Modellbasierte Auslegung und multidisziplinäre Design Optimierung komplexer Systemarchitekturen in der Flugzeugkabine

Kurzfassung

Die ökologischen und sozio-ökonomischen Trends zur nachhaltigen und digitalisierten Luftfahrt stellen diese Industriebranche aktuell vor große Herausforderungen. Revolutionäre, leistungsfähigere und effiziente Technologien müssen schnell ins Flugzeug integriert werden während Flugzeughersteller die erforderliche Sicherheit nachweisen müssen. Um die Umsetzung neuer Konzepte zu unterstützen, forscht das DLR-Institut für Systemarchitekturen in der Luftfahrt an Methoden zur durchgängigen Digitalisierung von der Vorentwurfsphase bis hin zur Montage und Produktion. Dabei sind das Model-based Systems Engineering (MBSE) und die Multidisziplinäre Design Optimierung (MDO) wichtige Ansätze der Entwicklung komplexer Systeme. Diese Arbeit stellt eine Methode für den durchgängigen Einsatz digitaler Modelle zur multidisziplinären Optimierung von Systemarchitekturen vor. Zur Abbildung der Systemarchitektur wird die Systems Modeling Language (SysML) verwendet. Dabei liegt der Fokus auf der Kabine und den Kabinensystemen, da diese einen hohen Integrationsgrad im Flugzeug nachweisen und mit dynamischen, kundenspezifischen Konfigurationsanforderungen verbunden sind. Die Systemarchitektur in SysML wird durch die automatisierte Schnittstelle zu den Flugzeugrumpf- und Kabinenentwurfsparametersets im Common Parametric Configuration Schema (CPACS) instanziiert und konfiguriert. Die anschließende Kopplung des generierten Systemarchitekturmodells mit dem in Matlab entwickeltem Auslegungsmodell für Kabinensysteme ermöglicht die Durchführung einer multidisziplinären Optimierung der Systemeigenschaften. Dabei wird eine Sensitivitätsanalyse am Beispiel der Passenger Service Unit (PSU) durchgeführt. Die Effekte verschiedener Kabinenkonfigurationen auf die Systemarchitektur werden untersucht und interdisziplinäre Synergien identifiziert und analysiert. Die Ergebnisse dieser Analyse werden in dieser Arbeit diskutiert und Erweiterungen in zukünftigen Arbeiten vorgestellt.