Dynamikanalyse einer 6-DOF-Motion-Plattform und Integration in eine VR-Hubschrauber-Simulationsumgebung

Abstract

Die Simulation von Flügen zu Trainingszwecken geht zurück auf das frühe 20. Jahrhundert und ist somit so alt wie die bemannte Luftfahrt selbst. Damals wie heute spielt die Bewegungssimulation eine entscheidende Rolle bei der Reproduktion realistischer Flugsituationen. Während die Bewegung in den Pioniertagen durch Luftkissen erzeugt wurde, werden heutzutage mit Aktuatoren oder Hydraulik getriebene Bewegungsplattformen verwendet, die sich deutlich in ihren Bewegungsräumen unterscheiden. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine derartige Bewegungsplattform und dokumentiert die Einrichtung als einen Virtual-Reality-Helikoptersimulator, um die Leistungsfähigkeit moderner Helikopter-Pilotenassistenzsysteme, wie kopfgetragene Nicht-Durchsicht-Displays, unter dem zusätzlichen Bewegungseinfluss testen zu können. Neben der Einrichtung eines Pilotenarbeitsplatzes auf der Bewegungsplattform wurde auch die Bewegungsdynamik unter Berücksichtigung des Testalgorithmus der NATO AGARD untersucht. Die Auswertung der Messungen ergab, dass die Systemgrenzen keine Zertifizierung zum Einsatz als Full-Flight-Simulator ermöglichen. Die operationellen Grenzen des Systems zeigen, dass Bewegungen kleiner Amplituden (50 mm bzw. 5°) bis 1 Hz möglich sind und größere Amplituden (100 mm bzw. 10°) noch bei Frequenzen von 0,5 Hz abgebildet werden können. Der dynamische Schwellwert liegt im Bereich von 0,3 bis 0,7 Sekunden. Weiterhin wurde ein Algorithmus zur VR-Bewegungskompensation implementiert und dessen qualitative Fähigkeiten unter realen Nutzungsbedingungen untersucht. Die verschiedenen Geschwindigkeits- und Beschleunigungskompensationsmodi des Algorithmus zeigen Abweichungen von circa 4 mm in den translatorischen und 0,2° in den rotatischen Bewegungsrichtungen. Jedoch konnte kein signifikanter Unterschied in der Kompensationsleistung zwischen den vier getesteten Modi festgestellt werden. Eine tiefergehende Analyse der Bewegungskompensation wäre daher von Vorteil.