Untersuchung einer Schubregelung zur Kompensation kritischer Systemfehlfunktionen der Flugsteuerung am Beispiel der VFW 614

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird die Auswirkung einer kritischen Fehlfunktion des Flugsteuerungssystems untersucht. Der betrachtete Fehler ist durch den Verlust aller Hydrauliksysteme definiert und hat den Ausfall der primären und sekundären Steuerorgane zur Folge. Es wird ein alternatives Regelungskonzept entwickelt, welches den Fehler unter Einbeziehung des Triebwerks als einziges Stellglied kompensiert. Die Aufgaben des Reglers sind die Stabilisierung des Flugzustandes nach dem Auftreten des Fehlers sowie das Führen des Flugzeugs bis hin zur Landung. Basis für die Untersuchungen ist das Beispielflugzeug VFW 614 ATD. Eine umfangreiche flugmechanische Analyse beschäftigt sich mit den Auswirkungen des Fehlers auf Stabilität und Steuerbarkeit des Flugzeugs. Dabei wird sich weniger anhand der bewährten Flugeigenschaftskriterien orientiert, da diese im vorliegenden Fall zum größten Teil nicht mehr erfüllbar sind. Vielmehr wird die Frage fokussiert, ob das Flugzeug trotz des Fehlers sicher gelandet werden kann. Für die Betrachtungen zur Stabilität werden spezielle Kriterien erarbeitet und anhand der Simulation des Fehlers am nichtlinearen Modell geprüft. Die Regler-Vorauslegung wird anhand des linearen Modells vollzogen und durch einen rechnerbasierten Optimierungsalgorithmus unterstützt. Die manuelle Anpassung an den nichtlinearen Fall ist Grundlage für die Integration des Regelungskonzeptes in die Cockpitsimulationsumgebung des DLR in Braunschweig. Die Stabilitätsuntersuchungen zeigen, dass für einen Großteil des Flugbereichs der Fehler zu Instabilität hinsichtlich der in dieser Arbeit definierten Kriterien führt. Die Steuerbarkeit der niederfrequenten Flugbahnbewegungen mit Hilfe der Triebwerke ist prinzipiell möglich, wobei die unabhängige Beeinflussung des Bahnwinkels und der Fluggeschwindigkeit nicht gewährleistet werden kann. Mit Hilfe des alternativen Reglers kann der stabile Flugbereich deutlich erweitert werden. Für die reglerunterstützte Flugbahnführung werden hinreichende Flugeigenschaften erreicht. Anhand diverser Simulationsbeispiele wird die Leistungsfähigkeit des Regelungskonzepts unter Beweis gestellt.