Aircraft mission simulation for environmental analysis with flight test validation
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- Katharina Hoch
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1 Aircraft mission simulation for environmental analysis with flight test validation DGLR Workshop Umweltfreundliches Fliegen, Braunschweig, Juni 2010 Gertjan Looye Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut für Robotik und Mechatronik, Oberpfaffenhofen Folie 1 > Vortrag > Autor
2 Überblick Hintergrund und Anwendung Aufbau der Missionssimulation Anwendungsbeispiele Folie 2 > Vortrag > Autor
3 Überblick Hintergrund und Anwendung Aufbau der Missionssimulation Anwendungsbeispiele Folie 3 > Vortrag > Autor
4 Multidisziplinäre Entwurfsanalysen Hintergrund: Das DLR ist seit einigen Jahren dabei, Tools aus den verschiedenen Instituten zu vernetzen (Projekte TIVA und VAMP) Ansatz: Tools laufen auf Servern der jeweiligen Instituten PHX-Analysis Server + I/O Funktionen I/O harmonisiert mittels XML-basierte Common Parametric Aircraft Configuration Standard (CPACS) Tool DLR-weit zugänglich über PHX ModelCenter Client/server architecture Anwendung: Multidisziplinäre Bewertung und Entwurfsoptimierung Flugzeugkonfigurationen, Flugbahnen, insbesondere hinsichtlich Umweltbelastung Folie 4 > Vortrag > Autor
5 Von Überall im DLR PHX-ModelCenter Netzwerk PHX-AnalysisServer PHX-AnalysisServer PHX-AnalysisServer Tool-Wrapper (I/O) TWDAT Tool-Wrapper (I/O) LiftingLine Tool-Wrapper (I/O) MisSim... Inst. für Antriebstechnik (DLR-KP) Inst. für Aerodynamik und Strömingstechnik (DLR-BS) Inst. Für Robotik und Mechatronik (DLR-OP) Folie 5 > Vortrag > Autor
6 Überblick Hintergrund und Anwendung Aufbau der Missionssimulation Anwendungsbeispiele Folie 6 > Vortrag > Autor
7 Missionssimulation Aufgabe: Simulation vorgegebener Flugmissionen als Basis für weitere Bewertung hinsichtlich Treibstoffverbrauch, Emissionen, Lärmbelastung, usw. So, what s new? Komplett Datengetrieben: Flugzeug: variable (!) oder vorgegebene Konfiguration Betankung / Beladung Missionsvorgabe Auswahl aus drei Modelltypen (später mehr) Folie 7 > Vortrag > Autor
8 Ablauf einer vernetzten Missionssimulation CPACS in CPACS out Einlesen CPACS Datensatz Einlesen CPACS Datensatz Aufbereitung Modelldaten Aufbereitung Modelldaten PHX-AnalysisServer Tool-Wrapper (I/O) MisSim Inst. Für Robotik und Mechatronik (DLR-OP) Aufbereitung Missionsdaten Aufbereitung Missionsdaten Missionssimulation Missionssimulation Aufbereitung der Simulationsergebnisse Aufbereitung der Simulationsergebnisse Ablegen in CPACS Ablegen in CPACS Folie 8 > Vortrag > Autor
9 Datenaufbereitung Ablauf: Ablauf: Flugzeug Flugzeug Geometrie Geometrie Fahrwerk Fahrwerk Control Controlallocation Aerodynamik Aerodynamik Triebwerkstyp Triebwerkstyp Mission Mission Beladungsfall Beladungsfall Welcher Welcher Standardmission Standardmission oder oder welches welches Manöver Manöver Optional: Optional: welcher welcher Flughafen Flughafen Triebwerkstyp Triebwerkstyp Leistungskennfelder Leistungskennfelder Mission Mission Wegpunkte Wegpunkte Profile Profile Geschwindigkeit, Geschwindigkeit, Höhe Höhe // Schub, Schub, usw. usw. Missions- Simulation Inputdaten Folie 9 > Vortrag > Autor
10 Missionssimulationsmodell Signalbusse = Daten + Autocoding = Daten CPACS CPACS Triebwerkskennfelder Triebwerkskennfelder Aerodynamik Aerodynamik Control Control allocation allocation Fahrwerke Fahrwerke Geometrie Geometrie Beladungsfall Beladungsfall Umgebungsmodelle EQM / Kinematik Sensormodelle Folie 10 > Vortrag > Autor
11 Missionssimulation Flugplan Offline Trajektoriengenerator 3 DOF Inverses Modell Flugplan FMS Autopilot 3 DOF Pointmass Modell Flugplan FMS Autopilot SCA SCA 6 DOF Flugdynamikmodell Folie 11 > Vortrag > Autor
12 Missionssimulationsmodell dopointmass = true Input: Flugbahn, Geschw. Konfiguration,... Output: Schub, AoA, Verbrauch, Emissionen, usw. dopointmass = true Input: Schub, AoA, Roll Konfiguration,... Output: Schub, AoA, Verbrauch, Emissionen, usw. dopointmass = false Input: Schub, Stellausschl. Konfiguration,... Output: Schub, AoA, Verbrauch, Emissionen, usw. Symbolische Gleichungslöser, Autocoding Symbolische Gleichungslöser, Autocoding 3 DOF Inverses Modell 3 DOF Pointmass Modell 6 DOF Flugdynamikmodell Folie 12 > Vortrag > Autor
13 Parametrierte Testmission Climb: ROC, Ma (speed priority) Cruise Descent: ROC, Ma Segment 2 Segment 3 Holding Im Zielgebiet - constant Bank, oder -constantcas Segment 4 Range3 Range4 Start: Schub 100% / 85% Range2 Range3 Segment 1 Range1 Ground track Rückflug xdist Folie 13 > Vortrag > Autor
14 Visualisierung Folie 14 > Vortrag > Autor
15 Überblick Hintergrund und Anwendung Aufbau der Missionssimulation Anwendungsbeispiele Folie 15 > Vortrag > Autor
16 Beispiel 1: Siehe Vortrag von Herrn Reiko Müller Basiert auf inverse Simulation Verwendet lokale Modelldatenbanken (z.b. validiertes Aerodynamikmodell, genaue Triebwerksdynamik) Ziel: Flugbahnoptimierung Folie 16 > Vortrag > Autor
17 Beispiel 2: UCAV DLR Projekt UCAV DOF + Autopilot Simulation Verwendet lokale Modelldatenbanken (z.b. validiertes Aerodynamikmodell, genaue Triebwerksdynamik) Ziel: Bewertung Treibstoffverbrauch im Vorentwurf Flugzeugkonfiguration Folie 17 > Vortrag > Autor
18 Beispiel 3: A319 / ATTAS DLR Projekt TIVA-II (Wetter und Fliegen) Inverse Simulation (A319), 6DOF (ATTAS) Verwendet lokale Aeromodelldatenbanken Ziel: Bewertung Lärm während Abflug / Anflug Folie 18 > Vortrag > Autor
19 Beispiel 3: Spirallandeanflug (HeNAP) Spiral Runway LOC / Alt / CAS hold ILS FPA ~ -3deg Hinit ILS Standard ILS approach Hend Rturn Dturn Ground Track #Kreise hängt von Hinit ab! Folie 19 > Vortrag > Autor
20 Wind (kts) Go-arounds Results Runway EDVE Helical approaches h [m] Steep approaches X [m] Ground tracks Folie 20 > Vortrag > Autor Y[m]
21 Results: velocities V CAS V V compl V CAS, V, V compl [m/s] time [s] Go-around Folie 21 > Vortrag > Autor
22 Results: roll and side slip angles Roll angle Side slip angle (sensor) Side slip angle (synth.) 25 20, [deg] time [s] Folie 22 > Vortrag > Autor
23 Results: lateral track error capture Lateral error [m] time [s] Capture ILS Folie 23 > Vortrag > Autor
24 Letzte Folie Stand der Dinge: Missionssimulation basierend auf... Datengetriebene Modellaufbau und Missionsvorgabe Inverse und 3DOF Simulation auf RM Analysisserver DLR-weit verfügbar Autopilot und SCA sind leicht anpassbar an Flugzeugkonfiguration und Flugtest validiert What s next: Konsolidierung aller Varianten und Bereitstellung auf Server Vorgabe von Manöver für Lastenanalyse, HQ-Bewertung Folie 24 > Vortrag > Autor
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