Projektziele

Das DLR Projekt SikMa - Simulation komplexer Manöver hat das Ziel eine interaktive Simulationsumgebung zur Simulation eines frei fliegenden, vollkonfigurierten, elastischen Kampfflugzeuges zu entwickeln. Zur Realisierung der Simulation sollen die aerodynamischen, flugmechanischen und aeroelastischen Gleichungssysteme in jedem Zeitschritt berechnet werden. Es findet eine zeitgenaue Kopplung von Aerodynamik, Flugmechanik und Aeroelastik statt.

Weiterhin sollen die Ergebnisse aus dem Projekt SikMa die Idee einer DLR einheitlich genutzten Simulationsumgebung TENT vorantreiben und einen wesentlichen Beitrag zum DLR Kerngebiet "virtuelles Flugzeug" leisten.

Neben der Entwicklung der interaktiven Integrationsumgebung und den verwendeten Rechenverfahren und Kopplungsalgorithmen werden im Projekt SikMa Untersuchungen im Windkanal durchgeführt mit unterschiedlichen Modellen und für verschiedene Manöverszenarien, um einen umfangreichen Datensatz für die Verifikation und Validierung der Gesamtsimulationsumgebung zur Verfügung zu stellen.

Das Projekt SikMa besitzt eine Laufzeit von 4 Jahren und wurde im Mai 2002 begonnen.

Die wichtigsten Aufgaben in den Hauptarbeitspaketen im Projekt SikMa sollen im folgenden erläutert werden

Ziele im Bereich des System Engineering

Im System Engineering geht es um die Einbindung der Rechenverfahren in das interaktive Simultaionsumgebung TENT. In TENT werden neben den Rechenverfahren die Kopplungsalgorithmen und die Simulationsszenarien implementiert. Ziel ist es eine interaktive, multidisziplinäre Simulationsumgebung aufzubauen, um allen am Projekt beteiligten den Zugang zu speziellen Tools anderer Disziplinen zu erleichtern bzw. komplexe Prozesse für alle anwendbar zu gestalten.

Ziele im Bereich der Algorithmenentwicklung

Im Bereich der Algorithmenentwicklung geht es um die Entwicklung, Weiterentwicklung bzw. Anpassung der Rechenverfahren zur Berechnung der Aerodynamik, aeroelastischen Verformungen und der flugmechanischen Gleichungen. Weiterhin müssen Kopplungsverfahren für die Kopplung der Verfahren entwickelt werden. Im Bereich der Aerodynamik bedeutet dieses die Weiterentwicklung und Anpassung des unstrukturierten DLR-Tau Codes an die Anforderungen im Projekt SikMa.

Ziele im Bereich der Experimentellen Simulation

Die Zielsetzung der experimentellen Simulation ist die Bereitstellung von experimentellen Daten aus Windkanalversuchen für die Verifikation und Validierung des im Projekt zu entwickelnden Simulationsumgebung. Die Windkanalversuche werden im DNW-TWG und DNW-NWB durchgeführt.

Die Versuchsszenarien und die verwendeten Modelle werden im folgenden erläutert:

1. Systemidentifikation des AeroSUM Modellsupports im DNW-TWG:
   Im Rahmen von statischen und dynamischen Windkanalversuchen mit und ohne Wind werden Aeroelastikversuche im DNW-TWG durchgeführt. Ziel der Versuche ist die aeroelastische Systemidentifikation des AeroSUM Versuchsaufbaus. Als Ergebnis soll die mathematische Beschreibung des aeroelastischen Systemverhaltens in die Simulationsumgebung eingehen und so eine verbesserte numerische Nachbildung der AeroSUM-Versuchsszenarien gewährleistet werden.
   
2. Roll- und Trudel versuche mit dem X-31 Leichtbaumodell auf der RTD im DNW-NWB:
   Im Projekt AeroSUM wurden mit dem AeroSUM-Modell Rollmanöver um die Modelllängsachse im TWG durchgeführt. Ein Rollmanöver um die Modelllängsachse findet in der Realität nur selten statt. Das Einleiten eines Kurvenflugs wird bei Kampfflugzeugen durch eine Drehung um die Windachse eingeleitet. Aus diesem Grunde werden mit einem X-31 Leichtbaumodell Trudellversuche im DNW-NWB mit Hilfe der Roll- und Trudelwaage durchgeführt.
   
3. Manöverversuche mit dem X-31 Remote-Control Modell am Hexapod-Support DNW-NWB:
   Der Hexapod ist ein 6-Komponenten Verstellmechanismus mit dem es möglich sein wird Manöversimulationen mit dem X-31 Modell im DNW-NWB durchzuführen. Ziel der Versuche ist es mit Hilfe von Eingangsdaten aus den Flugversuchen (Flugreglerdaten), Flugmanöver im Windkanal zu reproduzieren. Dabei werden die Steuerflächen synchron zur Änderung der Lagewinkel des Modells verstellt. Sämtliche dynamischen Ähnlichkeitsparameter bezüglich der Lagewinkeländerung und der Steuerflächenbewegungen müssen dabei eingehalten werden.
   Für die Validierung einer komplexen Manöversimulation einer elastischen Kampfflugzeugkonfiguration sollen innerhalb einer Konzeptstudie der Entwurf, die Auslegung und die Dokumente für die Realisierung eines solchen Modells erarbeitet werden.

Ziele im Bereich der Validierung

Mit Hilfe der Daten aus den Windkanalversuchen und ausgewählten Flugversuchsdaten sollen die Module der Simulationsumgebung im Detail verifiziert und validiert werden, sowie die Gesamtsimulationsumgebung anhand von definierten Testfällen validiert werden. Für die Verifikation als auch für die Validierung sind Pilotanwendungen definiert die den Nachweis der Funktionalität während und am Ende des Projektes erbringen sollen. Die Aufgaben sind im einzelnen:

• Verifikation bzw. Validierung der Module Aerodynamik, Aeroelastik und Flugmechanik an Hand der Windkanalergebnisse und ausgewählter Daten aus dem Flugversuch.
• Validierung bzw. Verifikation der gekoppelten Simulationen:
  - Aerodynamik-Flugmechanik Kopplung
  - Aerodynamik-Aeroelastik Kopplung
  - Aerodynamik-Flugmechanik-Aeroelastik Kopplung