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ZIM Projekt: Innovatives Elektro-Fluggerät


Designstudie des geplanten Volocopters (Grafik: e-volo)

Seitens des FuE Konsortiumsmitglieds Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft, Institut für Angewandte Forschung (IAF) werden unter der Projektleitung von Prof. Dr.-Ing. Reiner Jäger die Komponenten des Navigations- und Steuerungssystem für den Volokopter (www.e-volo.com) entwickelt.

Der Volocopter wird von einem Piloten gesteuert und ist als Zweisitzer konzipiert. Im Gegensatz zu einem Helikopter wird er nicht von einem oder zwei, sondern von bis zu 18 horizontalen Rotoren angetrieben. Ein weiterer wesentlicher Unterschied und Vorteil: Der Antrieb ist elektrisch. Diese Antriebsart ist ausgesprochen leise, umweltschonend und führt zudem zu einer signifikanten Senkung der Flugkosten. Die Akkus sollen eine Flugzeit bis zu einer Stunde ermöglichen, dabei fallen Energiekosten von weniger als zehn Euro an. Erreicht wird damit bei einem Gesamtgewicht bis zu 450kg eine Flughöhe von 2000 m, eine Geschwindigkeit bis zu 100 km/h. Zudem ist es ein ausgesprochen sicheres Fluggerät. Selbst wenn mehrere Motoren ausfallen, kann es noch sicher landen, und selbst im allergrößten Notfall kann es mit einem Fallschirm zu Boden segeln. Nach dem Flugbetrieb lässt es sich platzsparend verstauen, denn der Volocopter kann kompakt in Einzelteile zerlegt werden. In diesem Jahr konnte der Volokopter bereits den Charles Lindbergh-Preis auf der AERO Luftfahrtmesse in Friedrichshafen gewinnen.

Für die Volocopter Navigation wird ein spezielles Navigationssystem entwickelt, das mit redundanter GNSS- und MEMS Sensoranbindung arbeitet. Dadurch wird die Sicherheit erhöht und die Genauigkeit verbessert. Die Mehrfachanbindung erlaubt u. a. eine wirksame Nachkalibrierung der Sensoren im Flug. Die Platzierung der Sensoren wird berücksichtigt, um Hebelarmeffekte in die Auswertung einzubeziehen. Evtl. auftretende Messfehler werden durch robuste Schätzalgorithmen verworfen. Weitere Sensoren können an den Volocopter angeschlossen werden, z. B. Laserscanner oder Kameras. Dadurch kann z. B. der Landevorgang vereinfacht werden.

Die Besonderheiten der Navka Algorithmen im Volocopter Projekt:

  • Tiefe Kopplung der GNSS/MEMS-Sensorrohdaten
  • Sensorredundanz
  • Freie Platzierung und Orientierung der Sensoren mit Nutzung des Hebelarmeffekts
  • Robuste Parameterschätzung (d. h. robust gegen Messfehler)
  • On-the-fly Kalibrierung der Sensorfehler
  • Georeferenzierte Anbindung von weiteren Sensoren (z. B. Laserscanner oder Kameras)