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通过从电动力设备提供机械动力来辅助在高空驾驶旋翼飞行器的方法与流程

通过从电动力设备提供机械动力来辅助在高空驾驶旋翼飞行器的方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年5月31日提交的fr2105685的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本发明涉及高空旋翼飞行器飞行的领域。
4.本发明涉及一种用于通过从混合动力设备的电动力设备供电来辅助在高空驾驶旋翼飞行器的方法，并且涉及一种具备混合动力设备并被配置为实施该方法的旋翼飞行器。
5.旋翼飞行器通常具备机身和用于至少提供旋翼飞行器的升力以及还有推进力的至少一个主旋翼。旋翼飞行器还可以包括能够抵抗由主旋翼的旋转在其机身上引起的扭矩的辅助旋翼。
6.旋翼飞行器还可以包括一个或多个螺旋桨，该螺旋桨产生推力以提供旋翼飞行器的至少部分推进力，并且也能够抵抗由主旋翼的旋转在机身上引起的扭矩。
7.出于简化的原因，术语“旋翼”在下文中用于指代旋翼飞行器的主旋翼、辅助旋翼或螺旋桨。
8.旋翼飞行器还包括动力设备，该动力设备具备机械传动通道和至少一个发动机。机械传动通道与一个或多个发动机以及旋翼飞行器的一个或多个旋翼机械地连接。因此，动力设备使旋翼飞行器的一个或多个旋翼旋转。
9.动力设备包括一个或多个热力发动机，该热力发动机也被称为“内燃机”，例如活塞发动机或燃气轮机。
10.此外，旋翼飞行器的飞行包线(flight envelope)受到旋翼飞行器的空气动力学限制及其动力设备的性能的限制。热力发动机的性能特别是受大气压和外部空气温度的影响。因此，旋翼飞行器能够达到的最大高度特别是取决于旋翼飞行器的总质量、大气压和外部空气温度。
11.实际上，大气压和外部空气温度随着高度的升高而降低。大气压随着高度升高的降低会导致热力发动机的性能下降。因此，对于仅配备一个或多个热力发动机的旋翼飞行器而言，超过一定高度(被称为“能够达到的最大高度”)旋翼飞行器的一个或多个热力发动机不再能够单独为旋翼飞行器提供正的爬升率，并且旋翼飞行器不能再增加它的高度。
12.根据旋翼飞行器的总质量以及大气压和旋翼飞行器外部的空气温度，能够达到的该最大高度例如在图表上针对具有给定的动力设备的给定的旋翼飞行器被指出。
13.此外，热力发动机的性能还根据热力发动机的老化状态(即，根据它已经使用的时间以及它已经被使用和损坏的方式)而变化。

背景技术：

14.旋翼飞行器的热力发动机的这种老化状态可以例如通过在该热力发动机运行时(例如在飞行期间)测量该热力发动机的参数来确定。例如，文献fr2986506和fr2986507描述了这样的用于确定热力发动机的老化状态的方法，其可被称为“用于检查发动机健康状况的方法”。
15.然而，为了适用于热力发动机的整个寿命，即从新状态到老化状态，配备该发动机的旋翼飞行器的飞行包线并且特别是能够达到的最大高度是基于旋翼飞行器在老化状态下的性能确定的。因此，与旋翼飞行器的实际能力相比，该飞行包线通常被最小化，但令人放心，因为即使在热力发动机达到老化状态时它也是有效的。
16.在这种情况下，本发明的一个目的是通过从电动力设备提供机械和/或推进动力来增加旋翼飞行器的飞行包线。
17.实际上，旋翼飞行器的动力设备还可以包括用于使机械传动通道运动的一个或多个电机。该一个或多个热力发动机和该一个或多个电机与机械传动通道机械地连接。然后可以经由机械传动通道通过一个或多个热力发动机和一个或多个电机单独地或共同地使旋翼飞行器的一个或多个旋翼旋转。为方便起见，这种动力设备被称为“混合”动力设备。
18.电机可以是仅执行驱动功能的电动马达。
19.替代地，电机可以是可逆的，从而执行驱动功能和发电功能。电机然后可以以“电动马达”模式操作以向机械传动通道提供机械动力，或者以“发电机”模式操作以由从机械传动通道获取的机械动力产生电能。
20.在旋翼飞行器的混合动力设备中电机可以有各种实施方式。例如，文献fr3003514描述了一种电机，其与设置在一个或多个热力发动机与每个旋翼之间的机械传动通道的主齿轮箱连接。电机也可以定位在热力发动机与该主齿轮箱之间，然后电机与每个涡轴发动机相关联。
21.根据文献fr3039614，混合动力设备的电机可以根据该电机提供的最大机械动力而与热力发动机或混合动力设备的机械传动通道机械地连接。
22.文献fr2997382描述了一种混合动力设备，其包括至少两个热力发动机和至少一个电机，该电机在至少一个热力发动机失效后进行干预，以便提供至少部分补偿发动机失效的机械动力。
23.根据文献fr2933910，提供了一种电机以限制旋翼飞行器的燃料消耗。
24.此外，文献fr3084318描述了一种用于在飞行器飞行期间管理多旋翼航空器的混合动力设备的能量使得至少起飞阶段和降落阶段仅使用电能的方法。
25.根据文献fr3089205，航空器包括从为了能够将发动机扭矩传递到航空器的至少一个旋翼的机械角度来看以及从为了能够交替或同时控制不同类型的发动机并且更准确地说控制热力或电动发动机的电气角度来看都是模块化的架构。
26.根据文献fr3092926，垂直起降飞行器包括混合动力推进系统，其配备有机载能量管理系统，该机载能量管理系统使得可以根据关于可用的电能和燃料、飞行计划和某些限制(例如安全和环境限制)选择推进类型，即电动推进或热力推进。
27.另外，具备混合动力设备的旋翼飞行器可以包括特定的电网架构，例如，如文献fr2962404和fr2993243中所述。

技术实现要素：

28.因此，本发明的一个目的是提供一种用于辅助驾驶旋翼飞行器的方法，该旋翼飞行器具备混合动力设备，使得旋翼飞行器能够到达高空，特别是高于仅通过旋翼飞行器的热动力设备的能力能够到达的高度。
29.首先，本发明的一个目的是要求保护的一种用于通过从旋翼飞行器的电动力设备提供机械动力来辅助在高空驾驶旋翼飞行器的方法，该旋翼飞行器包括：
30.·
至少一个旋翼；
31.·
混合动力设备，其具备通过机械传动通道与所述至少一个旋翼连接的电动力设备和热动力设备，所述热动力设备包括至少一个热力发动机、所述至少一个热力发动机的至少一个发动机计算机和包含提供给所述至少一个热力发动机的燃料的至少一个燃料箱，所述电动力设备包括至少一个电机以及用于控制所述至少一个电机的至少一个装置和为所述至少一个电机提供电能的至少一个电能储存装置；
32.·
显示装置；以及
33.·
计算机。
34.该方法的显著之处在于，它包括以下步骤：
35.·
定义旋翼飞行器的起飞点及其初始高度；
36.·
定义旋翼飞行器的目标点及其最终高度；
37.·
通过计算机，根据第一高度法则，基于起飞前旋翼飞行器的初始总质量、旋翼飞行器起飞前所述至少一个燃料箱中包含的初始装载燃料量、大气压和空气温度以及所述至少一个热力发动机的老化状态，确定旋翼飞行器仅使用热动力设备能够达到的第一最大高度；
38.·
通过计算机，根据第二高度法则，基于第一最大高度、旋翼飞行器在目标点处的预计总质量以及在第一最大高度处在至少一个电能储存装置中可用的预计的中间电能量，估计旋翼飞行器使用热动力设备和电动力设备能够达到的第二最大高度；以及
39.·
在旋翼飞行器的显示装置上显示与最终高度和第二最大高度之间的比较有关的信息。
40.因此，该方法可以通过额外使用电动力设备有利地增加旋翼飞行器的飞行包线，特别是能够达到的最大高度。这种方法可以便于在山区的飞行，例如用于救援人员和运输设备。
41.第一高度法则可以考虑热动力设备的特性，特别是一个或多个热力发动机的燃料消耗和热动力设备可以提供的机械动力。
42.第二高度法则可以考虑电动力设备的特性，特别是一个或多个电机的电能消耗和电动力设备可以提供的机械动力。
43.每个高度法则都可以通过试验、计算和/或模拟来建立。术语“法则”是指可以执行所讨论的计算的任何方式，例如存储在例如计算机的存储器中或与计算机连接的存储器中的数值表、方程式或图表。
44.该方法然后可以在旋翼飞行器的显示装置上显示与最终高度和第二最大高度之间的比较有关的信息。例如，如果第二最大高度高于或等于目标点的最终高度，则旋翼飞行器可以到达目标点。因此，可以显示确认旋翼飞行器能够到达目标点并执行任务的信息，以
辅助飞行员。该信息可以是指示灯点亮的形式，例如绿指示灯，显示表明可以到达目标点的消息，或者在显示装置上显示最终高度和第二最大高度之间的差值。
45.相反，如果第二最大高度低于最终高度，则旋翼飞行器不能到达目标点并且任务是不可能的。因此可以显示信息以向旋翼飞行器的飞行员表明这一点。该信息可以是指示灯点亮的形式，例如红指示灯，显示表明无法到达目标点的消息，或者在显示装置上显示最终高度和第二最大高度之间的差值。
46.该方法还可以包括：当最终高度高于第二最大高度时生成警报。
47.根据本发明的方法可以包括单独地或组合地采用的以下特征中的一个或多个。
48.例如，定义旋翼飞行器的起飞点及其初始高度可以包括以下子步骤：
49.·
定义旋翼飞行器的起飞点的初始位置；以及
50.·
根据起飞点的初始位置和地形数据库或三维地图，确定起飞点的初始高度。
51.旋翼飞行器的起飞点的初始位置可以由卫星定位系统的接收器提供，该接收器向计算机发送携带与旋翼飞行器的当前位置有关的信息的信号，例如以地球参考系中的坐标的形式，例如纬度和经度。
52.旋翼飞行器的起飞点的初始位置也可以由旋翼飞行器的飞行员或机组成员使用与计算机连接的接口输入。这种接口表示例如键盘或具备触摸面板的屏幕。该初始位置可以以地球参考系中的坐标的形式来输入，或者通过指向屏幕上显示的地图上的起飞点来输入。
53.接下来，计算机可以通过在三维地图上定位起飞点或相对于存储在计算机的存储器中或与计算机连接的存储器中的地形数据库定位起飞点来确定起飞点的初始高度。
54.类似地，定义旋翼飞行器的目标点及其最终高度可以包括以下子步骤：
55.·
定义目标点的最终位置；以及
56.·
根据目标点的位置和地形数据库或三维地图，确定目标点的最终高度。
57.目标点的最终位置可以由旋翼飞行器的飞行员或机组成员使用接口输入。该最终位置可以作为地球参考系中的坐标来输入，或者通过指向屏幕上显示的地图上的目标点来输入。
58.接下来，计算机可以通过在三维地图上定位目标点或相对于存储在计算机的存储器中或与计算机连接的存储器中的地形数据库定位目标点来确定目标点的最终高度。
59.根据另一个例子，该方法可以包括使用计算机确定起飞点和目标点之间的飞行距离。
60.飞行距离可以根据起飞点和目标点之间的直线飞行路径(即根据起飞点和目标点之间的最短距离)来计算。
61.飞行距离可以根据起飞点和目标点之间的非直线飞行路径来计算，该非直线飞行路径能够由计算机通过考虑起伏地形(relief)和/或天气状况、避免飞越特定区域(例如包括村庄或实际上存储的存在雪崩风险的区域)来确定。该曲线飞行路径可以由计算机使用三维地图和/或存储在计算机的存储器中或与计算机连接的存储器中的地形数据库来确定。该曲线飞行路径也可以由计算机使用起飞点和目标点之间区域的天气预报来确定，这些天气预报已经预先存储在计算机的存储器中或与计算机连接的存储器中。
62.该曲线飞行路径例如使得可以绕过暴风雨区域或强湍流，可能同时保持靠近地面
或起伏地形。例如，该曲线飞行路径还可以避开山脉或沿着山谷。
63.根据另一个例子，该方法可以包括基于飞行距离、起飞前旋翼飞行器的初始总质量、起飞前在所述至少一个燃料箱中包含的初始装载燃料量以及旋翼飞行器的油耗法则来检查任务的可行性。以这种方式检查任务的可行性可以检查初始燃料量是否足以让旋翼飞行器到达目标点并返回起飞点。
64.旋翼飞行器的初始总质量可以使用专用的质量确定装置来确定，该质量确定装置例如测量旋翼飞行器的起落架的轮子所承受的载荷，例如，如文献fr2986322和fr3068004中所述。然后，质量确定装置将携带旋翼飞行器的初始总质量的信息的信号传输到计算机。
65.旋翼飞行器的初始总质量也可以由操作员经由界面输入旋翼飞行器上的各种元件的质量(即，一个或多个有效载荷的质量、机组人员的质量和所述至少一个燃料箱中包含的装载燃料的初始质量)来确定。装载燃料的初始质量也可以通过使用诸如计量器之类的仪器测量至少一个燃料箱中包含的燃料的初始量并向计算机传输携带与所述装载燃料的质量或体积有关的值的信号来确定。
66.如果任务可行性检查得出初始装载燃料量不足的结论，则该方法包括生成向旋翼飞行器的飞行员或机组人员表明这一点的警报。
67.该任务可行性检查还可以考虑有效载荷的质量或要登上旋翼飞行器和/或在目标点处要从旋翼飞行器登下的一个或多个人员的质量。该有效载荷的质量或要登上和/或登下的人员的质量可能已经由旋翼飞行器的飞行员或机组成员通过接口输入或在接收到携带与该质量有关的信息并被传输到计算机的信号之后而已经被预先存储在计算机的存储器中或与计算机连接的存储器中。
68.此外，为了确定第一最大高度，该方法使用大气压和空气温度，该大气压和空气温度在目标点处被预测或估计。
69.为此，目标点处的预计大气压和预计空气温度可能已经由旋翼飞行器的飞行员或机组成员使用键盘或带有触摸面板的屏幕输入预计大气压和预计温度的值或在通过旋翼飞行器的接收装置接收到携带与预计大气压和预计温度相关的预测信息并被传输到计算机的信号之后而已经被预先存储在计算机的存储器中或与计算机连接的存储器中。
70.该方法还可以包括确定目标点处的预计大气压和预计空气温度，其包括以下子步骤：
71.·
确定起飞点处的初始大气压和初始温度；以及
72.·
通过计算机基于初始大气压、初始温度、初始高度和最终高度来计算预计大气压和预计温度。
73.初始大气压和初始温度可以通过旋翼飞行器的飞行员或机组成员使用接口输入初始大气压和初始温度的值来确定，或者在通过旋翼飞行器的接收装置接收到携带与该初始大气压和该初始温度有关的信息并被传输到计算机的信号时来确定。
74.初始大气压和初始温度也可以通过利用一个或两个专用测量装置(例如，旋翼飞行器上的气压计和温度计或任何其他风压测定装置)测量初始大气压和初始温度来确定。然后，这一个或两个测量装置传输携带旋翼飞行器的起飞点处的初始大气压值和初始温度值的一个或两个信号。
75.然后计算机可以通过应用已知的公式基于初始高度、最终高度、初始大气压和初
始温度来计算预计大气压和预计温度。从而可以考虑预计大气压和预计空气温度来确定第一最大高度。
76.此外，为了确定第一最大高度，该方法使用起飞前旋翼飞行器的初始总质量作为第一高度法则的输入数据。
77.为了确定第二最大高度，该方法使用旋翼飞行器在目标点处的预计总质量作为第二高度法则的输入数据。
78.为此目的，预计总质量的值可能已经预先存储在计算机的存储器中或与计算机连接的存储器中。该估计值可能已经由旋翼飞行器的飞行员或机组成员使用接口进行了输入。
79.旋翼飞行器在目标点处的预计总质量也可以是第一高度法则的输出值，其特别是取决于起飞前旋翼飞行器的初始质量。
80.该方法还可以包括使用计算机基于起飞前旋翼飞行器的初始总质量和起飞点与起飞点之间的飞行距离来估计旋翼飞行器在目标点处的预计总质量，预计总质量的估计包括以下子步骤：
81.·
确定起飞时旋翼飞行器的初始总质量；
82.·
基于初始总质量、起飞点与目标点之间的飞行距离以及天气状况，估计在起飞点与目标点之间预计消耗的燃料质量；以及
83.·
通过从初始总质量中减去预计消耗的燃料质量来估计旋翼飞行器在目标点处的预计总质量。
84.在起飞点与目标点之间预计消耗的燃料质量可由计算机根据燃料消耗法则特别是基于初始总质量、飞行距离和天气状况(即起飞点和目标点之间的大气压和空气温度)来计算。
85.可能对消耗的燃料质量增加不确定性裕度(margin of uncertainty)。与基于读数或测量值的计算相反，这种不确定性裕度可用于补偿通过理论计算得出的对该消耗的燃料质量的估计。例如，该不确定性裕度还可用于允许旋翼飞行器在飞行过程中的飞行路径发生可能的变化或允许在目标点处装载的有效载荷的质量增加。这种不确定性裕度可以在消耗的燃料质量的5％到20％之间。
86.此外，为了确定第一最大高度，计算机使用至少一个热力发动机的老化状态。热力发动机的当前老化状态使得可以定义旋翼飞行器的当前性能水平，该水平介于新状态下的性能水平与老化状态下的性能水平之间，老化状态下的性能水平对应于该热力发动机的最大许可老化状态。
87.根据第一变型，该方法可以考虑该方法在确定第一最大高度时使用的至少一个热力发动机的老化状态等于该热力发动机的最大许可老化状态并且在确定第一个最大高度时使用该最大许可老化状态。当前老化状态与最大老化状态之间的差异在飞行包线的范围方面可能是不利的，但也可以在计算第一最大高度时帮助自动考虑安全裕度。
88.根据第二变型，该方法可以考虑至少一个热力发动机的老化状态等于先前确定的旋翼飞行器的最近老化状态。实际上，所述至少一个热力发动机的老化状态是在旋翼飞行器的某些飞行期间确定的，或者如果可能的话实际上是在大多数飞行期间确定的，例如通过应用允许测量热力发动机的参数并由此推导其老化状态的特定程序。
89.根据第三变型，该方法可以包括基于先前确定的最近老化状态来估计所述至少一个热力发动机在目标点处的老化状态，以便确定该方法在确定第一最大高度时使用的老化状态。
90.实际上，知道先前确定的最近老化状态和它们被确定的日期可以通过插值预先估计旋翼飞行器的所述至少一个热力发动机的当前老化状态。当旋翼飞行器频繁执行相同的任务轨迹时，这种插值特别可靠。类似地，通过基于飞行距离估计到目标点的飞行时间，可以基于这些最近老化状态和确定它们的日期通过插值来预先估计旋翼飞行器到达目标点后所述至少一个热力发动机的老化状态。
91.根据第四变型，该方法可以包括确定所述至少一个热力发动机的老化状态。所述至少一个热力发动机的老化状态的这种确定可以特别是在旋翼飞行器朝向目标点飞行时执行，以便考虑旋翼飞行器的当前老化状态来确定第一最大高度。
92.此外，为了确定第二最大高度，计算机使用在第一最大高度处在所述至少一个电能储存装置中可用的预计的中间电能量。
93.为此目的，该方法可以包括确定预计的中间电能量，其包括以下子步骤：
94.·
确定起飞时在所述至少一个电能储存装置中可用的初始电能量，所述至少一个电能储存装置包括向计算机传输携带与初始电能量有关的信息的信号的发动机计算机；
95.·
估计在起飞点和位于起飞点与目标点之间的第一最大高度处的点之间预计消耗的电能量；以及
96.·
通过从初始电能量中减去预计消耗的电能量来估计预计的中间电能量。
97.所述至少一个电能储存装置可以包括管理装置，该管理装置能够在任何时间确定在一个或多个电能储存装置中包含的能量的量，该能量的量可用于向所述至少一个电机供电。
98.因此，在旋翼飞行器起飞之前，管理装置可以向计算机传输携带与该初始能量的量有关的信息的信号。
99.然后计算机可以基于飞行距离和旋翼飞行器在飞行中的功耗法则来估计旋翼飞行器到达第一最大高度时预计消耗的电能量。例如，功耗法则可能已经通过计算或基于旋翼飞行器或类似旋翼飞行器的先前飞行而被确定。例如，功耗法则根据旋翼飞行器在飞行中的平均功耗来确定。
100.计算机可以从初始电能量中减去预计消耗的电能量来估计预计的中间电能量。
101.确定预计的中间电能量还可以包括估计在旋翼飞行器飞行至第一最大高度期间可能产生并且如果可能(即，如果未达到最大电能存储容量)储存到至少一个电能储存装置中的预计的电能量。例如，计算机可以根据旋翼飞行器在飞行中的动力产生法则基于飞行距离确定在飞行期间可能产生的预计的电能量。例如，动力产生法则可能已经通过计算或基于旋翼飞行器或类似旋翼飞行器的先前飞行而被确定。例如，动力产生法则根据旋翼飞行器在飞行中的平均动力产生来确定。
102.然后计算机可以将在飞行期间可能产生的预计的电能量添加到先前计算的预计的中间电能量的估计。
103.此外，如果混合动力设备的电能储存装置不用于向旋翼飞行器的机载网络供电，则预计的中间电能量可以被认为等于初始电能量。
104.计算机还可以考虑电能储存装置在已经达到目标点后必须具有的能量储备。这种能量储备可以确保安全返回飞行，例如，以便在热力发动机失效的情况下如果需要为旋翼飞行器的电气设备供电。
105.另外，估计第二最大高度可以包括以下子步骤：
106.·
根据第二高度法则，基于旋翼飞行器的预计总质量和在所述至少一个电能储存装置中可用的初始电能量，计算旋翼飞行器从第一最大高度开始使用电动力设备能够达到的附加高度；以及
107.·
通过将第一最大高度和附加高度相加来计算第二最大高度。
108.在这种情况下，第二高度法则定义了至少在第一最大高度上方通过电动力设备提供的机械动力能够达到的附加高度。该附加高度有利地与第一最大高度无关。
109.另外，该方法可以包括设置旋翼飞行器的空气动力学配置的参数，确定第一最大高度和第二最大高度考虑该空气动力学配置。
110.实际上，空气动力学配置对旋翼飞行器的性能有直接影响，因此对第一最大高度和第二最大高度以及如果适用的话对附加高度有直接影响。特别是，例如，性能会因产生附加的空气动力学阻力的可选附件或设备的存在而降低。这样的设备包括例如放置在旋翼飞行器的滑架起落架的滑架上的绞盘或伸展器。
111.在旋翼飞行器的空气动力学配置中也可以考虑用于保护热动力设备的一个或多个进气口的系统。例如，这样的系统可以包括设置在进气口前面的简单格栅、设置在进气口中的被称为“涡流”装置的装置或者实际上设置在进气口处的由代表“进气口屏障过滤器”的缩写词ibf指代的装置。这种系统可能会产生相对显著的压降，该压降会直接影响热力发动机的运行能力，从而降低其性能。
112.此外，如果目标点的最终高度高于第二最大高度，则该方法可以包括估计旋翼飞行器的“目标”总质量，旋翼飞行器的该“目标”总质量是允许第二最大高度高于或等于最终高度的起飞前旋翼飞行器的总质量。在显示期间，在显示装置上显示与该“目标”总质量有关的信息。显示的该信息可以是“目标”总质量的值或初始总质量与“目标”总质量之间的差值，即为了能够到达目标点在起飞前要从旋翼飞行器上移除的质量。
113.旋翼飞行器的“目标”总质量的这种估计可以例如通过迭代、通过减小旋翼飞行器的初始总质量来连续计算第二最大高度直到获得至少高于最终高度的第二最大高度来获得。
114.类似地，如果目标点的最终高度高于第二最大高度，则该方法可以包括估计为了使第二最大高度高于或等于最终高度而要向所述至少一个燃料箱增加的附加燃料量。在显示期间，在显示装置上显示与要增加的该附加燃料量有关的信息。计算机可以考虑所述至少一个燃料箱的容量并在该信息与该容量和初始燃料量兼容的情况下显示该信息。
115.如果目标点的最终高度高于第二最大高度，则该方法还可以包括估计为了使第二最大高度高于或等于最终高度而要增加的附加电能量。在显示期间，在显示装置上显示与要增加的该附加电能量有关的信息。
116.在估计旋翼飞行器的“目标”总质量时，可以通过迭代获得对要增加的附加燃料量和附加电能量的估计。
117.计算机可以考虑所述至少一个电能储存装置的容量和包含在所述至少一个电能
储存装置中的初始电能量，以便推荐在旋翼飞行器起飞之前对所述至少一个电能储存装置进行充电或将至少一个电能储存装置更换为具有更大容量和/或包含足够电能的另一个电能储存装置。然后，计算机可以在显示装置上显示此效果的消息。
118.如果初始装载燃料量大于到达目标点所需的量，则计算机还可以推荐在飞行期间通过热动力设备、使用电动力设备的电能发生器或所述至少一个电机(当它是可逆的时)对所述至少一个电能储存装置进行充电。
119.为了能够执行他或她的任务，旋翼飞行器的飞行员因此可以根据所述任务及其紧急程度来选择减轻旋翼飞行器的重量、为电能储存装置充电和/或增加附加燃料量。
120.该方法还可以包括基于第一最大高度、最终高度、预计的中间电能量和参与裕度(engagement margin)来确定所述至少一个电机的参与高度，所述至少一个电机从该参与高度开始驱动所述至少一个旋翼。实际上，从该参与高度开始，热动力设备和电动力设备共同使所述至少一个旋翼旋转。所述至少一个电机可以在参与高度或实际上在低于该参与高度的高度被启动，而直到旋翼飞行器的高度高于或等于参与高度才向机械传动通道提供动力。在低于该参与高度的高度启动所述至少一个电机允许所述至少一个电机具有非常高的反应性以在旋翼飞行器一处于参与高度就几乎立即驱动所述至少一个旋翼。
121.参与裕度例如取决于选择的飞行模式和/或预计的中间电能量。
122.该方法还可以包括基于第一最大高度、最终高度、预计的中间电能量和预参与裕度来确定所述至少一个电机的预参与高度，该预参与高度低于参与高度。在该预参与高度，所述至少一个电机被启动，而不帮助旋转所述至少一个旋翼。
123.所述至少一个电机例如通过飞轮与机械传动通道连接并且在预参与高度和参与高度之间以略低于机械传动通道的旋转速度的速度旋转，所述至少一个电机因此不向机械传动通道提供任何机械动力，因此不向所述至少一个旋翼提供任何机械动力。
124.在参与高度，所述至少一个电机的旋转速度增加到达到机械传动通道的旋转速度，使得所述至少一个电机经由飞轮向机械传动通道提供机械动力，并因此向所述至少一个旋翼提供机械动力。
125.预参与裕度例如取决于选择的飞行模式和/或预计的中间电能量。
126.飞行模式可以是被称为保存储存装置的电能以便到达最终高度并返回起点的“常规”模式的模式。参与高度和(如果适用的话)预参与高度接近第一最大高度，以便在旋翼飞行器达到参与高度或(如果适用的话)预参与高度之前不消耗电能来向所述至少一个电机供电。例如，参与高度可以等于第一最大高度的95％，并且如果适用的话，预参与高度可以例如等于第一最大高度的90％。
127.飞行模式可以是被称为帮助尽快到达目标点并也尽快返回起点的“紧急”模式的模式。为此，根据预计的中间电能量，参与高度和(如果适用的话)预参与高度尽可以接近初始高度，以便热动力设备和电动力设备在飞行过程中尽早共同使至少一个旋翼旋转。如果预计的中间电能量是足够的，则参与高度和(如果适用的话)预参与高度可以例如等于初始高度。在这种情况下，执行旋翼飞行器从起飞点到目标点的飞行，其中旋翼飞行器一起飞就启动所述至少一个电机，热动力设备和电动力设备共同使所述至少一个旋翼旋转。
128.飞行模式可以是被称为保持旋翼飞行器的飞行安全的“安全”模式的模式。为此目的，预参与高度等于初始高度，这意味着旋翼飞行器一起飞就启动至少一个电机。因此，所
述至少一个电机在热力发动机失效的情况下准备好，以帮助旋转所述至少一个旋翼，从而限制或实际上消除由于所述热力发动机失效而导致的动力损失，或者便于进入自转模式。如果没有发生失效，参与高度接近第一最大高度以便在旋翼飞行器达到参与高度之前不消耗电能来为所述至少一个电机供电。
129.飞行模式可以是被称为节省旋翼飞行器的燃料消耗以达到最终高度并返回起点的“经济”模式的模式。确定参与高度和(如果适用的话)预参与高度，以使飞行期间的燃料消耗最小化。特别地，参与高度和(如果适用的话)预参与高度是基于储存装置中可用的电能的量来确定的，使得大部分电能在整个飞行期间被消耗。
130.自然地，不考虑飞行模式，参与高度被确定为使得在第一最大高度处可用的电能足以使旋翼飞行器能够到达最终高度并返回起始点。
131.根据本发明的方法还可以包括要求保护的实施旋翼飞行器到目标点的飞行。以这种方式实施旋翼飞行器的飞行包括在参与高度使所述至少一个电机参与，所述至少一个电机从参与高度开始驱动所述至少一个旋翼。因此，所述至少一个电机和所述至少一个热力发动机从所述参与高度开始共同驱动所述至少一个旋翼。
132.飞行的实施还可以包括以下子步骤：
133.·
更新旋翼飞行器能够达到的第一最大高度；
134.·
更新预计的中间电能量；
135.·
更新旋翼飞行器能够达到的第二最大高度；以及
136.·
更新所述至少一个电机的参与高度。
137.实际上，飞行条件可能与预测不同。例如，旋翼飞行器可能会遇到比预期更强的逆风或者相反遇到顺风，从而改变其在起飞点和目标点之间的燃料消耗，因此改变第一最大高度和第二最大高度的值。
138.旋翼飞行器还可以沿着与设想不同的飞行路径实施飞行，从而改变飞行距离，因此改变起飞点和目标点之间的燃料消耗。例如，在接收到新的天气状况或关于要避开的区域的信息之后，可能会发生这种飞行路径的改变。
139.飞行的实施还可以包括确定所述至少一个热力发动机在起飞点和目标点之间的飞行过程中的老化状态，特别是当起飞点和目标点之间的飞行距离足够大以至于能够考虑该飞行时间产生的旋翼飞行器的当前老化状态时。旋翼飞行器能够达到的第一最大高度的更新然后可以校正并考虑发动机的这种实际老化状态，这将在飞行中确定。
140.旋翼飞行器的飞行的实施还可以包括通过专用测量装置(例如旋翼飞行器上的垂直速度指示器)测量旋翼飞行器的爬升率，并基于旋翼飞行器的该爬升率计算监测参数。
141.例如，监测参数等于旋翼飞行器的爬升率的一阶导数。监测参数可以可选地基于旋翼飞行器的爬升率的一阶导数、爬升率的二阶导数和/或爬升率本身。
142.然后，当该监测参数低于预定参与爬升率并且附加参与条件得到确认时，可以发生所述至少一个电机的参与。
143.例如，当旋翼飞行器的飞行员或另一名机组成员在监测参数保持低于参与爬升率的预定的第一时间段内没有执行参与取消动作时，附加参与条件可以得到确认。飞行的实施然后包括显示表明监测参数低于参与爬升率的信息。如果旋翼飞行器的飞行员在这个预定的第一时间段结束之前执行了参与确认动作，则附加参与条件也可以得到确认。例如，预
定的第一时间段等于5秒。
144.当旋翼飞行器的飞行员在监测参数已经下降到低于参与爬升率之后执行参与确认动作时，附加参与条件也可以得到确认，飞行的实施包括显示表明监测参数是低于参与爬升率的信息。然后不考虑时间段，并且没有飞行员的行动不发生参与。
145.当旋翼飞行器位于高于参与确认高度的高度时，附加参与条件也可以得到确认，该参与确认高度等于第一最大高度乘以小于1的参与系数。例如，参与系数等于0.90。
146.旋翼飞行器的飞行的实施还可以包括例如在预参与高度使所述至少一个电机预参与。
147.所述至少一个电机的预参与也可以在监测参数低于预定的预参与爬升率并且附加预参与条件得到确认时发生。
148.例如，当旋翼飞行器的飞行员或另一名机组成员在监测参数保持低于预参与爬升率的预定的第二时间段内没有执行预参与取消动作时，附加预参与条件可以得到确认。该方法然后包括显示表明监测参数低于预参与爬升率的信息。如果旋翼飞行器的飞行员在该预定的第二时间段结束之前执行了预参与确认动作，则附加预参与条件也可以得到确认。例如，预定的第二时间段等于5秒。
149.当旋翼飞行器的飞行员在监测参数已经下降到低于预参与爬升率之后执行预参与确认动作时，附加预参与条件也可以得到确认，该方法包括显示表明监测参数低于预参与爬升率的信息。然后不考虑时间段，并且没有飞行员的动作不发生预参与。
150.当旋翼飞行器位于高于预参与确认高度的高度时，附加预参与条件也可以得到确认，该预参与确认高度等于第一最大高度乘以预参与系数，该预参与系数低于参与系数并因此低于1。例如，预参与系数等于0.80。
151.该方法还可以包括在计算机确定预计的中间电能量在飞行期间变得不足以使旋翼飞行器到达目标点的情况下限制旋翼飞行器的能量消耗。以这种方式限制旋翼飞行器的能量消耗可以包括以下子步骤：
152.·
如果旋翼飞行器的发电机在发电模式下消耗的机械能多于它向机载网络或至少一个电能储存装置提供的电能，则断开旋翼飞行器的该发电机；
153.·
对非必要的供电总线(即对于旋翼飞行器的飞行非必要的供应设备)进行电负载截断；
154.·
断开与机载电力网络连接的对于实施旋翼飞行器的飞行非必要的设备和耗电物；以及
155.·
如果从所述至少一个热力发动机中引出的功率不是必要的，则减少该功率。
156.减少从所述至少一个热力发动机引出的功率涉及例如用于加热旋翼飞行器乘客舱的功率，并且如果旋翼飞行器的机组成员例如都穿着救生设备，该功率可以被认为是非必要的。同样，如果山区天气晴好，或者如果“目标”高度不在具有结冰条件的地区，例如，引出的帮助挡风玻璃除雾和/或除冰的功率可以是被减少或断开。减少引出用于这些功能的功率可以涉及完全停止它们。
157.本发明的另一个目的是一种旋翼飞行器，其包括：
158.·
至少一个旋翼，例如主旋翼、辅助旋翼和/或一个或多个螺旋桨；
159.·
混合动力设备，其具备通过机械传动通道与所述至少一个旋翼连接的电动力设
备和热动力设备，所述热动力设备包括至少一个热力发动机和所述至少一个热力发动机的至少一个发动机计算机，所述电动力设备包括至少一个电机、用于控制所述至少一个电机的至少一个装置和为所述至少一个电机提供电能的至少一个电能储存装置；以及
160.·
计算机。
161.旋翼飞行器的计算机被配置为实施用于使用如上所述的混合动力设备管理旋翼飞行器在高空的飞行的方法。
162.电动力设备可以包括在旋翼飞行器的设计和制造中。也可以在升级旋翼飞行器的操作期间添加了电动力设备，以允许旋翼飞行器扩大其飞行包线。电动力设备也可以是具有不同可用电能量以及因此具有不同质量的多个套件的形式，旋翼飞行器的操作员可以根据要执行的任务安装这些套件。
附图说明
163.本发明及其优点在以下通过举例并参照附图给出的实施方式的描述的上下文中更详细地出现，在附图中：
164..图1是根据本发明的旋翼飞行器的侧视图；
165..图2是根据本发明的辅助驾驶方法的概略图；
166..图3是根据本发明的辅助驾驶方法的概略图；并且
167..图4是示出旋翼飞行器、目标点和该方法的特征高度的示意图。
具体实施方式
168.出现在多于一幅图中的元件在每幅图中都被给予相同的附图标记。
169.图1示出了旋翼飞行器1，其包括机身2、至少一个旋翼3、4和混合动力设备8。至少一个旋翼3、4可以包括例如有助于提升旋翼飞行器1以及有助于其前进的主旋翼。至少一个旋翼3、4还可以包括辅助旋翼，该辅助旋翼能够抵抗由主旋翼3的旋转在其机身2上引起的扭矩并且能够控制旋翼飞行器1的偏航。至少一个旋翼3、4还可以包括提供旋翼飞行器1的向前行进的一个或多个螺旋桨。
170.根据图1所示的例子，旋翼飞行器1包括设置在机身2上方的主旋翼3和位于尾梁7末端的辅助旋翼4。旋翼飞行器1还可以包括一个或多个螺旋桨。
171.混合动力设备8包括热动力设备10和通过机械传动通道40与旋翼3、4连接的电动力设备20。热动力设备10包括至少一个热力发动机11、12、用于每个热力发动机11、12的发动机计算机13、14和包含提供给每个热力发动机11、12的燃料的至少一个燃料箱15。
172.热力发动机11、12可以例如是活塞发动机或燃气轮机，也称为“涡轴发动机”。每个发动机计算机13、14特别是可以控制热力发动机11、12的启动和停止以及控制和修改该热力发动机11、12的速度，以调节其操作。这样的发动机计算机13、14还可以包括传感器以测量热力发动机11、12的操作参数，例如温度、移动构件的旋转速度等。
173.电动力设备20包括至少一个电机21、22以及至少一个控制装置23、24和为一个或多个电机21、22提供电能的至少一个电能储存装置25。
174.当电动力设备20包括至少一个电动马达21、22，电动力设备20可以包括用于管理所有电动马达21、22的单个控制装置23，或者当电动力设备20包括至少两个电动马达21、22
时，电动力设备20也可以针对每个电动马达21、22包括一个控制装置23、24。控制装置23、24特别是可以控制对一个或多个电机21、22的供电和关闭该供电，以及控制和修改这个或这些电机21、22的速度以调节它或它们的操作。这样的控制装置23、24可以包括计算机以及例如由代表“电子速度控制器”的缩写词esc指代的装置。
175.例如，至少一个电能储存装置25可以包括可再充电装置(例如可再充电电池)或不可再充电装置(例如不可再充电电池、燃料电池或热电池)。至少一个电能储存装置25可以专用于电动力设备20的操作或者与旋翼飞行器1的机载网络共享并且用于向该机载网络和与其连接的电气和电子设备提供电能。
176.混合动力设备8可以经由机械传动通道40借助电动力设备20和/或热动力设备10使一个或多个旋翼3、4旋转。
177.机械传动通道40与旋翼3、4和热力发动机11、12和电机21、22连接。例如，机械传动通道40可以包括设置在热动力设备10和电动力设备20与主旋翼3之间的主齿轮箱，主旋翼3的主轴与主齿轮箱的输出端连接。机械传动通道40还可以包括设置在主齿轮箱与辅助旋翼4之间的至少一个辅助齿轮箱。
178.根据图1所示的例子，热动力设备10包括两个热力发动机11、12、两个发动机计算机13、14和一个燃料箱15，而电动力设备20包括两个电机21、22、两个控制装置23、24和一个电能储存装置25。
179.根据另一方面，至少一个电机21是可逆的并且因此第一可以用作电动马达并且第二可以用作发电机26。电能储存装置25在这种情况下可以用电能再充电并且可以包括例如可再充电电池。
180.旋翼飞行器1还可包括卫星定位系统的位置接收器52，其提供旋翼飞行器1在地球参考系中的位置。该位置可以包括旋翼飞行器1在地球参考系中的坐标，例如纬度坐标和经度坐标以及它的高度。
181.旋翼飞行器1还可包括气压计53和温度计54，用于测量旋翼飞行器1处的初始大气压和初始温度。
182.旋翼飞行器1还可以包括具备质量确定装置65的起落架60，该质量确定装置65测量由该起落架60承受的载荷，以便由此推断出起飞前旋翼飞行器1的初始总质量。
183.旋翼飞行器1还可以包括接收装置55，用于接收信息，例如与要执行的任务或天气预报有关的信息。
184.旋翼飞行器1还可以包括专用于测量旋翼飞行器1的爬升率的测量装置，例如垂直速度指示器58。这种爬升率也可以使用位置接收器52来确定。
185.旋翼飞行器1还可以包括计算机5、存储器51和显示装置9，例如屏幕、抬头显示器或集成到飞行员头盔中的显示器，以及用于输入信息的接口。该接口通过有线或无线链路与计算机5连接，以允许传输携带输入信息的模拟信号、数字信号、电信号或光信号。例如，接口可以包括键盘、显示装置9的触摸面板、鼠标、轨迹球或语音或视觉控件。
186.举例来说，计算机5可以包括至少一个处理器和至少一个存储器、至少一个集成电路、至少一个可编程系统或至少一个逻辑电路，这些例子不限制所赋予“计算机”一词的范围。术语“处理器”可以等同地指中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、数字信号处理器(dsp)、微控制器等。计算机5可以专用于执行根据本发明的方法，也可以与旋翼飞行器1的
其他功能共享并且例如集成到旋翼飞行器1的航空电子系统中。
187.计算机5可以包括存储器51或者可以经由允许传输模拟信号、数字信号、电信号或光信号的有线或无线链路与存储器51连接。存储器51可以存储一个或多个算法，该算法专用于执行一种用于通过从电动力设备提供机械动力来辅助在高空驾驶旋翼飞行器的方法，其概览图在图2中示出。
188.该方法包括以下步骤。
189.在定义步骤110期间，定义旋翼飞行器1的起飞点ptd和该起飞点ptd的初始高度。
190.在定义步骤120期间，定义要到达的目标点pto和该目标点pto的最终高度。
191.起飞点ptd的初始位置和目标点pto的最终位置可以由它们在地球参考系中的相应坐标定义，例如通过它们在该地球参考系中的纬度和经度定义。
192.起飞点ptd的初始位置的坐标及其初始高度可以由位置接收器52提供，由机组成员通过接口设置或者实际上通过接收装置55接收。
193.类似地，目标点pto的最终位置的坐标及其最终高度可以由机组成员经由接口设置或者实际上经由接收装置55接收。
194.定义步骤110还可以包括图3所示的子步骤。定义110起飞点ptd和初始高度可以包括以下子步骤：
195.·
定义111旋翼飞行器的起飞点ptd的初始位置；以及
196.·
用计算机5根据地形数据库或为每个位置提供高度的三维地图确定115起飞点ptd的初始高度。
197.类似地，定义120目标点pto和最终高度可以包括以下子步骤：
198.·
定义121目标点pto的最终位置；以及
199.·
用计算机5根据目标点pto的位置和地形数据库或三维地图确定125目标点pto的最终高度。
200.该方法可以包括通过计算机5使用初始位置和最终位置以及初始高度和最终高度来确定130起飞点ptd和目标点pto之间的飞行距离。
201.计算机5可以根据起飞点ptd和目标点pto之间的直线飞行路径来计算飞行距离。
202.计算机5可替代地通过考虑存储在三维地图中的地形、诸如住宅区的禁飞区和/或存储在存储器51中的地形数据库并且可能通过考虑例如预报的已被接收装置55接收并存储在存储器51中的天气状况，确定起飞点ptd和目标点pto之间的非直线飞行路径。起飞点ptd和目标点pto之间的该非直线飞行路径也可以由专用计算机确定和/或存储在存储器51中。
203.然后计算机5可以根据该非直线飞行路径计算飞行距离。
204.该方法可以包括基于飞行距离、起飞前旋翼飞行器1的初始总质量、燃料箱15中包含的初始装载燃料量和旋翼飞行器1的油耗法则来检查任务可行性的步骤140。计算机5判断初始装载燃料量是否足以到达目标点pto并返回起飞点ptd。该检查步骤140还可以考虑有效载荷的质量或在目标点处要要登上旋翼飞行器和/或从旋翼飞行器登下的一个或多个人员的质量。
205.燃料消耗法则存储在存储器51中并且可以是图表、数值表或方程式的形式。
206.燃料消耗法则使用的参数(即旋翼飞行器1的初始总质量和初始装载燃料量)可能
已经使用接口预先进行了设置并存储在存储器51中。
207.包含在燃料箱15中的初始装载燃料量也可以通过集成到燃料箱15中的体积或质量计来测量。
208.旋翼飞行器的初始总质量也可以由质量确定装置65测量。
209.检查步骤140可以包括在初始燃料量不足时在计算机5的命令下使用警报器生成警报的步骤142。警报可以是视觉形式，例如在显示装置9上显示红指示灯并且可能显示为了到达目标点pto并返回起飞点ptd而要增加的附加燃料量，或者是听觉或触觉的形式。
210.如果合适的话，检查步骤140还可以包括指示任务可以执行的显示步骤144。
211.接下来，在确定步骤180期间，计算机5根据第一高度法则，基于旋翼飞行器1的初始总质量、起飞时燃料箱15中包含的初始装载燃料量、大气压和空气温度以及热力发动机11、12的老化状态，确定旋翼飞行器1仅使用热动力设备10能够达到的第一最大高度am1。
212.第一高度法则存储在存储器51中并且可以是图表、数值表或方程式的形式。
213.第一高度法则使用的参数可以在由个人设置之后或在通过接收装置55接收之后已经被预先存储在存储器51中。
214.每个热力发动机11、12的老化状态也可以被认为等于在先前飞行期间先前确定的旋翼飞行器1的最近老化状态。每个热力发动机11、12的老化状态也可以在目标点pto处使用先前确定的老化状态的多个值并基于到达目标点pto所需的时间和旋翼飞行器1自确定的最近老化状态起的飞行时间来估计。
215.替代地，每个热力发动机11、12的老化状态可以被认为等于最大许可老化状态。
216.根据本发明的方法还可以包括估计旋翼飞行器1在目标点pto处的预计总质量的步骤150，其包括以下子步骤：
217.·
通过个人经由接口设置参数或通过质量确定装置65的测量来确定151起飞时旋翼飞行器1的初始总质量；
218.·
根据燃料消耗法则，基于初始总质量、起飞点ptd和目标点pto之间的飞行距离和天气状况，估计152在起飞点ptd和目标点pto之间预计消耗的燃料质量；以及
219.·
通过从初始总质量中减去预计消耗的燃料质量来估计155旋翼飞行器1在目标点pto处的预计总质量。
220.第一高度法则还可以考虑例如分别由气压计53和温度计54测量的初始大气压和初始气温。
221.第一高度法则还可以考虑目标点pto处的预计大气压和预计空气温度。然后，该方法可以包括确定160目标点pto处的预计大气压和预计空气温度，其包括以下子步骤：
222.·
确定161起飞点ptd处的初始大气压和初始温度；以及
223.·
通过计算机5基于初始大气压、初始温度、初始高度和最终高度来计算165预计大气压和预计温度。
224.为此，计算机5应用已知的大气压和温度随高度变化的法则。这些法则可以存储在存储器51中。
225.此外，在确定步骤180期间，计算机5还可以考虑相对于基本空气动力学配置向旋翼飞行器增加一个或多个元件时旋翼飞行器1的空气动力学配置，并且可以修改旋翼飞行器的空气动力学行为和/或其性能。举例来说，这样的元件可以是绞盘、放置在飞行器外部
的伸展器或用于保护热动力设备10的进气口的系统。
226.为了考虑旋翼飞行器1的这种空气动力学配置，该方法可以包括设置旋翼飞行器1的空气动力学配置的参数的步骤170。在该设置参数的步骤170期间，机组成员可以例如通过接口设置添加到旋翼飞行器1的基本空气动力学配置的元件的参数。计算机5因此可以考虑旋翼飞行器1的空气动力学配置，可能通过存储在存储器51中的信息知道这些元件中的每一个对确定能够达到的第一高度的影响。
227.在该设置参数的步骤170之后，可以将加权系数应用于第一高度法则、第二高度法则和燃料消耗法则，该加权系数基于旋翼飞行器1的空气动力学配置。分别与旋翼飞行器1的不同预定空气动力学配置相关联的该加权系数的值可以存储在存储器51中。当与其相关联的旋翼飞行器1的当前空气动力学配置导致旋翼飞行器1的性能与和基本空气动力学配置相关联的性能进行比较而下降时，加权系数例如小于1。
228.然后，在估计步骤200期间，计算机5根据第二高度法则，基于第一最大高度am1、旋翼飞行器1的预计总质量和在第一最大高度am1处电能储存装置15中可用的预计的中间电能量，确定旋翼飞行器1使用热动力设备10和电动力设备20能够达到的第二最大高度am2。
229.第二高度法则存储在存储器51中并且可以是图表、数值表或方程式的形式。
230.第一最大高度am1和旋翼飞行器1的预计总质量已经被预先确定。如果在到达第一最大高度am1之前电能储存装置25中没有电能或很少的电能将被消耗，则可以认为预计的中间电能量等于起飞时电能储存装置25中可用的初始电能量。如果旋翼飞行器1包括专用于向旋翼飞行器1的机载电网供电的一个或多个电池，或者如果旋翼飞行器1包括向旋翼飞行器1的机载电网供电的发电机，情况尤其如此，电能储存装置25仅专用于向电机21、22供电。
231.该方法还可以包括确定预计的中间电能量的步骤190，其包括以下子步骤：
232.·
确定191起飞时电能储存装置25中可用的初始电能量；
233.·
估计192在起飞点ptd和位于起飞点ptd与目标点pto之间的第一最大高度am1处的点之间预计消耗的电能量；以及
234.·
通过从初始电能量中减去预计消耗的电能量来估计195预计的中间电能量。
235.电能储存装置25包括管理装置，该管理装置向计算机5传输携带与初始电能量有关的信息的信号。
236.例如，可以根据飞行中的旋翼飞行器1的动力消耗法则并且根据飞行距离来估计预计消耗的电能量。
237.此外，如果电动力设备20包括发电机26，或者如果电机21、22是可逆的，则确定步骤190可以包括估计在旋翼飞行器1飞行至第一最大高度am1期间可以由发电机26或可逆电机21、22产生的预计的电能量的步骤194。如果该电能储存装置25没有充满电能，在飞行期间可能产生的该电能可以被存储到电能储存装置25中。然后，在估计步骤195期间估计的预计的中间电能量等于在飞行期间可能产生的预计的电能量与初始电能量之和减去预计消耗的电能量。
238.此外，估计第二最大高度am2的步骤200可以包括以下子步骤：
239.·
根据第二高度法则，基于旋翼飞行器1的预计总质量和所述预计的中间电能量，计算201旋翼飞行器1使用电动力设备20能够达到的附加高度；以及
240.·
通过将第一最大高度am1和附加高度相加来计算202第二最大高度am2。
241.在这种情况下，计算机5可以使用第二高度法则来计算在第一最大高度am1上方通过从电动力设备20供电能够达到的该附加高度。
242.在显示步骤210期间，显示装置9显示与最终高度和第二最大高度am2之间的比较有关的信息。
243.显示装置9例如可以在第二最大高度am2高于最终高度时显示符号或点亮绿指示灯，并且可能显示最终高度和第二最大高度am2的值，以便旋翼飞行器1的飞行员知道最终高度和第二最大高度am2之间的差值，因此知道他或她到达目标点pto的可用裕度。
244.如果目标点pto的最终高度高于第二最大高度am2，则显示装置9可以例如在显示步骤210期间显示另一个符号或点亮红指示灯。警报装置也可以在最终高度高于第二最大高度am2时生成警报220。例如，警报可以是视觉的或听觉的。
245.此外，如果目标点pto的最终高度高于第二最大高度am2，则该方法可以包括附加步骤。在估计步骤203期间，计算机5可以估计旋翼飞行器1的“目标”总质量，该“目标”总质量允许第二最大高度am2高于或等于最终高度，然后在显示210期间，显示装置9显示与“目标”总质量有关的信息。
246.在估计步骤204期间，计算机5可以估计要向燃料箱15增加的附加燃料量，该附加燃料量允许第二最大高度am2高于或等于最终高度，然后在显示210期间，显示装置9显示与附加燃料量有关的信息。
247.在估计步骤205期间，计算机5可以估计要向旋翼飞行器1增加的附加电能量，该附加电能量允许第二最大高度am2高于或等于最终高度，然后在显示210期间，显示装置9显示与附加电能量有关的信息。
248.计算机5可以使用第二高度法则通过各种方法(例如通过迭代或通过收敛)估计要向燃料箱15增加的附加燃料量、旋翼飞行器1的“目标”总质量和/或要向旋翼飞行器1增加的附加电能量。
249.该方法还可包括基于第一最大高度am1、最终高度、预计的中间电能量和参与裕度来确定每个电机21、22的参与高度a2的步骤208。在该参与高度a2和高于该参与高度a2处，每个电机21、22通过机械传动通道40与热力发动机11、12共同使每个旋翼3、4旋转，以到达目标点pto。
250.该方法还可以包括基于第一最大高度am1、目标点pto的最终高度、预计的中间电能量和预参与裕度来确定每个电机21、22的预参与高度al的步骤207。预参与高度a1低于参与高度a2。从该预参与高度a1开始并且直到旋翼飞行器1达到参与高度a2，每个电机21、22被启动，但不驱动一个或多个旋翼3、4。
251.参与裕度和预参与裕度可以取决于选择的飞行模式和/或预计的中间电能量。
252.例如，每个电机21、22通过飞轮27、28与机械传动通道40连接，飞轮27、28使得从预参与高度al开始可以使每个电机21、22启动并具有略低于机械传动通道40的旋转速度的旋转速度。然后每个电机21、22不通过飞轮27、28向机械传动通道40传输扭矩或动力。
253.从参与高度a2开始，每个电机21、22的旋转速度增加，直到达到允许每个电机21、22通过飞轮27、28将扭矩和机械动力传输到机械传动通道40并因此传输到每个旋翼3、4的旋转速度。
254.图4特别是示出了预参与高度a1和参与高度a2相对于初始高度和最终高度的位置。
255.该方法还可以包括实施旋翼飞行器1从起飞点ptd到目标点pto的飞行的步骤300。该实施飞行的步骤300特别是具有在参与高度a2使每个电机21、22参与的子步骤390。
256.在确定参与高度a2的步骤208期间，参与高度a2可能在旋翼飞行器1起飞之前已经被确定。
257.在飞行期间，该方法可以包括更新在旋翼飞行器1起飞之前确定的参数的步骤，如果遇到的飞行条件与那些预测不同或者如果旋翼飞行器10已经遵循与设想的飞行路径不同的飞行路径，则这些参数的值有可能发生变化。也可以在飞行期间修改任务，例如通过在目标点pto之前或之后将航路点添加到飞行路径，以营救人员。这些更新有利地考虑了路径的这种修改。
258.实施飞行的步骤300因此可以包括以下步骤：
259.·
更新310旋翼飞行器1能够达到的第一最大高度am1；
260.·
更新320预计的中间电能量；
261.·
更新330旋翼飞行器1能够达到的第二最大高度am2；以及
262.·
更新340至少一个电机21、22的参与高度a2。
263.在飞行期间一旦基于旋翼飞行器1的爬升率的监测参数低于参与爬升率并且附加参与条件得到确认，也可以执行参与子步骤390。参与高度a2则等于监测参数等于参与爬升率时的旋翼飞行器1的高度。
264.附加参与条件帮助避免在旋翼飞行器1的操纵期间过早触发每个电机21、22，该过早触发导致该监测参数降低，然后消耗可能为了达到目标点pto需要的电能。
265.为此，实施旋翼飞行器1飞行的步骤300可以包括以下子步骤：
266.·
通过垂直速度指示器58测量350旋翼飞行器1的爬升率；
267.·
基于爬升率计算360监测参数，该监测参数例如等于旋翼飞行器1的爬升率的一阶导数；以及
268.·
当监测参数低于参与爬升率并且附加参与条件得到确认时使每个电机21、22参与390。
269.例如，当旋翼飞行器1的飞行员在预定的第一时间段内没有执行参与取消动作时，附加参与条件可以得到确认，在该第一时间段期间监测参数低于并且保持低于参与爬升率。实施飞行的步骤300然后包括显示表明监测参数低于参与爬升率的信息的步骤370。取消动作可以通过专用开关或接口来执行。旋翼飞行器的飞行员还可以通过使用专用开关或接口在预定的第一时间段结束之前确认附加参与条件。
270.当旋翼飞行器1的飞行员在监测参数已经下降到低于参与爬升率之后执行参与确认动作时，附加参与条件也可以得到确认。实施飞行的步骤300然后还包括显示表明监测参数低于参与爬升率的信息的步骤370。确认动作可以通过专用开关或接口来执行。
271.当旋翼飞行器1位于高于参与确认高度的高度时，附加参与条件也可以得到确认，该参与确认高度等于第一最大高度am1乘以低于1的参与系数。
272.实施旋翼飞行器飞行的步骤300还可以包括使每个电机21、22预参与的子步骤380，其可以在旋翼飞行器1达到预参与高度al时执行，如果适用，该预参与高度al在旋翼飞
行器1起飞之前的确定步骤207期间被确定。
273.使每个电机21、22预参与的子步骤380也可以在监测参数低于预定的预参与爬升率并且附加预参与条件得到确认时执行。预参与高度a1则等于监测参数等于预参与爬升率时的旋翼飞行器1的高度。预参与爬升率大于参与爬升率。
274.例如，当旋翼飞行器1的飞行员在预定的第二时间段内没有执行预参与取消动作时，附加预参与条件可以得到确认，在该第二时间段期间，监测参数低于并且保持低于预参与爬升率。实施飞行的步骤300然后包括显示表明监测参数低于预参与爬升率的信息的步骤375。取消动作可以通过专用开关或接口来执行。旋翼飞行器的飞行员还可以通过使用专用开关或接口在预定的第二时间段结束之前确认附加预参与条件。
275.当旋翼飞行器1的飞行员在监测参数已经下降到低于预参与爬升率之后执行预参与确认动作时，附加预参与条件也可以得到确认。实施飞行的步骤300然后还包括显示表明监测参数低于预参与爬升率的信息的步骤375。确认动作可以通过专用开关或接口来执行。
276.当旋翼飞行器1位于高于预参与确认高度的高度时，附加预参与条件也可以得到确认，该预参与确认高度等于第一最大高度am1乘以预参与系数，预参与系数低于参与系数并因此低于1。
277.自然地，本发明在其实施方式方面有多种变化。尽管上面描述了多个实施方式，但应该容易理解的是，不可能设想穷尽地识别所有可能的实施方式。在不超出本发明和权利要求的范围的情况下，自然可以用等效方式替换任何描述的方式。

技术特征：

1.一种用于通过从旋翼飞行器(1)的电动力设备(20)提供机械动力来辅助在高空驾驶所述旋翼飞行器(1)的方法，所述旋翼飞行器(1)包括：
·
至少一个旋翼(3、4)；
·
混合动力设备(8)，其具备通过机械传动通道(30)与所述至少一个旋翼(3、4)连接的电动力设备(20)和热动力设备(10)，所述热动力设备(10)包括至少一个热力发动机(11、12)、所述至少一个热力发动机(11、12)的至少一个发动机计算机(13、14)和包含提供给所述至少一个热力发动机(11、12)的燃料的至少一个燃料箱(15)，所述电动力设备(20)包括至少一个电机(21、22)以及用于控制所述至少一个电机(21、22)的至少一个装置(23、24)和为所述至少一个电机(21、22)提供电能的至少一个电能储存装置(25)；
·
显示装置(9)；以及
·
计算机(5)，其中，所述方法包括以下步骤：
·
定义(110)所述旋翼飞行器(1)的起飞点(ptd)及其初始高度；
·
定义(120)所述旋翼飞行器(1)的目标点(pto)及其最终高度；
·
通过所述计算机(5)，根据第一高度法则，基于起飞前所述旋翼飞行器(1)的初始总质量、所述至少一个燃料箱(15)中包含的初始装载燃料量、大气压和空气温度以及所述至少一个热力发动机(11、12)的老化状态，确定(180)所述旋翼飞行器(1)仅使用所述热动力设备(10)能够达到的第一最大高度(am1)；
·
通过所述计算机(5)，根据第二高度法则，基于所述第一最大高度(am1)、所述旋翼飞行器(1)的所述初始总质量以及在所述第一最大高度(am1)处在所述至少一个电能储存装置(25)中可用的预计的中间电能量，估计(200)所述旋翼飞行器(1)使用所述热动力设备(10)和所述电动力设备(20)能够达到的第二最大高度(am2)；以及
·
在显示装置(9)上显示(210)与所述最终高度和所述第二最大高度(am2)之间的比较有关的信息。2.根据权利要求1所述的方法，其中，定义(110)所述旋翼飞行器(1)的起飞点(ptd)及其初始高度包括：
·
定义(111)所述旋翼飞行器(1)的所述起飞点(ptd)的初始位置；以及
·
根据所述起飞点(ptd)的所述初始位置和地形数据库或三维地图，确定(115)所述起飞点(ptd)的所述初始高度；以及定义(120)所述旋翼飞行器(1)的目标点(pto)及其最终高度包括：
·
定义(121)所述目标点(pto)的最终位置；以及
·
根据所述目标点(pto)的所述最终位置和所述地形数据库或所述三维地图，确定(125)所述目标点(pto)的所述最终高度。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括确定(160)所述目标点(pto)处的预计大气压和预计空气温度，所述预计大气压和所述预计空气温度被考虑用于确定(180)所述第一最大高度(am1)，确定(160)所述目标点(pto)处的预计大气压和预计空气温度包括：
·
确定(161)所述起飞点(ptd)处的初始大气压和初始温度；以及
·
通过所述计算机(5)，基于所述初始大气压、所述初始高度和所述最终高度来计算
(165)所述预计大气压和所述预计温度。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括使用所述计算机(5)基于起飞前所述旋翼飞行器(1)的所述初始总质量和所述起飞点(ptd)与所述目标点(pto)之间的飞行距离来估计(150)所述旋翼飞行器在所述目标点(pto)处的预计总质量，估计(150)总质量包括：
·
确定(151)所述旋翼飞行器(1)的所述初始总质量；
·
基于所述初始总质量、所述飞行距离和天气状况，估计(152)在所述起飞点(ptd)与所述目标点(pto)之间预计消耗的燃料质量；以及
·
通过从所述初始总质量中减去所述预计消耗的燃料质量来估计(155)所述旋翼飞行器在所述目标点(pto)处的所述预计总质量。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括确定(190)在所述第一最大高度(am1)处在所述至少一个电能储存装置(25)中可用的预计的中间电能量，确定(190)所述预计的中间电能量包括：
·
确定(191)起飞时在所述至少一个电能储存装置(25)中可用的初始电能量，所述至少一个电能储存装置(25)包括向所述计算机(5)传输携带与所述初始电能量有关的信息的信号的管理装置；
·
估计(192)在所述起飞点(ptd)与位于所述第一最大高度(am1)处的点之间预计消耗的电能量；以及
·
通过从所述初始电能量中减去所述预计消耗的电能量来估计(195)所述预计的中间电能量。6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定(190)所述预计的中间电能量包括估计(194)在所述旋翼飞行器(1)飞行至所述第一最大高度(am1)期间可能由所述电动力设备(20)的发电机(26)产生并储存到所述至少一个电能储存装置(25)中的预计的电能量，在估计(195)所述预计的中间电能量的步骤期间估计的所述预计的中间电能量等于在飞行期间可能产生的所述预计的电能量与所述初始电能量之和减去所述预计消耗的电能量。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括设置所述旋翼飞行器(1)的空气动力学配置的参数(170)，并且所述第一最大高度(am1)和所述第二最大高度(am2)的确定(180、200)考虑所述空气动力学配置。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二最大高度(am2)的估计(200)包括：
·
根据所述第二高度法则，基于所述旋翼飞行器(1)的所述初始总质量和在所述至少一个电能储存装置(25)中可用的所述初始电能量，计算(201)所述旋翼飞行器(1)使用所述电动力设备(20)能够达到的附加高度；以及
·
通过将所述第一最大高度(am1)与所述附加高度相加来计算(202)所述第二最大高度(am2)。9.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述目标点(pto)的所述最终高度高于所述第二最大高度(am2)，则所述方
法包括生成警报(220)。10.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述目标点(pto)的所述最终高度高于所述第二最大高度(am2)，则所述方法包括估计(203)所述旋翼飞行器(1)的“目标”总质量，所述“目标”总质量允许所述第二最大高度(am2)高于或等于所述目标点(pto)的所述最终高度，并且在显示(210)信息期间，在所述显示装置(9)上显示与所述“目标”总质量有关的信息。11.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述目标点(pto)的所述最终高度高于所述第二最大高度(am2)，则所述方法包括估计(204)要向所述至少一个燃料箱(15)增加的附加燃料量，所述附加燃料量允许所述第二最大高度(am2)高于或等于所述目标点(pto)的所述最终高度，并且在显示(210)信息期间，在所述显示装置(9)上显示与所述附加燃料量有关的信息。12.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述目标点(pto)的所述最终高度高于所述第二最大高度(am2)，则所述方法包括估计(205)要向所述旋翼飞行器(1)增加的附加电能量，所述附加电能量允许所述第二最大高度(am2)高于或等于所述目标点(pto)的所述最终高度，并且在显示(210)信息期间，在所述显示装置(9)上显示与所述附加电能量有关的信息。13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括：基于所述第一最大高度(am1)、所述最终高度、所述预计的中间电能量和参与裕度，确定(208)所述至少一个电机(21、22)的参与高度(a2)，所述至少一个电机(21、22)从所述参与高度(a2)开始驱动所述至少一个旋翼(3、4)。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述参与裕度取决于选择的飞行模式和/或所述预计的中间电能量。15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法包括：基于所述第一最大高度(am1)、所述目标点(pto)的所述最终高度、所述预计的中间电能量和预参与裕度，确定(207)所述至少一个电机(21、22)的预参与高度(a1)，所述至少一个电机(21、22)不驱动所述至少一个旋翼(3、4)，所述预参与高度(a1)低于所述参与高度(a2)，所述预参与裕度取决于选择的飞行模式和/或所述预计的中间电能量。16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括实施(300)所述旋翼飞行器(1)到所述目标点(pto)的飞行，包括在参与高度(a2)处的所述至少一个电机(21、22)的参与(390)，从所述参与高度(a2)开始，所述至少一个电机(21、22)与所述至少一个热力发动机(11、12)共同驱动所述至少一个旋翼(3、4)。17.根据权利要求16所述的方法，其中，实施(300)飞行包括以下子步骤：
·
更新(310)所述旋翼飞行器(1)能够达到的所述第一最大高度(am1)；
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更新(320)所述预计的中间电能量；
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更新(330)所述旋翼飞行器(1)能够达到的所述第二最大高度(am2)；以及
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更新(340)所述至少一个电机(21、22)的所述参与高度(a2)。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，实施(300)所述旋翼飞行器(1)的飞行包括：通过专用测量装置(58)测量(350)所述旋翼飞行器(1)的爬升率，基于所述爬升率计算(360)监测参数，并且当所述监测参数低于参与爬升率并且附加参与条件得到确认时发生所述至少一个电机(21、22)的参与(390)。19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述附加参与条件在以下情况时得到确认：
·
所述旋翼飞行器(1)的飞行员在所述监测参数下降到低于所述参与爬升率之后的预定的第一时间段内没有执行参与取消动作来取消所述参与(390)，飞行的实施(300)包括显示(370)表明所述监测参数低于所述参与爬升率的信息；或者
·
所述旋翼飞行器(1)的飞行员在所述监测参数下降到低于所述参与爬升率之后执行参与确认动作(390)来确认所述参与，实施(300)飞行包括显示(370)表明所述监测参数低于所述参与爬升率的信息；或者
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所述旋翼飞行器(1)位于高于所述参与(390)的确认高度的高度，所述参与(390)的确认高度等于所述第一最大高度(am1)乘以小于1的参与系数。20.根据权利要求18所述的方法，其中，实施(300)所述旋翼飞行器(1)的飞行包括使所述至少一个电机(21、22)预参与(380)，当所述监测参数低于预参与爬升率并且附加预参与条件得到确认时发生所述至少一个电机(21、22)的所述预参与。21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述附加预参与条件在以下情况时得到确认：
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所述旋翼飞行器(1)的飞行员在所述监测参数下降到低于所述预参与爬升率之后的预定时间段内没有执行预参与取消动作来取消所述预参与(380)，所述方法包括显示(375)表明所述监测参数低于所述预参与爬升率的信息；或者
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所述旋翼飞行器(1)的飞行员在所述监测参数已经下降到低于所述预参与爬升率之后执行预参与确认动作(380)以确认所述预参与，所述方法包括显示(375)表明所述监测参数低于所述预参与爬升率的信息；或者
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所述旋翼飞行器(1)位于高于所述预参与(380)的确认高度的高度，所述预参与(380)的确认高度等于所述第一最大高度(am1)乘以低于所述参与系数的预参与系数。22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括基于所述飞行距离、起飞前所述旋翼飞行器(1)的所述初始总质量、所述燃料箱(15)中包含的所述初始装载燃料量、所述旋翼飞行器(1)的燃料消耗法则、所述旋翼飞行器(1)上的有效载荷的质量或在所述目标点(pto)处要从所述旋翼飞行器(1)登下和/或要登上所述旋翼飞行器(1)的一个或多个人员的质量来检查飞行可行性的步骤(140)，所述计算机(5)判断所述初始装载燃料量是否足以到达所述目标点(pto)并返回所述起飞点(ptd)。23.一种旋翼飞行器(1)，其包括：
·
至少一个旋翼(3、4)；
·
混合动力设备(8)，其具备通过机械传动通道(30)与所述至少一个旋翼(3、4)连接的电动力设备(20)和热动力设备(10)，所述热动力设备(10)包括至少一个热力发动机(11、
12)和所述至少一个热力发动机(11、12)的至少一个发动机计算机(13、14)，所述电动力设备(20)包括至少一个电机(21、22)、用于控制所述至少一个电机(21、22)的至少一个控制装置(23、24)和为所述至少一个电机(21、22)提供电能的至少一个电能储存装置(25)；
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显示装置(9)；以及
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计算机(5)，其中，所述计算机(5)被配置为实施根据权利要求1所述的用于辅助驾驶的方法。

技术总结

本发明涉及一种通过从电动力设备提供机械动力来辅助在高空驾驶旋翼飞行器的方法。在定义了所述旋翼飞行器(1)的起飞点(PtD)和目标点(PtO)以及它们各自的高度之后，根据第一高度法则执行所述旋翼飞行器(1)仅使用所述热动力设备能够达到的第一最大高度(AM1)的确定。然后，根据第二高度法则对所述旋翼飞行器(1)使用所述热动力设备和所述电动力设备共同驱动所述旋翼飞行器(1)的每个旋翼能够达到的第二最大高度(AM2)进行估计。如果所述第二最大高度(AM2)高于所述目标点(PtO)的高度，则旋翼飞行器能够飞到所述目标点(PtO)。翼飞行器能够飞到所述目标点(PtO)。翼飞行器能够飞到所述目标点(PtO)。