Kognetik und Flugregelung

Die Dynamik von Mensch und Luftfahrzeug

Die Wissenschaft der Kognetik ist eine Disziplin, die sich mit den Fähigkeiten und Grenzen des menschlichen Auffassungsvermögens und den daraus abgeleiteten Aktionen beschäftigt. Dabei steht der Prozess zwischen Wahrnehmen, Denken und Handeln im Mittelpunkt. In der Flugforschung interessieren dabei insbesondere die dynamischen Eigenschaften des Menschen, des Luftfahrzeuges und der Systeme sowie deren Interaktion miteinander.

Beim Fliegen sind die menschlichen Sinne Sehen, Hören und Fühlen gefordert. Das Fühlen setzt sich dabei zusammen aus dem Bewegungs-, dem Kraft- und dem Tastgefühl. Basierend auf diesen Wahrnehmungen steuert der fliegerisch ausgebildete Mensch ein Flugzeug in vielen Bereichen unbewusst, das heißt wie automatisiert, vorausgesetzt seine Steuerungsstrategien sind durch die Erfahrung fest „verdrahtet“. Der menschliche Pilot hat dabei bewusste Entscheidungen zu treffen hinsichtlich unvorhergesehener Ereignisse. Ziel der Forschungen ist die Steigerung der Bediensicherheit durch die systemdynamische Betrachtung der Interaktion zwischen Mensch und Luftfahrzeug.

Klassische Flugeigenschaftsbewertung

Ground Attack Test Technique (GRATE)

Die Wurzeln der Forschung im Bereich der Kognetik liegen in der klassischen Flugeigenschaftsbewertung basierend auf numerischen Kriterien beziehunsgweise speziellen Flugversuchstechniken. Im Rahmen von Studienaufträgen des BWB werden die Flugeigenschaften des neuen militärischen Transportflugzeugs A400M und des EF2000 untersucht. Dabei wird die Ground Attack Test Technique (GRATE) angewendet.

Auch im Bereich der Hubschrauber befasst sich das Institut FT seit langem theoretisch und experimentell mit Forschungen auf dem Gebiet der Flugeigenschaften. Ergebnisse der Arbeiten des Instituts sind in die US Amerikanische Spezifikation „Aeronautical Design Standard (ADS)-33EPRF“ eingeflossen, die auch für den europäisch entwickelten Hubschrauber NH 90 herangezogen wurde.

 

 

Ausbildung von Flugversuchsingenieuren mit ATTAS

 

 

Ausbildung von Flugversuchsingenieuren

Die fliegenden Simulatoren ATTAS und FHS werden zur Ausbildung von Flugversuchsingenieuren eingesetzt. Seit dem Jahr 2000 besteht eine kontinuierliche Zusammenarbeit zwischen dem DLR und der Empire Test Pilots‘ School (ETPS) in Boscombe Down, England. Im Rahmen einer etwa zweiwöchigen Kampagne nutzen angehende Flugversuchsingenieure die Fähigkeiten von ATTAS und FHS, um die Auswirkungen verschiedener Regelungskonzepte im Fluge zu überprüfen und in Hinblick auf erzielte Flugeigenschaften zu bewerten.

 

Aktive Steuergriffe

Erprobung des Sidesticks für die rechte Hand im Flug (FHS)

Ein wichtiger Aspekt bei der Gestaltung von Pilotenunterstützungssystemen ist die Schnittstelle zum Menschen. Hierzu wird der FHS mit aktiven Sidesticks ausgerüstet, so dass nahezu beliebige Kraft-Weg-Kennlininen für das Steuerorgan realisierbar sind. Die Kennlinie muss dabei nicht statisch sein, sondern kann sich auch im Laufe eines Fluges ändern. Wichtige Merkmale neben unterschiedlichen linearen, progressiven oder degressiven Kennlinienelementen sind die Softstops, die der Pilot als deutlichen Kraftanstieg merkt, aber überdrücken kann. Mit diesen taktilen Organen sind neue Funktionen denkbar, wie die Beschränkung der Manöverlastvielfachen, Warnung vor dem Wirbelringstadium oder den Gefahrenbereichen im H-V-Diagramm, Begrenzungen des Triebwerkes oder des Mastbiegemomentes.

Easy Flying

Es sollen neue Möglichkeiten des Luftverkehrs erforscht werden, um mehr Menschen den Zugang zur Allgemeinen Luftfahrt zu eröffnen und damit die Nutzung von Kleinflugzeugen für die direkte Verbindung zwischen kleineren Landeplätzen voranzutreiben. Dabei sind die starke Abhängigkeit vom Wetter, die relativ hohen Kosten sind vor allem die im Vergleich zu Verkehrsluftfahrt hohen Unfallraten zu beachten. Letztere sind in vielen Fällen auf den schlechteren Ausbildungsstand der Privatpiloten im Vergleich zu Berufspiloten zurückzuführen. Es zeigt sich, dass Pilotenfehler (LOC = Loss of Control, CFIT = Controlled Flight into or Toward Terrain) entscheidende Unfallfaktoren sind.

Das Flugverhalten von Kleinflugzeugen soll deshalb durch Reglerunterstützung so angepasst werden, dass das Fliegen deutliche einfacher und mit geringerem Ausbildungsaufwand intuitiv möglich wird. Das Flugzeug muss robust gegenüber Fehleingaben des Bedieners ausgelegt werden. Ein wesentlicher Schritt auf diesem Weg ist die Einführung von Fly-by-wire-Technologien in die Allgemeine Luftfahrt. Die Komplexität der Regelungssysteme muss gegenüber der Verkehrsluftfahrt so herabgesetzt werden, dass ihre Integration und Zulassung auch für Kleinflugzeughersteller bezahlbar bleibt. Das Institut entwickelt daher in Zusammenarbeit mit der FAA Methoden, um die strukturelle und die operationelle Komplexität des Flugsteuerungssystems zu senken, um bezahlbare Sicherheit in der Allgemeinen Luftfahrt zu etabliere