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Sicher wie nie zuvor

Wie wichtig Flugregelungssystemen für den Schutz von Passagieren und Flugzeug sind, ist unbestritten. Aufgrund der hohen Kosten finden diese jedoch kaum ihren Weg in das Segment der Kleinflugzeuge. Das will der Flugzeughersteller Diamond Aircraft gemeinsam mit der TU München ändern. Gemeinsam arbeiten sie an innovativen Technologien und Assistenzsystemen, die die Sicherheit von Kleinflugzeugen erhöhen sollen. Ermöglicht wird dies mit dem Einsatz von B&R-Komponenten.

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Das Forschungsflugzeug der TU München kurz vor Start. (Quelle: B&R)

Im Hangar des österreichischen Flugzeugherstellers Diamond Aircraft blickt das Projektteam des Lehrstuhl für Flugsystemdynamik der TU München gespannt auf die Messdaten der Monitore vor ihnen: eben startete das Erprobungsflugzeug von der Abflugbahn und dreht nun am Himmel seine Kreise. Seit die TU München vor knapp acht Jahren ein Forschungsflugzeug erwarb, wird hier gemeinsam im Bereich Flugregelung geforscht. Ziel ist es, Flugzeuge auf Basis der daraus resultierenden Ergebnisse weiterzuentwickeln und wirtschaftliche Lösungen zu finden, um Flugregelungssysteme bei Kleinflugzeugen langfristig zu etablieren.

Die passionierten Luftfahrt-Pioniere

Der Flugzeughersteller Diamond Aircraft wurde bereits 1981 als Hoffmann Flugzeugbau in Kärnten gegründet und gilt als Luftfahrt-Pionierbetrieb. Weltweit arbeiten rund 1.200 Mitarbeiter, davon 500 in Österreich, in den Bereichen General Aviation, Simulatoren, Fernerkundung und IT. Das Unternehmen verfolgt seit jeher visionäre Ziele um Flugzeuge, die den neuesten Standards in Technik, Innovation, Leistung und Design entsprechen, zu entwickeln. So wird etwa zum Bau der Struktur faserverstärkter Kunststoff verwendet, der gegenüber den klassischen Flugzeugbaustoffen, wie Holz oder Metall, eine bessere Oberflächengüte und höhere Festigkeit bei geringem Gewicht bietet.

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(v.l.n.r.) Lars Peter (TU München), Thomas Tholl (Diamond Aircraft) und Lucas Conditt (B&R). (Foto: B&R)

Gemeinsames Forschungsprojekt der TU München und Diamond Aircraft

Bei der Entwicklung und Erprobung von Flugzeugen werden immer höhere Anforderungen an die Genauigkeit der Messtechnik gestellt. Die dafür nötige Luftfahrtelektronik ist für einen Universitätsbetrieb jedoch kaum finanzierbar, weshalb das Projektteam damit begann, eigene Messanlagen zu entwickeln.

Die Anforderungen an die dafür notwendige Technik waren klar definiert – diese musste sowohl eine einfache „Copy-Paste-Play“-Erstinstallation als auch eine modulare Bauweise mit Anbindung für viele verschieden Schnittstellen bieten. Außerdem musste es möglich sein, sowohl digitale als auch analoge Bus-Signale aufzuzeichnen. „Unsere Wahl fiel auf B&R, weil uns hier eine Vielzahl an Erweiterungen der Messanlage geboten wurde, um diese auch an zukünftige Aufgaben anzupassen. Außerdem ist das Unternehmen in Österreich ansässig, was natürlich ein klarer Vorteil gegenüber anderen Anbietern ist, da der lokale Support unsere Fragen schnell beantwortet und wir immer kompetent beraten werden“, sagt Thomas Tholl, Group Leader Automatic Flight Control Systems bei Diamond Aircraft.

Die Messanlage aus den Flugversuchen wurde zum Beispiel für die Entwicklung des DART-450, eines Spezialflugzeugs von Diamond Aircraft, eingesetzt. Beim DART-450 handelt es sich um den weltweit ersten zivilen Kunstflugtrainer der vollständig aus Karbonfaser gebaut wurde und mit Sidestick und Schleudersitzen ausgestattet ist. Konkret wurde damit etwa die Dynamik des Flugzeugs – wie Rollraten und –beschleunigungen – oder aerodynamische Parameter, wie Anstellwinkel und Geschwindigkeiten, gemessen.

Automation PC 910 von B&R als Datenaufzeichnungs-, Routing- und Visualisierungsstelle

Im Forschungsflugzeug der Universität wurde ein Automation PC 910 verbaut, der als zentrale Datenaufzeichnungs-, Routing- und Visualisierungsstelle eingesetzt wird.

Im hinteren Teil des Forschungsflugzeugs wurden mehrere X20-Systeme mit CAN-Bus-Adaptern und weiteren Schnittstellenmodulen von B&R verbaut, mit denen sämtliche Sensorsignale erfasst und an den APC 910 weitergeleitet werden. Mittlerweile wurden in das Projekt rund 7 Mannjahre investiert, die insbesondere in die Entwicklung der Software Library und alle Zusatzfunktionalitäten flossen.

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Der zivile Kunstflugtrainer DART-450 verfügt über eine maximale Startleistung von 500 PS, Sidestick und Schleudersitze. (Foto: Diamond Aircraft)

Mit dem Gesamtsystem aus Automation PC und X20-Modulen wurde eine sehr flexible und kostengünstige Flugversuchsinstallation geschaffen, die nicht nur die Datenaufzeichnung aller relevanten Sensorgrößen und Flugparametern sicherstellt, sondern auch live während des Fluges Zugriff auf alle Informationen gewährt. Der APC leitet dazu aufbereitete Daten via Ethernet an Tablet-Computer, Cockpit-Displays und sogar die Bodenstation weiter.

Für experimentelle Zwecke wird die Flugtestinstallation auch zur Weiterleitung von Signalen aus der Bodenstation an die Flugzeugsysteme genutzt und ermöglicht so die Fernsteuerung des Flugzeugs zur Entwicklung von Technologien für unbemannte Flugzeuge („UAVs“).  „Der nächste Schritt in den kommenden Jahren wird sein, dass im Bereich der Kleinflugzeuge auf digitale Flugsteuerung umgestellt wird“, sagt Lars Peter, Projektleiter und wissenschaftlicher Mitarbeiter der TU München.

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Während das Forschungsflugzeug in der Luft ist, werden Daten gemessen, ausgewertet und neue Algorithmen daraus entwickelt. (Foto: B&R)

Spagat zwischen Kleinflugzeugen und Großindustrie

Die Anforderungen bei Kleinflugzeugen und UAV‘s – sprich hohe Flexibilität und Schnelligkeit in der Entwicklung – unterscheiden sich deutlich von jenen der Großindustrie, zum Beispiel bei Airbus. Beim Bau der DART-450 wurden etwa von der ersten Modellskizze bis zum Jungfernflug nur 12 Monate benötigt.

Da es eines der Hauptziele des Projektteams ist, Flugzeugregelung bei Kleinflugzeugen möglichst kostengünstig anbieten zu können, dreht sich die Forschung bei Messanlagen weitgehend darum. „Wenn ein Kleinflugzeug rund 1.000.000 Euro kostet, darf die Steuerung den Preis nicht verdoppeln. Das ist für den Markt der Privatflieger unattraktiv“, sagt Peter. „Bei den UAV’s ist die Situation ähnlich: Wenn es das Ziel ist, dass mehr Flugzeuge im Luftraum zunehmend zivile Aufgaben übernehmen, darf eines nicht 25.000.000 Euro kosten.“

In diesem Bereich zu experimentieren ist jedoch eine kostspielige Aufgabe. Die bisher eingesetzte Experimentalausstattung die vom Projektteam der TU München in ihrem Forschungsflugzeug verbaut wurde, ist bereits mehr wert als das eigentliche Flugzeug. „Wir sind deshalb B&R sehr dankbar, dass sie uns die Geräte die wir benötigen kostenlos zur Verfügung stellen. Das ist fantastisch und für uns eine absolute Win-Situation“, sagt Peter.

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Beim Forschungsflugzeug der TU München wurde ein Sitzplatz entfernt um stattdessen experimentelle Systeme und B&R-Technik einbauen zu können. (Quelle: B&R)
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Im hinteren Teil des Forschungsflugzeugs wurde ein X20-System mit mehreren CAN-Bus-Adaptern und weiteren Schnittstellenmodulen eingesetzt, mit denen Teile der Sensorsignale erfasst werden. (Quelle: B&R)
  • anonymus
    Thomas Tholl
    Leader Automatic Flight Control Systems, Diamond Aircraft
    „Unsere Wahl fiel auf B&R, weil uns eine Vielzahl an Erweiterungen der Messanlage geboten wurde um diese an zukünftige Aufgaben anzupassen. Außerdem ist das Unternehmen in Österreich ansässig, was natürlich ein klarer Vorteil gegenüber anderen Anbietern ist, da der Support unsere Fragen schnell beantwortet und wir immer kompetent beraten werden."
  • anonymus
    Lars Peter
    Projektleiter und wissenschaftlicher Mitarbeiter, TU München
    „Wir sind B&R sehr dankbar, dass sie uns die Geräte die wir benötigen kostenlos zur Verfügung stellen. Das ist fantastisch und für uns eine absolute Win-Situation.“
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