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LAPAZ - Luft-Arbeits-Plattform für die Allgemeine Zivilluftfahrt
- STEMME S6 beim Erstflug im November 2006
- © Stemme AG
LAPAZ ist ein für dreieinhalb Jahre (01.01.2007 - 31.08.2010) angelegtes und im Rahmen des nationalen Luftfahrtforschungsprogramms (LUFO IV) gefördertes Projekt zur Entwicklung eines automatischen Flugsteuerungssystems für Luftarbeitsflugzeuge.
Einleitung
Für vielfältige Aufgaben in Geoexploration, Umwelt-, Katastrophenschutz, Fischerei-, Küsten- und Grenzüberwachung besteht weltweit Bedarf an leistungsfähigen, effizienten und kostengünstigen Luftarbeitsflugzeugen. Sie müssen vorgegebene Flugprofile hochpräzise abfliegen und in Boden- oder Hindernisnähe sicher manövrieren können. Typische Nutzlasten liegen bei 150 - 300 kg.
Problem heutiger Arbeitsflugzeuge ist deren Größe, die oft mehrköpfige Besatzung und die damit verbundenen Kosten. Besser geeignet sind speziell entwickelte, einmotorige Arbeitsflugzeuge mit ca. 1 t Abfluggewicht. Das Luftfahrtunternehmen STEMME entwickelt solche Flugzeuge, aber die für die Luftarbeit benötigten, hoch zuverlässigen, automatischen Flugsteuerungssysteme sind noch zu entwickeln. Regelungssysteme von Geschäfts-, Verkehrs- und Militärflugzeugen verfügen entweder nicht über die erforderlichen Funktionalitäten, oder sind zu schwer und zu teuer. Kommerzielle Autopiloten für kleine Sportflugzeuge erfüllen die Forderungen an Dynamik, Funktionalität, Zuverlässigkeit und Präzision bei weitem nicht.
Ziele
Ziel des Forschungvorhabens ist die Entwicklung und Demonstration eines zuverlässigen und hochpräzisen Regelungssystems. Dieses wird modular aufgebaut, fehlertolerant und skalierbar sein, so dass es an neuartige Aufgaben leicht anpassbar ist. Zudem sollen die Anforderungen an ein sicherheitskritisches System zu marktgerechten Kosten erfüllt werden.
Projektplan
| AP1000 | Anforderungen | Definition der "High Level Spezifikationen". Dies beinhaltet die Anforderungen an das Luftarbeitsflugzeug bzgl. Funktionsumfang, Sicherheitsanforderungen und Missionsprektrum sowie Festlegung der Anforderungen an die einzelnen Systemkomponenten wie Sensorik, Aktuatorik, etc. |
| AP2000 | Flugzeugentwicklung & Messflüge | Integration relevanter Systemkomponenten wie erweiterter Messsensorik in das Demonstrationsflugzeug. Durchführung von erforderlichen Messflügen zur Identifikation des Systems STEMME S6. |
| AP3000 | Flugregelungs- & Flugführungsgesetze | Parameteridentifikation und Entwicklung von flugmechanischen Modellen des Demonstrationsflugzeugs. Entwurf der Flugregelungsstruktur und Entwicklung der Flugregelungssoftware. |
| AP4000 | Rechnerplattform | Hardware- und Software-Entwicklung sowie Verifikation der Rechnerplattform für die Flugregelung. |
| AP5000 | Verifikation von Soft- und Hardware | Integration der unter AP3000 entwickelten Regelungssoftware in die unter AP4000 entworfenen Rechnerplattform. Verifikation der Funktionalität der Gesamtplattform mittels entsprechender Testumgebungen. |
| AP6000 | Integration & Flugversuch | Integration der Flugregelungsplattform in das Demonstrationsflugzeug sowie Durchführung von Testflügen für die Zulassung. |
| AP7000 | Auswertung | Abschließende Auswertung von Versuchsergebnissen bzgl. der Flugeigenschaften und des Verhaltens der integrierten Hardware. |
Aufgaben der TU Berlin
Die Aufgabe der TU Berlin ist die Entwicklung und Umsetzung der Flugregelungssoftware. Dazu ist sie vor allem an den Projektbereichen AP1000, AP3000, AP5000, AP6000 und AP7000 beteiligt. Neben der Festlegung von Top Level Spezifikationen für das Flugregelungssystem und die entsprechende Sensorik werden vom Fachgebiet auf Basis der Versuchsdaten aus AP2000 flugmechanische Modelle entwickelt, die als Basis für den Entwurf der Reglerstruktur und der Regelgesetze dienen.
Im Hinblick auf eine spätere Umsetzung z.B. als OPV (optionally piloted vehicle) wird der Prozess der Softwareentwicklung so nah wie möglich an den Richtlinien RTCA/DO-178 für Software in sicherheitskritischen Anwendungen durchgeführt. Die entworfenen Regelalgorithmen werden entsprechend in Rechnercode umgesetzt und die unter AP1000 definierten Spezifikationen mittels einer Echtzeit-Simulationsumgebung verifiziert.
Ergebnisse
Mit der Flugerprobung des neuartigen automatischen Flugsteuerungssystems LAPAZ für Luftarbeitsflugzeuge endet das dreijährige durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie im Rahmen des 4. Luftfahrtforschungsprogramms geförderte Technologieprojekt LAPAZ äußerst erfolgreich. Für die Entwicklung der Reglerfunktionen und die hierfür benötigte flugmechanische Modellierung war die TU Berlin verantwortlich. Nach sorgfältiger Erprobung der Regelgesetze im Simulator und im Labor und der Integration des Systems in eine modifizierte Stemme S15 wurde das Flugregelsystem einem umfangreichen Versuchsprogramm (ca. 40 Stunden Flugversuch) unterzogen. Eine detaillierte Beschreibung der Ergebnisse ist unserer Pressemitteilung zu entnehmen.