Dieses Video dokumentiert die Entwicklung und Teilnahme eines Teams an der DARPA Lift Challenge, einem unbemannten Luftfahrzeug-Wettbewerb (UAV), bei dem ein Gerät das Vierfache seines Leergewichts (4:1-Verhältnis) über eine vorgegebene Strecke transportieren muss. Der Schöpfer entwirft einen unkonventionellen, schwapplattenlosen Hubschrauber-Multirotor-Hybriden („den Eimer“), der mit verschiedenen Tragflächenprofilen (Wörtman, Clark Y, VR7), servogesteuerter Blattverstellung und leichten Schaumstoffstrukturen experimentiert. Nach zahlreichen strukturellen Fehlschlägen, Einflüssen durch gyroskopische Präzession und komplexen PID-Regelungsproblemen tritt das Team als „Team 67“ beim Live-Wettbewerb an. Das Luftfahrzeug stürzt nach unzureichendem Blatt-Tracking und starkem Windeinfluss ab, was den Schöpfer zu detaillierten technischen Analysen und Überlegungen für die DARPA-Challenge 2028 inspiriert.
Wichtigste Punkte & Zeitstempel
0:21 DARPA Lift Challenge: Das Ziel des Wettbewerbs besteht darin, ein extrem leichtes Luftfahrzeug zu bauen, das das Vierfache seines eigenen Gewichts (4:1-Verhältnis) transportieren kann.
1:12 Konzeptwahl: Das Team entscheidet sich gegen traditionelle Hubschrauber und für einen unkonventionellen, extrem großen, langsam drehenden Rotor, um die Energieeffizienz zu maximieren.
3:49 Wörtman-Profil: Erste Tests mit dem hochliftenden Wörtman-Tragflächenprofil zeigen einen zu hohen Nickmomentbeiwert ($C_m$), was zu starker Torsion und Verwindung der Holmstrukturen führt.
5:25 Schwapplattenlose Steuerung: Statt einer traditionellen Taumelscheibe verwendet das Team Encoder und Servos, um den Blattverstellwinkel (Pitch) azimutal anzupassen und die Flugrichtung zu steuern.
7:28 Wechsel zum Clark Y Profil: Wegen der unkontrollierbaren Torsion des Wörtman-Profils wechselt das Team zum klassischen Clark Y RC-Flugzeugprofil mit geringerem Nickmoment.
14:36 Skalierung auf 8-Fuß-Rotor: Das Team baut einen größeren 8-Fuß-Rotor (ca. 2,44 m) mit Kohlefaser und Aluminium, der jedoch bei Zug- und Lasttests aufgrund falscher Biegerichtungen bricht.
20:44 Gyroskopische Präzession: Das Team identifiziert gyroskopische Präzessionseffekte von den Rotormotoren, die bei Drehungen unvorhersehbare Nick- und Rollmomente erzeugen.
22:40 Leichtbauweise aus Heimwerker-Materialien: Um Gewicht zu sparen, wird der Rahmen von 15 lbs (ca. 6,8 kg) Metall und Kohlefaser auf 5 lbs (ca. 2,3 kg) aus Baumarkt-Isolierschaum und Pappel-Schattenstegen reduziert.
25:32 Wettbewerbstag (Team 67): Als Team 67 tritt das Team beim Live-Wettbewerb an, bei dem der Kurs eine Gesamtlänge von 5 nautischen Meilen (bei einer Streckenlänge von 1100 Fuß) aufweist.
29:30 Strukturelles Versagen: Ermüdungserscheinungen an den Motorhalterungen (verursacht durch ungedämpfte Erschütterungen vor dem Flug) führen zu einem spektakulären Motorausfall im Flug.
36:38 Absturz und Blatt-Tracking: Nach provisorischen Reparaturen führt ein ungenaues Blatt-Tracking (ein Blatt läuft 10 Grad höher als das andere) unter widrigen Windbedingungen zum Totalabsturz des Luftfahrzeugs.
38:00 Fazit und Ausblick: Optimierte Hubschrauber gewinnen den Hauptpreis. Die Ankündigung der DARPA für eine Folgeveranstaltung im Jahr 2028 motiviert den Schöpfer zu zukünftigen Iterationen mit optimierter Schwerpunktlage und Kohlefaserkonstruktionen.
Glossar
DARPA: Defense Advanced Research Projects Agency; die Forschungs- und Entwicklungsagentur des US-Verteidigungsministeriums.
Taumelscheibe (Swashplate): Ein mechanisches Steuerelement bei Hubschraubern, das stationäre Steuerbefehle auf den rotierenden Rotor überträgt (wovon bei diesem schwapplattenlosen Design abgewichen wurde).
Tragflächenprofil (Airfoil): Die geometrische Querschnittsform eines Rotorblatts oder Flügels, die für die Erzeugung von Auftrieb optimiert ist (im Video werden Wörtman, Clark Y und VR7 verwendet).
Nickmomentkoeffizient ($C_m$): Ein aerodynamischer Koeffizient, der das Moment beschreibt, das einen Flügel oder ein Rotorblatt um seine Querachse zu verdrehen versucht.
Gyroskopische Präzession: Ein physikalisches Phänomen, bei dem eine auf einen rotierenden Körper (z. B. Rotor) einwirkende Kraft um 90 Grad versetzt in Drehrichtung wirksam wird.
PID-Regler: Ein Regelkreis-Algorithmus mit Proportional-, Integral- und Differentialanteilen, der zur präzisen Stabilisierung und Steuerung von Systemen eingesetzt wird.
Blatt-Tracking (Blade Tracking): Die präzise mechanische Ausrichtung und synchronisierte Einstellung von Rotorblättern, um Vibrationen und ungleiche Auftriebskräfte zu verhindern.
Schattensteg (Shear Web): Ein bautechnisches Versteifungselement in einem I-Träger, das vertikale Schubkräfte aufnimmt und die strukturelle Integrität erhöht.
Nautische Meile: Eine Längseinheit in der Luft- und Seefahrt, exakt definiert als 1.852 Meter.