用于无人飞行器的无线远程能量供应的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于无人小型飞行器的无线的电气的远程能量供应的装置，尤其涉及直至大约1km的距离，在利用高功率激光的情况下从静止的或移动的地面站或从飞行的站出发。本发明尤其涉及一种用于借助于成束的激光射线(Laserstrahl)无线地传输能量的发射单元以及一种带有用于接收由发射单元发出的成束的激光射线的接收单元的飞行器。
【背景技术】
[0002]具有大约1kg或在此之下的典型重量的无人的电驱动的小型飞机被使用在大约5km至1km飞行高度的下方高度区域中用于监控和侦察。在使用这样的小型飞机的情况下例如可力求使使用时间或飞行时间最大化且给予飞行器速度和稳定性，其允许逆着在大气中存在的风和紊流且即使在下雨时也自由操控飞行时间或使用时间的大部分。对此，飞行器须具有足够的机械强度、足够高的翼载(Flachenbelastung)和足够高的驱动功率。这些要求可能导致，飞行器的重量增加，以及如此使得从在飞行器上的再生能量源中所获得的能量可能不足以在例如数天的时间段上不间断地运行这样的飞行器、也就是说保持飞行。提供以电池的形式的蓄能器可能与该目的背道而驰，因为任何蓄能器本身带来一定的自重，从而由此会附加地提高飞行器的总重量，这又会提高能量需求。
[0003]在文件DE 10 2011 010 679 Al中说明了一种无人飞行器的结构和控制部。在此飞行器的驱动器的能量供应通过位于机上的蓄能器实现。
【发明内容】
[0004]提高运输工具的最大运行时间可被视为本发明的目的。
[0005]根据独立权利要求的特征来说明一种用于借助于成束的激光射线无线地传输能量的发射单元和一种带有用于接收由这样的发射单元发出的成束的激光射线的接收单元的运输工具。本发明的改进方案由从属权利要求且由接下来的说明得出。
[0006]根据第一方面说明了一种用于借助于成束的激光射线无线地传输能量的发射单元，其中，发射单元具有:带有多个激光纤维的激光纤维束(Laserfaserbuendel)，其中，每个激光纤维被实施成射出激光射线；用于调整成束的激光射线的射出方向的定位光学部件(Posit1nieroptik);准直透镜(Kollimatorlinse)和主透镜(Primaerlinse)。在此，该多个激光射线被实施成分别射出激光射线，其穿过定位光学部件、准直透镜和主透镜，使得由发射单元射出的激光射线被成束地射出。
[0007]在一实施形式中，发射单元尤其可实施成使得每个激光射线以该顺序穿过定位光学部件、准直透镜和主透镜。
[0008]通过发射单元的该结构且通过定位光学部件、准直透镜和主透镜的该布置使能够提供成束的激光射线，其中，成束的激光射线在例如直至1km的距离中照射接收单元的最小面积或者击打到该接收面的最小延展上。换言之，即恰好使发射单元的所说明的结构成为可能，由发射单元所提供的成束的激光射线即使在数千米、例如1km的较大距离中也使每个被照射的面积单位较高的能量密度成为可能。
[0009]在一实施形式中，激光纤维束可具有例如七个激光纤维，其中，所有激光纤维的激光射线被引导通过布置在激光纤维孔隙(Laserfaserapertur)附近的共同的场透镜，且所有从激光纤维出来的光线投影到主透镜上且由此通过场透镜和主透镜被汇聚成单个成束的激光射线，其以较大的距离清晰地聚焦被投影在激光接收器上。
[0010]根据一实施形式，发射单元具有至少一个可围绕两个彼此正交的轴线摆动的万向悬挂部(Aufhaengung)用于容纳由激光纤维束、定位光学部件、场透镜和主透镜构成的光学元件组中的至少一个元件。
[0011]在万向框架(Kardanrahmen)上可布置有照准线稳定单元(Sichtlinienstabilisierungseinheit)，其由用于这两个万向轴线的伺服驱动器和激光陀螺支持的GPS系统构成，其在1Hz之下的较低的运动频率下进行照准线到接收器上的正确取向。照准线相对带有毫弧度直至微弧度的非常小的振幅的直至10Hz的高频干扰的精稳(Feinstabilisierung)由直接在像场平整光学部件(Bildfeldebenungsoptik)之前的带有压电驱动器的可摆动的厚玻璃板来引起，其通过同轴构建的摄像机，其每秒可提供直至500个图像且跟踪在激光接收器处的反向反射器(Retroreflektor)且通过相应的控制单元将玻璃板调整使得照准线总是以至少50微弧度的精度精确地对准反向反射器。
[0012]稳定的万向悬挂和精稳使发射单元以及成束的激光射线的精确定位和取向(其由于成束的激光射线的较远的传输路程是必要的)成为可能。
[0013]根据另一实施形式，发射单元具有布置在场透镜与主镜之间的像场平整光学部件且通过更好的光学校正使得在接收器处的更小的焦斑和因此更小的更轻的接收器成为可會K。
[0014]像场平整和校正光学部件使能够以衍射限制的直径在接收器处提供均匀的成束的聚焦的激光射线且由此减少或消除能量损失(通过减少由于被散射的或被偏转的激光射线的散射损失(Streuverlust)) ο
[0015]根据另一实施形式，发射单元具有多个偏转镜和用于在第二光路中的焦距延长的至少一个透镜组(其在需要时可被摆入光路中)，其与像场平整光学部件在场透镜与主透镜之间布置成使得发射单元在需要时具有带有延长的焦距的折叠光路。
[0016]通过使用偏转镜和提供延长的焦距例如可获得且考虑用于待传输的能量的改变的传输距离。
[0017]根据另一实施形式，发射单元具有监控单元，其被实施成监控在成束的激光射线的射出方向上位于发射单元之前的监控区域，其中，监控单元被实施成当物体侵入该监控区域中时中断成束的激光射线通过发射单元的射出。
[0018]监控单元因此是一种可如上面和接下来所述提高发射单元的运行可靠性的机构或装置。监控单元尤其可被实施成探测飞行器或例如鸟侵入监控区域中。
[0019]根据另一实施形式，监控单元具有近距离监控单元和远距离监控单元。
[0020]在此，近距离监控单元和远距离监控单元在其探测装置的设计上有区别，其可分别被协调于分派给其的距离。
[0021]根据另一方面说明了一种带有用于接收成束的激光射线(其由发射单元如上面和接下来所述被发出)的接收单元的运输工具。接收单元具有辐射能吸收单元，其被实施成吸收由发射单元射出的成束的激光射线且转换成电能，其中，这些电能设置用于以电能供应运输工具的驱动器。
[0022]因此对于运输工具可使能够实现不依赖于在机上所存储的能量的现状的运行时间或使用时间，因为对于驱动器所需的能量由接收单元从通过发射单元射出的成束的激光射线中来获得。
[0023]根据一实施形式，接收单元具有反向反射器，其被实施成将发射器的激光能量的小部分由接收器作为定位光束在发射单元的方向上反射回去，其中，定位光束被实施成借助于精稳单元进行发射单元在接收单元的方向上的高精度取向使得成束的激光射线被射出到接收单元的规定的接收面上。
[0024]换言之，反射器因此用于发射单元沿着运输工具的运动路线的取向或跟踪，使得由发射单元射出的高功率激光射线始终击打到接收单元的接收面上。对此，发射单元被实施成将高功率光束的一部分射到安装在接收器的中间的反向反射器上，其中，通过定位光束被反射器反射使发射单元能够对准接收器取向或跟踪。
[0025]根据另一实施形式，用于接收成束的激光射线的接收面是圆形的且被万向地悬挂，且由此总是可对准发射器来取向，并且具有最大0.5m的直径，其可由小型飞行器还良好地在空气动力学地装衬的罩中来携带。
[0026]在一实施形式中，接收面的直径可以是0.5m。在另一实施形式中，该直径小于
0.5mο
[0027]以此使能够提供带有较小尺寸的接收单元，从而可与较小尺寸的运输工具和尤其小型飞机相关联应用接收单元。应用较小的接收面、例如规定的尺寸恰好要求接收单元和发射单元的高精确对准，使得由发射单元射出的成束的激光射线第一作为实像精确地聚焦到接收器上且第二可被高精度地指向接收装置。
[0028]根据另一实施形式，运输工具具有用于容纳接收单元的透明的流线形的壳体，其中，接收单元被万向地悬挂在该壳体中。
[0029]以类似于发射单元的方式，接收单元在壳体中的万向悬挂使得用于接收成束的激光射线的接收单元的良好的稳定和取向成为可能。
[0030]接收单元可以是太阳能发电机，其中，其布置在壳体中，壳体作为带有在其外表面上且由透明薄膜构成的薄层轮廓(Laminarprofil)的液滴形的封闭的保护罩来布置。
[0031]如果太阳能发电机