Flugdatenauswertung. Vorbemerkungen. BadElf. B. Sünder,

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1 Flugdatenauswertung B. Sünder, Vorbemerkungen Die hier verarbeiteten Daten wurden am 30. Dezember 2013 am Flughafen Kassel mit einer DA40TDI erflogen. Folgende Daten gelten für die DA40TDI laut Flughandbuch:! Vr = 55kn (102 kmh)! Vy = 60 kt (111 kmh)! Startrollstrecke: 225 m! Startstrecke über 15m Hindernis: 550m Die Datenerfassung erfolgte mit einem GPS-Tracker/Logger BadElf. Bei aktivem EGNOS sollten die Fehler horizontal und vertikal bei ca.1 Meter liegen. Die Daten wurden mit 10Hz aufgezeichnet und sowohl als KML- wie auch als GPX-Datei gespeichert. Die Auswertungen und Grafiken wurden mit der Software jbeam gemacht, wobei die GPX- Datei genutzt wurde. BadElf Der benutzte BadElf Tracker/Logger hatte folgende Daten: Typ:! Modell:! Bad Elf GPS Pro BE-GPS-2200 Seriennummer:! Hardware Revision:! Firmware Revision:! Der Kern der Informationen in der GPX-Datei sieht wie folgt aus: <trk>... <name> :46</name> <trkseg> <trkpt lat=" " lon=" "><ele>247.2</ ele><time> t13:46:34z</time><hdop>0.8</ hdop><extensions><badelf:speed>0</badelf:speed></extensions></trkpt> <trkpt lat=" " lon=" "><ele>247.2</ ele><time> t13:46:34.100z</time><hdop>0.8</ hdop><extensions><badelf:speed>0</badelf:speed></extensions></trkpt> <trkpt lat=" " lon=" "><ele>482.4</ ele><time> t14:01:52.600z</time><hdop>0.7</ hdop><extensions><badelf:speed> </badelf:speed></extensions></trkpt>... Zunächst ist aufgefallen, dass im Gegensatz zur Firmware Revision nun echte Geschwindigkeitswerte gespeichert sind und nicht nur Nullen. Nach einer SW-Änderung von jbeam konnten dann auch die Geschwindigkeitsdaten des BadElf importiert werden.

2 Geschwindigkeits-Signale Die am Ende der Berechnungskette stehenden Beschleunigungen werden durch eine Differentiation der Geschwindigkeitsdaten erhalten. Deshalb ist es wichtig, möglichst genaue Geschwindigkeitsdaten zu erhalten. Speed-1: Aus den gespeicherten Längen- / Breitengraden sowie der Höhe kann eine 3D- XYZ-Position im Raum berechnet werden, deren Änderung pro Zeit eine Geschwindigkeit ergibt. In der nächsten Grafik LLA-Speed (von Longitude/Latitude/Altitude - LLA) genannt. Speed-2: Die vom BadElf mit unbekannten Algorithmen berechnete Geschwindigkeit Speed[GPX] Speed-3: Gefilterte Speed-1 Werte. Es wurde ein gleitender Mittelwert genommen mit 10 Werten Filterbreite. Im Nicht-Echtzeitmode werden jeweils 5 Werte links und 5 Werte rechts gemittelt. Speed-4: Gefilterte Speed-1 Werte. Im Echtzeitmode werden 10 Werte links gemittelt, da man nicht in die Zukunft (rechts) blicken kann. Ein Vergleich der vier Geschwindigkeitssignale zeigen Abbildungen 1 und 2. Abbildung 1 zeigt die vier Signale in einem Bereich mit wenig Änderung, während Abbildung 2 einen Bereich mit großen Änderungen (Start) zeigt. In Abbildung 2 liegt

3 Speed-4 deutlich zurück, da sie einen Phasenverzug von 0,5 s durch die Art der Filterung beinhaltet. Das durch das BadElf gebildeten Werte Speed-2. zeigen ein uneinheitliches Verhalten. Speed-3 zeigt, das die Nicht-Echtzeit Mittelwertfilterung das Originalsignale Speed-1 am besten trifft. Deshalb wird im Folgenden dieses Signal benutzt. Rauschen der Signale Wie schon ausgeführt müssen die direkt aus den Positionsdaten berechneten Geschwindigkeitswerte gefiltert werden, damit sich realistische Werte ergeben. Werden diese gefilterten Geschwindigkeitswerte nun differenziert, erhält man die Beschleunigung. Diese ist wiederum sehr verrauscht, so dass eine weitere Filterung (mit gleichen Parametern) erfolgte. Einzelauswertung Flug 1 In der nachfolgenden Kartendarstellung wurde Flug-1 mit dem Geschwindigkeitssignal eingefärbt. Die folgenden Graphiken sollen Daten für die 70% Regel:

4 Halbe Startstrecke gleich 70% der Abhebegeschwindigkeit Hierzu wurden in den Zeitschrieb drei Cursor eingetragen: Der erste Cursor (blau) zeigt den Beginn des Startvorgangs. Der zweite Cursor (grün) zeigt 50% der Startrollstrecke. Der dritte Cursor (rot) zeigt den Abhebepunkt. In der Tabelle wurden die Cursor-Werte zusammengefasst und die prozentualen Werte bestimmt. Achtung! Alle aus den GPS-Daten ermittelten Geschwindigkeiten sind relativ zum Boden und sollten nicht mit der IAS oder TAS verwechselt werden.

5 Flug 2 Die Daten von Flug-2 sind besser auswertbar. Der Abhebepunkt ist eindeutiger zu identifizieren, keine Störungen sichtbar,... Interessant sind 2 Punkte: A. Bei 50 % Rollstrecke waren schon 77% der Abhebegeschwindigkeit erreicht. B. Die Beschleunigung hat eine klare Tendenz abzunehmen.

6 Flug 3 Die Daten von Flug-3 bestätigen mehr die Werte von Flug-2:

7 Beschleunigungsdaten Folgende Einflussfaktoren müssen bei der Beschleunigung des Flugzeuges berücksichtigt werden: 1. Motorleistung 2. Propellerwirkungsgrad 3. Flugzeugwiderstand bei steigender Geschwindigkeit 4. Abschüssige / ansteigende Piste (Kassel!) Motorleistung und Propellerwirkungsgrad hängen stark davon ab, ob ein Verstellpropeller zum Einsatz kommt. Ansonsten würde ich einmal einmal sagen: Festpropeller: (optimiert auf Reiseflug) Die Motorleistung nimmt mit der Geschwindigkeit beim Start zu, da die Drehzahl zunimmt. Der Propeller kommt mit höherer Geschwindigkeit in den Auslegungsbereich mit besserem Wirkungsgrad. Verstellpropeller: Die Motorleistung bleibt bezüglich der Geschwindigkeit konstant, da die Drehzahl konstant bleibt und der Propeller sich den geänderten Anströmverhältnissen anpasst. (Persönliche) Schlussfolgerung Da der Flugzeugwiderstand bei steigender Geschwindigkeit immer zunimmt, nimmt die resultierende Vorwärtskraft ab und damit auch die Beschleunigung. Dies wird aber bei einem Fix-Propeller zumindest teilweise kompensiert, da er bei steigender Geschwindigkeit einen besseren Wirkungsgrad bekommt und auch die Motordrehzahl zunimmt.