Dr. Iscold über die Herausforderung der Schwerkraft, Zeit im Red Bull Plane Swap

Was schaffst du in 45 Sekunden? Könnten Sie mit dem Fallschirm zwischen zwei Flugzeugen springen, die sich in einem vertikalen Sturzflug von 140 Meilen pro Stunde befinden, die Kontrolle wiedererlangen und den ziemlich letzten harten Stopp am Ende vermeiden?

Das ist die Prämisse von Plane Swap , der neuesten und möglicherweise verrücktesten Weltneuheit des Red Bull Air Force-Luftfahrtteams, und 45 Sekunden sind wirklich die Zeit, die die Piloten dafür haben. Es klingt unmöglich, also sprach Digital Trends mit Dr. Paulo Iscold , dem Ingenieur, der für die Modifizierung des Flugzeugs verantwortlich ist, das bei dem Unterfangen verwendet wird, um es Wirklichkeit werden zu lassen.

Verlangsamen, nicht beschleunigen

„Es ist eine ziemlich schwierige Herausforderung“, sagte Dr. Iscold, was wie eine ernsthafte Untertreibung klang, bevor er mit einem Lachen fortfuhr. „Als Luke [Aikins, der Pilot der Red Bull Air Force , der das Plane-Swap-Konzept entwickelt hat] das Problem vor mich stellte, dachte ich: ‚Was zum Teufel machen wir hier?'“

Iscold ist genau die Art von Person, die man sich für ein solches Projekt wünscht. Er ist nicht nur promovierter Maschinenbauer, sondern entwirft und baut seit 2001 Flugzeuge. Seine offensichtliche Fachkompetenz zeigte sich in unserem Gespräch ebenso wie seine Begeisterung für Plane Swap und die Luftfahrt im Allgemeinen. Dies unterscheidet sich jedoch stark von dem, was er zuvor getan hat.

„Mein Hintergrund sind Rennflugzeuge und das Brechen von Rekorden, aber das ist das Gegenteil, es geht darum, wie wir das Flugzeug verlangsamen . Aus aerodynamischer Sicht war das eine Herausforderung. Wenn Sie das Gesamtbild sehen, sind es zwei Leute, die während des Fluges Flugzeuge tauschen, und das ist sehr beängstigend. Aber wir sehen nicht das große Ganze, wir sehen die kleinen Teile, die es uns ermöglichen, dorthin zu gelangen. Das ist es, was dieses Projekt ausmacht, es ist, wie man dieses verrückte Ding dazu bringt, nicht verrückt zu sein.“

Es gibt zwei primäre technische Herausforderungen, die unter all diesen kleinen Teilen hervorstechen: die Entwicklung und Ausstattung einer speziellen Geschwindigkeitsbremse und eines kundenspezifischen Autopilotsystems. Es waren diese Aspekte, die wir während unseres Gesprächs untersucht haben.

Geschwindigkeitsbremse machen

„Als wir uns zum ersten Mal unterhielten, dachte ich, die Geschwindigkeitsbremse wäre viel kleiner als das, was wir haben, und dachte, sie würde wie ein Segelflugzeug auf dem Flügel sitzen“, erklärte Iscold, bevor er lächelte und hinzufügte: „Das ist wahrscheinlich der Grund, warum ich gesagt habe, lass es uns tun weil ich dachte, es wäre einfach, aber später fand ich heraus, dass es nicht so war!“

Bei den verwendeten Flugzeugen handelt es sich um zwei Cessna 182, und die Geschwindigkeitsbremse ist unerlässlich, damit die Flugzeuge einen kontrollierten Sturzflug haben, nicht nur um die Zielgeschwindigkeit von 140 Meilen pro Stunde beizubehalten, sondern auch für die Stabilität. Obwohl Geschwindigkeits- und Druckluftbremsen in der Luftfahrt häufig verwendet werden, von Flugzeugen, die auf Trägern landen, bis zur Seite einer SpaceX-Rakete , wenn sie landen soll, ist es hier Neuland.

„Es ist mindestens fünfmal größer [als ich dachte, es müsste sein]“, erklärte er. „Ich dachte, es würde 4 Fuß mal 12 Zoll über den Flügeln sein, und jetzt ist es 6 Fuß mal 5 Fuß und am Bauch des Flugzeugs. Es ist am Fahrwerk und an einem weiteren festen Punkt vor dem Rumpf befestigt und arbeitet mit hydraulischen Stellgliedern.“

Obwohl es sich um ein großes zusätzliches Teil handelt, das dem Flugzeug hinzugefügt wird, wurde es fachmännisch in den Körper integriert. „Es ist eine sehr saubere Modifikation des Flugzeugs, das Fahrwerk funktioniert wie gewohnt und wir müssen keine Löcher schneiden oder bohren. Es wird einfach mit einem Befestigungspunkt daran geklemmt, und in 30 Minuten könnte der gesamte Abschnitt entfernt werden und das Flugzeug wäre wieder im Standard.“

F1-Technologie

Das Anbringen einer riesigen flachen Struktur am Boden des Flugzeugs führte zu einigen zusätzlichen Herausforderungen. Iscold löste das Problem des Flatterns, indem er der Geschwindigkeitsbremse Löcher hinzufügte, wodurch Luft hindurchströmen und die Wirbel brechen kann, die die Stabilität bedrohen, aber ein unerwartetes Problem erforderte etwas mehr Arbeit. Er erklärte, dass die Geschwindigkeitsbremse eigentlich aus vier Teilen besteht, und während der ersten Flugtests, egal wie viele Abschnitte verwendet wurden, würde das Flugzeug einen 70-Grad-Sturzflug nicht bestehen, und es musste 90 Grad sein.

„Es hat eine Weile gedauert, bis ich herausgefunden habe, was los war, selbst mit mehr Testflügen und Simulationen“, sagte Iscold. Das Team machte schließlich eine entscheidende Entdeckung. „Die Geschwindigkeitsbremse hat direkt dahinter ein Unterdruckgebiet, das den Luftstrom dreht. Das Heck des Flugzeugs befindet sich in dieser Strömung, und das zwang das Flugzeug, sich nach oben zu neigen. Die beiden kämpften gegeneinander.“

Die Lösung stellte sich als einfach heraus (wenn Sie Maschinenbauer sind): „Wir haben zwischen dem Rumpf und der Geschwindigkeitsbremse einen Spalt geschaffen, damit die Luft hindurchströmt und dieser Luftstrahl das Heck vor dem Luftstrom schützt durch die Bremse erzeugt.“

Iscold verglich dies mit der Funktionsweise des Drag Reduction System (DRS) eines modernen Formel-1-Autos, bei dem ein Teil des Heckflügels angehoben wird, um den Luftwiderstand zu verringern. Auf einem F1-Auto erhöht es die Höchstgeschwindigkeit, aber auf den Flugzeugen von Plane Swap bedeutet es, dass ein 90-Grad-Sturzflug sicher und zuverlässig erreicht werden kann.

Autopilot von einer Rakete

Die Geschwindigkeitsbremse ist nur ein Teil dessen, was Plane Swap zu einer Herausforderung macht. Da jedes Flugzeug für eine gewisse Zeit unbeaufsichtigt bleibt, muss der Autopilot übernehmen. Normalerweise ist der Autopilot in einem Flugzeug darum besorgt, das Flugzeug waagerecht zu halten, aber für Plane Swap muss er das Gegenteil tun und einen vertikalen Sturzflug aufrechterhalten. Iscold erklärte, dass ein normaler Autopilot nicht geeignet sei, da alle seine üblichen Referenzpunkte in diesem 90-Grad-Sturzflug bedeutungslos würden. Die Lösung? „Wir haben uns für das gleiche System entschieden, das Raketen verwenden, da sie bei 90 Grad operieren.“

Sobald das System ausgewählt war, mussten die engen Toleranzen und die extreme Präzision, die für den Erfolg des Plans erforderlich waren, ausgearbeitet werden, beginnend mit den Unterschieden in Geschwindigkeit und Größe der beteiligten Objekte. „Die Fallschirmspringer fallen senkrecht und können sich ein wenig vorwärts und seitwärts bewegen, aber nicht viel. Es ist ungefähr 10 Meilen pro Stunde. Sie sind auch dem Wind ausgesetzt und werden sich mit ihm bewegen. Wenn Sie jedoch in einem Flugzeug, das mit 140 Meilen pro Stunde geradeaus fliegt, den Winkel um nur vier Grad ändern, sind das in der Horizontalen bereits 10 Meilen pro Stunde. Wenn der Wind auf den Fallschirmspringer trifft, ist die Oberfläche gering, aber wenn er auf die Tragfläche des Flugzeugs trifft, ist es wie ein Segel. Das alles bedeutet, dass der Autopilot immer innerhalb von drei Grad Neigung sein muss, um die Flugbahn des Flugzeugs stabil genug für die Fallschirmspringer zu machen.“

An dieser Stelle ist es auch wichtig, sich daran zu erinnern, dass zwei Flugzeuge und zwei Fallschirmspringer mit all dem fertig werden müssen. „Wir haben einen Formationsflug und beide Flugzeuge müssen zusammen fliegen, also denken Sie vielleicht, die natürliche Lösung wäre, die beiden Flugzeuge miteinander zu synchronisieren“, sagte uns Iscold. „Das machen wir nicht. Sie sind unabhängig. Wir stellen sie so ein, dass sie sich genauso verhalten, und wenn wir den Tauchgang machen, arbeitet der Autopilot daran, die Steigung und den Kurs korrekt zu halten. Um zu verhindern, dass sie aufeinanderprallen, tauchen sie um ein paar Grad auf einer divergierenden Bahn, aber mit bloßem Auge sieht man das nicht.“

Unerwartete Komplikationen

Da Plane Swap ein bahnbrechendes Unterfangen ist, gibt es keine Blaupause für das Flugzeugdesign oder festgelegte Richtlinien, die befolgt werden müssen, und das bedeutet, dass es immer unerwartete Probleme zu lösen gibt. An dem Tag, an dem wir mit Dr. Iscold sprachen, hatte das Team damit zu kämpfen, dass sich ein Flugzeug anders verhielt als das andere. Es war eine Überraschung, da beide Flugzeuge im Wesentlichen identisch sind.

„Das blaue Flugzeug stürzt pfeilgerade zu Boden. Es ist perfekt. Das silberne Flugzeug ist ein Albtraum und verfolgt nie richtig“, verriet Iscold und fügte hinzu, dass beide Flugzeuge bis auf einen kleinen Unterschied am Heck genau gleich seien.

„Wir haben versucht, einige Dinge zu ändern, um das blaue Flugzeug nachzubilden, aber es hat nicht geholfen“, fuhr er fort. „Das Team änderte die Größe der Geschwindigkeitsbremse, und wir stellten fest, dass das Flugzeug stabiler wurde, wenn wir es etwas kleiner machten. Leider wird das Flugzeug dadurch schneller und es wird schwieriger für die Fallschirmspringer.“

Bei weiterer Untersuchung fand Iscold das Problem. „Wir wussten, dass ein Flugzeug einen etwas anderen Schwerpunkt hat, und wenn Sie vertikal sind, ist die Geschwindigkeitsbremse wie ein Fallschirm, und Sie möchten, dass der Schwerpunkt hinter dem Fallschirm liegt, wenn er darüber liegt, ist er nicht stabil. Also spielen wir damit herum und es macht einen Unterschied. Es ist offensichtlich, wenn ich es sage, aber weil das Projekt so groß und komplex ist, haben wir den Überblick verloren.“

Das silberne Flugzeug war das erste, das gebaut wurde, dann wurde das blaue Flugzeug entwickelt, um identisch zu sein. Probleme wie das mit dem Schwerpunkt sind schwer zu lokalisieren, insbesondere wenn Flugtests logistisch komplex sind, da immer ein ausreichend großer Flugplatz sowie Fallschirmspringer und Testgeräte erforderlich sind, und die Sorge, dass dies bedeuten kann, wenn etwas schief geht ein Flugzeug verlieren. Das Lösen von Problemen braucht Zeit, und Iscold sagte, dass es eines stetigen, schrittweisen Ansatzes bedarf, um alles richtig zu machen.

45 Sekunden zum Erfolg

Jetzt ist die Komplexität der Aufgabe klar, gehen wir zurück zu diesem 45-Sekunden-Zeitrahmen für die Fallschirmspringer, um von einem Flugzeug zum anderen zu springen und die Kontrolle zurückzugewinnen.

„Vom ersten Tauchgang bis zur Genesung haben wir 45 Sekunden“, sagte uns Dr. Iscold, aber in Wirklichkeit wird diese Zeit noch kürzer, wenn man sie aufschlüsselt. „Die Fallschirmspringer müssen alle Knöpfe und Griffe bedienen, bevor sie [aus dem Flugzeug] aussteigen, wenn sie etwa fünf Sekunden verlieren, und sie brauchen 10 Sekunden für die Erholung“, fuhr er fort. „Sie haben also 30 Sekunden Zeit, um den Übergang zu vollziehen.“

Es dauert also tatsächlich nur 30 Sekunden, um zwischen zwei schnell absteigenden Flugzeugen zu springen. Obwohl dies viel zu kurz klingt, macht sich Dr. Iscold keine Sorgen. „Jetzt [da] wir einige Testflüge gemacht haben, würde ich sagen, es ist viel Zeit. Bis zu dem Punkt, dass sie genug Zeit für einen zweiten Versuch haben, wenn sie den ersten verpassen.“

Clevere Ingenieurskunst und die Leidenschaft, die Grenzen dessen zu erweitern, was mit einem Flugzeug möglich ist, haben diese 45 Sekunden plötzlich als viel erscheinen lassen, zumindest für die beiden mutigen Fallschirmspringer, die dieses aufregende Kunststück wagen.

Sie können das Ergebnis der harten Arbeit von Dr. Iscold und seinem Team sehen, wenn der Red Bull Plane Swap am Sonntag, den 24. April stattfindet. Er wird in den USA um 19:00 Uhr ET oder 16:00 Uhr exklusiv per Livestream auf Hulu übertragen PT. und weltweit gleichzeitig auf Red Bull TV .