包括电池组件的飞行器的制作方法

1.本发明涉及一种飞行器，包括机身、至少一对机翼和用于为飞行器的电气系统提供电力的电池组件。


背景技术：

2.在飞行器的规划、设计和开发阶段，可计算或至少估计飞行器的预期重心。然而，由于为实际组装飞行器而采用的部件的精确尺寸和重量的公差以及由于稍后在开发中未预料到的变化，其重心可能偏离目标或预期的重心。由于重心位置对飞行器的稳定性、机动性和可操作性具有直接和间接的重要意义，因此能够在一定范围内调整重心位置是飞行器开发项目后期的重要因素，以实现飞行器的预期整体性能。
3.尽管具有活塞或喷气发动机的传统飞行器配备有燃料箱，可在其中重新分配燃料以调整对应飞行器，从而改变其重心，但在电动飞行器中这种程序是不可能的。此外，小型通用航空飞行器有时还包括可用于在操作中稍微改变重心位置的配重，因为在所述类型的飞行器中，操作重心包络线往往相当小。然而，在飞行器最终组装后应用配重会导致额外的重量，并且也不能提供大范围的重心调整能力。
4.因此，目前用于调整飞行器重心的技术要么依赖于飞行器内不同燃料箱单元之间的燃料重新分配，要么为飞行器增加额外的重量，或在其运行中缩小重心包络线。
5.因此，本发明的目的是提供一种飞行器，其中，可调整重心而没有现有技术已知的方法的上述缺点，同时依赖于电池组件，其存在于所有现代类型的电动飞行器中以用于存储和向飞行器的电气系统提供电力，并且特别是存在于其电力推进类型中，其中由于对电池容量的更高要求而采用了大且重的电池组件。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，根据本发明的飞行器被构造成使得电池组件包括直接或间接地彼此联接的多个单独的电池模块，并且其机身设有具有多个安装位置的安装组件，每个安装位置用于保持电池模块中的一个；并且其中，安装位置的数量大于电池模块的数量，使得在所有电池模块的安装状态下，安装位置中的至少一个保持空置，从而限定电池模块和空置安装位置的放置配置，并且/或者其中，安装组件设有允许电池模块中的至少一个相对于机身位移的至少一个位移组件。
7.因此，本发明基于以下事实：高容量电池组件通常不是单片构造的，而是包括多个单独的电池模块，在根据本发明的飞行器的配置中，这些电池模块可根据不同的安装位置定位在位于飞行器机身内的安装组件中以调整其重心，并且/或者其中，这种安装组件可包括用于将电池模块位移到合适位置的位移组件，在该位置处它们可随后被固定以用于飞行器的最终运行。
8.尽管通常希望在飞行器中具有尽可能大的电池容量，但由于在根据本发明的飞行器中，空置安装位置和/或位移组件几乎不会给飞行器增加任何额外的重量，因此可以实现
以下优点：能够借助于重新定位电池模块，并且因此在间接适用的情况下还重新定位安装组件内的空置安装位置，来调整飞行器的重心，而没有任何重大缺陷，并且安装组件和电池模块相结合的每单位电容量的质量与较小安装组件相比几乎相同，较小安装组件中未设置空置安装位置或位移组件。
9.尽管在根据本发明的飞行器的某些配置中，具有至少两种不同类型的电池模块以增加安装组件的尺寸的灵活性(因此，例如，安装组件可在相对于机身的不同位置处包括具有不同尺寸的安装位置)可能是有益的，但在特别简单且灵活的实施例中，所有电池模块至少在它们的外部尺寸方面可基本相同。因此，在这种实施例中，所有电池模块以及空置安装位置都可自由互换，并且实现关于安装组件内的电池模块的配置的最大灵活性。
10.尽管可几乎任意选择安装组件中可能的安装位置的布局或定位，并且例如可能的安装位置之间的间距也可小于单个电池模块的尺寸，这与本领域中已知的用于电气部件的安装架(其允许以小于部件尺寸的粒度定位部件)相当，但在另一特别简单的实施例中，安装组件可被布置成使得安装位置之间的间隔基本上对应于电池模块的尺寸，从而根据电池模块的尺寸来为电池模块限定单独的插槽，这些插槽可装载电池模块，也可空置。
11.另外地或可替代地，安装位置可相对于飞行器的竖直轴线设置至少两层，和/或相对于飞行器的宽度轴线设置至少两排，和/或相对于飞行器的纵向轴线设置至少两排。在本文中，飞行器的竖直轴线、宽度轴线和纵向轴线可分别对应于飞行器内部坐标系的偏航轴线、俯仰轴线和滚动轴线。
12.在本发明的不同实施例中，相应电池模块可以不同的方式相互电连接并与飞行器的其他系统电连接，并且特别地，电池模块可彼此直接互连，或可通过每个电池模块与安装组件的单独连接建立各个连接。在这两种情况下，可设置至少一个虚拟模块，优选地每个空置安装位置一个虚拟模块。在此，根据在特定飞行器中实现上述实施例中哪一个，至少一个虚拟模块可包括与电池模块相同的连接点以及内部布线，以便在相邻电池模块之间或与安装组件建立联接。尽管虚拟模块可利用壳体来类似于电池模块并可能有助于它们的安装(这在特定实施例中是有利的)，但为了进一步保障重量，在可替代实施例中，它们也可仅由从一个模块桥接连接到下一个模块所必需的部件(例如只有两条电缆)组成。
13.因此，例如，在所有电池模块串联连接的配置中，虚拟模块可用于在其相邻电池模块之间提供串联连接，同时不像实际电池模块那样增加总电压，同时由于它们不包括任何沉重的内部部件，因此仅增加了最小的重量。
14.如上所述，作为设置空置安装位置的替代或补充，安装组件可设有至少一个位移组件，在本发明的一些实施例中，该位移组件又可包括至少一个轨道系统，其在至少一个方向上具有延伸部，至少一个相关联的电池模块能够沿该至少一个方向实现线性位移，使得可位移模块可相对于机身固定在许多不同的位置，从而再次调整飞机的重心。在此，根据轨道系统的布局和电池模块与其的连接，电池模块可单独或成组地位移。此外，至少一个轨道系统中的嵌套轨道可提供多个方向，电池模块可在该多个方向上移动。
15.另外地或可替代地，至少一个位移组件可包括至少一个螺栓，至少一个螺栓可在对应的长孔内移动，其中，至少一个螺栓和相应的长孔中的一者与相应的电池模块相关联，而另一者与飞行器的机身相关联，使得能够实现对应的电池模块的线性位移，其中，电池模块的位置可借助于对应的固定装置(诸如，例如，可螺纹连接至相应的至少一个螺栓上的螺
母)固定。在这种实施例中，相应的至少一个电池模块可相对于其位置单独调整，使得实现调整飞行器重心的高度灵活性。
16.类似地，至少一个位移组件可包括至少一个螺栓和用于以固定方式接收螺栓的一系列对应的接收孔，其中，至少一个螺栓和相应的一系列接收孔中的一者与相应的电池模块相关联，而另一者与飞行器的机身相关联，使得通过选择性地将至少一个螺栓与接收孔中的一个联接来实现对应的电池模块的线性位移，使得可在单独的步骤中调整相应的电池模块的位置。
17.尽管原则上任何类型的飞行器都可设有根据本发明的电池组件，并且进一步地，尽管原则上不必对机翼配置或其推进类型进行限制，但根据本发明的某些实施例的飞行器还可包括至少一对附加机翼或鸭式机翼，其中，飞行器的预期重心可相对于飞行器的纵向轴线定位在成对的机翼之间和/或飞行器可以是电力推进类型。
18.此外，本发明涉及一种用于将电池组件安装在根据本发明的飞行器中的方法，包括以下步骤：在所有电池模块未安装的状态下确定飞行器的重心；确定电池模块以及在适用的情况下空置安装位置的可能的放置配置，其中，所产生的飞行器的重心满足与预定的飞行器的预期重心有关的至少一个条件；以及根据可能的放置配置来将电池模块安装在安装组件中。因此，根据可能的放置配置的电池模块的安装可涉及将它们定位在某些明确限定的安装位置中或沿位移组件的至少一个位移方向的位置中。
19.在其中，可能的放置配置可例如要求飞行器的重心在相对于飞行器的内部坐标系的至少一个维度上的给定范围内，使得可以每个飞行器设想多种可能的放置配置。
20.然而，也可确定最佳放置配置并因此根据最佳放置配置将电池模块安装在安装组件中，在该最佳放置配置中，确定的重心根据至少一个度量最接近预定的预期重心。在该实施例中，至少一个度量可以是在一维或多维中最佳放置配置的重心与预定的预期重心之间的距离，使得使用精确算法或启发式算法，可以在所有可能的或可设想的配置中找到最佳放置配置。
21.最后，可能的放置配置或最佳放置配置可能必须满足与飞行器的重心无关的至少一个附加条件，诸如，例如，可能需要在安装组件中不具有彼此相邻的两个空置安装位置，或安装组件在每个方向上的第一个和最后一个安装位置必须由电池模块占据，以确保电池模块之间以及与飞行器的其他电气系统的正确互连。
附图说明
22.如果结合附图，本发明的其他特征和优点将从对其实施例的以下描述中变得更加清楚，这些附图特别示出了：
23.图1是根据本发明的第一实施例的飞行器的示意图；
24.图2a和图2b是根据本发明的第二实施例的飞行器的两种变型的示意性截面图；以及
25.图3a至图3c是根据本发明的飞行器的第三实施例的示意性截面图和可在其中采用的位移组件的两种变型的示意性俯视图。
具体实施方式
26.在图1中，根据本发明的第一实施例的飞行器通常以附图标记10表示，并包括机身12以及一对机翼14和水平尾翼/水平稳定器14a。尽管图1的实施例被描绘为仅具有一对机翼14，但在本发明的其他实施例中，飞行器10还可包括至少一对附加机翼或鸭式机翼，如下面将参考图2a和图2b所描述的。
27.在机身12中，设置了包括多个安装位置16a、16b、16c
…
的安装组件16，每个安装位置适于保持一个电池模块18。在图1所示的实施例中，在竖直方向上设置了两层安装位置，各自包括沿飞行器10的纵向方向上的一行七个单独的安装位置，从而产生十四个安装位置。然而，在本发明的不同实施例中，对安装位置的数量及其相对定向没有限制。
28.另一方面，仅设置了十二个电池模块18，使得安装位置中的两个保持空置。这两个空置安装位置在图1中用附图标记20表示。为了在飞行器10的最终组装期间调整其重心22，外部尺寸都相同的电池模块18可自由地分配到安装组件16的十四个可用安装位置，使得空置安装位置20相应地定位。所述空置安装位置20可装载有虚拟模块，其包括与电池模块相同的连接点以及内部布线，以便在相邻的电池模块之间建立联接。
29.根据满足与预定的预期重心有关的至少一个条件并且可能还满足与飞行器的重心无关的至少一个附加条件的最佳或至少可能的放置配置，本发明因此可以用于通过安装电池模块16a、16b、16c
…
来校正飞行器10的预期重心与实际重心之间的偏差。
30.根据本发明的飞行器的第二实施例的两个变型进一步在图2a和图2b中示出并分别用附图标记100和200表示。在其中，与图1的实施例中所设置的部件相似或等同的部件用相同的附图标记增加100和200来表示，并且以下对飞行器100和200的描述主要涉及它们与飞行器10的不同之处，而为简洁起见，对于其相似或等同的部件的描述，参考上文对飞行器10中的对应部件的描述。
31.图1的飞行器10与图2a和图2b的飞行器100、200之间的一个主要区别在于，每个飞行器中设置两对机翼114a、114b和214a、214b，而非一对机翼14，以便促进竖直或至少短距离起降能力，其中，提供推力的发动机以相对于机身可旋转的方式安装在每个机翼上。为了说明该能力，示出了推进矢量f114a、f114b、f214a和f214b，它们抵消了作用在相应重心122、222上的重力f122、f222。
32.尽管图2a的飞行器100的重心可借助于安装组件116以与图1的飞行器10的安装组件16类似的方式在一对机翼114a、114b之间调整，但在飞行器200中使用了改良的安装组件216，其中，电池模块218未定位在明确限定的安装位置中，而是可以沿至少一个方向位移。因此，安装组件216包括位移组件217，位移组件217又包括两个轨道系统217a和217b，每个轨道系统允许电池模块218沿飞机200的纵向方向位移并将它们锁定在预定位置以便调整重心222。
33.如图2b中可见，与上轨道系统217a相关联的电池模块218相对于与下轨道系统217b相关联的电池模块218位移，而与每个轨道系统217a、217b相关联的电池模块之间的距离例如借助于间隔器或连接器元件保持基本一致。在第二实施例的另外的变型中，该距离也可以是可调整的并且/或者轨道系统还可允许在另外的方向上调整电池模块218的位置，诸如沿飞机200的宽度轴线或竖直轴线。
34.与图2b所示的飞行器类似但具有可单独调整的电池模块318的飞行器的示例实施
例在图3a中示出并用附图标记300表示。关于其机身312和机翼314a、314b以及重心322，应参考图2b的实施例的描述，所述描述同样适用于图3a的实施例。
35.飞行器300中电池模块318的单独可调整性通过安装组件316实现，该安装组件316包括单独的安装位置316a，每个安装位置为定位在其中的电池模块318设有相应的位移组件，其中，对于以示意性俯视图示出的此类位移组件317a和317b的两个示例参考图3b和图3c。
36.图3b所示的位移组件317a包括附接至电池模块318的四个螺栓324，每个螺栓可在与飞行器300的机身312相关联的对应的长孔326内移动。因此，电池模块318与机身312之间的相对线性位移是可能的，其中，电池模块的期望位置可借助于诸如螺母324a等对应的固定装置来固定，该螺母可螺纹连接到螺栓324上并提供与长孔326的摩擦连接。
37.类似地，图3c所示的位移组件317b包括附接至电池模块318的四个螺栓328，每个螺栓可以固定方式接收在与飞行器300的机身312相关联的一系列五个接收孔330中的一个接收孔中。通过将螺栓328引入对应的接收孔330中，可固定电池模块318与机身312的相对位置并且可调整飞行器300的重心。