Die Fusion mit Microdrones bringt Schübeler mehr FuE-Möglichkeiten

Dr. Roelof Vos und Malcom Brown diskutieren über den erfolgreichen ersten Start des Skalierten Modells Flying-V.

Was machen die heutigen Luft- und Raumfahrtingenieure, um die Zukunft des Fernflugverkehrs zu gestalten? Eine mögliche Antwort ist das Flying-V. Was als Idee des TU-Berliner Studenten Justus Benad begann, ist mit der erfolgreichen Einführung des mit effizienten und leistungsstarken Schuebeler EDFs ausgestatteten Modell Flying-V der Realität nun einen Schritt näher gekommen.

 

 

Dr. Roelof Vos, Assistenzprofessor an der Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik der Technischen Universität Delft, und Malcom Brown, Chief Engineer des Flying V-Projekts, sprachen im neuesten Podcast über dieses aufregende neue Flugzeugdesign und sein Potenzial, die Flugzeugindustrie zu verändern. Sie können die Show im Player unten anhören oder die folgende Zusammenfassung lesen.

Neue Technologien

Innovation steht im Mittelpunkt jeder technologischen Revolution, insbesondere im Blick auf die Zukunft der Luftfahrt. An der Universität Delft beginnt das Flying V, ein neu entworfenes Flugzeug, den Flugverkehr der Zukunft zu gestalten und möglicherweise zu verändern. Was als Idee begann, ist nun mit der erfolgreichen Einführung des Modells Flying-V ein weiterer Schritt näher an der Realität.

Dr. Roelof Vos ist Assistenzprofessor an der Luft- und Raumfahrttechnik der Technischen Universität Delft, wo er das Flying-V-Projekt leitet und für das Gesamtdesign verantwortlich ist. Er unterrichtet Kurse über Flugzeugdesign, aerodynamisches Design von Transportflugzeugen und aerodynamisches Design von Kampfflugzeugen. Er ist Autor des Lehrbuchs "Einführung in die transonische Aerodynamik". In den letzten 10 Jahren hat Dr. Vos seine Zeit damit verbracht, zu untersuchen, wie verschiedene Technologien Flugzeuge verbessern und nachhaltiger machen können.

"Das Flying-V ist eine dieser Technologien", sagte Dr. Vos. "Es ist eine zentrale Technologie und ist eine völlig andere Flugzeugkonfiguration; so viel mehr als Technologie, die Sie auf einen Flügel oder einen Motor anwenden. Meine Leidenschaft für Flugzeuge hat zum Design dieser radikal neuen Flugzeugkonfiguration geführt."

Chefingenieur des Modells Flying V ist Malcom Brown, der seine Leidenschaft für Flugzeuge in seiner Jugend fand, als sein Vater für South African Airways arbeitete. Von der Zeit mit RC-Flugzeugen in seiner Jugend bis zur Teilnahme an Designwettbewerben und der Einschreibung in Luft- und Raumfahrttechnik an der Deflt University arbeitete sich Brown zum Chefingenieur des Flying V-Projekts hoch.

"Ich habe festgestellt, dass ich eine Leidenschaft für das eigentliche Flugzeugdesign habe", sagte Brown. "Ich liebe wirklich, was ich tue, es ist ein  toller Job und ich bin so stolz, Teil des hoffentlich nächsten Schritts zu sein."

 

Das Flying V-Projekt

Der Flying-V wurde von einem Studenten, Justas Benad, entworfen, der bei Airbus als Praktikant arbeitete. Seine ursprüngliche Konzeption verband zwei Rumpffässer in einer V-Form und legte eine aerodynamische Schale um sie herum. Nach dem Studium und der Validierung des ursprünglichen Designs von Benad glaubte Dr. Vos, dass dieses neue V-förmige Flugzeugkonzept Wirklichkeit werden könnte.

"Wir haben mit einer sehr unabhängigen Studie begonnen", erklärt Dr. Vos. "Nach etwa einem Jahr der Analyse stellten wir schnell fest, dass sie tatsächlich gültig waren und dass die Behauptungen von Airbus und Justas recht glaubwürdig waren. Da dachte ich zum ersten Mal: "Hey, wir könnten hier an etwas dran sein mit dieser neuen V-förmigen Flugzeugkonfiguration."

Da es sich bei dem Flying-V um eine völlig neue Flugzeugkonfiguration handelt, war es für Dr. Vos und sein Team wichtig, einen funktionierenden Prototypen mit skaliertem Modell zu bauen.

"Es war sehr wichtig, uns davon zu überzeugen, dass das, was wir in vollem Umfang betrachteten, in der Praxis flugfähig sein würde", sagte Dr. Vos. "Also wollten wir diesen Test machen, um uns selbst zu beweisen, dass dieses Flugzeug von einem Piloten richtig geflogen und gehandhabt werden kann.

Brown seinerseits gab dem anfänglichen Team in Delft einige Ideen, merkte aber bald, dass er selbst an dem Projekt mitarbeiten wollte.

"Ich wurde in den Prozess der Entwicklung und des Baus des Windkanalmodells einbezogen", sagte Brown. "Von dort aus hat es sich dann natürlich weiterentwickelt. Es ist ein ziemlich großes Risiko, einen Prototyp in Originalgröße zu bauen. Um seine Ideen zu testen, baut man also ein kleineres Modell, um zu sehen, ob es funktioniert, und genau das machen wir mit dem Flying-V."

V ist für Effizienz

Der Hauptgrund für die Schaffung dieser neuen Flugzeugkonfiguration ist die Kraftstoffeinsparung.

"Es gibt drei Dinge, die das Flying V besser machen als ein normales Flugzeug, wenn es um Effizienz geht", sagte Dr. Vos. "Es ist 10% kleiner als ein normales Flugzeug mit Hilfe des Außenbereichs. Das reduziert den Reibungswiderstand des Flugzeugs. Es hat auch sehr große Winglets, die effektiv die Spannweite des Flugzeugs erhöhen, wodurch der Luftwiderstand noch einmal reduziert wird. Und drittens, weil wir das Gewicht seitlich verteilen, sind wir auch in der Lage, das strukturelle Gewicht des Flugzeugs zu reduzieren."

Die Kombination dieser drei Aspekte reduziert den Gesamtenergieverbrauch um 20 %.Brown: "Der Hauptvorteil besteht darin, dass Sie keinen Rumpf haben, den Sie nur durch die Luft schleppen. Stattdessen ist alles in einen Flügel eingebaut, der zum Auftrieb beiträgt und das ganze Flugzeug arbeitet effizienter und synergetischer."

Ein Exzellenzmodell

Das Modell des Flying V ist aus Glasfaser-Verbundwerkstoff mit Teilen von Kohlefaser für zusätzliche Stabilität gebaut.  Eine der größten Herausforderungen bestand darin, das gesamte Gewicht unter der regulierten 25-Kilogramm-Höchstgewichtsgrenzezuhalten. Dies bedeutete, dass einige der elektronischen Komponenten vom Team gebaut und entworfen werden mussten, um sowohl die sorgfältigen Designkriterien als auch die Vorschriften zu erfüllen.""Es war eine sehr große Herausforderung, weil es wirklich ein ziemlich großes Flugzeug ist", sagte Brown. "Seine Spannweite beträgt drei Meter, und all die Ausrüstung, Nutzlasten, Komponenten und Elektronik an Bord zu bekommen, war eine sehr große Herausforderung, um unter den 25 Kilogramm zu bleiben."

Das Team war auch begeistert, viele der fortschrittlichen technologischen Komponenten im Flying V zu demonstrieren.

"Wir wollten die besten Produkte verwenden, damit wir das bestmögliche Ergebnis erzielen", verriet Brown. "Wir haben zum Beispiel EDFs von Schübeler installiert, weil wir eine hohe Geschwindigkeit erreichen mussten, um dieses Flugzeug, das eine recht hohe Flächenbelastung hat, fliegen zu können. Schübeler hat also wirklich effiziente und dennoch leistungsstarke EDFs, die wir einsetzen konnten."

Von Januar 2019 bis Juli 2020 verfeinerte das Team das Design, implementierte Modifikationen  und polierte das endgültige Modell des Flying V in Vorbereitung auf den Jungfernflug - eine kurze, aber erfolgreiche Mission. Aufgrund von Gewichtsbeschränkungen konnte das Team nicht die volle Anzahl der Batterien nutzen.

Brown war mit den Ergebnissen zufrieden. "Der Flug selbst lief sehr gut", sagte er. "Wir waren alle ziemlich nervös darüber, was passieren würde, aber dann hob es ab und es flog gut. Es war stabil und steuerbar, aber wir konnten nur fünf Minuten fliegen, was wir auch berechnet hatten."

Diese fünf Flugminuten erzeugten jedoch eine Fülle von Daten, um die tatsächliche Flugdynamik zu analysieren.

"Wir konnten ein mathematisches Modell für die Flugdynamik des Flugzeugs identifizieren", erklärt Dr. Vos. "Wir sind jetzt im Prozess der Kopplung dieses mathematischen Modells zu einem echten Flugsimulator, um Piloten die Möglichkeit zu geben, dieses Flugzeug zu  erleben. "

Die Zukunft des Fliegenden V

Der erfolgreiche Flug des Modells Flying V hilft, den Grundstein für den Ausbau des Großprojekts zu legen, aber es gibt noch eine Reihe von Entwicklungshürden.  Der Testflug stärkte das Vertrauen und lieferte den Beweis, dass das Design flugfähig ist. Dr. Vos blickt optimistisch in die Zukunft.

"Das Flugzeug ist sehr vielversprechend", stellt er sich vor. "Ich sehe keine großen Hürden, die nicht überwunden werden können. In der Tat wird die Herstellung dieses Flugzeugs wahrscheinlich sogar einfacher sein als die eines konventionellen Flugzeugs, das wir jetzt betrachten. Eines der Dinge, die dieses Flugzeug auszeichnen, ist die Tatsache, dass es  keine  Hochhubgeräte hat. Wir brauchen keine Durchbrüche in irgendwelchen Materialtechnologien, damit dieses Flugzeug aus kommerzieller Sicht lebensfähig ist."

Malcolm und das Team freuen sich auf weitere Flüge mit dem Modell Flying V für die weitere Fluganalyse.

"Bei den nächsten Flügen werden wir Schritt-Eingaben an jeder Steuerfläche vornehmen und sehen, wie die Reaktion ist, so dass wir die natürliche Bewegung des Flugzeugs anregen, was den Datenumfang erweitern wird, den wir bereits haben. Wir haben eine Menge Daten, aber wir wollen diese erweitern und sicherstellen, dass es korrekt ist, was wir beim ersten Mal gemessen haben."

Die Universität Delft wird weiterhin Technologien wie das Flying V untersuchen, die dazu beitragen werden, Emissionen zu reduzieren und die Luftfahrtindustrie für die Zukunft nachhaltiger zu machen.
"Wenn wir das in Zukunft nachhaltig machen wollen", erklärt Dr. Vos, "müssen wir uns radikale Technologien wie das Flying-V ansehen, weil die Röhren- und Flügelflugzeuge, wie wir sie kennen, voll ausgereift sind. Es gibt sehr wenig bis keinen Gewinn, um aus dieser Konfiguration herauszukommen. Der Flying-V ist eine dieser Innovationen, die eine gute Aufmerksamkeit verdient, um wirklich alle offenen Fragen zu vertiefen, die mit diesem Flugzeug zu tun haben."

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