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Neues Anemometer vereinfacht Windmessungen für kleinere Flugzeuge

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Ingenieure haben einen Windsensor für Drohnen und autonome Flugzeuge entwickelt, der leicht, energie- und widerstandsarm ist und empfindlicher auf Druckveränderungen reagiert als herkömmliche Typen.

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Da die Nachfrage nach autonomen Flugzeugen steigt, werden bessere Windsensoren - Anemometer - benötigt, damit diese Fahrzeuge Wetterveränderungen leichter erkennen und sicherere Starts und Landungen durchführen können, so die Forscher

Solche Verbesserungen könnten die Nutzung des lokalen Luftraums durch die Menschen verbessern, z. B. durch Drohnen, die Pakete ausliefern, oder durch Passagiere, die eines Tages mit unbemannten Flugzeugen fliegen, sagte Marcelo Dapino, Mitautor der Studie und Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der Ohio State University. Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in Frontiers in Materials veröffentlicht.

"Unsere Fähigkeit, den Luftraum zu nutzen, um Dinge auf effiziente Weise zu bewegen oder zu transportieren, hat enorme gesellschaftliche Auswirkungen", so Dapino in einer Erklärung. "Aber um diese fliegenden Objekte zu betreiben, müssen präzise Windmessungen in Echtzeit verfügbar sein, egal ob das Fahrzeug bemannt oder unbemannt ist."

MEHR AUS DER LUFT- UND RAUMFAHRT

Neben der Unterstützung von Flugobjekten bei der Überwindung großer Entfernungen sind genaue Windmessungen auch für Energieprognosen und die Optimierung der Leistung von Windturbinen wichtig, sagte er

Leon Headings, Mitautor der Studie und leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der Ohio State University, sagte, das Instrument sei aus intelligenten Materialien hergestellt worden. Das Team verwendete Polyvinylidenfluorid (PVDF), das über piezoelektrische Eigenschaften verfügt, die das Gerät antreiben können. Die gemessene Spannung oder Kapazitätsänderung eines Stücks flexibler PVDF-Folie kann mit der Windgeschwindigkeit korreliert werden.

Der PVDF-Sensor ist in ein Tragflächenprofil integriert, das den Luftwiderstand verringert. Da sich die Tragfläche frei drehen kann, kann sie zur Messung der Windrichtung verwendet werden

Um ihr Gerät zu testen, konzipierten die Forscher ein zweigleisiges Experiment. Zunächst wurde der Drucksensor in einer abgedichteten Kammer getestet, um seine Empfindlichkeit zu bestimmen. Anschließend wurde der Sensor in eine Tragfläche eingebaut und in einem Windkanal getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass der Sensor Druck und Windgeschwindigkeit sehr gut misst. Ein kleiner digitaler Magnetometerkompass, der in die Tragfläche integriert ist, liefert präzise Windrichtungsdaten, indem er die absolute Ausrichtung der Tragfläche relativ zum Erdmagnetfeld misst.

Es muss noch mehr geforscht werden, um das Windsensorkonzept von einer kontrollierten Forschungsumgebung zu kommerziellen Anwendungen zu bringen. Da sein Team weiterhin mit PVDF und anderen fortschrittlichen Materialien arbeitet, um die Sensortechnologie zu verbessern, hofft Dapino, dass ihre Arbeit schließlich zu einer Technologie führen wird, die außerhalb von Flugzeugen, z. B. für Windturbinen, verwendet werden kann.

"Dies sind sehr fortschrittliche Materialien, die in vielen Bereichen eingesetzt werden können", so Dapino. "Wir möchten auf diesen Anwendungen aufbauen, um die kompakte Windenergieerzeugung in die Haushalte zu bringen."