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A Holistic Framework for Uncertainty Quantification and Resilient Aircraft System Design

Valente, Deoclecio und Schäfer, Andreas und Hoppe, Robert und Dressel, Frank (2025) A Holistic Framework for Uncertainty Quantification and Resilient Aircraft System Design. In: DLRK 2025, Seiten 1-17. DLRK2025, 2025-09-23 - 2025-09-25, Augsburg, Germany.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich bis 30 Dezember 2027
2MB

Kurzfassung

In modern aircraft system development, uncertainty plays a critical role in shaping performance, safety, and certification outcomes. These uncertainties emerge across all stages of design and operation—ranging from material properties and aerodynamic loads to structural dynamics and control behavior. Addressing this complexity requires a structured, interdisciplinary approach that integrates quantitative analysis with engineering expertise. We propose a holistic, feedback-driven Uncertainty Quantification Framework (UQF) for aerospace systems engineering. The UQF couples \emph{six computational stages} with \emph{two governance layers} (expert-review gates and provenance/archiving with feedback), closing the loop by feeding insights back into models and data. A key differentiator is continuous collaboration with domain experts at each gate. A central innovation is the integration of provenance models, based on W3C PROV-O and implemented through \emph{provtool}, an open-source toolkit. Provenance containers trace inputs, tools, transformations, and agents, supporting digital continuity and certification-grade traceability. We demonstrate the UQF on a permanent-magnet synchronous motor (PMSM) within an electromechanical actuator. In this case, the UQF revealed an interaction-dominated structure and, via direct quasi--Monte Carlo propagation, verified the “ready-to-lock” speed requirement with substantial margin: no violations in $M=2^{20}$ samples (95\% Wilson upper bound ${\le} 3.7\times10^{-6}$) and a reliability-calibrated frontier near $430~\mathrm{rad/s}$ for a $10^{-3}$ risk target. All artifacts were captured as W3C PROV/SHACL bundles by \emph{provtool}, demonstrating auditability and reuse. While applied here to a single actuator subsystem, the framework is method- and use-case-agnostic and is scalable across aircraft domains. Ultimately, the UQF establishes a reproducible, modular, and certifiable methodology for design under uncertainty by embedding human expertise within a structured UQ process and enabling transparent data traceability. The results presented here were produced as part of the DLR internal project AdViCe (\textit{Advanced Methods for Virtual Certification}).

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/222658/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:A Holistic Framework for Uncertainty Quantification and Resilient Aircraft System Design
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Valente, Deocleciodeoclecio.valente (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schäfer, AndreasA.Schaefer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0001-3564-2578205360978
Hoppe, RobertRobert.Hoppe (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dressel, FrankFrank.Dressel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:September 2025
Erschienen in:DLRK 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Seitenbereich:Seiten 1-17
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Valente, Deocleciodeoclecio.valente (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schäfer, AndreasA.Schaefer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0001-3564-2578205360978
Hoppe, RobertRobert.Hoppe (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dressel, FrankFrank.Dressel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Uncertainty Quantification, Aerospace Systems, PROV-O; Traceability, Certification; Electromechanical
Veranstaltungstitel:DLRK2025
Veranstaltungsort:Augsburg, Germany
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:23 September 2025
Veranstaltungsende:25 September 2025
Veranstalter :DGLR
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Flugzeug und Validierung
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Flugsystemtechnik
Institut für Softwaremethoden zur Produkt-Virtualisierung
Institut für Flugsystemtechnik > Sichere Systeme und System Engineering
Hinterlegt von: Valente, Deoclecio
Hinterlegt am:11 Feb 2026 09:22
Letzte Änderung:11 Feb 2026 09:22

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