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Uni Stuttgart erforscht unbemannte Fluggeräte und Strukturüberwachung für Brücken

12.12.2005 - (idw) Universität Stuttgart

Zukunftsweisende Flugkörper für die Erdatmosphäre sowie innovative Verfahren für die Prüfung von Brücken und anderen sicherheitsrelevanten Konstruktionen stehen im Mittelpunkt zweier neuer Forschungsvorhaben, die in den letzten Wo-chen in das Forschungsschwerpunktprogramm Baden-Württemberg aufgenommen wurden. Damit konnte sich die Universität Stuttgart in diesem Förderprogramm erneut erfolgreich profilieren: Gleich zwei von insgesamt sieben Anträgen aus dem Bereich der Ingenieurwissenschaften sind in Stuttgart angesiedelt.

Die Wahl fiel zum einen auf das Forschungsvorhaben "Unbemannte Fluggeräte" unter der Federführung von Prof. Rudolf Voit-Nitschmann, Leiter der Abteilung Flugzeugentwurf am Institut für Flugzeugbau der Uni. Das mit 550.000 Euro ge-förderte Projekt, an dem insgesamt acht Universitätsinstitute sowie das Steinbeis-Transferzentrum und Partner aus der Wirtschaft beteiligt sind, greift eines der wichtigsten Zukunftsthemen in der Luftfahrtbranche auf. Im Mittelpunkt stehen autonom fliegende Plattformen, die in einer Höhe von 20 bis 30 Kilometern solargetrieben für mehrere Monate im Weltraum stationiert werden. Die Bandbreite ihrer Anwendungen reicht von der zivilen Erdbeobachtung zu Umweltschutzzwecken, die Verkehrsüberwachung und die Beobachtung sicherheitskritischer Objekte bis hin zur militärischen Nutzung. Auch Dienstleistungen wie beispielsweise in der Telekommunikation, für die heute meist teure Satellitensysteme im Einsatz sind, sollen künftig von unbemannten Flugkörpern übernommen werden. Angesichts der enormen Kostensenkungspotentiale lässt der Produktbereich große Zuwachsraten erwarten.

Die Einsatzszenarien stellen aus Sicherheitsgründen hohe Anforderungen an das System, die den verbreiteten Einsatz unbemannter Fluggeräte im zivilen Bereich heute noch nicht zulassen. Die Erarbeitung der hierfür erforderlichen Technologien bildet den Kern des Forschungsvorhabens. Die interdisziplinär ausgerichteten Forschungsarbeiten sind in drei Teilprojekte gegliedert und untersuchen unter anderem das Fliegen im kontrollierten Luftraum, integrierte Systemplattformen, Sicherheits- und Redundanzaspekte sowie Zulassungsfragen.

Strukturüberwachung mit drahtlosen Sensornetzen

Im Mittelpunkt des zweiten Projektes unter dem Titel "Strukturüberwachung von sicherheitsrelevanten Konstruktionen mit drahtlosen Sensornetzen" steht die zer-störungsfreie Prüfung von Konstruktionen wie Eisenbahnbrücken oder an Luftfahr-zeugen. An der interdisziplinären Arbeitsgruppe unter der Federführung von Prof. Paul J. Kühn, Leiter des Instituts für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme der Universität Stuttgart, sind sechs Institute aus vier Fakultäten beteiligt.

Aus Sicherheitsgründen wäre es sinnvoll, Prüfungen an Brückenbauwerken oder Flugzeugen nicht nur bei regelmäßigen Wartungsarbeiten und Inspektionen durch-zuführen, sondern die Strukturen kontinuierlich zu überwachen (structural health monitoring). Konventionelle Monitoring-Verfahren sind hierfür jedoch nicht geeignet, da hoch komplexe Daten wie Zeitserien von Signalen zu analysieren sind. Zudem sind spezifische Algorithmen und Auswertetechniken zur Lokalisierung von Störungen und zur Schätzung der Lebensdauer erforderlich. Darüber hinaus sind für solche Messungen drahtlos verbundene Sensoren nötig, da heutige kabelgebundene Lösungsansätze hinsichtlich der Anzahl und der Einsatzorte der Sensoren an Grenzen stoßen.
Vor diesem Hintergrund verfolgt die Arbeitsgruppe mehrere Ziele. So werden die Wissenschaftler zum einen die Hardware in Form von geeigneter Sensorik sowie Verfahren zur Energieversorgung bereitstellen. Außerdem sollen allgemeine, ska-lierbare Modelle für das Strukturmonitoring entwickelt werden. Darauf aufbauend entstehen adaptierbare Algorithmen für die Verteilung der Modelle im Netz sowie Routing-, Kommunikations- und Sicherheitsverfahren. Die Untersuchungen wer-den am Beispiel von Brückenbauwerken, Luftfahrzeugen und Windenergieanlagen durchgeführt. Diese weisen einerseits viele Gemeinsamkeiten auf und sind ande-rerseits in den Anforderungen so unterschiedlich, dass eine ganzheitliche Betrachtung des Strukturmonitorings mit drahtlos verbundenen Sensornetzen ermöglicht wird. Mittelfristig soll ein erster Prototyp für ein Sensornetzwerk zur Strukturüberwachung der angesprochenen Anwendungsszenarien geschaffen werden.


Information zu dem Projekt "Unbemannte Fluggeräte": Prof. Rudolf Voit-Nitschmann, Tel. 0711/685 2770, e-mail rvn@ifb.uni-stuttgart.de
Information zu dem Projekt "Strukturüberwachung": Prof. Paul J. Kühn, Tel. 0711/685 8027, e-mail kuehn@ikr.uni-stuttgart.de

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