LowEET – Low-Energy Emergency Trajectories

Projektbeschreibung

Das Forschungsprojekt LowEET, das vom Lehrstuhl für Flugsystemdynamik an der TUM und der Hochschule für angewandte Wissenschaften Kempten durchgeführt wurde, beschäftigt sich mit der Bestimmung optimaler Sicherheitslandetrajektorien für moderne elektrische Senkrechtstarter 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 zu ermöglichen. 

Das Vorhaben LowEET untersuchte 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. Im Projekt wurde neben der Modellierung relevanter Systemkomponenten Algorithmen zur Berechnung von Flugbahnen für eVTOL entwickelt. Letztlich konnten sämtliche Ergebnisse zu einem algorithmischen Gesamtvorgehen kombiniert werden, das in einem zweistufigen Verfahren Flugbahnen so plant, dass von jedem Punkt der Bahn aus eine sichere Ausweichlandung möglich ist, ohne dass unnötig große Energiereserven an Bord der Fluggeräte vorgehalten werden müssen. 

Neben dem unmittelbaren Ziel einer sicheren Flugplanung wird durch den erfolgreichen Abschluss des Projektes mittelbar auch ein wesentlicher Beitrag zur umweltfreundlichen Ausgestaltung der neuen Urban Air Mobility (UAM) geleistet.