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    • 专利摘要:
    Solar-Antriebssystem (1) für ein Fluggerät zur Bereitstellung mechanischer und elektrischer Energie mit einem Arbeits-Kreislauf (3), der eine Absorber-Einrichtung (14) mit einer diesem zugeordneten Positionier-Einrichtung (16), eine Wärmekraft-Maschine (20), eine Heißdampf-Leitung (18) zur Führung eines Arbeitsmediums (19) in Form von Heißdampf von der Absorber-Einrichtung (14) zur Wärmekraft-Maschine (20), einen Elektro-Generator (21) zur Erzeugung von Strom aus der von der Wärmekraft-Maschine (20) bereitgestellten mechanischen Energie aufweist, wobei dem Arbeits-Kreislauf (3) ein Energiespeicher-Kreislauf (5) mit einem Wasser-Abscheider zur Gewinnung von Wasser aus der Umgebung und einem Hydrolysator zur Gewinnung von Wasserstoff aus dem Wasser zugeordnet ist, um den Wasserstoff einem Membran-Körper (10) zuzuführen, so dass dieser Auftriebs-erhöhend auf das Fluggerät wirkt und als Energiespeichermedium fungiert, und wobei eine Einrichtung (50) vorgesehen ist, mit der die Füllmenge des Membran-Körpers (10) gesteuert werden kann.
    公开号:DE102004013808A1
    申请号:DE102004013808
    申请日:2004-03-18
    公开日:2005-10-06
    发明作者:Hans Wolfgang Dipl.-Ing. Pongratz
    申请人:EADS Deutschland GmbH；
    IPC主号:B64B1-58
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Solarantriebssystem für ein Fluggerät.
    [0002] Ausdem allgemeinen Stand der Technik ist ein Fluggerät mit NamenPathfinder bekannt, das ein überSolarzellen auf der Flügeloberseiteund Elektromotoren mit Propeller angetriebenes Höhenflugzeug ist, das aber keineEnergie speichern kann und wegen des relativ hohen Flächengewichtesder Sonnenzellen nur bei Tag und bei ausreichend hoher Sonneneinstrahlungfliegen kann.
    [0003] Esist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereit zu stellen,mit dem der solargetriebene Flug bei Tag und bei Nacht, im Sommerund im Winter möglichist mit praktisch unbegrenzter Standzeit.
    [0004] DieseAufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. WeitereAusführungsformensind in den Unteransprüchenangegeben.
    [0005] Erfindungsgemäß ist einSolar-Antriebssystem fürein Fluggerätzur Bereitstellung mechanischer und elektrischer Energie mit einemArbeits-Kreislauf vorgesehen, der eine Absorber-Einrichtung miteiner diesem zugeordneten Positionier-Einrichtung, eine Wärmekraft-Maschine,eine Heißdampf-Leitungzur Führungeines Arbeitsmediums in Form von Heißdampf von der Absorber-Einrichtungzur Wärmekraft-Maschine,einen Elektro-Generator zur Erzeugung von Strom aus der von derWärmekraft-Maschinebereitgestellten mechanischen Energie aufweist. Dem Arbeits-Kreislaufist ein Energiespeicher-Kreislauf mit einem Wasser-Abscheider zurGewinnung von Wasser aus der Umgebung und einem Hydrolysator zurGewinnung von Wasserstoff aus dem Wasser zugeordnet, um den Wasserstoffeinem Membran-Körper zuzuführen, so dassdieser Auftriebs-erhöhendauf das Fluggerät wirktund als Energiespeichermedium fungiert. Weiterhin ist eine Einrichtungvorgesehen, mit der die Füllmengedes Membran-Körpersgesteuert werden kann.
    [0006] DieLage zumindest einer Absorptionsfläche der Absorber-Einrichtungkann nach dem mittels einer Sensorik erfassten Sonnenstand einstellbarsein, um die Solarenergie-Ausbeutezu optimieren.
    [0007] Beidem Solar-Antriebssystem kann der Membran-Körper einen ersten, auf seinerInnenseite verspiegelten Membran-Abschnitt und einen zweiten, transparentenMembran-Abschnitt aufweisen, der als sammelnde Feldlinse ausgebildetist, so dass in einem vorgegebenen Fluglagen-Bereich Sonnenstrahlenden zweiten Membran-Abschnittdurchdringen und der erste Membran-Abschnitt diese auf zumindesteine Absorptionsflächeder Absorptions-Einrichtung konzentriert.
    [0008] EinEnergierückgewinnungs-Kreislaufkann zur zusätzlichenBeschickung der Wärmekraftmaschinemit Heißdampfvorgesehen sein, der einen Anschluß zur Entnahme von Kondensataus dem Kondensator, einen Brenner, eine Speise-Einrichtung zur Zuführung von Arbeitsmedium inflüssigerForm an eine Verdampfungs-Einrichtung, die dem Brenner zugeordnetist, sowie eine Heißdampf-Leitung zur Wärmekraftmaschineumfasst.
    [0009] Daserfindungsgemäße Solarantriebssystem istfür denLangzeit-Antrieb eines Fluggerätesdurch Sonnenenergie bei Tag und Nacht, im Sommer und im Winter,und allgemein bei geringer Sonneneinstrahlung (Wolken) zur Überbrückung energiearmer Zeitengeeignet und dadurch auch überlängereZeiträumesowie bei niedrigem Sonnenstand im Winter in mittleren Breiten undunabhängigvom Wetter einsetzbar. Dies ist möglich durch die direkte Gewinnungvon Sonnenenergie und Nutzung derselben zur Gewinnung speicherbarerEnergie in Form von Wasserstoffgas mittels der Elektrolyse von Wasserund durch Rückgewinnungder gespeicherten Energie im Bedarfsfall.
    [0010] Durchdie Verwendung der Innenseite des Membran-Körpers, d.h. der dem Innenraumdes Körperszugewandten Seite des jeweiligen Bereichs, als Fangspiegel ergibtsich ein großflächiger Hohlspiegel mitsehr geringem Flächengewichtund kurzer Brennweite.
    [0011] EinVorteil der Erfindung ist, dass die einfallende Strahlungsdichtebis zum 100fachen vergrößert werdenkann, wodurch hohe Absorbertemperaturen erzielt werden können, diewiederum einen guten Wirkungsgrad der angeschlossenen Wärmekraft-Maschineerlauben. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der Membranfangspiegelein sehr geringes Flächengewichtaufweist und damit eine großeEinfangflächeermöglicht.
    [0012] Einweiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der Membrankörper einsehr großesVolumen ermöglicht,das bei Befüllungmit einem Traggas zur Auftriebserzeugung herangezogen werden kann.
    [0013] Einweiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der Membrankörper einvariables Aufnahmevolumen fürdie als Traggas und als Energiespeicher dienende Wasserstoff-Füllung hat.Dies erlaubt einerseits die Anpassung des Auftriebs-Volumens an den Flugzustandund die Flughöheund andererseits die sichere Lagerung des brennbaren Wasserstoffgasesin einer Prallhülleohne tote Volumina in denen sich ein brennbares Luft-Wasserstoff-Gemischbilden könnte inFolge von Leckagen.
    [0014] EinVorteil der Erfindung ist weiterhin das geringe Einbaugewicht.
    [0015] EinVorteil der Erfindung ist weiterhin die Einstellbarkeit des Absorbers.Damit kann unabhängig vonder eigenen Flug-Richtung und dem Sonnenstand die bestmögliche Sonnenenergieausbeuteerzielt werden, ohne dass dazu ein nach dem Stand der Technik beiortsfesten Anlagen bekannter vorgesehener großflächiger Fangspiegel bewegt undausgerichtet werden muss.
    [0016] DieArbeitsflüssigkeitkann, an sich bekannt, mit einer Hochdruck-Speisepumpe zugeführt oder durchKapillarwirkung zugeführtwerden. Bei der letztgenannten Alternative können sich Gewichts- und Leistungsvorteileergeben. Weitere Vorteile der Ausführung mit Kapillarförderungder Erfindung sind, dass keine bewegten Teile benötigt werden,der Betrieb nahezu geräuschlosist und das geringe Gewicht.
    [0017] EinVorteil dieser Erfindung ist insbesondere auch, dass in dem Membran-Körper große Mengen anEnergie lange gespeichert werden können und das Fluggerät für die Energie-Speicherungkeinen Gewichts-Aufschlag tragen muss, sondern im Gegenteil denWasserstoff-gefülltenMembran-Körper alsAuftriebskörpereinsetzen kann, der unter geeigneten Bedingungen sogar einen reinenLuftschiff-Schwebeflug ermöglicht.
    [0018] Alsweiterer Vorteil ergibt sich damit, dass in Einsatzphasen der Energieknappheitgleichzeitig die meiste Energie gespeichert werden kann und mit demSchwebeflug die energiesparendste Fortbewegung möglich ist.
    [0019] Alsweiterer Vorteil ergibt sich, dass der Schwebeflug praktisch geräuschlosist, was den Einsatz akustischer Sensoren begünstigt.
    [0020] Alsweiterer Vorteil ergibt sich, dass wenn mehr Energie benötigt wird,als an Solarenergie verfügbarist, Wasserstoff verbrannt und mit der Wärme die Wärmekraftmaschine betriebenwerden kann, was auch die Erzeugung kurzzeitiger Spitzenleistungenzulässt,die aus Solar-Energie nicht zu erreichen sind. Ein Vorteil der Erfindungist, dass das Fluggerät damitim Bedarfsfall höhereSpitzengeschwindigkeiten erreichen und auch über längere Zeit halten kann, alsmit reinem Solarantrieb.
    [0021] Imfolgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Figur beschrieben,die zeigen:
    [0022] 1 einefunktionale Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solar-Antriebssystemsmit Bestandteilen des Energie-Haushaltsund der Steuerung desselben, wobei ein Membran-Körper zur Auftriebs-Erzeugungund optional zur Energie-Rückgewinnungverwendet wird, wobei die zur Energie-Erzeugung vorgesehene Wärmekraftmaschineein Stirling-Motor ist;
    [0023] 2 einefunktionale Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solar-Antriebssystems,wobei die zur Energie-Erzeugung vorgesehene Wärmekraftmaschine eine Expansionskolben-Dampfmaschineist;
    [0024] 3 einefunktionale Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solar-Antriebssystems,wobei die zur Energie-Erzeugung vorgesehene Wärmekraftmaschine eine Expansions-Turbineist;
    [0025] 4 eineschematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendbarenRöhrenabsorbers;
    [0026] 5 eineschematische Perspektiv-Darstellung einer Anwendung des erfindungsgemäßen Solar-Antriebssystemsfür einenStarrflügler,dessen Flügelden Membran-Körperbilden;
    [0027] 6 eineschematische Perspektiv-Darstellung einer Anwendung des erfindungsgemäßen Solar-Antriebssystemsfür einPrall-Luftschiff;
    [0028] 7 eineschematische Perspektiv-Darstellung einer Anwendung des erfindungsgemäßen Solar-Antriebssystemsfür einenangetriebenen Gleitfallschirm.
    [0029] Daserfindungsgemäße Solar-Antriebssystem 1 umfassteinen Solarenergiearbeits-Kreislauf 3, einenEnergiespeicher-Kreislauf 5, einen Energierückgewinnungs-Kreislauf 7.Die Energiespeicherung sowie die Energiegewinnung erfolgt mittelseines Membran-Körpers 10.Der Membran-Körper 10 kannein Bestandteil eines Fluggerätesnach dem Stand der Technik sein, oder einen formgebenden Bestandteildes Fluggerätesbilden.
    [0030] DerSolarenergiearbeits-Kreislauf 3 enthält einen Fangspiegel 12,eine Absorber-Einrichtung odereinen Absorber 14 mit einem zugeordneten Absorber-Positioniereinrichtung 16,eine Wärmekraft-Maschine 20,eine Heißdampf-Leitung 18 zur Führung einesArbeitsmediums 19 in Form von Heißdampf von dem Absorber 14 zurWärmekraft-Maschine 20,einen Elektro-Generator 21 zur Erzeugung von Strom ausder von der Wärmekraft-Maschine 20 bereitgestelltenmechanischen Energie und einen Kondensator 22 mit einemKondensat-Sammelbehälter 23.Dazu gehörenweiterhin eine Zufuhr-Leitung 24 für das Arbeitsmedium in Formvon Nassdampf von der Wärmekraft-Maschine 20 zumKondensator 22 sowie eine Speise-Einrichtung 25 zurSpeisung des Absorbers 14 mit flüssigem Arbeitsmedium 19.
    [0031] DerEnergiespeicher-Kreislauf 5 weist auf: Einen Wasser-Abscheider 32 zurGewinnung von Wasser aus Feuchtigkeit der Umgebungsluft 30,einen Wassertank 34 zur Zwischen-Speicherung des gewonnenWassers, einen Hydrolysator 35 mit einer Zufuhr-Leitung 36 für Wasservom Wassertank 34 zum Hydrolysator 35 und einerelektrischen Leitung 36 vom Generator 21, einenMembran-Körper 40 mit einerWasserstoff-Zuleitung 42 vom Hydrolysator 35, einenWasserstoff-Brenner 44 mit einer Wasserstoff-Zuleitung 46 vomMembran-Körper 40 undeiner Luft-Zuleitung 48, die mit der Umgebungsluft 30 in Verbindungsteht.
    [0032] Deroptional vorgesehene Energierückgewinnungs-Kreislauf 7 dientzur zusätzlichenBeschickung der Wärmekraftmaschine 20 undumfasst einen Anschluss 52 zur Entnahme von Kondensat 19, eineSpeise-Einrichtung 54 zur Zuführung von Arbeitsmedium inflüssigerForm an eine Verdampfungs-Einrichtung 55, die dem Brenner 55 zugeordnetist, sowie eine Heißdampf-Leitung 57 zurWärmekraftmaschine 20.
    [0033] Derfunktionale Zusammenhang dieser Bestandteile des erfindungsgemäßen Solar-Antriebssystems gehtaus den 1, 2 und 3 hervor,wobei identische Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnetsind.
    [0034] Strahlungsenergievon der Sonne S wird eingefangen von dem Fangspiegel 12,der aus einem ersten, innen verspiegelten Teil oder Membran-BereichA des Membran-Körpers 10 gebildetist. Der erste Teil A der Membran ist also auf der dem Innenraumzugewandten Seite oder der Hohlseite verspiegelt, um darauf einstrahlendesLicht in Richtung zum Innenraum des Membran-Körpers 10 reflektierenzu können.Ein zweiter Teil oder Membran-Bereich B ist durchsichtig gebildet.Vorzugsweise ist die gesamte Membran des Körpers 10 durch diebeiden Teile A, B gebildet, wobei vorzugsweise der Teil A eine inetwa erste Hälfteund der Teil B eine zweite Hälftedes Membran-Körpers 10 bilden.
    [0035] DerMembran-Körper 10 istals eine durch Innendruck stabilisierte geschlossene Membran ausgeführt undkann zusätzlichdurch Streben stabilisiert sein. Der zur Formstabilisierung desMembran-Körpers 10 erforderlicheInnendruck wird durch die Zufuhr einer Mindestmenge von Wasserstoff über die Wasserstoff-Leitung 42 erreicht.Da die zugeführte Mengevariabel ist, muss auch das Volumen des Membran-Körpers 10 zumindestin Teilbereichen der Oberflächevariabel sein, um auf verschiedene Füllzustände infolge Treibstoffverbrauchsund die höhenabhängige Forderungnach dem angepassten Traggasvolumen für den Schwebeflug reagierenzu können.
    [0036] DieForm des Membran-Körpers 10 kannje nach Anwendungsfall gewähltwerden. Im folgenden ist unter der Bezeichnung „oben" oder „Oberseite" die der Sonne zugewandte Seite zu verstehen,wobei von einem Sollfluglagen-Bereich des Fluggerätes auszugehenist. Dementsprechend ist unter der Bezeichnung „unten" oder „Unterseite" eine von der Sonneabgewandte Seite zu verstehen. Wesentlich ist, dass in der Draufsichtauf den Bereich A die Innenseite des Bereichs A eine Konkave Fläche ausbildet.Dadurch könnenSonnenstrahlen, die durch den transparenten Teil hindurchtretendurch Reflexion zumindest teilweise in Bezug auf die Absorptionsflächen derAbsorber-Einrichtung 14 gebündelt werden. Zum Sammeln derSonneneinstrahlung ist also ein, an sich bekannter, groß-flächiger Fangspiegelals leichter Energie-Konzentrator vorgesehen. Dieser sammelt undreflektiert die Strahlungsenergie zu der Absorber-Einrichtung 14,der die Strahlungsenergie in Wärmeenergieumgewandelt.
    [0037] DieWirkung des Energie-Konzentrators kann noch verbessert werden durchAusführungder durchsichtigen Oberschale, also des Membran-Bereichs B, alsFeldlinse, die durch Einprägeneiner Fresnellinsenstruktur (Kreisrillen mit gleicher Oberflächen-Neigungwie eine äquivalenteVolllinse) in die Oberschale realisiert sein kann.
    [0038] BeiBetrieb mit konstantem Volumen kann ein rotationssymmetrischer Körper mitvorzugsweise parabolischer Querschnittsform des Membran-BereichsA bzw. der Unterschale verwendet werden. Für Betrieb mit variablem Volumendurch Veränderung derOberflächenform(z.B. der Profildicke) muss der Membrankörper eine abwickelbare Oberfläche haben.Diese kann z.B. die Form eines Kegelstumpfs haben, um den Membran-Körper 10 alssymmetrisch profilierten Tragflügelvariabler Profildicke zu formen. Die Unterseite kann in beiden Fällen dieForm einer in einer oder in beiden Richtungen parabolischen Wannehaben.
    [0039] Mittelseiner Flugführungs-Einrichtung 50 undentsprechenden Steuerungsmitteln ist die Lage des Membran-Körpers 10 imRaum einstellbar. Dabei wird die Lage des Membran-Körpers 10 zuroptimalen Energieausbeute so eingestellt, dass der zweite durchsichtigeMembran-Bereich B eine sonnenzugewandte Außenseite und der verspiegelteerste Bereich A eine sonnenzugewandten Innen(rück)seite des Membran-Körpers 10 bilden,so dass ein großflächiger Fangspiegel 12 mitsehr geringem Flächengewichtund kurzer Brennweite entsteht.
    [0040] Ineiner einfachen Ausführungsformder Erfindung kann lediglich eine Einrichtung 50 vorgesehensein, mit der die Füllmengedes Membran-Körpers 10 gesteuertwerden kann.
    [0041] Für die Absorber-Einrichtung 14 kannein Absorber nach dem Stand der Technik verwendet werden. Die Absorber-Einrichtung 14 weisteine Absorptionsflächen-Anordnung 60 mitzumindest einer Absorptionsfläche 61 auf.Die Absorptionsfläche 61 ist vorzugsweiseeine schwarze Absorberflächeoder als schwarzer Körperund insbesondere als schwarzer Metallkörper gebildet und steht inKontakt mit zumindest einem Verdampfer-Kanal 63 mit ausreichend geringemQuerschnitt, durch den das Arbeitsmedium 19 fließt. Derim Absorber-Gehäuse 65 angeordnete Verdampfer-Kanal 63,durch den das Arbeitsmedium 19 fließt, nimmt durch dessen Lagein der Gehäuse 65 undseine Auslegung mit ausreichend geringem Querschnitt die auf denAbsorber-Einrichtung 14 übertragene Wärmeenergieaus der Sonnenstrahlung auf. Bei Einwirkung ausreichender Sonnen-Energieauf die Absorptionsflächen-Anordnung 60 sowieaufgrund der Bauweise des Absorbers wird das in dem Verdampfer-Kanal 63 geführte Arbeitsmediumin dampfförmigenZustand gebracht. Der entstehende hochgespannte (i.e. unter Druckstehende – derArbeitsdruck im Arbeitsmediumkreislauf wird vorzugsweise relativhoch gewähltum eine hohe Energiedichte zu erreichen und damit Bauvolumen und Einbaugewichtniedrig zuhalten) Heißdampfwird durch eine Heißdampf-Sammelleitungerfasst. Das dampfförmigeArbeitsmedium wird aufgrund des von der Speise-Einrichtung 25 inder Leitung 25 bzw. der Heißdampf-Leitung 25 ausgeübten Druckesund der Ausdehnung infolge der Wärmezufuhrim Verdampfer der Wärmekraftmaschine 20 zugeführt.
    [0042] DieEinstellung der Lage des Absorbers oder die Nachführung desAbsorbers kann in verschiedener Weise gesteuert sein: durch geometrischeBerechnung, durch direkte Suche nach dem Brennfleck, oder indirektdurch Suche nach der Position mit der höchsten Energieausbeute. EinVorteil der Erfindung ist, dass damit unabhängig von der eigenen Flug-Richtungund dem Sonnenstand die bestmögliche Sonnenenergieausbeuteerzielt wird, ohne dass dazu (Stand der Technik: Bei bekannten,ortsfesten thermischen Solarkraftanlagen wird ein fester Absorberauf einem Turm verwendet, auf den die Energie eines großen odermehrerer kleiner Fangspiegel durch Nachführung desselben nach dem Sonnenstandgerichtet wird. Thermische Solarkraftanlagen auf Fahrzeugen sindderzeit nicht Stand der Technik.) der große Fangspiegel bewegt werdenmuss.
    [0043] DieAbsorber-Einrichtung 14 ist in einer bevorzugten Ausführungsformder Erfindung übereine Absorber-Positioniereinrichtung 16 einstellbar realisiert.Die Absorber-Positioniereinrichtung 16 umfasst eineVerstell-Mechanik und je nach Anwendungsfall einen Funktionsteilmit einer Steuerungs- und/oder Regelungsfunktion. Dabei kann dieAbsorber-Positionier-Einrichtung 16 von außen, z.B.einer in einem Flugzeug oder am Boden vorgesehenen Kontroll-Einrichtungangesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Funktionsteilder Absorber-Positioniereinrichtung 16 einen Regelkreismit entsprechender Sensorik aufweisen, die funktional mit der Flugführungs-Einrichtung 50 inVerbindung steht und durch die die Absorber-Positioniereinrichtung 16 den Absorber 14 zurOptimierung der Energie-Ausbeute einstellt. Dadurch kann die für die optimaleEnergie-Ausbeute erforderliche Absorberposition bestimmt und derMechanik fürdie Positionierung des Absorbers 14 zugeführt werden,der die mechanische Einstellung oder Positionierung desselben vornimmt.
    [0044] Vorzugsweiseist erfindungsgemäß die Verwendungeines Röhren-Absorbersvorgesehen, der als schwarzer Körpergebildet ist (4). Die Einspeisung des Arbeitsmediumsvon dem Kondensator 22 in die Absorber-Einrichtung 14 erfolgt über die Speise-Einrichtung 25.Diese kann durch eine mit dem Kondensat-Sammelbehälter 23 verbundeneKapillarröhren-Anordnungrealisiert sein, die das flüssigeArbeitsmedium unter Ausnutzung der Kapillarwirkung dem Absorber 14 zuführt. Alternativkann die Zuführungdes Arbeitsmediums übereine Speisepumpe 25 erfolgen, die mit dem Kondensatsammel-Behälter 23 undeiner mit der Absorber- Einrichtung 14 verbundeneZuleitung 27 fürflüssigesArbeitsmedium in Verbindung steht.
    [0045] DasArbeitsmedium des Solarenergie-Arbeitskreislaufs 3 wirdder Absorber-Einrichtung 14 über dieSpeise-Einrichtung 25a zugeführt. Die Zufuhr des Arbeitsmediumskann übereine Speise-Pumpe oder anderen Fördermittelnnach dem Stand der Technik erfolgen.
    [0046] DieSpeise-Einrichtung muss bei der Ausführungsform mit Wärmetauscherund Stirling-Motor praktisch nur die Strömungswiederstände im Arbeitskreislauf überwinden,nicht aber das Expansionsdruckgefälle in der Wärmekraftmaschine,da die Expansion mit einem anderen Arbeitsmedium im Sterling-Motorerfolgt. Dies begünstigtden Einsatz einer Kapillarförderung,die nicht so hohe Drückewie eine Speisepumpe erreicht, aber ohne bewegte Teile auskommt.
    [0047] Ineiner bevorzugten Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Antriebssystemsist die von der Wärmekraftmaschine 20 zuder Absorber-Einrichtung 10 verlaufende Zuleitung zumindestabschnittsweise mit einer Förderkapillareoder einer Anordnung aus Förderkapillaren(nicht dargestellt) versehen. In diesem Fall ist die Zuleitung zumindestabschnittsweise als Kapillarförderungs-Speiseleitungzur Förderungdes Arbeitsmediums an die Absorber-Einrichtung 10 ausgeführt: DieseKapillarförderungs-Speiseleitung kannaus einem Bündelfeiner Kapillar-Röhrenoder aus anderweitig in ein Trägermaterialeingearbeiteten feinen Kapillarkanälen gebildet sein, die vondem Arbeitsmedium stark benetzt werden und deren Innen-Durchmesserso bemessen ist, dass durch Osmose ein Flüssigkeitstransport aus derWärmekraftmaschine 20 bzw.dem Kondensator 22 gegen den durch die Verdampfung desArbeitsmediums in dem zumindest einen Verdampferkanal bestehendenArbeitsdruck in die Absorber-Einrichtung 10 stattfindet.
    [0048] Ineiner ersten Ausführungsformist als Wärmekraftmaschine 20a einStirling-Motor 80 mit einem vorgeschalteteten Wärmetauscher 82 vorgesehen. DerWärmetauscher 82 kannz.B. als Röhrenwärmetauscherausgeführtsein. Der Wärmetauscher 82 stelltdie Wärmeenergieaus dem Arbeitsmedium des Arbeitskreislaufs 3, das z.B.Wasserdampf oder Öldampfoder ein anderes gut wärmeleitendes,leicht verdampfbares und als Dampf überhitzbares Medium sein kann,dem Stirling- Motor zur Verfügungund leitet das in dem WärmetauscherabgekühlteArbeitsmedium in den Kondensator 22, wo es durch weitere Abkühlung ineinem Oberflächenkühler verflüssigt wird.In dem Kondensator 22 sammelt sich das flüssige Kondensatdurch Schwerkraft-Wirkung in einem Kondensat-Sammelbehälter 84.Die Wärmekraftmaschine 20a entziehtdem Arbeitsmedium durch Expansion mechanische Energie, die an derAbtriebswelle des Motors abgegeben wird. Dann wird das Motorarbeitsmediumausgestoßenund an die Umgebung abgegeben.
    [0049] DasArbeitsmedium des Solarenergie-Arbeitskreislaufs 3 wirdder Absorber-Einrichtung 14 über dieSpeise-Einrichtung 25b zugeführt. Die Zufuhr des Arbeitsmediumskann übereine Speise-Pumpe oder anderen Fördermittelnnach dem Stand der Technik erfolgen.
    [0050] Ineiner bevorzugten Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Antriebssystemsist die von der Wärmekraftmaschine 20b zuder Absorber-Einrichtung 10 verlaufende Zuleitung mit einerSpeisepumpe zur Förderungdes Arbeitsmediums an die Absorber-Einrichtung 10, gegenden durch die Verdampfung des Arbeitsmediums in dem zumindest einen Verdampferkanalbestehenden Arbeitsdruck, ausgeführt.
    [0051] Ineiner zweiten Ausführungsformist als Wärmekraftmaschine 20b eineExpansions-Dampfmaschinevorgesehen. Die Heißdampfleitung 25 stelltder 1. Expansionsstufe der Wärmekraftmaschine 20b dieWärmeenergieaus dem Arbeitsmedium des Arbeitskreislaufs 3, das z.B.Wasserdampf oder Öldampfoder ein anderes gut wärmeleitendes,leicht verdampfbares und als Dampf (ohne Zersetzung) überhitzbaresMedium sein kann, zur Verfügung.In der 1. Expansionsstufe 170 wird das Arbeitsmedium unterAbgabe mechanischer Arbeit überden auf diese Stufe entfallenden Teil des Arbeitsdruckes entspanntund danach in den Zwischenerhitzer 171 ausgestoßen. Indem Zwischenerhitzer wird das Arbeitsmedium durch Einspritzen vonfrischem Heißdampf ausder Heißdampfleitungaufgeheizt und getrocknet. Dadurch können Kondensationsverlusteverringert werden. Danach wird das Arbeitsmedium in die 2.Expansionsstufe 172 eingeleitetund unter weiterer Arbeitsabgabe über den Rest-Arbeitsdruck bis0,5 bar überdem Umgebungsdruck entspannt, wenn eine zweistufige Anlage verwendetwird. Nach der letzten Expansionsstufe 172 wird das Arbeitsmediumin Form von Nassdampf in den Kondensator 22 geleitet, woes durch weitere Abkühlungin einem Oberflächenkühler verflüssigt wird.In dem Kondensator 22 sammelt sich das flüssige Kondensatdurch Schwerkraft-Wirkung in einem Kondensat-Sammelbehälter 84.Die Wärmekraftmaschine 20b entziehtdem Arbeitsmedium durch Expansion mechanische Energie, die an derAbtriebswelle des Motors abgegeben wird.
    [0052] DasArbeitsmedium des Solarenergie-Arbeitskreislaufs 3 wirdder Absorber-Einrichtung 14 über dieSpeise-Einrichtung 25c zugeführt. Die Zufuhr des Arbeitsmediumskann übereine Speise-Pumpe oder anderen Fördermittelnnach dem Stand der Technik erfolgen.
    [0053] DieSpeise-Einrichtung muss bei der Ausführungsform mit Expansions-Dampfturbinesowohl die Strömungswiederstände im Arbeitskreislaufals auch das volle Expansionsdruckgefälle in der Wärmekraftmaschine(vorzugsweise 12 bis 40 bar) überwinden, dadie Expansion des Arbeitsmediums in der Expansions-Dampfturbineerfolgt. Dies benachteiligt den Einsatz einer reinen Kapillarförderung,die nicht so hohe Arbeitsdrückewie eine Speisepumpe erreicht, aber ohne bewegte Teile auskommt.
    [0054] Ineiner bevorzugten Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Antriebssystemsist die von der Wärmekraftmaschine 20c zuder Absorber-Einrichtung 10 verlaufende Zuleitung mit einerSpeisepumpe zur Förderungdes Arbeitsmediums an die Absorber-Einrichtung 10 ausgeführt, gegenden durch die Verdampfung des Arbeitsmediums in dem zumindest einenVerdampferkanal bestehenden Arbeitsdruck.
    [0055] Ineiner zweiten Ausführungsformist als Wärmekraftmaschine 20c eineExpansions-Dampfturbinevorgesehen. Die Heißdampfleitung 25 stellt der1. Expansionsstufe der Wärmekraftmaschine 20c dieWärmeenergieaus dem Arbeitsmedium des Arbeitskreislaufs 3, das z.B.Wasserdampf oder Öldampfoder ein anderes gut wärmeleitendes,leicht verdampfbares und als Dampf (ohne Zersetzung) überhitzbaresMedium sein kann, zur Verfügung.In der 1. Expansionsstufe 180 wird das Arbeitsmedium unterAbgabe mechanischer Arbeit überden auf diese Stufe entfallenden Teil des Arbeitsdruckes entspanntund danach in den Zwischenerhitzer 181 ausgestoßen. Indem Zwischenerhitzer wird das Arbeitsmedium durch Einspritzen vonfrischem Heißdampf ausder Heißdampfleitungaufgeheizt und getrocknet. Dadurch können Kondensationsverlusteverringert werden. Danach wird das Arbeitsmedium in die 2.Expansionsstufe 182 eingeleitetund unter weiterer Arbeitsabgabe über den Rest-Arbeitsdruck bis0,5 bar überdem Umgebungsdruck entspannt, wenn eine zweistufige Anlage verwendetwird. Nach der letzten Expansionsstufe 182 wird das Arbeitsmediumin Form von Nassdampf in den Kondensator 22 geleitet, woes durch weitere Abkühlungin einem Oberflächenkühler verflüssigt wird.In dem Kondensator 22 sammelt sich das flüssige Kondensatdurch Schwerkraft-Wirkung in einem Kondensat-Sammelbehälter 84.Die Wärmekraftmaschine 20c entziehtdem Arbeitsmedium durch Expansion mechanische Energie, die an derAbtriebswelle des Motors abgegeben wird.
    [0056] Indem Kondensator 22 wird das Arbeitsmedium durch Abkühlung verflüssigt: DerKondensator 22 ist ein Luft-Nassdampf-Wärmetauscher in dem das in Nass-Dampfform angelieferteArbeitsmedium durch Abkühlungverflüssigtwird. Er kann in dem Antriebssystem z.B. als Oberflächenkühler ausgeführt sein,der die Restwärmeaus dem Kondensator über eineKühlfläche, diein die Oberflächedes Membran-Körpers eingefügt ist,an die Umgebungsluft abgeben kann. Der Oberflächenkühler kann an der Außenseitedes Abschnitts A des Membran-Körpers 10 angebrachtsein und kann in eventuell vorhandene Strebenstrukturteile integriertwerden, wenn diese frei im Luftstrom liegen.
    [0057] Ammechanischen Ausgang der Wärmekraftmaschine 20 bzw.an der Abtriebswelle derselben ist ein Elektro-Generator 21 mechanischangekoppelt. Dieser setzt die mechanische Energie in elektrischenStrom um, der zum Antrieb der Bordsysteme und zum Betrieb des Hydrolysators 35 eingesetztwird. Zusätzlichkann der mechanische Ausgang direkt zum Antrieb des Fluggerätes verwendet werden.Dazu kann der mechanische Ausgang mit einem Flugantrieb wie einemAntriebspropeller verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kanndie durch den Generator 21 gewonnene elektrische Energiefür einensolchen Antrieb zur Verfügunggestellt werden, wozu die elektrische Leitung 36 mit demelektrischen Eingang des Antriebes verbunden sein kann.
    [0058] EinTeil der elektrischen Energie wird dem elektrolytischen Hydrolysator 35 zugeführt. ImHydrolysator 35 wird in einem alkalischen Wasserbad Wasserdurch Stromeinleitung überElektroden in Wasserstoffgas und Sauerstoffgas aufgespaltet. Derentstehende Wasserstoff wird aufgefangen und zur Speicherung inden Membran-Körper 10 eingeleitet.
    [0059] DieEnergie-Speicherung erfolgt in Form von Wasserstoff-Gas im Membran-Körper 10 unterAtmosphärendruck.Die Membranhüllekann dazu ihr Volumen an den Füllzustandanpassen, zumindest durch Änderungvon Teilen der äußeren oderinneren Oberflächenform.
    [0060] DasWasser oder die Feuchtigkeit, das bzw. die im Hydrolysator 35 zerlegtwird, wird diesem über dieLeitung 34a von dem Tank 34 zugeführt. Dem Tankwiederum wird Feuchtigkeit oder Wasser über eine Leitung 32a zugeführt, diemit dem Wasserabscheider 32 verbunden ist. Der Wasserabscheider 32 gewinntWasser aus der Umgebungsluft 30, z.B. durch Abkühlen derfeuchten Luft und Abscheiden des entstehenden Kondensats. Hierfür weistdas Antriebssystem ein entsprechendes Lufteinlass-Ventil auf.
    [0061] Erfindungsgemäß ergibtsich also ein Energiespeicher-Kreislauf 5, der mit derGewinnung von Feuchtigkeit oder Wasser mittels des Abscheiders 32 beginntund die Erzeugung von Wasserstoff-Gas mittels des Hydrolysators 35 umfasst.Das Wasserstoff-Gas wird in dem Membran-Körper 10 gespeichert. Überschüssiges Wasserstoff-Gaskann über einVentil im Membran-Körper 10 indie Umgebung abgeführtwerden. Alternativ oder zusätzlichkann das Wasserstoff-Gas als Energie-Zufuhr für den optional vorgesehenenEnergierückgewinnungs-Kreislauf 7 verwendetwerden.
    [0062] Indem Energierückgewinnungs-Kreislauf 7 werdenaus der Umgebung 30 entnommene Luft und Wasserstoff ausdem Membran-Körper 10 ineinem atmosphärischenBrenner 44 verbrannt. Diesem ist eine Verdampfungs-Einrichtung 55 ineiner Weise zugeordnet, dass ein Teil der durch die Verbrennungsvorgänge im Brenner 44 entstehendeWärme-Energie über dieVerdampfungs-Einrichtung 55 dem Absorber-Arbeitsmediumaus dem Kondensat-Sammelbehälterzugeführtwerden, wodurch das Arbeitsmedium in den Heißdampfzustand übergeführt wird.In diesem Energie-Zustand kann das Arbeitsmedium der Wärmekraftmaschine 20 zugeführt werden,um diese anzutreiben. Zur Bereitstellung der für den Brenner 44 erforderlichenLuft weist die Antriebssystem ein Lufteinlass-Ventil oder eine Verbindungzum Abscheider 32 auf.
    [0063] Inentsprechender Weise ist eine Speise-Einrichtung 54 amSammelbehälter 23 vorgesehen,von der eine Leitung 54a zur der Verdampfungs-Einrichtung 55 führt.
    [0064] DieZuschaltung oder Aktivierung des Energierückgewinnungs-Kreislaufs 7 erfolgtvorzugsweise dann, wenn nicht ausreichend Solar-Energie verfügbar ist.Dies kann in ungünstigenFlughöhenund insbesondere durch atmosphärischeBedingungen der Fall sein, also wenn z.B. das Fluggerät unterhalb derWolkendecke fliegt. Weiterhin kann dies der Fall sein, wenn ausbestimmten Gründendas Fluggerät z.B.aus Missionsgründeneine Fluglage einhalten muss, bei der die Energieausbeute den Energiebedarfnicht ausreichend decken kann.
    [0065] Für die Steuerungdes Energiehaushaltes und insbesondere des Energierückgewinnungs-Kreislaufs 7,der Gerätedes Solarantriebs und zugeordneter Geräte, sowie zur Durchführung sowie zurDurchführungder Flugplanung auf Grund der verfügbaren Energievorräte werdender Füllzustanddes Membran-Körpers 10 sowieFlugdaten und Sonnenstand-Daten aus der Flugführungs-Einrichtung 50 verarbeitet.
    [0066] Dazuist eine Sensorik zur Messung des Sonnenstands, eine Navigations-Sensorikzur Messung der Position und gegebenenfalls zur Ableitung entsprechenderGrößen (z.B.Geschwindigkeit) sowie eine Fluglage-Sensorik vorgesehen, die mitder Flugführungs-Einrichtung 50 inVerbindung stehen. Die Flugführungs-Einrichtung 50 stehtmit dem Absorber-Positioniergerät 16 inVerbindung, das in beschriebener Weise die Absorber-Positionierungvornimmt.
    [0067] Indie Steuerung des Energie-Haushalts kann vorteilhafterweise derIst-Füllstanddes Energiespeichers einfließen,der überentsprechende Füllstand-Sensoren(nicht dargestellt) ermittelt wird.
    [0068] Für das Energie-Managementwird die gespeicherte Wasserstoffmenge laufend überwacht und in der Steuerungseinheitder zukünftigeEnergiebedarf abgeschätztje nach Wetter, Tageszeit, Jahreszeit, geographischer Breite, Einsatzhöhe und erwartetenMissionsaufträgenund abzufliegenden Flugstrecken und danach entschieden, in welcher Betriebsartsich das Fluggerätbewegen muss (Motorflug, Schwebeflug, ev. Ankern am Boden zum Positionshaltenbei dauerndem Wind, Aufsuchen eines Schutzraumes bei anstehendenUnwettern – möglicherweiseim Schnellflug, was das Ablassen von Gasreserven erfordern kann,Ausweichen von Unwettern).
    [0069] Durchvorausschauendes Energie-Management kann ein Ganzjahres- und Allwetter-Betrieb des Fluggerätes mitpraktisch unbegrenzter Standzeit realisiert werden.
    [0070] DasFluggerätmuss einerseits stets übereinen geeigneten Datenlink (Funkverbindung) mit der Bodenkontrolleverbunden sein, von wo einerseits die Führung des Fluggerätes erfolgtund andererseits Informationen zur Lage (Wetter, Sperrzonen, Flugsicherheitsinformationen,Sicherheitslage, Einsatzgrundsätze)aufgenommen werden, und andererseits über eine eigene, zumindestteilautonome Onbord-Missions-und Operations-Planung verfügen, diekurzzeitige Ausfälleder Datenlinkverbindung überbrücken kannund auf Notfällesofort reagieren kann ohne Rückfrage über denDatenlink.
    [0071] DasFluggerätmuss seinerseits eigene Messungen, Kontakte und Informationen andie Bodenkontrolle weitergeben, was einen leistungsfähigen Datenlinkerfordert, der wiederum einen nicht unerheblichen Energie-Dauerverbrauchhat, der aus Solarenergie überlange Zeiträumegedeckt werden kann.
    [0072] Ebensowird fürdie Sensoren und Bordelektronik laufend Energie benötigt über langeStandzeiten.
    [0073] Imfolgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform eines für das erfindungsgemäße Solar-Antriebssystemverwendbare Absorber-Einrichtung 14 an Hand der 4 beschrieben: DieseAusführungsformder Absorber-Einrichtung 14 weist vorzugsweise eine Y-förmige Absorptionsflächen-Anordnung 60 mitdrei Absorptionsflächen 61a, 61b, 61c auf,die um ein zentral angeordnete Heißdampfsammelleitung angeordnetsind, in die auch die Verdampfer-Kanäle münden. Die Absorptionsflächen 61 sindgeschwärzteAbsorberflächenoder als schwarze Körperund insbesondere als hitzefeste, schwarze Metallkörper gebildet,die von Verdampferkanälendurchzogen sind. Die Absorptionsflächen stehen in thermischemKontakt mit vielen Verdampfer-Kanälen 63a, 63b bzw. 63c mitausreichend geringen Querschnitten, durch die das Arbeitsmedium 19 fließt und dabeiverdampft wird. Es könnenje nach Anwendungsfall auch nur zwei oder mehr als zwei Absorptionsflächen vorgesehensein.
    [0074] DieAbsorptionsflächen 61a, 61b, 61c und diezugehörigenAbschnitte der Verdampfer-Kanäle 63a, 63b, 63c sindin einem Gehäuse 65 angeordnet. DieAnordnung der Absorptionsflächen 61a, 61b, 61c iststernförmigoder Y-förmig,kann jedoch je nach Anwendungsfall auch anders gewählt sein.Eine gleichmäßige oderoptimale Verteilung der Verdampfer-Kanäle 63a, 63b, 63c undder Absorptionsflächen 61a, 61b, 61c imGehäuse 65 ermöglicht eineoptimale Ausnutzung der Sonnen-Energie.
    [0075] Zumindestein Abschnitt der Außenfläche 67 desGehäuses 65,vorzugsweise aber alle vom Fangspiegel mit sichtbarem Licht beaufschlagtenAbschnitte, sind als hitzefestes Glas, das im sichtbaren Licht transparentist, ausgebildet. Das Glas ist als frequenzselektives, d.h. im infrarotenLicht reflektierendes Material ausgebildet und wirkt daher thermisch isolierend.Weiterhin kann in dem Glasgehäuseein Isoliergas sein, das den Treibhauseffekt der Verglasung nochweiter erhöht.
    [0076] DieVerdampfer-Kanäle 63a, 63b, 63c stehenmit der Zuleitung 27 in Verbindung und führen in einezentrale Heißdampf-Sammelleitung 68,die den erzeugten Heißdampf 66 indie Heißdampfleitung 18 zuder Wärmekraftmaschine 20 führt. Dieim Gehäuse 65 undgegebenenfalls auch außerhalbdesselben befindlichen Zuführungs-oder Speise-Abschnitte 69a, 69b, 69c derVerdampfer-Kanäle 63a, 63b bzw. 63c sindin nach außenWärmestrahlungreflektierende und von innen durch die Speiseleitungen gekühlte Versorgungsstegeeingebettet, die außenmit der transparenten Außenfläche 67 desGehäuses 65 verbundensind und innen mit den heißenAbsorberflächenverbunden sind, so dass die Versorgungsstege das äußere Gehäuse 65 thermischisolieren von den heißenAbsorberflächenund selbst wenig Strahlungsenergie aufnehmen.
    [0077] Alternativzu der Isoliergasfüllungoder zusätzlichkann im Inneren des Gehäuseszur Wärme-IsolierungUnterdruck hergestellt sein.
    [0078] Durchdie Verwendung der beschriebenen Absorber-Einrichtung 14 wirderreicht, dass der Absorber die einfallende Sonnenstrahlung auseinem großenRaumwinkel aufnehmen kann, dass durch die Isolierung hohe Temperaturenim Absorber und somit auch in den Verdampfer-Kanälen erreichbar sind. Dadurchkönnenrelativ hohe Wirkungsgrade in dem Solarenergie-Arbeitskreislauf 3 erreichtwerden. Dies gilt auch fürdie Wärmekraftmaschine 20,da diese mit hoher Energiedichte bei geringen Verlusten betriebenwerden kann.
    [0079] ZurWirkungsweise der Absorber-Einrichtung 14 ist in der 4 schematischeine Sonne S, der als Fangspiegel wirkende Membran-Bereich A unddie auf diesen einwirkende Sonnenstrahlen C eingetragen
    [0080] Eswerden im folgenden Anwendungsfälle für das erfindungsgemäße Antriebssystemauf Fluggerätebeschrieben, wobei Bezugszeichen für Merkmale gleicher Funktionmit denselben Bezugszeichen versehen sind.
    [0081] Einerster Anwendungsfall ist in der 6 beschrieben,die eine schematische Perspektiv-Darstellung eines Starrflüglers 100 miteiner Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Solar-Antriebssystems(mit weichem Membrankörperan den Flügelendenfür Volumenausgleichder Traggasfüllung) zeigt.Der Membran-Körper 10 istals Tragflügel 110 ausgeführt. DerTragflügelkann auch abweichend von der Darstellung z.B. mehrteilig ausgeführt sein.
    [0082] DerMembran-Körper 10 bzw.der Tragflügel 110 weisteinen ersten, oder in Bezug auf eine Soll-Fluglage unteren Membran-AbschnittA und einen zweiten, oder oberen Membran-Abschnitt B auf. Der ersteMembran-Abschnitt ist auf seiner Innenseite verspiegelt, um Strahlungsenergievon der Sonne S einfangen zu könnenund dadurch als Fangspiegel zu wirken. Die zweite Membran-AbschnittB ist transparent und kann durch eine eingeprägte Fresnellinse als Feldlinsewirken, die die Energiesammelwirkung des Fangspiegels noch verbessert.
    [0083] DerFlügel-Membran-Körpers 110 istzusätzlichzu dem bereitgestellten Innendruck auch noch vorzugsweise durchStreben 112 stabilisiert. Als Streben 112 kannein Nasenholm und ein Endholm, sowie zwei oder mehr mit einem großen Durchbruch verseheneSpanten verwendet werden (in der 5 nur teilweisegezeigt). Dies erleichtert die Herstellung der gewünschten(vorzugsweise parabolischen) Form nach dem Befüllen des Membran-Körpers 110 mitWasserstoff. Es sind so viele Spanten und möglicherweise ein Rücken- undein Bauch-Holm erforderlich, um zu erreichen, dass beim jeweiligenAnwendungsfall bzw. Einsatzprofil die Membranhülle unter dem Fahrtwind nichtmehr beult und die Unterseite die gewünschte Form eines Parabolspiegelseinnimmt.
    [0084] DasFuggerät 100 weistzumindest eine Steuerklappe 114 auf.
    [0085] Durchentsprechende Bemessung des Flügelvolumenskann das Fluggerätschwebeflugtauglich gemacht werden Das Flugzeug 100 weistvorzugsweise einen Geräteträger 120 auf,der in der dargestellten Ausführungsformin Bezug auf die Soll-Flugrichtung 125 an der Vorderseiteund in der Mittelachse 130 angeordnet ist. In dem Geräteträger 120 istdie Flugführungs-Einrichtung 50 unddie Positionier-Einrichtung 16 angeordnet. Optional können auchweitere Geräteoder Einrichtung in dem Geräteträger 120 odereinem weiteren Geräteträger angeordnetsein.
    [0086] DieAbsorber-Einrichtung 14 erstreckt sich in der dargestelltenAusführungsformdes Fluggeräts 100 über fastdie gesamte Spannweite des Tragflügels 110. Durch dieseGestaltung der Absorber-Einrichtung 14 kann diese von derPositionier-Einrichtung 16 stets im Fokus des von dem unterenMembran-Bereich A gebildeten Fangspiegels gehalten werden.
    [0087] DerFlügel-Membran-Körper 10 bzw.der Tragflügel 110 istaus einem elastisch verformbaren Material gebildet, so dass sichdessen Form bzw. Volumen je nach der Wasserstoff-Füllmengein demselben ergibt, in bestimmten Grenzen. Dadurch kann die Größe des Flügel-Membran-Körpers 10 unddamit die verfügbareEnergie-Menge gesteuert werden. Zur Unterstützung der Volumenanpassungkann an den Enden des Tragflügelsin Spannweiten-Richtung ein Volumenausgleichskörper 135 in Form einesweichen Membran-Endbogens vorgesehen sein.
    [0088] Weiterhinist eine Antriebseinheit 150 am Fluggerät angebracht. Dieses ist inder dargestellten Ausführungsformein Propeller. Der Antrieb ist in der dargestellten Ausführungsformdes Fluggerätes räumlich zueinanderdisloziert von dem Geräteträger 120 angeordnet.Der Generator 21 und der Hydrolysator 35 sindan der Antriebseinheit 150 angeordnet, um Vibrationen undGeräuschevon der Nutzlast fernzuhalten. Durch die entsprechende Anordnungder beiden Massen ist die Trimmbarkeit des Flugkörpers zu erreichen.
    [0089] DerFlügel-Membran-Körper 110 istalso als durch Streben und durch Innendruck stabilisierte geschlosseneMembran mit einstellbarem Volumen ausgeführt. Ein Vorteil der Erfindungist, dass mit dieser Bauform zwischen Schwebeflug mit seinem geringenEnergieverbrauch und dem Tragflügelflugmit der größeren erreichbarenGeschwindigkeit und Gipfelhöhehin und her gewechselt werden kann und dass die Konstruktion imTragflügelflugrelativ robust ist und die Turbulenzen z.B. im bodennahen Raum gut überstehenkann, bzw. ihnen durch ausreichende Geschwindigkeit ausweichen bzw.Schutz suchen kann.
    [0090] DieseFähigkeitenkönnenerfindungsgemäß für ein leichtesAufklärungs-und Beobachtungs- Fluggerätausgenutzt werden, das im bodennahen Raum mit großem Vorteileingesetzt werden kann und neben Videokameras und Infrarotkameras (Standder Technik z.B. Luna, ein Flugkörperder Bundeswehr) erfindungsgemäß auch akustische Sensorenim Flug einsetzten kann (wegen der Fähigkeit sehr leise zu fliegen),mit denen verdeckte Ziele im bodennahen Raum aufgespürt werdenkönnen undein bistatisches Radar, das im Mobilfunkband arbeitet und Mobilfunk-Sendestationen zurBeleuchtung der Ziele einsetzt, also nicht selbst strahlt und sichdamit nicht selbst verrät.Das bistatische Radar kann am Boden bewegte Fahrzeuge und in derLuft langsam und tief fliegende Fluggeräte mit geringem Radarquerschnittauffassen überEntfernungen von einigen Kilometern und verfolgen.
    [0091] Ineinem weiteren Anwendungsfall ist der Membran-Körper 10 als Luftschiff 200 miteinem Luftschiff-Membran-Körper 200 (6)gebildet. Der Luftschiff-Membrankörper 210 istals nur durch Innendruck stabilisierte geschlossene Membran ausgeführt. Derin Bezug auf die Soll-Fluglage obere Membran-Abschnitt B ist durchsichtigund gegebenenfalls durch Einprägeneiner Fresnellinsenstruktur als Feldlinse einsetzbar und der untereMembran-Abschnitt A ist auf der sonnenzugewandten Innen(rück)seiteverspiegelt, so dass ein großflächiger Fangspiegelmit sehr geringem Flächengewichtund kurzer Brennweite entsteht, wobei ein großer Teil der aufgefangenenSolar-Energie von der Absorber-Einrichtung 14 aufgefangenund genutzt wird. Durch eine entsprechende Bemessung des Hüllenvolumensist das Fluggerätschwebeflugtauglich.
    [0092] DieMembranhüllenmüssennach innen oder nach außenan der Hülleeinen Volumenausgleichskörperhaben, mit dem Volumenänderungendes Traggases durch Verbrauch und durch Höhenänderungen ausgeglichen werdenkönnen,wenn sich die Membranhüllenicht mehr durch elastisches Dehnung und Zusammenziehen anpassenkann.
    [0093] EinVorteil der Erfindung ist, dass mit dieser Bauform ein großes Traggas-Volumenund damit ein großesTragvermögenim Schwebeflug realisiert werden kann.
    [0094] Dieseskönntez.B. erfindungsgemäß für Versorgungbzw. Entladung eines Fluggeräteszur Energieerzeugung dienen, das im Folgenden beschrieben wird.
    [0095] Analogzum Starrflügel-Flugzeug 100 istein Geräteträger 220 undein Antrieb 250 vorgesehen, die vorteilhafterweise räumlich zueinanderdisloziert angeordnet sind, um eine Trimmung des Fluggerätes zu vereinfachen.
    [0096] DieTrimmung kann auch durch Umpumpen des Wassers in dem Vorratsbehälter 34 undAufteilen des Behältersin einen Bugtrimmbehälterund einen Hecktrimmbehälterunterstütztwerden. Dies ist besonders bei der Luftschiffbauart von Bedeutung,da hier wenige oder keine Steuerflächen zum Trimmen vorhandensind und die Steuerflächenbei geringen Geschwindigkeiten wenig Wirksamkeit haben.
    [0097] Ineinem weiteren Anwendungsfall ist der Membran-Körper 10 als angetriebenerGleitschirm 300 mit mehreren eingefügten Gleitschirm-Membran-Körpern 310 (7)gebildet. Diese sind als durch Leinen, Schirmfläche und Innendruck stabilisierte,durch den Schirm verbundene geschlossene Membranen ausgeführt undsind jeweils in Bezug auf eine Soll-Fluglage oberen oder Sonnen-zugewandtenMembran-AbschnittB durchsichtig und als Feldlinse ausgebildet und auf der sonnenzugewandten Innen(rück)seiteeines unteren Membran-Abschnitts A verspiegelt, so dass ein großflächiger Fangspiegel mitsehr geringem Flächengewichtund kurzer Brennweite entsteht. Durch entsprechende Bemessung desHüllenvolumenswird das Fluggerätschwebeflugtauglich gemacht. Die Membranhüllen müssen nach innen oder nach außen an derHülle einenVolumenausgleichskörperhaben, mit dem Volumenänderungendes Traggases durch Verbrauch und durch Höhenänderungen ausgeglichen werdenkönnen.
    [0098] DerGleitschirm kann durch entsprechendes Ziehen der Leinen getrimmtwerden übereinen weiten Bereich und benötigtdafür keineweiteren Einrichtungen.
    [0099] EinVorteil der Erfindung ist, dass in der Ausführung als Gleitschirm die leichtestenund großflächigstenFluggerätegebaut werden können,da die ganze Konstruktion nur auf Zug beansprucht wird.
    [0100] Erfindungsgemäß gelingtes, mit einem Fluggerätdieser Art überden Wolken in großerHöhe unabhängig vomWetter Solarenergie im großenMaßstabzu erzeugen.
    [0101] ElektrischeLeistungen im Bereich von 1 bis 10 Megawatt pro Fluggerät sind technischmöglich miteiner erfindungsgemäßen Ausführung desFluggerätes.Durch die Energiespeicherung an Bord kann das Fluggerät auch über Nachtin großerHöhe bleiben,wo seine leichte Bauweise nicht durch Turbulenzen und Wetter (Hagel,Sturm) Schaden nehmen kann.
    [0102] Außerdem kanndie Energie erfindungsgemäß in Formvon Wasserstoff einfach aus der Flughöhe zum Boden gebracht werdenz.B. durch Abwurf von gefülltenBehälternmit einem Fallschirm oder vorzugsweise mit einem Versorgungsluftschiff,das die gefülltenWasserstoffvorratsbehälterzum Boden bringt und leere Behälternach oben bringt und so einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht.
    [0103] Analogzum Starrflügel-Flugzeug 100 istein Geräteträger 320 undein Antrieb 350 vorgesehen, die vorteilhafterweise räumlich zueinanderdisloziert angeordnet sind, um die Nutzlast von den Vibrationendes Antriebes zu isolieren.
    权利要求:
    Claims (4)
    [1] Solar-Antriebssystem (1) für ein Fluggerät zur Bereitstellungmechanischer und elektrischer Energie mit einem Arbeits-Kreislauf(3), der eine Absorber-Einrichtung(14) mit einer diesem zugeordneten Positionier-Einrichtung(16), eine Wärmekraft-Maschine(20), eine Heißdampf-Leitung(18) zur Führungeines Arbeitsmediums (19) in Form von Heißdampf vonder Absorber-Einrichtung (14) zur Wärmekraft-Maschine (20),einen Elektro-Generator (21) zur Erzeugung von Strom ausder von der Wärmekraft-Maschine(20) bereitgestellten mechanischen Energie aufweist, dadurchgekennzeichnet, dass dem Arbeits-Kreislauf (3)ein Energiespeicher-Kreislauf (5) mit einem Wasser-Abscheider zur Gewinnungvon Wasser aus der Umgebung und einem Hydrolysator zur Gewinnungvon Wasserstoff aus dem Wasser zugeordnet ist, um den Wasserstoff einemMembran-Körper(10) zuzuführen,so dass dieser Auftriebs-erhöhendauf das Fluggerätwirkt und als Energiespeichermedium fungiert, dass eine Einrichtung(50) vorgesehen ist, mit der die Füllmenge des Membran-Körpers (10) gesteuert werdenkann.
    [2] Solar-Antriebssystem (1) für ein Fluggerät nach demAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage zumindest einerAbsorptionsflächeder Absorber-Einrichtung(14) nach dem mittels einer Sensorik erfassten Sonnenstandeinstellbar ist, um die Solarenergie-Ausbeute zu optimieren.
    [3] Solar-Antriebssystem (1) für ein Fluggerät nach einemder voranstehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Membran-Körper (10) einen ersten,auf seiner Innenseite verspiegelten Membran-Abschnitt (A) und einenzweiten, transparenten Membran-Abschnitt (B) aufweist, der als sammelnde Feldlinseausgebildet ist, so dass in einem vorgegebenen Fluglagen-BereichSonnenstrahlen den zweiten Membran-Abschnitt (B) durchdringen undder erste Membran-Abschnitt (A) diese auf zumindest eine Absorptionsfläche (61)der Absorptions-Einrichtung (14) konzentriert.
    [4] Solar-Antriebssystem (1) für ein Fluggerät nach einemder voranstehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass ein Energierückgewinnungs-Kreislauf (7)zur zusätzlichenBeschickung der Wärmekraftmaschine(20) mit Heißdampfvorgesehen ist, der einen Anschluss (52) zur Entnahme von Kondensat(19) aus dem Kondensator (22), einen Brenner (55),eine Speise-Einrichtung (54) zur Zuführung von Arbeitsmedium inflüssigerForm an eine Verdampfungs-Einrichtung (55), die dem Brenner (55)zugeordnet ist, sowie eine Heißdampf-Leitung (57)zur Wärmekraftmaschine(20) umfasst.
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    同族专利:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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