LowEET – Low-Energy Emergency Trajectories

Projektbeschreibung

Das Forschungsprojekt, das vom Lehrstuhl für Flugsystemdynamik an der TUM und der Hochschule für angewandte Wissenschaften Kempten durchgeführt wird, beschäftigt sich mit der Bestimmung optimaler Sicherheitslandetrajektorien unter Berücksichtigung realistischer Nebenbedingungen und detaillierter physikalischer Modellierungen der Flugdynamik und des Antriebsstrangs.

Aus dem Einsatz batterieelektrisch betriebener, senkrecht startender und landender Transitionsflugzeuge (eVTOLs) im urbanen Raum ergeben sich neue Herausforderungen für die Flugplanung. Im Gegensatz zur klassischen Verkehrsluftfahrt kann nicht davon ausgegangen werden, dass durch Energiereserven für mindestens 30 Minuten Flugzeit an jedem Punkt der geplanten Flugbahn geeignete Flugplätze für ein technisch intaktes Fluggerät grundsätzlich routenunabhängig in Reichweite sind. Infolge der im Vergleich sehr geringen Flughöhe und Geschwindigkeit und der bei typischen eVTOL-Konfigurationen geringen Gleitzahl und fehlenden Autorotationsfähigkeit genügt auch die Totalenergie der Flugsysteme nicht zur sicheren Landung an einem geeigneten Ausweichlandeplatz. Wenn beispielsweise bei erhöhtem Energiebedarf durch Gegenwind die Energiereserven nicht zum planmäßigen Abschluss des Fluges ausreichen, werden Sicherheitslandungen durch die sehr hohe Leistungsaufnahme im Schwebeflug vor dem Aufsetzen besonders erschwert. Im Anflug auf einen Ausweichlandeplatz müssen die knappen Energiereserven daher äußerst effizient genutzt und vorausschauend eingeteilt werden, um eine sichere, vertikale Landung unter den aktuellen Windverhältnissen zu ermöglichen.

Das Vorhaben LowEET untersucht daher Methoden zur Planung von Sicherheitslandetrajektorien für Transitions-eVTOLs mit ungeplant niedrigen Energiereserven um sicherzustellen, dass ausgehend von einer nominell geplanten Trajektorie unter Beachtung von Sicherheitsanforderungen, Umgebungsbedingungen und der Flugphysik jederzeit sichere Landungen an zulässigen Orten möglich sind. Durch den Einsatz von Optimalsteuerungsmethoden wird erreicht, dass die nominelle Planung möglichst geringen Einschränkungen unterworfen werden muss, während die Sicherheitsanforderungen in vollem Umfang erfüllt bleiben. Im Vergleich zu heuristischen Ansätzen, die teils zu sehr konservativen Abschätzungen führen, kann das ökonomische und ökologische Potenzial der nominellen Flugplanung so in höherem Maße ausgeschöpft werden. Neben dem unmittelbaren Ziel einer sicheren Flugplanung wird mittelbar auch ein wesentlicher Beitrag zur umweltfreundlichen Ausgestaltung der neuen Urban Air Mobility (UAM) geleistet.

Dadurch trägt das Vorhaben mit seiner Beurteilung nomineller Trajektorien für eVTOLs bezüglich der Sicherheitslandefähigkeit vor allem zum Förderziel der "Sicheren und passagierfreundlichen Luftfahrt" bei. Weiterhin werden durch das Projekt Fortschritte in der Bahnplanung für eVTOLs und der Auslegung deren Energiemanagementsystemen erwartet.