Flugmechanik-Modell für Echtzeit-Simulation

Abstract

Für die Schwingungsüberwachung von aeroelastischen Systemen hat das DLR-Institut für Aeroelastik ein echtzeitfähiges Verfahren auf der Basis von Output-Only Modalanalyse entwickelt. Für die Validierung solcher Verfahren wurde eine Simulationsumgebung für lineare, parametervariante Systeme (d.h. LPV Systeme) aufgebaut und in Betrieb genommen. Die Zustandsraummodelle als wesentlicher Bestandteil dieser LPV Systeme werden in Abhängigkeit von Eingangsparametern (z.B. Fluggeschwindigkeit, Dichte) für eine gegebene Anregung (z.B. Steuereingaben) in Echtzeit gelöst. Die Parametervarianz in Echtzeit wird durch die Interpolation zwischen mehreren konstanten Zustandsraummodellen Modellen abgedeckt. Unter langsamer Variation der Eingangsparameter kann die Änderung des Schwingungsverhaltens dieser LPV Systeme mit Hilfe eines Überwachungssystems beobachtet werden. In bisherigen Arbeiten wurden die Bedingungen zur Echtzeitsimulation aeroelastischer Systeme untersucht. Die dazu verwendeten LPV Systeme sind von den Parametern Luftdichte und Strömungsgeschwindigkeit abhängig. Nachdem diese Simulationen erfolgreich durchgeführt werden konnten, sollen in kommenden Arbeiten die Prozeduren für Flugschwingungsversuche verbessert werden. Um mit dieser Simulationsumgebung die Bedingungen eines Flugschwingungsversuches noch realistischer abbilden zu können, soll in dieser Arbeit ein kombiniertes Flugmechanik-Modell mit einem Modell der Standardatmosphäre entwickelt werden. Das Modell der Standardatmosphäre soll die für die Echtzeit-Simulation der LPV Systeme erforderlichen thermodynamischen bzw. strömungsmechanischen Parameter (d.h. Dichte, Temperatur, statischer Druck, Mach-Zahl, etc.) für den jeweils aktuellen Flugzustand bereitstellen. Des Weiteren soll das Flugmechanik-Modell Steuereingaben des Piloten (d.h. Schubregler, Höhenruder, Seitenruder und Querruder) nutzen um in Echtzeit die Flugzustände bzw. deren Änderungen zu berechnen und diese für eine nachgeschaltete Echtzeit-Simulation eines aeroelastischen Modells bereitzustellen. Das nachgeschaltete aeroelastische Modell liefert Beschleunigungsantworten an bis zu 40 geeigneten Freiheitsgraden der Struktur als Zeitsignale in Echtzeit. Diese simulierten Signale eines bekannten aeroelastischen Modells können dann der Software für Schwingungsüberwachung auf der Basis von Output-Only Modalanalyse zugeführt werden. Auf diese Weise erfolgt eine möglichst realistische Simulation eines Flugschwingungsversuches, bei dem die Steuereingaben des Piloten zur Veränderung von Flugzuständen und zur Schwingungsanregung verwendet werden, wobei der Ausgang der Simulation ein Datenstrom von vielen Beschleunigungssignalen eines bekannten aeroelastischen Systems ist.