Der Klimawandel erhöht das Risiko für Waldbrände auf der ganzen Welt. Daher schrieb das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR bei seiner diesjährigen Design Challenge die Aufgabe aus, eine Flotte von Luftfahrzeugen zur Bekämpfung von Feuern zu entwerfen. Der Wettbewerb richtete sich an Studentinnen und Studenten.
Die Aufgabenstellung: Eine Flotte von Wasserbombern zu konzipieren, die zusammen mindestens 11.000 Liter Wasser in einem einzigen Löschangriff an einen Brandort liefern kann. Die Anzahl der Flugzeuge und deren jeweilige Nutzlast blieb den Teams überlassen und sollte Teil des Betriebskonzepts sein. Bis 2030 sollen sie einsatzbereit sein, so eine weitere Bedingung.
Bäume, schlechte Sicht, kleine Gewässer
Die Vehikel müssen Wasser aus nahen Wasserquellen wie Seen, Flüssen oder Meeren aufnehmen können und auch kleine oder von Bäumen umgebene Gewässer erreichen. Dies erfordert sehr kurze Start- und Landefähigkeiten. Jedes Luftfahrzeug muss entweder von einer Person an Bord, vom Boden aus oder automatisiert gesteuert werden und auch nachts und bei schlechten Sichtverhältnissen starten, landen und Wasser aufnehmen können.
Das Ziel war es, die innerhalb von 24 Stunden zum Brandort transportierte Wassermenge zu maximieren. Die einzelnen Wasserbomber sollten so aufgebaut sein, dass sie grundsätzlich auch als Passagier- oder Fracht-Variante produziert werden sowie andere Aufgaben übernehmen können.
In der oben stehenden Bildergalerie sehen Sie die Entwürfe.
So könnten die Löschflugzeuge der Zukunft aussehen
Erfolgreicher Beitrag: Dipper ist ein hybrid-elektrisches Amphibienflugzeug, entworfen vom Team der DHBW Ravensburg. Verteilte elektrische Antriebe durch sechs gegenläufige Propeller entlang der Spannweite sowie zwei Propeller an den Flügelspitzen steigern die aerodynamischen Eigenschaften. Diese Konfiguration erlaubt kurze Strecken für Start, Landung und Wasseraufnahme auf Wasserfreiflächen. Die Luftfahrzeugflotte besteht aus sechs Vehikeln, die über die zusätzlich entwickelte Software Aegis ferngesteuert, koordiniert und überwacht werden. Das Flugzeug kann zudem als Transport- oder Forschungsflugzeug in entlegenen und rauen Gebieten eingesetzt werden. Darüber hinaus ist auch eine Umrüstung für humanitäre Missionen nach Naturkatastrophen möglich.
DHBW Ravensburg/Dipper & AEGIS
Erfolgreicher Beitrag: FireF(l)ighter vom Team der DHBW Ravensburg ist eine Kombination aus Hub- und Tragschrauber. Die Leistung sowohl für den Vertikalflug als Hubschrauber als auch für den Horizontalflug als Tragschrauber wird durch eine konventionelle Gasturbine bereitgestellt. Im Hubschraubermodus können kleine und bewaldete Wasserquellen genutzt werden, um Löschwasser aufzunehmen. Über eine Saugvorrichtung wird der Wassertank im unteren Bereich des Rumps befüllt. Durch Verwendung von Löschzusätzen können Schaumteppiche erzeugt werden zur Unterdrückung von wieder aufflammenden Feuern in Abstimmung mit Löschtrupps am Boden. Die Flotte von zehn Vehikeln wird durch mehrere Leute vom Boden aus gesteuert.
DHBW Ravensburg/FireF(l)ighter
Erfolgreicher Beitrag: Beim Konzept Glaros von TU Dresden und TU Braunschweig ermöglicht die Flugzeugkonfiguration eine höhere Effizienz im Reiseflug, um größere Mengen Wasser aufzunehmen. Um die Nachteile gegenüber senkrecht startenden Vehikeln auszugleichen, nutzt Glaros, Griechisch für Möwe, den erhöhten Auftrieb aufgrund der verteilten Antriebe des turboelektrischen Systems, um die Startstrecke zu minimieren. Zwei Batterien und ein Turbogenerator dienen als Energiequelle. Um die Klimawirkung zu reduzieren, kann Sustainable Aviation Fuel SAF genutzt werden. Da Glaros ein ferngesteuertes Luftfahrzeug ist, nutzt das Team Kommunikation per 4G/5G-Mobilfunknetzwerk und Satellit für eine zuverlässige Steuerung. Glaros ist ein Flugboot und nutzt die sogenannte Scooping-Technik, bei der es aufs Wasser aufsetzt und unter Beibehaltung der Geschwindigkeit seine Tanks füllt.
TU Dresden/TU Braunschweig/GLAROS
3. Platz: Der Kombinationsflugschrauber Fire Wasp der RWTH Aachen vereint die positiven Eigenschaften von Hubschraubern und Flugzeugen. Rotoren sowie Tragflächen sorgen für einen effizienten Reiseflug bei gleichzeitig hohen Fluggeschwindigkeiten. Eine konventionelle Gasturbine ermöglicht eine uneingeschränkte Flugleistung und soll außerdem bis zur Indienststellung im Jahr 2030 vollständig mit nachhaltigem Treibstoff betrieben werden. Fire Wasp kann senkrecht starten und landen, was eine Wasseraufnahme aus sehr kleinen Quellen mittels Schnorchelpumpe ermöglicht. Die Flotte, bestehend aus einem Aufklärungsflugschrauber mit spezieller Ausrüstung und sechs weiteren Vehikeln mit Löschausrüstung, wird autonom betrieben und kann bei Bedarf von einer mobilen Bodenstation aus ferngesteuert werden. Durch modulare Integration kann Fire Wasp auch für Frachttransport, Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln und Umweltbeobachtung dienen.
2. Platz: Beim Konzept PEL-E-FAN-T (kurz für proPELlor driven turbo Electric hybrid Firefighting AutoNomous vTol) der TU Dresden handelt es sich um eine unbemannte Drohne. Die hybridelektrische Antriebsarchitektur erlaubt Vertikal- und Horizontalflug. Die vier Vertikalen Propeller ermöglichen es der Drohne, senkrecht zu starten und zu landen. Dies befähigt PEL-E-FAN-T, auch sehr kleine Wasserquellen für die Löschaktionen zu nutzen. Durch Pumpen kann PEL-E-FAN-T Wasser an Bord nehmen. Des Weiteren sieht das Team Fracht- und Passagiermodule vor, um die Nutzung auch außerhalb der Waldbrandsaison zu ermöglichen.
1. Platz: Inferno (kurz für INtelligent FirE RespoNse Operation) vom Siegerteam der Universität Stuttgart nutzt acht horizontale Rotoren, um senkrecht starten und landen zu können, und zwei Propeller für den Vorwärtsflug. Möglich gemacht wird dies durch das hybridelektrische Antriebskonzept, das durch SAF angetrieben wird. Das Fluggerät nutzt zwei verschiedene Methoden, um Wasser auch von kleinen Gewässern aufzunehmen. Da Inferno von einer Person an Bord gesteuert wird, hat das Team ein umfangreiches Cockpitdesign entwickelt, um auch bei schlechter Sicht und bei Nacht sicher fliegen zu können. Inferno ist hoch modular entworfen, um auch Fracht oder Passagiere zu transportieren. Um die Löschaktivitäten noch effektiver zu machen, sieht das Betriebskonzept die Möglichkeit zur Luftbetankung vor.
Universität Stuttgart/INFERNO
