Info Air_ray Eine ferngesteuerte Hybridkonstruktion mit Schlagflügelantrieb
Der Vogelflug als Vorbild 2 Skizze von Leonardo Da Vinci Etienne-Jules Mareys kinematographische Aufnahme Wie ein Vogel fliegen zu können, ist ein Jahrtausende alter Menschheitstraum. Ob in der griechischen Mythologie bei Ikarus und Dädalus, in der Renaissance bei Leonardo Da Vinci, oder um 1900 bei Otto und Gustav Lilienthal: Der Wunsch, wie ein Vogel zu fliegen, war die Vision, die für viele Menschen der Ansporn war und ist, sich mit dem Vogelflug intensiv auseinander zu setzen. Durch diese Forschungen und Entwicklungen entstehen immer wieder neue Flugapparate, die den Vogelflug nachahmen. In unserer Zeit gibt es Projekte, wie z.B. der Ornithopter von Professor Dr. James DeLaurier von der Universität in Toronto, die das Ziel haben, einen Mann tragenden Schlagflügelantrieb zu realisieren. FürFestoist dieFaszinationfürbewegteLuftAntriebfürdieZukunft. Nicht nur im Bereich seiner Kernkompetenz, der Pneumatik, sondern auch weit darüber hinaus. Leonardo Da Vinci baute im Jahr 1490 erste Schlagflügelmodelle, um diesem Menschheitstraum näher zu kommen. Etienne-Jules Marey, der von 1830 – 1904 lebte, führte die ersten wissenschaftlichen Untersuchungen zur Bewegung von Lebewesen durch. Erst durch seine kinematographischen Aufnahmen wurde das Studium einzelner Bewegungssequenzen möglich. Otto Lilienthal veröffentlichte im Jahr 1889 das Buch “Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst; ein Beitrag zur Systematik der Flugtechnik”. Zahlreiche Versuche und Analysen, die Otto Lilienthal zusammen mit seinem Bruder Gustav Lilienthal durchführte, brach-ten eine Vielzahl von Hängegleitern, Schlagflügelmodellen und erste wissenschaftliche Messungen zum Thema Aeronautik hervor. Im Kapitel “Der Vogel als Vorbild” beschreibt Otto Lilienthal detailliert den Flug der Möwe. Im Jahre 1906 kombinierte Alberto Santos-Dumont in Frankreich die Leichter-als-Luft-Luftfahrt und das Fliegen.Bei der Leichter-alsLuft-Luftfahrt entsteht der Auftrieb durch ein in einer Hülle eingeschlossenes Traggas, wie z.B.Wasserstoff, Helium, Heißdampf oder Heißluft. Beim Fliegen wird die Auftriebskraft genutzt, die durch die Luft erzeugt wird, und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten an einer gewölbten Fläche vorbei strömt. Alberto SantosDumont montierte an sein Luftschiff Nr.14 das Flugzeug “14-bis”. Solche hybride Konstruktionen hatten zu Beginn der Luftfahrt den Vorteil, dass der Auftrieb, der mit Hilfe der anströmenden Luft erzeugt wird, nur ein Teil der Gesamtlast des Flugzeuges zu tragen hat. Der andere Teil der Traglast wurde vom Luftschiff getragen. Diese Hybridkonstruktionen waren windanfällig und nur schwer zu steuern. Luftschiff kombiniert mit Flugzeug, von Santos-Dumont
3 Ein Servoantrieb zieht in Längsrichtung alternierend an den beiden Flanken und bewegt so den Flügel auf und ab. Was kompliziert klingt, ist tatsächlich ein einfaches Prinzip, das in unserem Fall dem Air_ray die volle Kraftentfaltung des Schlagflügels ermöglicht. Ergänzt wird diese Struktur durch einen torsionssteifen Mittelholm,dervonRainerMugrauerentwickeltwurde.Dieser dient als AuflagefüreinenServoantrieb,deram äußerenEndedes Mittelholms montiert ist. Mit diesem Servoantrieb kann der Schlagflügel in seiner Querachse verdreht werden.Dadurch wird das Rückwärtsfliegen des Air_ray’s möglich. Das Höhenruder ist ebenfalls als einemittelsServoantrieb angetriebeneFin RayStrukturausgeführt. Festo zeigt bei diesem Projekt, wie das Vorbild der Natur zu neuen Lösungen inspirieren kann. Der Bewegungsablauf kommt dem des biologischen Vorbilds schon sehr nahe. Flugfiguren, wie sie von Vögeln ausgeführt werden, sind möglich. Kamerabilder können live vom Air_ray übertragen werden. Die Diagnose der Betriebszustände ist online möglich. Der Einsatz von Strukturen, die der Natur nachempfunden wurden, können auch in der Automation zu neuen Lösungen führen. Schlagflügel Air_ray hat den Mantarochen als Vorbild, der mit seiner dem Schlagflügel ähnlichen Konstruktion schon seit vielen Jahrtausenden in den Weltmeeren schwimmt. Die Form des Mantarochens hat sich in vielen Evolutionsschritten strömungsoptimiert. Air_ray ist eine ferngesteuerte Hybridkonstruktion aus einem mit Helium gefüllten Ballonett und einem Schlagflügelantrieb. Das Ballonett ist eine gasdichte Hülle aus aluminiumbedampfter “PET Folie”, mit einem Gewicht von 22 Gramm pro qm. In diese Hülle können 1,6 cbm Helium eingefüllt werden. Da 1 cbm Helium ca.1 Kilogramm Auftrieb erzeugt, darf der Air_ray 1,6 Kilogramm Gesamtmasse nicht überschreiten. Luft hat eine Dichte von 0,0012 kg/dcm3 bei 20 Grad Celsius auf Meeresspiegelhöhe, im Vergleich dazu hat Wasser eine Dichte von ca. 1kg/dcm3. Der Dichteunterschied zwischen diesen beiden Medien führt beim Bau des Air_ray dazu, dass die Konstruktion extrem leicht sein muss. Erst dadurch wird es möglich, mit dem Auftrieb des Heliums den Air_ray annähernd in der Luft zu halten, ihn also im Luftmeer schwimmen zu lassen, wie dies beim Mantarochen im Wasser möglich ist. Der Vortrieb wird durch einen Schlagflügelantrieb realisiert. Der durch einenServoantrieb aufund ab bewegbare Flügel besteht aus einer Struktur, wie man sie in der Schwanzflosse vieler Fische findet. Die Struktur selbst besteht aus einer alternierenden Zug- und Druckflanke, die mit Spanten gelenkig verbunden ist. Wenn eine Flanke mit Druck beaufschlagt wird, wölbt sichdiegeometrische Struktur von selbst entgegender einwirkendenKraftrichtung.Diese StrukturträgtdenNamenFinRayEffect® undwurde von Leif Kniese entwickelt. Sie wird beim Air_ray als aktive Struktur eingesetzt.
Projektbeteiligte Projektinitiator: Dr. Wilfried Stoll, Aufsichtsratsvorsitzender der Festo AG Projektteam: Rainer und Günther Mugrauer, Clemens Gebert, Effekt Technik GmbH, Schlaitdorf Projektleiter, Festo AG & Co. KG: Markus Fischer, Corporate Design Condition Monitoring, Festo AG & Co. KG: Gerhard Bettinger, Exhibition Software Frank Braungardt, Elektronische Kundenkommunikation Technische Beratung: Dr. Dipl.-Phys., Dipl.-Kfm. Werner Fischer, München Animation: Manuel Deutschle, 3d-Anmiation, Digitale Medien, Nürtingen Fotos: Walter Fogel, Angelbachtal Bildarchiv Corbis Germany, Düsseldorf Bildarchiv Collège de France, Paris Marken: Fin Ray Effect® ist eine Marke der Evologics GmbH Festo AG & Co. KG Ruiter Straße 82 73734 Esslingen Germany Telefon 0711347-0 Telefax 0711347-21 55 cc@de.festo.com www.festo.com/de/bionic Technische Daten Spannweite: 4,20 m Länge: 2,80 m Höhe: 0,68 m Gesamtgewicht: 1,60 kg Material Haut: aluminiumbedampfte PET Folie Antrieb: mittels Flügelschlag Energieversorgung: 2Zellen LiPo Akku, 8V,1500 mAh 50116GE
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