An elektrischen und senkrechtstartenden Flugzeugen wird an zahlreichen Universitäten und in vielen Unternehmen geforscht und Entwicklungsarbeit investiert. Die Technische Universität München (TUM) hat ein Flugsystemregelung entwickelt, das einem Prototyp V600 der Firma AutoFlightX mehr Stabilität in der Luft verleiht.
"Größten Herausforderungen sind die Flugregelung und Flugstabilisierung"
Die von der TUM entwickelte Regelungstechnik wird nun im Prototyp V600 der Firma AutoFlightX eingesetzt. Den Forschern zufolge bestand die Heruasforderung darin, dass Hubschrauber und Multicopter senkrecht starten und landen können, im Reiseflug aber nicht sehr effizient sind. Klassische Reiseflugzeuge dagegen würden effizient fliegen, benötigen aber eine Start- und Landebahn. Ein "Transitionsflugzeug" kombiniere die Vorteile: Es kann mithilfe von Propellern senkrecht starten und landen, besitzt aber auch Flügel und könne so in den effizienten Reiseflug übergehen. Beim Senkrechtstart befindet sich der Flieger im sogenannten Hover-Modus, also im Schwebezustand. Dann folgt die Transitionsphase, der Übergang vom Hover-Modus in den dritten Modus: den Vorwärtsflug oder fachlich bezeichnet den Flächenflug.
„Ein derartiger Flugtaxi-Prototyp ist in Deutschland bisher noch nicht bemannt geflogen“, erklärt Franz Sax vom Lehrstuhl für Flugsystemdynamik. Dort beschäftigen sich Forscher und Forscherinnen seit Jahren an der Entwicklung von Flugregelungssystemen. Die in Gilching ansässige Firma AutoFlightX kooperierte mit dem Lehrstuhl bei der Entwicklung ihres Flugtaxi-Prototyps. Matthias Bittner, Chief Operating Officer: „Wir wollen ein Lufttaxi bauen, das einfach senkrecht starten und landen, aber trotzdem möglichst effizient längere Strecken zurücklegen kann. Die größten Herausforderungen sind die Flugregelung und Flugstabilisierung, damit der Flieger auch unter widrigen Umständen in der Luft bleibt.“
Drei Flugphasen, ein Regler
Hierin besteht die Entwicklungsleistung der TUM-Forscher und Forscherinnen. „Wir können dem Flugsystem beibringen, wie es sich in den verschiedenen Flugphasen verhalten soll“, sagt Sax. „Bei einem Vertical-Take-Off-and-Landing Vehicle ist das eine besondere Herausforderung. Dazu nutzen wir ein komplexes Reglersystem, das noch nicht Einzug in die Industrie gehalten hat.“
Sowohl für den Schwebezustand als auch den Flächenflug existierten bereits etablierte Reglerlösungen. Im jetzt konfigurierten Reglersystem für das Flugtaxi ist ein Regler für alle drei Phasen zuständig. Damit bleibe der Flieger auch in der Transitionsphase kontrollierbar. Der Regler wertet Daten aus, die von Sensoren geliefert werden, wie etwa die Lage und die Geschwindigkeit des Flugzeugs. Er erhält außerdem Input von der Steuerung. Aus den Daten errechnet der Algorithmus die Aktionen, die nötig sind, um das gewünschte Flugverhalten zu erreichen. Bei der Berechnung spielen auch physikalische Effekte eine Rolle, die sich jedoch in jeder Flugphase unterscheiden. Auf diese Veränderung muss auch der Regler reagieren.
Premiere in Friedrichshafen
Der Prototyp AutoFlightX-V600 wurde nun auf der Messe „AERO“ in Friedrichshafen zum ersten Mal der Öffentlichkeit vorgestellt. Er hat eine Spannweite von 8,50 Metern und eine Länge von 7,60 Metern. Die V600 ähnelt einer Rutan Long-EZ, einem Flugzeug der Canardbauweise, bei dem sich der Steuerflügel vorne befindet. Um ein senkrechtes Starten und Landen zu ermöglichen, sind mehrere Propeller angebracht, die nach unten zeigen – wie bei einem Multicopter.
Der Prototyp wird von Beginn an mit einem Piloten oder einer Pilotin fliegen. Mit der V600 haben die Entwickler nun zunächst gezeigt, dass der Bau des Fliegers technisch machbar ist. Bis das Flugtaxi mit den ersten Passagieren abhebt, wird es aber noch einige Zeit dauern. „Experten gehen davon aus, dass die Technologie 2025 marktreif ist“, sagt Bittner.
Unter anderem Boeing und Ingolstadt mit dem CityAirbus sind auch im Bereich der sekrechtstartenden Elektroflugzeuge engagiert. (hof)
Quelle: Technische Universität München