D. Surmann, L. Hein, S. Myschik

Elektrisch betriebene, unbemannte Kleinstfluggeräte mit senkrechten Start- und Landefähigkeiten, bekannt als eVTOLs, werden zunehmend für vielfältige Missionen eingesetzt. Insbesondere außerhalb des Sichtbereichs des Bedieners ermöglicht die eVTOL-Technologie den Einsatz von Flügel-Rumpf-Kombinationen, die hohe Reichweiten erzielen und deshalb automatisch gesteuert werden. In diesem Paper wird eine Methode zur Realisierung solcher Missionen unter Verwendung eines reaktiven Pilotenmodells präsentiert. Das sogenannte Reactive Pilot Model (RPM) basiert nach [1] auf einer Missionslogik, die mithilfe von Stateflow in MATLAB/Simulink entwickelt wurde. Das RPM übernimmt die Steuerung der Flugmission und überwacht kontinuierlich den Zustand des Fluggeräts anhand von Zustandsschätzungen. Mittels umfassender Checklisten bewertet das RPM die Systemzustände und initiiert entsprechende Verfahren, um die Sicherheit des Fluggeräts während der Mission zu gewährleisten. Externe Einflüsse wie beispielsweise Wind können den Flugverlauf beeinflussen. Daher überwacht das RPM das Gesamtsystem, einschließlich des Batteriezustands, und trifft mithilfe eines 3-DOF Energiemodells Entscheidungen, um das Fluggerät sicher zum Bediener zurückzubringen. In diesem Paper wird das RPM durch eine nichtlineare Simulation unter Berücksichtigung verschiedener Batteriekonfigurationen validiert. Dadurch ermöglicht das RPM im Entwicklungsstadium des eVTOLs Flugleistungsbetrachtungen. Mit dieser vorgestellten Methode bieten sich Ansätze zur weiteren Optimierung und Sicherheit von eVTOL-Missionen. Die Anwendung des RPMs soll ebenfalls im späteren Flugbetrieb zur Anwendung kommen.

Electrically powered, micro-unmanned aircraft with vertical take-off and landing capabilities, known as eVTOLs, are increasingly being used for a variety of missions. Especially outside the operators field of vision, eVTOL technology enables the use of wing-fuselage combinations that achieve long ranges and are therefore controlled automatically. This paper presents a method for realizing such missions using a reactive pilot model. According to [1], the so-called Reactive Pilot Model (RPM) is based on mission logic that was developed using Stateflow in MATLAB/Simulink. The RPM takes control of the flight mission and continuously monitors the condition of the aircraft using condition estimates. Using comprehensive checklists, the RPM evaluates the system states and initiates appropriate procedures to ensure the safety of the aircraft during the mission. External influences such as wind can influence the course of the flight. Therefore, the RPM monitors the entire system, including battery health, and makes decisions using a 3-DOF energy model to safely return the aircraft to the operator. In this paper, the RPM is validated through a nonlinear simulation considering different battery configurations. As a result, the RPM enables flight performance considerations in the development stage of the eVTOL. This method presented offers approaches for further optimization and safety of eVTOL missions. The application of the RPM should also be used in later flight operations.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2023, Stuttgart

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2023

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 8 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2023121313330118267149

10.25967/610171

Missionsautomatisierung, eVTOL

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Surmann, D.; Hein, L.; Myschik, S. (2023): Missionslogik mit einer State-Machine zur Steuerung und Überwachung von eVTOLs in einer nichtlinearen Simulation. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/610171. urn:nbn:de:101:1-2023121313330118267149.

13.12.2023