S
eit jeher fasziniert der Vogelflug
die Menschen. Visionäre, Wissen-
schaftler, Flugpioniere – für sie
war fliegen eine der faszinie-
rendsten Herausforderungen und eines
der grössten Abenteuer. Sie beobachteten
den Vogelflug genau und analysierten die
Anatomie der Vögel im Detail. Inspiriert
von der Möwe, ist es Festo nun mit dem
SmartBird gelungen, den Vogelflug tech-
nisch nachzubilden. Der bionische Vogel
geht einen ersten revolutionären Schritt
hin zu einer äusserst energie- und res-
sourceneffizienten Leichtbauweise. Die
dabei entwickelte Funktionsintegration
von gekoppelten Antrieben gibt wichtige
Anregungen und liefert aufschlussreiche
Erkenntnisse zur Optimierung hybrider
Antriebstechnologien. In die Entwicklung
des SmartBird sind die langjährigen Erfah-
rungen der Bionic-Learning-Projekte Air-
Ray und AirPenguin eingeflossen. Das aus
dem Projekt gewonnene Wissen eröffnet
neue Ansätze und Lösungswege für die
Automation.
Integriertes Konzept
Der SmartBird ist Faszination pur. Sein
mechatronisch-kybernetisches Gesamt-
konzept verbindet viele einzelne Lösun-
gen zu einem einzigartigen Fluggerät.
Möglich wurde die Entwicklung erst durch
die Integration einer intelligenten Mecha-
nik und einer elektrischen Antriebstech-
nik, der Erkenntnisse aus der Strömungs-
lehre, der intelligenten Steuerungs- und
Regelungstechnik sowie des Condition
Monitoring. Hinzu kamen die permanente
wissenschaftliche Validierung und der
Transfer der daraus gewonnenen Erkennt-
nisse in die Praxis.
Aktive Torsion
SmartBird startet, fliegt und landet
selbstständig – nur mit dem Schlag
seiner Flügel. Seine Flügel bewegen sich
nicht nur auf und ab, sie verdrehen sich
gezielt. Verantwortlich hierfür zeichnet
der aktive Gelenktorsionsantrieb, der in
Verbindung mit einer komplexen Rege-
lung elektromechanische Wirkungsgrade
von bis zu 45% im Flugbetrieb erreicht.
Die aktive Torsion des Flügels arbeitet
ohne zusätzliche Auftriebshilfen. Mit der
aktiven Torsion des Flügels werden aero-
dynamische Wirkungsgrade von bis zu
80% erreicht. Flügelschlag und Verdreh-
ung erfolgen im Takt weniger Millisekun-
den und bewirken optimale Strömungs-
verhältnisse der Luft am Flügel. Dabei
kommt der SmartBird in der Aussenhülle
ohne rotierende Teile aus und ist somit
für Menschen nicht ver-
letzungsgefährdend.
Perfekt in Bewegung
Der Schwingenflug des SmartBird setzt
sich aus zwei zentralen Bewegungen zu-
sammen. Zum einen schlagen die Flügel
auf und ab, wobei vom Rumpf bis zur
Flügelspitze die Auslenkungen über eine
Hebelmechanik grösser werden. Zum
anderen verdreht sich der Flügel so, dass
die Flügelnase beim Aufschlag nach
oben zeigt und der Flügel einen positi-
ven Anstellwinkel erhält.
Dieser besteht aus einem zweiteiligen
Armflügelholm mit einer Achsaufnahme
am Rumpfaustritt, einem Trapezgelenk
und dem Handflügelholm. Vor- und Auf-
trieb des SmartBird werden ausschliess-
lich durch das Schlagen der Flügel erzeugt
und benötigen rund 25 Watt Leistung.
Aerodynamischer Wirkungsgrad
80 Prozent
Untersucht und gemessen wurde SmartBird in seiner Entwicklung nach dem
Vorbild des französischen Physiologen Étienne-Jules Marey (1830 –1904).
Er liess Vögel in einem Rundlauf fliegen und untersuchte ihren Flug. Für die
Bestimmung des elektromechanischen Wirkungsgrads wurde eigens ein
Versuchsgerät entwickelt, ein sogenanntes Bremsdynamometer. SmartBird
und seine Vorgängermodelle verfügen über elektromechanische Wirkungs-
grade bis etwa 45%. Bei Messungen im Rundlauf wurden für den aerodyna-
mischen Wirkungsgrad Werte bis zu 80% ermittelt.
Ermittlung
des Gesamtwirkungsgrads im Rundlauf.