Die Luftfahrzeughersteller und -betreiber sehen sich in den nächsten Jahren vielen Herausforderungen gegenüber. In dieser Arbeit wird ein Höhenflossenstellsystem untersucht, das aufgrund der Anforderungen nach höheren Transportleistungen optimiert werden muss (steilere Anflüge, Gleitpfadoptimierung, etc.). Der Entwurf und die Analyse eines Höhenflossenstellsystems mit zwei primären Lastpfaden von der Konzeptfmdung bis zur Umsetzung des neuen Stellsystemkonzeptes in einem Experimentalaufbau bilden den Rahmen dieser Dissertation. Das hier vorgestellte Stellsystem ist gekennzeichnet durch eine verbesserte Wart- und Testbarkeit sowie durch eine Verringerung von Verschleiß und Leistungsbedarf verglichen mit konventionellen Höhenfiossenstellsystemen. Das neue Konzept verfügt über zwei gleichgestellte (primäre) Lastpfade, die beide immer im Eingriff sind und über zwei Differenzialgetriebe mechanisch synchronisiert werden und somit kraftkonfiiktfrei die Höhenflosse verfahren. Die Untersuchung der Systemdynamik (z.B. der mechanischen Synchronisation) dieses neuen Höhenflossenverstellmechanismus für den normalen aber auch für den degradierten Betrieb und der Entwurf der Regelung und Überwachung für dieses spezielle Flugzeugsystem sind die Kernteile dieser Arbeit. Versuche haben gezeigt, dass eine direkte Regelung der Höhenflossenposition ohne unterlagerte Hilfsregelkreise nicht ohne Probleme durchgeführt werden kann. Durch das relativ hohe Haftreibmoment der Hydromotoren entsteht eine Totzone, die bei kommandiertem Stillstand ohne unterlagerte Hilfsregelkreise zu starkem Ruckgleiten der Hydromotoren führt. Dies ist in der Praxis aufgrund des erhöhten Verschleißes nicht akzeptabel und bedingt daher weitere Lösungsansätze. Hinzu kommt, dass ohne Hilfsregelkreis die Drehzahl der Hydromotoren nicht mehr direkt begrenzt werden kann. Als Syntheseverfahren für den Mehrgrößenreglerentwurf kommt die H∞-optimale Regelung zum Einsatz. Es wurden sowohl Drehzahl- und Positionsreglerentwürfe mit einem und zwei Freiheitsgraden durchgeführt. Wie erwartet, ist bei beiden Reglertypen die Störunterdrückung für den Regler mit zwei Freiheitsgraden wesentlich besser. Gerade bei der direkten Höhenflossenpositionsregelung muss zum Erreichen einer zumindest der Kaskadenregelung ähnlichen Systemantwort der Ansatz mit zwei Freiheitsgraden gewählt werden. Die am linearen Modell voller Ordnung entworfenen Regler realisieren eine sehr schnelle Dynamik (kurze Einschwingzeit und gute Störunterdrückung) des geregelten Systems. Trotz der hohen Dynamik zeichnet sich die Mehrgrößenregelung durch ein verringertes Überschwingen aus. Das Synchronisationsverhalten der Regler wurde durch Veränderung der Systemparameter im nichtlinearen Modell analysiert. Die Mehrgrößenregler synchronisieren die asymmetrischen Lastpfade signifikant besser als das bisherige Regelungskonzept (Kaskadenregler).
Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Systemdynamik eines Höhenflossenstellsystems mit redundanten selbstsynchronisierenden Lastpfaden
Schriftenreihe Flugzeug-Systemtechnik ; 1 ; 1-235
2011
235 Seiten, Bilder, Tabellen, 112 Quellen
Theses
German
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