Leise und leicht gleitet das Solarflugzeug Icaré über Mengen im Landkreis Sigmaringen hinweg. Die Universität Stuttgart testet in einem fliegenden Labor hochpräzise Navigationstechnik. Die WissenschaftlerInnen sammeln Daten zur Navigation und Flugsteuerung. Damit möchte man dem autonomen Fliegen ein Stück näherkommen, wie es in einem Flugtaxi zu finden ist.
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Bei diesem Projekt arbeiten das Institut für Flugzeugbau IFB, das Institut für Flugmechanik und Flugregelung IFR und das Institut für Navigation INS zusammen.
An drei Flugtagen im August legt das Solarflugzeug etwa 80 km zurück. Es ist dafür bis zu zwei Stunden durchgehend in der Luft. Neben Solarzellen und Propellern an den Flügelspitzen ist eine GPS Antenne hinter dem Cockpit mit dabei. Die Antenne misst die Position des Flugzeugs bis zu einer Genauigkeit von 1 cm.
Im Vergleich dazu sind GPS Systeme in Autos oder Handys mit einer Genauigkeit von 3 bis 5 m wesentlich ungenauer. Mit Hilfe der Antenne konnten zentimetergenaue Referenztrajektorien bzw. Flugbahnen aller Flüge bestimmt werden.
Zur Vermessung von Fluglage und Position setzen die Forscher bei den Flügen u. a. faseroptische Kreiselsysteme, sogenannte IMUs, ein. Sie werden im Innenraum des Flugzeugs installiert. „Vereinfacht gesagt ist ein Kreisel eine dreidimensionale Wasserwaage, die in alle Richtungen funktioniert“, erklärt Johannes Schneider, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Flugzeugbau. „Die Kreiselsysteme messen, ob der Pilot das Flugzeug rollt, neigt oder giert und mit welcher Intensität die Bewegung erfolgt. Außerdem kann durch Integration aller gemessenen Bewegungen der IMUs auf die Position des Flugzeugs im Raum geschlossen werden.“
Selbstfahrende Autos aus Sicht eines Automobilzulieferes
Die zu untersuchenden Geräte unterscheiden sich hauptsächlich in der Präzision. Durch die Messungen lassen sich verschiedene Systeme miteinander vergleichen und feststellen, wie gut die einzelnen Geräte arbeiten. Mit Hilfe der Daten wollen die Forschenden Algorithmen finden, welche die Ungenauigkeit eines Geräts ausgleichen – insbesondere im Hinblick auf die Langzeit - und Kurzzeitstabilität der IMUs. Dafür entwickeln die WissenschaftlerInnen am Institut für Navigation eine Software.
Anhand der Ergebnisse soll auch das autonome Fliegen der Zukunft sicherer und zuverlässiger gemacht werden. „Die sogenannte Urban Air Mobility (UAM) mit Hilfe von kleinen Flugtaxis (Personal Air Vehicles) ist gerade viel im Gespräch“, sagt Herr Schneider. „Es werden kleine Fluggeräte für zwei bis vier Passagiere entwickelt, die in Zukunft auch autonom fliegen sollen. Dafür muss das Flugtaxis zu jedem Zeitpunkt seine Position genau kennen.
Ortungstechnologie Standard Omlox mit UWB, RFID, 5G, GPS
Prof. Andreas Strohmayer vom IFB und Prof. Walter Fichter vom IFR sowie ihre Teams haben außerdem die Flugtests mit Flächenendpropellern zur Giersteuerung fortgesetzt. Diese haben die Institute 2019 gemeinsam entwickelt und erstmals getestet. Die Piloten haben dabei neue Regelungsalgorithmen des IFR geprüft. Diese erleichtern das koordinierte Fliegen von Kurven und reduzieren automatisch den Schiebewinkel.
Technisches Allgemeinwissen
Icarè ist ein Solarflugzeug, welches die Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik der Universität Stuttgart seit fast 25 Jahren als Versuchsträger betreibt. Die MitarbeiterInnen führten die dreitägigen Testflüge am neu geschaffenen Testfeld eFliegenBW am Verkehrslandeplatz Mengen durch.