31. August 2020
Logistik aus der Luft für die Städte der Zukunft

Pa­ket­droh­ne „Ur­ban Ray“ ge­winnt NA­SA/DLR De­sign Chal­len­ge 2020

Präsentation des Konzepts Urban Ray
Prä­sen­ta­ti­on des Kon­zepts Ur­ban Ray
Bild 1/4, Credit: © DLR. Alle Rechte vorbehalten

Präsentation des Konzepts Urban Ray

Cem Uyanık von der RW­TH Aa­chen prä­sen­tiert das Kon­zept Ur­ban Ray auf dem fi­na­len Sym­po­si­um des deut­schen Wett­be­werbs­teils der NA­SA/DLR-De­sign Chal­len­ge 2020.
Das Team der RW­TH-Aa­chen stellt das Kon­zept Ur­ban Ray im Kurz­vi­deo vor.
Video 2/4, Credit: RWTH Aachen University, Chang Cao

Das Team der RWTH-Aachen stellt das Konzept Urban Ray im Kurzvideo vor.

Credit: RWTH Aachen University, Chang Cao
Länge: 00:02:06
Das Team der RW­TH-Aa­chen stellt das Kon­zept Ur­ban Ray im Kurz­vi­deo vor.
Gruppenbild aller Vortragenden mit der Jury
Grup­pen­bild al­ler Vor­tra­gen­den mit der Ju­ry
Bild 3/4, Credit: © DLR. Alle Rechte vorbehalten

Gruppenbild aller Vortragenden mit der Jury

Beim fi­na­len Sym­po­si­um des deut­schen Wett­be­werbs­teils der NA­SA/DLR-De­sign Chal­len­ge 2020 prä­sen­tier­ten je­weils zwei Mit­glie­der ei­nes Teams die er­ar­bei­te­ten Kon­zep­te vor der an­we­sen­den Ju­ry. Vor­de­re Rei­he (v.l.n.r.): Jas­per Jo­nitz und Son­ja Hau­ber (Uni­ver­si­tät Stutt­gart), Cem Uya­nik und Ivo Zell (RW­TH Aa­chen), Jan Rudz­ki und Mar­kus Sai­ler (TU Mün­chen), Prof. Rolf Hen­ke (DLR-Luft­fahrt­vor­stand), Prof. Dr. Cord Ros­sow (Di­rek­tor DLR-In­sti­tut für Ae­ro­dy­na­mik und Strö­mungs­tech­nik), Björn Na­gel (Grün­dungs­di­rek­tor DLR-In­sti­tut für System­architekturen in der Luft­fahrt), Prof. Dr. Mar­tin Wie­demann (Di­rek­tor DLR-In­sti­tut für Fa­ser­ver­bund­leicht­bau und Ad­ap­tro­nik). In der Rei­he da­hin­ter (v.l.nr.): Fal­vio Ge­ro­ni­mo und Anushan Thi­ri­pu­vanam (TU Ham­burg), Tho­mas Hanl und An­ton Lie­gert (TU-Dres­den), An­to­nia Satt­ler und Jo­han­nes Lehto­nen (Uni­ver­si­tät der Bun­des­wehr Mün­chen), Rahs­hith Su­dars­ha­na und Sö­ren Bähr (TU Ham­burg), Prof. Dr. Dirk Küg­ler (Di­rek­tor DLR-In­sti­tut für Flug­füh­rung).
Gewinnerteam der RWTH Aachen
Ge­win­ner­team der RW­TH Aa­chen
Bild 4/4, Credit: © DLR. Alle Rechte vorbehalten

Gewinnerteam der RWTH Aachen

Die bei­den Vor­tra­gen­den Cem Uyanık und Ivo Zell des Ge­win­ner­teams der RW­TH Aa­chen mit Prof. Rolf Hen­ke, Ju­ryvor­sit­zen­der und DLR-Luft­fahrt­vor­stand.
  • Die Studierenden der RWTH Aachen überzeugen mit dem Konzept Urban Ray die Jury um DLR-Luftfahrtvorstand Prof. Rolf Henke im deutschen Teil des Wettbewerbs.
  • Aufgabe der NASA/DLR Design Challenge war es, Konzepte für autonom und zuverlässig operierende Luftfahrtsysteme zur Zustellung von Waren im innerstädtischen Raum zu entwerfen.
  • Schwerpunkte: Luftfahrt, Logistik, unbemanntes und elektrisches Fliegen, Urbanisierung, DLR-Nachwuchsförderung

Auf Bestellung vollautomatisch ein Päckchen quer durch die Stadt aus der Luft erhalten. Das ist die Vision, für die die NASA/DLR Design Challenge in diesem Jahr innovative Lösungen suchte. Sieben Studierendenteams zeigten Ende August 2020 beim finalen Symposium des deutschen Wettbewerbsteils mit Kreativität und vielfältigen Ideen, wie die Zukunft der Logistik in urbanen Räumen per unbemannter Luftfahrzeuge, Paketstationen und Landeplattformen aussehen kann. Mit dem ersten Platz prämierte die Jury des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) das Konzept Urban Ray der RWTH Aachen. Es folgten die Universität Stuttgart mit aERO auf Platz zwei und die TU-München mit Mercurius auf Platz drei. Gastgeber der Abschlussveranstaltung für die Teams in Deutschland war das Zentrum für Angewandte Luftfahrtforschung (ZAL) in Hamburg.

„Die NASA/DLR Design Challenge vereint viele wichtige Aspekte: Es geht um Nachwuchsarbeit, um Kooperation der Großforschung mit den Universitäten, um neue Entwürfe, Ideen, Inspiration und die für uns bedeutende transatlantische Kooperation“, betonte Prof. Rolf Henke, DLR-Vorstand für Luftfahrtforschung und Juryvorsitzender auf der Veranstaltung in Hamburg. „Gewinner sind dabei alle Teilnehmenden, die die Erfahrung mitnehmen, sich im Team einem Wettbewerb zu stellen und gemeinsam die persönliche Leistung abzurufen. Dabei hat es uns als Jury dieses Jahr besonders gefreut, wie die Studierenden trotz der schwierigen Zeit der Corona-Pandemie sieben tolle Konzepte eingereicht haben.“

Gesamtkonzept mit Geschäftsmodell

Die Herausforderung des Wettbewerbs in diesem Jahr war ein effizientes und stadttaugliches unbemanntes Fluggerät samt Bodenstationen, Bodenlogistik, Sicherheitskonzept und Geschäftsmodell zu entwickeln. Dabei mussten die Studierenden berücksichtigen, dass ihre Paketdrohne kleine Päckchen von bis zu 2,5 Kilogramm in eine Entfernung von bis zu 15 Kilometern direkt befördert und dabei auch bei Seitenwind sicher auf sehr beschränkten Plattformen starten und landen kann. Die Flughöhe wurde auf 120 Meter angesetzt, einem Teil des städtischen Luftraums, der bisher weitgehend ungenutzt ist und damit vielfältige Möglichkeiten für unbemannte Fluggeräte bei entsprechend zusätzlicher Regulierung ermöglicht.

NASA und DLR richten den Studierendenwettbewerb mittlerweile im vierten Jahr parallel in den USA und in Deutschland aus. Aufgrund der Corona-Pandemie arbeiteten die Studierenden in diesem Jahr großteils digital in den Teams zusammen und absolvierten auch das Auftaktmeeting als Videokonferenz. Beim finalen Symposium in Hamburg konnten nun jeweils zwei Mitglieder pro Team vor Ort sein, um das gemeinsam erstellte Konzept zu präsentieren. Die restlichen Teammitglieder verfolgten die Veranstaltung online. Der Preis, eine Reise für das Gewinnerteam in die USA mit einem Besuch bei der NASA, wurde bedingt durch die Pandemie auf 2021 verschoben. Im Herbst sind die teilnehmenden Studierenden an den DLR-Standort Braunschweig eingeladen.

Für die NASA/DLR Design Challenge 2020 hatten sich auf deutscher Seite 37 Studierende verteilt auf sieben Teams aus sechs Hochschulen angemeldet. Die drei prämierten Beiträge im Einzelnen:

 

1. Platz: RWTH Aachen mit Urban Ray

Urban Ray  - Konzept der RWTH Aachen
Urban Ray
Konzept des Teams der RWTH Aachen
Credit: RWTH Aachen
Das Konzept Urban Ray der RWTH Aachen besteht aus einem vollautonomen, elektrischen UAS (unbemanntes Luftfahrtzeugsystem) in Blended-Wing-Body-Konfiguration, das über einen getrennten Antrieb (Rotoren) für den Schwebeflug und den Vorwärtsflug verfügt. Dies ermöglichte dem Team eine innovative, schubbasierte Lösung für die Flugsteuerung zu entwickeln, bei dem auf herkömmliche Steuerflächen verzichtet wird. Weiterhin kombiniert das Design ein Fallschirmsystem mit einer stoßabsorbierenden Struktur aus Schaumstoff, um die hohen Sicherheitsanforderungen für den Einsatz eines solchen Systems in innerstädtischen Gebieten zu erfüllen. Die vertikale Start- und Landefähigkeit ermöglicht zudem den Einsatz von kleinen Plattformen bei gleichzeitig hoher Reisegeschwindigkeit. Für den Aufbau eines dichten und anpassungsfähigen Netzwerks wurde deshalb eine modulare Plattformfamilie entwickelt. Diese beinhaltet eine einfache, faltbare Plattform bis hin zu einem zentralen Hub, der über ein vollautomatisiertes System zur Paketbeladung, -lagerung samt Batteriewechsel verfügt. Urban Ray soll im Rahmen eines Pay-per-Use-Modells als Dienstleistung für Paketlogistikunternehmen und weitere Kunden, die beispielsweise Konsumgüter oder Gesundheitsprodukte verkaufen, angeboten werden.

Team: Fabian Binz, Julian Matt, Lourdes R. Camarma, Cem Uyanik, Karl Funke, Ivo Zell

Ein kurzes Interview mit dem Team der RWTH-Aachen finden Sie auf dem DLR-Soundcloud-Kanal zum Anhören.

2. Platz: Universität Stuttgart mit aIRO

aIRO - Konzept der Universität Stuttgart
aIRO
Konzept des Teams der Universität Stuttgart
Credit: Universität Stuttgart
Das Konzept aIRO des Teams der Universität Stuttgart ist ein unbemanntes Luftfahrzeugsystem (UAS), bestehend aus einer Paketdrohne mit vier Tragflächen, acht Rotoren und einem markanten roten Seitenleitwerk, wobei die Verbindung zum Bord- und Steuerungscomputer am Boden per Echtzeit-5G-Kommunikation aufrechterhalten wird, was deutliche Gewichtseinsparungen beim Fluggerät bringt. Ein Secondary Flight Control Computer an Bord sichert die Drohne im Falle eines Verbindungsproblems ab. Die Kombination einer Tandem- und Multicopter-Konfiguration mit leisen, elektrisch angetriebenen Kipprotoren nutzt für eine optimale Energieversorgung ein hybrides Energiesystem, bestehend aus Lithium-Schwefel-Batterien (LiS) und Lithium-Ionen-Kondensatoren. Die redundanten Systeme der Vertikalen Start- und Landefähigkeiten (VTOL) sind das Herz von aIRO. Bodenstationen in der Größe zweier Standardparkplätze können flexibel im städtischen Bereich verteilt werden. Das Risiko für Personal und Anlagen am Boden wird durch ein umfassendes Sicherheitskonzept auf ein Minimum reduziert: Ein hochleistungsfähiges, bodengestütztes Passivradar-Erkennungs- und -Vermeidungssystem (DaA) liefert Input für die Flugwegkontrolle via 5G-Netz.

Team: Sonja Hauber, Mareike Hoffmann, Jasper Jonitz, Sajeel Khan, Connor Thelen und Erik Wegener

Ein kurzes Interview mit dem Team der Universität Stuttgart finden Sie auf dem DLR-Soundcloud-Kanal zum Anhören.

3. Platz: TU München mit Mercurius

Mercurius - Konzept des Teams  der TU München
Mercurius
Konzept des Teams der TU München
Credit: TU München
Das Design der Mercurius-Drohne des Teams der TU München konzentriert sich auf maximale Effizienz bei minimalem Gewicht. Zwei feste vordere Propeller und sechs hintere schwenkbare Oberflügelpropeller vereinen die widersprüchlichen  Anforderungen an Schwebeflug und Horizontalflug. Konstruktionsmerkmale wie abgesenkte Winglets oder Oberflügelstützen führen zu guten Strömungseigenschaften. Das hybride Antriebssystem aus einer Brennstoffzelle und einem Lithium-Ionen-Akku ermöglicht eine Einsatzperformance, die für batteriebetriebene Konzepte nicht erreicht wird. Zusätzlich maximiert es die Flugsicherheit und Energieeffizienz, was zu einem Drittel reduzierter Kosten pro zugestelltes Paket führt. Die Bodenstationen vereinen einen leichten Aufbau mit fortgeschrittener Automatisierung, sodass sie eine schnelle Beladung der Drohnen samt Akkuladung gewährleisten.

Team: Cornelius Kauffmann, Jan Rudzki, Manuel Prinz, Nathanael Pfanner, Markus Sailer, Moritz Wenzel

Ein kurzes Interview mit dem Team der TU München finden Sie auf dem DLR-Soundcloud-Kanal zum Anhören.

Die weiteren Beiträge im Wettbewerb (in beliebiger Reihenfolge):

TU Dresden mit BeeHive

BeeHive - Konzept des Teams der TU Dresden
BeeHive
Konzept des Teams der TU Dresden
Credit: TU Dresden
Das Konzept BeeHive des Teams der Technischen Universität Dresden ist ein kostengünstiges und hochfunktionales autonomes Transportsystem, das in der Lage ist, kleine Nutzlasten bei hohen Geschwindigkeiten innerhalb einer städtischen Umgebung zu transportieren. Es besteht aus zwei Komponenten: der Trägerdrohne, genannt "Bee", und dem Bodensystem, genannt "Hive" (Bienenstock). Das Luftfahrzeug weist eine Canard-Konfiguration mit schwenkbarem Vorflügel auf und wird von vier Elektromotoren angetrieben. Dies ermöglicht senkrechtes Starten und Landen und einen energiesparenden Horizontalflug. Somit kann die Nutzlast von 2,5 Kilogramm über eine Entfernung von bis zu 72 Kilometern befördert werden. Die Stromversorgung der Motoren erfolgt über Lithiumionenakkus, die auf der Landeplattform vollautomatisch mit dem beladen neuer Fracht getauscht werden. Das System erfüllt höchste  Standards an Sicherheit, Lärmreduzierung und Effizienz. Es ist einfach skalierbar und kann leicht an die Kapazitäten der Kunden angepasst werden.

Team: Luckas Bach, Anton Liegert, Tobias Hofmann, Tim Aurin, Edgar Lilienthal, Thomas Hanl

Universität der Bundeswehr München mit eCiconia

eCiconia - Konzept des Teams der Universität der Bundeswehr München
eCiconia
Konzept des Teams der Universität der Bundeswehr München
Credit: Universität der Bundeswehr München
Das Konzept eCiconia des Teams der Universität der Bundeswehr München kombiniert die Vertikalstart- und -landefähigkeit (VTOL) mit treibstoffsparender konventioneller Aerodynamik auf Basis von Tragflächen. Der Horizontalflug ermöglicht ein präzises Start- und Landeverfahren auf kleinstem Raum, wobei eine Katapulttechnik energiesparende Starts der Drohne ermöglicht. Eine zentrale Basisstation am Boden arbeitet mit Fließbandbetrieb für die Be- und Entladung der Päckchen sowie den Akkuwechsel. Ein integriertes Kontrollzentrum ermöglicht einen effizienten und zuverlässigen Betrieb bei minimalem Platz- und Zeitaufwand. Ein attraktives Detail des Konzepts ist die Nutzung bereits bestehender. um eine Landeplattform erweiterter Paketstationen, was eine zuverlässige Paketzustellung ohne Risiken durch Bodenlandungen ermöglicht. Ein kombiniertes Sicherheitssystem, bestehend aus einem Fallschirm und Airbags, beugt Schäden im Falle eines Systemausfalls vor.

Team: Johannes Lehtonen, Antonia Sattler, Tobias Kreutz, Matthias Lettl, Sebastian Privik

TU Hamburg mit HecTO-R

Luftfahrzeug TUHH HecTO-R Konzept des Teams der TU Hamburg
Luftfahrzeug TUHH HecTO-R
Konzept des Teams der TU Hamburg
Credit: TU Hamburg
Das Konzept HecTO-R des einen Teams der TU Hamburg ist ein Hybrid zwischen einem Quadcopter und einem Blended-Wing-Heckstarter, der einen vertikalen Start- und Landevorgang (VTOL) mit einem schnellen Reiseflug kombiniert. Die Tragflächen sind optimiert, um stabile und sichere Flugeigenschaften zu gewährleisten und mögliche Unfallrisiken zu minimieren. Um die Luftqualität in Akkus von Licerion High Energy (HE) betrieben, die über eine ausreichende Speicherkapazität für zwei Einsätze verfügen. Um Masse und Kosten zu reduzieren, werden fast alle Komponenten aus kohlefaserverstärkten Polymeren (CFK) hergestellt. HecTO-R kann sehr flexibel auf klappbaren Stelzen, die sich an der Rückseite des Rumpfes befinden, landen. Der leichte Lademechanismus aus Aluminium ist in den Rumpf integriert, sodass HecTO-R Päckchen fast überall selbständig platzieren kann.

Team: Anushan Thiripuvanam, Flavio Geronimo, Michael Szymanski, Niklas Schmidtke, Juan Felipe Ricardo Ramirez

TU Hamburg mit City-Del

City-Del - Konzept des Teams der TU Hamburg
City-Del
Konzept des Teams der TU Hamburg
Credit: TU Hamburg

Die Paketdrohne des Konzepts City-Del des anderen Teams der TU Hamburg ist vollständig aus kohlefaserverstärktem Polymer, um das Gewicht zu minimieren. Um auf engem Raum zu operieren, verfügt City-Del über einen vertikalen und einen horizontalen Modus. Der Vertikalmodus wird durch acht koaxial angeordnete Rotoren ermöglicht. Dies verleiht der Drohne Manövrierfähigkeit. Der horizontale Modus wird durch zwei, an den Flügeln montierten Rotoren und einem umgekehrten V-Leitwerk ermöglicht. Während des Einsatzes versorgt ein Akkupaket, bestehend aus 60 Zellen, die Triebwerke und die Avionik mit ausreichend Energie. City-Del enthält einen Kondensator, der die Energieversorgung während des kombinierten Wechsels von Akkus und Ladeeinheit überbrückt.

Team: Sören Bähr, Lenard Barkow, Jannik Herrmann, Neermegha Mishra, Sofia Schäfer, Rakshith Sudarshana

Kontakt
  • Falk Dambowsky
    Pres­se­re­dak­ti­on
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)

    Me­dia|Re­la­ti­ons
    Telefon: +49 2203 601-3959
    Linder Höhe
    51147 Köln
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  • Sebastian Wöhler
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    In­sti­tut für System­architekturen in der Luft­fahrt
    Hein-Saß-Weg 22
    21129 Hamburg
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  • Benjamin Fröhler
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    In­sti­tut für System­architekturen in der Luft­fahrt
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