Unbemannte Luftfahrzeuge
Unbemannte Luftfahrzeuge, wie Starrflügler-Drohnen und Quadrokopter, haben in den vergangenen Jahres zunemend an Bedeutung gewonnen. Im Zuge der damit einhergehenden Automatisierung ergeben sich eine Vielzahl neuer interessanter Aufgabenstellungen,
Themen:
Motivation
Der letzte Abschnitt in einer Versorgungskette ist normalerweise der kürzeste aber auch ineffizienteste. Elektrisch betriebende Logisticdrohnen bieten eine umweltfreundliche und zeiteffektive Alternative vergleichen mit konventionellen Ansätzen. Um das volle Potential zu realisieren ist eine Optimierung der Flugroute unter Berücksichtigung von Wetterbedingungen im urbanen Raum zwingend notwending. Besonders die Windbedingungen entlang der Route haben einen signifikanten Einfluss auf den Energieverbruach. Ziel dieser Arbeit ist die Erarbeitung eines Turbulenzmodelles für urbane Windfelder basierend auf umfangreichen CFD-Berechnung. Dieses Modell soll die Berücksichtigung der Turbulenz währned der Flugroutenoptimierung rechnerisch effektiver gestalten.
Aufgabenstellung
- Literaturrechere zu turbulenten Strömungen und Turbulenzmodellen
- Vergleich von CDF-Simulationsdaten und Turbulenzmodellen
- Erweiterung eines bereits existierendes Windmodells um das erarbeitete Turbulenzmodell
- Entwurf eines Reglers zum Folgen der vorgegeben Flugbahn
- Vergleich des Energieverbrauchen mit und ohne Turbulenzmodell
- Bewertung und Dokumentation der Ergebnisse
Ansprechpartner
© M. Kretschmar
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameDipl.-Ing. Hannes Rienecker
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Ausgehend von der Forschungsfrage, wie ein effizienter Flug entlang einer Strecke, z.B. zur Detektion von Umweltschäden entlang einer Bahnstrecke, aussehen kann, müssen die lokalen auftretenden Wind- und Wetterdaten verfügbar bzw. vorhersagbar sein, da der Wind als wesentlicher Einflussfaktor durch Geländeeinflüsse Auf- und Abwindgebiete verursacht. Diese mikroskaligen Windkomponenten können nicht durch Wetterstationen aufgelöst werden. Zur genauen Vorhersage der meteorologischen Daten sind lokale Messdaten aus dem Einsatzgebiet bei verschiedenen Wetterlagen erforderlich.
Ziel dieser Arbeit ist die Erarbeitung einer Flugmesskampagne für ein Beispielsszenario auf dem UAS-Testgelände. Während den Testflügen werden Daten von den fluggerätgestützten Sensoren zur Messung der UAS Bewegung selbst sowie den externen gestützten Messsystemen, die z.B. GPS nutzen, gesammelt. Die Daten werden mittels Boardrechner lokal gespeichert und nach dem jeweiligen Flug extrahiert. Die gesammelten Rohdaten müssen in einem ersten Schritt entsprechend mittels Software, vorzugsweise Matlab/Simulink, aufbereitet werden, um Ausreißer, fehlerhafte oder auch fehlende Messwerte zu korrigieren. Danach werden die Daten entsprechend verarbeitet und Merkmale mittels Signalverarbeitung extrahiert. Das Kombinieren der UAS-Daten mit den bodengestützten meteorologischen Daten ermöglicht eine ganzheitliche Analyse und Abgleich der Daten sowie der Optimierung der Flugrouten.
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Gegenstand der aktuellen Forschung im Bezug auf Flugtaxis und Lieferdrohnen ist derzeit die Bestimmung von Anforderungen an entsprechenden Start- und Landeplätzen. Speziell im urbanen Raum unterliegen die konkreten Flugbahnen, sowie die Start- und Landemöglichkeit besonderen Einflüssen. Drohnen und Flugtaxis sind aufgrund ihrer Größe, ihres Gewichts und ihres elektrischen Antriebs besonders anfällig für Wind, Windböen, Turbulenz, Niederschlag, Vereisung und extreme Temperaturen. In niedriger Flughöhe operieren sie häufig in der meteorologischen Grenzschicht, dem untersten Teil der Atmosphäre, in der die Erdoberfläche und Hindernisse (z.B. Gebäude) starke Turbulenz erzeugen. Die Wetterempfindlichkeit und die Wettergefahren erfordern eine neuartige, sehr präzise Flugplanung und -steuerung basierend auf einem umfassenden Wetterlagebild des unteren Luftraums. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von An- und Abflugtrajektorien der Drohnen für einen sicheren Betrieb.
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Drohnen erfreuen sich immer größer werdenen Beliebtheit im Einsatzbereich von Katastrophenschutz und -hilfe. Insbesondere die schnelle Einsatzbereitschaft und Gefahrenminimierung für Piloten sprechen für diese Systeme.
Ziel dieser Arbeit ist die Modellierung von optimalen Flugrouten in Such- und Rettungsszenarien. Dabei spielen Wind- und Wetterverhältnisse, sowie Katastrophenursachen, wie z.B. Waldbrände, eine entscheidene Rolle.
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Bei interesse kontaktieren Sie den Ansprechpartner des jeweiligen Themas. Bitte sehen sie von Mehrfachanfragen ab. Sollten Sie sich bei der Wahl ihres Themas noch unsicher sein bieten wir gerne auch allgemeine Beratungen an. Dabei können auch alternative Optionen basierend auf dem individuellen Interesse des Studenten dargelegt werden.