Fliegen ohne Landevorrichtung erhöht Nutzlast

Wissenschaftler des DLR konnten erstmals eine neu entwickelte Technik für die Landung auf dem Dach eines fahrenden Autos demonstrieren. Das hilft viel Gewicht einzusparen.

Bei dem Konzept ist ein unbemanntes, elektrisches, autonomes Luftfahrzeug mit 75 Kilometer pro Stunde sanft auf einem fahrenden Fahrzeug aufgesetzt und könnte auf ultraleichte Solarflugzeuge angewendet werden, welche einmal klassische Satellitensysteme in der Stratosphäre ergänzen. Durch das Weglassen der Landevorrichtung kann die verfügbare Nutzlast dieser Solarflugzeuge erheblich vergrößert werden. Gleichzeitig wird das Landen mit Seitenwind deutlich vereinfacht, wodurch auch Landungen bei schlechtem Wetter möglich werden.

Leichteres Flugzeug ohne Fahrwerk

Ultraleichte Solarflugzeuge können laut DLR (Deutschen Zentrums für Luft– und Raumfahrt) in mehr als 20 Kilometer Höhe fliegen und das über mehrere Wochen. Um länger in der Luft bleiben zu können, ist für die Fluggeräte der Faktor Gewicht von entscheidender Bedeutung. Durch das Weglassen des Landefahrwerks, kann das Eigengewicht dieser UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) erheblich reduziert werden. Das ermöglicht mehr Ladekapazität, eine höhere Reichweite und bessere Leistung. Normalerweise notwendige Versteifungen in der Struktur des Fluggeräts könnten so ebenfalls eingespart werden, was das Gewicht weiter verringert.

Wissenschaftler vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik haben durch die Kombination von Technologien aus den Bereichen Robotik und UAV ein System entwickelt, welches das automatische Landen eines sogenannten „Starrflüglers“ (Fixed-wing Aircraft) auf einem fahrenden Bodenfahrzeug möglich macht. In Flugversuchen auf einem Flugplatz im schwäbischen Mindelheim-Mattsies wurde dieses System nun mit einem gut drei Meter großen, 20 Kilogramm schweren, elektrischen Starrflügel-UAV erfolgreich getestet.

Autonomes Landen ohne Pilot – und Fahrer

Dazu wurde ein Netz auf das Dach eines PKWs gespannt und mit mehreren optischen Markern versehen. Bis auf einen halben Meter genau kann sich das Fluggerät über der vier Meter langen und fünf Meter breiten mobilen Landeplattform positionieren. Befindet es sich darüber, erkennt das optische Multi-Marker Tracking-System die Landevorrichtung und bestimmt die relative Position zum Bodenfahrzeug mit hoher Genauigkeit. Mit diesen Daten wird die Landung dann computergesteuert durchgeführt.

Der große Vorteil: Die Bewegung des UAVs und des Fahrzeugs werden mit Hilfe der entwickelten Algorithmen auf einander angepasst. Indem sich das Auto inklusive Landevorrichtung und der „Starrflügler“ gleich schnell bewegen, gleicht das Landen eher einem Absetzen. Das macht die Landephase einfacher und sicherer. Bei den durchgeführten Versuchen war aus flugbetrieblichen Sicherheitsanforderungen noch ein Fahrer im Auto. Dieser erhielt die berechneten Steuerkommandos über eine graphische Anzeige, die ihm vorgab, ob er schneller oder langsamer fahren musste. Für eine spätere Anwendung in der Praxis, kann ein robotisches Fahrzeug ohne Fahrer verwendet werden.

Auf den Bildern

Im Titelbild: Kritische Phase des Landemanövers. Das UAV-Flugregelungssystem muss die beschleunigte Luftströmung oberhalb des Bodenfahrzeugs ausgleichen.

Der Mensch als Aktuator im semi-autonomen Landefahrzeug: Der Fahrer erhält Steuerkommandos über eine graphische Anzeige (Fadenkreuz).

Demonstrator Plattform Penguin BE UAV: Der Technologiedemonstrator verfügt noch über Landevorrichtungen, die durch das entwickelte System redundant werden.

Das Flugrobotik-Team mit dem Fahrzeug samt Landenetz.

(Fotos: DLR (CC-BY 3.0)