Flugzustandsregler für Kippflügel-Fluggeräte mit hohen Flugleistungen

• State controller for flight performance oriented tilt-wing aircraft

Schütt, Marten; Moormann, Dieter (Thesis advisor); Alles, Wolfgang (Thesis advisor)

Aachen (2019)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019

Kurzfassung

Der große Flugbereich von Kippflügel-Fluggeräten beinhaltet den Schwebeflug und hohe Fluggeschwindigkeiten, das macht sie attraktiv für verschiedene Einsatzgebiete wie Inspektion, Luftzustellung und Luft-Taxis. Die unterschiedlichen Flugzustände - von schubgetragen bis auftriebsgetragen - stellen hohe Anforderungen an den Entwurf von Fluggerät und Regelung. Dank aktueller Technologien können die Fluggeräte zum Erreichen hoher Flugleistungen auch instabil ausgelegt werden. Die Stabilisierbarkeit stellt dabei allerdings ein stets zu erfüllendes, notwendiges Kriterium dar. Die erforderliche Flugregelung muss somit eine Stabilisierung im gesamten Flugbereich sicherstellen, während hohe Flugleistungen ermöglicht werden. In dieser Arbeit wird ein Flugzustandsregler entworfen und evaluiert, der einen Kompromiss zum Erreichen von hohen Flugleistungen bei gleichzeitiger Wahrung erforderlicher Flugeigenschaften für Kippflügel-Fluggeräte findet. Damit wird unterstützt, dass sich die Auslegungsziele von Kippflügel-Fluggeräten zu guten Flugleistungen verschieben können. Es werden zum einen die widersprüchlichen Ziele hoher Flugleistungen und guter Flugeigenschaften und zum anderen die gegensätzlichen Anforderungen für hohe Flugleistungen in den unterschiedlichen Flugzuständen diskutiert. Der entworfene Flugzustandsregler ermöglicht einen optimalen Kompromiss zwischen den gegensätzlichen Anforderungen anhand der Berücksichtigung entsprechend definierter Kriterien. Die Vorsteuerung von Trimm-Steuervektoren macht die Flugzustände des großen Flugbereichs jeweils zu einem Gleichgewichtszustand. Für die üblicherweise große Anzahl an Steuergrößen wird anhand verschiedener Kriterien der Flugeigenschaften und Flugleistungen ein geeigneter Verlauf der einzelnen Trimm-Steuergrößen ausgewählt. Eine Steuergrößenzuordnung gewährleistet die zur Stabilisierung nötigen Steuerreserven und erzeugt durch die Verwendung der Pseudoinversen einen kompensierten Steuergrößenausschlag. Dabei wird die verbleibende Steuerreserve durch eine künstliche Reduktion der Wirksamkeit implizit berücksichtigt. Der entworfene Ansatz des Flugzustandsreglers wird für ein Beispielfluggerät mit hohen Flugleistungen und einer großen Anzahl an Steuergrößen angewendet. Mittels einer nichtlinearen Simulation und abschließender Flugversuche wird die Funktionalität und Leistungsfähigkeit des Ansatzes nachgewiesen.