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Micro Air Vehicles: Flugdynamik, Autonomie und natürliche Vorbilder

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Die Ruhe und Sicherheit, mit der gelegentlich ein Falke oder Bussard über dem Segelflugplatz Wilsche bei Gifhorn schwebte, sorgte immer wieder für Kommentare. Schließlich zeigten die Raubvögel den Teilnehmern des Flugwettbewerbs im Rahmen der Konferenz IMAV über Micro Air Vehicles (MAV), wie weit sie mit ihren Fluggeräten noch von den Naturvorbildern entfernt sind.

Knapp vorbei ist auch daneben: Die Fluggeräte sollten durch die Tore fliegen, nicht darüber hinweg.

(Bild: heise online / Hans-Arthur Marsiske)

Nachdem am Mittwoch Flugaufgaben in einer Halle zu absolvieren waren, mussten die Teams am Donnerstag nun im Freien zeigen, wie sicher ihre Kleinstflieger in der Luft liegen. Wieder gab es zwei Kategorien: Autonomie und Flugdynamik. Zunächst stand der autonome Flug auf dem Programm. Nach einem manuellen Start sollte das Fluggerät selbstständig über den Flugplatz fliegen, sodass der Operator über Videoverbindung zwei markierte Objekte identifizieren konnte. Danach konnten zusätzliche Punkte gesammelt werden, wenn es gelang, autonom durch ein Tor zu fliegen, einen Ball in einer vorbestimmten Zone abzuwerfen und im markierten Landebereich zu landen. Die Positionen dieser Zonen wie auch der Tore waren den Teams als GPS-Koordinaten bekannt gegeben worden.

Satellitennavigation war denn auch für alle Teams das Mittel der Wahl, um sich in der Luft zu orientieren. Die Kameras an Bord dienten der Übermittlung von Bildern an den Operator, nicht der Orientierung. Selbst der autonome Flug durch die sechs Meter breiten und hohen, an den Seiten mit roten Flaggen markierten Tore erfolgte anhand von GPS-Daten – wenn er denn überhaupt erfolgte. Das 50 Zentimeter breite Flugzeug Lerche 500, mit dem Klaus-Peter Neitzke von der Akademischen Fliegergruppe Bremen den Wettkampf eröffnete, traute sich nicht durch die Tore, warf aber den Ball sehr präzise ab und landete auch im vorgesehenen Bereich.

Das Team ENAC Paparazzi startete mit einem Quadrokopter, der auf der anderen Seite des Flugplatzes, mit bloßem Auge gerade noch erkennbar, unvermittelt abstürzte. Zuvor hatte er wiederholt plötzliche vertikale Sprünge gezeigt. Die erklärte ein Team als mögliche Reaktionen auf Windböen. Der Drucksensor, der über die Messung des Luftdrucks die Flughöhe bestimmt, sei nicht ausreichend abgeschirmt, sodass Wind für Messfehler sorgen könnte. Immerhin hatte der Quadrokopter zuvor erfolgreich den Ball abwerfen können. Nach dem Absturz konnte sofort ein zweiter Quadrokopter gestartet werden, der einen Flug durchs Tor sowie eine punktgenaue Landung absolvierte. Wie das von der Jury bewertet wurde, wird erst im Laufe des Freitags zum Ende der Konferenz bekannt gegeben. Von der reinen Flugästhetik her haben die Urheber und maßgeblichen Betreiber des Open-Source-Projekts "Paparazzi" zur Entwicklung eines Autopiloten für MAV aber ihren Ruf erfolgreich verteidigt.

Start geglückt! Leider zerschellte der Flieger des iranischen Teams Sepunta schon wenige Sekunden später am Boden.

(Bild: heise online / Hans-Arthur Marsiske)

Andere Teams taten sich da deutlich schwerer. Die Fluggeräte mehrerer iranischer Teams etwa legten schon kurz nach dem Start eine Bruchlandung hin. Sie sorgten auch für ein wenig Verwirrung, weil unter verschiedenen Teamnamen immer wieder die gleichen Leute antraten. Sie hätten mehrere Fluggeräte mit unterschiedlichen Forschungsschwerpunkten, sagten sie zur Erklärung. Mal stehe das Kamerasystem im Mittelpunkt, mal die Aerodynamik. Trotz der vielen Abstürze bereuten sie aber nicht, an der Veranstaltung teilgenommen zu haben. Sie biete viel Gelegenheit, Erfahrungen zu sammeln und sich mit anderen Forschern aus aller Welt auszutauschen.

Der Austausch könnte indessen noch verbessert werden. Mehrere Teilnehmer beklagten, dass die Broschüre, die zum Wettbewerb erstellt und verteilt wurde, nur äußerst rudimentäre Informationen zu den Teams biete. Tatsächlich sind darin noch nicht einmal Kontaktadressen enthalten, geschweige denn ausführlichere Erläuterungen zur verwendeten Technik, den beteiligten Institutionen oder dem Forschungshintergrund. Vergleichbare Wettbewerbe wie RoboCup oder Elrob erwarten von den teilnehmenden Teams die Einreichung von Team Description Papers, für die es zum Teil vorgegebene Formulare gibt. So etwas würde auch der IMAV guttun.

Nach Einschätzung vieler Teilnehmer blieb der Wettbewerb hinter dem bereits vor zwei Jahren erreichten Niveau zurück. Damals sei deutlich mehr und sicherer autonom geflogen worden. Ein solcher Leistungsabfall kann bei einem im Wesentlichen von Studenten und Hobbyfliegern getragenen Wettbewerb verschiedene Gründe haben. Eine Studentengeneration mag abgetreten sein, die nächste musste neu anfangen. Eine besonders leistungsfähige Plattform befindet sich in einer Phase der Umgestaltung und steht nicht zur Verfügung. Oder vielleicht verfolgt ein Team auch gerade besondere Forschungsinteressen, die einem Erfolg beim Wettbewerb eher entgegenstehen.

In die letztere Richtung ging die Erklärung eines Teilnehmers dafür, dass so auffallend viele Fluggeräte schon kurz nach dem Start abstürzten. Die Geräte seien nicht für den Wettbewerb optimiert, sagte er. Es seien eben Forschungsplattformen, gebaut, um bestimmte Fragen zu untersuchen. Ein Hobbyflieger dagegen ginge zu solchen Wettbewerben mit Flugzeugen, die auf die jeweilige Aufgabe zugeschnitten seien. Da sei es dann kein Problem, mit mehr als 300 km/h bestimmte Figuren zu fliegen.

Um das störende Sonnenlicht auszublenden und die Bilder auf der Videobrille besser zu erkennen, hatte sich der Pilot des Teams der TU Delft eine Jacke über den Kopf gelegt. Das Flugzeug driftete trotzdem ab.

(Bild: heise online / Hans-Arthur Marsiske)

So waren es denn auch Hobbyflieger, die am Donnerstag die beeindruckendsten Flüge präsentierten. Das Team Yellow Jacket von der akademischen Fliegergruppe der TU Braunschweig steuerte sein Flugzeug mit beispielloser Zielsicherheit mehrmals durch die Tore. Und William Thielicke, der am Tag zuvor schon beim Indoor-Wettbewerb mit seinem kleinen Trikopter überzeugt hatte, steuerte diesen jetzt im FPV-Modus durch die Tore. Das Kürzel steht für "First Person View" und bedeutet, dass der Operator keinen direkten Sichtkontakt zum Fluggerät hat, sondern sich mit Hilfe einer Videobrille an den Bildern der Kamera orientiert. Thielicke meinte, der Trikopter ließe sich auf diese Weise sogar leichter kontrollieren. Nur das grelle Sonnenlicht störte, wurde aber von einem Helfer mit Hilfe eines Regenschirms etwas gedämpft.

Das Team von der TU Delft kam verspätet zum Outdoor-Wettbewerb, da zunächst der an der Decke der Volkswagenhalle verschollene Schlagflügler Delfly geborgen werden musste. Dann wollten auch die Niederländer ein Flugzeug im FPV-Modus fliegen, brachen den Versuch aber ab, als der Flieger in die falsche Richtung abdriftete und den Baumwipfeln gefährlich nahe kam. Im autonomen Modus war das MAV zuvor wieder in sehr große Höhen gestiegen. Das scheint dem Team irgendwie im Blut zu liegen. Ihre andere Leidenschaft ist es, immer kleinere Fluggeräte zu bauen. Im Moment warten sie auf die Prozessoren, um ihren 3 Gramm schweren Schlagflügler wieder fliegen zu lassen. Er soll dann bis zu sechs Minuten in der Luft bleiben können. Wenn sich das Gewicht der Kamera von derzeit 0,4 Gramm auf 0,2 Gramm halbieren lässt, wie es Rick Ruijsink vorhat, lässt sich die Flugzeit vielleicht sogar noch länger ausdehnen. Ruijsing vermittelt jedenfalls nicht den Eindruck, als glaube er, die Grenze des Möglichen sei bereits erreicht oder auch nur in der Nähe. (jk)