PKW-ähnliche Steuerungskonzepte für den Einsatz im Hubschrauber

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Untersuchung von PKW-ähnlichen Steuerungskonzepten für hochgeregelte Hubschrauber. Zukünftigen Piloten soll das Beherrschen eines Hubschraubers erleichtert werden, indem das von ihnen gesammelte Vorwissen aus dem Bedienen eines PKWs für die intuitive Bedienung eines Hubschraubers nutzbar gemacht wird. Die entwickelten Steuerungskonzepte ersetzen den üblichen zyklischen Steuerknüppel durch ein Lenkrad als primäres Steuerorgan. Dieses wird genutzt, um die Roll- und Gierbewegung des Hubschraubers zu steuern. Außerdem werden Pedale für Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungskommandos eingesetzt. Die Höhensteuerung erfolgt wahlweise über einen Kollektivhebel oder aber über Schaltwippen am Lenkrad. Ein 8-Wege-Schalter in der Mitte des Lenkrads ermöglicht Präzisionskommandos im Schwebe- und Langsamflug, nämlich horizontale Bewegungen nach vorn, hinten, zu den Seiten oder diagonal. Für den Einsatz der Lenkradsteuerung im Hubschrauber wurden Steuerungsalgorithmen entwickelt und sowohl in der bodengebundenen Simulation als auch mittels modellbasierter Regelung in der In-Flight-Simulation des Forschungshubschraubers ACT/FHS (Active Control Technology / Flying Helicopter Simulator) umgesetzt und untersucht. Außerdem wurde ein Lenkradprototyp im Bodensimulator integriert und für den Einsatz im ACT/FHS zugelassen. Zwei im Bodensimulator durchgeführte Studien zeigen, dass die neue Lenkradsteuerung im Vergleich zu konventionellen Hubschrauberbedienelementen gleich gute oder sogar verbesserte Flugeigenschaften ermöglicht und in vielen Flugabschnitten zu geringerer Arbeitsbelastung für den Piloten führt. Auch Probanden ohne vorherige Flugerfahrung konnten die Lenkradsteuerung innerhalb kürzester Zeit erlernen. Auf dem ACT/FHS durchgeführte Flugversuche bestätigen die Fliegbarkeit der Steuerungsalgorithmen auf einem realen Hubschrauber.