Abteilung Flugdynamik und Simulation

Forschungsarbeit



Die Abteilung Flugdynamik und Simulation erforscht das dynamische Verhalten von Flugzeugen sowie deren Interaktion mit dem Piloten. Ziel ist ein rundum sicheres, wirtschaftliches 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 durchlaufen. Dabei kann auf die intensive Zusammenarbeit mit Testpiloten sowie einmalige Versuchsanlagen, wie das hochmoderne Simulatorzentrum AVES, zurückgegriffen werden.

Die intensive Kooperation mit DLR-internen Instituten verschiedener Standorte sowie mit nationalen und internationalen Partnern der Wirtschaft und Forschung bildet einen wichtigen Grundstein für die erfolgreiche wissenschaftliche Arbeit der Abteilung.

Verfahren

Energiebasiertes Pilotenunterstützungssystem für lärmreduzierte Anflüge

Die Fachgruppe Verfahren beschäftigt sich mit der Definition, Auslegung und Bewertung von neuartigen Flugverfahren. Dabei steht das Vertikalprofil im Vordergrund. Unter der Einhaltung von Sicherheit, Fliegbarkeit und Wirtschaftlichkeit werden Möglichkeiten der Lärmreduktion bei Start, Abflug, Anflug und Landung untersucht. Dies erfolgt über die Entwicklungsstufen Flugleistungsrechnung, Schnellzeitsimulation, Einsatz von Bewegungssimulatoren und Flugversuch. Den Abschluss bildet die Erprobung im operationellen Flugbetrieb und letztendlich die Übernahme in den Regelflugbetrieb. Die Fachgruppe ist eng eingebunden in die Fluglärmaktivitäten des DLR und kooperiert mit externen Partnern wie der Deutschen Lufthansa und dem Flughafen Frankfurt.

Flugmechanik

Nurflüglerkonfiguration
Nurflüglerkonfiguration (Quelle: Airbus)

Die Fachgruppe Flugmechanik beschäftigt sich mit der Bewertung des Bewegungsverhaltens von Fluggeräten unter Berücksichtigung der spezifischen Betriebsgrenzen und atmosphärischen Einflüsse, wie zum Beispiel Wirbelschleppen. Der Fokus liegt dabei in der gesamtheitlichen Betrachtung des Flugsystems hinsichtlich Flugleistungen, Flugeigenschaften, Steuerbarkeit, Emissionen und Zulassungsaspekten. Die Beurteilung der flugmechanischen Eigenschaften erfolgt anhand von eigens entwickelten Mess- und Simulationsdaten, z. B. mit dem Softwarewerkzeug MAPET (Model Based Aircraft Performance Evaluation Tool). In Zusammenarbeit mit der DLR-Einrichtung Flugexperimente werden Flugversuche vorbereitet und durchgeführt. Die Entwicklung und Bewertung neuer Flugzeugkonfigurationen und –systeme, wie Solar- oder Nurflügelflugzeuge ist ein weiterer Forschungsschwerpunkt der Gruppe.

 

Simulationstechnik

Simulatorzentrum AVES (Air Vehicle Simulator)

Die Fachgruppe Simulationstechnik verfügt 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. Die Gruppe ist in die stetige Verbesserung bestehender Simulations-techniken, z.B. der Bewegungssimulation, involviert. Der Betrieb des Simulatorzentrums AVES (Air Vehicle Simulator) fällt in den Zuständigkeitsbereich der Gruppe, ebenso auch kleinere Simulationsanlagen, wie der Tragschraubersimulator. Die Echtzeitsimulatoren werden neben der speziellen Flugversuchsvorbereitung für die Versuchsträger ATRA und FHS zur Erforschung weiterer wissenschaftlicher Themen, wie die Bewertung aktiver Bedienelemente oder die Untersuchung der Mensch-Maschine-Interaktion, an interne und externe Kunden angeboten.

 

Modellierung und Simulation

Systemidentifizierung

Die Gruppe Modellierung und Simulation beschäftigt sich mit der Entwicklung von Simulationsmodellen für Fluggeräte. Dies erfolgt mit der sog. Systemidentifizierung unter Verwendung von Daten, die in Flugversuchen oder auch Windkanalversuchen gewonnen werden. Zur effizienten Auswertung von Messdaten werden in der Gruppe Softwarewerkzeuge entwickelt, die eine hohe Flexibilität zur schnellen Anpassung an den individuellen Anwendungsfall bieten. Die extrahierten Simulationsmodelle finden vielfältige Anwendungen beispielsweise in Trainingssimulatoren, für Flugleistungs- und Flugeigenschaftsbewertungen, für die Entwicklung von Systemregelungen oder zur Validierung von externen Modellen innerhalb der Flugerprobung. Die Modellierung und Simulation dynamischer Systeme ist somit Grundlage für viele Forschungsarbeiten der Abteilung und bietet diverse Möglichkeiten zur Kooperation mit der Industrie. Eigene Forschungsgebiete sind die Modellierung spezieller Effekte wie Flugzeugvereisung, abgelöste Strömungszustände und strukturelastische Freiheitsgrade. Zur Optimierung zukünftiger Flugversuchsprogramme arbeitet die Gruppe an Online-Systemidentifizierungs-verfahren, die eine Datenauswertung schon während des Flugversuchs ermöglichen.

 

Kognetik

Crew im Cockpit mit Check-Kapitain

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 der Besatzung und Flugzeugsystemen. Auf Basis von operationell relevanten Simulatorstudien werden mögliche Probleme in der Interaktion identifiziert. Daraus leitet die Fachgruppe Kognetik neue Konzepte für das Pilotentraining und die Cockpitsysteme ab.  Im Rahmen der Forschung an Trainingssimulatoren werden die Sicht- und Bewegungswahrnehmungen sowie die Trainingseffektivität bewertet und optimiert. Der Nutzen aller von der Fachgruppe Kognetik entwickelten Konzepte wird schließlich in Simulator- oder Flugversuchen bewertet.

 

Flugerprobung Manching

EF 200 mit Flugversuchsteam

Seit 1975 besteht eine enge Zusammenarbeit zwischen der Wehrtechnischen Dienststelle 61 der Bundeswehr und dem Institut für Flugsystemtechnik. Im Rahmen dieser Zusammenarbeit ist ein Team des Institutes dauerhaft auf Bundeswehrgelände in Manching positioniert. Durch den täglichen engen Kontakt ist eine mittlerweile fast 40 Jahre andauernde fruchtbare Partnerschaft entstanden, in deren Rahmen die Außenstelle durch ihre Zuarbeit zur erfolgreichen Bearbeitung von Fragestellungen aus den Bereichen Zulassung, Qualifikation und Erprobung von militärischen Luftfahrzeugen beigetragen hat. Der Schwerpunkt der Arbeit lag in den vergangenen Jahren vor allem auf den Projekten Eurofighter und A400M. Ebenso wurden Fragestellungen zum unbemannten Luftfahrzeug EuroHawk und der im Juni 2013 außer Dienst gestellten F-4F „Phantom“ bearbeitet. Die Arbeitsgebiete konzentrieren sich dabei auf flugmechanische Fragestellungen, vor allem Flugleistungen und Flugeigenschaften, aber auch das Abgangsverhalten von Außenlasten, Qualität von Luftdatensystemen und spezielle militärische Verfahren wie die Eignung von Luftfahrzeugen für Operationen auf unbefestigten Pisten.
 

 

 


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
URL dieses Artikels
http://www.dlr.de/ft/desktopdefault.aspx/tabid-1358/1891_read-43066/