FH Wiener Neustadt entwickelt riesige Feuerwehrdrohne

Weltweit nutzen Feuerwehrzüge Drohnen, die sie im Einsatz unterstützen und etwa Giftstoffe ermitteln. In Zukunft sollen die Fluggeräte auch aktiv Brände löschen können. Dazu wurden schon erste Demonstrationen durchgeführt. So hat der chinesische Hersteller Guofei Aviation vergangenes Jahr in der Stadt Chongqing seine Drohne getestet, die speziell für den Einsatz bei Bränden in Hochhäusern entwickelt wurde. Das Feuer in einem zehnstöckigen Testgebäude war innerhalb von 15 Minuten gelöscht.

Die sogenannte 216F des Herstellers EHang verfolgt die gleiche Aufgabe. Die erste Demonstration fand im August 2020 in der chinesischen Stadt Yunfu statt. Der Linzer Ausstatter Rosenbauer hingegen unterstützt die Feuerwehr mit Drohnen, die es mittels der Sensoren möglich machen, Hotspots zu lokalisieren oder gar Gefahrenstoffe zu ermitteln. 

Starrflügeldrohne

In den meisten Fällen handelt es sich bei diesen Entwicklungen um Quadro- oder Octocopter. Das Institut für Aerospace Engineering der Fachhochschule Wiener Neustadt hingegen hat ein Konzept für Starrflügeldrohnen entwickelt, die unterschiedliche Anwendungen finden sollen. Neben der schnellen Transportdrohne "Trogon", die eine Nutzlast von bis zu 500 Kilogramm tragen kann, wurde auch eine Löschdrohne mit einer Nutzlast von bis zu 1.000 Kilogramm entworfen. Zum Vergleich: Die Drohne von EHang schafft eine Nutzlast von 260 Kilogramm. 

"Nun bauen wir gemeinsam mit dem Fachbereich für Mechatronik und Diamond Aircraft Industries einen elektrifizierten Demonstrator, dessen Spannweite 4 Meter betragen wird", sagt der Strömungsmechaniker und Projektleiter Markus Trenker gegenüber der futurezone. Das Full-Scale-Modell wird vergleichsweise 14 Meter betragen. 

Möglichkeiten zum Betanken

Die Feuerlöschdrohne soll verschiedene Aufgaben übernehmen können. „Viele österreichische Firmen für Brandbekämpfung haben unterschiedliche Ansprüche. Demnach muss es nicht obligatorisch sein, dass die Drohne ausschließlich das Löschmittel befördert, sondern sie kann auch zur Objekterkennung eingesetzt werden, also identifizieren, wo der Brand ist“, sagt er.

Zum Betanken der Drohne mit Wasser gebe es 2 konkrete Pläne: „Sie kann am Boden vom Personal betankt werden und je nach Zulassung autonom zum Einsatzort fliegen", so Trenker. Die andere Möglichkeit wäre, dass die Drohne mit einem sogenannten Scoop, einer Art Schaufel, im Flug Wasser aus einem See oder Fluss tankt, wie es Löschflugzeuge heute schon machen.

Antriebssysteme

Ob Elektro, Verbrenner oder Hybrid: die Optionen für das jeweilige Antriebssystem richten sich dem Spezialisten zufolge nach den örtlichen Gebieten und nach der Anwendung. Zwar sei eine ökologische Option generell vorzuziehen, „wenn aber ein Wald oder ein Dorf brennt, macht es nicht viel aus, wenn eine Drohne mit einem Kerosin-Aggregat ausgestattet ist. Wichtig ist, dass das Feuer schnell gelöscht ist“, so der Forscher.

Die Reichweite einer E-Drohne ist zudem bekanntlich geringer - „sie kann vielleicht 20 Minuten fliegen“, so Trenker.

Größere Reichweite

Der Fokus auf Starrflügeldrohnen hat für die FH Wiener Neustadt einen bestimmten Grund: Helikopterdrohnen (Octocopter) erzeugen selbst keinen Auftrieb, was sich in einer geringeren Reichweite widerspiegelt. Im Gegensatz dazu weisen Starrflügeldrohnen nicht nur eine größere Reichweite, sondern auch eine größere Nutzlast, eine höhere Geschwindigkeit und bessere Stabilität auf. Die Feuerlöschdrohne soll eine Geschwindigkeit von 150 bis 200 km/h erreichen. Ziel wäre zudem, dass sie bis zu 55 Kilometer in 15 Minuten zurücklegen kann.

Starrflügeldrohnen bedürfen in der Regel aber auch einer Start- und Landebahn. Dieses Zusatzelement will die Arbeitsgruppe jedoch so weit es geht umgehen. „Wir planen Konzepte für möglichst kurze Start- und Landebahnen, falls überhaupt notwendig. Die technische Herausforderung ist das vertikale Starten und Landen“, sagt Trenker.

Basierend auf sogenannte VTOL (Vertical Take-Off and Landing), also Senkrechtstart und -landung wie bei Hubschraubern, werden spezielle Antriebssysteme erarbeitet, die einen Schwebeflug ermöglichen. Ziel ist es, beide Varianten zu verbinden und ein Fluggerät mit Flügeln zu bauen, das dennoch vertikal starten und landen kann. „Dazu müssen wir aber eine Transitionsphase zwischen aufwärts und vorwärts schaffen“, sagt er.

Faltbare Flügel

Da die Drohne aufgrund der Spannweite von 14 Metern im Gegensatz zu einer Helikopterdrohne zudem nur schwer hinter dem Feuerlöscheinsatzwagen nachgezogen und zum Einsatzort gebracht werden kann, soll sie über faltbare Flügel verfügen.

Aktuell evaluiert das Team Auftrieb, Widerstand und Flugverhalten des Geräts in unterschiedlichen Fluglagen. „Wir führen die numerischen Werkzeuge zusammen, also alle Softwareprogramme, mit denen die Leistung ausgerechnet wird, etwa wie schnell die Drohne steigen oder landen kann oder wie stabil sie bei einer Böe ist“, so Trenker.

Im nächsten Schritt folgt der Detailentwurf. Das erste Modell soll voraussichtlich im Sommer in die Luft gebracht werden. Aktuell werden dafür alle möglichen Antriebssysteme, ob konventionell, elektrisch oder hybrid, hinsichtlich ihrer Eignung evaluiert. Der tatsächliche Einsatz der Drohne ist Trenker zufolge in den kommenden Jahren denkbar.