在弗劳恩霍夫运输和基础设施系统IVI研究所的领导下，研究人员从信天翁中汲取灵感，开发出了一种以特别有效的方式滑翔的飞机。该设备和其他亮点产品将于2023年9月5日至8日在慕尼黑IAAMOBILITY贸易展上在弗劳恩霍夫联合展位(B1厅D11)上展出。

UAM对飞机和系统技术有严格的要求，包括安全、安静的VTOL(垂直起降)系统，在悬停时也能提供非常强大的推进性能。

城市航空运输的挑战

电动多旋翼飞行器具有VTOL敏捷性的优点，同时还满足安全和环境标准;然而，由于效率低和能量存储密度低，它们的射程和有效载荷能力极其有限。更大的机翼可以让飞行器长时间滑行，从而显着改善飞行器的能量平衡。

另一方面，这些机翼会阻碍在城市地区的起飞和降落。此外，为了使UAM在经济上可行，将需要自动飞行的VTOL飞机;然而，这涉及基于人工智能的控制系统，这会带来进一步的安全风险。

因此，可以预见，未来城市空中交通将通过多种途径建立起来，所涉及的航空航天技术将随着其在物流无人机、空中出租车、救援和运输等领域的应用而多样化。监视无人机和农业工程。

弗劳恩霍夫ALBACOPTER灯塔项目

这些因素促使弗劳恩霍夫灯塔项目于2021年启动，目标是建立一个能够将多旋翼飞行器的敏捷性与滑翔机的效率结合起来的飞行平台。FraunhoferIVI项目经理兼主任MatthiasKlingner教授解释说：“通过ALBACOPTER，我们的目标是开发一种实验性飞机，将多旋翼飞行器的机动性与信天翁以最少的能源进行长距离滑翔的能力结合起来。”

“这款实验性垂直起降滑翔机的一些特殊功能包括由可持续材料制成的无人机机身和货运集装箱、高性能同轴推进系统、用于感知环境和监控功能的强大多传感器系统，以及包括人工智能在内的故障安全机载电子系统基于自动驾驶仪，”克林纳教授继续说道。该联盟通过汇集参与机构的专业知识来解决这种无人机设计的复杂性。

数字孪生——用于基于模型的开发和验证的虚拟平台。图片来源：弗劳恩霍夫IOSB

可回收设计满足创新的推进解决方案

弗劳恩霍夫结构耐久性和系统可靠性研究所LBF设计了​​ALBACOPTER的结构和空气动力学组件。对于该结构，弗劳恩霍夫化学技术研究所ICT开发了拉挤型材，即集成到空间框架机身结构中的拉挤纤维增强热塑性塑料。

与由生物聚合物硬泡沫制成的运输容器一样，这些系统组件可以轻松回收。“与当今通常配备直接驱动器的eVTOL系统相比，ALBACOPTER中使用的高效推进设计基于具有多级传动和高功率密度的高速同步电机，”主任FrankHenning教授解释道弗劳恩霍夫信息通信技术研究所。

该研究所不仅提供新的推进技术，还提供特殊的推进试验台，以便于在实际条件下测试功率等级高达450kW的可旋转eVTOL推进系统。

“ALBACOPTER的电池存储系统设计基于耐循环二次电池，可保证高度可逆的充电和放电过程。我们对电池的退化以及在发生这种气流的情况下可能的故障机制进行了详细研究在具有特定性能要求的飞行阶段，”弗劳恩霍夫LBF主任TobiasMelz教授解释道。

利用尖端传感器和人工智能确保安全第一

坚固、轻便、高性能的多传感器系统与Fraunhofer微电子电路和系统IMS研究所创建的灵敏单光子LiDAR探测器相结合，可实现360度环境监测。

“然后，基于可靠的人工智能系统对环境进行语义3D重建。与智能轨迹规划相结合，可以实现自主(紧急)着陆等创新功能，这是ALBACOPTER最重要的安全功能之一。”FraunhoferIVI高度自动化飞行小组经理HenriMeeß解释道。

当这些功能与故障安全RISC-V机载电气系统架构、持续监控、稳定的5G通信和冗余自动驾驶系统相结合时，整个系统将满足UAM的所有高可靠性要求。

自动驾驶系统由弗劳恩霍夫机电系统设计研究所IEM设计的基于模型的飞行姿态控制系统提供支持。这可以保持飞机稳定，特别是在悬停和滑翔之间的关键过渡阶段。

从一开始就自主

ALBACOPTER旨在作为弗劳恩霍夫技术的演示者，预计在未来五到八年内，快速发展的航空航天和物流领域对弗劳恩霍夫技术的需求将会上升。可变后掠翼飞机和具有可伸缩机翼和旋转旋翼的多旋翼飞行器形式的混合直升机-滑翔机目前正在成为直升机、多旋翼飞行器和传统固定翼飞机之间的中间地带。作为垂直起降滑翔机，ALBACOPTER将可用于测试所有这些不同的垂直起降技术。

研究人员正在使用合适的飞行模型、风洞实验、铁鸟试验台结构以及在弗劳恩霍夫光电、系统技术和图像开发IOSB研究所开发的数字孪生上的XiL系统模拟，在多个阶段验证他们的设计。无人机的缩小版本，翼展为7米，有效负载能力约为100吨。25公斤重的ALBACOPTER将于2023年秋季发射，而ALBACOPTER的广泛飞行测试预计将于2024年初进行。