Identifizierung eines linearen Aerodynamik-Modells für die Simulation eines Mittelstrecken-Verkehrsflugzeuges

Abstract

Der vorliegende Bericht beschreibt die Entwicklung eines Simulationsmodells eines Mittelstrecken-Verkehrsflugzeugs unter Matlab/Simulink durch Identifizierung der aerodynamischen Derivative einer A320-Referenz-Simulation. Die Modellentwicklung wurde vom DLR Institut für Flugsystemtechnik im Rahmen des 3.Luftfahrtforschungsprogramms im Auftrag von Airbus Deutschland durchgeführt (Projekt IHK-HISYS, WP 5000). Das entwickelte Modell soll zur Untersuchung von differentiellen und kontinuierlichen Ausschlägen der Flügelhinterkantenklappen (DFS-differential flap setting) eines Mittelstrecken-Verkehrsflugzeuges bei Starts und Landungen verwendet werden. Ebenso sollen Fehler und Ausfälle im Klappensystem und deren flugmechanischen Auswirkungen untersucht werden. Grundlage für das entwickelte Modell ist eine im DLR Institut für Flugsystemtechnik entwickelte allgemeine Modellstruktur. Hierbei handelt es sich um eine nichtlineare Simulation in sechs Freiheitsgraden. Die Beschreibung der Aerodynamik wird in der Längsbewegung als Zwei-Punkt-Ansatz formuliert (Höhenleitwerk und Flügel). Das Aerodynamik-Modell wurde im Rahmen der hier beschriebenen Entwicklung speziell an die Anforderungen für Untersuchungen von differentiellem Klappenfahren angepasst. Es besteht dabei aus einem weitgehend linearen Derivativansatz,dessen Derivative in Abhängigkeit von der Klappenstellung anhand des Referenz-Modells identifiziert wurden. Die Geometrien, Masse, Trägheiten etc. entsprechen denen des A320-100. Bei dem Referenz-Modell, anhand dessen die Identifizierung durchgeführt wurde, handelt es sich um ein nichtlineares FORTRAN-A320-Modell, das auf dem Airbus Standardwerk Donnees Aerodynamiques basiert. Mit diesem Modell wurden Simulationsschriebe erzeugt, die die Flugzeugdynamik bei Steuereingaben in der Längs- und Seitenbewegung wiedergeben. Anhand dieser Simulationsschriebe wurde die Identifizierung der aerodynamischen Derivative durchgeführt. Als Identifizierungs-Software wurde das im DLR Institut für Flugsystemtechnik entwickelte Programm FitLab verwendet. Die Validierung und Bewertung des entwickelten Modells geschah durch Vergleich der Zeitantworten beider Modelle auf gleiche Steuereingaben anhand der Spezifikation für Level-D-Simulatoren nach JAR-STD 1A. Dieser Bericht beschreibt zunächst das Simulations-Modell, sowie die Anpassungen und Modifikationen für Untersuchungen zu DFS. Anschließend werden die Identifizierung der aerodynamischen Derivative und die Modellvalidierung beschrieben. Die Validierung wird anhand von Simulations-Zeitschrieben dokumentiert.