Der sichere Betrieb eines Luftfahrtzeuges ist von der korrekten Interaktion verschiedenster Systeme im Flugzeug abhängig. Jedes dieser Flugzeugsysteme erfüllt dabei eine dedizierte Funktionalität. Die Aufteilung von Funktionen auf die heute bekannten Flugzeugsysteme wurde für konventionelle Flugzeuge über viele Flugzeuggenerationen in den vergangenen Jahrzehnten stetig optimiert. Über das Betriebsverhalten existiert ein umfassender Wissens- und Erfahrungsschatz.
Die Transformation zu einer nachhaltigen Luftfahrt und den damit verbundenen, teils disruptiven Innovationen in zukünftigen klimaneutralen Luftfahrzeugen wird nicht durch Detailverbesserungen heute bekannter Systeme erreicht werden können, sondern zumindest in Teilen die Einführung komplett neuartiger Technologien in den Bereich sicherheitskritischer Anwendungen erfordern. Um dies unter Aufrechterhaltung der gewohnten Sicherheit zu ermöglichen, forscht das Institut sowohl an der Optimierung bestehender Systeme als auch an der Implementierung von neuen, innovativen Systemen für zukünftige Luftfahrzeuge.
Der Fokus liegt dabei auf der Erarbeitung und Bewertung von Systemarchitekturen sowie deren konkreter Umsetzung. Die gängigen Luftfahrtstandards wie die ARP4754 und ARP4761 finden dabei ebenfalls Anwendung und werden weiterentwickelt. Ziel ist es, Lösungsmöglichkeiten zu erarbeiten, die in den Gesamtentwurf übernommen werden können. Zudem wird im Rahmen dieser Aktivtäten an der Anwendung von Model-Based Systems Engineering sowie der Nutzung von digitalen Entwurfsmethoden geforscht, um die Entwicklungsprozesse künftiger Programme in der Luftfahrt effizienter zu gestalten.
Ein Beispiel für disruptive Flugsysteme, welche am Institut untersucht werden, sind Konfigurationen mit neuartigen Wasserstoffantrieben. Ähnlich wie bei aktuellen militärischen Flugzeugen mit stark zunehmenden Treibstoffmassenanteilen kann die Eigenbewegung des Treibstoffes im Tank dabei einen starken Einfluss auf das Flugverhalten nehmen. Dementsprechend ist die Kenntnis des dynamischen Flüssigkeitszustandes zunehmend relevant für flugdynamische Analysen und regelungstechnische Anwendungen. Um entsprechende Effekte abzubilden, werden echtzeitfähige Ersatz-Modelle des schwappenden Tanks entwickelt und in Analysen sowie in die Reglerauslegung integriert. In ähnlicher Weise ist die Modellierung des Fahrwerks erforderlich, um das Zusammenspiel zwischen Flug- und Fahrdynamik während Start und Landung zu untersuchen. Das Institut besitzt auf diesem Gebiet Expertise im Bereich der Kontaktmechanik, die in anwendungsspezifische Fahrwerksmodelle einfließt. Damit lassen sich komplette Missionen "Door2Door" - speziell auch im Flughafenumfeld - physikalisch korrekt abbilden und analysieren.
Vorentwurf von Flugzeugsystemen mittels digitaler Methoden
Im Vorentwurf werden die Komponenten der Systeme im Flugzeug allokiert und mit zu erwartenden Zuverlässigkeiten verknüpft. Somit werden sowohl die Aspekte der Integration als auch der Sicherheit berücksicht. Die Nutzung digitaler Tools ermöglicht dabei die schnelle Bewertung von Systemarchitekturen.
