Flugtaxi: Regelungssystem für Senkrechtstarter entwickelt

Im Mai 2018 hat das als „Taxischreck“ bekannte US–Dienstleistungsunternehmen „Uber“ sein Konzept für elektrische Lufttaxis vorgestellt. Die Flying Taxis sollen 2020 mit Demonstrationsflügen in Dubai (Vereinigte Arabische Emirate), Fort Worth (US-Bundesstaat Texas), Dallas und Los Angeles starten. Den kommerziellen Einsatz plant Uber für 2028. Die Lufttaxis sollen ebenfalls auf eine Route zwischen dem Zentrum der brasilianischen Mega-Metropole São Paulo und den Vorstädten in Campinas zum Einsatz kommen. In diesem Fall würde die Reise von zwei Stunden und zehn Minuten mit dem Auto auf 18 Minuten mit dem Lufttaxi reduziert werden (Kosten von 153 US-Dollar).

Elektrische senkrechtstartende Flugzeuge könnten in naher Zukunft als Flugtaxis ihre Passagiere ohne Stau zum Ziel bringen. Doch die Flugsystemregelung dieser Flieger ist eine große Herausforderung. Forscher und Forscherinnen der Technischen Universität München (TUM) haben eine große Expertise auf diesem Gebiet. Von ihnen entwickelte Regelungstechnik wird nun im Prototyp V600 der Firma AutoFlightX eingesetzt. Hubschrauber und Multicopter können senkrecht starten und landen, sind aber im Reiseflug nicht sehr effizient. Klassische Reiseflugzeuge dagegen fliegen effizient, benötigen aber eine Start- und Landebahn. Ein Transitionsflugzeug kombiniert die Vorteile: Es kann mithilfe von Propellern senkrecht starten und landen, besitzt aber auch Flügel und kann so in den effizienten Reiseflug übergehen.

Beim Senkrechtstart befindet sich der Flieger im sogenannten Hover-Modus, also im Schwebezustand. Dann folgt die Transitionsphase, der Übergang vom Hover-Modus in den dritten Modus: den Vorwärtsflug oder fachlich bezeichnet den Flächenflug. „Ein derartiger Flugtaxi-Prototyp ist in Deutschland bisher noch nicht bemannt geflogen“, erklärt Franz Sax vom Lehrstuhl für Flugsystemdynamik. Dort beschäftigen sich Forscher und Forscherinnen seit Jahren an der Entwicklung von Flugregelungssystemen.

Die in Gilching ansässige Firma AutoFlightX kooperierte mit dem Lehrstuhl bei der Entwicklung ihres Flugtaxi-Prototyps. Matthias Bittner, Chief Operating Officer: „Wir wollen ein Lufttaxi bauen, das einfach senkrecht starten und landen, aber trotzdem möglichst effizient längere Strecken zurücklegen kann. Die größten Herausforderungen sind die Flugregelung und Flugstabilisierung, damit der Flieger auch unter widrigen Umständen in der Luft bleibt.“

Drei Flugphasen, ein Regler

Hierin besteht die Entwicklungsleistung der TUM-Forscher und Forscherinnen. „Wir können dem Flugsystem beibringen, wie es sich in den verschiedenen Flugphasen verhalten soll“, sagt Sax. „Bei einem Vertical-Take-Off-and-Landing Vehicle ist das eine besondere Herausforderung. Dazu nutzen wir ein komplexes Reglersystem, das noch nicht Einzug in die Industrie gehalten hat.“

Sowohl für den Schwebezustand als auch den Flächenflug existieren bereits etablierte Reglerlösungen. Im jetzt konfigurierten Reglersystem für das Flugtaxi ist ein Regler für alle drei Phasen zuständig. Damit bleibt der Flieger auch in der Transitionsphase kontrollierbar.

Der Regler wertet Daten aus, die von Sensoren geliefert werden, wie etwa die Lage und die Geschwindigkeit des Flugzeugs. Er erhält außerdem Input von der Steuerung. Aus den Daten errechnet der Algorithmus die Aktionen, die nötig sind, um das gewünschte Flugverhalten zu erreichen. Bei der Berechnung spielen auch physikalische Effekte eine Rolle, die sich jedoch in jeder Flugphase unterscheiden. Auf diese Veränderung muss auch der Regler reagieren.

Technische Machbarkeit bewiesen

Die an der TUM entwickelte Flugsystemregelung wird nun im Prototyp AutoFlightX-V600 angewendet. Der Flieger ist gestern auf der Messe „AERO“ in Friedrichshafen zum ersten Mal der Öffentlichkeit vorgestellt worden. Er hat eine Spannweite von 8,50 Metern und eine Länge von 7,60 Metern. Die V600 ähnelt einer Rutan Long-EZ, einem Flugzeug der Canardbauweise, bei dem sich der Steuerflügel vorne befindet. Um ein senkrechtes Starten und Landen zu ermöglichen, sind mehrere Propeller angebracht, die nach unten zeigen – wie bei einem Multicopter. Der Prototyp wird von Beginn an mit einem Piloten oder einer Pilotin fliegen.

Mit der V600 haben die Entwickler nun zunächst gezeigt, dass der Bau des Fliegers technisch machbar ist. Bis das Flugtaxi mit den ersten Passagieren abhebt, wird es aber noch einige Zeit dauern. „Experten gehen davon aus, dass die Technologie 2025 marktreif ist“, sagt Bittner.