TU Berlin

Flugmechanik, Flugregelung und Aeroelastizität Auto-SFS

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Auto-SFS – Automatic Slat/Flap Setting

Auto-SFS Referenzflugzeug Airbus A330-300
Auto-SFS Referenzflugzeug Airbus A330-300
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Auto-SFS ist ein Forschungsprojekt, innerhalb dessen im Rahmen des Nationalen Luftfahrtforschungsprogrammes ein Konzept für ein automatisches Hochauftriebssystem erstellt und validiert wurde. Das Projekt Auto-SFS wurde zum 30.9.2010 erfolgreich abgeschlossen.

Einleitung

Hochauftriebssysteme von Verkehrsflugzeugen werden in zwei Bereichen weiterentwickelt. Zum einen findet eine Optimierung der aerodynamischen Leistungen von Hochauftriebskonfigurationen statt, wobei neue Einrichtungen, neue Funktionen, Hochauftriebssysteme für neue Flugzeug-Konfigurationen und radikal neue Konzepte berücksichtigt werden. Zum anderen wird intensiv an der Weiterentwicklung der systemseitigen Komponenten gearbeitet, unter anderem an der Erhöhung des Automatisierungsgrades und an neuen System-Architekturen. Dieses resultiert aus der Entwicklung neuartiger elektrischer und hydraulischer Antriebe, mechanischer Komponenten und elektrischer und hydraulischer Energieversorgung. Insbesondere der Ersatz von  elektro-hydraulischen Aktuatoren durch elektrische Aktuator-Systeme bietet ein erhebliches Potenzial. Im Luftfahrtforschungsprogramm (LuFo) IV wird unter anderem im Rahmen der hochauftriebsspezifischen HIT/HiLiT-Arbeitspakete WP2.3 und WP3.2 an einer Automatisierung des Klappensystems und an der Einführung neuartiger Funktionalitäten gearbeitet. Die TU Berlin ist dabei Auftragnehmer von Airbus Deutschland.

Ziele

Ziel des Projektes Auto-SFS ist die Erstellung der Funktionalität eines automatischen Hochauftriebssystems, das bei mindestens gleichem Sicherheitsstandard Verbesserungen gegenüber heutigen manuellen Systemen erreicht, indem durch Optimierung der aerodynamischen Konfiguration des Luftfahrzeuges dessen Flugleistungen und Einsatzbereich erhöht werden. Weiterhin wird durch reduzierte Arbeitsbelastung der Flugzeugbesatzung die Einführung neuartiger, komplexerer Anflugverfahren ermöglicht, wodurch Emissionen gesenkt und gleichzeitig die Flughafenkapazität erweitert werden kann.

Das Hauptergebnis des Projektes Auto-SFS ist ein validiertes Konzept für ein automatisches Hochauftriebssystem.

Aufgaben der TU-Berlin

A330/340 Full Flight Simulator des ZFB
A330/340 Full Flight Simulator des ZFB
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  • Entwicklung von Konzepten für ein Auto-SFS-System, einschließlich operationeller Anforderungen
  • Untersuchung der Abhängigkeiten zwischen Auto-SFS und heutigen ATC-Prozeduren
  • Konzepte für neue ATC-Prozeduren, die den höchst möglichen Vorteil aus den Fähigkeiten des Auto-SFS-Systems ziehen
  • Anforderungen an ein Auto-SFS-System, abgeleitet aus Flugeigenschaftsforderungen und ATM-Erfordernissen
  • Entwicklung von Bewertungskriterien und Analyse-Werkzeugen
  • Auswahl von erfolgversprechenden Konzepten
  • Realisierung einer Prototyp-Lösung im A330/A340 Full-Flight-Simulator bzw. auf SEPHIR
  • Demonstration und Verfeinerung von Konzepten in einer Simulatorstudie mit Test- und Linienpiloten
  • Parameterstudie und Sensitivitätsstudien, einschließlich Wettereinfluss



Projektphasen

Phase 1
Kurzfristige Realisierung
Das untersuchte Flugzeug wird entsprechend heutiger Verfahren betrieben, das Hochauftriebssystem weist eine automatische Basisfunktionalität auf, die mit wenigen Eingangsdaten auskommt und heutiger manueller Funktionalität entspricht.
Phase 2
Mittelfristige Realisierung
Das untersuchte Flugzeug wird entsprechend vorhersehbarer zukünftiger Verfahren betrieben, das Hochauftriebssystem kann vollautomatisch betrieben werden und weist eine erweiterte Funktionalität auf.
Phase 3
Langfristige Realisierung
Das untersuchte Flugzeug wird entsprechend zukünftiger Verfahren betrieben, die das Vorhandensein eines automatischen Hochauftriebssystems voraussetzen. Das Hochauftriebssystem weist eine Funktionalität auf, die es eng mit dem Flight Management System verknüpft, so dass die Hochauftriebskonfiguration zu jedem Zeitpunkt des Fluges auf die übergeordnete Transportaufgabe hin optimiert werden kann.

Ergebnisse

Simulation eines Landeanfluges
Simulation eines Landeanfluges mit kontinuierlichem Sinkflug (CDA) und automatischer Konfiguration der Hochauftriebshilfen
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Die in den einzelnen Projektphasen entwickelten Funktionen wurden in ein Gesamtsystem zusammengefasst, welches nun als Prototypenlösung im SEPHIR-Simulator betrieben wird. In einer Simulatorkampagne wurden im Juli 2010 mehrere Versuche mit Linienpiloten durchgeführt, deren Auswertung die erfolgreiche Entwicklung des Automatic Slat/Flap Setting bestätigte. Neben der Systemsicherheit und dem Verhalten im Fehlerfall wurde die Anwendbarkeit auf heutige Flugverfahren und die sich ergebenden Veränderungen im Kraftstoffbedarf, der Pilotenbelastung und der Sicherheit überprüft. Gegenüber dem heute üblichen Anflug mit manuell bedienten Landeklappen überzeugten die Auto-SFS-Funktionen durch Reduktion von Kraftstoffverbrauch und Arbeitsbelastung der Besatzung sowie durch Erhöhung der Flugsicherheit.

Die Grafik zeigt das Ergebnis einer Schnellzeitsimulation mit automatischer Hochauftriebskonfiguration während eines Continuous Descent Approach (CDA).

Projektpartner

  • Airbus Deutschland GmbH (AD)
  • Deutsche Flugsicherung GmbH (DFS)
  • TU Berlin (TUB)

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