Entwicklung eines Software-Tools zur Auslegung eines Multirotor-Systems zum Abfangen und Abtransportieren eines Intruder-UAV

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Software-Tools zur Entwicklung eines Multicopter-Systems zum Abfangen und Abtransportieren eines Intruder-UAV. Zu diesem Zweck werden zunächst die nötigen theoretischen Grundlagen zur Auswahl relevanter Multicopter-Komponenten analysiert und die Kernparameter dieser identifiziert. Weiterhin wird das verwendete Hardware-Framework zur Detektion und Trajektorienanalyse der Intruder-Drohne vorgestellt. Für die Entwicklung der Software wird zunächst eine Analyse der relevanten Marktsegmente sowie eine Auswahl der gebräuchlichsten Drohnen aus diesen Segmenten vorgestellt. Es folgt die Beschreibung der vom Projekt vorgegebenen Abfangmission. Dem schließt sich eine Analyse der möglichen Abfangmethoden und eine Vorstellung der bereits am Markt existierenden Systeme an. Mithilfe einer Bewertungsmatrix werden Rückschlüsse auf die geeignetsten Abfangmethoden gezogen. Die Auslegungssoftware bestimmt die optimale Konfiguration iterativ und versucht die Gesamtmasse der Abfang-Drohne zu minimieren. Hierzu kann der Benutzer zu analysierende Grundkonfigurationen auswählen und eine Intruder-Drohne definieren. Die Auslegungssoftware bestimmt daraufhin passende Antriebskomponenten und die daraus resultierenden Flugleistung. Mithilfe der gewonnenen Daten kann die Erfüllbarkeit der Mission verifiziert und Parameter wie zum Beispiel Stromverbrauch oder Missionsdauer der Abfang-Drohne bestimmt werden. Im Vergleich der gewonnenen Daten des Antriebssystems mit gemessenen Daten des Herstellers ergibt sich eine hohe Übereinstimmung. Im Folgenden werden verschiedene Beispielmissionen mit unterschiedlichen Intruder-Drohnen analysiert und die von der Software ermittelte optimale Konfiguration vorgestellt. Beim Vergleich mit am Markt bestehenden Systemen ergeben sich ähnliche Gesamtmassen. Abschließend wird ein Ausblick auf potenzielle Folgeprojekte zur Verbesserung der Auslegungssoftware gegeben

Entwicklung und Implementierung einer Methodik zur Massenabschätzung im Entwurfsprozess von unbemannten Luftfahrzeugen

Das Thema der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer neuartigen Methode zur Massenabschätzung einer möglichst großen Bandbreite von Starrflügel-UAS. Zu diesem Zweck werden zunächst Möglichkeiten zur Kategorisierung von UAS beschrieben und Besonderheiten der verschiedenen Kategorien aufgezeigt. Eine Literaturrecherche zu vorhandenen Methoden zur Strukturmassenabschätzung wird getrennt nach empirischen und analytischen Vorgehensweisen durchgeführt. Als nächstes wird das genutzte Framework zur Auslegung von Luftfahrzeugen - SUAVE - vorgestellt und seine Fähigkeiten beschrieben. Da analytische Strukturmassenabschätzungen meist nur für bestimmte Konfigurationen anwendbar sind, wird zur Erhöhung der Bandbreite an analysierbaren Modelltypen ein empirischer Ansatz gewählt. Zur Durchführung wird zunächst eine Datenbank von verschiedensten Typen von UAS erstellt und beschrieben, für die ein Verfahren zur benutzergesteuerten dynamischen Bildung von Regressionen entwickelt wird. Durch das Verfahren können sowohl die maximale Abflugmasse als Startwert für eine iterative Auslegung als auch komponentenbasierte oder Gesamtstrukturmassenabschätzungen durchgeführt werden. Durch die Integration in SUAVE kann bei der Abschätzung sonstiger Komponenten auf eine Vielzahl von bereits implementierten Methoden zurückgegriffen werden. Die Gesamtstrukturmassenabschätzung wird auf eine Vielzahl von Modellen unterschiedlicher Kategorien und Materialien angewandt. Die komponentenbasierte Abschätzung wird anhand einer Auswahl von Segelflugzeugmodellen demonstriert. Zuletzt wird die entwickelte Methode im Rahmen einer Analyse der Flugleistungsdaten vorhandener UAS eingesetzt

DEVELOPMENT AND TESTING OF A SURROGATE UNMANNED AIRCRAFT FOR CREW TRAINING AND EVALUATION OF FLIGHT TEST PROCEDURES FOR A HIGH-ALTITUDE PLATFORM

The German Aerospace Center (DLR) is currently developing a solar-powered high-altitude platform (HAP) in the context of the DLR-internal project HAP-alpha. The project addresses the complete development process of the aircraft, from conceptual studies and detailed design up to its construction, flight test campaigns, and the final operation procedures. Generally, HAPs are in terms of flight characteristics and flight performance unconventional due to their highly flexible structure, extremely low weight, and high glide ratio. Furthermore, the flight test of such a highly fragile aircraft poses significant challenges in terms of flight test procedures, system identification maneuvers as well as the Beyond Visual Line of Sight (BVLOS) operation. Therefore, a surrogate aircraft was developed to train the crew and evaluate suitable flight test procedures. This surrogate aircraft is a highly modified commercial off-the-shelf (COTS) radio controlled (RC) sail plane. The aircraft features a flight controller to approximate the maneuverability and flight performance of the HAP and a FirstPerson View (FPV) system comparable to the HAP. The surrogate aircraft is modified to have a comparable engine arrangement to that of the HAP, and the controller is tuned such that similar angular rates, and climb performances are obtained. In this paper the design considerations, development tests and a brief overview of the crew training is given. In addition, the results of flight tests are presented. These include a general feasibility test of performing system identification maneuvers with the aircraft and a test dealing with turning flight in HAP mode