UNBEMANNTE LUFTFAHRTSYSTEME - DAS NATIONALE ERPROBUNGSZENTRUM FÜR UND DIE UAS FORSCHUNG IM DLR
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DAS NATIONALE ERPROBUNGSZENTRUM FÜR
UNBEMANNTE LUFTFAHRTSYSTEME
UND DIE UAS FORSCHUNG IM DLR
Inhalt Grußwort
Unbemanntes Fliegen
Grusswort ������������������������������������������������������������������� 03
im DLR
Einleitung�������������������������������������������������������������������� 05
Einführung������������������������������������������������������������������� 06
Die unbemannte Luftfahrt erlebt derzeit ein rasantes Wachstum, damit auf eine höhere Integrationsebene angehoben. Mit dem Ziel
Die UAS Forschung im DLR stellt sich vor einhergehend mit der Entwicklung neuer Konzepte und Techno der Bewertungsfähigkeit im Rahmen des Gesamtsystems Luftfahrt
logien. Das nächste Sprungziel bei Kleinflugzeugen lautet „Urban liefern wir Antworten zu Komponenten, Vehikeln und deren Betrieb,
Institut für Aeroelastik (AE)����������������������������������������������������� 09
Air Mobility“ und das bedeutet hier eine „neue Luftfahrt“. Immer Abläufen und Wirkungen, und dies in nachgewiesener sowie belast-
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik (AS)������������������������������ 11 weiter automatisierter Personen- und Frachttransport wird es barer Genauigkeit, über Modelle, Simulation und Experiment.
Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie (BT)������������������������������ 13 ermöglichen, sowohl neue Verkehrsträger einzuführen als auch
Randgebiete und strukturschwache Regionen besser anzubinden. In seinem europaweit einmaligen Nationalen Erprobungszentrum
Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik (FA)��������������������������� 15 für Unbemannte Luftfahrtsysteme führt das DLR seine Fähigkeiten
Institut für Flugführung (FL)����������������������������������������������������� 17 Seit Jahren forschen im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und Kompetenzen auf dem Gebiet unbemannter Luftfahrtsysteme
(DLR) Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf dem Gebiet zusammen und arbeitet mit Partnern und Behörden an Technolo-
Institut für Flugsystemtechnik (FT)����������������������������������������������� 21
der unbemannten Luftfahrtsysteme, so genannter UAS. In der Luft- gieentwicklungen und Regelwerken zum Betrieb von UAS. Der
Institut für Flughafenwesen und Luftverkehr (FW)�������������������������������� 25 fahrtforschungsstrategie des DLR werden die Einzelkompetenzen Standort dient zur Entwicklung und Erprobung neuer Luftfahrt-
Flugexperimente (FX)���������������������������������������������������������� 27 der Institute im Leitkonzept „Urban Air Mobility“ gebündelt und technologien im Bereich UAS und steht für die Nutzung durch das
DLR, weiter durch Kunden aus der Wirtschaft, von Startups bis hin
Technologien für Kleinflugzeuge (KF)������������������������������������������� 31 zu etablierten Luftfahrtunternehmen, und schließlich auch durch
Institut für Kommunikation und Navigation (KN)���������������������������������� 33 Behörden, zum Beispiel für Zulassungszwecke zur Verfügung.
Darüber hinaus entsteht ein Netzwerk aller zukünftigen Testfeldak-
Lufttransportsysteme (LY)������������������������������������������������������ 37 tivitäten, mit dem Nationalen Erprobungszentrum als zentralem,
Institut für Luft– und Raumfahrtmedizin (ME)������������������������������������� 39 integrativem Standort.
Institut für Instandhaltung und Modifikation (MO)�������������������������������� 41
Welchen Einfluss UAS auf den zukünftigen Luftverkehr haben
Institut für Physik der Atmosphäre (PA)������������������������������������������ 43 werden, hängt von den Leistungen in Forschung und Entwick-
Institut für Softwaretechnologie (SC)�������������������������������������������� 45 lung und Entscheidungen der Politik, aber auch von der Akzep-
tanz durch die Bevölkerung ab. In seiner Architektenrolle wird
Institut für Systemarchitekturen in der Luftfahrt (SL)������������������������������ 47 das DLR die Umsetzung unbemannter Luftfahrtsysteme in unser
Institut für Softwaremethoden zur Produkt-Virtualisierung (SP)�������������������� 49 tägliches Leben auch in Zukunft verantwortungsvoll prägen und
gestalten.
Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik (SR)���������������������������� 51
Institut für Technische Physik (TP)������������������������������������������������ 53
Institut für Verkehrssystemtechnik (TS)������������������������������������������� 55
Institut für Technische Thermodynamik (TT)�������������������������������������� 57
Sicherheitsforschung (PK-S)���������������������������������������������������� 59
Querschnittsprojekt Hochfliegende unbemannte Plattform (HAP)����������������� 61
Nationales Erprobungszentrum für Unbemannte Luftfahrtsysteme ��������������� 63
Prof. Rolf Henke, DLR-Luftfahrtvorstand
2 3
Einleitung
Eine europaweit
einmalige
Testinfrastruktur
für UAS-Spitzenforschung
Das Deutsche Zentrum für Luft– und Raumfahrt (DLR) betreibt europaweit einmaligen Testinfrastruktur für UAS werden wir in
bereits seit vielen Jahren über seine Fachinstitute Spitzenfor- Cochstedt parallel zum UAS-Betrieb ebenfalls einen „normalen“
schung im Bereich der unbemannten Luftfahrtsysteme. Diese Flughafen (in reduziertem Umfang) weiter betreiben, um auch
Forschung bildet die Grundlage für die Notwendigkeit vielfältiger in diesem Bereich Erkenntnisse für zukünftige Anwendungsfälle
Testszenarien und –anforderungen, wodurch sich die Rolle des zu sammeln. Hiermit stellt sich das DLR einer zusätzlichen Her-
Erprobungszentrums als Integrations- und Unterstützungsfunk- ausforderung, die zur Schaffung weiterer Testmöglichkeiten
tion in der UAS-Landschaft verdeutlicht. Die Broschüre gibt zu- sowohl für Forschung und Industrie als auch für Regulierungs-
nächst einen kurzen, allgemeinen Überblick zum Thema behörden und -prozesse dient.
unbemannte Luftfahrtsysteme und stellt anschließend die DLR-
Institute mit UAS Forschungsschwerpunkt vor. Dabei werden Die bereits laufenden Gespräche mit Vertretern aus Industrie,
Einblicke in Forschungsprojekte gewährt und es wird ein Eindruck Forschung und Behörden sowie mit Menschen aus der Region
über die Breite der Einsatzmöglichkeiten für UAS vermittelt. zeigen, dass sich hiermit ein großes Potential für die Entwicklung
von UAS-Technologien bietet, da sichere aber gleichzeitig
Der Aufbau und die Entwicklung des Erprobungszentrums rich- umfangreiche Testmöglichkeiten integraler Bestandteil zur Vali-
tet sich auf eben diese Einsatzmöglichkeiten und Szenarien aus, dierung und Zertifizierung neuer Technologien sowie auch zur
um eine optimale Nutzbarkeit und größtmögliche Unterstüt- Schaffung von diesbezüglicher Akzeptanz sind. Daher freuen
zungsleistung für Forschung, Industrie und Behörden zu realisie- wir uns auf den weiteren Aufbau, die Entstehung neuer sowie
ren. Hierzu investieren wir in 2020 bereits 6 Millionen Euro in die die Vertiefung bestehender Kooperationen und die Beiträge,
Infrastruktur des Erprobungszentrums, davon etwa 4 Millionen die durch das Erprobungszentrum für den zukünftigen Luftver-
rein für wissenschaftliche Zwecke. Obwohl sich die Vorstellung kehr erbracht werden können.
im Rahmen dieser Broschüre auf das DLR beschränkt, versteht
es sich dabei von selbst, dass das nationale Erprobungszentrum
auch für Nutzer und Vorhaben aus der deutschen sowie auch
internationalen Industrie und Forschung zur Verfügung steht.
Ein besonderer Aspekt bzgl. des Erprobungszentrums sei an die- Jean Daniel Sülberg
ser Stelle noch genannt, da er im weiteren Verlauf der Broschüre Leiter des Nationalen Erprobungszentrums
nicht mehr explizit thematisiert wird: Neben der Schaffung einer für Unbemannte Luftfahrtsysteme
4 5
Einführung
Unbemannte
Luftfahrtsysteme –
eine vielseitige
Zukunftstechnologie
Überblick
Die Luftfahrtbranche wird sich durch das Aufkommen neuer Tech- es sich zum einen um elektrisch angetriebene Senkrechtstarter eingesetzt werden. Nicht zuletzt werden UAS auch im Bereich wie hybrid-elektrische Antriebe und der Einsatz von Brenn-
nologien und Geschäftsmodelle sowie vor dem Hintergrund eines (eVTOL, engl. electric Vertical Take-Off and Landing) und zum humanitäre Hilfe, zum Beispiel in der Versorgung mit Hilfsgütern stoffzellen untersucht.
stärkeren Umweltbewusstseins bei Herstellern und Nutzern sig- anderen um (hybrid-)elektrisch angetrieben Flugzeuge mit Kurz- für unzugängliche Gebiete nach Hochwassern oder anderen Kri-
nifikant verändern, wodurch die Luftfahrt bereits Ende der 2020er startfähigkeit (eSTOL, engl. electric Short Take-Off and Landing). senfällen, einen Mehrwert leisten. Durch das Fehlen des Piloten im Luftfahrzeug herrscht in einem
Jahre anders aussehen wird als zu Beginn dieses Jahrtausends. beliebigen unbemannten Luftfahrtsystem ein Mindestgrad an
Hierbei werden unbemannte Luftfahrtsysteme eine tragende Abseits vom Personenverkehr existieren vielfältige Einsatzzwecke Zudem entstehen aufgrund der breitbandigen Einsatzfähigkeit Automatisierung. Bereits bei vom Boden „ferngesteuerten“ Flü-
Rolle spielen. für die Nutzung von UAS. Ein ebenfalls sehr präsenter Anwen- unterschiedlicher UAS regelmäßig neue Einsatzfelder. Hierbei sind gen muss das Luftfahrzeug dem Operator am Boden durch eine
dungsfall ist dabei der Bereich der Logistik. Hierbei ist vor allem vor allem hochfliegende Plattformen (HAP, engl. High-Altitude geeignete Sensorik und Regelungstechnik assistieren. Dies gilt
Der Begriff unbemanntes Luftfahrtsystem (UAS, engl. Unmanned der Einsatz von UAS als „Lieferdrohne“ für Pakete und Waren Platform) zu nennen. HAPs sind meist solarbetrieben und können insbesondere im Betrieb außerhalb der Sichtweite des Piloten
Aircraft System) bezeichnet ein Gesamtsystem aus dem unbe- jeglicher Art oder die Just-in-time-Zulieferung von Ersatzteilen zu dadurch in großen Höhen (> 8 km) sehr lange Flugzeiten realisie- (BVLOS, engl. Beyond Visual Line Of Sight), auf den sich die meis-
mannten Luftfahrzeug (UAV, engl. Unmanned Aerial Vehicle) und nennen. Weitere Möglichkeiten zeigen sich in diesem Bereich zum ren, wodurch sie als Alternative zur boden- und satellitengestütz- ten Anwendungsfälle von UAS stützen. Viele kommerzielle
den zugehörigen Steuereinheiten (zum Beispiel Bodenstationen Beispiel auch in der Inventarisierung in großen Lagern. Daneben ten Kommunikation dienen können. Somit können beispielsweise Anwendungen werden zudem erst dann wirklich rentabel, wenn
zur „Fernsteuerung“), Datenlinks zur Kommunikation und Navi- gibt es bereits mehrere Unternehmen, die UAS-basierte Leistungen infrastrukturell schlecht erschlossene Regionen mit einem Zugang auch die Steuerung und Überwachung vom Boden aus nicht mehr
gation sowie zusätzlichen Sicherheitssystemen. Während der im Bereich von Inspektions-, Diagnose- und Wartungsarbeiten, zu Kommunikation und Informationen versorgt werden. Eine notwendig ist. Das Ziel ist daher die Autonomie von UAS, was
Begriff Drohne ursprünglich ausschließlich zur Bezeichnung für zum Beispiel für Windkraft- und Solaranlagen, Brücken, Gebäude weitere Einsatzmöglichkeit erfahren UAS im Bereich medizini- insbesondere beim gleichzeitigen Einsatz einer Vielzahl von UAS
militärische Zwecke bestimmter unbemannter Luftfahrzeuge ver- sowie auch für Pipelines oder Bahntrassen, anbieten. Des Weite- sche Versorgung, hier vor allem in der Telemedizin, aber zukünf- eine große Herausforderung für die Sensorik und Regelungstech-
wendet wurde, wird dieser Begriff im Volksmund mittlerweile ren eigenen sich UAS sehr gut für Anwendungen in der Land- und tig auch im Rettungswesen. nik darstellt. Für einen UAS-Betrieb auf Basis vollständiger
auch oft für kommerziell vertriebene und betriebene Fluggeräte Forstwirtschaft. So wird beispielsweise die UAS-gebundene Autonomie, bei dem gar kein Eingreifen durch einen Menschen
verwendet. Die Bezeichnung „unbemannt“ bezieht sich in Blick Bestimmung der Pflanzengesundheit, mittels Hyperspektralana- Herausforderungen für den Erfolg von UAS erforderlich ist, sind daher vor allem Fortschritte im Bereich der
auf UAS ausschließlich auf den Wegfall des Piloten an Bord des lyse, zu einem gezielteren Einsatz von Düngemitteln und Abwehr- künstlichen Intelligenz (KI) sowie in der Möglichkeit zur Zertifizie-
Luftfahrzeugs, was heißt, dass Passagiere an Bord eines UAS nicht stoffen zur Schädlingsbekämpfung beitragen, wodurch Umwelt Im Sinne eines ökoeffizienten und nachhaltigen Betriebs von rung autonomer Systeme in der Luftfahrt nötig.
ausgeschlossen sind und nach wie vor Personen (am Boden) in und Grundwasser besser geschützt werden können. Auch unbemannten Luftfahrtsystemen werden konventionelle Antrie-
den Betrieb von UAS involviert sein können. Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) be („Verbrenner“) durch neue Antriebskonzepte abgelöst. Neben den etwaigen Anforderungen an die jeweiligen Vehikel-
können zukünftig vom Einsatz von UAS profitieren. Durch eine Aktuelle Entwicklungen stützen sich dabei vor allem auf batterie- und Systemtechnologien stellen die Luftraumintegration von UAS
Die Beförderung von Personen ist eines der derzeit präsentesten Erstaufklärung aus der Luft sowie die Möglichkeit ohne eine elektrische Antriebe. Hierbei bildet die derzeit verfügbare Ener- sowie neue Regulierungen und Gesetze im Bereich UAS weitere
Zukunftsfelder für UAS. Im städtischen Umfeld und interstädti- Gefährdung von Menschenleben Strahlenmessungen und Gefahr- giedichte in Akkus die maßgebliche Limitierung der Reichweiten Herausforderungen dar. Für die Integration in den Luftraum stehen
schen Kurzstreckenbereich wird hierfür zumeist die Bezeichnung stoffanalysen durchzuführen, können unbemannte Luftfahrtsys- und Einsatzmöglichkeiten von UAS, was gerade im Bereich UAM dabei vor allem Themen wie Flug- und Schwarmführung (inkl. den
Urban Air Mobility (UAM) verwendet. Insbesondere im Bereich teme in der Lageerkennung bei Krisen- oder Katastrophenfällen bei eVTOLs und eSTOLs, die beim Start- und Landevorgang sehr zugrundeliegenden Technologien im Bereich Kommunikation und
UAM wurden zwei Bezeichnungen für unterschiedliche Arten der einen erheblichen Mehrwert liefern. Sie können zudem zur Per- viel Energie benötigen, eine Herausforderung darstellt. Daher Navigation) und die Regulierung des unteren Luftraums, wozu in
Start- und Landemöglichkeiten von UAS geprägt. Hierbei handelt sonensuche oder zur Überwachung komplexer Einsätze der BOS werden inzwischen vermehrt weiterführende Antriebskonzepte Europa das Konzept des U-space entwickelt wird, im Vordergrund.
6 7
www.dlr.de/ae Institute
Standschwingungsversuch im Projekt FLEXOP in Göttingen
Institut für
Aeroelastik tes Flugregelungssystem wurde vom Computer and Automation
(AE) Research Institute der ungarischen Akademie der Wissenschaften
(MTA SZTAKI) entwickelt. Mit einem solchen Flügel könnten künf-
tig 20 Prozent mehr Fracht transportiert oder 7 Prozent Treibstoff
eingespart werden.
Das Institut für Aeroelastik befasst sich mit physikalischen Phä-
nomenen, die in Natur und Technik, insbesondere bei Flugzeugen
auftreten. Diese sind unter dem Zwang zum extremen Leichtbau
relativ flexible Strukturen. Durch die Wechselwirkung mit der
Aerodynamik können diese „aeroelastisch“ bedingten Verfor-
mungen und Schwingungen hier zu Problemen mit weitreichen-
den flugtechnischen Konsequenzen führen. Im Institut werden
multidisziplinäre Forschungsarbeiten und Industrieaufträge mit
dem Ziel durchgeführt, das aeroelastische Verhalten verlässlich
vorauszubestimmen und mit Flugversuchen nachzuweisen, so
dass Neuentwicklungen betriebssicher gestaltet werden können.
Hierfür werden unter anderem numerische Analyseverfahren
sowie experimentelle Methoden zur Echtzeitanalyse im Flugtest Flugversuch mit FLEXOP-Demonstrator in Oberpfaffenhofen
entwickelt und angewendet.
Projekt FliPASED Ein weiterer Flügel im Test ist der sogenannte aeroelastische Flü-
gel. Dieser wurde vom DLR- Institut für Aeroelastik zusammen
Zukünftige Flugzeuge sollen leichter und dadurch sparsamer im mit der Universität Delft entwickelt. Er besteht zwar auch aus
Kerosinverbrauch sein, allerdings ist die Möglichkeit bei Flugzeug- Kohlefasern, verfügt aber über besondere Eigenschaften. Unter
flügeln mit herkömmlichen Bauweisen Gewicht einzusparen Belastung biegt sich der neue Flügel nicht nur, er verdreht sich
praktisch ausgeschöpft. Das EU-Projekt FliPASED (Nachfolge zu auch deutlich stärker als heutige Tragflächen. Dadurch kann der
FLEXOP) mit den Partnern SZTAKI, TUM, ONERA und DLR hat aeroelastische Flügel den größten Lasten im Flug quasi auswei-
sich zum Ziel gesetzt, neuartige Möglichkeiten im Flügel-Design chen und ist genauso stabil wie der Standardflügel – obwohl er
zu untersuchen und auf einem Demonstrator mit 7 Metern Spann- 20 Prozent leichter ist.
weite im Flugtest nachzuweisen.
Hierfür wurden zwei Flügel nach neuen, gewichtoptimierten
Mit einem aeroelastischen Flügel könnten
Bauweisen entworfen und zusammen mit einem Standardflügel künftig 20 Prozent mehr Fracht transportiert
gebaut. Um die Wirksamkeit der neuen Flügelbauweisen zu unter- oder 7 Prozent Treibstoff eingespart werden.
suchen, wurden sie zunächst im DLR-Institut für Aeroelastik in
Göttingen im Projekt FLEXOP, in einem Ground Vibration Test auf
ihr Schwingungsverhalten untersucht. Möglich macht dies ein speziell optimierter, unkonventioneller
Lagenaufbau des Werkstoffs. Dieser aeroelastische Flügel und
Das Modell des Standardflügels besteht aus Kohlefasern. Der der Standardflügel sind in einem Flugversuch am Sonderflugha-
erste innovative aus Glasfasern bestehende Flügelentwurf, der fen Oberpfaffenhofen im Projekt FLEXOP getestet worden. In
sogenannte „Flatter-Flügel”, ist ein Entwurf der Technischen Uni- 2021 soll der Flatter-Flügel in Cochstedt abheben und seine Effek-
versität München. Ein neuartiges, vom DLR-Institut für Systemdy- tivität beweisen.
namik und Regelungstechnik in Oberpfaffenhofen entwickeltes
Flugregelsystem soll hierbei das Flugzeug aeroelastisch stabil Institutsdirektor
halten und damit das Eintreten von Flattern verhindern. Ein zwei- Prof. Dr.-Ing. Lorenz Tichy
8 9
www.dlr.de/as Institute
Forschungsflugzeug A320 ATRA mit verschieden lärmmindernden Anbauten
Institut für
überfliegt akustische Messsysteme, Flughafen Cochstedt Numerische Simulation der
Umströmung eines Lufttaxis
Aerodynamik und
Strömungstechnik
(AS)
Das Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik ist ein füh-
rendes Forschungsinstitut auf den Gebieten Flugzeug-Aerodyna-
mik, Flugzeug-Aeroakustik und Raumfahrt-Aerothermodynamik.
Es ist an den Standorten Braunschweig und Göttingen beheima-
tet und betreibt in Köln eine Abteilung. Mehr als 350 Mitarbei-
tende befassen sich mit theoretisch-numerischen und experi-
mentellen Untersuchungen an Luft- und Raumfahrzeugen, wobei Die Beiträge des Instituts zur Forschung an UAS umfassen:
die Experimente sowohl in Windkanälen als auch in Flugversuchen
durchgeführt werden. • Numerische Berechnung der Strömung, Vorhersage der Flug-
leistungen und Flugeigenschaften, Optimierung der
aerodynamischen Formgebung
Numerische Vorhersagen und
• Numerische Vorhersage der Schallabstrahlung, Maßnahmen
experimentelle Messungen für das effiziente
zur Lärmreduktion, Vorgabe lärmminimaler Flugbahnen
Transportmittel der Zukunft
• Messtechnik für aerodynamische und akustische Flugversuche
und Windkanalexperimente.
Umweltpolitische Rahmenbedingungen spielen im Flugverkehr
eine immer größere Rolle. Das DLR-Institut für Aerodynamik und In den laufenden Projekten AACID, CHASER und UrbanRescue
Strömungstechnik erforscht daher, wie die Transportmittel der beschäftigt sich das Institut mit der Aerodynamik und Schallab-
Zukunft effizienter, ökologischer, komfortabler, wirtschaftlicher strahlung von Drohnen bzw. Lufttaxis, wie sie für den unbemann-
und sicherer gestaltet und betrieben werden können. Eine wei- ten Warentransport oder die „Urban Air Mobility“angedacht sind.
tere Kernkompetenz ist die Entwicklung von Softwareprodukten Schwerpunkte der Forschung sind Windkanalversuche zur Gewin-
für aerodynamische und aeroakustische Simulationen. nung aerodynamischer und akustischer Referenzdaten sowie die
Entwicklung numerischer Vorhersagemethoden. Die Erkenntnis-
Beiträge zur UAS-Forschung se sollen zum Entwurf eines Lufttaxis und zur Bewertung des
Schalleintrags auf Anwohner eingesetzt werden.
Anforderungen an Unmanned Air Systems sind eine lange Flug-
dauer und ein sicherer Betrieb bei allen Flugzuständen und Wind-
bedingungen. Entsprechend ist eine optimale aerodynamische Institutsleitung Braunschweig:
Auslegung der Fluggeräte notwendig. Da UAS zukünftig auch Prof. Dr.-Ing. Cord-Christian Rossow
über bewohnten Gebieten eingesetzt werden sollen, muss zusätz-
lich die Lärmbelastung der Anwohner minimiert werden. Institutsleitung Göttingen/Köln:
Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing. habil. Andreas Dillmann
10 11
www.dlr.de/bt Institute
Interdisziplinäre Strukturauslegung und -optimierung von UAS
Institut für
Bauweisen und UrbanRescue und entwickelt eine zielführende interdisziplinäre
Strukturauslegung. Diese ist auf beliebige UAS-Konfigurationen
Strukturtechnologie anwendbar und zielt auf ein gesamtheitliches Optimum ab. Die-
ses Optimum wird erreicht durch eine enge Verknüpfung der
(BT) klassischen Auslegungsdisziplinen wie Design und Statik mit den
bisher später im Auslegungszyklus betrachteten Disziplinen der
dynamischen Crashauslegung und der Fertigungs- und Produk-
tionsauslegung.
Vom Design zur Produktion -
Hochleistungsstrukturen für die Luft- und Raumfahrt, den Fahr- sichere Strukturen zum Schutz
zeugbau und die Energietechnik sind ein zentraler Forschungs- von System und Passagier des UAS
schwerpunkt des Instituts für Bauweisen und Strukturtechnologie.
Die wissenschaftlichen Arbeiten erstrecken sich in Stuttgart von Unter zusätzlicher Betrachtung unterschiedlicher Kombinationen
der Entwicklung und der Optimierung von Materialien und deren von Materialien und Bauweisen, können Strukturen für UAS ent-
Verfahrens- und Fügetechnologien, über neue Designansätze wickelt werden, welche effizient, schnell, kostensparend und
und den Bau von Full-Scale-Demonstratoren hin zu deren Test nachhaltig in die Realität umgesetzt werden. Neben der klassi-
und Validierung in spezifischen Prüfanlagen sowie im Flugversuch. schen Ausnutzung des Leichtbaupotentials ermöglicht die inte-
Die Entwicklung neuer multidisziplinärer Auslegungswerkzeuge grierte Betrachtung der Crashauslegung einen optimalen Schutz
und digitaler Modelle ist die Basis der Bauweisen- und Bauteil- der Systeme und Insassen, welcher die hohen Anforderungen
entwicklung. der Zulassung an zukünftige urbane UAS erfüllt. Die zusätzliche
Berücksichtigung der Fertigungs- und Produktionsanforderungen
In Augsburg wird die Industralisierungsfähigkeit für die Leicht- durch die Implementierung der Design-to-Manufacture-Philoso-
bauproduktion sichergestellt. Die Arbeiten konzentrieren sich auf phie sorgt für eine reibungslose Herstellung und Produktion
neue Technologien der roboterbasierten, automatisierten Pro- zukünftiger UAS-Strukturen. Die methodische Entwicklung der
duktion von Leichtbaustrukturen sowie der prozessintegrierten interdisziplinären Auslegung geht dabei mit der Untersuchung
Qualitätssicherung und deren Rückkopplung mit der Struktur- und Validierung an Full-Scale-Bauteilen und anwendungsnahen
technologie und dem Design. Die strategischen Hauptlinien sind Produktionsprozessen am Institut für Bauweisen und Struktur-
die Forschung entlang vollständiger Prozessketten, die Full-Scale- technologie Hand in Hand.
Fähigkeit zur Validierung und die konsequente digitale Integration
aller Elemente der Prozesskette im Sinne der Industrie 4.0.
Interdisziplinäre Strukturauslegung von UAS
Aus der Konzeptionierung und Entwicklung von UAS ergibt sich
eine Vielzahl an neuartigen Gesamtkonfigurationen, wodurch
innovative Strukturkonzepte und Ansätze für eine optimierte
Strukturauslegung ermöglicht werden. In verschiedenen Projek-
ten bringt das Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie
seine Strukturkompetenzen in UAS Entwicklungsprozesse ein. Institutsdirektor
Darüber hinaus bündelt das Institut seine Disziplinen im Projekt Univ.-Prof. Dr.-Ing. Heinz Voggenreiter
12 13
www.dlr.de/fa Institute
SAGITTA-Rollout beim DLR in Braunschweig
Institut für
Faserverbundleichtbau die Struktur von SAGITTA diese Anforderungen. Bei einem Start-
gewicht von 150 kg macht die Primärstruktur mit 29 kg nur ein
Fünftel des Gesamtgewichts aus. SAGITTA hat eine Spannweite
und Adaptronik von 3 m und bietet genügend Platz für seine Flugsystemtechnik
und verschiedene Forschungsinstrumente.
(FA) Für eine derart leichte Struktur mit optimaler Lastübertragung
galt es, die Bauteile aus hauchdünnen CFK-Lagen (Thin Plies),
sauber konstruiert, präzise gefertigt, fehlerfrei zu verkleben. Dicke
und Qualität der Klebschicht sind für die notwendige Festigkeit
dabei von entscheidender Bedeutung: Je dicker die Klebschicht
Die Herstellung extrem leichter und filigraner Strukturen aus ist, desto schlechter hält die Verbindung. So wurde auf eine dünne
Faserverbundwerkstoffen gehört zur langjährigen Expertise des und gleichmäßige Verklebung der Bauteile geachtet.
Instituts für Faserverbundleichtbau und Adaptronik. Rund um
die leichten Strukturen für Luft- und Raumfahrt forscht das Ins-
titut an einer effizienteren Herstellung und Betrieb. Ziel ist es
dabei, verschiedenste Funktionen in die Struktur zu integrieren,
um so durch Gewichts- und Ressourceneinsparung die Umwelt-
verträglichkeit zu erhöhen. Mit seinen kreativen Wissenschaft-
lerinnen und Wissenschaftlern an den Standorten Braunschweig
und Stade bildet das Institut die Brücke zwischen Grundlagen-
forschung und industrieller Anwendung.
Das Institut bildet die Brücke
zwischen Grundlagenforschung und
industrieller Anwendung
Integrationsarbeiten im Labor in Braunschweig
Projekt SAGITTA
Der Bau der Primärstruktur des Open-Innovation-Erprobungs- Sowohl der Bau als auch die Systeminstallation fand in einem
trägers SAGITTA, stellt ein besonderes Beispiel dar. Dabei speziell dafür bereitgestellten Labor am Standort Braunschweig
handelt es sich um einen Technologieerprobungsträger für statt. Im März 2015 verließ SAGITTA zum ersten Mal sein Monta-
unbemanntes Fliegen, der von Airbus gemeinsam mit dem gelabor. Nun folgten die Vorbereitungen für den Erstflug. Zahlrei-
Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt sowie Instituten che Tests sollten Sicherheit und Gelingen des Fluges garantieren.
der Technischen Universitäten in München und Chemnitz, der Im Juli 2017 war es dann soweit: SAGITTA flog erfolgreich seine
Bundeswehruniversität in München und der Technischen Hoch- erste Route über Südafrika.
schule Ingolstadt entwickelt wurde.
Beteiligte DLR Institute: Institut für Flugsystemtechnik,
Die Entwurfskriterien verlangten einen hohen Grad an Autonomie, Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik.
eine variable Missionsgestaltung und geringe Wahrnehmbarkeit
im Flug. Durch die Auslegung als diamantförmiger Nurflügler und Institutsdirektor
einem Antrieb bestehend aus zwei 300-Newton-Turbinen, erfüllt Prof. Dr.-Ing. Martin Wiedemann
14 15
www.dlr.de/fl Institute
UAS Labor des Validierungszentrums Luftverkehr
Institut für
Optimierte Missionsplanung und -durchführung
Flugführung Schwerpunkte der Forschung sind das optimierte Missionsma-
(FL) nagement von einem oder mehreren UAS insbesondere für den
Einsatz bei Katastrophen, das Design der Bodenkontrollstation
und die Frage, wie der Operator optimal bei seinen Aufgaben
Das Institut für Flugführung entwickelt neuartige Konzepte für und in seiner Interaktion mit (teil-)autonomen Systemen unter-
ein sicheres, effizientes, umweltfreundliches und zuverlässiges stützt werden kann. Dabei steht die Sicherheit der Einsätze immer
Luftverkehrssystem. Den komplexen Fragestellungen in der heu- im Vordergrund. Ein weiterer Bestandteil der Forschung ist die
tigen Luftfahrt trägt das Institut mit einer breiten fachlichen Aus- Planung und Steuerung unbemannter Luftfahrzeuge im Schwarm-
richtung in sechs Abteilungen Rechnung. Zusammen arbeiten verbund. Für eine effiziente Schwarmführung müssen die Auf-
diese an neuen Unterstützungsfunktionen für die Bord- und gaben zwischen einzelnen UAS während einer Mission optimal
Bodenseite, erforschen ganzheitliche Ansätze zur Optimierung verteilt und planungsrelevante Daten zwischen den Einheiten
übergreifender Prozesse an Flughäfen, entwickeln neue ATM- zeitnah ausgetauscht werden.
Verfahren und -Konzepte und bewerten deren Auswirkungen.
Ein Themenschwerpunkt des Instituts liegt in der Integration neuer
Verkehrsteilnehmer in den allgemeinen Luftverkehr – von unbe-
mannten Luftfahrzeugen (UAS), bis hin zu Flugtaxis und subor-
bitalen sowie orbitalen Raumschiffen.
Neue Teilnehmer am Luftverkehr
erfordern neue Konzepte und Technologien
für das Management des Luftraums
Integration von UAS in den Luftraum
Um zertifizierbare UAS nahtlos in den kontrollierten Luftraum zu
integrieren, sind ihre Detect&Avoid-Fähigkeiten von entscheiden- Flugkampagne mit mehreren UAS am Nationalen Erprobungszentrum
der Bedeutung. Sind diese nicht ausreichend, so müssen höhere
Separationsabstände und spezialisierte Verkehrsmanagement-
verfahren dies kompensieren. Das Institut forscht daher zum einen Erprobung neuer Konzepte
an Prozeduren und Verfahren für eine schrittweise Luftraum- und
Flughafenintegration und entwickelt und validiert zum anderen Das Institut erprobt und bewertet regelmäßig zusammen mit
Algorithmen zur Kollisionsvermeidung. Aufgrund verschiedener Anwendern völlig neue Verfahren, um beispielsweise frühzeitig
Missionsanforderungen und Einsatzzwecke variieren heutige UAS Konflikte zwischen (unbemannten) Luftfahrzeugen zu erkennen
maßgeblich in ihrer Größe, Leistung und Ausstattung. Die Her- und so kritischen Situationen zu begegnen. Dies geschieht zuerst
ausforderung besteht daher insbesondere darin, UAS mit derart in gesicherten Simulationsumgebungen des institutseigenen
unterschiedlichen Fähigkeiten zusammen mit anderen Luftver- Validierungszentrums Luftverkehr. In einem zweiten Schritt wer-
kehrsteilnehmern (z. B. Hubschrauber, Segelflugzeuge, Paraglider) den Flugversuche durchgeführt, bei denen unbemannte Flug-
sicher in einem Luftraum zu verwalten und zu überwachen. Das erprobungsträger und Bodenkontrollstationen des DLR oder von
Institut für Flugführung hat hierfür ein dichtebasiertes Luftver- Partnern zum Einsatz kommen.
kehrsmanagementkonzept erstellt und als „DLR U-Space Blue-
print“ veröffentlicht.
16 17
www.dlr.de/fl Institute
City-ATM-Flugversuche in Hamburg an der Kohlbrandbrücke
Neue Luftverkehrsteilnehmer flexibel integrieren
Im DLR-Projekt City-ATM wird unter Leitung des Instituts für Flug-
führung und zusammen mit zentralen Interessenvertretern an
einem gemeinsamen Luftraum für unbemannte und bemannte
Luftraumteilnehmer gearbeitet. Entwickelt wird ein Konzept für HorizonUAM konzentriert sich hierbei auf den innerstädtischen
ein dichte-basiertes Luftraummanagement für das anspruchsvol- Luftverkehr für den Personentransport und elektrische Fluggerä-
le städtische Umfeld. Es soll die gesamte Bandbreite neuer Luft- te mit Senkrechtstartfähigkeiten. In dem Projekt werden verschie-
raumteilnehmer sicher und effizient in den unkontrollierten dene Konfigurationen für Senkrechtstarts und -landungen
Luftraum (U-Space) integrieren. konzeptioniert und validiert. Es wird außerdem ein Luftverkehrs-
management für den urbanen Luftraum entwickelt sowie ver-
Das Konzept adressiert ähnliche Bemühungen auf europäischer schiedene zukünftige Einsatzszenarien betrachtet und wie sich
Ebene und schließt angepasste Flugregeln, Anforderungen an diese auf die technische Machbarkeit, Wirtschaftlichkeit, Effizienz
Mindestabstände und die unterschiedlichen Leistungsdaten der und Akzeptanz auswirken würden.
Luftfahrzeuge mit ein. Des Weiteren sieht City-ATM eine robuste
Kommunikations-, Navigations- und Überwachungsinfrastruktur Krisenmanagement unterstützen
vor. Das Konzept wird als Simulations- und Demonstrationsplatt-
form implementiert. Dieser Prototyp wird zunächst in simulierten Sowohl natürliche als auch menschengemachte Krisen haben
und danach in realen, abgegrenzten Lufträumen mit umfangrei- immer wieder unvorhergesehene, häufig auch grenzübergreifen-
chen Flugversuchen erprobt, beispielsweise in Hamburg an der de Ausmaße. Unbemannte Luftfahrzeuge können helfen, um
Kohlbrandbrücke und am Flughafen Cochstedt. schneller und effizienter auf Krisen zu reagieren. Das Institut ist
an einer Vielzahl von internationalen Krisenmanagementprojek-
Urban Air Mobility erforschen ten beteiligt.
Effizienz, Sicherheit, Umsetzbarkeit, Nachhaltigkeit und Bezahl- Echtzeitaufnahmen durch Drohnen können einen wesentlichen
barkeit sind nur einige Eigenschaften, die die Vision der zukünf- Beitrag zur Lageerfassung eines Katastrophengebietes und damit
tigen urbanen Mobilität beschreiben werden. Das Projekt zur zielgerichteten Planung von Hilfseinsätzen leisten. In Projekten
HorizonUAM soll erste Antworten auf diese Vision liefern. In dem wie IN-PREP und DRIVER+ entwickeln DLR-Forscher gemeinsam
DLR-Projekt arbeitet das Institut für Flugführung zusammen mit mit Partnern Werkzeuge, mit denen Kriseneinsätze gemeinschaft-
anderen DLR-Instituten daran, städtische Transportsysteme, die lich und grenzübergreifend geplant und Einsatzkräfte effizient
auch den urbanen Luftraum nutzen (Urban Air Mobility), zu unter- trainiert werden können. Verschiedene Technologien für das
suchen, in einem Gesamtsystemmodell abzubilden und zu bewer- Krisenmanagement im Katastrophenfall werden dabei zusam-
ten. Im Fokus stehen dabei die Bausteine Vehikel, Infrastruktur mengeführt und in europaweiten Großdemonstrationen ange-
inklusive Vertiports und Betrieb sowie die gesellschaftliche Akzep- wendet. Der Einsatz ganzer Drohnenflotten im Krisenfall wird im
tanz. Kompetenzen und aktuelle Forschungsinhalte in den Berei- Projekt ResponDrone untersucht. Dabei erforscht ResponDrone
chen der Antriebstechnik, Flugsystemtechnik, Kommunikation unter anderem ein neuartiges prädiktives Trajektorienmanage-
und Navigation werden im Zusammenspiel mit den Erkenntnissen ment, welches luft- und bodenbasierte Risiken in die Planung
der modernen Flugführung und des Flughafenwesens betrachtet. und Steuerung der UAS integriert.
Institutsdirektor
Prof. Dr.-Ing. Dirk Kügler
18 19www.dlr.de/ft Institute
ALAADy-Demonstrator mit Nutzlast
Institut für
Flugsystemtechnik Im Projekt ALAADy (Automated Low Altitude Air Delivery) forscht
(FT) das DLR seit 2016 am automatisierten unbemannten Lufttrans-
port in niedrigen Flughöhen. Im Fokus stehen dabei die Wirt-
schaftlichkeit, technische Herausforderungen und potentielle
Anwendungsfelder des unbemannten Frachttransportes. Huma-
nitäre Hilfsgüter oder dringend benötigte Ersatzteile sollen so in
Ziel der Forschungs- und Entwicklungsarbeit am Institut für Flug- Zukunft flexibel, sicher und kostengünstig an den gewünschten
systemtechnik ist der einfache und sichere Betrieb von unbemann- Zielort transportiert werden können.
ten Luftfahrzeugen unter komplexen Randbedingungen:
anspruchsvolle Wetterlagen, hindernisreiche Flugumgebungen
oder die Reaktion auf andere Luft-, Wasser- oder Bodenverkehrs-
teilnehmer beanspruchen heutige Fernpiloten noch sehr. Diese
Beanspruchung soll durch einen hohen Automatisierungsgrad des
unbemannten Luftfahrzeugs minimiert werden. Das dafür erfor-
derliche Situationsbewusstsein der Drohne ist der Schlüssel zu
sicherem Betrieb, vielseitiger Nutzbarkeit und einer gleichberech-
tigten Integration von Drohnen in den allgemeinen Luftverkehr.
Forschungsschwerpunkte des Instituts für Flugsystemtechnik sind
der unbemannte Frachtflug, der gleichzeitige Betrieb von bemann-
ten und unbemannten Luftfahrzeugen in einem gemeinsamen
Luftraum, die Entwicklung von Hard- und Softwarekomponenten
für die Umweltwahrnehmung und insbesondere die dafür erfor-
derlichen Genehmigungs-, Nachweis- und Zulassungsaspekte.
Dadurch werden Anwendungen von Drohnen im Dienste der
ALAADy-Demonstrator
Allgemeinheit, beispielsweise in Städten für medizinische Zwecke,
erst möglich. Ebenso werden mit dem im Institut vorhandenen
Systemwissen Lösungen erarbeitet, die dem möglichen Miss- Im Projekt ALAADy-Demonstrator stehen der Aufbau und die
brauch von Drohnen vorbeugen. Erprobung eines unbemannten und automatischen Flugversuchs-
trägers im Vordergrund. Mit der umfangreichen Modifikation
Zur Durchführung der Forschungsarbeiten betreibt das Institut für eines 450 Kilogramm schweren Tragschraubers hin zu einer ex-
Flugsystemtechnik mehrere unbemannte Luftfahrzeuge als Test- perimentellen „Transportdrohne“ mit Ladefläche haben die
plattformen. Neben einer Flotte von unbemannten Hubschraubern Forscher des Instituts für Flugsystemtechnik eines der aktuell
unterschiedlicher Größe können ebenso automatisch gesteuerte größten, zivilen unbemannten Luftfahrzeugsysteme entwickelt.
Flächenflugzeuge und Multikopter für aktuelle Forschungsfrage- Am Flughafen Cochstedt hat das DLR bereits mehrere erfolg-
stellungen eingesetzt werden. Die Brücke zur bemannten Fliegerei reiche Flugversuche mit dem ALAADy-Demonstrator absolviert.
schlägt ein unbemannt betriebener Tragschrauber mit einer Nutz-
last von bis zu 200 kg.
Ersatzteile flexibel, sicher
und kostengünstig
an jeden gewünschten Zielort Institutsdirektor
Prof. Dr.-Ing. Stefan Levedag
20 21www.dlr.de/ft Institute
Abflug superARTIS mit Hilfsgüterbox
Hilfsgüterlieferungen FALCON:
Dominikanische Republik Drohnen im Formationsflug mit Trägerraketen
Hilfsgüter mit einem unbemannten Hubschrauber in schwer zu Ein Schlüssel zur Verringerung der Kosten kommender Weltraum-
erreichende Gebiete zu transportieren, war das Ziel einer zwei- programme ist die Wiederverwendung von Trägerraketen, statt
wöchigen nachgestellten Katastrophensimulation des Instituts diese ganz oder teilweise nach dem Ausbrennen ins Meer stürzen
für Flugsystemtechnik in der Dominikanischen Republik im Jahr zu lassen. Ein vielversprechendes Konzept für die Wiederverwen-
2018. Gemeinsam mit dem niederländischen Unternehmen dung von Booster-Stufen ist es, die ausgebrannten Teile beim
Wings for Aid und dem World Food Programme (WFP) der Ver- antriebslosen Sturz durch die Atmosphäre zu stabilisieren und in
einten Nationen führten die Wissenschaftler verschiedene Flüge einen steilen Formationsflug mit einem leistungsfähigen Flugzeug
unter realistischen Einsatzbedingungen durch. zu bringen, welches sich aus der Formation mit dem Raketenteil
verbindet und dieses in der Folge abschleppt und kontrolliert zu
Dabei lieferte der unbemannte Hubschrauber superARTIS (Auto- Boden bringt.
nomous Rotorcraft Testbed for Intelligent Systems) in ansonsten
schlecht erreichbaren Orten mit Nahrungsmitteln befüllte neu-
artige Kartonboxen aus. Beim Abwurf dieser Boxen öffnen sich
deren Seitenflächen von selbst, um so den Fall abzubremsen
und zu stabilisieren.
Ziel der Missionen in der Dominikanischen Republik war es, die
Einsetzbarkeit drohnengestützter Hilfsgüterabwürfe vor Ort zu
demonstrieren. Auch die Akzeptanz der Bevölkerung und der
für die Notfallversorgung zuständigen Behörden konnte so rea-
listisch bewertet werden.
APUS, stark motorisierter Forschungsträger zum Schleppen einer Koppeleinheit
Die Flüge mit dem unbemannten Hubschrauber fanden in ver-
schiedenen, von Überschwemmungen betroffenen Regionen Die Erforschung und Erprobung der dafür notwendigen Techno-
statt. Als Höhepunkt der Kampagne überquerte der unbemann- logien sind prinzipbedingt äußerst risikoreich und gefährlich.
te Hubschrauber den Salzsee Enriquillo über eine Distanz von Damit sind Drohnen als Werkzeug der Erprobung ideal qualifiziert:
sechs Kilometern jenseits der Sichtweite automatisch. Beladen Einerseits stellt der Formationsflug und das Einfangen von Lasten
war er mit 20 Kilogramm Nahrungsmitteln wie High Energy eine anspruchsvolle, aber gut automatisierbare Regelungsaufga-
Biscuits (HEB), die sicher und unbeschadet auf der anderen Ufer- be dar, andererseits kann durch die Verwendung ausschließlich
seite abgeworfen werden konnten. unbemannter Versuchsträger eine Gefährdung von Menschen
vollständig vermieden werden.
Die Genehmigung der Missionen in der Dominikanischen Repu-
blik durch die Behörde stellte eine der ersten praktischen Das Institut für Flugsystemtechnik erforscht im Rahmen des Pro-
Anwendungen des sogenannten SORA-Verfahrens (Specific jektes FALCON (Formation flight for in-Air Launcher 1st stage
Operation Risk Assessment) Capturing demonstration) genau dieses Konzept zum sogenann-
dar. Dieses mittlerweile von ten In-Air-Capturing (IAC). Die unbemannte Trägerplattform APUS
der EASA (European Union stellt während des Gleitflugs eines Raketenmodells des Projekt-
Aviation Safety Agency) zur partners Embention einen Formationsflug her, aus dem sich die
Anwendung empfohlene Ver- Kopplung der Luftfahrzeuge durch ein Seil vorbereiten lässt. Dabei
fahren schätzt die Betriebsri- kommt eine steuerbare Koppeleinheit zum Einsatz, eine Weiter-
siken eines Drohneneinsatzes entwicklung der Abteilung für unbemannte Luftfahrzeuge zur
individuell für jeden Anwen- Realisierung von Luft-zu-Luft-Betankungsvorgängen. Diese klei-
dungsfall ab und ermittelt ne und agile Koppeleinheit, ebenfalls gesteuert und überwacht
passende Maßnahmen, um durch Drohnentechnologie, soll die eigentliche, hochdynamische
die Sicherheit der Anwendung Kopplung des ansonsten nur träge reagierenden Schleppers mit
Bodenkontrollstation zu gewährleisten. der wenig manövrierfähigen Raketenstufe realisieren.
22 23www.dlr.de/fw Institute
Luftverkehr der Zukunft
Institut für
Flughafenwesen und Projekt Horizon UAM
Luftverkehr Im Rahmen des DLR-internen und interdisziplinär aufgestellten
Forschungsprojektes HorizonUAM untersucht das Institut für Flug-
(FW) hafenwesen und Luftverkehr mit Hilfe eines systemanalytischen
Ansatzes unter Berücksichtigung von sozio-ökonomischen, raum-
strukturellen und technologischen Faktoren, Einflussgrößen der
Marktentwicklung unterschiedlicher Use Cases im Bereich der
Urban Air Mobility (UAM). Durch die Bestimmung der Einfluss-
Das Institut für Flughafenwesen und Luftverkehr bearbeitet viel- größen können Aussagen über die UAM-Affinität von weltweiten
fältigste Fragestellungen des Luftverkehrs. Als Leitgedanke aller Metropolen und Megacities generiert werden. Die daraus resul-
Aktivitäten steht die Verbesserung der Leistungsfähigkeit und tierenden Erkenntnisse fließen in den Auf- und Ausbau einer Pro-
Wirtschaftlichkeit sowie der Sicherheit und der Umweltverträg- gnosemethode sowie eines Vorhersagemodells, die dazu dienen
lichkeit des Luftverkehrs im Vordergrund. Dabei wird das Luft- werden, unter Berücksichtigung von unterschiedlichen Entwick-
transportsystem immer als ein System von vernetzten Systemen lungsszenarien Aussagen über die potenzielle UAM-Nachfrage
betrachtet und als Teil des multimodalen Transportsystems ana- (Anzahl Trips) sowie die daraus resultierenden Flugbewegungen
lysiert und seine Entwicklung bezüglich der ACARE-Zielsetzung und Anzahl an Fluggeräten zu erhalten.
beurteilt. Hierbei kommen Prognose- und Szenarientechniken zur
Anwendung und werden weiterentwickelt. Daraus werden in
enger Zusammenarbeit mit beteiligten Partnern und Institutionen Urban Air Mobility in den Metropolen der Welt
konkrete Handlungsvorschläge für technische und ordnungspo- – Abschätzungen und Vorhersagen für
litische Maßnahmen zur Lenkung der Lufttransportsystement-
wicklung abgeleitet und in ihrer Wirksamkeit abgeschätzt.
Nachfrage und Flugbewegungen der Zukunft
Der Erfolg neuer Technologien hängt neben ihren technischen
und wirtschaftlichen Vor- und Nachteilen im Vergleich zu etab- Um die Projektergebnisse hinsichtlich ihres ökologischen, ökono-
lierten und konkurrierenden Technologien auch vom Marktumfeld mischen und sozialen Nutzens einzuordnen, soll schlussendlich
ab, in dem sie zum Einsatz kommen sollen. Profunde Kenntnisse eine Bewertungsumgebung aufgebaut werden. Die Möglichkeit
zum relevanten Markt sind daher Voraussetzung für die Abschät- der Bewertung neuer Technologien soll dazu dienen, Entwicklun-
zung der Markterfolgsaussichten von neuen Technologien, z. B. gen für den Luftverkehrsmarkt abzuleiten, Handlungsempfehlun-
zivilen unbemannten Luftfahrzeugen (UAV). gen für die Politik sowie Unternehmen des Luftfahrzeugbaus zu
formulieren und somit einen Beitrag zu einer nachhaltigen und
klimafreundlichen Luftfahrt liefern.
Beteiligte DLR Institute: Institut für Flugführung | Institut für
Antriebstechnik | Institut für Flugsystemtechnik | Institut für Kom-
munikation und Navigation | Einrichtung Lufttransportsysteme |
Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin | Institut für Physik der
Atmosphäre | Institut für Systemarchitekturen in der Luftfahrt |
Nationales Erprobungszentrum für unbemannte Luftfahrtsysteme
Institutsdirektor
Prof. Dr. Johannes Reichmuth
24 25www.dlr.de/fx Institute
Forschungsflugzeug DO228-101 (D-CODE) – Erforschung neuer Technologien
Flugexperimente
zum sicheren Betrieb von UAV im kontrollierten, zivilen Luftraum
(FX) Ein Forschungsschwerpunkt der D-CODE war in den letzten Jah-
ren die Erprobung neuer Technologien zum sicheren Betrieb von
UAS (RPAS) im kontrollierten, zivilen Luftraum. Der digitale Auto-
pilot erlaubt die Anbindung externer experimenteller Flight
Management Systeme. Der nutzbare Datenlink erlaubt die Fern-
Die Einrichtung Flugexperimente des DLR betreibt mit 11 Flug-
zeugen die größte Flotte an Forschungsflugzeugen in Europa
und trägt mit diesen bemannten Luftfahrzeugen auch zur UAS
Forschung bei. Dadurch besteht beispielsweise die Möglichkeit,
Grundlagenforschung im kontrollierten Luftraum, über große
Distanzen und gemeinsam mit UAS-Systemen zu erproben, da
der Pilot im Fehlerfall jederzeit die Kontrolle übernehmen kann.
DO228-101 (D-CODE) –
nationaler Erprobungsträger UAS
Die DO228-101 (D-CODE) der Einrichtung Flugexperimente ist
eine bemannte fliegende Versuchsplattform, die in das Validie-
rungszentrum Luftverkehr des DLR Institutes für Flugführung DO228-101 (D-CODE) mit instrumentiertem Schacht -
eingebunden ist. Fernführung über Datenlink und digitalem Autopiloten zur Übertragung
von Bilddaten an ein Lagezentrum
Automatische Ausweichmanöver führbarkeit analog operationeller RPAS-Systeme und die Über-
mittels digitalem Autopiloten tragung von versuchsseitig verbauten Sensordaten. Über ver-
in der DO228 des DLR schiedene Projekte der jüngsten Vergangenheit wurde die D-CODE
weiterentwickelt, so dass dieser Forschungsträger eine große
Bandbreite zur Forschung im Bereich UAS bietet. Verschiedene
Das Luftfahrzeugmuster DO228 ist ein zweimotoriges turbinen- Sensorik kann über den existierenden Datenlink von der vorhan-
getriebenes Propellerflugzeug mit Kurzstart- und landefähigkeit denen Bodenstation abgefragt werden, wie auch über diesen Link
(STOL), das von der Firma Dornier mit neuer Flügeltechnologie die D-CODE in allen Lufträumen ferngeführt werden kann.
als Light Transport Aircraft entwickelt wurde. Die D-CODE wurde
umfangreich modifiziert, so dass das Luftfahrzeug unter anderem Die D-CODE lässt sich mit Projektpartnern damit so ausrüsten,
über einen digitalen Autopilot, eine Stromversorgung für Ver- dass neben der Sensorik zur sicheren Erkennung (mit relativem
suchsein- und -umbauten, eine Messanlage zur Aufzeichnung Heading, rel. Altitude, Geschwindigkeiten, Track-Differenz) eines
der nötigen Versuchsparameter und über eine Präzisions nicht kooperativen Luftfahrzeuges, sie auch automatisch aus-
navigationsausrüstung verfügt. Mit geringem Aufwand kann die weicht. Dies ist möglich, da nach der Sensordatenfusion die
D-CODE für den jeweiligen Versuch weiter modifiziert werden. Daten mit erprobten Avoid-Algorithmen errechnet an das expe-
Hier ist von Vorteil, dass die DO228 keinen Druckrumpf hat, die rimentelle Flight Management System übergeben werden, die
Kabine durch die Geometrie ausreichend Platz für 19 Zoll Racks über den digitalen Autopiloten der D-CODE, ohne Eingriff der
und die am Versuch beteiligten Operatoren bietet. DLR Testpiloten an Bord, das sichere Ausweichmanöver einleiten.
26 27www.dlr.de/fx Institute
EC 135 ACT/FHS (D-HFHS) im Team mit superARTIS
Falcon 2000LX ISTAR (D-BDLR) als UAS Testbed
Das neueste Mitglied der DLR Forschungsluftfahrzeuge – die Das-
sault Falcon 2000LX, ist unter dem Namen „ISTAR“ (In-Flight
Der Forschungshubschrauber Systems and Technologies Airborne Research) seit dem 31. Januar
EC 135 ACT/FHS (D-HFHS) im Teaming 2020 im Einsatz.
mit unbemannten Luftfahrzeugen
Das Zusammenwirken von bemannten und unbemannten Luft-
fahrzeugen in einem gemeinsamen Luftraum als fliegende For-
mation, stellt eine besondere Herausforderung dar. In diesem
Szenario kann die Führung des unbemannten Luftfahrzeugs aus
dem mitfliegenden Hubschrauber heraus oder automatisch
erfolgen. In diesem Kontext müssen unter anderem verschie-
dene Strategien zum automatisierten Verbandsflug erprobt und
hinsichtlich der Pilotenerwartung bewertet sowie die Sichtbar-
keit des unbemannten Luftfahrzeugs untersucht werden. Der
Schwerpunkt der Einrichtung Flugexperimente in diesem The-
menkomplex liegt zudem in der Erstellung eines allgemeinen
Sicherheitskonzeptes für das Fliegen eines bemannten und
unbemannten Luftfahrzeugs in einem gemeinsamen Missions-
luftraum und in der Bewertung der erprobten Ansätze aus der
Sicht des Hubschrauberpiloten. Der Schwerpunkt des Instituts Falcon 2000LX ISTAR
für Flugsystemtechnik bildete unter anderem die Ertüchtigung
des unbemannten Forschungs-UAS superARTIS, die Entwicklung
der gesamten Software sowie die im ACT/FHS integrierten Sys- Mit ISTAR hat das DLR einen Flugversuchsträger, mit dem zukünf-
teme und Displays. Die realen Teaming-Flugversuche mit dem tig an neuen Technologien gearbeitet wird. In weiteren Ausbau-
DLR-Forschungshubschrauber EC135 ACT/FHS und dem For- phasen wird das Flugzeug schrittweise zum In-Flight Simulator
schungs-UAS superARTIS wurden in Cochstedt durchgeführt. ausgebaut. In Abhängigkeit der jeweils realisierten Funktionali-
täten wird ISTAR ab der nächsten Ausbaustufe für erste wissen-
schaftliche Forschungsprojekte im Kontext der UAS Forschung
eingesetzt, um im ersten Schritt Bedarfe des DLR Leitkonzepts
„Der unbemannte Luftfrachttransporter“ zu bedienen.
Zukünftige UAS -Themen sind:
• Autonome Flugsteuerungsfunktionen
• Integration eines UAS in den zivilen Luftraum
• Sense-and-Avoid-Szenarien
• Gesamtsystemarchitektur eines
Remotely Piloted Aircraft System (RPAS)
Einrichtungsleitung
Dr. Burkard Wigger
28 29www.dlr.de/kf
Urban Air Mobility
Technologien auf Antriebe, Systemsicherheit, u.v.m.) als auch bezüglich der
gegenwärtig geltenden Regularien und Zertifizierungsvorschriften
größtenteils entkoppelt, da sie auf unterschiedlichen Skalen (Grö-
für Kleinflugzeuge ßenordnungen) und Skalierbarkeiten (wirtschaftlich und techno-
logisch) agieren. Die Erforschung von Technologien und
(KF) Fragestellungen im Bereich GA (Kleinflugzeuge bis max. 6 Pas-
sagiere) und UAM (hier vorrangig Lufttaxis) liegt größenordnungs-
mäßig als neues Element zwischen den beiden oben genannten
Die Forschungseinrichtung wurde in 2020 neu gegründet und Enden des Spektrums. Dies birgt den Vorteil, dass die zugrunde-
befindet sich aktuell im Aufbau. Im Hinblick auf den geplanten liegenden Technologien in beide Richtungen „erweiterbar“ sind.
Strukturwandel und das Modell des rheinischen Braunkohlereviers
als „Mobilitätsregion der Zukunft“ liegt der Schwerpunkt auf den
Themenfeldern General Aviation (GA) sowie Urban Air Mobility
(UAM) als Basis für eine neue Form der Mobilität. Dies erfolgt mit
starker Betonung des Gesamtentwurfs, der Produktion, nachhal-
tiger Antriebe, der Avionik und der zunehmenden Automatisie-
rung bis hin zur Autonomie neuer Vehikel und Systeme. Im Fokus
stehen hierbei voll- und hybrid-elektrische Kleinflugzeuge (Luft-
fahrzeuge bis zur Kategorie „normal“ nach EASA CS-23) mit
verbesserten Start- und Steigeigenschaften, welche einen sozial-
verträglichen, emissions- und lärmoptimierten Betrieb ermögli-
chen. Vor dem Hintergrund der Elektrifizierung der Luftfahrt
eröffnet der aktuelle technologische Fortschritt attraktive Mög-
lichkeiten für die Umsetzung nachhaltiger und automatisierter
Lösungen. Gerade mit Blick auf die Fähigkeiten in der Produk-
tionstechnologie wird die Fertigungsforschung für komplette
Kleinflugzeuge hier im Fokus stehen, inklusive Wartungs- und
Instandhaltungsaspekten (MRO/Lifecycle). Simulation der HY4 über dem Flughafen
Skalenverbindendes Element Das heisst eine neu entwickelte Technologie oder ein Prozess für
den Bereich GA/UAM kann potentiell sowohl in den Bereich der
Die aktuelle Forschung im DLR befasst sich im Bereich der Luft- kommerziellen Luftfahrt hochskaliert (mit minimalem Aufwand
fahrt mit den jeweiligen Enden des Spektrums, d. h. Technolo- erweitert) oder für den Bereich der nicht personentragenden
gien für die kommerzielle, „klassische“ Luftfahrt (Größenordnung unbemannten Luftfahrt herunterskaliert (mit minimalem Aufwand
Passagierflugzeuge) auf der einen Seite und neuen Technologien vereinfacht) werden. Der Bereich GA/UAM ist von seiner System-
und Anwendungsfeldern für die unbemannte Luftfahrt auf der komplexität noch einfach genug, um schnell und wirtschaftlich
anderen Seite, wobei hier aktuell vornehmlich kleinere bis mit- in der Technologieentwicklung zu sein, aber gleichzeitig komplex
telgroße UAS für Inspektionsmissionen, den Frachttransport oder genug, um diverse Transfer- und Markteintrittshürden (zum
Beispiel im Bereich der Zulassung, Systemauslegung, etc.) zu
berücksichtigen. Dadurch wird eine Durchlässigkeit für neue
Neue Luftfahrzeugkonzepte für eine Technologien und die Möglichkeit zur Multiskalenfähigkeit in
nachhaltige urbane und deren Erprobung und Zertifizierung geschaffen, was einen viel-
regionale Mobilität versprechenden Ansatz für neue Projekte für das gesamte DLR
bildet.
Anwendungen in der Katastrophenhilfe im Vordergrund stehen.
Beide Themen bzw. Enden des Spektrums sind aktuell sowohl Einrichtungsleiter
hinsichtlich ihrer zugrundeliegenden Technologien (v. a. mit Blick Dr.-Ing. Christian Eschmann
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