Das AVIGLE-Projekt (Avionic Digital Service Platform) ist ein Forschungsprojekt mit dem Ziel eine neuartige, breit einsetzbare avionische Dienstplattform zu entwickeln, die in der Lage ist, über offene Schnittstellen unterschiedliche Hightech-Dienste zu unterstützen. Bei der Plattform handelt es sich um ein miniaturisiertes unbemanntes Fluggerät (UAV), welches Anwendungsfelder in Bereichen der zivilen Sicherheit, dem Mobilfunk, dem Bau-, GIS- und Vermessungswesen, aber auch dem Unterhaltungsmarkt und den Medien bedienen soll.

Ein praktisches Beispiel ist ein Katastrophenszenario, bei dem die Aufklärungsbilder der Drohne zu einer strategisch wichtigen Positionierung der Einsatz- und Rettungskräfte genutzt werden können, um somit eine schnelle Hilfe für die Unfallopfer zu gewährleisten. Dabei generiert die Drohne Bilder und eine 3D-Virtualisierung in quasi Echtzeit. Der modulare Aufbau des UAVs und der Einsatz in einem Schwarm gestattet nicht nur eine Visualisierung einer großflächigen Region, sondern kann durch den Einsatz von Femto- und Pikofunkzellen eine avionische Funkversorgung bereitstellen. Diese kann die oft nicht ausreichende stationäre Mobilfunkinfrastruktur bei großen Menschenansammlungen ausreichend unterstützen. Die Firma Schübeler arbeitet eng mit den unterschiedlichen Partnern des Projekts zusammen und ist für die Struktur, den Antrieb und die Energieversorgung des UAV zuständig. Unser weitreichendes Wissen und unsere Erfahrung im Bereich von Strömungsmaschinen und Leichtbau haben uns für das Projekt qualifiziert. Die Forschung ist für uns eine weitere Möglichkeit um unser Know-How in allen Bereichen zu stärken und auszubauen.

Bei dem hybriden Fluggerät handelt es sich um einen Tiltwing, welcher durch ein Schwenken der Tragfläche Schwebe- und Horizontalflugtauglich ist. Die Vertikalstart- und Landefähigkeit (VTOL) ermöglicht den Einsatz in räumlich begrenzten Start- und Landezonen und der Horizontalflug eine energieeffizientere Fortbewegung des UAVs. Unter der Verwendung eines Leichtbauchassis aus CFK, eines optimierten Antriebs und Lithium Polymer Akkumulatoren wird eine Flugzeit von 60 min bei einer Abflugmasse von 10 kg mit einer Nutzlastmasse von 1.5 kg angestrebt. Die Geschwindigkeit des Hochdeckers liegt bei maximal 40 m/s. Die Drohne hat eine Spannweite und Rumpflänge von ca. 2m.

In einer intensiven Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen ist z. B. das oben dargestellte Windkanalmodell erstellt worden, welches zur Evaluierung des Designs dient. Unter Anwendung unseres Know-How im Bereich Leichtbau und Strömungsmaschinen, und durch die Möglichkeit dieses Wissen innerhalb von AVIGLE weiter auszubauen und intensiv zu forschen, ist eine unvergleichliche Flugplattform entstanden. Im Laufe des Projekts wurde die Struktur immer weiter optimiert um das Gewicht, die Festigkeit und den Wirkungsgrad der Komponenten zu verbessern. Zur Hilfe nehmen wir bspw. numerische Strömungssimulationen und neue non-autoclave Fertigungstechnologien. Das Projekt wurde aufgrund seiner Komplexität und anspruchsvollen Zielvorgaben verlängert. Projektende ist nun der 30.09.2013. Gefördert wird es durch das Land NRW. Im Folgenden sind projektbeteiligte Firmen und Institutionen aufgeführt:

 

Die Zukunft ist multifunktional - ZIM Projekt in Kooperation mit dem LWF der Uni Paderborn

Die Nachfrage nach Luftstrahltriebwerken bzw. kompakten Axialkompressoren in der Leistungsklasse bis 30 kW hat für unterschiedliche Einsatzbereiche wie z.B. Rennsport, Industrie oder Katastrophenschutz (Drohnen) in den letzten Jahren zugenommen. In Kooperation mit dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik der Universität Paderborn starteten wir ein ZIM Projekt zur Entwicklung eines multifunktional einsetzbaren elektrischen Luftstrahltriebwerks. Anders als bei konventionellen, also mit fossilen Brennstoffen betriebenen Aggregaten, wird dieses mithilfe eines leistungsstarken und hocheffizienten Elektromotors angetrieben und wird gänzlich aus Leichtbauwerkstoffen gefertigt. Der Antrieb basiert auf dem Grundgedanken eines klassischen Fantriebwerks mit hohem Nebenstromverhältnis. Das Kerntriebwerk, welches den Hauptfan antreibt wird hier jedoch durch einen extrem leistungsstarken elektronisch kommutierten Elektromotor ersetzt. Nur ein sehr geringer Teil des Gesamtluftstroms wird zu Kühlungszwecken durch den Motor geleitet.

Erweiterung des Einsatzspektrums
Neben dem aerodynamischen Verdichter entwickeln wir auch den hocheffizienten elektrischen Antriebsmotor und erreichen mit der Kombination aus einer klassischen Fanstufe und einem Elektromotor die Unabhängigkeit des Antriebs von fossilen Brennstoffen. Der völlig abgasfreie, leise und vibrationslose Betrieb des Strahltriebwerks ermöglicht die Erweiterung des Einsatzspektrums, u.a. ist der Einsatz auch für Drohnenantriebe, manntragende Segelflugzeuge sowie für industrielle Anwendungen (z. B. CO2 Laser) geplant. Dafür wird das Luftstrahltriebwerk zu großen Teilen aus verschiedenen Leichtbauwerkstoffen wie Carbon Composites (Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbunden) und einer hochfesten Aluminiumlegierung bestehen. Dies ist notwendig, um die hohen Anforderungen in punkto Zuverlässigkeit und Leistungsdichte zu erfüllen. Langjährig gewachsene und perfektionierte praktische Expertise sehen wir als Voraussetzung dafür, ein so innovatives Projekt zu starten und damit auch den Einstieg in ein neues Technologiegebiet zu wagen sowie die Kombination neuer Technologien im Unternehmen zu bestreiten.

Hohe Leistungsanforderungen bewältigen
Das Fügen der Leichtbaukomponenten, die beim Betrieb des Triebwerks unter sehr hohen mechanischen und thermischen Belastungen stehen werden, wird wohl eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung des Strahltriebwerks sein. “Wir glauben mit dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn genau den richtigen Partner für die uns bevorstehenden Herausforderungen gefunden zu haben. Wir freuen uns auf die erfolgreiche Zusammenarbeit.“ so Daniel Schübeler. Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut, Leiter des LWF, merkt dazu an „Aufgrund unserer nunmehr fast 40 Jahre Erfahrung in der Kennwertermittlung und Auslegung geklebter Leichtbauverbindungen unter hochdynamischen Anwendungen, ist die Firma Schübeler Composite an uns herangetreten. Wir freuen uns sehr auf die vor uns liegenden Herausforderungen, von denen beide Projektpartner partizipieren können.“ Das LWF wird im Projektverlauf die eingesetzten Verbindungen simulativ abbildbar und für zukünftige Leistungsstufen skalierbar machen. „Damit ist nach Projektende die Schübeler Composite in der Lage, die anspruchsvollen Verbindungen im neu entstandenen Produktprogramm eigenständig auszulegen“, ergänzt Marc Wünsche, Projektbearbeiter am LWF.

Das Projekt erhält eine Innovationsförderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM).

Über das Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF)
Das LWF (Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik) ist eine national und international vernetzte anerkannte Forschungseinrichtung. Das Laboratorium erbringt sowohl grundlagenorientierte Ergebnisse als auch solche mit hoher Anwendungsrelevanz und ist eng eingebunden in ein Netzwerk aus KMU, Großunternehmen und Förderorganisationen. Die Forschungsschwerpunkte des LWF liegen in der Neu- und Weiterentwicklung mechanischer, klebtechnischer, thermischer und hybrider Fügetechniken für das Verbinden von neuen Leichtbauwerkstoffen in der Mischbauweise. Im Vordergrund stehen Verfahren zur effizienten Umsetzung und Optimierung von Fügeverfahren für ressourceneffiziente Hochleistungsverbundsysteme. Hinzu kommen Kennwertermittlung und Simulation.
Besondere Bedeutung haben die Ausbildung des ingenieurwissenschaftlichen Nachwuchses und der Wissenstransfer in Industrie und Forschung.

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