Abteilung Flugdynamik und Simulation

Forschungsarbeit



 

Wirbelschleppen sichtbar gemacht

 

Wirbelschleppen sichtbar gemacht: Schon ein kleines Flugzeug verursacht heftige Luftwirbel. Vor allem bei Start und Landung können diese aerodynamischen Phänomene den nachfolgenden Flugzeugen zum Verhängnis werden.

 

 

 

Schematische Darstellung des Lärmteppichs im Flughafenbereich: Im roten Bereich ist die höchste Lärmbelastung. Über Simulationen und Berechnungen können neue Flugbahnen entwickelt werden (grüne Pfeile), die den Lärmteppich verkleinern und die Lärmbelastung im Flughafengebiet reduzieren.

 

 

 

Nurflüglerkonfiguration (Quelle: Airbus)

 

 

 

Simulationstechnik

 

 

 

Systemidentifizierung

 

 

 

    EF 2000 mit Flugversuchsteam

Die Abteilung Flugdynamik und Simulation erforscht das dynamische Verhalten von Flugzeugen sowie deren Interaktion mit dem Piloten. Ziel ist ein rundum sicheres Flugzeug, das robust gegenüber extremen Umweltbedingungen, wie Wind, Wirbelschleppen oder Vereisung ist, das menschliche Fehlbedienungen minimiert, auch bei Systemausfällen sicher fliegbar bleibt und die Umwelt möglichst wenig belastet. Hierzu wird die gesamte Forschungskette von der Theorie über Experimente in hochwertigen Flugsimulatoren bis hin zum Flugversuch, z. B. mit den Mustern A320 und EF2000 durchlaufen. Durch die intensive Zusammenarbeit mit Testpiloten sowie der einmaligen Ausstattung mit Versuchsanlagen werden Forschungsergebnisse auf höchstem Niveau erreicht.

In der Abteilung Flugdynamik und Simulation sind zurzeit 36 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beschäftigt, davon 25 Wissenschaftler aus den Bereichen Luftfahrttechnik, Maschinenbau, Elektrotechnik, Informatik und Mathematik sowie vier Promotionsstudenten.

Die Abteilung ist in sechs Fachgruppen gegliedert:

Verfahren
Die Fachgruppe Verfahren beschäftigt sich mit der Auslegung, Definition und Bewertung von Missionen und Flugverfahren für umweltfreundliches und nachhaltiges Fliegen. Es werden neuartige Flugverfahren unter Einhaltung von Randbedingungen, wie Sicherheit, Fliegbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Lärmreduktion untersucht.

Ein weiteres Arbeitsgebiet ist die zunehmende Automatisierung im Cockpit zur Steigerung von Sicherheit und Effizienz. Bei heutigen Verkehrsflugzeugen ist trotz umfangreicher automatischer Steuerungsfunktionen der koordinierte Einsatz der Cockpit-Besatzung weiterhin erforderlich, insbesondere bei Degradation aufgrund von Systemausfällen oder beim Fliegen in extremen Wetterbedingungen. Die Unterstützung des Piloten beim Verständnis der Flugaufgabe und des aktuellen und zukünftigen Systemverhaltens ist hier von entscheidender Bedeutung.

Flugmechanik
Die Fachgruppe Flugmechanik beschäftigt sich mit der Bewertung des Bewegungsverhaltens von Fluggeräten unter Berücksichtigung der spezifischen Betriebsgrenzen und atmosphärischen Einflüsse. Der Focus liegt dabei in der gesamtheitlichen Betrachtung des Flugsystems hinsichtlich Flugleistungen, Flugeigenschaften, Steuerbarkeit, Lärm und Emission sowie Zulassungsaspekten. Die Beurteilung der Flugleistungen und Flugzeugreaktionen erfolgt anhand von Mess- und Simulationsdaten, z. B. mit dem Softwarewerkzeug MAPET (Model based Aircraft Performance Evaluation Tool). Die Entwicklung und Analyse von neuen Konzepten, wie Solar- oder Nurflügelflugzeugen ist ein weiterer Forschungsschwerpunkt der Gruppe.

Simulationstechnik
Die Fachgruppe Simulationstechnikverfügt über Kompetenzen im Aufbau und Betrieb von Echtzeitsimulatoren, der Entwicklung neuer Soft- und Hardwarekonzepte, der Entwicklung und dem Einsatz von Visualisierungstechniken für Displayanzeigen und künstliche Aussensicht. Das Softwarepaket 2Indicate zur flexiblen Visualisierung technischer Prozesse wird in Zusammenarbeit mit Firma SEA kontinuierlich weiterentwickelt. Auf Basis des Graphikstandards OpenGL wurde die Software RTIG (Real-Time Image Generator) zur Darstellung der virtuellen Welt entwickelt. Grundlage hierfür sind hochaufgelöste Luft- und Satellitenbilddaten, die in die Datenbasis eingepflegt werden.

Die Gruppe ist weiter für den Betrieb der Systemsimulatoren für ATTAS und FHS sowie für den geplanten Aufbau des Simulatorzentrums verantwortlich.

Die Echtzeitsimulatoren werden neben der speziellen Flugversuchsvorbereitung für die Versuchsträger für weitere wissenschaftliche Themen an interne und externe Kunden angeboten, wie spezielle Mensch-Maschine Untersuchungen oder die Bewertung aktiver Bedienelemente.

Modellierung und Simulation
Die Modellierung und Simulation dynamischer Systeme ist motiviert durch die Entwicklung von Datenbasen für Trainingssimulatoren, die Erstellung von Modellen für Systemregelungen und –bewertungen oder die Begleitung von Praxiserprobungen durch Validierung. Die Fachgruppe Modellierung und Simulation ist verantwortlich für die Entwicklung mathematischer Modelle zur Simulation von Flugzeugen und Schirmsystemen sowie der zugehörigen Teilsysteme wie Triebwerk, Fahrwerk und Steuerung. Bei der Entwicklung neuer Flugzeuge werden vor dem Erstflug Prognosen aufgrund von Windkanalmessungen oder CFD-Berechnungen verwendet, nach dem Erstflug und zur Flugbereichserweiterung werden Messdaten mit den Methoden der Systemidentifizierung ausgewertet.

Die Gruppe beschäftigt sich mit der Auslegung, Durchführung und Auswertung von Flugversuchen zur Systemidentifizierung sowie mit der Entwicklung und Pflege von Softwarewerkzeugen.

Kognetik
Die Wissenschaft der Kognetik ist eine Disziplin, die sich mit den Fähigkeiten und Grenzen des menschlichen Auffassungsvermögens und den daraus abgeleiteten Aktionen beschäftigt. Die Fachgruppe Kognetik erforscht die dynamische Interaktion zwischen Menschen und Luftfahrzeugen. Basierend auf den kognitiven Fähigkeiten des Menschen werden Bewertungskriterien für die Flugeigenschaften sowie der Qualität von Flugsimulatoren abgeleitet. Im Rahmen der Forschung an der Simulation werden die Sicht- und Bewegungswahrnehmungen sowie die Trainingseffektivität bewertet.

Weiterhin entwickelt die Gruppe entwickelt fortschrittliche Flugsteuerungsfunktionen für vereinfachtes Fliegen (Easy Flying) einschließlich automatischer Fehlererkennung und Rekonfiguration sowie neuer Schutzfunktionen, z. B. für Wirbelschleppen und Böenlastenminderung.

Die Flugeigenschaften ungeregelter sowie geregelter Flugzeuge werden dabei nicht nur durch objektive Kriterien bewertet, sondern auch subjektiv durch den Piloten im Simulator- oder Flugversuch. Das Konzept der nichtlinearen Modellfolgeregelung für die fliegende Simulation wird kontinuierlich weiterentwickelt und im ATTAS eingesetzt.

Flugerprobung Manching
Die Wehrtechnischen Dienststelle WTD 61 benötigt eine unabhängige Beratungskompetenz im Bereich der experimentellen Flugeigenschaftsbewertung und Testmethoden von militärischen Luftfahrzeugen und deren Zulassung. Die Gruppe Flugerprobung unterstützt die WTD 61 vor Ort in Manching bei der Planung, Vorbereitung, Durchführung und Auswertung von Flugversuchen. Es werden die Projekte A400M und EF2000 hinsichtlich der Bewertung der Flugeigenschaften und -leistungen unterstützt.


Kontakt
Dr.-Ing. Holger Duda
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Flugsystemtechnik
, Flugdynamik und Simulation
Tel: +49 531 295-2610

Fax: +49 531 295-2845

E-Mail: Holger.Duda@dlr.de
Prof. Dr.-Ing. Klaus-Uwe Hahn
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Flugsystemtechnik
, Flugdynamik und Simulation
Tel: +49 531 295-2650

Fax: +49 531 295-2845

E-Mail: K-U.Hahn@dlr.de
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