Bemannte Flugsimulation

Der Begriff Simulation umfasst die rechnergestützte Implementierung von Systemen und Prozessen, um mit deren Hilfe Experimente auf Modellebene durchzuführen. Im Rahmen der bemannten Flugsimulation wird die dynamische Interaktion zwischen Mensch und Luftfahrzeug bewertet. Das Ziel der bemannten Flugsimulation ist dabei, den Piloten in die Lage zu versetzen, die Erfahrungen aus dem Flugsimulator auf den realen Flug zu übertragen.

Anwendungsgebiete der Flugsimulation

Systemsimulator Flying Helicopter Simulator (FHS)

Das Institut für Flugsystemtechnik betreibt Flugsimulatoren als Bodenkomponenten für die fliegenden Versuchsträger zur Vorbereitung von Flugversuchen mit ATTAS und FHS. Diese Simulationsanlagen stellen systemtechnisch ein Abbild der beiden hochkomplexen Flugsysteme dar und simulieren damit soft- und hardwaretechnisch die Situation im Fluggerät. Somit wird die Effektivität des sehr kostenintensiven Flugversuchs optimiert.

Zur Untersuchung neuer Technologien, neuer Flugsteuerungskonzepte, der Trainingseffektivität sowie zur grundlegenden Erforschung der menschlichen Wahrnehmungen werden Simulatoren zur Flugforschung eingesetzt. Dabei wird ein Höchstmaß an Simulationsgüte und Flexibilität gefordert. Die Simulationsgüte ergibt sich aus einer möglichst realistischen Außensicht, Bewegung, Steuerkraft, Cockpitausstattung sowie dynamischem Verhalten des Fluggerätes. Die geforderte Flexibilität bezieht sich auf alle oben beschriebenen Anteile des Gesamtsystems.

Ein Flugsimulator hoher Güte eröffnet die Möglichkeit, an der Flugsimulation an sich zu forschen. Die Simulation als Forschungsobjekt zielt dabei auf die menschliche Wahrnehmungen und Verhaltensmuster im Flugsimulator, wobei insbesondere die Frage nach der Trainingseffektivität beleuchtet werden soll. Flugsimulatoren sind heute von den verantwortlichen Behörden zugelassene Flugübungsgeräte. Alle (großen) Fluggesellschaften betreiben Flugsimulatoren für ihr Pilotentraining, zum Beispiel Lufthansa Flight Training (LFT) betreibt in den Simulatorzentren Berlin, Bremen, Frankfurt, Wien, Zürich über 30 Trainingssimulatoren für 20 Flugzeugmuster. Trainingssimulatoren werden zur Erhöhung der Flugsicherheit durch gezieltes Pilotentraining bei maximaler Kosteneffektivität eingesetzt. Dabei stellt sich die Frage nach der Effektivität des Trainings im Zusammenhang mit der Simulationsgüte. Die Trainingseffektivität von Flugsimulatoren ist schwierig zu überprüfen. Es ist beispielsweise bis heute nicht nachgewiesen, dass der Einsatz von Bewegungssystemen in Flugsimulatoren von Verkehrsflugzeuge die Trainingseffektivität verbessert. Hier besteht noch Forschungsbedarf.

In Zukunft erfolgt die Ausbildung von Verkehrsflugzeugpiloten verstärkt durch den Einsatz von Flugsimulatoren. In 2006 wurde von der ICAO die neue Pilotenlizenz MPL (Multi Crew Pilot Licence) für Copiloten ziviler Verkehrsflugzeuge etabliert, die speziell auf die geforderten Fähigkeiten im Zweipilotenbetrieb (multi-crew aeroplanes) ausgelegt ist.

Sichtsimulation

"Brown-Out"-Darstellung im Bodensimulator FHS

Die besonderen Anforderungen an die Flexibilität der Forschungssimulatoren des Instituts erforderten den Aufbau speziellen Know-hows auf dem Gebiet der Sichtsimulation. Es muss schnell und unkompliziert auf die unterschiedlichen Anforderungen der Nutzer und Piloten hinsichtlich versuchsabhängiger Gestaltung der Szenarien reagiert werden. Grundlage hierfür sind Luft- und Satellitenbilddaten des norddeutschen Raums mit hochaufgelösten (30 cm) Flughafenbereichen von Braunschweig, Hannover und Frankfurt (in Arbeit), sowie umliegende Geländedarstellungen in geringerer Auflösung (1 m). Das Institut FT entwickelte auf Basis des Graphikstandards OpenGL die Software RTIG (RealTime Image Generator) zur Darstellung der virtuellen Welt. Die Datenbasengenerierung wird mit Hilfe einer professionellen Werkzeugkette durchgeführt. Ziel nachfolgender Arbeiten ist die Bereitstellung einer Datenbasis von ganz Deutschland mit weiteren für Flugversuche genutzten Flughäfen (Frankfurt, Cochstedt, Manching etc).

Die Möglichkeit, spezielle Objekte und Spezialeffekte in die Sichtdarstellung zu integrieren, ist eine unverzichtbare Option für die Vorbereitung von Flugversuchen und notwendig für die Erlangung wissenschaftlicher Erkenntnisse im Simulator.

Im Bereich der Hubschraubersimulation sind die Anforderungen besonders ausgeprägt, wie beispielsweise die realitätsnahen Darstellungen extremer Sichtverhältnisse bei reduzierter Außensicht durch Staubaufwirbelung - englisch „Brown-Out“. Hierzu hat das Institut FT die bestehende Sichtsimulationssoftware RTIG um ein spezielles Modul erweitert, das das Verhalten bei einer Staublandung simuliert. Weiterführende Arbeiten beschäftigen sich mit der hochgenauen Modellierung von Szenarien für den bodennahen Geländeflug. Im Bereich der Simulation von Transportflugzeugen laufen aktuelle Arbeiten zur Visualisierung von Wirbelschleppen, der Erweiterung und Verbesserung von Gelände- und Flughafendatenbasen und der 3D-Darstellung von Objekten.

Instrumentendarstellung mit 2Indicate

Instrumentendarstellung mit 2Indicate

Um flexibel und schnell auf die unterschiedlichen Anforderungen der Experimentatoren und Piloten bezüglich der Instrumentendarstellung auf LC-Displays in den Simulatoren reagieren zu können, wurde das Softwaretool „2Indicate“ entwickelt. Damit konnte der Einsatz komplexer, teurer und wartungsintensiver kommerzieller Tools vermieden werden. Die Leistungsfähigkeit des Produkts konnte eindrucksvoll in den Simulatoren nachgewiesen werden. Neben der Erzeugung der erforderlichen Instrumentierungen im Hubschrauber oder im Flugzeug kann „2Indicate“ zur graphischen Anzeige jeder Art von Messdaten verwendet werden. Die Echtzeitfähigkeit für Quicklook und Animation ist gewährleistet. Das Werkzeug wurde mit Hilfe von Technologie Marketing zur Produktreife weiterentwickelt und dem kommerziellen Partner „S.E.A. Datentechnik GmbH“ zum Vertrieb übertragen. Die Vermarktung wird durch das Institut unterstützt, so zum Beispiel bei Messeveranstaltungen, wie auf der ILA in Berlin oder auf der Aero in Friedrichshafen. „2Indicate“ wird inzwischen neben diversen Anwendungen im Institut für Flugsystemtechnik auch im Institut für Fahrzeugsteuerung, bei Volkswagen in Wolfsburg sowie an der TU Hamburg Harburg eingesetzt.