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TU Berlin

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Automatischer Formationsflug (Automatische Regelung des Formationsflugs im Aufwindfeld eines voraus fliegenden Flugzeugs)

Formationsflug von Vögeln
Lupe

„Automatischer Formationsflug“ ist ein von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördertes Vorhaben. Ziel ist die automatische Regelung des Formationsflugs im Aufwindfeld eines voraus fliegenden Flugzeugs.

Einleitung

Die Möglichkeit im Formationsflug Leistung einzusparen wird von Zugvögeln ausgenutzt und ist bereits seit langem bekannt. Flugzeuge könnten damit 15-20% Treibstoff einsparen. Doch heute ist - wegen ungelöster technischer und operationeller Fragen - Formationsflug für Verkehrsflugzeuge nicht möglich. Angesichts schärfer werdender ökonomischer und ökologischer Randbedingungen ist es interessant, die offenen Fragen zu klären.

Das Projekt „Automatischer Formationsflug“ wird sich – grundlagenorientiert – auf den Entwurf der Regelungsfunktionen für die automatische Flugsteuerung beim Flug im Aufwindfeld eines voraus fliegenden Flugzeugs konzentrieren. Fragen nach Erfolgschancen, erforderlichem Realisierungsaufwand, erreichbarer Treibstoffersparnis sowie zur Sicherheit im Formationsflug unter realen operationellen Bedingungen sollen in einem späteren Schritt untersucht werden.

Ziele und Vorgehen

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Flugreglers für den automatischen Formationsflug mit maximaler Leistungseinsparung und das Aufstellen der dafür notwendigen Methoden. Zum Verständnis des Mechanismus sind Kenntnisse über die vom Wirbel induzierten Windgeschwindigkeiten und ihrer Wirkung auf das einfliegende Flugzeug notwendig. Diese bilden die Grundlage für die Wahl der Reglerstruktur und die Modellierung der Regelstrecke (System Flugzeug-Wirbelschleppe).

Der Formationsflugregler muss die optimale Position im Aufwindfeld über lange Zeit hochpräzise einhalten, um maximale Leistungseinsparung zu erzielen. Die Aufgabe ist schwierig, da das Windfeld neben dem erwünschten Auftrieb auch störende Rollmomente induziert, die stark nichtlinear vom Abstand zur Wirbelachse abhängen. Klassische Regelungskonzepte und einfache Streckenmodelle sind für den Entwurf nicht geeignet.

Im Vorhaben wird ein geeignetes Modell der physikalisch komplexen Regelstrecke „Flugzeug-Wirbelschleppe“ aufgestellt. Mit ihm wird ein Formationsregler unter Einsatz moderner, adaptiver, extremwertsuchender Regelungskonzepte und mehrzieliger Optimierungsverfahren entworfen und anschließend im Flugsimulator von Piloten bewertet.

Arbeitsprogramm

AP1
Definition von Szenarien und Anforderungen
AP2
Definieren von operationellen Verfahren des automatisierten Formationsfluges
AP3
Entwerfen und Auslegen von Flugreglerfunktionen
AP4
Bewertung des Flugreglers im Flugsimulator sowie Auswertung und Berichtstellung

Videos

Simulation des Wirbelaufrollvorgangs hinter einer VFW614-ATD im Reiseflug. Dargestellt sind die diskreten Einzelwirbel sowie die Beträge der von ihnen induzierten Geschwindigkeiten.



Manueller und automatischer Formationsflug zweier VFW614-ATD im Forschungssimulator SEPHIR.



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Ansprechpartner

Dipl.-Ing. André Kaden
+49 (0)30 314 22117
F-Gebäude
Raum 342