Ausgehend vom Niedrigflugsektor: Ein Praxisbeispiel aus erster Hand für die inländische Substitution in der Luftfahrtfertigung | Rückblick auf OpenTalk

Am 27. Oktober veranstaltete 36Kr die OpenTalk-Live-Veranstaltung mit dem Thema „Von der „Engpass-Situation“ zur selbstständigen Kontrolle: Der inländische Ersatz in der Luftfahrtfertigung ist im Gange“. Als Gastredner wurden Wang Gang, Gründer und CEO von Lanxiao Aviation, Sun Peng, Geschäftsführer von Jitai Aviation Technology, und Wang Fei, Gründer und Geschäftsführer von 208 Advanced Technology eingeladen. Sie teilten vertiefende Einblicke in Themen wie die eigenständige Entwicklung von Luftfahrt-Reichweitenverlängerern, die Architektur intelligenter Avioniksysteme und die Entwicklung von Trägheitsnavigationstechnologien und interagierten live mit dem Publikum.

Im Folgenden finden Sie die zusammengefassten wertvollen Inhalte dieser Live-Veranstaltung, die Sie gerne lesen, teilen und speichern können.

Szenario-basierte Rückwärtsplanung: Reichweitenbeschränkungen durch selbst entwickelte Reichweitenverlängerer beseitigen

Gastredner: Wang Gang, Gründer und CEO von Lanxiao Aviation. Er arbeitet seit langem an der Entwicklung großer Drohnen, war früher Chefkonstrukteur eines großen Drohnenmodells im Luft- und Raumfahrtbereich und Leiter der Flugsteuerung. Er erhielt bereits nationale und wissenschaftliche Preise der Stadt Peking. Er führte Lanxiao Aviation durch die vollständige Kippübergangs-Flugprüfung des großen hybriden Öl-Elektro-eVTOL-Fluggeräts, und der eigenständig entwickelte 800V-kolbenbetriebene Luftfahrt-Reichweitenverlängerer sowie das Flugsteuerungs-Teilsystem wurden bereits separat kommerzialisiert und auf dem Markt eingeführt.

Schlüsselwörter des Beitrags: eVTOL, Öl-Elektro-Hybridantrieb, Kippübergangs-Flugprüfung

Der Entwurf des „15. Fünfjahresplans“ sieht vor, dass im Bereich der Niedrigfluggeräte die Entwicklung neuer Niedrigfluggeräte wie senkrecht startender und landender Fluggeräte mit großer Reichweite beschleunigt und Schlüsseltechnologien wie das Hybridsystem durchbrochen werden sollen. Unter der Richtlinie „zuerst Produkte, dann Menschen, zuerst Vororte, dann Städte“ wählte Lanxiao Aviation den Einstieg bei großen reichweitenverlängerten senkrecht startenden und landenden unbemannten Transportflugzeugen.

Wang Gang geht davon aus, dass Frachtszenarien wie zeitkritische Kurierdienste, Transporte in Hochlandgebieten, auf Inseln und in Bergregionen sowie Notfallrettungen am ehesten echte kommerzielle Anforderungen hervorbringen werden. Basierend auf den Anforderungen dieser Szenarien nach großer Nutzlast und langer Reichweite verwendet das Lanxiao LX-1 das Konzept des reichweitenverlängerten Öl-Elektro-Hybridantriebs mit Kipprotoren. Es hat eine geplante Reichweite von 1000 km, eine Nutzlast von 700 kg und eine wirtschaftliche Reisegeschwindigkeit von 200 bis 250 km/h. Das Ziel ist, einen punktgenauen Direkttransport innerhalb eines Radius von 1000 km in einem halben Tag zu ermöglichen. Im Juni 2026 hat das LX-1 den vollständigen Flugablauf aus senkrechtem Start, Kippübergang, Reiseflug mit Starrflügeln und umgekehrtem Übergang zur senkrechten Landung abgeschlossen.

Nach Simulationsberechnungen liegt die Reichweite eines rein elektrischen eVTOL mit einer Nutzlast von 300 kg bei reservierter Notstrommenge unter 100 km. Das Konzept mit Reichweitenverlängerer löst genau die praktischen Reichweitenbeschränkungen des rein elektrischen Konzepts.

Das Konzept mit Reichweitenverlängerer kann die Energieversorgung je nach Flugphase anpassen: Bei Betriebszuständen mit hohem Leistungsbedarf wie dem senkrechten Start und der Landung wird der reine Elektro- oder Hybridmodus verwendet; bei Betriebszuständen mit geringem Leistungsbedarf wie dem Reiseflug lädt der Generator des Reichweitenverlängerers die Batterie kontinuierlich auf.

Am Beispiel eines 2,5-Tonnen-Modells kann ein 200kW-Generatorsatz des Reichweitenverlängerers mehr als 900 kWh zusätzliche Energie liefern. Neben der Überwindung der Kapazitätsgrenzen der Batterie wird der Verschleiß der Batterielebensdauer durch tiefe Lade- und Entladevorgänge vermieden, und gleichzeitig wird eine sicherere Leistungsausgabe für das Schweben vor der Landung gewährleistet.

800V-kolbenbetriebener, spezialisiert für die Luftfahrt entwickelter Reichweitenverlängerer SQ-120

Aufbauend auf diesem Konzept hat Lanxiao Aviation für das LX-1 den 800V-kolbenbetriebenen Luftfahrt-Reichweitenverlängerer SQ-120 selbst entwickelt. Der SQ-120 basiert auf dem technisch ausgereiften 1,5T-Turbo-Direkteinspritzmotor, kombiniert mit der neu entwickelten, spezialisiert für die Luftfahrt ausgelegten 800V-SiC-Generatorbaugruppe. Der Öl-Elektro-Umwandlungswirkungsgrad erreicht 4 kWh/kg bei einer Dauerausgangsleistung von 120 kW, um die Ziele hoher Leistungsdichte, breiter Arbeitsspannung und Hochland-Isolierung zu erfüllen. Gleichzeitig hat Lanxiao Aviation auch den Controller für den Reichweitenverlängerer selbst entwickelt, um das Energiemanagement des Antriebssystems weiter zu optimieren.

Derzeit hat das von Lanxiao Aviation selbst entwickelte Hybridsystem eine 100%ige inländische Fertigung erreicht. In der Folge werden das gesamte Fluggerät und das Antriebssystem im Hinblick auf die Anpassung an Einsatzszenarien, die Lufttauglichkeitsverifizierung, die Zuverlässigkeit und die Kosten der Serienproduktion kontinuierlich weiterentwickelt.

Entwicklung einer lokalen Avionikplattform, die zertifizierbar, serienproduzierbar und weiterentwickelbar ist

Gastredner: Sun Peng, Geschäftsführer von Jitai Aviation Technology. Er war früher Vizepräsident von ZTE und Vizepräsident von Himalaya. Er verfügt über mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Kommunikations-, Internet- und Avionikbranche, arbeitet seit langem im Bereich Avionik und intelligentes Fliegen und konzentriert sich auf die Architektur und Schlüsseltechnologien von Avioniksystemen für neue Fluggeräte wie eVTOL und große Frachtdrohnen.

Schlüsselwörter des Beitrags: Niedrigflugwirtschaft, intelligentes Fliegen, Avionikarchitektur, sichere digitale Basis

Intelligentes Fliegen ist eine wichtige Fähigkeit für Niedrigfluggeräte, um Betriebskosten zu senken und kommerziellen Wert zu realisieren. Die Erhöhung des Intelligenzgrads von Fluggeräten bedeutet im Wesentlichen, dass das Avioniksystem eine datengestützte hochdimensionale Entscheidungsfindung realisiert und Aufgaben wie Umfeldwahrnehmung, Informationsfusion und unterstützende Entscheidungsfindung verarbeitet. Die Architektur wird sich auch von dem relativ verteilten „föderalen“ System schrittweise zu einer stärker konzentrierten, offenen Rechen- und Netzwerkplattform weiterentwickeln.

Sun Peng fasst die aktuellen Probleme der Niedrigflug-Avionik in vier Kategorien zusammen: Erstens ist die Kommunikation gestört, die Kontinuität und Stabilität der Abdeckung der Luft-Boden-Verbindung über 300 m sind unzureichend. Zweitens ist die Fähigkeit zur Umfeldwahrnehmung unzureichend, es fehlen luftfahrttaugliche Situationswahrnehmungsprodukte. Drittens beschränkt das Black-Box-Integrationsmodell die Kontrolle der Fluggerätehersteller über die untergeordnete Architektur und die Iteration von Produkten. Viertens ist die Lufttauglichkeitsgestaltung und die Vorbereitung von Nachweisen bei einigen Lieferanten unzureichend, was die Zertifizierungsschwierigkeiten für die Fluggerätehersteller erhöhen kann.

Aufbauend auf dieser Einschätzung legt Jitai Aviation sein Produktportfolio auf grundlegende Fähigkeiten wie kontinuierliche Verbindung, kontinuierliche Überwachung und intelligente unterstützende Entscheidungsfindung aus, einschließlich mehrmoduliger bordseitiger Datenverbindung, bordseitigem TSN-Netzwerk und Rechenplattform, und unterstützt Anwendungen wie visuelle Wahrnehmung.

Produktmatrix der Avionik von Jitai Aviation

In Bezug auf die bordseitige Avionikarchitektur schlägt Sun Peng das Modell der „schlanken Taille“ vor: Der Fluggerätehersteller übernimmt die Definition der Zwischenschichten wie Datensemantik, Kommunikationsvereinbarung und Netzkonfiguration, um Bedingungen für die kontinuierliche Innovation von Anwendungen auf der oberen Ebene und die mehrquellige Versorgung, den Austausch und die Aufrüstung der untergeordneten Hardware zu schaffen.

Dazu passt die Architektur der „getrennten Steuerung von Groß- und Kleinhirn“: Die Flugsteuerungsdomäne entspricht dem „Kleinhirn“ und ist für die stabile, sichere und verifizierbare Ausführung der Steuerung verantwortlich. Die Intelligenzdomäne entspricht dem „Großhirn“ und verarbeitet hochdimensionale Informationen wie visuelle Wahrnehmung und Datenfusion, um Funktionsiterationen zu unterstützen. Die beiden Domänen sind über ein deterministisches Netzwerk verbunden, und die gegenseitigen Auswirkungen werden durch das Netzwerk- und Systemarchitekturdesign gesteuert.

Dabei kombiniert die bordseitige Datenverbindung das 4G/5G-Öffentliche Netz und das spezielle Netz und kann die Kommunikationsverbindung je nach Routenabdeckung und Geschäftsanforderungen auswählen. Unter bestimmten Testbedingungen im Außeneinsatz beträgt die Kommunikationsreichweite einer einzelnen Station bis zu 110 km, und der Durchsatz der Verbindung erreicht 8 Mbps.

Im Bereich des bordseitigen Netzwerks treibt Jitai Aviation die Gruppenstandards für bordseitiges TSN (Time-Sensitive Network) der chinesischen Luftfahrtgesellschaft voran und bietet Lösungen von Endsystemen, Switches bis hin zu Rechenplattformen an. TSN kann deterministische Kommunikationsfähigkeiten mit einer Kommunikationsbandbreite von 1000 Mbps bereitstellen, die Latenz über einen Switch liegt unter 25 μs, das Jitter unter 1 μs und die Genauigkeit der Zeitsynchronisation unter 500 ns. Durch die Einbindung der Daten verschiedener Geräte und herkömmlicher Busse in ein einheitliches Netzwerk trägt TSN auch zur Vereinfachung der Netzarchitektur und zur Verringerung des Kabelgewichts bei.

Sun Peng ist der Ansicht, dass ein wichtiges Ziel des inländischen Ersatzes die Gewährleistung der Lieferkettsicherheit ist. Der Unterschied zwischen chinesischen und ausländischen Avioniksystemen liegt hauptsächlich im Reichtum der Industriekette und den Unterstützungsfähigkeiten. Zwischen der Avionik für traditionelle Großflugzeuge und industriellen Lösungen benötigt die Niedrigflugindustrie eine lokale Avionikplattform, die „zertifizierbar, serienproduzierbar und weiterentwickelbar“ ist, damit die Fluggerätehersteller bei der Typenzertifizierung und dem langfristigen Betrieb mehr kontrollierbare und nachhaltige Lieferoptionen haben.

Im Zeitalter nach GPS: Drei Generationen von Gyroskopen gewährleisten die Flugsicherheit

Gastredner: Wang Fei, Gründer und Geschäftsführer von 208 Advanced Technology. Er ist Doktor der Ingenieurwissenschaften, arbeitet seit mehr als zwanzig Jahren an der Entwicklung hochwertiger Trägheitselemente und wurde unter anderem mit dem Nationalen Preis für wissenschaftlich-technischen Fortschritt ausgezeichnet. Er führte sein Team zur Entwicklung des einzigen großen Laser-Gyroskops in China, durchbrach die Technologie für die erste in China entwickelte Reihe von funktionalen Chips für den Antrieb von Laser-Gyroskopen und realisierte die kostengünstige Massenfertigung von Laser-Gyroskopen.

Schlüsselwörter des Beitrags: Trägheitsnavigation, Gyroskop, Kern der Flugsteuerung, Laser + Halbkugel + Quanten

Die Trägheitsnavigation ist ein sensorbasiertes Navigationssystem, das die Linearbewegung und Winkelbewegung des Trägers über Beschleunigungsmesser und Gyroskope misst, um anschließend Position und Haltungsinformationen des Trägers zu schätzen. Wang Fei erklärt ihre Funktion mit dem Vergleich eines „unsichtbaren Kleinhirns“: Damit ein Fluggerät stabil fliegen kann, muss es zuerst Nick-, Gier- und Rollbewegungen genau wahrnehmen. Wenn Satellitensignale nicht verfügbar sind, kann die Trägheitsnavigation zudem eine autonome Ortungsfähigkeit bereitstellen.

Satellitennavigation und Trägheitsnavigation stehen nicht in einem Ersatzverhältnis zueinander. Die Satellitennavigation kann genaue Positionsdaten liefern, kann aber keine vollständigen Haltungsinformationen unabhängig bereitstellen und ist anfällig für Abschattung, Störung und Täuschung. Die Trägheitsnavigation hängt nicht von externen Signalen ab, aber der Fehler akkumuliert sich mit der Zeit und beeinträchtigt dadurch die Genauigkeit.

Daher werden beide in praktischen Systemen häufig kombiniert verwendet, um die Ortungsgenauigkeit mit der autonomen Navigationsfähigkeit bei eingeschränkten Satellitensignalen zu vereinbaren. Wang Fei ist der Ansicht, dass die Trägheitsnavigation in Niedrigflugumgebungen wie Stadtschluchten und elektromagnetischen Störungen hochautonom und hochvertrauenswürdig ist und ein wichtiger Bestandteil der sicheren Grundlage der Niedrigflugwirtschaft darstellt.

Analyse der komplexen Situationen, denen der Niedrig