Phoenix Multicopter zur Brandbekämpfung

Kurzbericht

Der Schwerpunkt dieses Maturaprojekts lag darin, ein Feuerlöschsystem, montiert auf einem schwerlastfähigen Multicopter, zu entwickeln.

Als Basis diente die Phoenix-Drohnen-Plattform, welche es ermöglicht Lasten von bis zu 80 𝑘𝑔 zu heben. Dies ist genug, um einerseits den Feuerwehrschlauch anzuheben und anderseits das System so zu stabilisieren, dass eine gezielte Brandbekämpfung möglich wird. Das Strahlrohr ist in der Versuchsanwendung so wie auch der Schlauch in einem Winkel von −90° direkt auf den Boden gerichtet. Dies trägt dazu bei, dass das zu hebende Gewicht reduziert wird, indem durch das Strahlrohr eine genau entgegengesetzte Rückstoßkraft auftritt. Erstmals wurde als Feuerwehrlöschsystem ein Niederdruck – C-Schlauch in Kombination mit einem Standard Hohlstrahlrohr montiert. Diese Methode ist einzigartig und wurde in dieser Form bisher noch nie getestet.

Zivilschutztechnische Anwendungsgebiete

Die offensichtlichste Anwendung des Phoenix Multicopters wäre das Bekämpfen von Bränden in schwer zugänglichen Lagen, wie etwa bei Waldbrandgebieten oder Hochhäusern.

Diese Anwendung wird jedoch durch den Schlauch erschwert, denn je höher bzw. weiter die Drohne fliegt, desto größer ist das Gewicht, welches die Drohne heben muss. Bei Kleinbränden sollte das kein Problem darstellen, da die Kühlwirkung des Wasserstrahls ausreicht. Bei größeren Bränden ist es möglich den Schlauch auf Spannung zu halten, sodass dieser von der Drohne weggezogen wird, so kann man rund sechs bis zehn Meter über den Brandherd in ausreichender Höhe fliegen, ohne dass der Schlauch zu hoher thermischer Belastung ausgesetzt wird.

Die hohe Tragfähigkeit von rund 80 𝑘𝑔 bietet jedoch auch die Möglichkeit um verschiedenste Dinge schnell und einfach über unwegsames Gelände zu transportieren. Aus rechtlicher Sicht dürfen keine Personen, aber Ausrüstung verschiedenster Art, sei es nun Werkzeug für die Waldbrandbekämpfung oder beispielsweise Erste Hilfe Material transportiert werden. Auch für die Höhenrettung bietet dies wertvolle Möglichkeiten, um schweres Material, zu oftmals hoch gelegenen Einsatzorten, zu transportieren. So könnte beispielsweise eine Schleifkorbtrage mit Seil und Material, zum Führerhaus eines Baukranes transportiert werden. So können Höhenrettungskräfte gleich mit der Rettung von verletzten Personen beginnen, sobald der Aufstieg abgeschlossen ist, ohne sich aufwendig um den Transport von Materialien zu kümmern.

Führungsunterstützung

Der Anwendungsbereich erstreckt sich jedoch nicht nur um Brandbekämpfung und Transporttätigkeiten, so bietet die Phoenix Drohne auch mehrere Möglichkeiten, um im Einsatzfall die Einsatzleitung zu unterstützen.

Nicht nur Kameras in verschiedensten Größen und Ausführungen, sondern auch verschiedenste Arten von Messgeräten können leicht auf der Drohne montiert werden. Beispielsweise Gefahrstoff Messgeräte sind oft zu schwer, um auf kleineren Drohnen transportiert zu werden. Diese könnte man leicht montieren, um Gefahrstoffkonzentrationen in sicherem Abstand zu messen, ohne Personen zu gefährden. Auch in unwegsamen oder hoch gelegenen Lagen, wo das Arbeiten mit Chemieschutz äußerst schwer ist, kann hier ausgeholfen werden.

Einsatzzeit

Die maximale Flugdauer bei Höchstleistung der Motoren beträgt rund zehn bis 15 Minuten, dies ist lange genug, um effektiv Kleinbrände zu löschen. Diese Zeit kann bei Bedarf jedoch noch weiter erhöht werden, indem man eine externe Stromversorgung gemeinsam mit dem Schlauch in die Höhe zieht. Außerdem wird gerade ein sogenannter „Range-Extender“ entwickelt, der die Flugzeit durch einen auf der Drohne montierten Generator erhöhen soll.

Technische Hintergründe

Die 24 𝑘𝑔 schwere Drohne wird von acht Motoren, mit einer Leistung von jeweils zirka 2,2 𝑘𝑊, betrieben. Diese werden mit einer Spannung von 52 𝑉 versorgt und erzeugen so einen Spitzenschub von rund 100 𝑘𝑔. Durch die acht Motoren kann die Drohne redundant und somit sicher betrieben werden.

Als Herzstück dient ein DJI A3 Flugregler, der eine präzise Positionsregelung ermöglicht. Außerdem können die Regler Einstellungen beliebig geändert werden, was für ein dynamisches System wie dieses sehr hilfreich sein kann.

Team

Wir bedanken uns bei der Firma Infineon Technologies Austria AG für die Möglichkeit eines Praktikums. Dadurch konnten wir auf jene entscheidenden Kompetenzen im Bereich Flugregelung und Leistungselektronik zugreifen, die letztendlich zum Erfolg des Projektes geführt haben.

Quelle: Bastian Wagner / HFW Villach

 

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