Wie sollte ich beurteilen, ob die maximale Nutzlastkapazität einer Feuerwehrdrohne meinen Anforderungen entspricht?

Wir bei SkyRover sehen, wie unsere Kunden damit zu kämpfen haben, wenn Drohnen mitten im Einsatz aufgrund von Überlastung ausfallen. Lassen Sie nicht zu, dass Fehleinschätzungen des Gewichts Ihre Bemühungen zur Brandbekämpfung gefährden; eine genaue Bewertung ist für die Sicherheit entscheidend.
Drohnen fallen mitten im Einsatz aus ¹

Um die Nutzlastkapazität zu ermitteln, berechnen Sie die "effektive Nutzlast", indem Sie das Leergewicht und die Batterien der Drohne von ihrem maximalen Startgewicht (MTOW) abziehen. Stellen Sie sicher, dass diese Zahl das Gewicht der Einsatzausrüstung um einen Sicherheitspuffer von 20% übersteigt, um Umweltfaktoren wie Hitze, Windwiderstand und Notfallmanöver zu berücksichtigen.

Lassen Sie uns die spezifischen Gewichtsanforderungen und technischen Kompromisse aufschlüsseln, um sicherzustellen, dass Sie die richtige Ausrüstung wählen.

Welches Gewicht darf meine Drohne für Feuerlöschkugeln maximal tragen?

Wir weisen unsere Kunden häufig darauf hin, dass ein zu geringes Gewicht der Löschmittel zum Scheitern des Einsatzes führt. Die Mitnahme von unzureichenden Löschmitteln macht den Flug gegen sich ausbreitende Brände nutzlos und vergeudet wertvolle Zeit und Ressourcen.

Das erforderliche Gewicht hängt von der jeweiligen Brandklasse und Löschmethode ab. Standard-Löschkugeln wiegen zwischen 1,3 kg und 4 kg pro Stück. Für eine wirksame Brandbekämpfung benötigen Industriedrohnen in der Regel eine Nutzlastkapazität von mindestens 20 kg, um mehrere Einheiten oder ein spezielles Startsystem zu tragen.

Bei der Bewertung der Nutzlast von Feuerlöschkugeln müssen Sie nicht nur das Gewicht der Kugeln selbst berücksichtigen. Viele Beschaffungsmanager machen den Fehler, nur das Gewicht des "Verbrauchsmaterials" zu berechnen. Der Ausbringungsmechanismus - das Gestell, das Abwurfsystem oder die Abschussvorrichtung - bringt jedoch eine erhebliche Masse mit sich, die Ihr Budget für die Nutzlast aufzehrt.
Feuerlöschkugeln ²

Berechnung des Gesamtsystemgewichts

Um den tatsächlichen Bedarf zu ermitteln, müssen Sie drei Komponenten addieren: das Gewicht der Löschkugeln, das Gewicht des Auslösemechanismus und das Gewicht der Halterungen. Eine Standardlöschkugel von 1,3 kg ist beispielsweise leicht, aber bei einem Einsatz müssen in der Regel 4 bis 6 Kugeln abgeworfen werden, um ein Feuer wirksam zu bekämpfen. Ein Gestell, das 6 Kugeln aufnehmen kann, könnte zusätzlich 2 bis 3 kg wiegen.

Wenn Sie eine Drohne wählen, die kaum 10 kg heben kann, und Ihre Gesamtnutzlast (Bälle + Gestell) 9,8 kg beträgt, fliegen Sie am absoluten Limit. Das lässt keinen Spielraum für Fehler. In unseren Tests bei SkyRover empfehlen wir, dass die Gesamtnutzlast 80% der Nennkapazität der Drohne nicht überschreiten sollte, um Stabilität zu gewährleisten.

Nutzlastanforderungen für verschiedene Unterdrückungsmittel

Verschiedene Brandszenarien erfordern unterschiedliche Mengen an Löschmitteln. Ein kleiner Brandherd kann mit zwei Kugeln bekämpft werden, während ein größerer Brand einen kontinuierlichen Tropfen erfordert. Nachstehend finden Sie eine Aufschlüsselung der typischen Gewichtsanforderungen, die wir in der Branche antreffen.

Wenn Sie diese Zahlen kennen, können Sie vermeiden, eine Plattform zu kaufen, die für Ihre spezifischen Bekämpfungsmaßnahmen zu schwach ist. Fragen Sie Ihren Lieferanten immer nach dem "installierten Gewicht" des Auslösemechanismus, nicht nur nach der Hubkapazität der Drohne.

Wie wirkt sich eine schwerere Nutzlast auf die Flugzeit und Akkulaufzeit meiner Drohne aus?

Unsere Ingenieure kämpfen ständig mit der Physik des Auftriebs gegenüber der Flugdauer. Wenn Sie die drastische Verkürzung der Flugzeit bei voller Beladung ignorieren, besteht die Gefahr, dass Ihre teure Ausrüstung abstürzt oder nicht zurückkehrt.
Physik des Auftriebs ³

Schwerere Nutzlasten erhöhen den Stromverbrauch erheblich und verkürzen die Flugzeit um bis zu 50% im Vergleich zum unbelasteten Schwebeflug. Hohe Entladungsraten führen zu einer schnelleren Überhitzung der Akkus und verkürzen ihre Gesamtlebensdauer. Sie müssen die Flugdauer auf der Grundlage der Gewichtsangabe "beladen" berechnen, nicht auf der Grundlage der in Marketingbroschüren angegebenen maximalen Schwebezeit.

Die Beziehung zwischen dem Gewicht der Nutzlast und der Flugzeit ist nicht linear, sondern verläuft oft exponentiell. Mit zunehmendem Gewicht müssen die Motoren schneller drehen, um den nötigen Auftrieb zu erzeugen. Dadurch wird dem Akku mehr Strom (Ampere) entnommen. Je höher die Stromaufnahme, desto weniger effizient wird der Akku aufgrund des Innenwiderstands und der Wärmeentwicklung.
Innenwiderstand ⁴

Die Physik des Stromverbrauchs

Wenn wir unsere SkyRover Drohnen testen, sehen wir einen klaren Unterschied zwischen "Schwebezeit" und "Einsatzzeit". Im Schwebeflug wird weniger Energie verbraucht als beim Manövrieren. Eine schwere Drohne, die gegen Windböen ankämpft und gleichzeitig eine volle Ladung Feuerschutzmittel trägt, entlädt ihren Akku viel schneller als eine Drohne, die in ruhiger Luft schwebt.

Eine Drohne kann zum Beispiel mit einer "50-minütigen Flugzeit" beworben werden. Dies wird in der Regel ohne Nutzlast auf Meereshöhe gemessen. Sobald Sie eine Nutzlast von 20 kg anbringen, kann diese Zeit auf 25 Minuten sinken. Wenn Sie eine Sicherheitsreserve von 20% einkalkulieren (Sie wollen nie bei 0% landen), beträgt die tatsächliche Flugzeit vielleicht nur 15 bis 18 Minuten.

Batteriezustand und C-Raten

Schwere Nutzlasten erfordern eine hohe "C-Rate" (Entladerate) des Akkus. Wenn ein Akku ständig bis an seine maximale Entladungsgrenze belastet wird, erhitzt er sich schnell. Übermäßige Hitze führt dazu, dass die Batteriespannung absinkt, was vorzeitige Unterspannungswarnungen auslösen kann und die Drohne zur Landung zwingt, auch wenn noch Kapazität vorhanden ist.

Wir haben Daten aus verschiedenen Flugtests zusammengestellt, um zu zeigen, wie sich die Nutzlast auf die Lebensdauer auswirkt.

Hinweis: Die Daten dienen der Veranschaulichung und basieren auf der typischen Leistung von Schwerlastdrohnen für die Industrie.

Fragen Sie bei der Bewertung eines Anbieters nach einem Flugzeitdiagramm, in dem die Nutzlast im Verhältnis zur Zeit dargestellt ist. Verlassen Sie sich nicht auf die einzige Höchstzahl auf dem Datenblatt.

Kann ich das Befestigungssystem für verschiedene Arten von Feuerwehrausrüstung anpassen?

Wir wissen, dass Standardhalterungen selten für jedes einzigartige Einsatzprofil geeignet sind. Die Bindung an ein proprietäres System schränkt Ihre operative Flexibilität bei unterschiedlichen Einsatzszenarien oder beim Einsatz älterer Ausrüstung ein.

Ja, Industriedrohnen unterstützen häufig modulare Befestigungssysteme mit Standardschnittstellen wie HDMI, SDK-Anschlüssen oder schnell lösbaren mechanischen Schienen. Hersteller können kundenspezifische Halterungen für bestimmte Schläuche, Trockenpulvertanks oder Sensoranordnungen entwerfen, sofern das Gesamtgewicht innerhalb des Schwerpunkts und der Nutzlastgrenzen bleibt.

Die Zusammenarbeit mit einem OEM-Hersteller wie uns zeichnet sich durch individuelle Anpassung aus. Die Brandbekämpfung ist dynamisch; manchmal brauchen Sie eine Wärmebildkamera zur Aufklärung und ein anderes Mal einen Abwurfmechanismus zur Löschung. Ein starres, nicht anpassbares System wird irgendwann zu einem Engpass für Ihre Einsätze.

Modulare Design-Schnittstellen

Moderne Industriedrohnen verwenden in der Regel ein "Nutzlast-SDK" (Software Development Kit) oder Standard-Hardwareschienen. Dadurch können Geräte von Drittanbietern mit der Flugsteuerung kommunizieren.

• Mechanische Schnittstelle: Dies ist die physische Verbindung. Wir verwenden häufig Schnellwechselschienen, mit denen Sie eine Kamera in Sekundenschnelle und ohne Werkzeug gegen einen Suchscheinwerfer oder eine Dropbox austauschen können.
• Elektrische Schnittstelle: Dieser liefert Strom und Daten. Zu den gängigen Standards gehören CAN-Bus, UART oder einfache PWM-Signale (Pulsweitenmodulation).

Wenn Sie eine bestimmte Marke von Feuerlöschkugeln oder einen speziellen Sensor haben, können wir eine Montageplatte entwickeln, die zum Schwerpunkt der Drohne passt. Es ist wichtig, den Schwerpunkt zentral zu halten. Wenn ein kundenspezifisches Anbaugerät zu weit nach vorne oder hinten hängt, müssen die hinteren oder vorderen Motoren härter arbeiten, um die Drohne waagerecht zu halten, was die Effizienz und Stabilität verringert.
Körperschwerpunkt (CG) ⁵

Der technische Prozess für die Anpassung

Wenn ein Kunde mit der Bitte an uns herantritt, ein einzigartiges Gerät zu transportieren, befolgen wir einen speziellen Validierungsprozess. Wir überprüfen die Abmessungen, um sicherzustellen, dass die Nutzlast das Fahrwerk oder die GPS-Antennen nicht behindert. Wir prüfen auch auf elektromagnetische Störungen.

Im Folgenden finden Sie eine Checkliste, mit der Sie feststellen können, ob ein Drohnensystem wirklich an Ihre Bedürfnisse angepasst werden kann:

Erkundigen Sie sich bei Ihrem Hersteller, ob er CAD-Dateien oder technische Unterstützung bei der Integration Ihrer speziellen Werkzeuge anbietet.

Wie berechne ich den Kompromiss zwischen Nutzlastkapazität und Flugagilität?

Bei unseren Flugtests haben wir festgestellt, dass voll ausgelastete Drohnen träge werden. Eine langsame Reaktion in Brandgebieten mit starkem Wind kann zum Verlust der Kontrolle und zu gefährlichen Unfällen für die Bodencrews führen.

Berechnen Sie das Schub-Gewichts-Verhältnis; ein Verhältnis unter 2:1 bei Volllast beeinträchtigt die Agilität erheblich. Mit zunehmender Nutzlast nimmt die Trägheit zu, so dass mehr Strecke zum Anhalten und mehr Leistung zum Steigen benötigt wird. Bevorzugen Sie eine geringere Zuladung, wenn Ihre Mission das Umfliegen komplexer Hindernisse oder turbulenter Umgebungen erfordert.

Beweglichkeit wird oft zugunsten von roher Hubkraft vernachlässigt, aber bei der Brandbekämpfung bedeutet Beweglichkeit Sicherheit. Feuer erzeugt seine eigenen Wettermuster, einschließlich starker Aufwinde und unvorhersehbarer Turbulenzen. Eine Drohne, die schwer und träge ist, kann nicht schnell genug auf diese Veränderungen reagieren und riskiert einen Absturz.
Schub-Gewichts-Verhältnis ⁶

Die Schubkraft-Gewichts-Verhältnis-Regel

Die goldene Regel in unserer Branche ist das Verhältnis von Schubkraft zu Gewicht von 2:1. Das bedeutet, dass die Motoren in der Lage sein sollten, die doppelte Schubkraft zu erzeugen, die zum einfachen Anheben der Drohne erforderlich ist.

• Wenn Ihre Drohne + Nutzlast 50 kg wiegt, sollten die Motoren eine Schubkraft von 100 kg erzeugen können.
• Diese zusätzliche Leistung dient nicht dazu, mehr Gewicht zu heben, sondern zum Manövrieren. Sie ermöglicht es der Drohne, hart zu bremsen, schnell über Hindernisse zu steigen und gegen starken Wind anzukämpfen.

Wenn Sie eine Drohne so weit beladen, dass das Verhältnis auf 1,5:1 sinkt, fühlt sich die Drohne an den Steuerknüppeln "schwer" an. Sie driftet weiter, bevor sie zum Stillstand kommt, und hat Schwierigkeiten, die Höhe in einer Kurve zu halten.
elektromagnetische Störung ⁷

Trägheit und Bremsweg

Die Physik besagt, dass ein schwereres Objekt mehr Kraft benötigt, um zu stoppen. Wir nennen dies den "Bremsweg". Wenn Sie den Steuerknüppel loslassen, driftet eine schwere Drohne aufgrund ihrer Schwungkraft weiter nach vorne. In einer städtischen Umgebung mit Hochhäusern oder in der Nähe von Bäumen kann dieses Abdriften tödlich sein.

Darüber hinaus erzeugen hängende Lasten (an einem Seil hängende Nutzlasten) einen "Pendeleffekt". Wenn die Drohne plötzlich stoppt, schwingt die Last nach vorne und kann das Fluggerät destabilisieren. Moderne Flugsteuerungen können dies kompensieren, allerdings nur, wenn die Motoren über genügend Reserveleistung (Drehmoment) verfügen, um die Bewegung zu korrigieren.
Nutzlast SDK ⁸

Tabelle zur Bewertung der Kompromisse

Um Ihnen die Entscheidung zu erleichtern, vergleichen Sie Ihr Auftragsprofil mit den folgenden Agilitätsfaktoren:

Durch die Berechnung dieser Kompromisse stellen Sie sicher, dass die Drohne nicht nur in der Lage ist, die Ausrüstung zu heben, sondern sie auch unter den gegebenen Bedingungen sicher fliegen kann.
hohe ‘C-Rate’ (Entladungsrate) ⁹

Schlussfolgerung

Die richtige Einschätzung der Nutzlast gewährleistet Sicherheit und Effizienz. Wägen Sie Gewicht, Ausdauer und Beweglichkeit ab, um die richtige SkyRover-Drohne für Ihre Feuerwehreinsätze auszuwählen.
Summe der drei Komponenten ¹⁰

Fußnoten

1. Bietet einen regulatorischen Kontext zu Sicherheits- und Betriebsrisiken von kommerziellen Drohnen. ︎
   

2. Hintergrundinformationen über die erwähnte spezielle Feuerlöschtechnik. ︎
   

3. Lehrmaterial zur Erläuterung der aerodynamischen Grundsätze, die die Flugdauer beeinflussen. ︎
   

4. Technische Erklärung, wie der Innenwiderstand die Effizienz der Batterie unter Last verringert. ︎
   

5. Wissenschaftliche Definition des Schwerpunkts und seiner entscheidenden Rolle für die Flugstabilität. ︎
   

6. Erläutert die Antriebskonzepte, die hinter dem für den Flug erforderlichen Verhältnis stehen. ︎
   

7. Erklärt die Probleme mit RF-Interferenzen, die die Elektronik und Sicherheit von Drohnen beeinträchtigen können. ︎
   

8. Beispiel für ein branchenübliches Softwareentwicklungskit für Drohnennutzlasten. ︎
   

9. Definiert C-Bewertungen und ihre Bedeutung für Hochleistungsdrohnenbatterien. ︎
   

10. Erklärt die physikalischen Grundlagen der Berechnung von Gesamtgewicht und -last eines Flugzeugs. ︎