Geometriebasierte Modellierung von UAV-Flugdynamik

Kurzfassung

Für die Forschung mit unbemannten Flugzeugen werden oft günstige, flexible und dennoch angemessen akkurate Flugdynamikmodelle benötigt. Während in der bemannten Luftfahrt unter großem materiellen und personellen Aufwand hochgenaue Modelle erzeugt werden, stehen die entsprechenden Ressourcen für kleine, unbemannte Forschungsflugzeuge meist nicht zur Verfügung. Zudem unterhalten Forschergruppen oft eine Vielzahl an unterschiedlichen und oft geänderten Flugzeugkonfigurationen, über die wenig detaillierte Daten vorliegen. Für viele Einsatzzwecke wie bspw. Basisregelungen oder Nutzlastexperimente in gesperrten Lufträumen werden allerdings auch reduzierte Anforderungen an die Genauigkeit der Modelle gestellt. Dieser Vortrag stellt eine einfache, erweiterbare und ausreichend genaue Methode zur Schätzung von Flugdynamikeigenschaften vor. Die Schätzung verwendet lediglich die äußere Geometrie des Flugzeugs und einzelne leicht ermittelbare Größen wie das Gesamtgewicht und den Schwerpunkt des Flugzeugs. Zur Verbesserung der Modelle können weitere Daten wie Standschubmessungen einbezogen werden. In Kombination mit der gleichungsbasierten DLR Flugdynamikbibliothek wird damit ein äußerst flexibler Modellierungsprozess für verschiedene Flugzeuge, Modelldetailgrade und Anwendungen vorgestellt. Die Methode wird anhand der Versuchsträger FASER der University of Minnesota und ELWIRA des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt validiert. Für diese Flugzeuge liegen detaillierte Windkanalmessungen bzw. Masseneigenschaften aus Pendelversuchen vor. Die einfache Schätzung erreicht akzeptable Genauigkeiten. Sie kann daher insbesondere in kleinen Forschergruppen mit geringen Ressourcen und für nicht sicherheitskritische Forschungen an kleinen und günstigen unbemannten Plattformen eingesetzt werden.