Forschungsschwerpunkt unbemannte Fluggeräte. Universität Stuttgart. Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie

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1 Forschungsschwerpunkt unbemannte Fluggeräte Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie Institut für Luftfahrtsysteme Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v.

2 Forschungsschwerpunkt unbemannte Fluggeräte innerhalb der Fakultät Luft-und Raumfahrttechnik und Geodäsie Motivation Struktur des Forschungsschwerpunktes und Forschungsthemen Beteiligte Projekt-Partner - Universität, Industrie Aktivitäten innerhalb der Fakultät IFB Entwicklung Hale Konzept IRS Exemplarischen Mission BDRF Messung ILS Sicherheitskonzepte - Fliegen im kontrollierten Luftraum ILA Antriebskonzepte Ausblick

3 Motivation Warum Forschungsschwerpunkt unbemannte Fluggeräte? Produktbereich innerhalb der Luftfahrt mit großem zukünftigen Wachstumspotenzial für zivile, militärische und Umweltzwecke Kompetente Industriepartner innerhalb Baden-Württemberg Fakultät deckt die gefragten Forschungsthemen in der gesamten Breite ab Institutsübergreifendes Forschungsthema, das geeignet ist auch im Einklang mit dem Strukturplan der Fakultät neue Forschungsschwerpunkte zu setzen

4 Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Jet-Drohnen Jet-Drohnen für verschiedene Zieldarstellungs-Missionen im Auftrag und in Zusammenarbeit mit EADS/DORNIER STEINBEIS TRANSFERZENTRUM AERODYNAMIK FLUGZEUG- UND LEICHTBAU DO-DT35T Spannweite: 1500 mm Rumpflänge: 1635 mm MTOW: 45 kg Schub: 2 x 160 N max. Geschwindigkeit 181 m/s (650 km/h) DO-DT25 Spannweite: 2550 mm Rumpflänge: 2955 mm MTOW: 120 kg Schub: 3 x 160 N max. Geschwindigkeit: 128 m/s (460 km/h)

5 Struktur und Forschungsthemen Bereich A Bereich B Bereich C UAV Einsatz-Szenarien UAV-Technologien UAV-Systeme A1: Missionsszenarien B1: Konfigurationsstudien C1: Integriertes Navigationssystem A2: Beobachtung der BRDF unter Nutzung eines UAVs B2: Bauweisen und Fertigungsstudien C2: Integrierte Systemplattform A3: Autonomiekonzepte für UAVs B3: Aerodynamik kleiner Reynoldszahlen C3: Antriebssysteme A4: Integration eines Demonstrators und Durchführung von Flugversuchen B4: Control Laws

6 Beteiligte Projekt Partner - Universität Institut für Aerodynamik IAG - Aerodynamik für kleine Re-Zahlen, Entwurfsaerodynamik, Prof. Krämer Institut für Flugzeugbau IFB - Bauweisen und Werkstoffe, Prof. Drechsler - Flugzeugentwurf, Prof. Voit-Nitschmann Institut für Flugmechanik und Flugregelung IFR - Flugsteuerung, Flugführung, Flugsimulation, Prof. Well Institut für Luftfahrtantriebe ILA - Antriebssysteme, Prof. Staudacher Institut für Luftfahrtsysteme ILS - Flugsteuerung, Aktuatoren, Systemtechnik Prof. Reichel Institut für Navigation INS - Navigation, Flugführung, Prof. Kleusberg Institut für Raumfahrtsysteme IRS - Missionsszenarien, Sensorsysteme, Prof. Röser, Dr. Schönermark Institut für Statik und Dynamik ISD - UAV-Systeme leichter als Luft, Prof. Kröplin - Flugsteuerung, Trägheitsplattformen, Prof. J. Wagner Steinbeis Transferzentrum AFL, Stuttgart - Integration von Elektronik und Nutzlasten, Prof. Voit-Nitschmann, Dipl.-Ing. Schlenker

7 Unterstützung durch Projektpartner der Industrie Bodenseewerk Gerätetechnik BGT, Überlingen Dornier Technologie, Uhldingen Mühlhofen EADS/ Dornier, Friedrichshafen EADS/ Verteidigungstechnik, ULM Steinbeistransferzentrum Aerodynamik, Flugzeug- und Leichtbau STZ-AFL, Stuttgart Unterstützung durch das Forum Luft- und Raumfahrt Baden-Württemberg und die Steinbeisstiftung für Wirtschaftsförderung

8 Forschungsschwerpunkt unbemannte Fluggeräte innerhalb der Fakultät Luft-und Raumfahrttechnik und Geodäsie Motivation Struktur des Forschungsschwerpunktes und Forschungsthemen Beteiligte Projekt-Partner - Universität, Industrie Aktivitäten innerhalb der Fakultät IFB Entwicklung Hale Konzept IRS Exemplarischen Mission BDRF Messung ILS Sicherheitskonzepte - Fliegen im kontrollierten Luftraum ILA Antriebskonzepte Ausblick

9 IFB Entwicklung Hale - Konzept Forschungsthemen Entwurf Lange Flugzeiten Antriebskonzepte Energieversorgung, -speicherung Missionsplanung Bauweisen und Strukturen Schadenstolerante Bauweisen (Umwelteinflüsse) Morphing Aircraft (adaptive Flugzeugkonfiguration) Neue Strukturen (Faltwaben)

10 Stuttgarter Adler, UAV zur Beobachtung der BRDF Technische Daten: Spannweite: Länge: Abflugmasse: Startleistung: Nutzlast: Flugzeit: 4,33 m 2,60 m 35 kg 5 kw 5 kg 1 h

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12 ILS Erarbeitung notwendiger zulassungsrelevanter Aspekte Ziel: Betrieb von UAV im kontrollierten und unkontrollierten Luftraum Erarbeitung der Voraussetzungen für Bau, Zulassung und Betrieb von UAV Betrachtung bestehender nationaler und internationaler Vorschriften Betrachtung und Auswertung der bisherigen Aktivitäten und Ergebnisse von JAA/EASA, Eurocontrol, UAV DACH, NASA, CAA, FAA Beobachtung der Aktivitäten auf nationaler und internationaler Ebene Monitoring und Auswertung der laufenden Aktivitäten und Ergebnisse (u.a. Teilnahme Konferenz der UAV DACH auf der ILA 2006) Formulierung Pflichtenheft für den Betrieb von UAV Basis für Pflichtenheft: Vorgabe von Missionsprofilen Ableiten der Anforderungen aus heutiger Sicht und für zukünftige Anwendungen Anforderung an das Gesamtsystem UAVS (Luftfahrzeug, Bodenstation) Ableiten der Anforderungen an die Teilsysteme (Flugsteuerung, Navigation, Energieversorgung, etc.) des UAV hinsichtlich Genauigkeit Verfügbarkeit Integrität Zuverlässigkeit

13 ILA Antriebskonzepte Antriebskonzepte werden bezgl. ihres Schubgewichtes analysiert Betrachtung der Konzepte in Abh. der Missionsdauer (steigender Masseeinfluss des Energieträgers) 1/2h Wellenleistung y = 0,1513x R 2 = 0,9976 Wellenleistung [HP] 8 6 y = 0,4482x R 2 = 0, y = 0,6655x R 2 = 0, Systemgewicht & 1/2h Energieversorgung [lbs] MGT E-Motor Modell-HKM Linear (MGT) Linear (E-Motor) Linear (Modell-HKM)

14 Testflüge mit dem Versuchsträger Simpel im Rahmen von LUFO III, K2020 Bau des Erprobungsträgers Simpel zum Test der Systeme, der Sensorik und Aktuatorik sowie zu ersten Abschätzungen der analytischen Ermittlung der flugmechanischen Derivativa (IFB, IFR, STZ-AFL) Technische Daten: Spannweite: Abflugmasse: Nutzlast: ca. Startleitung: max. Flugdauer: ca. 2,16 m kg 5.00 kg 0.8 kw 10 min Erprobungsträger Simpel

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16 Demonstratormodell K2020 VELA II Gesamtziel des Vorhabens: Entwicklung, Bau und Erprobung eines BWB Demonstrators Experimentelle Ermittlung der aerodynamischen Derivativa Erstellung der Modellgesetze und Vorhersage des Flugverhaltens Optimierung der Steuergesetze und qualitative Aussage über die Hochauftriebssysteme

17 MP-Demonstratormodell STEINBEIS TRANSFERZENTRUM AERODYNAMIK FLUGZEUG- UND LEICHTBAU Demonstrator Taxi Ausrüstung und Erprobung eines Flugmodells mit dem Autopiloten MP 2028: Einstellung der Regel-Gains durch Flugversuche Demonstration von autonomen Flügen vom Start bis zur Landung

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19 Ausblick Ausarbeitung eines LUFO IV Antrags gemeinsam mit der einschlägigen Industrie Etablierung des Themas als langfristigen Forschungsschwerpunkt innerhalb der Fakultät Integration des Themas in den Lehrbetrieb

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