Simulation eines hochgeregelten Hubschraubers mit Lenkradsteuerung Bianca I. Schuchardt DLR-Institut für Flugsystemtechnik, Braunschweig

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1 DLR.de Folie 1 Simulation eines hochgeregelten Hubschraubers mit Lenkradsteuerung Bianca I. Schuchardt DLR-Institut für Flugsystemtechnik, Braunschweig

2 DLR.de Folie 2 Übersicht Hintergrund Entwicklung der Lenkradsteuerung Flugeigenschaftsmodellierung Simulation im AVES EC135 Zusammenfassung

3 DLR.de Folie 3 Hintergrund: EU-Projekt mycopter Technologien für den Hubschrauber für jedermann PAV = Personal Aerial Vehicle DLR-Arbeitspakete: Bereitstellung eines PAV- Navigationsdisplays (Tunneldisplay) Demonstration ausgewählter PAV- Technologien auf dem AVES sowie dem ACT/FHS Ausrichtung des Projektabschlussevents Künstlerische Darstellung eines PAVs

4 DLR.de Folie 4 Lenkradsteuerung Präzisionsmanöver Koordinierter Kurvenflug Steigrate/ Flugbahnwinkel Geschwindigkeit/ Beschleunigung Bremsen/ Schwebeflug halten Siehe auch: Gursky, B.I. und Müller, D.: Novel Steering Concepts for Personal Aerial Vehicles, 62. Deutscher Luftund Raumfahrtkongress, Stuttgart, September 2013.

5 DLR.de Folie 5 Aufbau der Simulation - Software Wie wird sich ein PAV verhalten? Ansatz: Modellierung des idealen Flugverhaltens statt des physikalischen Physikalische Modellierung Rotor Zelle Aerodynamik Konzeptionelle Modellierung Ideale Flugeigenschaften (z.b. nach ADS-33) Physikalisches Modell Eigenschaften des Fluggerätes müssen bekannt sein Flugeigenschafts-Modell Flugeigenschaften werden über wenige Modellparameter vorgegeben

6 DLR.de Folie 6 Mathematische Modellierung Ratenkommando (rate command, RC) als PT1-Transferfunktion qq cccccc δδ llllll = KK llllll TT llllll ss+1 Lagewinkelkommando (attitude command, AC) als PT2-Transferfunktion θθ cccccc δδ llllll = KK llllll 1 ωω2 ss2 + 2ζζ llllllss+1 ωω llllll llllll Höhere Modi über zusätzliche Regelkreise um AC, z.b. Translationskommando (translational rate command, ) KK llllll Verstärkung qq cccccc Nickrate TT llllll Zeitkonstante δδ llllll Longitudinale Steuereingabe θθ cccccc Nickwinkel ζζ llllll Dämpfung ωω llllll Eigenfrequenz Antwortverhalten auf Sprungeingabe

7 DLR.de Folie 7 Steuerungsalgorithmen (nach mycopter) Longitudinal Lateral Gieren Vertikal RC AcC AC βc + TC γc Fluggeschwindigkeit /kn AC Attitude Command Vorgabe des Lagewinkels AcC Acceleration Command Vorgabe der Beschleunigung RC Rate Command Vorgabe der (Dreh-)Rate TC Turn Coordination Schiebefreier Kurvenflug Translational Rate Command Vorgabe der Translationsgeschwindigkeit γc Flight Path Angle Command Vorgabe des Flugpfadwinkels

8 DLR.de Folie 8 Steuerungsalgorithmen für die Lenkradsteuerung 8-Wege-Schalter Longitudinal Pedale Lateral Lenkrad Gieren Vertikal Kollektiv AcC TC AC RC TC γc Fluggeschwindigkeit /kn AC Attitude Command Vorgabe des Lagewinkels AcC Acceleration Command Vorgabe der Beschleunigung RC Rate Command Vorgabe der (Dreh-)Rate TC Turn Coordination Schiebefreier Kurvenflug Translational Rate Command Vorgabe der Translationsgeschwindigkeit γc Flight Path Angle Command Vorgabe des Flugpfadwinkels

9 DLR.de Folie 9 Hubschraubersimulator AVES EC135

10 DLR.de Folie 10 Zusammenfassung Ein Prototyp zur Lenkradsteuerung im Hubschrauber wurde entwickelt, im AVES EC135-Simulator untersucht und für den Einsatz im Flugversuch auf dem ACT/FHS zugelassen. Ideale PAV-Steuerungsalgorithmen wurden in einer Flugeigenschaftssimulation umgesetzt. Die gleichen Steuerungsalgorithmen konnten ebenfalls erfolgreich zur Inflight- Simulation auf dem ACT/FHS eingesetzt werden. Mit Lenkradsteuerung konnten im Vergleich zu konventionellen Hubschrauberbedienelementen die Flugeigenschaften eines simulierten PAVs verbessert und die Arbeitsbelastung für den Piloten gesenkt werden. Siehe auch: Schuchardt, B.I.: Towards Handling Qualities Evaluations of a Personal Aerial Vehicle in Ground-Based and In-Flight Simulation, American Helicopter Society 71st Annual Forum, Virginia Beach, Virginia, USA, Mai Schuchardt, B.I. und Greiser, S.: Preparing In-Flight Simulation of a Personal Aerial Vehicle on DLR's Research Helicopter ACT/FHS. In: 65. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress, Braunschweig, September Schuchardt, B.I.: Workload Reduction through Steering Wheel Control for Rotorcraft, Abstract akzeptiert zum 43. European Rotorcraft Forum, Mailand, Italien, September 2017.