Gütekriterien zur Bewertung der Eigenschaften von Tiltwingflugzeugen zur Auslegung ihrer Basisregelung

• Criteria for Assessment of Tilt-Wing Aircraft Characteristics for Flight Control Law Design

Holsten, Johanna; Moormann, Dieter (Thesis advisor); Alles, Wolfgang (Thesis advisor)

Aachen (2017)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Kurzfassung

Zur qualitativen und quantitativen Bewertung, Analyse und Optimierung von Regelungssystemen sind Gütekriterien notwendig. In der Entwicklung von konventionellen Flugregelungssystemen werden unterschiedliche Gütekriterien im Frequenz- und Zeitbereich verwendet. Insbesondere bei Tiltwingflugzeugen können die für konventionelle Flugzeuge eingesetzten Gütekriterien aufgrund der hoch variablen Konfiguration nicht ohne weiteres übernommen werden. Ein Tiltwingflugzeug kann seinen Flügel um die Flügelachse kippen und so einen weiten Geschwindigkeitsbereich, vom Schwebeflug bis hin zum effizienten Streckenflug, vollständig abdecken. Damit dies übergangslos ohne Diskontinuitäten für eine derartige flugmechanisch herausfordernde Konfiguration möglich wird, erscheint ein optimierungsgestützter Entwurf sinnvoll. Kern dieser Arbeit ist, durch einen ganzheitlichen, flugmechanisch motivierten Ansatz die Vielzahl an Flugzuständen und Gütekriterien für die Auslegung der Basisregelung beherrschbar zu machen.Anhand eines am Institut entwickelten Tiltwingflugzeugs werden Modelle zur Abbildung der Dynamik erstellt, die eine Analyse der Gütekriterien im gesamten Flugbereich ermöglichen. Die Gütekriterien werden systematisch bezüglich ihrer Eignung zur Bewertung und zur Optimierung eines Basisreglers diskutiert. Darauf basierend wird ein Satz geeigneter Gütekriterien hergeleitet. Des Weiteren wird erarbeitet inwieweit Optimierungsverfahren genutzt werden können, um zusätzlich die Auswahl der relevanten Gütekriterien und Flugzustände aneinander anpassen zu können. Abschließend werden die Reglerparameter des Basisreglers im Rahmen eines mehrzieligen Optimierungsverfahrens beispielhaft optimiert. Hierbei werden unterschiedliche Fälle zur Analyse des Stör- und Führungsverhaltens sowie der Stabilität betrachtet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die gewählten Gütekriterien geeignet sind den Basisregler im Rahmen einer Optimierung zu verbessern. Gütekriterien und relevante Flugzustände, die durch diese Systematik flugmechanisch motiviert sind, können auch einfach auf veränderte Tiltwingflugzeuge übertragen werden.