LARUS Segelflug-Sensoreinheit

Nach mehreren Jahren Entwicklung und Erprobung durch das LARUS-Projektteam um Dr. Klaus Schäfer, Horst Rupp und Maximilian Betz wird das High-End Variometer nun in Serie in Lizenz produziert.

Denn durch hochpräzise Sensoren und GNSS-Empfänger kombiniert mit ausgeklügelten Algorithmen lässt sich Thermik und Wind in Richtung und Stärke blitzschnell und überaus zuverlässig berechnen.

GNSS

In den letzten Jahren wurde die Ortsbestimmung mittels GNSS (Globales Navigationssatellitensystem) um ein Vielfaches genauer. Dadurch, dass GNSS neben GPS-Satelliten auch Satelliten von GLONASS, Galileo und BeiDou einbezieht, können die in der LARUS-Sensorbox verbauten modernen GNSS-Empfänger eine horizontale Positionsgenauigkeit von 1,5 – 2 m erreichen. Zusätzlich wird die Geschwindigkeit über Grund dreidimensional gemessen und zur Stützung der Fluglage-Messung und als eine Messgröße für das Variometer verwendet.

Die Genauigkeit der Geschwindigkeitsmessung beträgt:

• LARUS Essential mit uBlox M9N Einfrequenz-Empfänger und GNSS-Antenne: horizontal ca. 0,1 km/h; vertikal ca. 5 cm/s
• LARUS Dual-GNSS mit uBlox F9P Dual-GNSS-Empfänger: horizontal ca. 0,05 km/h; vertikal ca. 2,5 cm/s

Drucksensoren

Die Larus-Sensorbox enthält Drucksensoren zur Messung von statischem Druck und Staudruck. Der statische Druck wird für die Anzeige der Druckhöhe und des Flight-Level FL benötigt. Zudem wird er bei der Bestimmung der Luftdichte herangezogen.

Aus dem Staudruck wird die angezeigte Fluggeschwindigkeit IAS gebildet.

Die Berechnung der wahren Fluggeschwindigkeit TAS erfolgt aus der angezeigten Fluggeschwindigkeit unter Berücksichtigung der momentanen Luftdichte. Auf die Luftdichte schließt Larus dabei in Echtzeit durch den Vergleich der GNSS-Höhe mit der Druckhöhe, ohne dass die Temperatur oder Luftfeuchte gemessen werden muss. Mithilfe der TAS berechnet LARUS anschließend die Windgeschwindigkeit.

• Im Geradeausflug beträgt der Zeitraum für den Kurzzeit-Wind 5 s und für den Langzeit-Wind 30 s (Standardeinstellung; beide Zeiten sind konfigurierbar)
• Im Kreisflug ist der Kurzzeit-Wind der Mittelwert des letzten Kreises, während der Langzeit-Wind der akkumulierte Mittelwert über die gesamte Zeit der letzten Kreisflug-Phase ist

Variometer

Der LARUS-Sensor verwendet einen Kalmanfilter zur Zusammenführung der Messwerte des GNSS-Höhenmessers, des GNSS-Geschwindigkeitsmessers und der von der inertialen Messeinheit (IMU) ermittelten Vertikalbeschleunigung.

Dieser Algorithmus hat praktisch keinerlei Trägheit und liefert verzögerungsfrei und ohne Verwendung von Druckmesswerten ein hochgenaues (unkompensiertes) Variometer.

Die Fahrtkompensation wird über eine Differentiation der Geschwindigkeit durch die Luft gebildet. Hierfür werden die Grundgeschwindigkeit des GNSS sowie die gemittelte horizontale Windgeschwindigkeit herangezogen, um die kinetische Energie der dreidimensionalen Bewegung zu berechnen.

Kurz zusammengefasst:

• Sensoreinheit absolut fest montieren, sodass sich die Position der Sensoreinheit bzgl. der Flugzeugstruktur bei Einwirkung von Beschleunigungskräften nicht ändert
• Die LARUS-Box muss so weit wie möglich von Magnetfeldern und größeren Eisenteilen entfernt positioniert werden
• Die Einbaulage der LARUS-Box ist in alle Orientierungen möglich und muss nur in der Konfigurationsdatei „sensor_configuration.txt“ angepasst werden. Wir empfehlen trotzdem bei der Montage die Orientierung bzgl. der Flugzeuglängsachse entsprechend des auf dem LARUS Gehäuse gedruckten Koordinatensystems zu wählen. Idealerweise wird die LARUS-Sensoreinheit zudem so im Flugzeugrumpf montiert, dass sie im Normalflug in etwa horizontal ausgerichtet ist.
• Die GNSS-Antennen müssen so montiert werden, dass ein „Sichtkontakt“ zu möglichst vielen Satelliten besteht. Daher sind sie im Instrumentenbrett oder der Rumpfröhre in Fluglage in etwa horizontal und oberhalb von elektrisch leitfähigen Materialien anzubringen. Zu den elektrisch leitfähigen Materialien zählt auch CFK.

OpenSoar mit LARUS-Treiber

Um die Ergebnisse der Berechnungen von Steigwerten, Wind und Lage im Raum übersichtlich darzustellen, hat Uwe Augustin einen Treiber für LARUS in OpenSoar eingebunden. Die aus XCSoar bekannte Variometerdarstellung greift dadurch auf die präzisen LARUS-Daten zurück. XCSoar erzeugt weiterhin den Vario-Sound, wobei derzeit noch keine Speed-to-Fly-Option implementiert ist.

Dass LARUS an Bord ist verraten beim Blick auf das Display insbesondere zwei separate Windpfeile, die direkt in der Moving Map dargestellt werden. So werden Richtung und Stärke des Momentanwindes und des über einen längeren Zeitraum gemittelten Windes visualisiert. Zudem stehen neue windbezogene Infoboxen zur Verfügung.

Eine Neuheit ist auch der künstliche Horizont, der auf einer separaten Seite in OpenSoar eingeblendet wird. Er ist z.B. hilfreich, um nach der Montage der Sensoreinheit die korrekte Funktion und Kalibrierung der IMU zu überprüfen.

Link zu OpenSoar: https://opensoar.de/releases/

LARUS-Anzeige in einem separaten Rundinstrument

Dank OpenSoar ist es möglich, einen Großteil des Funktionsumfanges von LARUS schon jetzt zu nutzen. Benötigt wird nur ein OpenVario bzw. ein Gerät, auf dem XCSoar läuft.
Wir möchten aber allen Piloten die Möglichkeit eröffnen, den LARUS Segelflugsensor einzusetzen, unabhängig davon ob bereits XCSoar oder ein OpenVario an Bord ist. Deshalb arbeiten wir an separaten Rundinstrumenten, die alle Informationen aus dem LARUS-Segelflugsensor übersichtlich und optisch ansprechend präsentieren. Die Markteinführung ist noch in diesem Jahr geplant.

Larus ist der Name für eine Möwen-Gattung, die mehrere der größten Möwen-Arten umfasst. Möwen sind nicht nur Experten für das Ausnutzen von Hangwind, sondern sie sind auch engagierte Thermikflieger. Ihre Sinnesorgane, Instinkt und lebenslange Übung machen Möwen zu einem Vorbild für uns Segelflieger. Die LARUS Segelflugsensoreinheit möchte uns Piloten die Sensoren und daraus abgeleitete präzise Informationen zur Verfügung stellen, die wir mangels geeigneter Sinnesorgane für das Segelfliegen benötigen: Geschwindigkeit und Höhe, Windrichtung und -Stärke, Steigen oder Sinken der umgebenden Luft.

Damit auch wir so viel wie möglich aus der Energie machen, die in der Atmosphäre steckt.

Die Larus Hardware ist lizenziert entsprechend Creative Commons NonCommercial Share-alike 4.0 International, die Larus Software entsprechend GNU General Public License v3.0.

Durch Lizenzgebühren wird eine langfristige Weiterentwicklung sichergestellt. 

Einbau- und Bedienungsanleitung

Die aktuelle Version 1.51 (July 2024) der Anleitung für den Einbau und die Bedienung finden Sie hier!