Unbemannte Luftfahrzeuge
Unbemannte Luftfahrzeuge, auch als Drohnen bezeichnet, umfassen Starrflügeler, Multikoper und Hybridkonfigurationen. Sie haben das Potential für eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten, welche weit über die traditionellen Anwendungen der Luftfahrt hinaus gehen. Dazu gehören zum Bespiel die Lieferung von Paketen, Analyse von Katastrophengebieten, landwirtschaftliche Optimierung und Überwachung von Naturschutzgebieten. Schwerpunkte der aktuellen Forschung sind dabei:
- die Design und Konstruktion von anwendungsspezifischen Drohnen
- die Auslegung von Flugregelsystemen und Autopiloten für den sicheren und autonomen Flugbetrieb
- die optimale Flugroutenplanung für Energieeffizienz oder Suchraster
- die Koordination und Kommunikation mehreren Drohnen in einem Schwarm.
Themen:
Am Lehrstuhl für Flugmechanik und Flugregelung werden aktuell die folgenden Themen für Studien- und Abschlussarbeiten angeboten. Bei interesse kontaktieren Sie den Ansprechpartner des jeweiligen Themas. Bitte sehen sie von Mehrfachanfragen ab.
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.
Ansprechpartner
© Martin Guist
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameDipl.-Ing. Martin Guist
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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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UrbanCondor X im Landeanflug
Motivation
Aufgrund ihrer vielseitigen Einsatzmöglichkeiten hat sich der Markt für unbemannte Flugsysteme in den letzten Jahren stark entwickelt. Besonders Starrflügler, welche in der Lage sind große Distanzen zurückzulegen, werden für das Absuchen von weitläufigen Gebieten, die Versorgung von Krisengebieten oder die Letzte-Meile-Logistik genutzt. Hinsichtlich der maximal erreichbaren Flugdistanz sind Starrflügler Multikoptern aber auch VTOLs im Allgemeinen überlegen. Eine Herausforderung bei der Nutzung unbemannter Starrflügler stellt jedoch die autonome Landung dar. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Autopilot für die Landung des UrbanCondor X ausgelegt werden. Die Regelung wird auf Basis eines bereits vorhandenen Flugdynamikmodells des Systems ausgelegt. Um die sichere Durchführung des Landeanflugs zu gewährleisten, welcher bei niedrigen Geschwindigkeiten in geringer Höhe durchgeführt wird, sind bei der Auslegung des Autopiloten insbesondere zwei Aspekte entscheidend: Das Regelungssystem muss robust gegenüber Modellunsicherheiten sein und schnell auf äußere Störungen wie beispielsweise Böen reagieren können.
Aufgabenstellung
- Literaturrecherche zu aktuellen Autopilotenarchitekturen für die Landung unbemannter Starrflügler
- Definieren relevanter Modellunsicherheiten und externer Störgrößen
- Auslegung eines Autopiloten für die Landung des UrbanCondor X (MATLAB)
- Evaluierung der Leistungsfähigkeit des Autopiloten mit Hilfe der hauseigenen nichtlinearen Flugdynamiksimulation in MATLAB Simulink
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Quadrocopter im Flug
Motivation
Für die effektive Nutzung von unbemannten Flugsystemen werden im Allgemeinen autonome Flugfähigkeiten vorausgesetzt. Die Auslegung der dafür notwendigen Regelungsalgorithmen erfolgt in vielen Fällen auf der Grundlage eines mathematischen Modells. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Flugdynamikmodell eines Quadrokopters über eine Systemidentifikationskampagne abgeleitet werden.
Aufgabenstellung
- Literaturrecherche zur Systemidentifikation von Multikoptern
- Entwurf einer geeigneten mathematischen Modellstruktur mit den zu identifizierenden Parametern
- Konzeption und Implementierung eines Flugversuchsprogramms auf der Flight Management Unit (Pixhawk 6x)
- Durchführung der Flugversuche
- Identifikation der Modellparameter auf Grundlage der Flugversuchsdaten
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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. Gerne unterstützen wir auch Studentenarbeiten mit Industriepartnern oder initiative Themenvorschläge der Studenten. Der Ansprechpartner für Projekte zu unbemannte Luftfahrzeugen ist:
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