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Fakultät Verkehrs- und MaschinensystemeErste automatische Landung des Arbeitsflugzeugs STEMME S15 – LAPAZ mit Flugregler aus dem ILR

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Erste automatische Landung des Arbeitsflugzeugs STEMME S15 – LAPAZ mit Flugregler aus dem ILR

Arbeitsflugzeug STEMME S15
Lupe

Mit der ersten automatischen Landung des Arbeitsflugzeugs STEMME S15 – LAPAZ auf dem Flugplatz Neuhardenberg am späten Nachmittag des 22. März 2012 wurde ein wichtiger Meilenstein im Forschungsprojekt LAPAZ erreicht. Gesteuert durch das automatische Flugsteuerungssystem landete die STEMME S15 präzise und sicher um 17:44 Uhr lokaler Zeit. Der Flugregler ermittelt die genaue Position des Flugzeugs mit Hilfe eines Satellitennavigationssystems und misst die Höhe über Grund mit einem Laserhöhenmesser. So kann das Flugzeug auf jedem Flugplatz landen, ohne dass ein teures Instrumentenlandesystem installiert sein muss. Somit ist am 22. März die erste automatische Landung eines zivilen Hochleistungs-Motorseglers mit integeren, hochzuverlässigen Flugsteuerungssystem geglückt. Effizienzsteigerungen im Entwicklungsprozess für sicherheitskritische Flugregelungssoftware und technologische Fortschritte in der Miniaturisierung elektronischer Bauteile haben dies ermöglicht. Realisiert wurden diese Arbeiten im Projekt LAPAZ – einer Kooperation der STEMME AG, des Fachgebiets für Flugmechanik, Flugregelung und Aeroelastizität (Prof. Robert Luckner) am Institut für Luft- und Raumfahrttechnik der TU Berlin und des Instituts für Luftfahrtsysteme, ILS, (Prof. Reinhard Reichel) der Universität Stuttgart, die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert wird. Ziel des gemeinsamen Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Demonstration eines hochpräzisen und hochintegeren Regelungssystems für ein Arbeitsflugzeug. Bislang beschränken sich solche komplexen Regelungssysteme auf kommerzielle Verkehrsflugzeuge. LAPAZ möchte diese zukünftig auch für kleinere Flugzeugklassen nutzbar machen.

Das Regelungssystem ermöglicht den automatischen Flug vom Start bis zur Landung und soll in späteren Ausbaustufen auch unbemannt betrieben werden können (optionally piloted vehicle, OPV). Es nutzt durch EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) verbesserte Satellitendaten mit einer Positionsgenauigkeit im Meterbereich. Außerdem ist es modular aufgebaut, fehlertolerant und skalierbar und damit an neuartige Aufgaben leicht anpassbar. Eine weitere Herausforderung ist es, ein solches sicherheitskritisches System zu marktgerechten Kosten entwickeln, zulassen und herstellen zu können.
Nach einer Konzept- und Definitionsphase wurde von der Firma STEMME der S15-Prototyp modifiziert und das Flugregelungssystem, bestehend aus Sensoren, der Rechnerplattform und den Aktuatoren, in die Flugzeugzelle integriert. Das Flugregelungssystem besitzt volle Steuerautorität in allen Flugzeugachsen. Es basiert auf einem verteilten Systemansatz mit generischem Plattformmanagement, welches Fehler- und Redundanzmanagement einschließt. Dieses ermöglicht, Applikationen wie Flugregelungsgesetze in einfacher Form zu implementieren.

Mit der ersten erfolgreichen Landung des Arbeitsflugzeugs STEMME S 15 – LAPAZ auf dem Flugplatz Neuhardenberg ist die Arbeit der Ingenieure noch lange nicht getan. Jetzt gilt es, die Flugversuchsdaten genau zu analysieren und den Flugregler robust zu machen, so dass beispielsweise auch bei schwierigen Wetterbedingungen, d.h. Turbulenz und Seitenwind, automatisch gelandet werden kann. Weitere Ziele sind der automatische Start und die Böenlastabminderung. An diesen Aufgaben werden die wissenschaftlichen Mitarbeiter des Fachgebiets „Flugmechanik, Flugregelung und Aeroelastizität“ Maxim Lamp und Arndt Hoffmann in den nächsten Monaten arbeiten. Ausgiebig getestet und geprüft wird der Regler von Georg Walde, der darauf achtet, dass die strengen Regeln, die für die Entwicklung sicherheitskritischer Systeme, wie es das LAPAZ-Flugsteuerungssystem ist, strikt eingehalten werden.
Ein "Hardware-in-the-Loop" Flugsimulator (HIL-Simulator) wurde von den wissenschaftlichen Mitarbeitern André Kaden und Bernd Boche für das STEMME S15 Demonstrations-Flugzeug bereits entwickelt. Er besteht aus einem Simulationsrechner, der die Flugbewegung mit einem hochgenauen, flugmechanischen Modell der STEMME S15 berechnet, und einem Sichtsystem, das die Bewegung aus Sicht des Piloten visualisiert. Er wird direkt an das automatische Flugsteuerungssystem, das im Flugzeug integriert ist, angekoppelt und ermöglicht so, neue Flugreglerversionen auf der Original-Hardware des LAPAZ-Demonstrators im geschlossenen Regelkreis (closed loop) bereits am Boden realitätsnah und ohne Risiko zu testen. Auch Flugversuche und Flugmissionen können hierdurch vorab simuliert werden. Der HIL-Simulator wird seit Anfang März zum Test des automatischen Flugsteuerungssystems in Strausberg eingesetzt und sorgt so dafür, dass der Zeitraum, der zum Testen neuer Flugregler nötig ist, erheblich reduziert wird - bei gleichzeitiger Steigerung der Realitätsnähe in der Simulation.


Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:

Prof. Dr.-Ing. Robert Luckner, TU Berlin, Institut für Luft- und Raumfahrt, Fachgebiet Flugmechanik, Flugregelung und Aeroelastizität, Tel.: 030/314-29624, sowie unter www.fmra.tu-berlin.de/

 

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