Failsave und Rescue Systeme

Zuletzt geändert: 2. Mai 2020
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Es ist ja so, das ein durch die Gegend fliegen­der Mul­ti­copter ein sehr gefährdetes und gefährden­des Gerät ist. Wenn er run­ter­fällt wird er und seine kost­bare Fracht ein­er­seits sel­ber schw­er beschädigt oder zer­stört, und er kann selb­st Schaden an Men­sch / Natur und fremder Leute Gegen­stände verur­sachen.

Gefahrenquellen

Abstürze und Kon­trol­lver­lust durch tech­nis­ches oder men­schlich­es Ver­sagen…

  • Abstürze durch sich lösende und wegfliegende Pro­peller.
  • Ver­let­zun­gen durch drehende Luftschrauben.
  • Lose und durchgescheuerte Leitun­gen.
  • Gebroch­ene Kabel oder Löt­stellen (Kalte Löt­stellen), gelöste oder oxy­dierte Steck­verbinder.
  • Der Akku ist plöt­zlich leer (natür­liche Ent­ladung, oder auch Kurz­schlüsse im Sys­tem).
  • Störun­gen durch elek­tro­mag­netis­che Felder, und Überspan­nun­gen — zB.
  • Ver­sagen elek­tro­n­is­ch­er Bauteile. ZB. wenn Bauteile ausser­halb ihrer Spez­i­fika­tio­nen betrieben wer­den weil sie falsch dimen­sion­iert sind, oder man ne zu große Span­nung anlegt, oder man dran rumgelötet hat, oder sie ein­fach so aus­fall­en.
  • Plöt­zlich auftre­tende Winde oder Regen.
  • Uner­wartet auftre­tende Hin­dernisse in der Flug­bahn
  • Unkon­trol­lier­bare Fluglage
  • Wirbel­ringsta­di­um / Vor­tex Ring State
  • Die Reich­weite der Fern­s­teuerung wird über­schrit­ten
  • GPS wird gestört und zeigt falsch an (ver­set­zt die Posi­tion mal eben um ein paar Kilo­me­ter bei aktiviertem Autopi­loten)… all­ge­mein Störun­gen in der Sen­sorik.
  • Piloten­fehler

Am schlimm­sten sind aber die Dinge die einem nicht ein­fall­en… die uner­warteten Zwis­chen­fälle. Das erste und wichtig­ste Res­cue-Sys­tem ist eine Flugver­sicherung! Das zweitwichtig­ste Res­cue-Sys­tem ist: Das Gerät per­fekt manuell fliegen kön­nen!

Lösungen

Sorgfältiger, möglichst ein­fach­er und über­sichtlich­er Auf­bau. Möglichst wenige Kom­po­nen­ten ver­bauen… was nicht einge­baut wird kann auch nicht kaputt gehen. Ein­hal­tung der Sicher­heits­bes­tim­mungen beim Bau, und beim Flug, Flugver­sicherung abschließen, erforder­liche Genehmi­gun­gen ein­holen (Flugamt, Eigen­tümer der Grund­stücke etc.), Check­lis­ten für die Inbe­trieb­nahme abar­beit­en. Alles  drei mal und mit min­destens vier Augen prüfen beim Bau, beim Set­up und bei der täglichen Inbe­trieb­nah­men (Kabel schützen, Schrauben sich­ern), keine Bil­lig­bauteile ver­wen­den, das Flug­gerät ken­nen und beherrschen — (also fliegen ler­nen)! Immer zu zweit oder sog­ar dritt fliegen und Sichtkon­takt hal­ten, wach­sam und aufmerk­sam sein. Sich nicht durch Zuschauer ablenken lassen… Fra­gen kann ja evtl. der Begleit­er beant­worten, etc…

  • AP-Man­ag­er für Redun­danz des Flight­con­trollers Pix­hawk !!

Fallschirme

Zu Fallschir­men habe ich ein ges­paltenes Ver­hält­nis. Ein­er­seits finde ich sie sehr geil — was gibt es besseres wenn mein teueres und wertvolles Flug­gerät vom Him­mel fällt, aber bei genauem Nach­denken ent­decke ich auch einige Schwächen. Fallschirme ent­fal­ten ihre Wirkung nur in großen Höhen. Sie brauchen Zeit zum öff­nen. Ein klein­er Fallschirm öffnet sich zwar schneller, senkt aber unter Umstän­den die Fallgeschwindigkeit nicht aus­re­ichend  sodass der Auf­prall immer noch heftig ist. Ein großer Fallschirm öffnet sich langsamer, ist daher nur für große Flughöhen geeignet. Das Sys­tem erhöht das Gewicht. Der Schirm öffnet sich zu spät oder gar nicht. Der Schirm kann sich in den Auslegern und drehen­den Pro­pellern ver­fan­gen.  Durch die unkon­trol­lierte Ladung kann der Mul­ti­copter im Baum hän­gen bleiben, oder an Mas­ten bzw. Gebäu­den , oder er lan­det unkon­trol­liert im Wass­er. Alles irgend­wie nicht gut. Auf den Wer­be­v­ideos sieht man immer nur das  der Fallschirm sofort — während des sta­bilen Fluges  aus­gelöst wird. Das halte ich aber für unre­al­is­tisch. Der Copter fällt beschle­u­nigt mit ca. 10 Metern pro Sekunde.  Das bedeutet das auch der Men­sch als Fak­tor eine Rolle spielt, denn wenn er nach Real­isierung der Not­fall­si­t­u­a­tion und anfal­l­en­der Schreck­sekunde den Aus­lös­er für den Fallschirm drückt  kann es schon zu spät sein. Ich denke ein Fallschirm sollte nicht (nur) manuell aus­gelöst wer­den, son­dern automa­tisch ab ein­er bes­timmten Flughöhe, wenn die Motoren abgestellt (aus­ge­fall­en) sind oder der Copter eine bes­timmte Schräglage über­schre­it­et (zb. 75 Grad). Mir fall­en bes­timmt noch mehr Kri­te­rien ein

Sollbruchstellen

Hat­te ich schon an ander­er Stelle erwäh­nt. Beim Entwurf und der Kon­struk­tion berück­sichtigte Soll­bruch­stellen kön­nen bei einem Crash Schaden an wertvolleren Kom­po­nen­ten ver­mei­den.

Redundante Systeme

Darunter ver­ste­ht man ein Zweit­sys­tem das den Aus­fall des Haupt­sys­tems kom­pen­siert. Das fängt bei den Antrieben an — was ab 8 Antrieben wun­der­bar gelöst ist — darunter nur mit Ein­schränkung, und geht über Akkus, die Verk­a­belung, den Bor­drech­n­er, die Sen­soren und den Empfänger (zB. der Empfänger GR-32 Dual HoTT ). Bor­drech­n­er und Sen­soren sind lei­der nicht redun­dant aus­gelegt. Als erste Sys­tem dieser Art das mir vor kurzem der GEMINI - Flight­con­troller über den Weg gelaufen. Das 3DR Pix­hawk Board zeigt auch erste Ansätze in der Rich­tung (siehe Artikel Das Mul­ti­copter Flight­board). Hier darf man ges­pan­nt sein wo die Entwick­lung für Con­sumer-Pro­duk­te hinge­ht. Das Prob­lem bei der Redun­danz ist, das man die Kom­plex­ität des Sys­tems erhöht. Es ist schw­er den “sin­gle point of fail­ture” / SPOF weg zu bekom­men.

Telemetrie, Datenlogger & Lipo Warner

Es ist auf jeden Fall von Nutzen den aktuellen Sta­tus des Flug­gerätes angezeigt zu bekom­men, um eventuelle Fehlfunk­tio­nen und Defek­te frühzeit­ig zu erken­nen und schnell reagieren zu kön­nen.

Copter wieder finden

Ist das Flug­gerät uner­wartet not­ge­landet lässt es sich oft  nur schw­er wiederfind­en. Helfen kann ein GPS oder Peilsender:

  • Ortungs­gerät Loc­ca
  • Lost and Found Track­er Tile
  • Peilsender (zb.  Loc8tor, zB. bei Ama­zon)
  • Für eine Not­landung im Wass­er eignet sich das Get­ter­Back Angel Recov­ery Sys­tem mit Schwimm­bo­je aus dem Anglerbe­darf. Geht der Copter, unter kann er über die Schwimm­bo­je lokalisiert und mit der Leine gebor­gen wer­den wie dieses Video zeigt..

Hil­fre­ich kann auch eine auf­fäl­lige Farbe des Flug­gerätes sein, oder ein Adres­saufk­le­ber / Tele­fon­num­mer.

Find­en kann man ein not­ge­landetes Flug­gerät auch mit einem 2. Copter + FPV Aus­rüs­tung, oder ein­er ein­fachen nach unten gerichteten Videokam­era.

Fazit

Es gibt keine 100% Sicher­heit. Man kann schon viele Gefahren­quellen bei der Kon­struk­tion und beim Bau ver­mei­den. Egal ob Fallschirme, redun­dante Sys­teme, oder Bergungsys­teme. Alle Entwick­lun­gen auf dem Gebi­et sind span­nend und wir wer­den sie mit Inter­esse weit­er ver­fol­gen. Man sollte sich ein­fach bewusst sein das man kein Spielzeug bewegt son­dern ein aus­gewach­senes Flug­gerät, und entsprechend sollte man sich auch ver­hal­ten.

Verwendete Rescue Systeme

Wir ver­wen­den zB. Lipowarn­er, mehrere getren­nte Stromkreise für die Elek­tron­ik,…

Hier mal ein erster Mock­up für einen Fallschirm-Behäl­ter:

P9200096
Mock­up für die Unter­bringung eines Fallschirms am Copter.
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