Das Fluginstrument von OMEGAOmega entwickelt Fluginstrument für Solar-Impulse
Das Solar-Impulse-Abenteuer geht weiter. Nach dem virtuellen Flug nähert sich der Bau des Prototypen seinem Abschluss. Sowohl der Prototyp als auch das endgültige Solar-Impulse-Fluggerät werden mit ihren Grössenverhältnissen und vom Gewicht her in einen bisher noch unbekannten Bereich der Fliegerei vorstossen: der Prototyp verfügt über eine Spannweite von 63 Metern bei einem Gewicht von 1700 kg. Im Vergleich dazu ein Airbus 340: er hat zwar die gleiche Spannweite wie Solar Impulse, wiegt dabei aber auch das 300-Fache!
Die einzigartigen Proportionen von Solar Impulse haben OMEGA zur Entwicklung eines völlig neuen Fluginstruments gebracht, das auf einer Idee von Claude Nicollier beruht, der neben seiner ereignisreichen Fliegerkarriere auch noch eine Position im Vorstand der Swatch Group bekleidet.
Claude Nicollier – eine Schweizer Fliegerlegende
Claude Nicollier ist ein legendärer Name in der Schweizer Luftfahrt. Er war der einzige Schweizer Astronaut im amerikanischen Space-Shuttle-Programm und nahm an vier Missionen teil. Nicollier war Militär- und Berufspilot. Seine grosse Erfahrung in allen Flugbereichen vermittelte Nicollier das Verständnis dafür, dass das Führen eines Flugzeugs wie Solar Impulse so manche einzigartige Herausforderung bieten wird.
Eine einzigartige luftfahrttechnische Herausforderung: ein extrem leichtes Flugzeug mit gewaltigen Ausmassen
Ein herkömmliches Grossflugzeug mit schweren Motoren verhält sich zum Beispiel beim Landeanflug und bei der eigentlichen Landung wie eine Wetterfahne: während das Flugzeug durch die Luft schneidet, wird mit dem Seitenruder die Längsachse des Flugzeugs (der Rumpf) in Flugrichtung ausgerichtet.
Solar Impulse hat jedoch aufgrund seiner riesigen Spannweite und des verhältnismässig kurzen Rumpfes eine geringe Seiten- und Richtungsstabilität. Die Flugrichtung kann daher von der Ausrichtung des Rumpfs deutlich abweichen. Erschwerend kommt hinzu, dass das Flugzeug aufgrund seiner im Landeanflug geringen Fluggeschwindigkeit – etwa 55 Kilometer pro Stunde – äusserst anfällig für Seitenwinde ist.
Was die virtuellen Flüge bisher gezeigt haben
Zahlreiche mit dem Flugsimulator durchgeführte Anflüge und Landungen haben gezeigt, dass es schwierig sein kann, die Flugrichtung über der vorgesehenen Landebahn schnell zu festzustellen. Am Simulator zeigte sich auch, wie wichtig es ist, den Winkel der Flugzeugausrichtung in Flugrichtung sicher zu beherrschen und den Abdriftwinkel so gering wie möglich zu halten (normalerweise weniger als fünf Grad).
Es musste also ein Weg gefunden werden, dem Piloten diese Information verzögerungsfrei und ohne übermässige zusätzliche Belastungen während der kritischen Anflugphase auf die Landebahn und bei der Landung zugänglich zu machen. Das Problem der Abweichung von der Flugrichtung relativ zur Längsachsenausrichtung des Flugzeugs ist in einigen Flugphasen – Steigflug, Fliegen mit Reisegeschwindigkeit oder im Sinkflug – nicht kritisch, kann in Bodennähe aber von entscheidender Bedeutung sein. Der Winkelwert ist also insofern wichtig, als insbesondere bei einer falschen Einschätzung durch den Piloten eine Landung am Rande oder sogar abseits der Landebahn eine potenzielle Gefahr darstellen würde.
Bezogen auf die Abweichung des Flugzeugs nach rechts oder links, dem so genannten Querneigungswinkel, gilt Folgendes: bei jedem Flugzeug besteht ein Zusammenhang zwischen dem Kippwinkel der Tragflächen und der Flugrichtung, wenn sich das Flugzeug nach links oder rechts neigt, um so eine Links- oder Rechtskurve einzuleiten. Jedes Flugzeug oder Segelflugzeug, das so gross ist wie Solar Impulse, zeigt beim Betätigen der Querruder ein komplexes Ansprechverhalten. Durch das sogenannte „negative Wendemoment“ giert das Flugzeug kurzzeitig in die der Tragflächenneigung entgegengesetzte Richtung. Dieser Effekt wird im Falle von Solar Impulse durch die Betätigung von Störklappen auf der Seite der nach unten geneigten, kurveninneren Tragfläche teilweise kompensiert, doch der Effekt wird dadurch nicht vollständig aufgehoben. Das ist ein Grund dafür, dass dem Querneigungswinkel ganz besondere Aufmerksamkeit zukommen muss. Wenn der Anflugwinkel zu steil ist, besteht das Risiko, dass die Flügelspitze bei der Landung den Boden berühren könnte.
Eine innovative Lösung: das Fluginstrument von OMEGA
Genau über diese Faktoren hat sich das Team und insbesondere Claude Nicollier während der virtuellen Testflüge von Solar Impulse Gedanken gemacht. Nicollier konstruierte – wie aus dem Originaldokument ersichtlich ist – ein Instrument mit Lichtbalken, die die tatsächliche Richtung (Flugbahn) oder die seitliche Abdrift auf einer horizontalen Skala mit Lichtbalken visualisiert und mittels zweier vertikaler Skalen den Tragflächenwinkel anzeigt.
Die Lichtbalken sind sehr genau, sprechen unmittelbar an und sind vom Piloten leicht abzulesen, der dann mühelos die notwendigen Korrekturen vornehmen kann.
Obwohl das OMEGA-Instrument äusserst pilotenfreundlich gestaltet und leicht abzulesen ist, kann es passieren, dass der Pilot gerade mit anderen Aufgaben befasst ist oder aufgrund von Ermüdung die Lichtsignale nicht wahrnimmt. Daher gibt es zusätzlich einen akustischen Alarm, der auslöst, sobald die normalen Werte überschritten werden. Das Alarmsignal ist für den Piloten sowohl hörbar als auch spürbar. Es erzeugt nicht nur ein Geräusch, sondern sorgt im Fluganzug des Piloten auch noch für Vibrationen in den Ärmeln. Wenn beispielsweise die Tragfläche zu weit nach rechts geneigt ist, vibriert der rechte Ärmel und zeigt damit an, dass der Pilot die Neigung der Tragfläche nach links korrigieren muss.
Die Elektronik des OMEGA-Instruments ist in einem Aluminiumgehäuse untergebracht, das sie vor Interferenzen von aussen abschirmt, die beispielsweise vom Radartransponder des Solar Impulse ausgehen.
Das Instrument ist bereits einer Reihe von Prüfungen unterzogen worden und hat sie bestanden, unter anderem: Stösse, Vibrationen, Witterungseinflüsse, elektrostatische Entladungen (ESD) und elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Die Verdrahtung ist durch Teflon geschützt.
Die Zukunft der Langstreckenflüge wird davon profitieren
OMEGA-Spezialisten sind für den Bau des Instruments zuständig, das von Claude Nicollier entwickelt worden ist. Es befindet sich bereits in der Erprobungsphase und ist eine von zahlreichen, aus dem Projekt ‚Solar Impulse’ entstandenen Entwicklungen mit dem Potenzial, allen zukünftigen Langstreckenflügen etwas Nützliches zu bieten.