Drones worden gezien als het transportmiddel van de toekomst. Ze kunnen bijdragen aan de vermindering van de verkeersdrukte in de binnensteden. Je kunt ze ook inzetten voor transport van hulpgoederen in rampgebieden. Dit laatste motiveerde studenten in de masteropleiding Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan de Universiteit voor Toegepaste Wetenschappen Wiener Neustadt (FHWN) tot het ontwerpen van een transportdrone die voor dat doel uitstekend geschikt is.
Masterstudenten werken hier sinds 2017 aan de Trogon transportdrone. Na talloze projectwerken en verschillende masterscripties wilden de studenten en docenten de drone echter ook wel eens zien vliegen. Met hulp van de Modellflug Club (MFC) Weikersdorf slaagden zij erin een model te bouwen. Bij een eerste test bleek dat Trogon uitstekend vliegt.
De drone moest snelle, scherpe bochten maken, reageren op plotselinge veranderingen in vlieghoogte en omgaan met windvlagen. Het demonstratiemodel weerstond zelfs sterke windstoten; een factor waarmee in het ontwerp rekening kan worden gehouden, maar die moeilijk vooraf precies te berekenen is. Drones met deze prestaties worden al gebruikt in het leger. De studenten van de FH Wiener Neustadt wilden echter een impuls geven aan het gebruik van de transportdrone voor de civiele sector.
Civiele transportdrones
Als heavy-duty drone kan Trogon geladen europallets tot 500 kilogram vervoeren. En dat met een maximumsnelheid van ongeveer 350 km/u. Maar niet alleen het gewicht en de snelheid zijn opmerkelijk – ook de actieradius. Dit is tot 1500 kilometer. Dat komt overeen met de afstand tussen Wenen en Manchester (VK). Ter vergelijking: de Volodrone transportdrone van de Duitse fabrikant Volocopter, die zich momenteel in de ontwikkelingsfase bevindt, kan een lading van 200 kilogram over 40 kilometer vervoeren.
De Trogon heeft vleugels met een spanwijdte van 14 meter en lijkt daarmee op een klein vliegtuig. De vleugels onderscheiden het toestel van de meer gangbare categorie drones die gebruik maken van helikopterachtige technologie. In de helikopterdrone wordt de lift opgewekt door de rotor. Het wordt geregeld door de snelheid en de bladspoed van de rotor. Bij lagere snelheid neemt de lift af en daalt de drone. Als je vooruit wilt, moet je het vliegtuig een beetje kantelen en de rotorbladen bijstellen. Dat is mechanisch een zeer grote inspanning.
Beperkte hoogte
Drones met meerdere propellers werken een beetje anders. De doorgaans vier tot acht propellers zitten vast. Je kunt ze niet kunt aanpassen. Deze dones worden bestuurd door de draaisnelheden van de afzonderlijke propellers aan te passen. Daardoor kan de drone in vrijwel elke richting vliegen. Op het moment dat de propeller minder snel draait, heb je minder lift en verlies je hoogte. Dit betekent dat de drone en de helikopter slechts een beperkte hoogte kunnen bereiken. De drone heeft verder als voordeel dat hij geen landingsbaan nodig heeft.
Vleugel
In de Trogon transportdrone, zorgt de vleugel voor de voortstuwing. De voorwaartse beweging zorgt ervoor dat de lucht rond de vleugel stroomt, wat tot lift leidt. Een effect dat ook optreedt als je je hand uit het raam van een rijdende auto houdt en een beetje draait. Er ontstaat een kracht die de arm omhoog trekt,” verklaart vloeistofmechanicus Dr. Markus Trenker, die het project leidt.
Het idee van de transportdrone met vleugels kwam oorspronkelijk van de studenten. De centrale taak in het conceptuele ontwerp was het creëren van een geschikte vleugelgeometrie en het ontwerpen van de romp. De romp moest een zo groot mogelijk volume hebben zodat stukgoederen op pallets konden worden aangevoerd. Voor het laden en lossen kan de romp bij de neus worden geopend en met een slee worden overreden.
Lift
Een grote romp zorgt echter ook voor veel luchtweerstand, die moet worden gecompenseerd. Daarom is het idee ontstaan om de romp zo te vormen dat deze bijdraagt tot lift bij hogere snelheden. Dit betekent dat hij, net als de vleugels, een opwaartse kracht genereert die hem in de lucht houdt. De vleugel genereert echter veel meer lift dan de romp. Zowel de romp als de vleugel hebben de vorm van een asymmetrische waterdruppel in het verticale gedeelte. De vleugel en de romp genereren lift door hun contouren. Dit geeft de drone een hogere snelheid, een groter bereik en een betere stabiliteit, alsmede de mogelijkheid om een grotere lading te vervoeren.
Trenker: “Lichamen die heffen produceren door hun vorm aan de bovenkant hogere snelheden dan aan de onderkant. Als de snelheid toeneemt, neemt de druk af. Dit leidt tot een drukverschil tussen de boven- en onderkant, dat, geïntegreerd over het vleugeloppervlak, resulteert in een liftkracht.”
De modelbouwdeskundigen die het demonstratiemodel bouwden, gebruikten balsahout, dat een lage dichtheid heeft en zeer licht is. Daardoor heeft de drone een totaalgewicht – inclusief batterij en motor – van niet meer dan elf kilogram. Een laag gewicht is een van de belangrijkste parameters voor vliegtuigen. Voor transportdrones biedt een laag eigen gewicht ook de mogelijkheid van een hoger laadvermogen.
Besturing
Er zijn verschillende mogelijkheden voor de toekomstige besturing van de transportdrone. Welke dat zijn, hangt af van toekomstige wetgeving, legt Trenker uit. Het is bijvoorbeeld denkbaar om vooraf via GPS bepaalde punten te programmeren. Trogon vliegt er dan volautomatisch overheen. Aangezien het model een camera aan boord heeft, kan het ook door een piloot via een afstandsbediening worden bestuurd. Om te landen en op te stijgen heeft de drone een vlakke ondergrond nodig, zoals een weiland. Zolang er maar ongeveer 800 meter vlak terrein is, kan de Trogon landen. Daarmee is het doel van de studenten bereikt: de drone kan goederen naar ramp- en crisisgebieden brengen. In gevallen waarin men het leven van piloten niet wilt riskeren, zoals onder extreme weersomstandigheden of bij oorlogshandelingen.
Certificeringsprocedures
Tussen het demonstratiemodel en een marktrijpe drone ligt nog een aanzienlijke kapitaalsinvestering, legt Trenker uit wanneer hem wordt gevraagd naar een mogelijke marktintroductie. Voorts zijn autonome vliegtuigen onderworpen aan een langdurig certificeringsproces, dat ook nog niet voldoende gedefinieerd is.
Op 31 december 2020 is echter een nieuwe EU-droneverordening ingevoerd. Sindsdien zijn er geen beperkingen meer wat betreft afmetingen en gewicht voor professioneel of industrieel gebruik – en slechts enkele wat betreft het missieprofiel. De certificeringsprocedures nemen echter evenredig toe met de voor het geplande gebruik vastgestelde risicofactoren. Zodra een bepaald missieprofiel in een EU-lidstaat is goedgekeurd, wordt het algemeen aanvaard door alle andere lidstaten.
