Digital Zachering

Digital Zachering – Ein überregionales Messprojekt der Akaflieg Karlsruhe

Das Sondermessprojekt „Digital Zachering“ der Akaflieg Karlsruhe hat die Grundidee, den Flugzustand eines Segelflugzeuges möglichst gut mit einfachen Mitteln abzubilden. Die ersten Messflüge konnten Anfang August auf dem Sommertreffen der idaflieg durchgeführt werden.

Die AK-8 wartet auf dem Sommertreffen der idaflieg auf ihren ersten Start mit dem Messpod

Das Sommertreffen wird von der idaflieg (Interessengemeinschaft Deutscher Akademischer Fliegergruppen) organisiert. Besondere Unterstützung kommt dabei vom Deutschen Zentrum für Luft-und Raumfahrt (DLR) und dem Luftfahrtbundesamt (LBA).

Beim Sommertreffen kommen Mitglieder aller deutschen Akafliegs für drei Wochen zusammen, um das wissenschaftliche Fliegen zu üben und diverse Sondermessprojekte (SMPs) durchzuführen. Diese Sondermessprojekte können Erprobungsflüge von Prototypen oder aber ganz andere Forschungsprojekte, wie eben das Digital Zachering, sein. Das Großartige ist, dass man sich bei der Veranstaltung mit vielen Experten aus ganz Deutschland austauschen kann. Zudem werden die Kosten für die Messflüge vom DLR übernommen.

Das Zachern ist einer der Hauptschwerpunkte des Sommertreffens. Es dient der systematischen Erfassung der Flugeigenschaften eines Flugzeuges und gleichzeitig der Ausbildung von Piloten im Bereich des wissenschaftlichen Fliegens. Dabei müssen die Piloten diverse Steuereingaben geben und beobachten wie sich das Flugzeug verhält. Die erfassten Daten werden auf Papier festgehalten. Mit dem Digital Zachering wird zusätzlich zu der handschriftlich erfassten Beobachtung eine digitale Aufnahme der Flugbewegung realisiert.

Aufbau der Messbox

Als Herzstück des Messsystems dient ein Pixhawk Autopilot für unbemannte Luftfahrsysteme (UAS). Die Cube- und Ardupilot-Projekte sind dabei für uns besonders interessant, da sie Open-Source sind. Es können also alle Hardware- und Softwarekomponenten nachvollzogen werden und eigene Weiterentwicklungen sind dank guter Dokumentation für viele Studenten realisierbar. Mit dem CubePilot ist es uns möglich, zuverlässig umfangreiche Datensätze zu generieren. Er verfügt sowohl über ein internes Sensorsystem zum Flugzustand und bietet darüber hinaus viele Schnittstellen für externe Messtechnik. Neben des GPS- und lagebasieren Navigationssystems haben wir für Erfassung der Strömung und des Flugzustanden in dieser Kampagne ein einfaches Prandtl-Rohr, sowie einen Temperatur- und Feuchtesensor verwendet.

Eine weitere Herausforderung war das aerodynamische Gehäuse der Box. Diese wurde am Institut für Mikroverfahrenstechnik am KIT aus SLA-Harz gedruckt. An diesem Institut konnten wir auch schon OpenAccess 5-Lochsonden (The Oxford Probe), mittels BinderJetting, additiv fertigen. Eine Oxford-Sonde soll im Winter in das Messsystem integriert werden. Das spannende an diesen Sonden ist, dass sie nicht im Windkanal kalibriert werden müssen (Hall and Povey 2017). Wir wollen diese Sonden erstmals für die Flugdatenerfassung einsetzen.

Auswertung der Daten

Einige Wochen vor Beginn unserer Messkampagne auf dem idaflieg-Sommertreffen haben wir tatkräftige neue Teammitglieder aus der Akaflieg Braunschweig gewonnen. Die Akaflieg Braunschweig arbeitet ebenfalls an Konzepten zur Flugdatenerfassung und -auswertung. Unverhofft kommt oft und so führen wir das Projekt jetzt überregional durch, ganz im Sinne der idaflieg. In Brauschweig wurde ein Online-Tool, speziell für die Auswertung der Messpoddaten entwickelt. Hiermit können Piloten ihre Flugdaten interaktiv mit einer Python-basierten Web-App auswerten. Es geht insbesondere darum einzelne Flugmanöver schnell und einfach in den Daten zu markieren und mit zusätzlichen Metadaten zu versehen. Dabei sind interessante Punkte zum Beispiel die erflogenen Manöver, in welcher Flugzeugkonfiguration gestartet wurde oder besonderheiten des Wettergeschehens. Mit diesen Metadaten wird die Auswertung der Manöver in Nachgang wesentlich vereinfacht, vor allem wenn längere Zeit zwischen dem Flug und der Auswertung liegt. Die Web-App ist auch eine hervorragende Möglichkeit für Piloten, den eigenen Flug und die Erfahrung unter Einbezug von echten Messdaten zu rekapitulieren.

Das Online-Tool zur Flugdatenauswertung

Zulassung und Dokumentation

Schon im letzten Jahr haben wir eine – damals noch kastenförmige – Messbox entwickelt. Die Sensoren, im Speziellen Fünflochsonde, Inertia Navigation System, Druck-, Feuchte – und Temperatursensoren wurden von der Arbeitsgruppe Umweltphysik an der Uni Tübingen bereitgestellt. 2020 konnten einige Unklarheiten bei der Zulassung nicht ausgeräumt werden. Daher haben wir uns entschlossen für das Jahr 2021 einige grundsätzliche Änderungen im Design, wie oben beschrieben, umzusetzen.

Durch diese Erfahrung war bereits im Vorfeld klar, welche Punkte wir bei der Zulassung beachten müssen. Dies ist auch für die Gruppe eine gute Möglichkeit gewesen, um sich an der Zulassung von (Mess-)Anbauten zu versuchen. Insbesondere haben wir ganz am Anfang, gemeinsam mit Werner „Micro“ Scholz von der SFL GmbH, eine Liste von möglichen Szenarien entworfen, die sicherheitsrelevant sind und daher gleich in der frühen Konzeption für die Zulassung berücksichtigt werden müssen. Für uns war besonders die Festigkeit beim Crashfall entscheidend. Hierbei musste nachgewiesen werden, dass der gesamte Verbund auch im Crashfall am Leitwerk haften bleibt und somit auch nicht ins Cockpit einschlägt. Durch die Rechnungen konnten wir nachvollziehen dass der Verband sehr sicher am Leitwerk haftet. Einen anderen, wichtigen Punkt stellte die Lage des Schwerpunktes und der sich daraus verändernde Trimmplan dar. Bei Interesse kann gerne auf das gesamte Know-How der Zulassung zurückgegriffen werden. (Anfragen an: messpod@akaflieg-karlsruhe.de)

Zur Dokumentation gibt es einen Gitlab Repository, auf welchen jede interessierte Person Zugriff bekommen kann. Zudem sind die Gesichtspunkte der Zulassung auf dem idaflieg-Server hinterlegt. Bei weiteren Fragen kann man sich gerne jeder Zeit an die Akademische Fliegergruppe Karlsruhe wenden.

Messpod auf Leitwerk der AK-8

Erste Ergebnisse

Nach vielen Monaten der Vorbereitung ging es auf das Sommertreffen. Hier konnten wir am Donnerstag, dem 12.08.2021, endlich zum ersten Flug mit der Box starten. Es war ein voller Erfolg! In der Auswertung konnten wir erste Plots generieren. So wurden einige Vollkreise bei 100 km/h Fahrtmesseranzeige geflogen. Diese ließen sich auch in der Datenmenge wiederfinden.

Leider konnte die zweite Woche des Sommertreffens, in der die Breitenerprobung des Messsystems geplant war, nicht mit gutem Wetter punkten. Daher konnten leider keine weiteren Messflüge durchgeführt werden. Das ist zwar schade, aber kein Genickbruch, da die AK-8 schon darauf wartet die Messanlage in Rheinstetten auszuführen. Und wir freuen uns auch schon sehr darauf.

Die Daten des Sommertreffens geben uns bereits wichtige Informationen und zeigen auf wo wir das System weiter verbessern können.

In der Zukunft hoffen wir, dass wir den Messpod als Teil eines modularen Systems ohne spezifische Sensoren zulassen können. Dann könnten andere Forschungsgruppen auf uns zukommen und ihre Sensoren und Sonden einbauen lassen. Dies würde den Gruppen dabei helfen, dass sie bei der Erprobung ihrer Sensoren und Sonden nicht auf Drohnenflug zurückgreifen müssten. Außerdem gewinnt die Akaflieg Karlsruhe an Erfahrung.

Das Projektteam ist auf jeden Fall schwer begeistert vom Digital Zachering. Daher könnt ihr euch darauf freuen, bald von weiteren Fortschritten (und vielleicht auch Rückschlägen) zu hören.

Für Anfragen, Rückmeldungen und Anregungen schreibt gerne an: messpod@akaflieg-karlsruhe.de

Referenz:

B. Hall and T. Povey (2017). „The Oxford Probe: an open access five-hole probe for aerodynamic measurements.“ Measurement Science and Technology 28(3).

Events

Ein Jahr ohne HeSchuLa? Unmöglich!

Das alljährliche Herbstschulungslager in Karlsruhe fand vom 03.10. – 18.10. 2020 statt. Dabei besuchten uns Akaflieger aus Aachen, Hannover, Darmstadt, München, Stuttgart und Esslingen, die neben ihren Flugschülern auch Fluglehrer und Schulungs-Doppelsitzer mitbrachten.

Doch wie (erfolgreich) lief das alles während einer Pandemie ab?

Fluglehrer, Flugschüler und Organisationsleiter ziehen Resümee…

Fluglehrer

– Stefan „Zischi“ Zistler FTAG Esslingen

Es ist fast überflüssig zu erwähnen, wie viel zusätzlichen Aufwand die Pandemie in die Organisation und die Durchführung des Lagers gebracht hat. Es galt, ein Hygienekonzept zu erstellen, Gruppen wurden eingeteilt, Räumlichkeiten und Übernachtungsmöglichkeiten gesucht, Testergebnisse abgewartet … Und so war diesmal natürlich Alles ein klein wenig anders; übernachtet wurde in kleinsten Gruppen bei den Einheimischen, gegessen und gebrieft wurde im Freien und auch der Flugbetrieb fand in getrennten Gruppen statt, um eine Durchmischung weitestgehend zu verhindern. Man kann es jedoch nicht verheimlichen: das gemeinsame Zusammensein in der Werkstatt nach dem Flugbetrieb war einfach durch nichts zu ersetzen, das hat uns wirklich schmerzlich gefehlt.

Dafür war der Flugbetrieb an sich wieder sehr erfolgreich und lehrreich für alle Beteiligten. Das Wetter lies es tatsächlich zu, dass an beinahe allen Tagen geflogen wurde. Und das fast immer von 9:00 bis 18:00 Uhr! Auch für so manchen Fluglehrer unter uns, der den trägen Vereinsbetrieb am Wochenende gewohnt ist, war es eine wahre Grenzerfahrung, 10 oder mehr Tage am Stück bis zu 20 Schulungsstarts am Tag zu machen.

Jeden Tag auf Neue angetrieben und motiviert haben uns Lehrer allerdings wieder die unglaubliche Motivation und der nicht zu brechende Tatendrang der Flugschüler.  Einfach jeder der Teilnehmenden wollte so viele Starts wie möglichaus dem Lager rausholen, und so wurde mit größtem Fleiß Winde gefahren, Seile geholt, Flugzeuge aufgebaut, geflogen und mit viel zu schnellen Lepos zurückgezogen. Mancher FI fürchtete sogar schon um sein Statussymbol (FI-Bauch), das durch die viele körperliche Ertüchtigung zeitweise sehr gefährdet war. Es hat aber einfach wahnsinnig Spaß gemacht, mit einer so motivierten Truppe den Flugbetrieb zu gestalten!

Ein besonderes Merkmal des HeSchuLa ist auch immer, dass bei außergewöhnlichen Bedingungen geflogen wird, bei denen normalerweise kein ziviler Flugsportler auch nur das Haus verlässt. So sind Windenstarts bei 200m Wolkenuntergrenze und leichtem Regen nicht ungewöhnlich. Flüge bis kurz vor Sunset sind an der Tagesordnung. Auch die obligatorischen Starkwindtage waren vorhanden, die teilweise Luvwinkel von 30° forderten, um die Richtung über Grund zu halten.

Flüge unter diesen Bedingungen sind nicht selbstverständlich und tragen viel dazu bei, dass die Schüler Erfahrungen mit ihnen sammeln und ihre persönlichen Grenzen verschieben können. Auch für die Lehrer ist es immer wieder eine Herausforderung zu entscheiden, bis wann ein sicherer Betrieb möglich ist.

Die Sicherheit stand natürlich wie immer an erster Stelle und so wurde auch bei diesem HeSchuLa ein Fokus auf ausführliche Briefings und Debriefings, offene Fehlerkultur und die Qualität der Ausbildung gelegt. Hierbei war wieder ein sehr professionelles Handeln aller Beteiligten festzustellen und es konnten immer konstruktive Diskussionen geführt werden!

Als sonstiges Highlight hatten wir dieses Jahr sogar zeitweise eine eigene Schleppmaschine für gelegentliche Kunstflüge und Trudeleinweisungen. Vielen Dank an dieser Stelle für die unbändige Motivation des Schlepppiloten der Akaflieg Stuttgart, der auch viele neue Erfahrungen beim Umgang mit den Lotsen aus Strasbourg und den marginalen Wetterbedingungen sammeln konnte.

In die Geschichtsbücher eingehen dürfte dieses Jahr auch die Gesamtzahl an während dem Flugbetrieb bestellten Pizzen und Dönern, die die Moral der Truppe über die Mittagszeit immer sehr steigern konnten. Durch diese Maßnahme konnten unter anderem auch die Statussymbole der FI´s vor dem Verfall bewahrt werden.

Ebenfalls sehr attraktiv war die Auswahl an Flugzeugen sowohl für die Schüler als auch die Scheinpiloten. Zur Verfügung standen die Typen DG1000, ASK21, Jeans Astir, AK-5b, AK-5, AK-8, Glasflügel Hornet sowie dankenswerter Weise für Fortgeschrittene die ASG32 und ASG29 der Akaflieg Karlsruhe.

Alles in allem stand dieses HeSchuLa fliegerisch in keiner Weise den Vergangenen nach. Es wurden viele tolle Flüge gemacht, zwei erste Alleinflüge und unzählige Typenkäschtle konnten verzeichnet werden. Zahlreiche neue Unterschriften in den Ausbildungsnachweisen zeugen vom Ausbildungserfolg der teilnehmenden Flugschüler, die sich vielseitig weiterbilden konnten. Wir sind voller Hoffnung, dass die unzureichende Geselligkeit nächstes Jahr nachgeholt werden kann. Immerhin hatten die Einschränkungen natürlich auch etwas Gutes: das Heschula ist letztendlich ohne Corona-Fall geblieben!

 Zu guter Letzt gilt es noch, den zahlreichen Menschen zu danken, die das Heschula in seiner diesjährigen Form wieder ermöglicht haben. Angefangen selbstverständlich beim Orga-Team über die freiwilligen Flugleiter, Windenfahrer, Schlepppiloten und Fluglehrer hin zu den zahlreichen Schülern und Scheinpiloten, die mit ihrer Teilnahme ja erst die Notwendigkeit für das Lager geschaffen haben.

Wir freuen uns schon sehr auf das Heschula 2021, mit genauso motivierten Teilnehmern, interessanten Wetterbedingungen, vielseitigen Eindrücken und tollen und sicheren Flügen!

Flugschülerin

– Anabel „KaTA“ Prietze Akaflieg Karlsruhe

Fliegerisch war das HeSchuLa für die anwesenden Flugschüler ein voller Erfolg, sowohl einsitzig als auch doppelsitzig kam es selten vor, dass man nur zwei Starts an einem Tag ergatterte. Ich persönlich habe das Lager mit nur zwei Starts begonnen und mit 30 Starts beendet. Als blutige Anfängerin habe ich nicht nur davon profitiert, dass ich keine wochenlangen Pausen zwischen den Starts hatte und mich nicht immer wieder neu an das Fliegen herantasten musste, sondern auch, dass ich durch die zahlreich anwesenden Fluglehrer eine beachtliche Bandbreite an Tipps und Tricks erhalten habe. Gerade beim neu erlernten Starten und Landen konnte ich schnell Fortschritte machen.
Den Höhepunkt an Effizienz erreichten wir dank uneingeschränkter Einsatzbereitschaft der Winde im Laufe der ersten Woche mit 84 Starts. Unter den gesamten 866 Starts befanden sich auch einige Prüfungen, zu Beginn konnte ein Karlsruher Akaflieger seine Scheinprüfung ablegen und insgesamt vier Flugschüler flogen sich während des Herbstschulungslagers frei und bestanden somit ihre A-Prüfung. Abgesehen vom Fliegen mussten wir uns bei anderen Aktivitäten leider den Hygienemaßnahmen beugen: Sowohl Frühstück als auch Abendessen war auf Gäste und deren Gastgeber beschränkt, das Bergfest musste leider ganz ausfallen. Da hoffen wir umso mehr, dass das im FrühSchuLa nächstes Jahr, oder zumindest im HeSchuLa 2021, wieder normal ablaufen kann.

Orgateam

– Ferdinand „Fridolin“ Elsner Akaflieg Karlsruhe

Die Planung des HeSchuLa war dieses Jahr eine besondere Herausforderung, anders als beim unserem vollständig abgesagten Frühjahrsschulungslager war dies jedoch schon lange vorher absehbar.

Wir beschäftigten uns also schon früh damit, wie wir unter den Bedingungen der Pandemie auf eine verantwortungsvolle Art ein Schulungslager mit Teilnehmern aus ganz Deutschland abhalten könnten. Wir erstellten ein Hygienekonzept, orientiert am Hygienekonzept des Idaflieg-Sommertreffens, bei dem wir die Dinge, die dort verbesserungswürdig erschienenen, durch geeignetere Maßnahmen ersetzten.

Die bedeutendsten Änderungen zu den Herbstschulungslagern der Vergangenheit waren, dass Übernachtungen in unserer Werkstatt, das berühmte HeSchuLa-Bergfest und der ungestörte Austausch zwischen den Mitgliedern verschiedener Akafliegs dieses Jahr nicht möglich waren.

Da die Teilnehmer des Schulungslagers verantwortungsvoll mit den Regeln dieses besonderen HeSchuLa umgegangen sind, dies aber den Flugbetrieb zumindest zahlenmäßig nicht weiter beeinträchtigt hat, können wir für das HeSchuLa 2020 im Angesicht der aktuellen Situation ein fast uneingeschränkt positives Fazit ziehen.

Wir bedanken uns bei allen Autoren, besonders Zischi aus Esslingen und würden uns freuen, wenn ihr auch auf den Seiten der anderen Akafliegs vorbeischaut! Danke auch an Kai „KiKa“ Weber für die tollen Bilder!