Unser Projekt
Im Rahmen des Fokus-Projektes “Adaptive Helicopter Landing Gear” arbeiten wir neun Monate an der Umsetzung unserer Idee. Am 30. Mai 2017 konnten wir am Fokus-Roll-out einen funktionsfähigen Prototypen präsentieren.
Unser Konzept
Das Landegestell besteht aus vier Beinen mit je einem Freiheitsgrad. Dies ermöglicht die Anpassung an den Untergrund sowie eine hohe Kippsicherheit. Damit sind Landungen an Hängen mit Steigungen bis 20° möglich. Ebenso können Hindernisse mit einer Höhe von 50 cm bewältigt werden. Als Plattform für den Prototypen wurde ein unbemannter Helikopter von Aeroscout verwendet
Platform
Der Aeroscout B-100 ist ideal, um sämtliche benötigten Technologien zu testen. Mit einem Rotordurchmesser von 3.2 m und einem Leergewicht von 50 kg fällt er in die Kategorie «Light unmanned rotorcraft systems». Angetrieben wird er von einem Zweitaktmotor, der 18 PS liefert und das Heben von 28 kg Treibstoff + Nutzlast ermöglicht.
Features
Autonomie
Während dem Landevorgang benötigt das System keinen Input des Piloten, der in dieser Phase bereits voll ausgelastet ist. Mit dem einzigen Input "Gear Down" ist das System damit genauso einfach zu bedienen wie herkömmliche Landegestelle.
Dynamik
Jedes Bein ist einzeln angesteuert und kann sich so optimal an unebenen Untergrund anpassen. Kraftregelung ermöglicht eine schnelle und sanfte Anpassung.
Modularität
Die Füsse sind modular ausgelegt, und können damit schnell und einfach an das jeweilige Einsatzgebiet angepasst werden, wie z.B. Schnee und Eis. Für das Manövrieren am Boden sind auch Räder denkbar.
Sicherheit
Die Position der Füsse ist auch im Falle eines Teil- oder Gesamtausfalls des Systems geregelt. Dafür sorgen die verbauten Sicherheitsbremsen sowie eine redundante Steuerungseinheit.
Stabilität
Das System ist so robust ausgelegt, dass es einen Fall aus 35 cm Höhe ohne Beschädigung aushält. Dies wird durch den Einsatz von High Tech Materialien und einen leistungsstarken Dämpfer erreicht.
Gewicht
Das Gesamtgewicht liegt mit 15 kg bedeutend tiefer als bei bereits existierenden Systemen, wobei dieses Landegestell bedeutend mehr Funktionalität aufweist.
Funktionsweise
Geometrie
Die Animation zeigt unser Konzept, welches als Grundgeometrie ein Parallelogramm mit angepassten Seitenlängen aufweist. Diese wurden so optimiert, dass sich das Fussende auf einer vertikalen Linie bewegt. Das bedeutet in der Praxis, dass sich der Berührungspunkt am Boden nicht verschiebt wenn das System den Niveauunterschied ausgleicht.
Antriebsstrang
Angetrieben wird jedes Bein durch einen selbst entwickelten Linearantrieb. Dieser besteht aus einem kleinen Elektromotor, welcher einen Kugelgewindetrieb in Bewegung setzt, sowie einer Bremse, welche eine Bewegung des Gewindetriebs blockieren kann. In Serie dazu ist ein Dämpfer verbaut, der die hohen Kräfte im Fall von harten Landungen aufnimmt. Bei einem Eigengewicht von nur 1.2 kg pro Bein kann eine Belastung von 300 kg aufgenommen werden.
Regelung
Die Anpassung der Beine bei der Landung wird über eine Kraftregelung erreicht. Durch Aufzeichnen des im Motor induzierten Stroms kann Bodenberührung registriert werden. Jedes Bein wird bei Berührung eingezogen, bis sämtliche Beine Bodenkontakt aufweisen. Mithilfe einer IMU wird dann die Lage des Helikopters ausgeregelt und daraufhin die Bremsen angezogen.
Resultat
Der Prototyp wurde am Teststand sowie am Helikopter ausführlich getestet. Als Hindernis dienten dabei jeweils Holzpaletten. Sämtliche Testszenarien konnten erfolgreich absolviert werden. Die Rotorneigung nach der Landung betrug dabei stets weniger als 5°. Somit konnte die Funktionalität des Konzepts erfolgreich demonstriert werden.
Ausblick
Im nächsten Semester wird an der Publikation der Ergebnisse gearbeitet. Weitere Arbeiten am System werden in Form von Semester- und Masterarbeiten durchgeführt. Eine kommerzielle Nutzung der Technologie steht noch aus.
Fokus-Projekt
Im dritten und letzten Jahr des Bachelor-Studienganges Maschineningenieurwissenschaften an der ETH Zürich können sich die Studierenden entweder für ein Fokus-Projekt oder eine bestimmte Fokus-Vertiefung entscheiden. Bei der Vertiefung steht vor allem das Erweitern des theoretischen Wissens in einem spezifischen Fachbereich im Vordergrund. Bei einem Fokus-Projekt geht es darum, das Erlernte gezielt anzuwenden und eine optimale Lösung für eine komplexe Problemstellung zu finden. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die einzelnen Schritte der Produktentwicklung anhand eines realen Beispiels durchlaufen.
Ein Fokus-Projekt Team besteht jeweils aus Studierenden aus dem Bereich der Maschineningenieurwissenschaften und wird durch weitere Studenten aus anderen Departementen der ETH, der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) und der Zürcher Hochschule der Künste (ZHdk) komplettiert.
Ziel des Fokus-Projektes ist, am 30. Mai 2017 beim Fokus-Roll-out einen funktionierenden Prototyp zu präsentieren. Dieser Termin bedeutet jedoch nicht zwangsweise das Ende einer vielleicht genialen Idee. Es setzt lediglich einen Schlusspunkt im Rahmen des Fokus-Projektes. Der weitere Verlauf hängt stark vom Projekt selbst und dessen Konzept ab.
Einige Beispiele für vergangene Fokus-Projekte:
Aktuelle Projekte
