A04: Verteilte energieeffiziente Flugsteuerung – Methoden der Steuerungszuweisung

Disziplin Flugphysik

Das Projekt A04 trägt fortschrittliche Methoden der Steuerungszuweisung bei, mit denen die neuen Freiheitsgrade, die durch verteilte Antriebe und Schubvektorsteuerung entstehen, voll genutzt werden können. Die Zuordnung von Aktuatorik zu Kraft und Drehmoment wird multivariabel, nichtlinear und unsicher. Genau diese Zuordnung muss für jedes Flugsteuerungssystem invertiert werden. Im Hinblick auf die Zertifizierung muss jeder Invertierungsalgorithmus in Echtzeit anwendbar sein. Er darf nicht konservativ sein und vor allem müssen Rechengrenzen garantiert sein. Außerdem muss es möglich sein, Ausfälle von Aktuatoren zu berücksichtigen. All diese zertifizierungsbedingten Einschränkungen erschweren das gesamte Invertierungsproblem. Das Ziel dieses Projekts ist es, das Steuerungspotenzial neuer verteilter und/oder integrierter Antriebskonfigurationen in SynTrac auszuschöpfen. Die Lösung wird auf zwei Arten angegangen: Modellbasiert und datengesteuert.

Motivation

Die verteilte Propulsion auf Basis von elektrischen oder hybriden Systemen ist ein vielversprechender Ansatz zur Reduzierung des Energieverbrauchs. In einem verteilten Antriebssystem wird im Allgemeinen jeder Propeller nicht nur zur Erzeugung von Schub (Kraft) verwendet, sondern auch zur Erzeugung von Drehmoment, das für Flugsteuerungszwecke genutzt werden kann. Dies unterscheidet sich grundlegend von konventionellen Flugzeugen, bei denen Flugsteuerung und Antrieb unabhängige Aufgaben haben. Flugsteuerungsaufgaben werden normalerweise durch aerodynamische Oberflächen erledigt, während der Schub vom Antriebssystem bereitgestellt wird. Konfigurationen werden analysiert, bei denen eine kombinierte Kraft-/Drehmomenterzeugung eines Propellers berücksichtigt und möglicherweise für weitere Ziele genutzt werden muss.

Ziel

  • Steuerbarkeit: Wie gut sind die zukünftigen Transportflugzeuge steuerbar?
  • Optimierung: Wie können überflüssige Freiheitsgrade ausgenutzt werden? Kann die Leistung optimiert werden?

Jeder Zuweisungsalgorithmus muss in Echtzeit anwendbar sein,

  • Berechnungsgrenzen müssen garantiert sein,
  • das Zuweisungsergebnis darf nicht konservativ sein, d. h. der physikalische Rahmen muss vollständig ausgenutzt werden.

Lösungsansatz

Das Projekt umfasst das Entwerfen von Modellen für Aktuatoren und Antriebssysteme sowie die Festlegung von modellbasierten Zuweisungs- und Sekundärzuweisungszielen. Darüber hinaus wird ein maschinelles Lernverfahren eingesetzt, und Unterstützung wird für geschlossene Überprüfungsprozesse bereitgestellt.

Rolle in SynTrac

Im Bereich der Flugsteuerung wird der Teil der Steuerzuweisung signifikant durch jedes neuartige verteilte Antriebssystem beeinflusst. Dies ist aus funktionaler und leistungsbezogener Sicht ein Schlüsselproblem des Systems.
Dieses Projekt A04 hat wichtige Schnittstellen zum Projekt A05 (M06, M07, M08). Die Schnittstelle M08 stellt eine starke Zusammenarbeit bei der Entwicklung von Flugmechanik- und Aktuierungsmodellen dar. Dies umfasst auch Verifizierungsmodelle aus A05 und die dadurch generierten Daten zur Schulung der lernbasierten Methode, die in WP3 von A04 vorgeschlagen wird. Insbesondere werden alle relevanten Modell-Daten aus anderen Projekten im Projekt A05 gesammelt und mit A04 ausgetauscht. Daher hat Projekt A04 eine Schnittstelle in dieser Hinsicht.
Projekt A04 liefert Zuweisungsalgorithmen an Projekt A05 (M06, M07), wo sie in einem geschlossenen Regelkreis eines Flugsteuerungssystems verwendet werden. Eine weitere Lieferung sind die Kraft-/Drehmomentgrenzen, die in Projekt 06 (M25) weiter verwendet werden.
Schließlich liefert das Projekt C06 Informationen (D28) an Projekt A04, die für einen ersten Schritt zur Erforschung des Potenzials zur Geräuschreduktion innerhalb eines Aktuator-Zuweisungsproblems erforderlich sind.

An "A04: Verteilte energieeffiziente Flugsteuerung – Methoden der Steuerungszuweisung" beteiligte Personen