Analyse und Bewertung des Laser-Doppler-Anemometers als Fluggeschwindigkeitssensor in Commercial-Air-Transport-Flugzeugen

Kurzfassung

Das Institut für Technische Physik des DLR hat ein Laser-Doppler-Anemometer (LDA) entwickelt, welches auf Grundlage des Dopplereffekts die wahre Fluggeschwindigkeit eines Luftfahrzeugs bestimmen kann. In Flugversuchen konnten die Leistungsfähigkeit und Methode des Systems nachgewiesen werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Pitot-Static-Systemen und Anstellwinkelsensoren besteht der Vorteil, dass zur Bestimmung des Flugwindvektors nur eine optische Interaktion mit der das Luftfahrzeug umgebenden Strömung und Umwelt stattfinden muss. So müssen keine elektromechanischen Komponenten in die Strömung ragen. Es sind diverse Zwischenfälle bekannt, deren Ursache die Verminderung der Leistungsfähigkeit der Sensoren durch Umweltbedingungen war. Ein LDA könnte aufgrund der unterschiedlichen Messmethodik eine Alternative und Ergänzung zu herkömmlichen Sensoren darstellen. Dadurch könnten einige Common-Cause-Fälle im Fluggeschwindigkeitsmesssystem, wie z.B. Verstopfen aller Pitot-Sonden durch Eisansatz, abgefangen werden. Diese Arbeit untersuchte wie ein LDA in Luftfahrzeugen als Geschwindigkeitssensor eingesetzt werden kann und welche Anforderungen dafür gelten. Ebenfalls wurde überprüft, ob das System diesen Anforderungen gerecht wird. Eine weitere Fragestellung untersuchte unter welchen Umständen durch das System fehlerhafte Werte erzeugt werden können. Um das System analysieren zu können wurden eine Particular Risk Analysis (PRA), Failure Modes Effects Analysis (FMEA) und Common Cause Analysis (CCA) gemäß SAE ARP 4761 durchgeführt. Die Analysen haben ergeben, dass ein LDA-System nach aktuellen Standards eingesetzt werden kann. Vorausgesetzt die Anforderungen an die Systemsicherheit und Zuverlässigkeit können nachgewiesen werden. Die Auftrittswahrscheinlichkeit der gefunden Risiken und Fehlerfälle und deren Auftrittsrate bewegt sich Bereich herkömmlicher Sensoren wie Pitot-Static-Systemen. Für einige Risiken und Fehlerfälle besteht allerdings der Bedarf an weiterführenden Analysen und Tests. Fehlerhafte Werte können durch Fehler am Transceiver und in der Steuereinheit erzeugt werden. Die Auftrittswahrscheinlichkeit dieser Fehler wird als eher unwahrscheinlich eingeschätzt. Der Großteil der ermittelten Fehler und Risiken lassen sich einfach detektieren und führen zu einem passiven Ausfall des Systems. Der Einsatz eines LDA-Systems als Backup-Sensor für Pitot-Static-Systemen ist denkbar.