L. Hein, D. Surmann, N. Sauert, S. Myschik

Die Ermittlung von Flug- und Missionsleistungen stellt ein wichtiges Element im Entwurf und Auslegung neuartiger Luftfahrzeuge dar, da sich durch derartige Analysen System- und Komponentenanforderungen früh im Entwicklungsprozess validieren lassen. Diese Veröffentlichung befasst sich mit der Modellbildung, Simulation und Ermittlung der Missionsleistungen eines Motorseglers, für welchen im Rahmen des dtec.bw Projekts ELAPSED ein neuartiger elektrischer Antriebsstrang an mehreren Instituten der Universität der Bundeswehr München entwickelt wird. Grundlage für die Modellbildung bildet hierbei eine generische Simulationsumgebung auf Basis MATLAB/Simulink, welche schnell für verschiedene Luftfahrzeugtypen angepasst werden kann. Darüber hinaus werden Methoden zur Analyse von Flugeigenschaften, Flugleistungen und zur automatisierten Durchführung und Auswertung von Missionssimulationen durch die Simulationsumgebung bereitgestellt. In dieser Arbeit werden die Vorgehensweise bei der Modellierung des Luftfahrzeugs und Ergebnisse der Missionsleistungsanalyse anhand zweier Beispielmissionen vorgestellt, welche mögliche reale Einsatzszenarien abbilden. Im Rahmen der Analyse kommen zwei unterschiedliche Methoden zum Einsatz, die hinsichtlich Ausführungsgeschwindigkeit und Genauigkeit komplementäre Eigenschaften aufweisen: Für eine schnelle Abschätzung werden stationäre Flugleistungen in den Missionsabschnitten durch Trimmen des nichtlinearen Simulationsmodells ermittelt und diese dann zu einer Gesamtmission zusammengesetzt. Demgegenüber erlaubt die nichtlineare Missionssimulation, in welcher eine Kombination aus Missionslogik und Flugregler das zu untersuchende Luftfahrzeug steuert, den Einfluss dynamischer Effekte (z. B. Windfelder) auf die Mission zu untersuchen.

Determining flight and mission performance is a crucial element in the design and development of novel aircraft, as such analyses allow for the early validation of system and component requirements in the development process. This publication addresses the modeling, simulation, and determination of the mission performance of a motor glider for which a novel electric propulsion system is being developed at several institutes of the Bundeswehr University Munich within the framework of the dtec.bw project ELAPSED. The modeling is based on a generic simulation environment using MATLAB/Simulink, which can be quickly adapted for different aircraft types. Furthermore, methods for analyzing flight characteristics and performance, as well as for the automated execution and evaluation of mission simulations, are provided within this simulation environment. This work presents the aircraft modeling methodology and the results of the mission performance analysis using two example missions that represent potential real-world operational scenarios. The analysis employs two different methods with complementary properties in terms of execution speed and accuracy: For a rapid estimation, steady-state flight performance in the mission segments is determined by trimming the nonlinear simulation model, and these are then combined to form an overall mission. In contrast, the nonlinear mission simulation, in which a combination of mission logic and flight controllers manages the aircraft under investigation, allows for the examination of the influence of dynamic effects (e.g., wind fields) on the mission.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2022, Dresden

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2022

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 10 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2022121613060492846942

10.25967/570338

Missionsleistung, Modellierung

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Hein, L.; Surmann, D.; et al. (2022): Simulationsumgebung zur Ermittlung der Missionsleistungen eines elektrisch angetriebenen Luftfahrzeugs. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/570338. urn:nbn:de:101:1-2022121613060492846942.

16.12.2022