Vom Albatros inspiriert Autonome Drohne kombiniert Propeller- und Tragflächenflug

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Zu den leistungsfähigsten Gleitvögeln gehört der Albatros – seine grandiose Manövrierfähigkeit und sein müheloses Schweben auf den Luftströmen über tausende Kilometer hinweg sind bewundernswert. Ein Fraunhofer-Konsortium hat das Phänomen aufgegriffen und arbeitet an einem Fluggerät, das nicht nur schweben, sondern auch effizient starten und landen kann.

Durch das stetig wachsende Verkehrsaufkommen im Personen- und Güterverkehr – vor allem im urbanen Raum – stösst die vorhandene Infrastruktur immer mehr an die Grenzen ihrer Kapazität. Autonomes und vernetztes Fahren gilt als vielversprechender Ansatz, den Verkehrsfluss zu optimieren, wirft aber aufgrund der Komplexität und der Vielzahl unterschiedlichster Verkehrsteilnehmer sicherheitsrelevante Fragen auf.

Urbaner Luftverkehr – ohne aufwendige Infrastruktur, individuell, autonom und schadstofffrei – was noch vor wenigen Jahren unter Science-Fiction verortet wurde, demonstrieren heute Pioniere der Urban Air Mobility (UAM) mit faszinierenden Fluggeräten in ersten Feldversuchen.

Mit dem Leitprojekt Albacopter investiert die Fraunhofer-Gesellschaft acht Millionen € in ein Forschungsvorhaben zur Entwicklung von Schlüsseltechnologien für die UAM. Sechs Institute der Gesellschaft (ICT, IEM, IOSB, IMS, IVI und LBF) beteiligen sich unter der Leitung des Fraunhofer IVI am Aufbau des Experimentalfluggerätes Albacopter, der die VTOL-Fähigkeit (Vertical Take-Off and Landing) eines Multicopters mit der Fähigkeit des Albatros paart, über grosse Distanzen mit minimalem Energieaufwand segeln zu können. Auf der Paris Air Show 2023, die vom 9. bis 22. Juni stattfand, präsentierten die Forscher ihren Albacopter.

Was der Albacopter kann

• Der Albacopter ist eine autonome Transportdrohne. Mögliche Einsatzfelder sind der Transport von Bau- und Ersatzteilen von Zulieferern an die Produktionsstätte oder die schnelle Lieferung wichtiger Medikamente. Gerade im zweiten Use Case bewegt sich die Drohne in eng besiedelten, städtischen Gebieten und die Kombination aus Propeller- und Gleitflug entfaltet ihr volles Potenzial.

• Fokus des Projekts ist es, die Drohne im Gleitflug über mehrere hundert Kilometer fliegen und gleichzeitig effizient starten und landen zu lassen.

• Start und Landung erfolgen über einen Propellerantrieb, sodass die Drohne auch in eng besiedelten Räumen eingesetzt werden kann.

• Der Flug selbst erfolgt im Gleitflug, der nur sehr wenig Energie benötigt.

• Der Albacopter gehört mit einem Höchstabfluggewicht von 125 MTOW zu den Ultraleichtflugzeugen und hat eine Geschwindigkeit von 126 km/h.

Im Fokus der Arbeiten stehen Themenstellungen wie

• die Steigerung der Energieeffizienz des elektrischen

• Fliegens,

• die Einführung einer smarten Transportbox-Logistik,

• die Entwicklung serienfähiger Fertigungstechnologien für Drohnenflugkörper und Strukturkomponenten aus recyclefähigem faserverstärkten Thermoplastmaterial

• KI-basierte Verfahren zur autonomen Flugüberwachung und Fluglageregelung in kritischen Flugphasen.

Simulation wird entwicklungsbegleitend eingesetzt

Mittels eines digitalen Zwillings lassen sich Technologien schon in frühen Entwicklungsphasen im Gesamtanwendungsfall, aber auch für seltene und kritische Szenarien erproben. Dazu wird auf Basis der Fraunhofer-Simulationsplattform Octane ein virtuelles Abbild des Albacopter entwicklungsbegleitend geschaffen und an Realdaten validiert – von Flugdynamik und Antriebstechnik über E/E-System, Sensorik und KI bis zu realitätsnahen Umgebungsszenarien. Die entwickelten Modelle werden von Experten der beteiligten Fraunhofer-Institute erarbeitet und evaluiert. Anwendungen umfassen unter anderem die Hardware-in-the-Loop-Simulation von Antriebsstrang und Regelungselektronik sowie Training und Test von KI. Die Modelle stehen über den Projektrahmen hinaus flexibel für weiterführenden Anwendungen zur Verfügung.

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Wie Simulation die Produktentwicklung optimiert

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