Versuchsanlagen

In-Flight-Simulator EC 135 FHS



Fliegender Hubschrauber Simulator mit neuem hohen Landewerk

Fliegender Hubschrauber Simulator EC 135 - FHS

Das DLR betreibt in Braunschweig einen in Europa einzigartigen Flugversuchsträger - den gemeinsam mit Eurocopter Deutschland (ECD) und Liebherr Aerospace Lindenberg (LLI) entwickelten Forschungshubschrauber EC 135 FHS (Fliegender Hubschrauber Simulator). Folglich hat das Institut für Flugsystemtechnik seine Kompetenzen in den Bereichen der fliegenden Simulation und der Erprobung neuer Schlüsseltechnologien im Hubschrauberbereich gestärkt. Wesentliche Elemente der in den FHS integrierten Technologien sind Lichtleiterverbindungen für die gesamte Steuerung (Fly-by-light), intelligente Aktuatoren und Sensoren sowie eine modular aufgebaute Rechnerarchitektur und modernste Cockpitanzeigen.

In seiner Funktion als Flugversuchsträger kann der FHS entweder als reiner Technologie-Demonstrator genutzt werden oder als fliegender Simulator sein Flugverhalten verändern sowie einen Eingriff in die Hubschrauber-Flugsteuerung ermöglichen. Mit dieser Fähigkeit umfasst das FHS Einsatzspektrum die Erprobung neuer Hubschraubersysteme, die Ausbildung von Piloten, die Entwicklung neuer Steuerungs- und Regelungssysteme sowie die Simulation von Flugeigenschaften im Reißbrettstadium befindlicher Hubschrauber. Piloten haben damit die Möglichkeit, fliegend neue Systeme und Hubschrauber unter realistischen Bedingungen zu testen.

Es war ein langer Weg von der Planung bis zur Fertigstellung des komplexen Systems FHS, da in vielen Bereichen zum damaligen Zeitpunkt technologisches Neuland betreten wurde. Bereits 1994 starteten Entwickler die erste Machbarkeitsstudie. Nach einer Vereinbarung über die Finanzierung des Projektes zwischen Eurocopter Deutschland (ECD), Liebherr Aerospace (LLI), dem Bundesamt für Wehrtechnik und Beschaffung (BWB) und dem DLR folgten 1995 der offizielle Projektstart mit der Erstellung erster Spezifikationen. Im August 2000 erfolge der Erstflug im mechanischen Mode. Im Januar 2002 erfolgte schließlich der erste Flug mit Fly-by-light als Primärsteuerungssystem. Am 7. November 2002 erfolgt in Braunschweig die offizielle Übergabe des FHS an das DLR. Seit Juni 2006 ist das DLR zuständiger Entwicklungsbetrieb für das Gesamtsystem FHS. Basierend auf einer Flugbereichserweiterung hat der FHS im Februar 2008 die Zulassung erhalten im Experimentellen Mode bodennah zu fliegen und landen.

Kern- und Experimentalsystem des FHS

Systemkomponenten

Das FHS-Flugsteuerungssystem besteht aus einem sogenannte Kernsystem und einem Experimentalsystem. Das Kernsystem umfasst auch die Active Control Technology für den Sicherheits- und Versuchspiloten. Weiterhin erfüllt das Kernsystem die Zulassungsanforderungen der zivilen Luftfahrt. Die Software und die Hardware des Zentralrechners sowie der hydraulischen Stellglieder sind jeweils zweifach dissimilar.

Das Kernsystem ist wie folgt aufgebaut: Die Steuereingaben des Piloten (Sicherheits- oder Versuchspilot) werden erfasst und als digitale Signale an den Zentralrechner weitergeleitet. Dieser überwacht die gesamte Steuerfunktion und Datenkommunikation, führt Sicherheitsanalysen aus und begrenzt sicherheitskritische Steuerbefehle, bevor die Signale an die hydraulischen Stellantriebe (Smart-Actuators) weitergegeben werden. Die Prüfkriterien des Zentralrechners sind über Begrenzer, sogenannte Limiter, je nach Flugmanöver oder Sicherheitshöhe einstellbar. Aus den über vier Kanäle asynchron empfangenen Stellbefehlen wird von der Aktuator Control Elektronik der endgültige Stellwert für den Aktuator ermittelt und eingestellt. Selbst wenn einer der Kanäle fehlerhafte Werte liefert, ist sichergestellt, dass das Stellsignal eine fehlerhafte Abweichung von drei Prozent nicht überschreitet. Zusätzlich ist noch ein mechanisches Notsteuerungssystem installiert. Durch einfaches Umschalten kann der Sicherheitspilot den FHS auch mit diesem System sicher starten, fliegen und landen.

Komponenten im FHS

Anordnung der Komponenten im FHS

Ergänzt wird das Kernsystem durch das Experimentalsystem, welches speziell der Erprobung von Flugregelung und experimenteller Hardware dient. Dafür werden Zusatzsensoren und Basisdienste wie unter anderem Datenerfassung und -verteilung, Datenaufzeichnung, Anzeigen sowie Telemetrie bereitgestellt. Das Experimentalsystem unterliegt in seinem Lebenszyklus (>20 Jahre) ständigen Veränderungen. Deshalb realisiert es die folgenden Konzepte:

  • Modularität,
  • eigenständige Systeme für Basisdienste und Experimentalanwendungen,
  • hochgradige Konfigurierbarkeit,
  • Nutzung von Standard Luftfahrtkomponenten,
  • offenen Standards mit langen Lebenszyklen.

Das Experimentalsystem besteht aus drei Rechnern. Der Data Management Computer erfasst und verteilt die Daten, der Experiment Computer steht exklusiv für Experimentalanwendungen zur Verfügung und der Graphics Computer erzeugt die Anzeigen für den Versuchspiloten und Flugversuchsingenieur. Data Management Computer und Experimental Computer sind VME-Bus-Systeme, der Graphics Computer ist ein PC.Die Bedienung der Systeme erfolgt über Versuchsbediengeräte beim Versuchspiloten und Flugversuchsingenieur.

Das Experimentalsystem ist hochgradig parametrisierbar (Signaldatenbank, Datenaufzeichnung, Telemetrie, Anzeigen usw.). Jeder Experimentalanwendung steht ein eigener Satz von Parametern zur Verfügung. Die Daten werden auf einem Wechselmedium aufgezeichnet (etwa sechs Stunden Flugdaten pro Medium). Die Flugdaten (inklusive Audiodaten) werden auch per Telemetrie zu einer Bodenstation übertragen. Ergänzend zu den Basissensoren der EC 135 enthält das Experimentalsystem eine separate Inertialplattform, ein DGPS, Strömungssensorik an einem Nasenmast und eine Rotormessanlage. Die Versuchspiloten-Station ist mit einem aktiven Sidestick ausgerüstet. Zur Einbindung von Experimenten steht dem Experimentator der Experimental Computer zur Verfügung. Er ermöglicht so den Eingriff in das Flugsteuerungssystem und ist daher wesentliches Element, um aus dem FHS einen „Fliegenden Simulator“ zu machen.

FHS Sidestick

Aktive Sidestick des Versuchspiloten im FHS

Der FHS kann in verschiedenen Betriebszuständen arbeiten. Im Betriebsmode „Sicherheitspilot“ werden die Steuersignale des Sicherheitspiloten durch das Kernsystem direkt an die Aktuatoren weitergeleitet. Im Betreibszustand „Versuchspilot DIRECT“ werden die Steuersignale des Versuchspiloten direkt an den Aktuator gesendet. In diesen beiden Modi erfolgt die Steuerung des FHS somit ausschließlich über das zugelassene Kernsystem der EC 135. Im Betriebsmode „Experiment ON“ hingegen werden die Steuersignale zuerst an das Experimental System geleitet und dort modifiziert, im Anschluss werden sie über das Kernsystem an die Aktuatoren geschickt. Als Sicherheit werden mit Hilfe von Kugelzügen die Aktuator Ist Positionen an die Steuerorgane zurückgeführt. Der Sicherheitspilot fliegt in diesem Mode sozusagen „Hands On“ und spürt, was das Experimentalsystem einsteuert. Im Falle einer Fehlfunktion des Experimentalsystems kann er durch Überdrücken der Steuer die Kontrolle zurück übernehmen. Im Mode „Experiment ON“ hat das Experiment somit die volle Autorität über den FHS. In diesem Modus kann, beispielsweise mit Hilfe einer Signalveränderung, die sich aus dem mathematischen Modell eines virtuellen Hubschraubers ergibt, die Reaktionen des FHS so modifiziert werden, dass der Versuchspilot den Eindruck hat, diesen virtuellen Hubschrauber zu fliegen und nicht den FHS.

FHS Betriebsmodi

FHS-Betriebsmodi


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