Physik | Technik
Nicolas Huber, 2004 | Wetzikon, ZH
Das Gleitschirmfliegen ist eine wunderbare Sportart, doch werden Piloten/Pilotinnen regelmässig von gefährlichen Fluglagen heimgesucht, welche zu tragischen Unfällen führen können. Um dem entgegenzuwirken, stellt diese Arbeit einen technischen Ansatz vor, um die Sicherheit im Gleitschirmsport zu erhöhen. Nach einer Einführung in die Sportart werden die physikalischen Grundlagen des Fliegens und Modelle zur numerischen Modellierung des Fliegens vorgestellt, welche als Basis für die Entwicklung eines Software-Tools zur Analyse empirischer Flugdaten dienen. Diese Analysemodelle führen zur Herleitung von Algorithmen für die Prognose gefährlicher Fluglagen. Schliesslich werden die entwickelten Modelle und weitere Untersuchungen in einem unter Laborbedingungen funktionsfähigen Prototypen eines Warnsystems zusammengeführt. Die technischen Möglichkeiten im Bereich der Gefahrenprävention werden zusammengefasst und Weiterentwicklungsmöglichkeiten aufgezeigt. Die Resultate sind ein Software-Paket für die automatisierte quantitative Flugdatenanalyse sowie ein Warnsystem. So leistet diese Arbeit einen Beitrag zur Erhöhung der Sicherheit im Gleitschirmsport und stellt vielseitige Mittel für weitere Entwicklungsschritte in Zusammenarbeit mit der Gleitschirmcommunity und -industrie bereit.
Fragestellung
Um der Sicherheit im Gleitschirmsport einen Aufwind zu verleihen, wurde die folgende Fragestellung formuliert: (I) Welches Muster verbirgt sich hinter plötzlich auftretenden Kappenstörungen von Gleitschirmen? (I.a) Welche Charakteristik lässt sich bei der visuellen Analyse von Kappenstörungen feststellen? (I.b) Wie verändert sich die Zugspannung auf den Leinen im Falle einer Störung? (I.c) Was bedeuten diese Erkenntnisse für das proaktive Pilotenverhalten am Schirm? (II) Inwieweit kann ein technisches Hilfsmittel ein präventives Früherkennen einer gefährlichen Fluglage und somit die Verhinderung von Zwischenfällen unterstützen?
Methodik
Ein übergeordnetes Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Warnsystems. Um ein solches System zu realisieren, wurden verschiedene Recherche-, Analyse- und Entwicklungsstadien durchlaufen. In einer Literaturrecherche wurden die Gleitschirmtheorie und physikalischen Grundlagen des Fliegens aufgearbeitet. Dieser Schritt führte zur Entwicklung weiterführender Modelle zur Simulation des Fliegens. In diesem Rahmen ist ein Software-Paket entstanden, welches die Simulationsmodelle in einer automatisierten Flugdatenanalyse in generalisierter Form zur Anwendung bringt. Anhand einer empirischen Auswertung von beispielhaften Flugdaten wurden das Potential und die Anwendungsmöglichkeiten des Analyse-Tools im Bereich der Gefahrenprävention aufgezeigt. Darauf folgte eine Analyse ausgewählter Gefahrenlagen, um konkrete Ansatzpunkte für die Entwicklung eines Warnsystems zu schaffen. Eine weitere empirische Studie unter Laborbedingungen erlaubte schliesslich die Herleitung eines Prognosealgorithmus für bestimmte Gefahrenzustände. Zum Abschluss wurde ein erster Prototyp eines Warnsystems entwickelt, welcher die Ergebnisse der bestehenden Untersuchungen nutzt und Weiterentwicklungsmöglichkeiten aufzeigt.
Ergebnisse
Das Endresultat dieser Arbeit ist ein unter Laborbedingungen funktionsfähiges Gefahren-Warnsystem, welches die Ergebnisse von zahlreichen Zwischenschritten, reichend von theoretischen Untersuchungen bis hin zu angewandten Simulationen, implementiert. Die entwickelten Software-Tools und die zugehörigen Algorithmen, welche durch ihre generalisierte Form die Anwendung der Konzepte dieser Arbeit auf jeden beliebigen Gleitschirm ermöglichen, schaffen die Grundlage für eine umfassende Weiterentwicklung und breite Etablierung eines Warnsystems zur Vorhersage gefährlicher Flugzustände.
Diskussion
Die präsentierten Methoden für die Gefahrenprävention sind neuartig und stossen in der Gleitschirmcommunity auf positives Feedback. Bestehende technische Limitierungen werden verdeutlicht und Möglichkeiten für die Weiterentwicklung ausformuliert. Piloten/Pilotinnen und Experten/Expertinnen zeigen sich an der Implementierung des Konzepts interessiert und es eröffnen sich spannende potenzielle Kooperationen für die Zukunft.
Schlussfolgerungen
Diese multidisziplinäre Arbeit liefert einen funktionsfähigen technischen Ansatz zur Vorhersage und Prävention gefährlicher Flugzustände. Das Potential dieses Konzepts wird verdeutlicht und es werden die Grundsteine für eine Weiterentwicklung mit Partnern in der Gleitschirmcommunity und -industrie gelegt. Happy Landing!
Würdigung durch den Experten
Ronald Luijten
Der engagierte Gleitschirmpilot Nicolas hat sich in seiner Maturaarbeit gründlich mit dem Phänomen vom sog. Einklapper befasst. Diese sind in der Nähe vom Boden sehr gefährlich. Sie werden durch unsichtbare Luftturbulenzen verursacht und müssen vom Piloten sofort korrigiert werden. Auf Basis theoretischer Grundlagen, Messdaten von selbst durchgeführten Flügen und Daten vom Hersteller, hat Nicolas ein neues Warnsystem entwickelt, welches die Kräfte an der Steuerung misst und akustisch und visuell dem Piloten auf das Risiko eines Einklappers hinweist. Das Resultat ist eine erhöhte Flugsicherheit
Prädikat:
hervorragend
Sonderpreis «European Union Contest for Young Scientists (EUCYS)» gestiftet von der Stiftung Aldo e Cele Daccò
Kantonsschule Zürcher Oberland, Wetzikon
Lehrer: Dr. Albert Kern
