Am Institut für Luftfahrtsysteme werden neue Ansätze zur Realisierung von Fly-by-Wire (FbW) Systemen entwickelt. Dadurch eröffnet sich eine Perspektive für den Einsatz solcher Systeme auch in Kleinflugzeugen. Trotz der neuen Ansätze ist offensichtlich, dass Kleinflugzeuge mit einem FbW-System komplexer und teurer werden. Einmotorige Flugzeuge mit weniger als 2t, sog. Echo-Flugzeuge, werden zudem schwerer. Somit stellt sich die Frage: Was bringt, speziell für Echo-Flugzeuge, der Einsatz von FbW? Anders formuliert: Ist es überhaupt sinnvoll, die Steuerphilosophie von heutigen FbW-basierten Großflugzeugen auf Echo-Flugzeuge zu übertragen, oder lässt sich nicht vielmehr eine neue Steuerphilosophie finden, die diesen Flugzeugen grundsätzlich einen größeren Markt? Dieser Frage systematisch auf den Grund zu gehen und daraus einen neuen Flugfuhrungs- /Flugsteueransatz mit entsprechendem FbW-System abzuleiten ist zentraler Inhalt dieser Dissertation. Um sinnvolle Anforderungen an die Flugzeugsysteme herleiten zu können, wird ein Referenzszenario definiert. Dieses besteht neben dem Referenzflugzeug aus einem Referenzpiloten (ohne Instrumentenflugausbildung) und aus einer Referenzmission (inkl. die Instrumentenflugbedingungen). Diese Kombination stellt aus heutiger Sicht eine signifikante Gefahrdung der Sicherheit dar. Momentane Ansätze zur Erhöhung der Sicherheit bei Flugzeugen beruhen auf der Einfuhrung immer komplexerer Systeme. Das Problem: Im Fehlerfall degradieren diese mitunter signifikant in ihrer Funktionalität. In solchen Situationen kann sich der Aufgabenbereich des Piloten plötzlich signifikant erweitern. Das Resultat ist ein sprunghafter Anstieg des Stressniveaus, was in einem kombinierten Funktions-, Informationsfluss-, Stressmodell erläutert wird. Ein möglicher und hier weiter verfolgter Ansatz lautet: Die Automatisierung muss dergestalt sein, dass sie den Verantwortungsbereich des Piloten grundsätzlich signifikant verkleinert, also plötzliche Situationen erhöhter Situationskomplexität entweder verhindert oder vom Piloten abgeschirmt werden. Dementsprechend wird eine neuartige Easy Handling Quality (EHQ) vorgeschlagen, realisiert durch ein Easy Handling System (EHS). Dieses übernimmt den Großteil des Verantwortungsbereichs. Die Basis dazu ist eine weitgehend autonome, in ihrer Funktion degradationsfreie Flugführung. Die hergeleiteten Funktionen des EHS werden in das Funktions-, Informationsfluss- und Stressniveaumodell integriert und mit heutigen Systemen verglichen, und so die Sinnhaftigkeit des neuen Ansatzes gezeigt. Abschließend wird eine mögliche FbW-Plattforminstanz für das Referenzflugzeug konzipiert. Die besondere Herausforderung liegt hier in der Kombination: Hohe Systemkomplexität bei hoher Sicherheit und geringen Kosten. Zur Evaluierung geeigneter FbW-Instanzen werden entsprechende Evaluierungsgrößen hergeleitet.

    New approaches to the implementation of fly-by-wire (FbW) systems are being developed at the Institute of Aircraft Systems thereby creating new prospects for their implementation in small aircraft. However, at the same time, small aircraft with FbW are likely to become more complex and more expensive. Single-engine aeroplanes weighing less than 2 t, so-called echo-aeroplanes, are becoming heavier which, in turn, raises the question: What benefits does the implementation of FbW bring, particularly on aircraft such as echo-aeroplanes? In other words: Does it even make sense to transfer the control philosophy of today's FbW-based large aeroplanes to echo-aeroplanes or, is it possible to develop new control philosophies which, possibly, could create a bigger market for such aeroplanes. To systematically investigate this question and consequentially derive a new flight guidance/control philosophy with an appropriate FbW system is the core content of this dissertation. In order to come up with acceptable system requirements for a reference aeroplane, a reference scenario was defined. It includes a reference pilot without an instrument rating, and a reference mission within instrument meteorological conditions. This combination, from the current point of view, seems to be a significant detriment to safety. Current approaches to increase aircraft safety are based on the implementation of increasingly complex systems. The problem: The systems' functionality may degrade significantly in case of failure. In this type of situations the pilot's scope of duties may increase suddenly and significantly. The result is a sudden increase of the pilot's stress level - as explained in a functional-, information flow-, stress-model. This dissertation presents a possible approach to solving this problem: An automation solution, that in principle significantly decreases a pilot's scope of responsibility. Sudden events of increased situational complexity are either prevented or hidden from the pilot. Consequently, a new Easy Handling Quality (EHQ) performed by an Easy Handling System (EHS) is introduced. The EHS takes over the bulk of the scope of responsibilities. Its foundation is largely autonomous flight guidance unsusceptible to functional degradations. The derived functions of the EHS are integrated within the functional-, information flow-, stress-model and matched with current systems in order to show the advantages of the new approach. Finally, a new possible FbW platform entity for the reference aeroplane is presented. The challenge lies in achieving the combination of high system complexity with high safety and low operating cost. Special criteria are set for an adequate evaluation of the FbW platform entity.


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    Titel :

    Fly-by-Wire als Basis für einen neuen Flugführungs-/Flugsteuerungsansatz für Kleinflugzeuge bis 5,7 t MTOM: Perspektive und Konzeption


    Beteiligte:
    Konrad, Gernot (Autor:in)

    Erscheinungsdatum :

    2013


    Format / Umfang :

    251 Seiten, 63 Bilder, 68 Tabellen, Quellen



    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch