Aerodynamische Auslegung von Transportdrohnen

eVTOL-Glider, Transportdrohne, Aerodynamik, Strukturauslegung, komplexe Batteriesysteme

© Fraunhofer IOSB
Design des ALBACOPTER® 0.5

Über das Projekt: »ALBACOPTER®« ist ein Leitprojekt der Fraunhofer-Gesellschaft. Es wurde zum 01.01.2021 gestartet und hat eine Projektdauer von vier Jahren. Die beteiligten Institute sind IVI, IOSB, IEM, ICT, IMS und LBF.

»ALBACOPTER®«: Experimental Vertical Take-Off and Landing Glider

Durch die Erschließung der dritten Dimension des urbanen Verkehrsraums im Sinne einer Urban Air Mobility (UAM) bieten sich Lösungsansätze zur logistischen Flexibilisierung und zur Überwindung nachteiliger Folgen eines stetig wachsenden Verkehrs­aufkommens. Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »ALBACOPTER®« entwickeln sechs Institute ein innovatives Drohnenkonzept, welches einen bedeuteten Beitrag für einen elektrifizierten autonomen, schadstofffreien (peri-)urbanen Luftverkehr leisten kann. 

Die Entwicklung von Drohnen boomt. Sie kommen vielfältig zum Einsatz: in der Freizeit beispielsweise im Kunstflug, bei Drohnenrennen oder zum Filmen; in der professionellen Anwendung als Überwachungstool oder zum Transport von wichtigen Gütern. Drohnenhersteller erfreuen sich an einer steigenden Nachfrage. Im Leitprojekt ALBACOPTER® forscht ein Fraunhofer-Team an Drohnen einer erweiterten Payloadklasse. Im Fokus stehen die Entwicklung von eVTOL-Glidern, die in der ersten Variante eine Startmasse von 125 kg haben werden.

Im ALBACOPTER®-Team ist das Fraunhofer LBF für die aerodynamische und strukturmechanische Auslegung und Konstruktion der Tragflächen und des Rumpfes verantwortlich. Der Rumpf wird in Skelettbauweise aus pultrudierten Profilen und Knotenelementen mit der Anforderung ausgelegt, alle notwendigen Komponenten wie Tragfläche, Batterie, Transportbox, Sensorsysteme und Elektronik, sicher zu integrieren. Darüber hinaus entwickelt das Darmstädter Team den elektrischen Energiespeicher inklusive eines eigenen Batteriemanagementsystems.

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Vision eines Albacopters
© Fraunhofer IVI
Albacopter mit integrierten Batteriemodulen

Wesentliches Ziel des Projekts ist es, mit dem ALBACOPTER®-Konzept innovative Technologieansätze zunächst für elektrifizierte Transportdrohnen zu entwickeln, die die Vorteile agiler Multicopter mit der Effizienz von Gleitflugzeugen zusammenführen und zudem eine hohe Einsatzflexibilität liefern. Innerhalb dieses Projektes wird eine flugfähige Experimentalplattform entstehen, in welcher modular skalierbare Systemlösungen in Abhängigkeit von der Transport-Mission untersucht werden. Dabei spielen die geforderte Reichweite, die zu transportierende Nutzlast und die Fluggeschwindigkeit entscheidende Rollen. Innerhalb des Projektes werden reale flugtüchtige eVTOL-Glider als Technologieträger aufgebaut, die innerhalb des Projektes in Test- und Demonstrationsflügen erprobt werden.

Als Leichtbau-Institut wird sich das Fraunhofer LBF innerhalb dieses Projektes mit der aerodynamischen Auslegung aller Strukturbauteile für den Drohnenkörper und die Tragflächen befassen. Dabei wird auf den Einsatz nachhaltiger, biobasierter und rezyklierbarer Materialien, auf die Integration von elektromechanischen Schnittstellen in die Tragflächen und die Sensorintegration zur Überwachung der lasttragenden Leichtbaustrukturen Wert gelegt. Dies schließt auch die Entwicklung von Transportboxen mit Zusatzfunktionen ein. Ein weiterer Projektschwerpunkt des LBF liegt in der Entwicklung von ALBACOPTER®-Batteriesystemen mit eigenem Batteriemanagement- und Monitoringsystem und die zuverlässige Integration der Energiespeicher in die Leichtbaustruktur, wie in der Abbildung links gezeigt..

Die Einsatzszenarien für die eVTOL-Glider sind unter anderem Just-in-Time-Logistiknetzwerke und automatisierte Versorgungssysteme für den urbanen und ländlichen Raum mit maximalen Distanzen von 200 km und maximaler Nutzlast von 200 kg.

Innerhalb des Fraunhofer-Leitprojekts ALBACOPTER® soll bis Ende 2024 diese fliegende Experimentalplattform mit der VTOL-Fähigkeit eines Multicopters und den aerodynamischen Vorzügen eines Gleiters entwickelt und für Testflüge zugelassen werden. Sechs Institute der Gesellschaft (ICT, IEM, IOSB, IMS, IVI und LBF) bringen unter Leitung des Fraunhofer IVI ihre Kompetenzen und Technologien in das ambitionierte Forschungsvorhaben ein. Weitere Informationen unter: www.albacopter.fraunhofer.de

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