Vertical Take-Off and Landing Unmanned Aerial Vehicle
Ein Vertical Take-Off and Landing Unmanned Aerial Vehicle (Englisch für Senkrecht startendes und landendes unbemanntes Luftfahrzeug), abgekürzt VTOL UAV, seltener VUAV oder VT UAV, ist ein unbemanntes Luftfahrzeug (Drohne), das senkrecht starten und landen kann. Das maximale Abfluggewicht liegt je nach Typ zwischen 19 g (Nano Hummingbird) und 5,5 t (Unmanned Kaman K-Max).

Konstruktive Auslegung 
Die meisten Typen können sowohl schweben als auch nach einer Landung selbständig wieder starten, brauchen also weder eine Start- oder Landebahn noch spezielle Start- oder Landevorrichtungen. Viele Exemplare sind mit Kameras ausgestattet und können im schwebenden oder im gelandeten Zustand Bilder und/oder Videos aufnehmen, die entweder gespeichert oder per Funktechnik übertragen werden (Hover & Stare-Funktionalität).

Drehflügelkonzepte 
Hubschrauber
Anders als in der bemannten Luftfahrt zählen innerhalb der UAV-Gemeinschaft auch die Hubschrauber zu den VTOL UAVs. Dabei ist einerseits die klassische Ausführungsform manntragender Hubschrauber als UAV realisiert worden, mit Heckrotor-, Koaxialrotor oder Flettner-Doppelrotor-Konfiguration. Weiterhin werden eine Vielzahl von Fluggeräten in der Quadrocopter-Bauweise betrieben, darüber hinaus auch mit mehr Rotoren, wie Hexa- oder Octocopter. Weiterhin gibt es Ausführungen mit einem Mantelpropeller als Hubgebläse, wie z. B. der Honeywell RQ-16 T-Hawk, Aurora Golden Eye oder ST Aero FanTail, deren Abgrenzung zu den klassischen Heckstartern darin besteht, das der Auftrieb während des gesamten Fluges überwiegend durch die Drehflügel erzeugt wird und diese UAVs nicht in den aerodynamischen Horizontalflug übergehen (Transition).

Kombinationsflugschrauber
Kombinationsflugschrauber, auch Compounds genannt, sind eine Kombination aus einem Flugschrauber und einem Starrflügelflugzeug. Wie beim Flugschrauber wird der hauptsächliche Vortrieb nicht durch den Hauptrotor erzeugt. Beim senkrechten Start erzeugt der Hauptrotor den Auftrieb während beim Horizontalflug Schub- und/oder Zugtriebwerke den Vortrieb übernehmen. Tragflächen oder sogar festgestellte Rotoren (Stopprotorflugzeug) übernehmen dann den Auftrieb. Durch diese Konfiguration können zum einen höhere Flugleistungen zum anderen eine Effizienzsteigerung gegenüber einem Hubschrauber erzielt werden. Ein Beispiel hierfür ist der Sikorsky Dragon Warrior.

Wandelflugzeuge

Wandelflugzeuge, auch als Verwandlungsflugzeuge oder Verwandlungshubschrauber bezeichnet, nutzen beim Senkrechtstart die Konfiguration eines Hubschraubers mit einem oder mehreren zumeist horizontal angeordneten Rotoren. Beim Übergang (Transition) zum Horizontalflug werden die Rotoren zur Erzeugung des Vortriebs umkonfiguriert. Dies geschieht häufig durch Kippen des Rotors mitsamt den Tragflächen (Kippflügel), als auch durch Kippen der Rotoren allein (Kipprotor oder auch Tiltrotor genannt). Sie kombinieren die Vorteile von Drehflüglern und Starrflügelflugzeugen. Beispiele hierfür sind Bell Eagle Eye oder IAI Panther, der noch einen zusätzlichen horizontalen Rotor besitzt, der jedoch, im Gegensatz zu den anderen zwei Propellern, nicht gekippt werden kann.

Es gibt auch ein erstes VTOL UAV in einer Strahlflugzeug-Ausführung. Excalibur von Aurora Flight Sciences erzeugt den Auftrieb bzw. Vortrieb durch ein einzelnes kippbares Strahltriebwerk. Die Steuerung bzw. Stabilisierung erfolgt über drei integrierte Mantelpropeller.

Starrflügelflugzeuge 
Die Heckstarter (Tail Sitter)-VUAVs Skytote von AeroVironment, V-Bat von MLB Company oder Flexrotor von Aerovel sind in der Erprobung. Hier wird der Propeller kurzzeitig genutzt zu schweben bzw. das UAV auf die Geschwindigkeit zu beschleunigen, die nötig ist, um genug Auftrieb an den Tragflächen für den Horizontalflug zu erzeugen.

Ornithopter 
Ornithopter, auch Schlagflügelflugzeug genannt, sind dem Flügelschlag von Vögeln nachempfunden. Seit kurzem gibt es erste funktionsfähige, ferngesteuerte Ornithopter mit Kamera-Ausstattung, die für Micro-Air-Vehicle-Anwendungen vorstellbar wären.

Luftschiffe 
Luftschiffe als UAVs sind ebenfalls in der Realisierungsphase. Der überwiegende Vorteil besteht in der langen Ausdauer von mehreren Tagen.

Vor- und Nachteile 
Besondere Vorteile gegenüber bemannten VTOL-Systemen bieten die VUAV bei der Schadenserkundung in lebensfeindlichen eng umgrenzten Umgebungen, wie z. B. nach einem Kernreaktor-Unfall. Im Gegensatz zu klassischen Starrflügel-UAVs kann zudem im schwebenden Zustand eine kleinere Beobachtungsdistanz eingenommen werden.

Die Nachteile liegen gerade bei den elektrisch betriebenen VUAVs in der relativ kurzen maximalen Einsatzdauer von bisher 20 – 30 min. Erste Versuche mit Brennstoffzellen konnten diese Zeit jedoch, zumindest bei Starrflüglern, vervierfachen. Auch die hybriden Konzepte versprechen einen deutlich ökonomischeren und schnelleren Horizontalflug, womit gleichzeitig eine erhöhte Reichweite einhergeht. Des Weiteren gibt es erste Konzepte, wie die Akkus von VUAVs in der Luft über Laserenergie geladen werden können.

Abgrenzung zwischen UAVs und flugfähigen RPVs 

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) und Remotely Piloted Vehicles (RPVs) (hier: Luftfahrzeuge) sind in der Regel beide über Funk fernsteuerbar. Ein UAV unterscheidet sich jedoch vom RPV in der Tatsache, dass ein UAV immer über ein Flight Control System (FCS) verfügt und sich auch ohne Funkverbindung in der Luft halten kann. Gleichzeitig sorgt ein weiteres System dafür, dass ein UAV autonom im Luftraum navigieren kann.

Einsatzspektren 

Eingesetzt werden VTOL UAVs derzeit beim Militär, bei Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) und in der Luftbildfotografie. Der Einsatz von VUAVs ist gerade erst in der Anfangsphase und es gibt derzeit vielfältige Ansätze zur zivilen Nutzung.

Ziviler Einsatz 
Inspektionen/ Werkschutz
 Offshore-Anlagen    (z. B. Windparks, Plattformen)
 Hafenanlagen      (z. B. Containerterminal, Hafeneinfahrt)
 Großindustrieanlagen  (z. B. Raffinerien, Kraftwerke, Tanklager, Schornsteine)
 Überlandleitungen
 Windkraftanlagen
 Pipelines

Umwelt-/ Naturschutz
 Überwachung des Waldbestandes bzw. -zustandes
 Schadensausmaßerkundung nach Ölverschmutzung
 schnelle Messung einer örtlichen Luftverschmutzung
 schnelle Messung einer örtlichen Wasserverschmutzung

Artenschutz
 Überwachung der Einhaltung von Fischerei-Fangquoten
 Überwachung von Tierbeständen (z. B. Fisch- bzw. Meeressäugetierbestände, Bestände in Nationalparks, Meeresvögel, Zugvögel)

Denkmalschutz
 Überprüfung der Struktur geschützter Gebäude
 Schutz vor Raubgrabungen

Überwachung von weiträumigen Sportveranstaltungen (z. B. Regatten, Rallyes, Marathon-Läufe)

Luftbildfotografie/ Fernsehaufnahmen

Landwirtschaft
 Optimierung der Erntezeiträume
 Erkundung von Ernteschäden
 Überwachung von Freilandherden

Forschung und Wissenschaft
 Luftbildarchäologie

Einsatz im Aufgabenbereich der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) 
SAR (Search and Rescue)
 Suche nach Vermissten
 Suche nach Verschütteten
 Suche nach Schiffbrüchigen

Katastrophenschutz
 Schadensausmaßerkundung bei Naturkatastrophen (z. B. Unwetter, Überschwemmungen, Schnee- und Schlammlawinen, Groß- bzw. Flächenbränden, Erdbeben, Tsunami, Vulkanaktivität)
 Schadensausmaßerkundung bei Katastrophen technisch-biologischer Art (z. B. Kernreaktor-Unfälle, Chemie- oder Ölunfälle)
 Messung der Ausbreitung von giftigen (Brand)Gasen
 Unterstützung der Einsatzkoordination durch Live-Bilder

öffentliche Sicherheit
 Überwachung von Großveranstaltungen/ -demonstrationen
 Beitrag zur Aufklärung von Verbrechen
 Verkehrsüberwachung

Kommunikationsrelais zur Vergrößerung der Reichweite

Militärischer Einsatz 

 CSAR (Combat Search and Rescue)
 Kommunikationsrelais (z. B. zur Anforderung von CSAR-Kräften, zur Vergrößerung der Reichweite)
 Material-Nachschub
 Begleitschutz (z. B. Konvoi-Schutz)
 Patrouillen-Flüge
 Spähflüge
 taktische Aufklärung (z. B. in urbanen Gelände oder sogar innerhalb von Gebäuden, BDA)
 Überwachung
 Zielmarkierung
 Kampfmittelsuche (z. B. Minen- bzw. IED-Detektion, Aufspüren von ABC-Verseuchung)
 Elektronische Kampfführung
 Einsatz von Kampfmitteln (z. B. leichte Lenkflugkörper)

Beispielanwendungen

Rechtliche Situation (Deutschland) Stand 18. März 2011 
Für die Betreiber und Hersteller von UAVs ist der Betrieb dieser Luftfahrtgeräte in Deutschland noch nicht hinreichend geregelt. Derzeit gibt es diverse Bestrebungen zur Integration von UAVs in den Luftraum. Hier sollen Erkenntnisse zu den Anforderungen an die Lufttüchtigkeit sowie zu der Teilnahme am Flugverkehr (Flugbetrieb in den jeweiligen Lufträumen, Vermeidung von Kollisionen, Einhaltung der Ausweichregeln) gewonnen werden. Es soll nachgewiesen werden, dass eine sichere Teilnahme am Flugverkehr mit UAVs möglich ist. Es werden u. a. Notlandeverfahren, die Robustheit von Datenlinks und die Sensorik geprüft.

Bislang finden die Vorschriften für unbemannte Flugzeuge nach  Luftverkehrsordnung (LuftVO) (zuletzt geändert durch Art. 1 G vom 18. Januar 2010 I 11) i. V. m.  Abs. 2 Nr. 11 (sonstige für die Benutzung des Luftraums bestimmte Geräte) Luftverkehrsgesetz (LuftVG) Anwendung, sofern sie im Luftraum in einer Höhe von mehr als 30 m über Grund oder Wasser betrieben werden. Über 30 m hinaus ist es nach  Abs. 3 LuftVO verboten unbemannte Luftfahrtgeräte zu betreiben, wenn sie mehr als 25 kg wiegen oder wenn sich der Steuerer außerhalb der Sichtweite zum UAV befindet. Was unter der Sichtweite zu verstehen ist, definiert ebenfalls  Abs. 3 LuftVO. Darüber hinaus bedarf der Aufstieg von unbemanntem Luftfahrtgerät im Sinne von  Abs. 2 Nr. 11 LuftVG der Erlaubnis der zuständigen Behörde nach  Abs. 1 u. 3 LuftVO.

Im Unterschied dazu muss für Flugmodelle die Erlaubnis der zuständigen Behörde nur eingeholt werden, wenn das Flugmodell schwerer als 5 kg ist, näher als 1,5 km an der Begrenzung von Flugplätzen oder mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet ist und näher als 1,5 km an Wohngebieten betrieben wird. Das Flugmodell grenzt sich rechtlich von einem unbemannten Luftfahrtgerät durch die Nutzungsweise ab. Während ein Flugmodell ausschließlich zum Zwecke des Sports oder der Freizeitgestaltung ( Abs. 1 Nr. 8 LuftVZO) betrieben werden darf, wird spätestens bei montierter Kamera, wie es bei einem UAVs regelmäßig üblich ist, dieser Zweck angezweifelt.

Somit müssen UAVs mit einer höchstzulässigen Startmasse von über 25 kg einzeln zugelassen werden. Es gelten ähnliche Zulassungsvorschriften wie bei manntragenden Flugzeugen. Der Betrieb derartiger UAVs setzt außerdem den Besitz eines (Modell)Pilotenscheins voraus und ist nur auf dafür zugelassenen Fluggeländen möglich.

Bei der Polizei ist eine fachliche Qualifikation zum "Luftfahrzeugfernführer" zur Bedienung der UAVs nötig und kann im Rahmen einer zweitägigen Fortbildung erworben werden.

Vorschläge zu einer gesetzlichen Neuregelung zum Betrieb kleinerer UAVs unter 150 kg gibt es bereits. Über 150 kg Abflugmasse hinaus gilt europäisches Recht (Anwendung von »Part 21« durch EG-VO 1702/2003).

Siehe auch 
 Unbemanntes Luftfahrzeug
 Polizei-Drohne
 unbemannte Luftfahrt
 Remotely Operated Vehicle
 Liste der unbemannten Fluggeräte

Literatur 
 
 
 
 Office of the Secretary of Defense: Unmanned Systems Roadmap 2007 – 2032 bei Federation of American Scientists, 188 Seiten (PDF; 12 MB). 10. Dezember 2008, abgerufen am 18. September 2020.

Weblinks 

 UAV D-A-CH - Forum zum Zwecke der Einführung von UAS (Unmanned Aircraft System) in den zivilen Luftraum, zuletzt aufgerufen am 13. März 2011
 Fachausschuss UAV beim BDLI, zuletzt aufgerufen am 13. März 2011
 Flugrobotik-Projekt "go!CART", zuletzt aufgerufen am 13. März 2011
 UAV Forschung und Entwicklung am OFFIS, zuletzt aufgerufen am 13. März 2011
 Flugroboter statt bemannter Militärflugzeuge - Studie der Stiftung Wissenschaft und Politik, Juli 2003, 31 Seiten (PDF; 271 kB) (0,27 MB), zuletzt aufgerufen am 13. März 2011
 Drohnen im zivilen und militärischen Einsatz (PDF; 1,0 MB) (1,01 MB), zuletzt aufgerufen am 13. März 2011
 Unbemannte Flugzeuge im zivilen Luftraum, zuletzt aufgerufen am 13. März 2011
  Technology Review, zuletzt aufgerufen am 13. März 2011
 Unmanned Aeriel Vehicles: An Overview (PDF; 425 kB) (0,43 MB), zuletzt aufgerufen am 13. März 2011
 The V/STOL Wheel – V/STOL Aircraft and Propulsion Concepts, www.vstol.org, zuletzt aufgerufen am 13. März 2011
 Galileo - Interview zum Quadrocopter (Video), zuletzt aufgerufen am 13. März 2011

Einzelnachweise 

!
Roboter
!Senkrechtstart und -landung
Vertical Take-Off and Landing Unmanned Aerial Vehicle
Hubschraubertyp
Flugzeugtyp
Experimentalflugzeug

fi:VTOL