Innovatives, effizientes und vielseitiges Luftschiff Energiesparende Antriebstechnik für einen stabilen Flug

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Flofleet hat das Zeppelin-Konzept neu gedacht: ein hybrides Luftschiff mit Solarenergie, grosser Reichweite und niedriger Flughöhe für Überwachung und Krisenmanagement. Faulhaber-Antriebe sorgen für präzise und effiziente Steuerung der Schubdüsen.

Viele Anwendungen erfordern eine Überwachung von oben: Strommasten, Pipelines, Kraftwerke oder Solarfelder. In verschiedenen Krisensituationen wie bei eingestürzten Brücken, Erdrutschen oder Überschwemmungen kann es ebenfalls hilfreich sein, sich aus der Vogelperspektive einen Überblick zu verschaffen oder gar Suchaktionen durchzuführen. Auch geophysikalische Untersuchungen, die Kartografie, die Überwachung von Bahn- und Strasseninfrastruktur oder die Landwirtschaft profitieren davon.

Im Sport hat man beispielsweise bei Radrennen oder Segelwettkämpfen aus der Luft ebenfalls einen besseren Überblick.

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In vielen dieser Anwendungen kamen bislang Drohnen, Hubschrauber oder Flugzeuge zum Einsatz. Diese bringen allerdings einige Schwierigkeiten mit sich: Sie brauchen sehr viel Energie, sind in ihrer Reichweite verhältnismässig begrenzt und stören bisweilen die eingesetzte Sensorik bei ihren Messungen. Das Entwicklungsteam von Flofleet kam daher auf die Idee, das Konzept von Zeppelinen neu zu denken und für die genannten Einsatzfelder zu optimieren.

Dazu hat das Unternehmen ein innovatives hybrides Luftschiff entwickelt, das Aerostatik und Aerodynamik kombiniert. Seine flügelartige Form und eine verstärkte Stoffkonstruktion ermöglichen es ihm, durch aerostatischen und aerodynamischen Schub den Flug aufrechtzuerhalten. Dieses Design löst die Landeprobleme traditioneller Luftschiffe und ermöglicht es, sich einfach durch Änderung des Anstellwinkels an unterschiedliche getragene Lasten anzupassen.

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Vielseitige Luftschiffflotte

Mittlerweile bietet das Unternehmen eine innovative Luftschiffflotte mit derzeit drei Luftschiffen in verschiedenen Grössen zwischen 8 und 18 m Länge und einer Zuladungskapazität von 9 bis 100 kg. Die Fluggeräte lassen sich abhängig von der jeweiligen Anwendung individuell mit der passenden Sensorik und den jeweiligen Messgeräten ausstatten.

Die Modelle unterscheiden sich nicht nur in ihrer Länge, sondern auch in ihrem Erscheinungsbild. Je nach Ausführung ist die Ähnlichkeit zum Zeppelin besser oder schlechter erkennbar. Alle Modelle nutzen Helium in ihrem Innern für den Auftrieb, das im Gegensatz zu Wasserstoff nicht brennbar ist und daher eine höhere Sicherheit ermöglicht. Für den Vortrieb sorgt die aerodynamische Form der Fluggeräte in Kombination mit acht Schubdüsen. Das hybride Design bringt aussergewöhnliche Stabilität und Präzision.

Es ermöglicht den Luftschiffen, ihre Flughöhe konstant zu halten und selbst bei Wind zuverlässig zu manövrieren. Die Flughöhe lässt sich entsprechend des jeweiligen Anwendungsfalls zwischen 5 und 1000 m einregeln. Dazu wird über den Anstellwinkel die Flughöhe an die jeweilige Nutzlast angepasst. Solarpaneele auf der Oberseite sichern die nötige Energieversorgung. Damit können die Fluggeräte je nach Umgebungsbedingungen bei einer Batterielaufzeit von einer Woche knapp 7000 km zurücklegen. Zwar ist die Geschwindigkeit mit circa 30 km/h langsamer als bei Drohnen oder Flugzeugen, viele Anwendungen profitieren aber gerade davon. Auch ist eine niedrige Flughöhe mit Flugzeugen schwer zu erreichen, wird aber von vielen Anwendungen gefordert.

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Antriebstechnik für Ausrichtung der Schubdüsen

Fluggeräte dieser Grösse auch bei Wind zuverlässig einzuregeln, ist alles andere als trivial und stellt hohe Anforderungen an die eingesetzte Steuerung sowie die Antriebstechnik. Andrea Cecchi, CEO von Flofleet, erklärt: «Aufgrund der Empfindlichkeit eines Luftschiffs gegenüber Wind und seiner grossen Abmessungen sind Präzision und Steuerbarkeit entscheidend. Seit den ersten Prototypen war es eine Herausforderung, industrielle Lösungen zu finden, die Präzision, Geschwindigkeit und geringes Gewicht vereinen – letzteres ist in der Luftfahrt besonders wichtig.» Damit sind die Anforderungen an die eingesetzte Antriebstechnik benannt. Gerade das geringe Gewicht und die Abmasse der eingesetzten Antriebstechnik waren eine wichtige Forderung. Zudem sollte sich der Antrieb über standardisierte Kommunikationsschnittstellen einfach in die Steuerung des Fluggeräts integrieren lassen. Für die Stabilisierung des Fluggeräts und die Ausrichtung der Propeller fiel die Wahl auf ein Motion-Control-System aus der BX4-Serie von den Antriebsexperten Faulhaber.

Acht Schubdüsen werden damit permanent exakt eingeregelt, um die Fluglage zu halten oder Kursänderungen einzuleiten. Mit einer Länge von 49,6 mm und 22 mm Durchmesser ist der Antrieb sehr kompakt und wiegt nur 77 g. Dennoch bringt der Antrieb ein Nenndrehmoment von bis zu 18 mNm und hat eine Leerlaufdrehzahl von bis zu 6700 Umdrehungen/min bei geringem Stromverbrauch. Standardmässig verfügt er über eine RS232- oder CANopen-Schnittstelle, die Italiener integrieren die Antriebe per CAN in ihre Luftschiffsteuerung. Cecchi erklärt: «Die Ausrichtung der Schubdüsen ist entscheidend, da sie das Luftschiff stabilisiert und seine Flugbahn bestimmt.

Die dafür genutzten Motoren müssen zuverlässig arbeiten, dabei leicht und energiesparend sein. All das leisten die Antriebe von Faulhaber. Einer der Hauptgründe für unsre Wahl war aber der integrierte Motion Controller. Dadurch sind Motor und Treiber besser geschützt und die einheitliche Verkabelung bringt zusätzlich Systemsicherheit.»

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Platz, Gewicht und Energie sparen

Mit den eingesetzten Motoren gelang es Flofleet, den Energieverbrauch der Schubrichtungs-Motoren um die Hälfte zu senken, das Gewicht um 40 Prozent zu reduzieren und die Baugrösse um 60 Prozent zu verringern. Gleichzeitig verkürzen Closed-Loop-Regelung und On-Board-Diagnose die Integrationszeit und ermöglichen vorausschauende Wartung.

Die native Unterstützung industrieller Bussysteme wie CAN oder CANopen sowie die EMV-Kompatibilität erleichtern die Zertifizierung und vereinfachen die Verkabelung. Zudem erlauben vorkonfigurierte Bewegungsprofile schnelle und reproduzierbare Reaktionen – ein entscheidender Vorteil bei kritischen Flugmanövern. Damit unterstützen die Antriebe der Antriebsexperten ein innovatives Luftschiff, das mit einer Kombination aus visionärem Design, nachhaltiger Technologie und präziser Antriebstechnik zeigt, wie Luftfahrtlösungen im 21. Jahrhundert aussehen können: effizient, vielseitig und sicher.

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