K. Schreiter, S. Müller, R. Luckner, D. Manzey

Mit steigenden Präzisionsanforderungen bei immer komplexeren Flugtrajektorien erhöht sich die Arbeitsbeanspruchung der Piloten im manuellen Flug besonders bei der Ansteuerung von Triebwerken und Bremsklappen. Die konventionelle Steuerung über Hilfsparameter wie Triebwerksdrehzahl bzw. Hebelstellung erlaubt keine exakte Vorhersage der Zustandsänderung. Stattdessen muss abgewartet und die Eingaben gegebenenfalls angepasst werden. Ergänzend zu bestehenden Vorgaberegelungen im Cockpit (z. B. am Sidestick bzw. Steuerhorn) wurde deshalb im DFG-Vorhaben nxControl für die Steuerung von Triebwerken und Bremsklappen ein Vorgaberegler entwickelt, der das Lastvielfache in Flugbahnrichtung nx als Kommandowert verwendet (nxController). Das x-Lastvielfache ist synonym zum Gesamtenergiewinkel und wird direkt durch Schub- und Widerstandskraft aber auch durch Wind beeinflusst. Dieser Parameter gibt Auskunft über die Stärke der Zustands- bzw. der Gesamtenergieänderung, weshalb ein direkter Zusammenhang zwischen erwarteter Reaktion und Eingabe hergestellt wird. Der nxController soll somit ermöglichen, im manuellen Flug hohe Präzisionsanforderungen mit geringer Arbeitsbeanspruchung zu erfüllen. Eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, bestehend aus Eingabehebel und Anzeigeelementen in den primären und sekundären Anzeigen des Cockpits, zur Ansteuerung und Überwachung soll zudem das Energiebewusstsein erhöhen. Das Gesamtsystem wurde in einen Forschungssimulator integriert und in verschiedenen Studien evaluiert. Dieser Beitrag stellt das nxControl-System mit Fokus auf dem Vorgaberegler und die Evaluationsergebnisse bei Standard-ILS-Landeanflügen ohne Störungen sowie anspruchsvoller und steiler RNP-Landeanflüge vor. Die Ergebnisse der Studien zeigen, dass die Versuchspersonen nach kurzem Training mit dem System die gestellten Aufgaben mit der geforderten Präzision erfüllen können. Beim RNP-Landeanflug sind zudem Verbesserungen in der Flugpräzision bei verringerter Arbeitsbeanspruchung durch das nxControl-System zu beobachten. Das System verspricht somit, manuelles Fliegen unter hohen Präzisionsansprüchen bei akzeptabler Beanspruchung zu ermöglichen.

With increasing precision requirements and ever more complex flight trajectories, the workload for pilots in manual flight increases, particularly when controlling engines and airbrakes. Conventional control via auxiliary parameters such as engine speed or lever position does not allow for precise prediction of the change in state. Instead, pilots must wait and adjust their inputs as needed. Therefore, in addition to existing predefined control systems in the cockpit (e.g., on the sidestick or control yoke), a predefined controller for engine and airbrake control was developed within the DFG-funded project nxControl. This controller uses the load factor in the flight path direction nx as a command value (nxController). The x-load factor is synonymous with the total energy angle and is directly influenced by thrust and drag, as well as wind. This parameter provides information about the magnitude of the change in state or the total energy, thus establishing a direct correlation between the expected response and the input. The nxController is intended to enable pilots to meet high precision requirements with minimal workload in manual flight. A human-machine interface, consisting of input levers and display elements in the primary and secondary cockpit displays, for control and monitoring is intended to increase energy awareness. The complete system was integrated into a research simulator and evaluated in various studies. This paper presents the nxControl system, focusing on the preset controller, and the evaluation results for standard ILS landing approaches without interference, as well as demanding and steep RNP landing approaches. The study results show that, after brief training with the system, test subjects can perform the assigned tasks with the required precision. Furthermore, improvements in flight precision with reduced workload were observed during RNP landing approaches thanks to the nxControl system. The system thus promises to enable manual flying under high precision requirements with acceptable workload.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2016, Braunschweig

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2016

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 12 Seiten

urn:nbn:de:101:1-201610283560

Mensch-Maschine-Schnittstelle, Vorgaberegelung

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28.10.2016