Untersuchung zur Durchführbarkeit von „Overweight“-Landungen mithilfe eines automatischen Landesystems

Kurzfassung

Diese Arbeit untersucht, inwieweit Landungen von zivilen Luftfahrzeugen über dem maximal zulässigen Landegewicht (MLW) möglich sind. Muss ein Flugzeug aus technischen oder medizinischen Gründen kurz nach dem Start landen, überschreitet das Flugzeuggewicht in der Regel das MLW. Um trotzdem landen zu können, muss der Pilot entweder Treibstoff ablassen, oder mögliche Strukturüberlastungen und anschließende Inspektionen am Flugzeug in Kauf nehmen. Beide Optionen sind teuer und die erstere aus ökologischen Gründen in der heutigen Zeit kaum noch vertretbar. Das Ziel der Arbeit ist es, zu untersuchen, ob ein automatischer Landeregler eine sichere Landung über dem MLW ermöglichen kann. Bei der Analyse der Voraussetzungen für eine Landung über dem MLW wird festgestellt, dass der für manche Flugzeugtypen mögliche Treibstoffschnellablass nicht direkt mit dem Landen über dem MLW zusammenhängt, sondern dazu dient, die Steiggradienten nach einem Durchstarten zu gewährleisten. Voraussetzung für eine sichere Landung über dem MLW ist, dass die Aufsetzsinkgeschwindigkeit von 1,83 m/s (6 ft/s) nicht öfter als in einem von 106 Fällen überschritten wird. Eine idealisierte Punktmassenberechnung dient dazu, einen Überblick über die Beziehungen und Beeinflussungen der einzelnen Parameter zu erhalten. Dabei zeigt sich, dass der Stoß des Fahrwerks mit dem Boden mit der Anforderung an eine Landung über den MLW eine geringere Energie besitzt als bei einer regulären Landung. Beschädigungen am Fahrwerk sind folglich unwahrscheinlich. Um die Aufsetzsinkgeschwindigkeit zu reduzieren, bietet es sich an, die Regelung im Anflug und während des Abfangbogens zu verbessern. Das Flugzeug im vorgegebenen Modell ist mit seiner ursprünglichen Reglerkonfiguration bei einem Gewicht über dem MLW nicht in der Lage, sicher zu landen. Daher werden Parametervariationen durchgeführt und die Umweltbedingungen sowie Reglerparameter verändert. Eine Anpassung der Umweltbedingungen allein reicht nicht für eine sichere Landung aus, auch wenn der Wind einen erheblichen Einfluss besitzt. Erhöht man die Starthöhe des Abfangbogens und die Referenzaufsetzsinkgeschwindigkeit, werden die gewünschten Wahrscheinlichkeiten für die zu harte Landung erreicht. Zugleich zeigt sich ein Zielkonflikt, da zwar die Wahrscheinlichkeit einer zu harten Landung sinkt, die Wahrscheinlichkeit einer zu langen Landung jedoch steigt. Eine kombinierte Parametervariation der Abfangbogenstarthöhe, der Referenzaufsetzsinkgeschwindigkeit und des Windes erfüllt mit einem reduzierten Wind (70 % des regulären Windes) alle Anforderungen. Auch eine reduzierte Masse über dem MLW ermöglicht eine sichere Landung. Im Weiteren wird eine neue Regelung für den Abfangbogen, der sogenannte "Explicit Flare", eingebaut, ausgelegt, optimiert und untersucht. Dieser gibt die Trajektorie des Abfangbogens nicht als Funktion der Zeit, sondern als Funktion der Distanz vom gewünschten Aufsetzpunkt entlang der Landebahn vor. Dieser Regler gewährleistet ebenfalls bis zu einem reduzierten Wind von 70 % eine sichere Landung und kann den Zielkonflikt bzgl. der zu langen Landung vermeiden. Das Risiko eines Strömungsabrisses und eines Tail Strikes steigt jedoch. Trotzdem ist der neue Regler vielversprechend. Es wird erwartet, dass weitere Optimierungen und die direkte Begrenzung des Nickwinkels im Regler seine Leistung noch verbessern können.