Nurflügler Sagitta als Prototyp für autonome Drohnen

Der unbemannte, strahlgetriebene Demonstrator SAGITTA flog auf dem südafrikanischen Testgelände Overberg rund sieben Minuten vollständig autonom auf einem vorprogrammierten Kurs. Mit dem Flug wurde nun die erste Erprobungsphase, die auch umfangreiche Testreihen am Boden umfasste, erfolgreich abgeschlossen.

SAGITTA: Nurflügler als Lehrstück

Der Forschungflieger ist im Maßstab 1:4 entworfen und misst drei mal drei Meter. Er ist als Nurflügler entworfen und wird von zwei 300N-Turbinen angetrieben. Sein maximales Startgewicht beträgt 150 kg. Seine Tarneigenschaften gewinnt er in erster Linie durch seine Formgebung. Die Zelle ist vollständig aus Kohlefaser-Verbundwerkstoff (CFK) hergestellt, wobei auch einige neuartige Fertigungsverfahren zu Einsatz kamen. Mit Ausnahme der Bremsen handelt es sich um ein ‚elektrisches Fluggerät’, das anstelle von Hydraulik-Komponenten, über elektromechanische Stellantriebe gesteuert wird.

Der Demonstrator ist das Produkt der von Airbus im Jahr 2010 ins Leben gerufenen, nationalen Initiative "Open Innovation"/ SAGITTA. In ihr arbeitet Airbus mit Instituten der Technischen Universitäten in München und Chemnitz, der Bundeswehruniversität in München, der Technischen Hochschule Ingolstadt sowie dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt zusammen, um fortschrittliche Technologien für unbemanntes Fliegen gemeinsam zu entwickeln. Im Rahmen des Projekts wurde zunächst eine Machbarkeitsstudie mit einer Nurflügel-Konfiguration durchgeführt.

Entwurfskriterien waren ein hoher Grad an Autonomie, eine variable Missionsgestaltung und geringe Wahrnehmbarkeit. Hierzu nutzte das gemischte Forschungsteam Lösungsansätze aus der akademischen und industriellen Forschung, entwickelte diese weiter und bezog sie in die industriellen Anwendungslösungen mit ein. Airbus begleitete hierbei den permanenten Austausch zwischen Experten, Doktoranden und Entwicklern während der Entwicklungsphase. Außerdem stellte das Unternehmen die notwendigen industriellen Einrichtungen, die zur Integration der Technologien im Demonstrator notwendig waren, im Militärischen Luftfahrtzentrum von Airbus Defence and Space in Manching zur Verfügung.

"Der Erstflug von SAGITTA ist ein weiterer Meilenstein für die Kooperation von Forschung und Industrie", sagt DLR-Luftfahrtvorstand Prof. Rolf Henke. "In den von Airbus geschaffenen Rahmenbedingungen konnten wir unser innovatives Potential entfalten, und die komplexen Technologien des Demonstrators entwickeln und integrieren. Flugzeugbau ist immer Integration, daher freuen wir uns, wenn ein solches gemeinsames Projekt in mehrfacher Hinsicht abhebt."

Ultraleichte Struktur mit Klebeverbindungen

Die Wissenschaftler vom DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik standen vor einer großen Herausforderung, als sie sich vornahmen die ultraleichte Struktur dieses Flugzeugs zu bauen. Filigrane Strukturbauteile aus hauchdünnen CFK-Lagen müssen für eine optimale Lastübertragung geklebt werden. Die Wissenschaftler mussten die einzelnen Bauteile so konstruieren und bauen, dass sie bei der Montage auch präzise zueinander passen, denn für die Festigkeit der Verbindung muss die Klebschicht dünn und gleichmäßig sein, wie der Leiter des Instituts Prof. Martin Wiedemann, die Herausforderung erläutert.

"Dass wir die Chance hatten, die Gesamtflugzeugstruktur mit wesentlichen Systemen bei uns auch zu montieren, war für uns ein Highlight." Künftig soll der Erprobungsträger SAGITTA auch verwendet werden, um neuartige Strukturkomponenten zu testen, in die aktive Funktionselemente integriert werden, wie zum Beispiel bewegliche Klappen.

Neuartiges Fahrwerkssystem

Das DLR-Institut für Flugsystemtechnik hat mit dem Einziehfahrwerk, der elektrischen Energieversorgung und Verkabelung, der Steuerflächenaktuatorik sowie dem Treibstoffsystem den Großteil der flugkritischen Systeme beigetragen. "Die Systeme wurden dabei im Wesentlichen neu entwickelt und umfangreichen Qualifikationstests unterzogen", sagt Institutsleiter Prof. Stefan Levedag. "Eine besondere Entwicklungsherausforderung beim Fahrwerk waren der geringe Einbauraum und die hohen vertikalen Landegeschwindigkeiten."

In diesem Zusammenhang wurde unter anderem ein speziell auf die Anforderungen des SAGITTA-Demonstrators zugeschnittener Fahrwerksprüfstand entwickelt, der zur Optimierung und Nachweisführung für das Fahrwerkssystem diente. Weiterhin entstanden während der Projektlaufzeit flugfähige Elektronikkomponenten zur Ansteuerung der Systeme sowie eine halbleiterbasierte Leistungsverteileinheit als zentrale Komponente des elektrischen Energieversorgungssystems.

Virtuelle Flugversuche

Das DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik am Standort Oberpfaffenhofen verantwortete im Projektverlauf die Planung, den Aufbau und den Betrieb von Simulations- und Integrationstestanlagen für den Sagitta-Demonstrator. "Die von uns mit den Projektpartnern entwickelten Simulatoren ermöglichten die erfolgreiche Durchführung virtueller Flug- und Landeversuche und stellten wesentliche Informationen über das zu erwartende Flugverhalten bereit", unterstreicht Institutsleiter Dr. Johann Bals. "Diese vielfältigen virtuellen Flugmöglichkeiten mit der Fähigkeit zur Einbindung echter Hardware- und Softwarekomponenten haben sich im gesamten Projektverlauf vom Vorentwurf über die Systemintegration bis hin zum Operatortraining als essentiell für die Bewertung, die Testmöglichkeiten und die Flugfreigabe herausgestellt."

"Mit dem Erstflug von SAGITTA haben wir bewiesen, wie erfolgreich die Zusammenarbeit zwischen Industrie und Wissenschaftspartnern im Bereich der Grundlagenforschung sein kann", sagte Grazia Vittadini, Leiterin Engineering bei Airbus Defence and Space. "Gerade bei der Drohnenentwicklung setzen wir verstärkt auf derartige innovative Konzepte, um schnell und effizient Produkte für einen wachsenden Markt entwickeln zu können." Auch wenn es sich beim Experimentalträger nicht um ein seriennahes Produkt handelt, können Airbus Defence and Space und seine Entwicklungspartner hier wesentliche Erkenntnisse über neue Technologien für unbemannte Flugsysteme sammeln und Produkte der nächsten Generation zur Anwendungsreife bringen.

Auf den Bildern

SAGITTA-Rollout beim DLR in Braunschweig: Nach den erfolgreichen Integrationsarbeiten fand der SAGITTA-Rollout beim DLR in Braunschweig statt.

SAGITTA hebt zum Erstflug ab: Auf dem südafrikanischen Testgelände Overberg startet der unbemannte Technologie-Demonstrator mit Projektnamen SAGITTA zum Erstflug.

Integrationsarbeiten beim DLR in Braunschweig: Das DLR ist mit drei Instituten an Sagitta beteiligt und hat unter anderem die Leichtbaustruktur, ein neuartiges Fahrwerk und die virtuelle Flugerprobung beigetragen.

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