Das Projekt EMA ist ein Förderprojekt im Rahmen des nationalen Luftfahrtforschungsprogramms V (LufoV-1) mit einer Laufzeit von Januar 2014 bis März 2017.
Im Rahmen zukünftiger ziviler Flugzeugentwicklungen werden zunehmend Funktionen, die aktuell durch hydraulische und pneumatische Systeme realisiert werden, elektrifiziert. Dadurch werden eine Steigerung der Effizienz sowie wesentliche Verbesserungen im Bereich der Wartung von Luftfahrzeugen erwartet. Im besonderen Fokus stehen aktuell elektromechanische Stellsysteme für Steuerflächen der primären sowie sekundären Flugsteuerung. Eine besondere Herausforderung bei Übergang von hydraulischen Stellsystemen auf sogenannte elektromechanische Aktuatoren stellt der Umgang mit deren höheren Komplexität dar. Schon aufgrund der Vielzahl der Bauteile, aber auch bedingt durch die Bauweise der Aktuatoren stellt die Zuverlässigkeit eine wesentliche technische Herausforderung dar. Weiterhin ist es aufgrund von Zulassungsanforderungen erforderlich, dass insbesondere Steuerflächen der primären Flugsteuerung durch mindestens zwei Aktuatoren im Parallelbetrieb angesteuert werden müssen. Diese Anforderung lässt sich mit hydraulischen Stellantrieben leicht realisieren, ein Aktuator durch kurzschließen der Hydraulikammern passiviert werden kann und dabei gewünschte Dämpfungseigenschaften mitbringt. Elektromechanische Aktuatoren bieten die Möglichkeit nicht und müssen in der Regel beide aktiv betrieben werden. Die sich daraus ergebende Regelungsaufgabe der Aktuatoren zielt im Wesentlichen auf eine Reduktion des durch den zirkularen Kraftfluss durch beide Aktuatoren resultierenden Force-Fight, verursacht durch geringfügige Parameterunterschiede auch bei nominal gleichen Komponenten. Weiterhin gilt es Kraftspitzen zu reduzieren und die Lebensdauer der Aktuatoren durch den Eingriff eines Reglers möglichst nicht negativ zu beeinflussen.
Aufsetzend auf den Ergebnissen abgeschlossener und laufender nationaler und europäischer Projekte sollen in diesem Verbundprojekt Aktuator- und Elektroniktechnologien für elektromechanische Aktuatoren (EMA) der Primärflugsteuerung (Querruder und Spoiler) entwickelt und auf Systemebene untersucht werden. Ziel des Verbundes ist die Weiterentwicklung der Technologien und Vorbereitung von Flugversuchen.
Folgende Partner sind an dem Verbundvorhaben beteiligt:
Das DLR beteiligt sich im Partnerantrag mit der Einrichtung Flugexperimente (DLR-FX), dem Institut für Systemdynamik und Regelung (DLR-SR) sowie dem Institut für Flugsystemtechnik (DLR-FT). Im Rahmen des Beitrags des DLR für das Verbundprojekt EMA sollen neue Technologien und Konzepte für die Regelung und Überwachung von elektromechanischen Aktuatoren der Flugsteuerung von Verkehrsflugzeugen erarbeitet und getestet werden. Zudem soll der Weg für den späteren Flugversuch vorbereitet werden. Für die Validierung der neuen Konzepte wird ein bestehender Aktuatorprüfstand für Flugsteuerungssysteme an die Bedarfe der spezifischen Aktuatoren angepasst, um damit die Tests in Abstimmung mit der Firma Liebherr Aerospace Lindenberg durchführen zu können. Begleitet werden die Arbeiten durch den Entwicklungsbetrieb des DLR, um von Beginn an die Richtlinien und Prozesse für einen geplanten Flugversuch zu berücksichtigen. Zusätzlich wird erarbeitet, auf welche Weise eine Integration in den DLR A320 ATRA mit dem Ziel einer Flugversuchskampagne für die EMA Technologien erfolgen kann.
Der Schwerpunkt der wissenschaftlichen Arbeiten des DLR liegt in der Erarbeitung von Regelungs- und Fehlerdetektionskonzepten für EMA Technologien mit einem speziellen Fokus auf den redundanten Betrieb der Aktuatoren. Hier ist insbesondere die Kraftkonfliktkompensation bei einer active-active Anordnung der Aktuatoren entscheidend. Es werden neue Regelungs-, Fehlerdetektions- und Rekonfigurationskonzepte für EMA in active-active Konfiguration erarbeitet und deren Eignung für die Ansteuerung und Überwachung am Beispiel eines Querrudersteuerung eines Single Aisle Flugzeug (Größenordnung z.B. Boeing 737, A320) auf einem Systemtestrig demonstriert. Bestehende Regelungs-, Fehlerdetektions- und Rekonfigurationskonzepte aus laufenden Technologieprojekten (u.a. EU Actuation 2015, RECONFIGURE) werden weiterentwickelt und für den Betrieb in einer active-active Konfiguration angepasst. Ein besonderer Fokus liegt auf der Zulassbarkeit der Verfahren. Zu diesem Zweck werden neben den typischen Entwurfs- und Analysetätigkeiten intensive Prüfstandstests durchgeführt. Hierfür wird das DLR im Speziellen einen geeigneten Teststand zur Erprobung des Verbundbetriebes entwickeln und aufbauen.
Das Institut für Flugsystemtechnik, Abteilung Sichere Systeme und Systems Engineering, leitet den Arbeitsanteil des DLR im Rahmen des Verbundvorhabens. Die Beiträge des Instituts liegen in folgenden Bereichen:
Die Arbeiten des Instituts setzen auf den Erkenntnissen abgeschlossener und noch laufender Projekte im Bereich der Regelung, Überwachung und dem Condition Monitoring elektromechanischer Aktuatoren auf, u.a. den Projekten