Wenn man Flugzeug und U-Boot kreuzt

Forscher der North Carolina State University haben den ersten Starrflügler entwickelt, der sowohl fliegen als auch unter Wasser tauchen kann – und dabei zwischen beiden Medien beliebig wechselt. Der EagleRay XAV, enstanden mit Unterstützung durch Teledyne Scientific, empfiehlt sich beispielsweise für Tierbeobachtungen.

„Überwachung aus der Luft verbraucht viel Energie“, sagt Warren Weisler, Doktorand an der NC State und am EagleRay-Projekt beteiligt. „EagleRay kann Energie sparen, weil er einen Teil der Zeit unter Wasser verbringt.“ Beispielsweise könne EagleRay einen schnellen Delfineschwarm aus der Luft verfolgen und dann im Wasser herumtrudeln, wenn die Delfine Futter gefunden haben. Wenn die Delfine weiterziehen, erhebe sich das Gerät wieder in die Luft.

„Der EagleRay kann unter Wasser auch Sensoren schnell von einem Ort zum anderen bringen“, sagt William Stewart, ein weiterer Projektbeteiligter. „Er könnte sogar Unterwasserbeobachtungen übernehmen, was die meisten UAVs nicht können.“ Sonar funktioniere nur unter Wasser. Das Gerät könne einen bestimmten Ort anfliegen, abtauchen und Signale empfangen, dann weiterfliegen und Signale andernorts empfangen. Traditionell müsse ein Flugzeug Sonarbojen absetzen, um entsprechende Daten zu sammeln.

Vor zwei Jahren stellte das Team unter der Leitung von Professor Matthew Bryant, Mechanical and Aerospace Engineering, einen funktionalen Prototypen vor. Ein Paper über die Arbeit erschien 2017.

Besonders wichtig im Hinblick auf das Design des EagleRays sei die Skalierbarkeit, so Stewart. Je nach geforderten Lasten und Operationsdauer könne man größere oder kleinere Modelle erstellen. Das aktuelle Modell erreicht eine Spannweite von rund 150 cm und ist bei einem Gewicht von 5,7 kg etwa 140 cm lang. Es verfügt über elektrisch angetriebene Propeller, die in der Luft und im Wasser gleichermaßen funktionieren.

Derzeit arbeite man an einer maßgeschneiderten Steuerung. Die aktuellen Steuerungen seien nicht auf den doppelten Einsatz im Wasser und in der Luft und vor allem nicht auf den Übergang zwischen den Medien ausgelegt. Sie können nur mit Luft oder Wasser umgehen, aber nicht mit der Übergangsphase.

Darüber hinaus verfeinern die Wissenschaftler für die Anwendung in Simulationen momentan das dynamische Modell des EagleRay, so dass sich die Leistung unter verschiedenen Verhältnissen vorhersagen und das Design daran anpassen lässt.

Publikation: “Testing and Characterization of a Fixed Wing Cross-Domain Unmanned Vehicle Operating in Aerial and Underwater Environments,” IEEE Journal of Oceanic Engineering, http://ieeexplore.ieee.org/document/8039429/

Video: https://www.youtube.com/watch?v=Aw01NnG9hu0.

Bild: Zeitablauf beim Wechsel des EagleRay vom Wasser in die Luft.  Image credit: Matthew Bryant.

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