

Publication number: DE102024109732A1
Application number: DE102024109732.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Donkels
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2024-04-08
Filing date: 2024-04-08
Publication date: 2025-10-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Koppeleinheit (1) für ein Ende eines Betankungsschlauches (3) oder eines Seils eines Schleppluftfahrzeugs (5) zum Koppeln eines weiteren Luftfahrzeugs, aufweisend einen Rotor (7) mit zumindest zwei radial von einer Rotordrehachse abstehenden Rotorblättern, die durch aerodynamische Anströmung in Drehbewegung um die Rotordrehachse versetzt werden können, und aufweisend eine mit dem Rotor (7) gekoppelte erste Aktoreinheit, wobei die erste Aktoreinheit zum Einstellen einer Neigung einer sich durch eine Umlaufbahn der Rotorblätter einstellenden Rotorebene ausgeführt ist, sodass eine Auslenkung eines Normalenvektors der Rotorebene von der Richtung der aerodynamischen Anströmung eine Kraft senkrecht zur aerodynamischen Anströmung auf die Koppeleinheit (1) bewirkt. The invention relates to a coupling unit (1) for one end of a refueling hose (3) or a cable of a towing aircraft (5) for coupling to another aircraft, comprising a rotor (7) with at least two rotor blades projecting radially from a rotor rotation axis, which rotor blades can be set in rotation about the rotor rotation axis by aerodynamic flow, and comprising a first actuator unit coupled to the rotor (7), wherein the first actuator unit is designed to adjust an inclination of a rotor plane adjusted by an orbit of the rotor blades, such that a deflection of a normal vector of the rotor plane from the direction of the aerodynamic flow causes a force perpendicular to the aerodynamic flow on the coupling unit (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Koppeleinheit für ein Ende eines Betankungsschlauches oder eines Seils eines Schleppluftfahrzeugs zum Koppeln eines weiteren Luftfahrzeugs, sowie ein Schleppluftfahrzeug mit einer Koppeleinheit und mit einer Winde und mit einer Steuereinheit.The invention relates to a coupling unit for one end of a refueling hose or a cable of a towing aircraft for coupling another aircraft, as well as to a towing aircraft with a coupling unit and with a winch and with a control unit.

Für die Luft-zu-Luft Betankung von Flugzeugen oder für das Einfangen bzw. Schleppen von Raketenunterstufen können aktuierte Koppeleinheiten (auch bekannt unter „Actuated Coupling Device“, abgekürzt „ACD“) am Ende eines Schleppseils oder Betankungsschlauches eingesetzt werden. Die Aktuierung ermöglicht es der Koppeleinheit, in gewissen Grenzen Positionsabweichungen zu einer Soll-Position beispielsweise zu einem anzukoppelnden Luftfahrzeug zu überwinden, wodurch im Allgemeinen die Arbeitsbelastung der Piloten der miteinander zu koppelnden Luftfahrzeuge und Ansprüche an die Technik der Luftfahrzeuge bei der Herstellung einer Formation zur Betankung gesenkt werden können und die Koppelung schneller hergestellt werden kann.For air-to-air refueling of aircraft or for capturing or towing rocket substages, actuated coupling devices (ACDs) can be used at the end of a tow rope or refueling hose. The actuation allows the coupling device to overcome, within certain limits, positional deviations from a target position, for example, of an aircraft to be coupled. This generally reduces the workload of the pilots of the aircraft to be coupled and the demands on the aircraft's technology when forming a refueling formation, and allows the coupling to be established more quickly.

Solche Koppeleinheiten sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der Veröffentlichung: Krause, Stefan und Cain, Sebastian und Funke, Alexander und Ferrändiz, Mario und Gonzälez, Joaquin.(2022) „Overview of a planned flight test operation for a scaled in-air capturing demonstration “. European Conference for Aeronautics and Space Sciences (EUCASS 2022), 27. Jun. - 1. Jul. 2022, Lille, France . Hierin wird eine aktuierte Koppeleinheit beschrieben. Wie in der dortigen gezeigt, kann diese aus zwei aerodynamisch wirksamen Bestandteilen bestehen: Erstens, einem Konus zur Erzeugung eines gewissen Luftwiderstands, welcher die Koppeleinheit in der Luft stabilisiert und einen biegeschlaffen Betankungsschlauch oder ein Seil mit einer solchen Koppeleinheit an dessen Ende spannt; und zweitens Statorflächen bzw. Ruder, welche Flügelprofile umfassen und einzeln so angesteuert werden können, dass die Koppeleinheit lateral und vertikal in Flugrichtung positioniert werden kann und mögliche Rollbewegungen der Koppeleinheit unterbunden werden. Hierbei befinden sich die Ruder stets in einer Ebene, welche möglichst durch den Schwerpunkt der Koppeleinheit verläuft, um Deviationsmomente zu vermeiden. Über eine Winde im Schlepp-Luftfahrzeug für den Betankungsschlauch (oder für das Seil) mit der Koppeleinheit an dessen Ende kann eine Positionierung der Koppeleinheit in Flugrichtung erreicht werden. Neben der Aktorik und entsprechender Avionik zu deren Ansteuerung kann die Koppeleinheit mit Sensoren und Funktelemetrie ausgestattet sein, um die Positionen der Luftfahrzeuge in der Formation zu detektieren und ggf. zu kommandieren.Such coupling units are known from the state of the art, for example from the publication: Krause, Stefan and Cain, Sebastian and Funke, Alexander and Ferrändiz, Mario and Gonzälez, Joaquin.(2022) “Overview of a planned flight test operation for a scaled in-air capturing demonstration “. European Conference for Aeronautics and Space Sciences (EUCASS 2022), June 27 - July 1, 2022, Lille, France . This describes an actuated coupling unit. As described in the As shown, this can consist of two aerodynamically effective components: Firstly, a cone to generate a certain amount of air resistance, which stabilizes the coupling unit in the air and tensions a flexible refueling hose or a cable with such a coupling unit at its end; and secondly, stator surfaces or rudders, which comprise wing profiles and can be individually controlled so that the coupling unit can be positioned laterally and vertically in the direction of flight and possible rolling movements of the coupling unit are prevented. The rudders are always in a plane that runs through the center of gravity of the coupling unit as far as possible to avoid deviation moments. The coupling unit can be positioned in the direction of flight using a winch in the towing aircraft for the refueling hose (or for the cable) with the coupling unit at its end. In addition to the actuators and corresponding avionics for their control, the coupling unit can be equipped with sensors and radio telemetry to detect the positions of the aircraft in the formation and, if necessary, to command them.

Hierbei treten häufig die folgenden Nachteile bzw. Herausforderungen auf:

Für die Positionierung der Koppeleinheit müssen typischerweise mindestens vier solcher Statorflächen eingesetzt werden. Das gleichzeitige Steuern einer Position der Koppeleinheit und das Unterbinden von Rollbewegungen relativ zum Schleppluftfahrzeug erfordern, dass die hierfür nötigen Steuerkommandos auf die Statorflächen abgemischt werden. Es ist eine Priorisierung der Rollstabilisierung erforderlich, da die Tendenz zu unerwünschten Rollbewegungen um die Längsachse recht hoch ist. Die Statorflächen weisen jedoch naturgemäß ein saturierendes Aktorverhalten auf.

The following disadvantages or challenges often arise:

Typically, at least four such stator surfaces are required to position the coupling unit. Simultaneously controlling the position of the coupling unit and preventing roll movements relative to the towing aircraft requires that the necessary control commands be mixed to the stator surfaces. Prioritizing roll stabilization is necessary because the tendency toward undesirable roll movements around the longitudinal axis is quite high. However, the stator surfaces naturally exhibit a saturating actuator behavior.

Die Anordnung von Rudern in einer Ebene erhöht das Risiko, dass unerwünschte Momente auftreten, deren Hebelarm sich durch den Abstand der Ruderebene zum Schwerpunkt ergibt.The arrangement of rudders in one plane increases the risk of undesirable moments occurring, the lever arm of which is determined by the distance of the rudder plane from the center of gravity.

Der vom Konus erzeugte Luftwiderstand ist primär von der aerodynamischen Fluggeschwindigkeit abhängig und kann daher nicht anderweitig angepasst werden.The drag generated by the cone depends primarily on the aerodynamic flight speed and therefore cannot be adjusted in any other way.

Eine Stromversorgung der Koppeleinheit ist schwierig. Es kann entweder eine Batterie integriert werden, die jedoch unerwünschten Masseeintrag zur Folge hat, es kann alternativ ein Stromkabel in den Betankungsschlauch oder das Schleppseil integriert werden.Providing power to the coupling unit is difficult. One option is to integrate a battery, which, however, results in unwanted grounding, or to integrate a power cable into the refueling hose or tow rope.

Es ist eine Kommunikation zwischen der Winde im Schleppluftfahrzeug und der Koppeleinheit nötig, um die Positionierung der Koppeleinheit in Flugrichtung zu erreichen. Eine Verlagerung der Winde vom Schleppluftfahrzeug in die Koppeleinheit mit weiterem Seil bzw. Betankungsschlauch ist im Hinblick auf einen dafür notwendigen Bauraum und den damit einhergehenden Masseeintrag nicht ratsam. Die Kommunikation kann als Datenlink, welcher unter Umständen störbar und/oder detektierbar ist, ausgeführt sein oder als langes Kabel integriert in den Betankungsschlauch oder das Schleppseil, wodurch diese sonst einfachen Elemente an Komplexität gewinnen.Communication between the winch in the towing aircraft and the coupling unit is necessary to position the coupling unit in the direction of flight. Relocating the winch from the towing aircraft to the coupling unit with an additional cable or refueling hose is not advisable due to the required installation space and the associated mass. Communication can be implemented as a data link, which is potentially susceptible to interference and/or detection, or as a long cable integrated into the refueling hose or tow rope, which adds complexity to these otherwise simple elements.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Koppeleinheit zu verbessern, während die grundsätzlichen Funktionen der Koppeleinheit der Kopplung eines weiteren Luftfahrzeugs und der zu diesem Zweck auszuführenden Positionierung erhalten werden.The object of the invention is to improve such a coupling unit while retaining the basic functions of the coupling unit for coupling another aircraft and the positioning to be carried out for this purpose.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention is based on the features of the independent claims. Advantageous developments and refinements are the subject of the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Koppeleinheit für ein Ende eines Betankungsschlauches oder eines Seils eines Schleppluftfahrzeugs zum Koppeln eines weiteren Luftfahrzeugs, aufweisend einen Rotor mit zumindest zwei radial von einer Rotordrehachse abstehenden Rotorblättern, die durch aerodynamische Anströmung in Drehbewegung um die Rotordrehachse versetzt werden können, und aufweisend eine mit dem Rotor gekoppelte erste Aktoreinheit, wobei die erste Aktoreinheit zum Einstellen einer Neigung einer sich durch eine Umlaufbahn von Blattspitzen der Rotorblätter einstellenden Rotorebene ausgeführt ist, sodass eine Auslenkung eines Normalenvektors der Rotorebene von der Richtung der aerodynamischen Anströmung eine Kraft senkrecht zur aerodynamischen Anströmung auf die Koppeleinheit erzeugt.A first aspect of the invention relates to a coupling unit for one end of a refueling hose or a cable of a towing aircraft for coupling another aircraft, comprising a rotor with at least two rotor blades projecting radially from a rotor rotation axis, which rotor blades can be set in rotation about the rotor rotation axis by aerodynamic flow, and comprising a first actuator unit coupled to the rotor, wherein the first actuator unit is designed to adjust an inclination of a rotor plane adjusted by an orbit of blade tips of the rotor blades, such that a deflection of a normal vector of the rotor plane from the direction of the aerodynamic flow generates a force perpendicular to the aerodynamic flow on the coupling unit.

Der Rotor mit seinen Rotorblättern wird im Flug des Schleppluftfahrzeugs durch die anströmende Luft mit der aerodynamischen Geschwindigkeit des Schleppluftfahrzeugs angetrieben, ähnlich zu dem Rotor einer stationär aufgestellten Windkraftanlage zur elektrischen Energieerzeugung für das reguläre Stromnetz und ähnlich zu einem Hubschrauber, der sich im Zustand der Autorotation befindet.During flight of the towing aircraft, the rotor with its rotor blades is driven by the incoming air at the aerodynamic speed of the towing aircraft, similar to the rotor of a stationary wind turbine for generating electrical energy for the regular power grid and similar to a helicopter in a state of autorotation.

Die anströmende Luft durchströmt die Rotorebene und treibt die Rotorblätter an, sodass sich im Rotor eine sich selbst stabilisierende Drehgeschwindigkeit einstellt. Diese Drehgeschwindigkeit ist abhängig von der Dichte der anströmenden Luft, der Geschwindigkeit der anströmenden Luft, und aerodynamischen Eigenschaften der Rotorblätter, insbesondere deren aerodynamischen Anstellwinkel. Mit zunehmender Drehgeschwindigkeit der Rotorblätter steigt deren aerodynamischer Widerstand gegen ihre Umfangsgeschwindigkeit, sodass ein stabilisierender Effekt erzeugt wird und sich eine Drehgeschwindigkeit im Kräftegleichgewicht stationär einstellen kann.The incoming air flows through the rotor plane and drives the rotor blades, resulting in a self-stabilizing rotational speed within the rotor. This rotational speed depends on the density of the incoming air, the speed of the incoming air, and the aerodynamic properties of the rotor blades, particularly their aerodynamic angle of attack. As the rotational speed of the rotor blades increases, their aerodynamic drag against their peripheral speed increases, creating a stabilizing effect and allowing a steady rotational speed to be established in equilibrium.

Ein Normalenvektor auf die Rotorebene ist ein abstraktes Konstrukt, um die geometrischen Verhältnisse am Rotor gegenüber der anströmenden Luft zu beschreiben. Der Normalenvektor bezeichnet eine senkrechte Richtung auf eine gedachte Ebene, in der die Blattspitzen der Rotorblätter umlaufen. Indem die Rotorebene gezielt gegenüber der Richtung der aerodynamischen Anströmung eingestellt wird, kann eine Kraft auf die Koppeleinheit erzeugt werden, welche senkrecht zur aerodynamischen Anströmung wirkt. A normal vector to the rotor plane is an abstract construct used to describe the geometric relationships between the rotor and the incoming airflow. The normal vector denotes a perpendicular direction to an imaginary plane in which the tips of the rotor blades orbit. By deliberately adjusting the rotor plane relative to the direction of the aerodynamic flow, a force can be generated on the coupling unit that acts perpendicular to the aerodynamic flow.

Diese Kraft ist insbesondere eine Komponente des aerodynamischen Widerstands des Rotors.This force is particularly a component of the aerodynamic drag of the rotor.

Diese Komponente ist dann gleich null, wenn der Normalenvektor perfekt mit der Richtung der aerodynamischen Anströmung übereinstimmt. Dann liegt der aerodynamische Widerstand in seiner Richtung exakt auf der Richtung der aerodynamischen Anströmung. Wird jedoch die Rotorebene mithilfe der ersten Aktoreinheit so geneigt, dass der Normalenvektor auf die Rotorebene einen Winkel ungleich null zur Richtung der aerodynamischen Anströmung erhält, so wird auch die Richtung des aerodynamischen Widerstands von der Richtung der aerodynamischen Anströmung mit einem Winkel ungleich null abweichen, und der aerodynamische Widerstand des Rotors lässt sich in eine Komponente in Richtung der aerodynamischen Anströmung und in eine Richtung senkrecht dazu zerlegen.This component is zero when the normal vector perfectly matches the direction of the aerodynamic flow. In this case, the direction of the aerodynamic drag lies exactly in the direction of the aerodynamic flow. However, if the rotor plane is tilted using the first actuator unit so that the normal vector to the rotor plane is at a non-zero angle to the direction of the aerodynamic flow, the direction of the aerodynamic drag will also deviate from the direction of the aerodynamic flow by a non-zero angle, and the rotor's aerodynamic drag can be broken down into a component in the direction of the aerodynamic flow and a direction perpendicular to it.

In welche Richtung diese Komponente des aerodynamischen Widerstands in der Ebene senkrecht zur aerodynamischen Anströmung gerichtet ist, hängt davon ab, um welche Achse oder Linearkombination der Achsen eines zur Koppeleinheit körperfesten Koordinatensystems die Rotorebene gekippt wird.The direction in which this component of the aerodynamic drag is directed in the plane perpendicular to the aerodynamic flow depends on the axis or linear combination of the axes of a coordinate system fixed to the coupling unit around which the rotor plane is tilted.

Die erste Aktoreinheit und die weiter im Folgenden genannte zweite Aktoreinheit werden bevorzugt durch eine Kontrolleinheit der Koppeleinheit angesteuert. Die Kontrolleinheit steuert die jeweilige Aktoreinheit gemäß einer gewünschten Positionierung der Koppeleinheit relativ zum Schleppluftfahrzeug an.The first actuator unit and the second actuator unit mentioned below are preferably controlled by a control unit of the coupling unit. The control unit controls the respective actuator unit according to a desired positioning of the coupling unit relative to the towing aircraft.

Es entsteht damit vorteilhaft die Möglichkeit mithilfe der ersten Aktoreinheit, durch Orientierungsänderung der Rotorebene an der Koppeleinheit, eine in Richtung und Größe einstellbare Kraft auf die Koppeleinheit zu erzeugen, welche in einer Ebene senkrecht zur aerodynamischen Ansteuerung von Koppeleinheit und damit des Schleppluftfahrzeugs liegt, um die Koppeleinheit gegenüber dem weiteren Luftfahrzeug, welches an die Koppeleinheit angekoppelt werden soll, in der Position in dieser Ebene auszurichten. Durch die rotierende Masse des Rotors wird außerdem ein stabilisierender Drall aufgebaut.This advantageously creates the possibility of using the first actuator unit to change the orientation of the rotor plane on the coupling unit, generating a force on the coupling unit that is adjustable in direction and magnitude. This force lies in a plane perpendicular to the aerodynamic control of the coupling unit and thus of the towing aircraft, in order to align the coupling unit in this plane relative to the other aircraft that is to be coupled to the coupling unit. The rotating mass of the rotor also creates a stabilizing spin.

Wird außerdem wie weiter oben beschrieben ein Konus, wie das im Folgenden beschriebene Konuselement, am Ende der Koppeleinheit vorgesehen, was beispielsweise zur Luftbetankung zur Zentrierung eines Tankstutzens des weiteren Luftfahrzeuges häufig eingesetzt wird, kann die Funktion des Konuselements darauf reduziert werden, den Koppelungsteil (wie beispielsweise ein Tankstutzen) des anzukoppelnden weiteren Luftfahrzeuges zur Koppeleinheit zu führen und vor dem Rotor zu schützen. Hierfür kann eine sehr leichte und filigranere Form genutzt werden, als ein typischer Konus aus dem Stand der Technik.If, as described above, a cone, such as the cone element described below, is provided at the end of the coupling unit, which is often used, for example, for in-flight refueling to center a fuel nozzle of another aircraft, the function of the cone element can be reduced to guiding the coupling part (such as a fuel nozzle) of the additional aircraft to be coupled to the coupling unit and protecting it from the rotor. A very light and more delicate shape can be used for this purpose than a typical cone from the state of the art.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Koppeleinheit weiterhin einen Stator auf, welcher zumindest zwei aerodynamische Wirkflächen umfasst, die an eine zweite Aktoreinheit gekoppelt sind, wobei die zweite Aktoreinheit zum Einstellen eines aerodynamischen Anstellwinkels der aerodynamischen Wirkflächen ausgeführt ist.According to an advantageous embodiment, the coupling unit further comprises a stator which comprises at least two aerodynamic active surfaces which are coupled to a second actuator unit, wherein the second actuator unit is designed to adjust an aerodynamic angle of attack of the aerodynamic active surfaces.

Durch die Verwendung eines in seiner Rotorebene einstellbaren Rotors in Kombination mit einem Stator insbesondere in einer zur Rotorebene im Wesentlichen parallelen Stator-Ebene werden zwei hintereinander angeordnete Steuerebenen geschaffen. Die zweite Steuerebene umfassend den Stator dient insbesondere dem Ausgleich von unerwünschten Momenten, welche durch den Rotor eingebracht werden. Die Aufteilung von Steuerung der Position und der Momente auf zwei Wirkebenen vereinfacht das Regelungsproblem pro Ebene und erhöht die Steuerautorität.By using a rotor that is adjustable in its rotor plane, in combination with a stator, particularly in a stator plane that is essentially parallel to the rotor plane, two control planes arranged one behind the other are created. The second control plane, comprising the stator, serves primarily to compensate for undesirable torques introduced by the rotor. Dividing the position and torque control into two effective planes simplifies the control problem per plane and increases the control authority.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Koppeleinheit weiterhin einen elektrischen Generator auf, der mit dem Rotor gekoppelt ist oder koppelbar ist, um eine Drehbewegung des Rotors gegenüber der übrigen Koppeleinheit in eine Drehbewegung im elektrischen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie zu überführen.According to a further advantageous embodiment, the coupling unit further comprises an electric generator which is coupled or can be coupled to the rotor in order to convert a rotational movement of the rotor relative to the rest of the coupling unit into a rotational movement in the electric generator for generating electrical energy.

Durch die Kopplung des Rotors mit einem Generator kann die Antriebsleistung des Luftstroms zur Energieerzeugung genutzt werden. Eine Stromversorgung durch das Schleppluftfahrzeug oder das Mitführen von, unter Umständen großen, Batterien entfallen, das Systemgewicht wird reduziert. Die autarke Energieversorgung ermöglicht es, die Koppeleinheit völlig separat vom Schleppluftfahrzeug einzusetzen.By coupling the rotor to a generator, the propulsion power of the airflow can be used to generate energy. A power supply from the towing aircraft or the carrying of potentially large batteries is eliminated, reducing the system weight. The self-sufficient power supply allows the coupling unit to be used completely separately from the towing aircraft.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Aktoreinheit mit einer Taumelscheibe verbunden und dazu ausgeführt, eine Neigung der Taumelscheibe zur zyklischen Blattverstellung der Rotorblätter einzustellen, um die Umlaufbahn der radial außen gelegenen Blattspitzen der Rotorblätter durch einen Schlagwinkelverlauf der Rotorblätter einzustellen.According to a further advantageous embodiment, the first actuator unit is connected to a swash plate and designed to adjust an inclination of the swash plate for cyclic blade adjustment of the rotor blades in order to adjust the orbit of the radially outer blade tips of the rotor blades by a stroke angle progression of the rotor blades.

Besonders bevorzugt wird demnach die Verkippung der Rotorebene mithilfe einer Taumelscheibe und einer zyklischen Rotorblatt-Verstellung erzeugt. Indem mithilfe von Steuerstangen der Koppeleinheit eine Orientierung der Taumelscheibe geändert wird, wird ein Einstellwinkel eines jeweiligen Rotorblatts und damit im Allgemeinen auch ein aerodynamischer Anstellwinkel eines jeweiligen Rotorblatts über den Umlauf zyklisch eingestellt. Durch Veränderung des aerodynamischen Anstellwinkels wird der aerodynamische Widerstand in einer Umlaufebene und der aerodynamische Auftrieb eines jeweiligen Rotorblatts geändert, eine Schlagbewegung eines jeweiligen Rotorblatts induziert und damit die Rotorebene eingestellt. Eine solche Ansteuerung ist aus der Hubschraubertechnik wohlbekannt. Indem ein lagerloser und gelenkloser Rotor angewendet wird, lässt sich der Phasenverzug der Einsteuerung reduzieren und eine höhere Brandbreite bei der Übertragung von Steuerkommandos auf die physischen Effekte am Rotor realisieren. Solche lagerlosen und gelenklosen Rotoren sind ebenfalls aus der Hubschraubertechnik wohlbekannt.Accordingly, the tilt of the rotor plane is particularly preferably generated using a swashplate and cyclic rotor blade adjustment. By changing the orientation of the swashplate using control rods of the coupling unit, the setting angle of each rotor blade and thus generally also the aerodynamic angle of attack of each rotor blade is cyclically adjusted over the revolution. By changing the aerodynamic angle of attack, the aerodynamic drag in a revolution plane and the aerodynamic lift of each rotor blade are changed, a flapping motion of each rotor blade is induced, and thus the rotor plane is adjusted. Such control is well known from helicopter technology. By using a bearingless and jointless rotor, the phase delay of the control can be reduced and a wider bandwidth can be realized when transmitting control commands to the physical effects on the rotor. Such bearingless and jointless rotors are also well known from helicopter technology.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Rotor verkippbar gelagert, wobei die erste Aktoreinheit dazu ausgeführt ist, eine Lagerung des Rotors mit samt den Rotorblättern und ihrer Rotordrehachse zu verkippen.According to a further advantageous embodiment, the rotor is mounted in a tiltable manner, wherein the first actuator unit is designed to tilt a bearing of the rotor together with the rotor blades and their rotor rotation axis.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Koppeleinheit weiterhin ein Konuselement zum Aufnehmen eines Schnittstellenelements des weiteren Luftfahrzeugs auf, wobei das Konuselement mit einem Gelenk an einer Trägereinheit mit dem Rotor verbunden ist, sodass das Konuselement und die Trägereinheit relativ zueinander verkippt werden können.According to a further advantageous embodiment, the coupling unit further comprises a conical element for receiving an interface element of the further aircraft, wherein the conical element is connected to the rotor by a joint on a carrier unit, so that the conical element and the carrier unit can be tilted relative to one another.

Je nach eingesetztem Rotorsystem (z.B. Taumelscheibe mit Rotorblättern ohne Gelenk) können erzeugte lineare Kräfte zur Positionierung mit unerwünschten Rotationsmomenten einhergehen. Auch bei Verwendung eines gelenkigen Rotors wie mit zentralem mechanischen Schlaggelenk treten solche Momente auf, wenn die Ebene mit einer resultierenden Kraft nicht exakt durch den Schwerpunkt führt. Diese Momente können zu einer unerwünschten Orientierungsänderung der Koppeleinheit zur anströmenden Luft führen. Dadurch reduziert sich die effektiv nutzbare Öffnung des Konuselements, und evtl. eingesetzte Sensoren der Koppeleinheit können das weitere, anzukoppelnde Luftfahrzeug nicht mehr erfassen. Zur Abhilfe dessen kann gemäß dieser Ausführungsform eine Vorrichtung (z.B. ein Gelenk) vorgesehen werden, welches eine Neigung des Konuselements zu den Rotorebenen ermöglicht, so dass das Konuselement weiterhin auf das zu koppelnde weitere Luftfahrzeug ausgerichtet werden kann. Das Konuselement kann passiv durch den Luftstrom ausgerichtet werden (nicht aktuiert) oder durch eine weitere Aktuierung aktiv ausgerichtet werden.Depending on the rotor system used (e.g., swashplate with non-articulated rotor blades), generated linear forces for positioning can be accompanied by undesirable rotational moments. Even when using an articulated rotor, such as one with a central mechanical flapping joint, such as a rotor with a central mechanical flapping joint, such as a rotor with a central mechanical flapping joint, such that the plane with a resulting force does not pass exactly through the center of gravity. These moments can lead to an undesirable change in the orientation of the coupling unit relative to the incoming airflow. This reduces the effectively usable opening of the cone element, and any sensors used in the coupling unit can no longer detect the additional aircraft to be coupled. To remedy this, according to this embodiment, a device (e.g., a joint) can be provided that allows the cone element to be inclined relative to the rotor planes, so that the cone element can still be aligned with the additional aircraft to be coupled. The cone element can be passively aligned by the airflow (not actuated) or actively aligned by an additional actuation.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Aktoreinheit dazu ausgeführt, eine synchrone kollektive Steuerung der Anstellwinkel der Rotorblätter vorzunehmen.According to a further advantageous embodiment, the first actuator unit is designed to carry out a synchronous collective control of the angle of attack of the rotor blades.

Die kollektive Steuerung der Anstellwinkel der Rotorblätter bedeutet eine synchrone Verstellung der Einstellwinkel der Rotorblätter und im Allgemeinen damit auch eine Änderung der aerodynamischen Anstellwinkel der Rotorblätter, sodass diese einen höheren Auftrieb und einen höheren Widerstand bei ihrem Umlauf erzeugen. Werden sämtliche Einstellwinkel der Rotorblätter somit synchron geändert, ändert sich die Drehzahl des Rotors sowie der gesamte Widerstand der Koppeleinheit.The collective control of the angle of attack of the rotor blades means a synchronous adjustment the pitch angle of the rotor blades and, in general, a change in the aerodynamic angle of attack of the rotor blades, so that they generate greater lift and greater drag as they rotate. If all the pitch angles of the rotor blades are changed synchronously, the rotor speed and the overall drag of the coupling unit change.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Schleppluftfahrzeug mit einer Koppeleinheit wie oben und im Folgenden beschrieben mit einer Winde und mit einer Steuereinheit, wobei das Schleppluftfahrzeug dazu ausgeführt ist, einen Betankungsschlauch oder ein Seil jeweils mit der Koppeleinheit an dessen Ende im Flug hinter sich her zu ziehen, wobei die Winde dazu ausgeführt ist, auf Ansteuerung der Steuereinheit hin eine Längenausgabe des Betankungsschlauches oder des Seils zum Schleppluftfahrzeug einzustellen.A further aspect of the invention relates to a towing aircraft with a coupling unit as described above and below with a winch and with a control unit, wherein the towing aircraft is designed to pull a refueling hose or a rope behind it in flight, each with the coupling unit at its end, wherein the winch is designed to adjust a length output of the refueling hose or the rope to the towing aircraft upon control of the control unit.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, eine Zugspannung im Betankungsschlauch oder im Seil auf einen Sollwert zu regeln, indem bei zu großer Zugspannung der Betankungsschlauch oder das Seil vom Schleppluftfahrzeug weg ausgegeben wird und bei zu kleiner Zugspannung zum Schleppluftfahrzeug eingezogen wird.According to a further advantageous embodiment, the control unit is designed to regulate a tensile stress in the refueling hose or in the cable to a desired value by extending the refueling hose or the cable away from the towing aircraft if the tensile stress is too high and retracting it towards the towing aircraft if the tensile stress is too low.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Aktoreinheit der Koppeleinheit dazu ausgeführt, eine kollektive Steuerung der Anstellwinkel der Rotorblätter vorzunehmen, wobei die Koppeleinheit eine Kontrolleinheit aufweist, die dazu ausgeführt ist, die kollektive Steuerung der Anstellwinkel der Rotorblätter einzusteuern, um unter Ausnutzung der Regelung der Steuereinheit des Schleppluftfahrzeugs indirekt eine Längsentfernung des Betankungsschlauches oder das Seils zum Schleppluftfahrzeug einzustellen.According to a further advantageous embodiment, the first actuator unit of the coupling unit is designed to carry out a collective control of the angle of attack of the rotor blades, wherein the coupling unit has a control unit which is designed to control the collective control of the angle of attack of the rotor blades in order to indirectly adjust a longitudinal distance of the refueling hose or the cable to the towing aircraft by utilizing the control of the control unit of the towing aircraft.

Durch die kollektive Rotorblattverstellung kann, ähnlich zu Windenergieanlagen, die Drehzahl und das Drehmoment am Rotor verändert werden. Dadurch ändert sich dessen Luftwiderstand, wodurch die Zugkraft der Koppeleinheit am Seil/Betankungsschlauch eingestellt werden kann. Durch die Verwendung einer Winde im Schleppluftfahrzeug, welche bevorzugt eine konstante Seilkraft einstellt, kann die Koppeleinheit hierdurch die Position in Flugrichtung selbstständig ändern - ein höherer Widerstand führt somit zum Ausfahren des Betankungsschlauchs/Seils, ein geringerer Widerstand zum Verkürzen des Betankungsschlauchs/Seils. Hierdurch wird einerseits eine weitere Entkoppelung der Koppeleinheit zum Schleppluftfahrzeug erreicht und, insbesondere in militärischen Anwendungen, auf die Komplexität eines Datenlinks zwischen dem Schleppluftfahrzeug und der Koppeleinheit zumindest zu diesem Zweck verzichtet.Through collective rotor blade adjustment, the speed and torque of the rotor can be changed, similar to wind turbines. This changes its air resistance, allowing the pulling force of the coupling unit on the cable/refueling hose to be adjusted. By using a winch in the towing aircraft, which preferably sets a constant cable force, the coupling unit can independently change its position in the direction of flight - higher resistance thus leads to the extension of the refueling hose/cable, while lower resistance leads to the shortening of the refueling hose/cable. This further decouples the coupling unit from the towing aircraft and, particularly in military applications, eliminates the complexity of a data link between the towing aircraft and the coupling unit, at least for this purpose.

Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Schleppluftfahrzeugs ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Koppeleinheit vorstehend gemachten Ausführungen.Advantages and preferred developments of the proposed towing aircraft result from an analogous and analogous transfer of the statements made above in connection with the proposed coupling unit.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features, and details will become apparent from the following description, which – where appropriate with reference to the drawings – describes at least one embodiment in detail. Identical, similar, and/or functionally equivalent parts are provided with the same reference numerals.

Es zeigen:

1: Eine Schleppluftfahrzeug mit einer Koppeleinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2: Eine Koppeleinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3: Eine Koppeleinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

They show:

1 : A towing aircraft with a coupling unit according to an embodiment of the invention.
2 : A coupling unit according to an embodiment of the invention.
3 : A coupling unit according to a further embodiment of the invention.

Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.The representations in the figures are schematic and not to scale.

1 zeigt ein Schleppluftfahrzeug 5, welches kurz vor einer Betankung eines weiteren Luftfahrzeugs steht. Hierbei ist das Heck des Schleppluftfahrzeugs 5 in der linken Bildhälfte gezeigt. Von einer Winde 15 wird ein Betankungsschlauch 3 im Flug des Schleppluftfahrzeugs 5 hinterhergezogen, an dessen Ende sich eine Koppeleinheit 1 befindet. In der rechten Bildhälfte ist schematisch die Front eines weiteren Luftfahrzeugs mit ausgefahrenem Tankstutzen gezeigt, welches im Begriff ist, an die Koppeleinheit 1 des Schleppluftfahrzeugs 5 anzudocken. 1 shows a towing aircraft 5 about to refuel another aircraft. The rear of the towing aircraft 5 is shown in the left half of the image. A winch 15 pulls a refueling hose 3 behind the towing aircraft 5 in flight, with a coupling unit 1 at the end of the hose. The right half of the image schematically shows the front of another aircraft with its refueling nozzle extended, which is about to dock with the coupling unit 1 of the towing aircraft 5.

2 zeigt die Koppeleinheit 1, wie in der Situation der 1 verwendet, im Querschnitt. Der Betankungsschlauch 3 dient dazu, Treibstoff vom Schleppluftfahrzeug 5 zum weiteren Luftfahrzeug während eines Fluges zu übertragen, um das weitere Luftfahrzeug aufzutanken. Hierzu führt das Ende des Betankungsschlauches 3 durch eine Hohlwelle der Koppeleinheit 1. Im vorderen Teil der Koppeleinheit 1 ist ein elektrischer Generator 11 angeordnet, um eine gleichmäßige Gewichtsverteilung in der Koppeleinheit 1 zu erreichen. Der Generator 11 ist mit einem Rotor 7 verbunden, welcher sich um eine gedachte Rotordrehachse, die im Wesentlichen durch die Hohlwelle verläuft, dann dreht, wenn die Koppeleinheit 1 in einer Situation wie in 1 gezeigt aerodynamischer Anströmung ausgesetzt ist. Diese Anströmung treibt den Rotor 7 an, der Rotor 7 dreht sich und treibt den elektrischen Generator 11 an, der als Energieversorgung für die Koppeleinheit 1 dient. Sollte der geforderte Widerstand größer sein als der Strombedarf der Avionik der Koppeleinheit 1, kann der Generator 11 die überschüssige Energie z.B. durch Aufheizung von Kühlkörpern an den Luftstrom als Wärme abgeben. Der Rotor 7 weist einzelne Rotorblätter auf, welche mithilfe einer Taumelscheibe kollektiv und zyklisch über einen vollständigen Umlauf in ihrem aerodynamischen Anstellwinkel eingestellt werden, indem eine erste Aktoreinheit mithilfe von Steuerstangen die Taumelscheibe in ihrer Position und Neigung einstellt. Durch die kollektive Verstellung der Anstellwinkel der Rotorblätter wird der Widerstand des gesamten Rotors 7 neu eingestellt, der aerodynamische Widerstand der Koppeleinheit 1 kann somit als Ganzes eingestellt werden. Wird außerdem im Schleppluftfahrzeug 5 an der Winde 15 eine Zugkraft am Betankungsschlauch 3 geregelt, so kann durch eine eigene Kontrolleinheit der Koppeleinheit 1, welche den kollektiven Blattwinkel der Rotorblätter ändert, somit am Schleppluftfahrzeug 5 eine Ausgabe oder ein Einziehen des Betankungsschlauches 3 kommandiert werden, ohne dass dafür eine explizite Datenübertragung mithilfe eines elektronischen Kommunikationsprotokolls notwendig wäre. Diese Kollektiv- Verstellung der Rotorblätter insbesondere in Kombination mit der Kraftregelung an der Winde 15 muss jedoch nicht implementiert werden, es ist ausreichend für eine gesteuerte Bewegung der Koppeleinheit 1 in einer Ebene senkrecht zur aerodynamischen Anströmungsrichtung, wenn die Rotorebene des Rotors 7 geneigt werden kann. Dann nämlich kann eine Komponente der Widerstandskraft des Rotors 7 erzeugt werden, die in dieser Ebene senkrecht zur aerodynamischen Anströmungsrichtung liegt, indem der Kraftvektor des aerodynamischen Widerstands beabsichtigt geneigt wird. Diese Kraftkomponente des aerodynamischen Widerstands sorgt für eine Bewegung der Koppeleinheit 1 in genau dieser Ebene. Die Koppeleinheit 1 ist somit selbstständig in der Lage, in gewissen Grenzen ihre Position innerhalb dieser Ebene einzustellen, um ein Andocken des weiteren Luftfahrzeugs an die Koppeleinheit 1 zu ermöglichen. Konkret erfolgt das Andocken an ein Konuselement 13, welches durch seine trichterförmige Formgebung gewisse Positionsabweichungen zum Tankstutzen des weiteren Luftfahrzeugs ausgleichen kann. Ist jedoch wie im Beispiel ein optionaler elektrischer Generator 11 vorgesehen, der zur grundsätzlichen Funktionsweise der Positionssteuerung der Koppeleinheit 1 nicht unbedingt notwendig ist, solang eine Energieversorgung der ersten Aktoreinheit anderweitig sichergestellt werden kann, ist das Drehmoment durch den Generator 11 auszugleichen. Hierfür wird ein Stator 9 vorgesehen, der hinterhalb des Rotors 7 angeordnet wird. Hierbei werden nicht-drehende Statorblätter in Form von Finnen in der Funktion von aerodynamischen Wirkflächen vorgesehen, welche in ihrem aerodynamischen Anstellwinkel durch eine zweite Aktoreinheit einstellbar sind. Weisen diese einen aerodynamischen Anstellwinkel ungleich null auf, erzeugen diese ihren lokalen Auftrieb, der durch die spezielle Anordnung der Statorblätter ein Rollmoment erzeugen kann, das genau dem Moment des Generators 11 entgegen gerichtet ist, sodass per Regelung erreicht werden kann, dass netto kein Rollmoment auf die Koppeleinheit 1 wirkt. Es wird somit ein konstanter Rollwinkel erreicht. Nahe der Statorebene befindet sich zur gleichmäßigen Gewichtsverteilung die Avionik mit der Kontrolleinheit der Koppeleinheit 1, welche die erste Aktoreinheit und die zweite Aktoreinheit ansteuert. 2 The coupling unit 1 shows how in the situation of 1 used, in cross section. The refueling hose 3 is used to transfer fuel from the towing aircraft 5 to the other aircraft during a flight in order to refuel the other aircraft. For this purpose, the end of the refueling hose 3 leads through a hollow shaft of the coupling unit 1. In the front part of the coupling unit 1, an electrical generator 11 is arranged in order to achieve a uniform weight distribution in the coupling unit 1. The generator 11 is connected to a rotor 7, which rotates about an imaginary rotor rotation axis, which essentially runs through the hollow shaft, when the coupling unit 1 is in a situation as in 1 shown is exposed to aerodynamic flow. This flow drives the rotor 7, the rotor 7 rotates and drives the electrical generator 11, which serves as the power supply for the coupling unit 1. If the required resistance is greater than the power consumption of the avionics of the coupling unit 1, the generator 11 can release the excess energy to the airflow as heat, e.g. by heating up heat sinks. The rotor 7 has individual rotor blades, which are collectively and cyclically adjusted in their aerodynamic angle of attack over a complete revolution with the help of a swashplate. A first actuator unit adjusts the position and inclination of the swashplate using control rods. By collectively adjusting the angle of attack of the rotor blades, the resistance of the entire rotor 7 is readjusted; the aerodynamic resistance of the coupling unit 1 can thus be adjusted as a whole. If, in addition, a pulling force on the refueling hose 3 is controlled on the winch 15 in the towing aircraft 5, a separate control unit of the coupling unit 1, which changes the collective blade angle of the rotor blades, can thus command the release or retraction of the refueling hose 3 on the towing aircraft 5 without the need for explicit data transmission using an electronic communication protocol. However, this collective adjustment of the rotor blades, particularly in combination with the force control on the winch 15, does not have to be implemented; it is sufficient for a controlled movement of the coupling unit 1 in a plane perpendicular to the aerodynamic flow direction if the rotor plane of the rotor 7 can be tilted. Then, a component of the drag force of the rotor 7 can be generated that lies in this plane perpendicular to the aerodynamic flow direction by intentionally tilting the force vector of the aerodynamic drag. This force component of the aerodynamic drag ensures a movement of the coupling unit 1 in precisely this plane. The coupling unit 1 is thus independently capable of adjusting its position within this plane within certain limits in order to enable the additional aircraft to dock with the coupling unit 1. Specifically, the docking takes place at a conical element 13, which, thanks to its funnel-shaped configuration, can compensate for certain positional deviations relative to the refueling nozzle of the additional aircraft. However, if, as in the example, an optional electric generator 11 is provided, which is not absolutely necessary for the basic functionality of the position control of the coupling unit 1 as long as a power supply to the first actuator unit can be ensured by another means, the torque is compensated by the generator 11. For this purpose, a stator 9 is provided, which is arranged behind the rotor 7. Non-rotating stator blades in the form of fins function as aerodynamic active surfaces, the aerodynamic angle of attack of which can be adjusted by a second actuator unit. If these have an aerodynamic angle of attack other than zero, they generate their local lift, which, due to the special arrangement of the stator blades, can generate a roll moment that is exactly opposite to the moment of generator 11, so that, by control, no net roll moment acts on coupling unit 1. This achieves a constant roll angle. To ensure even weight distribution, the avionics system with the control unit of coupling unit 1, which controls the first actuator unit and the second actuator unit, is located near the stator plane.

3 zeigt eine alternative Koppeleinheit 1 von oben. Die Koppeleinheit 1 ist wie vorhergehend beschrieben an einem Betankungsschlauch 3, an dessen Ende, angeordnet. Weiterhin sind zu sehen der Rotor 7 und der Stator 9. Da der Rotor 7 neben der Positionierungskraft auch Momente erzeugt, welche die Koppeleinheit 1 schräg zur aerodynamischen Anströmung stellen könnten, werden das Konuselement 13 und die übrige Koppeleinheit 1 über ein Gelenk von dieser Schräglage befreit und können sich frei im Luftstrom ausrichten. Somit ist das Konuselement 13 über ein Gelenk mit dem vorderen Teil der Koppeleinheit 1 verbunden. Das Konuselement 13 ist so aufgebaut, dass es sich durch den Luftwiderstand um das Gelenk in Flugrichtung ausrichten kann. Der gelenklose Rotor 7 erzeugt durch das zyklische Anstellen der Taumelscheibe Momente und Kräfte, welche eine laterale oder vertikale Positionierung der Koppeleinheit 1 erlauben. 3 shows an alternative coupling unit 1 from above. The coupling unit 1 is arranged on a refueling hose 3, as previously described, at the end thereof. The rotor 7 and the stator 9 can also be seen. Since the rotor 7, in addition to the positioning force, also generates moments which could position the coupling unit 1 at an angle to the aerodynamic flow, the cone element 13 and the rest of the coupling unit 1 are freed from this inclined position via a joint and can align themselves freely in the airflow. The cone element 13 is thus connected to the front part of the coupling unit 1 via a joint. The cone element 13 is constructed in such a way that it can align itself in the direction of flight due to air resistance around the joint. The jointless rotor 7 generates moments and forces through the cyclical adjustment of the swashplate, which allow a lateral or vertical positioning of the coupling unit 1.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been illustrated and explained in detail by means of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a multitude of possible variations exist. It is also clear that embodiments mentioned by way of example really only represent examples that are not to be understood in any way as limiting the scope, possible applications, or configuration of the invention. Rather, the foregoing description and the description of the figures enable those skilled in the art to specifically implement the exemplary embodiments. The skilled person, with knowledge of the disclosed inventive concept, can make various changes, for example with regard to the function or arrangement of individual elements mentioned in an exemplary embodiment, without departing from the scope of protection defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanations in the description.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Koppeleinheitcoupling unit
33: Betankungsschlauchrefueling hose
55: SchleppluftfahrzeugTowing aircraft
77: Rotorrotor
99: Statorstator
1111: Generatorgenerator
1313: KonuselementCone element
1515: Windewinds

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Krause, Stefan and Cain, Sebastian and Funke, Alexander and Ferrändiz, Mario and Gonzälez, Joaquin. (2022) “Overview of a planned flight test operation for a scaled in-air capturing demonstration [0003]
European Conference for Aeronautics and Space Sciences (EUCASS 2022), June 27 - July 1, 2022, Lille, France [0003]

Claims

Coupling unit (1) for one end of a refueling hose (3) or a cable of a towing aircraft (5) for coupling another aircraft, comprising a rotor (7) with at least two rotor blades projecting radially from a rotor rotation axis, which rotor blades can be set in rotation about the rotor rotation axis by aerodynamic flow, and comprising a first actuator unit coupled to the rotor (7), wherein the first actuator unit is designed to adjust an inclination of a rotor plane adjusted by an orbit of blade tips of the rotor blades, such that a deflection of a normal vector of the rotor plane from the direction of the aerodynamic flow causes a force perpendicular to the aerodynamic flow on the coupling unit (1).

Coupling unit (1) according to Claim 1 , further comprising a stator (9) which comprises at least two aerodynamic active surfaces which are coupled to a second actuator unit, wherein the second actuator unit is designed to adjust an aerodynamic angle of attack of the aerodynamic active surfaces.

Coupling unit (1) according to one of the preceding claims, comprising an electrical generator (11) which is or can be coupled to the rotor (7) in order to convert a rotational movement of the rotor (7) relative to the rest of the coupling unit (1) into a rotational movement in the electrical generator (11) for generating electrical energy.

Coupling unit (1) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the first actuator unit is connected to a swash plate and is designed to adjust an inclination of the swash plate for cyclic blade adjustment of the rotor blades in order to adjust the orbit of the rotor blades by a stroke angle progression of the rotor blades.

Coupling unit (1) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the rotor (7) is mounted so as to be tiltable, wherein the first actuator unit is designed to tilt a bearing of the rotor (7) together with the rotor blades and their rotor rotation axis.

Coupling unit (1) according to one of the preceding claims, further comprising a conical element (13) for receiving an interface element of the further aircraft, wherein the conical element (13) is connected to the rotor (7) by means of a joint on a carrier unit, so that the conical element (13) and the carrier unit can be tilted relative to one another.

Coupling unit (1) according to one of the preceding claims, wherein the first actuator unit is designed to carry out a synchronous collective control of the angles of attack of the rotor blades.

Towing aircraft (5) with a coupling unit (1) according to one of the preceding claims and with a winch (15) and with a control unit, wherein the towing aircraft (5) is designed to pull a refueling hose (3) or a cable, each with the coupling unit (1) at its end, behind it in flight, wherein the winch (15) is designed to adjust a length output of the refueling hose (3) or the cable to the towing aircraft (5) upon control of the control unit.

Towing aircraft (5) to Claim 8 , wherein the control unit is designed to regulate a tensile stress in the refueling hose (3) or in the cable to a desired value by dispensing the refueling hose (3) or the cable away from the towing aircraft (5) if the tensile stress is too great and retracting it towards the towing aircraft (5) if the tensile stress is too low.

Towing aircraft (5) to Claim 9 , wherein the first actuator unit of the coupling unit (1) is designed to carry out a collective control of the angle of attack of the rotor blades, wherein the coupling unit (1) has a control unit which is designed to control the collective control of the angle of attack of the rotor blades in order to indirectly adjust a longitudinal distance of the refueling hose (3) or the cable to the towing aircraft (5) by utilizing the control of the control unit of the towing aircraft (5).