Technologie-Stammtisch: Autonomes Fliegen am Bodensee

In der Region Bodensee gibt es zahlreiche kleinere, mittlere und größere Unternehmen im Bereich der Luft- und Raumfahrt. Hier werden viele interessante große und kleine Projekte durchgeführt. Es fehlt jedoch der Geist vom Silicon Valley und eine experimentierfreudige Technologie-Szene, welche zur Gründung von neuen innovativen Unternehmen führen kann. Diese Lücke will der Technologie-Stammtisch schließen und neue Impulse setzen.

In den letzten Jahrzehnten sind wichtige und interessante Fortschritte in der Luft- und Raumfahrt gemacht worden. Im Beruf fokussiert man sich jedoch meist auf einen kleinen Teilbereich der Technologie. Man ist den täglichen Zwängen unterworfen und muss die vorgegebenen Ziele erreichen. Dabei kann man vielleicht nicht alle jene Dinge machen, welche man gerne tun würde. Der Stammtisch möchte den Teilnehmern anbieten, sich technologisch in alle möglichen Richtungen weiterzubilden, neue fachliche Themen zu erschließen, und sich mit Gleichgesinnten auszutauschen.

Es soll jedoch nicht nur bei der Theorie bleiben. Konkrete Projekte in der Forschung und Entwicklung sind meist sehr aufwendig, teuer und kompliziert und daher meist nur großen Unternehmen vorbehalten. Dies galt vor allem in der Vergangenheit. Durch die Fortschritte in der Mikroelektronik in der neueren Zeit und die billige Verfügbarkeit von elektronischen Bauteilen sind jedoch heute ganz neue Möglichkeiten entstanden. Interessante Projekte im Bereich der Steuerungs- und Regelungstechnik können in einem kleinen Maßstab nachempfunden und selbst ausprobiert werden. Mit einer Investition von einigen hundert Euros und etwas Zeit ist es möglich, kleine Modellflugzeuge zu bauen und diese mit aller möglicher Elektronik auszustatten, um hier die verschiedensten Themen der Luftfahrt zu ergründen und auszuprobieren.

Der Technologie-Stammtisch möchte hier ansetzen und die Teilnehmer ermuntern, neue Technologien in der Theorie zu erlernen, anschließend in der Praxis im kleinen Maßstab auszuprobieren und zunächst damit Spaß zu haben. Wenn es ernster werden soll, kann hier eine neue Geschäftsidee entwickelt werden, welche zu der Gründung eines neuen innovativen Unternehmens führen kann. Der Stammtisch bietet also die Möglichkeit, dass sich Gleichgesinnte zusammenfinden, um etwas zu lernen, um Spaß zu haben und später vielleicht eine Firma zu gründen.

Der Technologie-Stammtisch ist eine Veranstaltung der Bezirksgruppe Friedrichshafen der DGLR (Deutsche Gesellschaft für Luft und Raumfahrt Lilienthal-Oberth e.V.). Eingeladen sind alle Mitglieder der DGLR und alle jene, die es werden wollen.

Termin und Ort:

Der Technologie-Stammtisch ist neu und findet voraussichtlich am Mittwoch oder Donnerstag ab 20:00 Uhr einmal im Monat statt. Ort wird voraussichtlich eine Gaststätte in Überlingen, Uhldingen, Meersburg, Hagnau oder Immenstaad sein. Anmeldung und Informationen unter rudolf.haussmann@gmx.de .

Der nächste Stammtisch findet am Mittwoch den 24. Oktober 2018 ab 20:00 Uhr im Hotel Adler, Restaurant & Steakhaus Fachwerk in Ittendorf (an der B33 zwischen Meersburg und Markdorf) statt. Thema ist diesmal die Aerodynamik eines Flugzeugs: zweidimensionale Strömung um ein Flügelprofil und dreidimensionale Strömung um ein ganzes Flugzeug. Im Speziellen wollen wir uns den Tragflügel neuer Technologie von Dornier ansehen. Um Anmeldung wird gebeten bis zum 20. Oktober 2018 unter rudolf.haussmann@gmx.de .

Ein Bericht vom ersten Technologie-Stammtisch am 04. Juli 2018 mit Foto ist zu finden auf dem GMX MediaCenter.

Themen:

Nachfolgend werden einige Themen beschrieben, welche beim Technologie-Stammtisch behandelt werden können. Dies ist hier zunächst nur ein weit gefasster Vorschlag. Die Teilnehmer dürfen selbst ihre eigenen Themen und Interessen mitbringen und vorschlagen und bestimmen, was alles beim Stammtisch beredet werden soll. Die nachfolgende Liste kann also um weitere Themen erweitert werden.
  1. Flugzeugkonzepte:

    Will man ein Flugzeug bauen, so muss man sich zuerst überlegen, welche Gestalt es haben soll. Hier gibt es viele verschiedene Möglichkeiten. Ein Flugzeug hat einen oder mehrere Flügel für den Auftrieb und die Stabilität. Einige Flügel sind horizontal angeordnet, andere vertikal. Welche Geometrie und Größe sollen die einzelnen Flügel haben? Sind die Flügel lang gestreckt oder kurz und gedrungen? Sind die Flügel rechteckig, trapezförmig oder dreieckig? Befindet sich der große Flügel vorne oder hinten? Wie wird der Rumpf gestaltet? Soll der Rumpf Auftrieb leisten?

    Es sind also einige grundlegende Entscheidungen zu treffen. Man muss sich mit einigen Entwurfsmustern und Konzepten von Flugzeugen befassen. Die wichtigsten Konzepte sind:

    • normale Flugzeuge: großer Flügel vorne, kleiner Flügel hinten
    • Entenflugzeuge: kleiner Flügel vorne, großer Flügel hinten
    • Delta-Flugzeuge: ein großer dreieckiger Flügel
    • Nurflügelflugzeuge: ein einzelner langgestreckter Flügel
    • Auftriebskörper: ein Flugzeug ohne Flügel, der Rumpf liefert den Auftrieb
  2. Physik des Fliegens:

    Um ein Flugzeug erfolgreich zu bauen, welches sicher und stabil in der Luft fliegt, muss man sich allgemein mit der Physik des Fliegens befassen. Wie strömt die Luft um das Flugzeug herum? Welche Kräfte und Drehmomente wirken auf das Flugzeug? Wo muss der Schwerpunkt liegen? Welche charakteristischen Bewegungen führt ein Flugzeug aus?

    Anschließend kann man sich überlegen, wie man eine elektronische Steuerung für das Flugzeug baut. Diese soll das Flugzeug stabilisieren und sicher in der Luft führen (Autopilot). Man muss sich also mit den folgenden Themen befassen:

    • Aerodynamik: Berechnung der Kräfte und Drehmomente auf ein Flugzeug
    • Flugmechanik: Differentialgleichungen für die Bewegung eines Flugzeugs
    • Flugregelung: Stabilisierung und Steuerung eines Flugzeugs mit Mikroelektronik
  3. Kameras und Bildverarbeitung:

    Damit ein Flugzeug autonom fliegen kann, benötigt es Augen und die Fähigkeit, seine Umgebung zu sehen und zu erkennen. Ersteres wird mit Kameras erreicht, und für Letzteres benötigt man Software-Pakete zur Bildverarbeitung.
  4. Elektronik und künstliche Intelligenz:

    Ein autonomes Flugzeug nimmt seine Umgebung wahr durch verschiedene Arten von Sensoren. Diese liefern Daten, welche anschließend durch einen Computer verarbeitet werden. Das autonome Flugzeug muss seine Umgebung erkennen, die aktuelle Lage und Situation einschätzen und dann Entscheidungen treffen. Dafür benötigt es ein Gehirn, welches durch einen Computer und Software für künstliche Intelligenz realisiert werden kann. Anschließend werden vom Computer Aktuatoren angesteuert, welche das autonome Flugzeug zu Reaktionen auf die Wahrnehmungen und die aktuelle Situation veranlassen.
  5. quelloffene Software:

    Um die physikalischen Eigenschaften eines Flugzeuges zu verstehen und um die elektronischen Steuerungen zu bauen, gibt es eine Reihe von quelloffenen Computer-Programmen, welche kostenlos zur Verfügung stehen und verwendet werden können. Bevor man anfängt, eigene Computer-Programme zu erstellen, sollte man sich erst mal die bekannten Programme ansehen, genauer studieren und ausprobieren. Die wichtigsten dieser quelloffenen Programme sind:

    • XFLR5: Programm zum Entwurf von Modellflugzeugen
    • XFOIL: interaktives Programm zum Entwurf von Tragflächenprofilen
    • OpenFOAM: Programm zur numerischen Simulation von Strömungen
    • OpenCV: Programmbibliothek zur Bildverarbeitung
    • Robot Operating System (ROS): Programm-Paket zur Steuerung von Robotern
    • Ardupilot: Programm-Paket zur Steuerung von autonomen Fluggeräten: normale Flugzeuge, Senkrechtstarter, Hubschrauber und Multicopter
  6. elektronische Hardware:

    Um die Steuerung von autonomen Flugzeugen zu bauen, benötigt man elektronische Hardware-Bauteile, auf welchen die entsprechenden Computer-Programme ausgeführt werden können. Es gibt heute eine ganze Reihe von leistungsstarken elektronischen Komponenten, welche relativ billig zu beschaffen sind. Die wichtigsten dieser Komponenten sind:

    • Arduino: einfacher Mikrocontroller zur Umsetzung von Regelungstechnik und Steuerung von Maschinen
    • Raspberry Pi: Mini-Computer zur Umsetzung von Regelungstechnik, für kleine Berechnungen und zur Steuerung von Maschinen
    • programmierbare logische Schaltungen, CPLD und FPGA
    • Sensoren und Aktoren
  7. struktureller Aufbau von Flugzeugen:

    Am Ende muss ein reales Flugzeug auch gebaut werden. Um dies zu realisieren, benötigt man allgemeine Kenntnisse zum Bau von Flugzeugstrukturen und den Umgang mit den zugehörigen Materialien. Erfahrungen im Modellbau sind hier hilfreich. Man muss sich also befassen mit:

    • Struktur von Rumpf und Flügeln
    • moderne Materialien: Faserverbundwerkstoffe und deren Verarbeitung

Literatur:

In der nachfolgenden Liste werden einige Bücher angegeben, in welchen man zu den verschiedenen Themen Informationen in Theorie und Praxis findet.

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