Die DGLR-Nachwuchsgruppe AkaModell München
Die gemeinsame Konstruktion, der Bau und der Betrieb von ferngelenkten Flugzeugen sowie Grundlagenforschung zu niedrigen Reynolds-Zahlen: Diese Ziele verfolgt die Gruppe AkaModell München der Technischen Universität München (TUM) schon seit 1999, als sich Studierende für die Bildung einer akademischen Modellfliegergruppe zusammenschlossen. AkaModell ist auch Nachwuchsgruppe der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt (DGLR) und arbeitet an verschiedenen Projekten – besonders gern im Rahmen von internationalen Wettbewerben
Bild: Team Udine
Nachdem die AkaModell zunächst erfolgreich bei internationalen Modellflugwettbewerben teilgenommen hat, misst sie sich seit 2007 bei der Air Cargo Challenge (ACC) mit anderen studentischen Gruppen. Nachdem die Münchener den Sieg in den Jahren 2015 und 2017 jeweils nur knapp verpasst hatten, konnten sie sich 2019 den ersten Platz sichern.
Bei der ACC haben die Studierendenteams die Aufgabe, innerhalb von weniger als einem Jahr ein komplettes Flugzeug auszulegen, zu konstruieren, zu bauen und zu fliegen. Das geht nur mit viel Motivation und einer guten Organisation. Traditionell ist der Transport einer Nutzlast im Flug das zentrale Element des Wettbewerbs. Darüber hinaus sind weitere Aspekte wie Startstrecke, Berichte, Zeichnungen, Video-Präsentation und Bonuspunkte Bestandteil des Reglements. Vor einigen Jahren kam bei der Flugaufgabe noch ein Streckenflug hinzu, was die Auslegung der Modellflieger auf eine Mehr-Punkt-Optimierung erweiterte. So mussten nicht nur der Hochauftrieb beim Start, sondern auch ein effizientes Gleiten generiert werden, um entsprechend viele Streckenpunkte zu sammeln.
Die Mission für 2021: Hilfe im Katastrophenfall
Gleich nach ihrem Sieg 2019 in Stuttgart begann die AkaModell damit, ein neues Konzept zu erarbeiten und veröffentlichte bereits Anfang August 2020 das neue Reglement. Indem das Siegerteam des letzten Wettbewerbs die Regeln bestimmt, ist gewährleistet, dass der Wettbewerb stets von Studierenden für Studierende gemacht wird. Die teilnehmenden Teams haben insgesamt elf Monate Zeit, um sich für den Wettbewerb im Juli 2021 in München vorzubereiten.
Für 2021 hat sich die AkaModell eine reale Mission ausgedacht: Ein Ort ist durch ein Naturereignis von der Außenwelt abgeschnitten, braucht jedoch medizinische Hilfe. Die unbemannten Flugzeuge sollen diesen Ort durch den Transport der notwendigen Hilfsmittel unterstützen. Ein kleines Transportmaß der Flugzeuge, schnelles Steigen auf eine sichere Flughöhe, sowie der Transport von möglichst viel Material in möglichst kurzer Zeit sind notwendig. Als Nutzlast sind kleine Blutbeutel vorgesehen, die im Wettbewerb natürlich nur mit Wasser gefüllt sind und heil am Ziel ankommen müssen. Aus diesen Anforderungen wurde das Reglement für 2021 abgeleitet.
Die Flugaufgabe sieht vor, mit der vom jeweiligen Team gewünschten Menge an Payload auf einer 60 Meter langen Graspiste abzuheben und einen 60-sekündigen Steigflug zu absolvieren. Die erreichte Höhe wird später bewertet und demonstriert die Möglichkeit, eine sichere Flughöhe zu erreichen. Anschließend beginnt ein zweiminütiger Distanzflug. Die zurückgelegte Strecke wird dabei mithilfe eines GPS-Loggers aufgezeichnet. Am Ende steht die sichere Landung auf dem Landefeld. Zusätzliche Punkte können die teilnehmenden Gruppen durch eine schnelle Be- und Entladung der Blutbeutel sammeln. Um faire Bedingungen zu ermöglichen, müssen die Teams jeweils einen „AXI Gold 2826/10“-Elektromotor sowie einen maximal dreizelligen Lithium-Akku als Antrieb verwenden. Beim Propeller werden die Teams diesmal vor die Wahl gestellt: Von zwei Propellern können sie sich ihren Favoriten aussuchen. Die Punkte aus den Wertungsflügen und anderen Wettbewerbselementen wie Video-Präsentation und Berichte setzen sich schließlich zu einer Gesamtpunktzahl zusammen.
Neue Herausforderungen und Chancen
Das durch die AkaModell veränderte ACCReglement bringt neue Herausforderungen für die bestehenden Teams und gibt zusätzlich neuen Teams die Chance, unter vergleichbaren Voraussetzungen am Wettbewerb teilzunehmen. In den letzten Jahren kam bei den Teilnehmern außerdem der Wunsch nach kostengünstigeren Flugzeugen und einem stärkeren Einfluss des technischen Entwurfs in Relation zum Pilotenkönnen auf. Der Streckenflug mit 180-Grad-Wenden der vergangenen Jahre war zwar eine äußerst spannende und herausfordernde Aufgabe, ergab jedoch einen starken Einfluss des Piloten auf das finale Ranking. Der für 2021 vorgesehene Distanzflug auf GPS-Basis lässt den Piloten mehr Freiraum beim Fliegen und stärkt somit die Relevanz des technischen Entwurfs.
Die komplette Entwicklung und Erprobung eines Flugzeugs in weniger als einem Jahr ist selbst für erprobte Teams jedes Mal eine neue Herausforderung. Ein hohes Maß an Selbstorganisation, Motivation und Teamgeist ist für alle Teilnehmer unerlässlich. Die Veröffentlichung des Reglements war der offizielle Startschuss für die ACC 2021. Der nächste Schritt ist die Registrierung der teilnehmenden Teams.
Die AkaModell ist auf der Suche nach weiteren Spendern und Sponsoren für den Wettbewerb. Denn nur mit der finanziellen Unterstützung durch die Industrie kann die ACC auch 2021 wieder viele motivierte Studierende nach München ziehen. Informationen zum Wettbewerb gibt es unter acc2021.de.
Das Team HORYZN kommt an Bord
Anfang 2020 bekam die AkaModell München zusätzliche Verstärkung: Das Team HORYZN hatte sich an der Fakultät Luftfahrt, Raumfahrt und Geodäsie der TUM gebildet, um an der New Flying Competition in Hamburg teilzunehmen. Um Expertise und Erfahrungen zu bündeln, entschied sich die Gruppe, gemeinsam mit der AkaModell an diesem herausfordernden Projekt zu arbeiten.
Die New Flying Competition ist ein internationaler, alle zwei Jahre stattfindender Wettbewerb für studentische Gruppen, die dort ihre innovativen Konzepte für die Luftfahrt von morgen präsentieren. Für jeden Wettbewerb gibt es ein eigenes Thema mit speziellen Regelungen. In diesem Jahr geht es in Hamburg um neuartige Flugvehikel im Bereich Urban Air Mobility (UAM). In diesem Rahmen müssen die konkurrierenden Prototypen selbstständig vom Rollhalt zum Startpunkt rollen und von dort senkrecht auf eine Höhe von mehr als zehn Metern steigen. Anschließend sollen die Flugzeuge in den Horizontalflug übergehen und eine Reihe von Manövern wie einen Looping, zwei gegenläufige Kreisbahnen und einen Streckenflug absolvieren. Letztlich müssen die UAVs wieder in den Schwebeflug übergehen, senkrecht absinken und auf der Startposition landen.
Die Gruppe HORYZN verwendet dafür eine einzigartige Konfiguration: Mit vier Hover-Rotoren, die mit Auslegern an den Tragflächen montiert sind, sowie zwei Cruise-Antrieben an den Flügelspitzen, verbindet sie die Einfachheit einer konventionellen Quadplane-Konfiguration mit einer hohen Manövrierbarkeit im Schwebeflug und einer hohen Gesamteffizienz. Die Aufteilung von Hover- und CruiseAntrieben simplifiziert die Systemkomplexität, macht die Konstruktion einfacher und die Bedienung sicherer. Der Rumpf ist so kompakt und aerodynamisch wie möglich konstruiert, wobei Nutzlast, Batterie und Flugsteuerungssysteme möglichst eng umschlossen sind. Der Bau des Wettbewerbfluggeräts befindet sich in den letzten Zügen. Die Gruppe freut sich jetzt auf die anstehende Flugerprobung.
Die Autoren
Sebastian Köberle ist Universitätsberater im Bereich Flight Testing bei der Projektgruppe HORYZN und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme an der TUM.
Balázs Nagy ist Projektinitiator und Leiter der Projektgruppe HORYZN und studiert Luft- und Raumfahrt MSc. an der TUM. Christian Rieger ist Leiter Organisation der ACC 2021 und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme an der TUM.
Florian Troeltsch ist wissenschaftlicher Berater im Bereich Aircraft Design bei der Projektgruppe HORYZN und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Bauhaus Luftfahrt.