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Elektro- und Solarfluggeräte

2020 (D)


Transport- und Lieferdrohnen


Hier werden die aktuellen Entwicklungen dokumentiert, wobei die Fortschritte bei den Drohnen, die bereits in den letzten Jahren präsentiert worden sind, den entsprechenden Jahresübersichten angefügt werden. Über die seiteneigene Suche oben rechts kann man sie leicht finden.


Einer Studie von Thomas Kirschstein an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg zufolge, die im Januar 2020 im Fachjournal Transportation Research Part D: Transport and Environment erscheint, verbrauchen Lieferdrohnen besonders in dicht besiedelten Gegenden vergleichsweise viel Energie und ihre Reichweite wird stark von den Windbedingungen beeinflußt. Im ländlichen Bereich können sie dagegen dieselbetriebenen Lieferwagen Konkurrenz machen.

In der Arbeit mit dem Titel ‚Comparison of energy demands of drone-based and ground-based parcel delivery services‘ wird der Energieverbrauch von Drohnen mit dem von dieselbetriebenen Lieferwagen und den von Paketboten aktuell genutzten Elektro-Transportern verglichen. Dabei werden mit Hilfe einer Simulation des Großraums Berlin mehrere Szenarien durchgespielt, bei denen u.a. untersucht wird, welchen Einfluß die Paketanzahl je Stopp und die Verkehrssituation auf den Energieverbrauch haben.

Während Elektro-Transporter in einem städtischen Setting, in dem die Lieferwagen nur langsam fahren und häufig anhalten und wieder starten müssen, deutlich sparsamer sind als Diesel-Trucks und bis zu 50 % weniger Energie verbrauchen, haben bei Drohnen die Windverhältnisse einen entscheidenden Einfluß auf deren Leistungsfähigkeit. Bei Seitenwind muß mehr Energie aufgewendet werden, um den Kurs zu halten, Rückenwind kann sich dagegen positiv auf den Energieverbrauch auswirken.

Im Durchschnitt verbrauchen die Drohnen in der Simulation bis zu zehn Mal so viel Energie wie die Elektro-Lieferwagen, da Paketboten beispielsweise anhalten und mehrere Pakete zu Fuß ausliefern können, was für Drohnen nicht möglich ist, die immer nur ein Paket zustellen können. Außerdem verbrauchen sie viel Energie im Schwebeflug, wenn sie zum Beispiel ein Paket abliefern wollen und vor der Tür des Empfängers warten müssen.

Manta Ray

Manta Ray


Das deutsche Startup Phoenix-Wings GmbH (PI) gehört zu den bedauernswerten Firmen, die anscheinend ihre Muttersprache verlernt haben und sich auf ihrer Homepage nur noch in Englisch ausdrücken können – und dies, obwohl die 2018 gegründete Firma im bayerischen Ismaning sitzt, wo man solch ein Verhalten sicherlich auch nicht gutheißt.

Der von der Firma entwickelte Nurflügler Manta Ray, eine vollelektrische VTOL-Drohne, ist 1,9 m lang, hat eine Flügelspannweite von 3,5 m, wiegt 25 kg und kann 10 kg Fracht tragen. Er fliegt entweder autonom oder per BVLOS-Fernsteuerung mit einer Geschwindigkeit von 80 – 100 km/h und hat – je nach Zuladung und anderen Variablen – eine Reichweite von 40 – 120 km. Bei voller Zuladung beträgt die Reichweite 55 km.

Der Manta Ray macht 2019 seinen Jungfernflug, und nun – im Mai 2020 – gewinnt das Design der Drohne bei der Lake Kivu Challenge in Kigali, Ruanda, die im Februar stattgefunden hat, den Sonderpreis für Innovation. Außerdem belegt das Fluggerät den ersten Platz im Teilwettbewerb ‚Sample Pick-up Competition‘, bei dem es darum geht, 20 km über offenes Wasser zu fliegen, um Pakete von bestimmten Orten auf einer Insel im See abzuholen und sie dann an eine Basis am Ufer zu liefern. Das Gemeinsame Preisgeld für beide Plätze beträgt 75.000 £.

Der Wettbewerb findet im Rahmen des Afrikanischen Drohnenforums statt, einer Konferenz zur Erforschung des Einsatzes von Drohnen in zivilen Anwendungen auf dem Kontinent. Von den 92 Gruppen aus 35 Ländern, die sich für die Teilnahme beworben hatten, waren zehn für den Drohnenwettbewerb ausgewählt worden. Den Teilwettbewerb zum Thema Notauslieferung gewinnt übrigens das ebenfalls deutsche Unternehmen Wingcopter, das in der Jahresübersicht 2018 ausführlich vorgestellt wurde, während das koreanische Unternehmen Hojung Solutions den Teilwettbewerb zum Thema Auffinden und Zugänglichkeit gewinnt.

Im Jahr 2021 erfolgt der Demonstrationsbetrieb eines Lufttransports mit der PWOne, einer kleinen VTOL-Drohne, die 0,5 kg mit durchschnittlich 60 km/h über eine Strecke von 20 km transportieren kann und als ‚persönliches Frachtflugzeug‘ vermarktet wird. Daneben ist die Firma Phoenix-Wings in das Projekt RauMoLes (Raumbezogene Modellierung zur Lärmreduktion elektrischer Senkrechtstarter) involviert, bei dem gemeinsam mit den Projektpartnern Prof. Schaller UmweltConsult GmbH (PSU) und dem Institut für Flugzeugbau der Technischen Universität München Erkenntnisse über das Lärmverhalten von VTOL-Drohnen gewonnen werden sollen.


Ebenfalls im Mai berichten die Fachblogs, daß angesichts gestiegener Zustellkosten, vor allem in ländlichen Regionen, einige Medienhäuser in Deutschland die Auslieferung von gedruckten Zeitungen per Drohne ausloten.

Neben einem kommunalen, vom Bund geförderten Testprojekt in Ostthüringen, an dem auch die Funke- und die Madsack-Mediengruppen als Partner beteiligt sind, plant aktuell auch der Heinen-Verlag einen Praxistest im Raum Köln. Erleichtert wird dies durch einen Beschluß des Bundestages vom vergangenen November, daß der Staat in die Förderung speziell der Zustellung von Tageszeitungen und Anzeigenblätter einsteigt – wofür ab diesem Jahr, und befristet auf fünf Jahre, eine Fördersumme von 40 Mio. € vorgesehen ist.

Ein genaues Konzept, wie das Geld an die Verlage verteilt werden soll, ist aber noch nicht bekannt. Die Mittel sollen freigegeben werden, sobald das Bundesministerium für Arbeit und Soziales (BMAS) ein detailliertes Förderkonzept vorlegt.


Mitte Mai 2020 stellt Bundesverkehrsminister Andreas Scheuer in Berlin den Aktionsplan der Bundesregierung für ‚unbemannte Luftfahrtsysteme und innovative Luftfahrtkonzepte‘ mitsamt dem entsprechenden Rechtsrahmen vor. Ein Versand von Paketen per Drohnen  könne Scheuer zufolge schon in drei Jahren möglich sein – der bei der Vorstellung im Garten des Ministeriums werbewirksam eine Drohne fliegen läßt, die eine medizinische Luftfracht befördert.

Der Aktionsplan, der sich auch auf bemannte Drohnen und Lufttaxis bezieht, kann von der Homepage des Ministeriums abgerufen werden.


Im Juni weisen Forscher der Stanford University in einer Präsentation während der IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) darauf hin, daß die Reichweite von Drohnen teilweise vervierfacht werden könnte, wenn diese als blinde Passagiere auf Bussen mitfahren würden.

Das Team rund um Mykel Kochenderfer und Marco Pavone hatte ein Computermodel erzeugt, in dem Drohnen in San Francisco und Washington, DC Pakete ausliefern. In dieses Modell werden  auch die existierenden Busnetzwerke implementiert. Anschließend lassen die Forscher 200 virtuelle Drohnen bis zu 5.000 Pakete ausliefern. Dabei startetejedes der Fluggeräte aus einem Depot, wo es mit einem Paket beladen worden war. Liegt das Ziel innerhalb der Reichweite der Batterie, begibt sich die Drohne direkt zu der Adresse, andernfalls fliegt sie eine Bushaltestelle an und landet dort auf einem Bus, der sie einen Teil der Strecke mitnimmt. Sobald das Ziel in Reichweite ist, hebt die Drohne von dem Busdach ab und fliegt den Rest der Strecke alleine.

Da das Modell mehr als ein Depot pro Stadt enthält, kann die Drohne anschließend entweder zu ihrem Ursprungsort zurückkehren oder ein anderes Depot anfliegen um ein weiteres Paket aufzunehmen. Das System ist zusätzlich darauf ausgelegt, die einzelnen Lieferungen so kurz wie möglich zu gestalten. Im Resultat liegt die längste Lieferzeit in San Francisco unter einer Stunde, während es in Washington etwas weniger als zwei Stunden sind. Mit dem Bus-Trick kann die Reichweite der Drohnen effektiv um 450 % gesteigert werden. Ob sich die Idee tatsächlich umsetzen läßt, ist noch nicht bekannt.


Ab Juli 2020 werden für einen Zeitraum von drei Jahren sechs bundesweite Projektpartner die Vernetzung, Fusion und Nutzung von Mobilitäts-, Verkehrs- und Logistikdaten untersuchen und erproben. Dabei soll in erster Linie der flexible, auf Künstlicher Intelligenz basierte Einsatz dezentral organisierter, boden- und luftgebundener autonomer Fördereinheiten analysiert werden. Zudem sollen Einheiten wie fahrerlose Transportsysteme (FTS) und Multikopter-Drohnen weiterentwickelt werden, um in unterschiedlichen Netzwerken technologische Systemgrenzen zu überwinden.

Beteiligt an dem Verbundvorhaben sind neben der Hochschule Würzburg-Schweinfurt und der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes die Firmen Emqopter GmbH, Flexus AG, InSystems Automation GmbH – ASTI Mobile Robotics sowie Siemens AG. Das Projekt FlowPro wird im Rahmen der Förderrichtlinie Modernitätsfonds (mFUND) durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur mit rund 2,2 Mio. € gefördert.


Ebenfalls im Juli zeigen die Fachblogs die patentierte FIXAR 005 Drohne der 2018 von Vasily Lukashov gegründeten Firma FIXAR-AERO LLC in Lettland, ein Starrflügler-VTOL, dessen Besonderheit ist, daß seine vier Propeller/Motoren auf einem Rahmen montiert sind, der relativ zum Rest der Drohne nach vorne und hinten schwingt.

Beim Starten und Landen sitzt dieser Rahmen horizontal in einer Linie mit dem Körper des Fluggeräts, so daß es wie ein Quadrokopter funktioniert. Sobald es jedoch an der Zeit ist, als Starrflügler zu fliegen, wird das Drehmoment an den vorderen Stützen verringert und an den hinteren erhöht. Dadurch kippt der Rahmen passiv nach vorne, so daß er und die angebrachten Propeller nun senkrecht zum Rest der Drohne stehen. Infolgedessen werden nur vier Propeller benötigt, von denen auch keiner zu irgendeiner Zeit im Leerlauf ist, und es werden keine Servos benötigt, um das Fluggerät zu kippen.

Die Drohne, die von Transport Canada für den fortgeschrittenen Betrieb in diesem Land zugelassen ist, sowohl im kontrollierten als auch im unkontrollierten Luftraum und in der Nähe von Menschen, hat die Fähigkeit zum völlig autonomen Flug. Ihre maximale Flugzeit beträgt bis zu einer Stunde, die Höchstgeschwindigkeit 72 km/h und die Nutzlastkapazität 2 kg. Das Modell FIXAR 007 hat eine erhöhte Reichweite von 60 km, und die Preise beginnen bei 20.000 $.

Im April 2021 wird im Rahmen eines 1 Mio. $ schweren Vertrags mit der Firma Volatus Aerospace vereinbart, in deren Werk am Lake Simcoe Regional Airport in Oro, Ontario, mit der Herstellung von bis zu 1.200 Stück der FIXAR-Drohnen pro Jahr zu beginnen. Außerdem startet in diesem Jahr die Entwicklung einer neuen kommerziellen Drohne namens FIXAR 025 mit einer Tragfähigkeit von 10 kg.

Avidrone 210TL

Avidrone 210TL


Im August berichten die Blogs erstmals über die Avidrone 210TL der kanadischen Firma Avidrone Aerospace aus Waterloo, Ontario, die seit etwa eineinhalb Jahren im Handel erhältlich ist. Das Unternehmen  entwickelt und produziert seit 2007 unbemannte Drehflügler und Autopilot-Steuerungssysteme für Regierungs-, Verteidigungs- und kommerzielle Anwendungen. Die durchgängig automatisierten, unbemannten Luftfahrzeugsysteme reichen von kleinen Multirotoren bis hin zu großen Drehflüglern mit einem Gewicht von über 500 kg.

Die neue Avidrone 210TL unterscheidet sich beträchtlich von anderen Schwerlastdrohnen auf dem Markt, die fast alle mit 6 – 8 horizontalen Propellern ausgestattet sind, da sie nur zwei Rotoren besitzt, die dafür aber umso größer sind. Die Drohnenversion des Chinook-Schwerlasthubschraubers von Boeing besteht im Wesentlichen aus zwei unbemannten Miniaturhubschraubern, die am Heck durch einen horizontalen Ausleger miteinander verbunden sind.

Die Ladung wird an den Schienen des Auslegers befestigt, woraufhin die Drohne autonom zu ihrem Zielort fliegt, dort landet und die Fracht durch Anheben der Auslegerhaken freigibt, bevor sie wieder zum Startpunkt zurück oder zu dem Ort fliegt, den sie als Nächstes aufsuchen soll. Nach Angaben des Unternehmens reicht eine 1,3-stündige Aufladung des Lithium-Akkus der 210TL für eine Reichweite von 120 km. Die Drohne kann bis zu 25 kg tragen und hat eine Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h.

Die Tandemrotorblätter wurden gewählt, weil Multicopter-Drohnen zwar einfacher zu konstruieren sind, aber nicht annähernd so leistungsfähig oder energieeffizient wie die 210TL, die mit einer gegebenen Batterieleistung bis zu zehn Mal weiter fliegen oder eine fünf Mal schwerere Fracht heben kann als ein Multikopter.

Als exklusive Detektions- und Vermeidungslösung (detect-and-avoid, DAA) wählt Avidrone Aerospace das DAA-System der Firma Iris Automation aus, damit die Kunden im Bereich der kommerziellen Drohnenlieferungen auch Flüge jenseits der Sichtlinie durchführen können.


Im November 2020 stellt das von Felix Arnold gegründete Startup BEE appliance GmbH aus Beilngries das neue Design einer autonomen Schwerlastendrohne mit sechs ummantelten Rotoren vor, die auf eine Nutzlast von 60 kg (andere Quellen: 71 kg) ausgelegt sind und die Maschine mit einer Batterieladung 20 Minuten lang in der Luft halten können. Das Startgewicht liegt bei 210 kg. Die Werte implizieren bereits, daß es sich hierbei um einen Hybridantrieb handelt. Im vorliegenden Fall treibt eine Kleingasturbine den Generator an, dessen Strom die Motoren in Bewegung hält, während eine kleine Batterie als Pufferspeicher dient.

Die ersten Testflüge mit dem Vorläufer des BEE genannten eVTOL werden mit behördlicher Genehmigung ab 2018 im Altmühltal durchgeführt. Seit dieser Zeit ist auch das Beilngrieser Familienunternehmen Biersack Hauptinvestor der BEE appliance.

BEE for TWO Grafik

BEE for TWO
(Grafik)

Im November 2019 erhält die Firma eine Förderung in Höhe von 300.000 € aus der Initiative Urban Air Mobility (UAM) des Bundesverkehrsministeriums, deren Testregion Ingolstadt ist. In dem seit Mitte des Jahres laufendem Projekt, das wissenschaftlich von der Technische Hochschule Ingolstadt begleitet wird, geht es darum, „die momentane Akzeptanz der Gesellschaft in Bezug auf autonome Drohnen zu ermitteln und durch inhaltliche Teilhabe zu fördern.“

Technisch wird die Optimierung und Lärmreduzierung bei Multirotorfluggeräten durch den Einsatz von Mantelgebläsen umgesetzt. Das Resultat ist das eingangs erwähnte neue Design, das allerdings auch von anderen Modellen der letzten Jahre bekannt ist.

Auf dem Flugplatz in Manching sind nun weitere Erprobungsflüge des Multikopters geplant, dessen Flugzeit demnächst länger als zwei Stunden betragen soll. Außerdem wird daran gearbeitet, die Nutzlast auf 200 kg zu steigern. Damit könnte der Multikopter auch als zweisitziges Lufttaxi für den Personentransport eingesetzt werden. Einen Namen gibt es dafür schon: BEE for TWO. Falls diese Entwicklung weiter verfolgt wird, werde ich darüber unter den personentragenden Fluggeräten berichten.


Im Kontext der Hybridantriebe soll auch eine Drohne mit zwölf Propellern erwähnt werden, die ein Team um Bart Remes, Projektmanager im Micro Air Vehicle Lab (MAVLab) der Technischen Universität Delft in den Niederlanden, entwickelt hat, und die ebenfalls im November 2020 vorgestellt wird. Das MAVLab war uns bereits 2015 mit einer Mini-Renndrohne, sowie 2018 mit einer schwimmfähigen Drohne begegnet.

Die 13 kg schwere Nederdrone hat starre Flügel mit einer Spannweite von 3 m, kann aber senkrecht starten und landen. Sie ist extrem leise und kann aufgrund ihres ausgeklügelten Energieversorgungssystems stundenlang in der Luft bleiben. Der Strom für die zwölf Motoren wird von einer 800 W Wasserstoff-Brennstoffzelle erzeugt, wobei sich das flüssige Gas unter einem Druck von 300 bar in einem 6,8 Liter fassenden Tank aus Kohlenfaserverbundwerkstoffen befindet.

Weil diese Energie für den Start nicht ausreicht, werden in dieser Phase die Bordbatterien zugeschaltet, die dann während des Fluges mit Strom aus der Brennstoffzelle, der aktuell nicht benötigt wird, wieder aufgeladen werden. Dank der Kombination aus Flügeln, Wasserstoff und Batterie kann die Drohne der TU Delft über 3,5 Stunden lang stabil in der Luft bleiben. Wie hoch ihre Nutzlast ist, wird nicht gesagt.

Da die Königliche Niederländische Marine sowie die niederländische Küstenwacht Entwicklungspartner sind, ist die Drohne speziell auf die besonderen Anforderungen auf dem Meer ausgelegt, trotzt der salzigen Luft und steckt Böen locker weg. Neben Tests im Windkanal wird die Nederdrone auch erfolgreich auf einem Schiff getestet, das auf offener See fährt. Es zeigt sich, daß sich die Drohne zur Unterstützung bei Aufklärungs- und Inspektionsaufgaben gut eignet.

xFold Dragon

xFold Dragon


Die letzte Meldung in diesem Jahr von Mitte Dezember betrifft eine vom Benutzer konfigurierbare Drohne, die in ihrer größten Ausführung über 450 kg heben kann.

Die xFold-Drohnen werdensind von dem in San Francisco ansässigen Startup-Unternehmen ZM Interactive hergestellt und ist in vier Größen erhältlich. Jedes dieser Modelle kann in seiner Grundform als Quadrokopter - oder mit zusätzlichen Propellerarmen, die je nach Bedarf innerhalb weniger Minuten anmontiert werden können - mit sechs, acht oder sogar zwölf Motor-/Propellereinheiten geflogen werden.

Bei den beiden letztgenannten Konfigurationen befinden sich zwei solcher Einheiten am Ende jedes Arms, so daß die Drohne nicht über acht bzw. zwölf separate Arme verfügt. Je nach Verwendungszweck der Drohne können die Betreiber auch schnell optionale Zusatzgeräte wie Roboterarme, Feuerlöschkugeln, Sprühgeräte oder 3D-Kartierungssensoren installieren.

Das kleinste Modell, der xFold Spy, hat eine Akkulaufzeit von 35 Minuten in der Vier-Propeller-Konfiguration und 25 Minuten im Zwölf-Propeller-Modus. Die Kapazität zum Heben von Lasten wird je Modus mit 2,7 kg bzw. 6,8 kg angegeben, wobei die Flugzeit in beiden Fällen auf 10 Minuten sinkt.

Die größeren Modelle heißen xFold Travel und xFold Cinema, wobei das Modell xFold Dragon an der Spitze der Reihe steht. Eine seiner Varianten, der Dragon Hybrid, verfügt über einen Benzin/Batterie-Hybridantrieb, der eine Flugzeit von 4 – 6 Stunden im Sechs-Propeller-Modus ermöglicht. Eine andere Variante, der Dragon H, kann in seiner Zwölf-Propeller-Konfiguration bis zu 454 kg tragen.

 

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