Dynamik und Stabilisierung von ultraleichten Koaxial-Hubschraubern

Hier erfahren Sie die aktuellen Forschungsakititväten aus dem Bereich der Dynamik und Stabilisierung von ultraleichten Koaxial-Hubschraubern und.

Koaxial-Hubschauber - Stabilisierung und Dynamik

Seit Ende des Jahres 2016 gibt es in Deutschland offiziell die Klasse der Ultraleicht (UL) Hubschrauber. Damit können UL Hubschrauber als Luftsportgeräte zugelassen werden.  Der Erwerb einer Pilotenlizenz dafür ist mit einem geringeren Zeitaufwand und damit zugleich mit einem geringeren Kostenaufwand verbunden als bei einer normalen Privatpilotenlizenz. Aufgrund der geringeren Einstiegshürde und dem kostengünstigen Betrieb dieser Hubschrauber lässt sich annehmen, dass die Zahl der UL Hubschrauber Piloten in den nächsten Jahren zunehmen wird. Da ein Hubschrauber eine große Verkopplung seiner Achsen aufweist und im Normalfall ein instabiles Flugverhalten zeigt ist das Beherrschen des Hubschraubers eine große Herausforderung für einen Piloten.
Am Institut für Flugmechanik und Flugregelung wurde ein Stabilisierungssystem entwickelt, welches die Piloten unterstützt und auf ermüdenden Missionen entlasten kann. Ziel war und ist es, das System so einfach wie Möglich zu gestalten ohne dabei Einbusen in der Funktion hinnehmen zu müssen.
Da bei UL Hubschraubern generell keine hydraulische Verstärkung der Pilotenkräfte im Steuerstrang eingesetzt wird, wurden elektromechanische Aktuatoren direkt in das Steuergestänge verbaut.  Diese Aktuatoren können das Steuergestänge zusätzlich zum Piloten noch einmal längen.
Hauptziel des Forschungsvorhabens ist es Herauszufinden ob der Pilot durch die Kraftrückkopplung der Aktuatoren auf ihn selbst beim fliegen mehr gestört als entlastet wird. Das Stabilierungssystem wurde in einen UL Hubschrauber des Typs "CoAX 2D" der Firma edm aerotec GmbH in Geisleden in Thüringen verbaut.
Erste Flugtests zeigen eine deutliche Stabilisierung des Hubschraubers im Schwebeflug wobei die Störung vom Piloten als gering eingestuft wurde.

Der Hubschrauber CoAX2D mit  Stabilisierungssystem wird zu Testzwecken zunächst in diesem Stahlgestell geflogen.
Der Hubschrauber CoAX2D mit Stabilisierungssystem wird zu Testzwecken zunächst in diesem Stahlgestell geflogen.

Erfolgreiche Tests mit Stabilisierungs-System in Ultraleicht Hubschrauber CoAX 2D absolviert

In enger Zusammenarbeit erforschen das iFR und die Firma edm aerotec GmbH aus Thüringen die Möglichkeit der Integration eines Pilotenassistenzsystems in den Ultraleicht Hubschrauber CoAX 2D. Im Januar 2020 konnte nun erfolgreich die Testkampagne mit dem SAS v1.0 in einem speziellen Sicherheitsgestell abgeschlossen werden. Damit legen das iFR und edm aerotec den Grundstein für die weitere Erforschung dieses Themas. Im Rahmen eines Förderprojektes soll das System in den kommenden Jahren verbessert und in die Luft gebracht werden.

Hauptaufgabe eines Pilotenassistenzsystems ist es, das Fliegen für den Piloten weniger ermüdend und sicherer zu machen. In diesem Fall wird ein sogenanntes „Stability Augmentation System (SAS)“ erforscht. Dabei fliegt der Pilot weiterhin selbst, die Stabilität des Hubschraubers wird jedoch durch zusätzliche Steuereingaben seitens des Systems erhöht.

Im Ultraleicht Hubschrauber Bereich gibt es bisher keine derartigen Stabilisierungssysteme. Im Gegensatz zu Systemen in größeren Hubschraubern kommen bei diesem SAS keine hydraulischen Verstärkungselemente im Steuerstrang zum Einsatz. Dies stellt eine besondere Herausforderung dar: Jegliche Einsteuerung wird durch seriell im Steuerstrang verbaute Elektroantriebe gewährleistet. Damit wirken die Aktuatoren also nicht nur in Richtung des Hauptrotors, sondern auch der Pilot kann die Kraftrückkopplung an seinen Bedienelementen spüren. Drei Tage lang wurde das System nun auf dem Gelände der edm aerotec in Geisleden, Thüringen intensiv getestet. Das durch langjährige Kooperation beider Parteien eingespielte Flugtest-Team aus Ingenieuren, Piloten, Technikern, Elektrikern und Mechanikern arbeitete erneut reibungslos Hand in Hand. Die vom iFR geplanten Manöver wurden durch den erfahrenen Testpiloten der edm aerotec GmbH in die Tat umgesetzt und lieferten Resultate, welche die Erwartungen voll und ganz erfüllten. Nach Pilotenangaben ließ sich der CoAX 2D mit wesentlich weniger Aufwand ruhiger fliegen. Diese Aussage ließ sich mit den Messdaten, die deutlich die gewünschte Stabilisierung des Hubschraubers und das signifikant geringere Eingreifen des Piloten zeigten, bestätigen.

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