Erstellung einer Prozesskette zur Drohnen-Impactsimulation mithilfe der Bestimmung von Massenverteilungen in unbemannten Fluggeräten / unmanned aerial systems (UAS)

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung, Ausführung und Bewertung einer Prozesskette zur Drohnen-Impactsimulation und zieht dafür die Ergebnisse einer zu erstellenden Massenverteilungsuntersuchung unbemannter Fluggeräte hinzu. Die Prozesskette zeichnet sich hierbei durch ihren modularen Aufbau und ihre hohe Automation aus. Die Umsetzung erfolgt über eine Massenverteilungsuntersuchung der DJI Phantom 3 Standard Drohne, einer Algorithmusentwicklung zur Drohnenmodellgenerierung, einer Drohnen-FE-Modellausarbeitung, sowie der Simulationsausführung und Auswertung der Kollisionen auf eine Helikopterwindschutzscheibe und eine Flügelvorderkante. Die Bewertung der Prozesskette findet anhand der Interpretation der Simulationsergebnisse und deren Vergleich zu Literaturbeispielen, sowie der Validierung der Drohnen-FE-Modelle mithilfe der Massenverteilung der DJI Phantom 3 Standard und Beschusstestergebnissen von Drohnenkomponenten statt. Die Prozesskette verfolgt das Ziel zukünftige Forschungen zum Drohnenschlag am Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrttechnik (DLR) zu unterstützen. The present work is concerned with the development, analysis and assessment of a process chain for drone impact simulations. The process makes use of mass distributions for the components from given Unmanned Aerial Systems (UAS) or Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS). The process chain has a modular built-up and is mainly automated. The algorithm for the drone model generation makes use of the commercial DJI Phantom 3 Standard RPAS properties in terms of geometry, materials, components and its weights. The CAD based model is transferred into an explicit Finite Element analysis and subsequently runs defined load cases. The impact on a helicopter windshield and a horizontal stabilizer leading edge is analysed. The assessment of the process chain is based on the interpretation of the numerical results, the performed mass distribution analysis and comparison with literature data. Furthermore, the validation was started with impact test results of RPAS components. The objective of the process chain is to improve drone strike analysis at the DLR Institute of Structures and Design.