Flugleistung (Performance)

Betriebsbereiche verschiedener UA

In diesem Teil erfährst du, was du berücksichtigen musst, um den Leistungsbereich deiner Drohne herauszufinden. Hierzu bekommst du Diagramme, welche dir verdeutlichen, wie der Zusammenhang zwischen der Flugleistung in Abhängigkeit von Geschwindigkeit, Gewicht und Höhe ist. Ebenso gehen wir noch einmal zurück zur Meteorologie, denn auch der Luftruck, die Dichte und die Temperatur bestimmen die Flugleistungen deiner Drohne.

Temperatur, Luftdruck und Luftdichte bestimmen maßgeblich die Leistungen deiner Drohne. Herrschen beispielsweise hohe Temperaturen, nimmt auch die Luftdichte ab, vorausgesetzt, der Luftdruck bleibt gleich. Somit ist auch die Flugleistung deiner Drohne reduziert. Grund dafür ist, dass sich Luft ausdehnt, wenn sie wärmer wird. Die Dichte ist als Masse pro Volumen definiert. Wenn also die Masse gleich bleibt, aber das Volumen aufgrund der höheren Temperaturen zunimmt, ist die Dichte geringer. Der Propeller erzeugt eine Schubkraft, welche von einem gewissen Luftmassendurchsatz abhängt. Dieser Luftmassendurchsatz hängt wiederum von der Luftdichte ab. Je geringer die Luftdichte, desto geringer ist auch der Luftmassendurchsatz bei gleichbleibender Drehzahl. Wenn also bei einer geringeren Dichte den gleichen Aufrieb erzeugt werden soll, muss der Propeller schneller drehen. Das hat seine Grenze beim Erreichen der Maximaldrehzahl des Motors und es ist kein weiterer Steigflug möglich. Wenn man allerdings Propeller mit einem höheren Anstellwinkel benutze, kann man dem entgegenwirken.

Einige Hersteller von Drohnen liefern in ihren Bedienungsanleitungen auch Tabellen, die in Abhängigkeit von Temperatur und Höhe angeben, wie schwer deine Drohne sein darf. Da es sich in diesem Script nur um ein Anwendungsbeispiel handelt, haben wir nur Daten eingetragen, um zu erläutern, wie du diese Tabelle anwendest.

Bild 2: Leistungstabelle eines unbemannten Luftfahrzeugs

Angenommen, wir haben eine Temperatur von 20° C und wollen in einer Höhe von 4000 Fuß fliegen. Wie hoch darf das maximale Abfluggewicht deiner Drohne in Kilogramm sein? Gehe in die 20° C Temperaturspalte, schaust, wo die 4000 Fuß stehen und kannst so den entsprechenden Wert einfach ablesen: 15,4 kg wäre hier das maximale Abfluggewicht. Hier gilt dann der oben darstellte Merksatz. Wird die Temperatur oder die Flughöhe höher, sinkt die Leistung deiner Drohne und das maximale Abfluggewicht wird kleiner. Natürlich kannst du die Tabelle auch verwenden um Herauszufinden, wie hoch du bei einer bestimmten Temperatur und dem aktuellen Abfluggewicht deiner Drohne fliegen kannst.

Flight-Envelope-Diagramm

Ein weiteres Hilfsmittel das dir zeigt, in welcher Höhe du mit welcher Geschwindigkeit fliegen kannst. Das Flight-Envelope-Diagramm. Hier zeigen wir dir eine Prinzipdarstellung eines Starrflüglers.

Bild 3: Flight-Envelope eines Starrflüglers

Auf der X-Achse, Geschwindigkeit in Knoten aufgetragen. Auf der Y-Achse,ist die Höhe in Fuß aufgetragen. Der farbige Bereich zeigt den möglichen Flugbereich dieses Starrflüglers an. Innerhalb dieses Bereiches kannst du dieses Flugzeug betreiben. Der linke Bereich zeigt dir die minimale Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Höhe, welche das Flugzeug fliegen kann. Fliegt das Flugzeug langsamer als diese Geschwindigkeit, gerät es in den so genannten Strömungsabriss (Stall). Das bedeutet, dass das Flugzeug plötzlich keinen Aufrieb mehr erzeugt und wie ein Stein vom Himmel fallen würde, wenn man nicht entsprechende Gegenmaßnahmen einleitet. Die horizontale Linie oben beschreibt die maximale Flughöhe des Flugzeugs. Wenn wir nun an die rechte Seite gehen, sehen wir die maximale Geschwindigkeit des Flugzeugs in Abhängigkeit der Höhe. Vollständigkeitshalber muss erwähnt werden, dass so ein Diagramm immer nur für ein vorgegebenes Gewicht gilt.

Für einen Multikopter könnte ein Diagramm entsprechend so aussehen:

Bild 4: Flight-Envelope eines Multikopters

Da es sich hier nur um Prinzipdarstellungen handelt, nimm dir immer die Bedienungsanleitung deiner Drohne und schaue nach den Informationen. Sei nicht enttäuscht, falls du in der Anleitung deiner Drohne solche Diagramme nicht findest. Viele Hersteller haben diese noch nicht parat. Dennoch müssen in der Anleitung Begrenzungen für Höhe, Gewischt und Geschwindigkeit angegeben sein. Am Ende ist es wichtig, dass du in der Prüfung mit diesen Diagrammen arbeiten kannst. Und das Arbeiten ist immer recht einfach, denn du gehst einfach über die jeweiligen Achsen mit den vorgegebenen Werten in das Diagramm und schaust dann, an welchem Punkt du dich befindest.