Reichweitenoptimierung von UAS/RPAS durch automatischen dynamischen Segelflug; Nationales Luftfahrtforschungsprogramm LuFo VI-1, Förderlinie ökoeffizientes Fliegen und disruptive Technologien

Abstract

Dieser Abschlussbericht dokumentiert die Arbeiten des Instituts für Flugführung (IFF) der Technischen Universität Braunschweig (TUBS) im Rahmen des Projekts RAUDY im Zeitraum von Dezember 2021 bis Mai 2024. Das Teilprojekt BodyTrack der TUBS verfolgte das Ziel, ein Flugregelungssystem sowie eine Zustandsschätzung zu entwickeln und zu erproben, um Flugbahnen mit hohen Lastvielfachen in geringer Bodenhöhe unter starkem Einfluss von Turbulenzen automatisch zu steuern. Auf Basis von Wegpunkten sollte das System zunächst eine geschlossene Flugbahn berechnen, die dann autonom abgeflogen wird. Zudem wurde eine Zustandsschätzung entwickelt, die in der Lage ist, die besonderen Randbedingungen der hohen Lastvielfachen zu bewältigen und gleichzeitig eine präzise Lage- und Positionsbestimmung zu gewährleisten. Das Institut für Flugführung (IFF) der TU Braunschweig übernahm die Entwicklung eines Simulationsmodells, das sowohl für die interne Entwicklung der Flugregelung genutzt als auch dem beteiligten Partner, dem Lehrstuhl für Flugsystemdynamik (FSD) der Technischen Universität München (TUM), zur Verfügung gestellt wurde. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der Arbeiten des IFF war der Aufbau und die Ausrüstung eines Flugversuchsträgers zur Demonstration des dynamischen Segelflugs. Über die gesamte Projektlaufzeit hinweg wurden kontinuierlich eine Vielzahl von Sensoren und Flugsteuerungshardware evaluiert, um die notwendige Robustheit des Gesamtsystems am Projektende sicherstellen zu können. Darüber hinaus umfasste das Aufgabenfeld des IFF die Vorbereitung und Durchführung sämtlicher Testflüge und Messkampagnen. Das IFF stellte den Flugversuchsträger bereit, entwickelte die erforderliche Hard- und Software, rüstete diese in den Versuchsträger ein und sorgte für die bordseitige Bereitstellung der notwendigen Telemetriedaten. Datei-Upload durch TIB This final report documents the work conducted by the Institute of Flight Guidance (IFF) at the Technical University of Braunschweig (TUBS) within the framework of the RAUDY project from December 2021 to May 2024. The project was originally scheduled to run until November 2023. However, due to internal and external delays in the project timeline, it was extended cost-neutrally until May 2024. In May 2024, a successful demonstration of the developed overall system was carried out. The BodyTrack sub-project at TUBS aimed to develop and test a flight control system as well as state estimation for autonomously flying trajectories with high load factors at low altitudes, under the influence of strong turbulence. Based on waypoints, the system was intended to first calculate a closed trajectory, which would then be autonomously flown. Additionally, a state estimation was developed that could handle the specific boundary conditions of high load factors while still delivering precise attitude and position determination. Additionally, the IFF was tasked with the preparation and execution of all test flights and measurement campaigns. A key challenge in this regard was ensuring robust communication with the ground station during the flight tests, as real-time evaluation and optimization of the trajectories required very low latency in the transmission of measurement data from the aircraft to the ground station, as well as the transmission of adjusted trajectories back to the aircraft. The IFF set up and provided the flight test vehicle, developed the necessary hardware and software, integrated these into the test vehicle, and ensured the onboard provision of the required telemetry. The partner at TUM calculated the flight trajectories, which are necessary for successfully extracting kinetic wind energy for dynamic soaring, based on the simulation model of the test vehicle and its flight control system.