J. Holsten

Diese Arbeit mit der Zielrichtung Trajektorien zu Notlandeplätzen zu finden befasst sich mit der Modellierung und Simulation von Autorotationsflügen. Die Autorotation bei Hubschraubern ist eine Notfallmaßnahme, die nach Ausfall des Motors noch das Ansteuern eines Notlandeplatzes und im Idealfall eine Landung ohne zusätzlichen Schaden am Fluggerät erlaubt. Der Lehrstuhl für Flugdynamik, an dem diese Arbeit durchgeführt wurde, arbeitet seit vielen Jahren auf dem Gebiet autonomer VTOL - UAVs (Vertical TakeOff and Landing - Unmanned Aerial Vehicles). Schwerpunkte bilden die Modellierung, Simulation sowie zugehörige Flugregelungsalgorithmen und Ansätze zur Autonomie. Ein wesentliches Kriterium bei UAVs unter dem Aspekt der Autonomie und insbesondere in Hinblick auf verstärkte Anstrengungen zur Zulassung im zivilen Luftverkehr, stellen Sicherheitsanforderungen und die Möglichkeit der Notfallmaßnahmen und Notlandungen bei Systemausfällen dar. Die vorgestellte Arbeit stellt die Kernpunkte der Autorotation, Modellierungsund Planungsansätze, sowie die Simulation eines Szenarios für einen kompletten Autorotationsflug vom Antriebsausfall über den Flug entlang einer Trajektorie bis zum Abfangbogen dar. Die flugmechanischen Eigenschaften des Hubschraubers inklusive Rotordynamik werden über eine nichtlineare 6-Freiheitsgrad-Simulation unter Verwendung der Blattelemententheorie berechnet. In diese Simulation ist auch das Flugführungssystem integriert. Dieses wird aus der übergeordneten Trajektorienplanung und Autorotationsablaufsteuerung kommandiert. Die Trajektorienplanung beinhaltet ein Energiemanagement aus potentieller und kinetischer Energie des Hubschraubers, sowie der im Hauptrotor gespeicherten Rotationsenergie unter Berücksichtigung von Randbedingungen. Zu den Randbedingungen gehören Flugzustand, Fluggeräteeigenschaften, Einhaltung der Flugbereichsgrenzen, Umweltbedingungen und Umgebungstopologie, die z.B. für die Richtung des Endanfluges entscheidend sein kann. Der Planungsalgorithmus wählt hierbei aus bekannten Notlandeplätzen diejenigen aus, die die besten Möglichkeiten für eine sichere Autorotationslandung bieten. Nachfolgend wird aus den verschiedenen Trajektorien zu den unterschiedlichen Notlandeplätzen diejenige ausgewählt, die die günstigsten Eigenschaften aufweist und Störeinflüssen gegenüber robust ist. Entlang des Flugpfades erfolgt eine Überwachung zur Einhaltung der ausgewählten Trajektorie. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse der Arbeit, insbesondere die Auswertung unterschiedlicher Autorotationsflüge und die Einhaltung der jeweiligen Trajektorien genauer beschrieben. Diese Arbeit wurde mit dem DLR-Technologiepreis 2010 ausgezeichnet.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2010

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 9 Seiten

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress Tagungsband - Manuskripte, 2010, 2010, ; S.231-239; 2010; Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn

NA

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2010