Das Studierendenprojekt IFSys

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MicroConsult Academy GmbH

ET System electronic GmbH

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

ADVANTECH Europe B.V.

Die in Bild 3 dargestellte Hardware kann in drei Bereiche eingeteilt werden: Ein Flugsteuerungssystem (rot), dass das Flugzeug im automatischen Flug steuert, ein Fernsteuerungssystem (grün), über das ein Pilot das Flugzeug steuern kann und eine Bodenstation (blau) mit Funkstrecken zum Flugzeug, über die das System während des Fluges überwacht und beeinflusst werden kann.

Die im Sicherheitskonzept beschriebene Umschaltung zwischen Flugsteuerungs- und Fernsteuerungssystem geschieht über den Switch, ein selbstentwickeltes Bauteil, an das der FCC und der Fernsteuerungsempfänger angeschlossen werden. Über einen Kippschalter am Fernsteuerungssender kann gewählt werden, ob die vom Pilot kommenden, oder die vom FCC berechneten Steuerkommandos an die Servos und den Antrieb weitergeleitet werden.

Flugsteuerungssystem mit 3,5"-SBC von Advantech

Das Flugsteuerungssystem steuert das Flugzeug im automatischen Flug. Kernstück des Systems ist der FCC. Advantech stellt dem Projekt dafür den 3,5"-Single-Board-Computer (SBC) PCM-9375 und Erweiterungskarten vom Typ PCM-3643 für eine größere Zahl an seriellen Schnittstellen zur Verfügung. Damit sind ausreichend Schnittstellen vorhanden, um auf einfache Weise alle im Flugzeug verbauten Sensoren und ein Funkmodem zur Kommunikation mit der Bodenstation anzuschließen.

An Bord befinden sich vier Sensoren, die für die Flugregelung relevante Daten an den FCC liefern: Ein GPS-Empfänger ermittelt die Position und Flughöhe, ein AHRS (Attitude Heading Reference System) die Lage, Drehraten und Beschleunigung des Flugzeuges und ein selbstentwickeltes Luftdatensystem (LDS) mit Prandtl-Rohr und Vierlochsonde ermitteln die Anströmgeschwindigkeit und –winkel. Zusätzlich misst ein Ultraschallhöhenmesser (US-Höhe) die genaue Höhe im bodennahen Bereich bis etwa 6 m. Dies ist insbesondere bei Start und Landung wichtig, wenn die Genauigkeit der vom GPS ermittelten Flughöhe nicht ausreichend ist.

Aus den gemessenen Daten berechnen Flugregelungsalgorithmen auf dem FCC die zum Abfliegen der vorgegebenen Trajektorie passenden Kommandos für die Aktuatoren, die die Ruder bewegen, sowie den elektrischen Antrieb.

Fernsteuerungssystem und Bodenstation

Das Fernsteuerungssystem ermöglicht es einem Piloten anhand eines Funkfernsteuerungssenders sowie eines zugehörigen Empfängers, das Flugzeug manuell zu steuern. Der Empfänger arbeitet in dem im Modellflug mittlerweile üblichen 2,4-GHz-Band und verfügt über zehn Kanäle. Acht dieser Kanäle sind mit Servos zur Ansteuerung der Ruder belegt, ein weiterer Kanal mit der Steuerung des Motors und der verbleibende Kanal dient zur Umschaltung zwischen automatischer und manueller Steuerung.

Die Bodenstation dient zur Überwachung des Fluges vom Boden. Aktuell werden regelmäßig Datensätze per Funkmodem an eine einfache Bodenstation gesendet. Diese besteht aus einem Notebook mit Funkmodemempfangsteil. Dort können die empfangenen Sensordaten (Höhe, Geschwindigkeit, Position, Lage, etc.) am Boden abgelesen und bewertet werden. In Zukunft wird die Bodenstation um einige weitere Funktionen erweitert.

Neben der reinen Anzeige der gemessenen Daten wird es möglich sein, Einfluss auf den Kurs zu nehmen, neue Wegpunkte zu setzen, dem Flugzeug eine neue Fluggeschwindigkeit, oder Flughöhe vorzugeben, oder den Flug abzubrechen und das Flugzeug zur Landebahn zurückkehren zu lassen. Zusätzlich sollen von einer Nutzlast gesendete Daten, wie etwa die Bilder einer Kamera, von der Bodenstation empfangen und weiterverarbeitet werden können.

Flugerprobung

Zum aktuellen Zeitpunkt steht ein komplett ausgerüsteter Versuchsträger für ferngesteuerte Flüge mit Sensordatenaufzeichnung bereit. Damit wurden im Frühjahr 2011 erfolgreiche Flugtests durchgeführt. Um das Risiko für die Hardware gering zu halten, wurde zunächst mit leerem Flugversuchsträger, also ohne Flugsteuerungssystem und damit 2200 g geringerer Abflugmasse, geflogen.

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