Universität Stuttgart: Sicherheit für Flugtaxis

Illustration eines Volocopters am Frankfurter Flughafen. Abbildung: Fraport/Volocopter

Universität Stuttgart und Volocopter entwickeln
Flugsteuerungssystem für Urban Air Mobility Vehikel

Anders als Flugzeuge, die sich über die Aerodynamik von Flügeln und
Leitwerk stabilisieren, werden Multikopter über die Drehmomente der
einzelnen Propeller stabilsiert. Dies funktioniert nicht mechanisch,
sondern durch ein Flugregelungssystem, das sich die notwendigen
Informationen aus verschiedenen, vielfach verbauten Sensoren zieht. Im
Bereich der unbemannten Drohnen gibt es solche Systeme bereits. Sie
lassen sich jedoch nur bedingt auf bemannte Multikopter übertragen,
denn ein Ausfall des Systems könnte hier fatale Folgen haben. Deshalb
sind die Anforderungen an Zuverlässigkeit und Sicherheit besonders
hoch. Gleichzeitig sind die Leistungsreserven bemannter Multikopter
aufgrund der großen Nutzlast wesentlich geringer als bei üblichen
Drohnen.

Überdies stellt der bemannte Flug zusätzliche Anforderungen an
Handling und Komfort. All diese Herausforderungen machen geeignete
Algorithmen der Flugsteuerung und Regelung, wie sie in der
Kooperation zwischen Volocopter und dem Institut für Flugmechanik
und Flugregelung der Universität Stuttgart entwickelt werden, zu einem
Schlüsselaspekt für die Realisierung von Flugtaxis.

Wie kommt der Volocopter durch die Hochhäuser?
Für die Flugregelung entwickelt Volocopter ein eigenes
Flugsteuerungssystem, das sowohl Hardware- als auch Software-
Komponenten umfasst. Es deckt den kompletten Funktionsumfang von
der Bahnplanung bis zur Ansteuerung der Motoren ab. Der Pilot kann
dabei wahlweise Zielwerte per Control-Stick vorgeben oder Wegpunkte
definieren. In letzterem Fall erzeugt eine Planungssoftware aus diesen
Wegpunkten dreidimensionale Flugbahnen beziehungsweise
vierdimensionale Trajektorien. Diese halten die physikalischen Grenzen
des Flugzeuges ein. So lassen sich komplexe Flugbewegungen in
urbaner Umgebung in einer allgemeingültigen Darstellung realisieren
und die Bahnen sind fliegbar.

Aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen bemannter Multikopter
ist das Flugsteuerungssystem mehrfach redundant ausgelegt. Alle in
diesem Zusammenhang von der Universität Stuttgart entwickelten
Algorithmen besitzen ein deterministisches Verhalten und garantieren
eine begrenzte Rechenzeit.

Ausgehend von den bestehenden Algorithmen bildet das
Flugsteuerungssystem eine Basis, um in Zukunft autonomes Fliegen in
urbaner Umgebung zu ermöglichen. Im nächsten Schritt soll das
System um Methoden für die Erkennung von statischen und bewegten
Hindernissen erweitert werden, damit der Volocopter diese umfliegen
kann. Derzeit wird die Flugsteuerungssoftware für den Einsatz in der
bemannten Luftfahrt zertifiziert und auf dem Volocopter 2X intensiv
erprobt. Die Daten der ersten Tests zeigen, dass das System den
Pilotenkommandos sehr gut folgt, was die Grundlage für den sicheren
Betrieb des Systems als elektrisches Lufttaxi schafft.

Fachlicher Kontakt:
Prof. Walter Fichter, Universität Stuttgart, Institut für Flugmechanik und
Flugregelung,
Tel. +49 (0)711 685-67060, E-Mail walter.fichter (at) ifr.uni-stuttgart.de

Pressekontakt:
Andrea Mayer-Grenu, Universität Stuttgart, Hochschulkommunikation,
Tel.: +49 (0)711/685 82176, Mail: andrea.mayer-grenu (at) hkom.unistuttgart.
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