Systematisches Energiemanagement für Flug mit elektrischen Antrieben zur Ressourcenschonung (STELAR)
Einleitung
Im Verbundvorhaben STELAR (Systematisches Energiemanagement für Flug mit elektrischen Antrieben zur Ressourcenschonung) wird ein Flugzeug der allgemeinen Luftfahrt auf die Bedürfnisse eines Elektroantriebs optimiert und angepasst. Das Vorhaben basiert auf den Erkenntnissen aus vorherigen Forschungsprojekten zu Flugstrategien, Entwicklung sicherheitskritischer Software in kleinen Teams und zu neuen Antriebskonzepten. Das Vorhaben der Technischen Universität Berlin trägt dazu bei, im Verbund STELAR einen Beitrag zur umweltfreundlicheren Luftfahrt zu leisten.
Ziele
An der TU Berlin wird eine Funktion für die Bahnführung entwickelt, die den aktuellen Zustand der Antriebskomponenten und der atmosphärischen Bedingungen in die Bahnplanung mit einbezieht. Dies führt zu einer Reduktion der Emissionen und zu einer Erhöhung der Reichweite, was bei aktuellen Elektroantrieben essentiell ist. Die entwickelte STELAR-Funktion wird in Flugsimulatortests und Hardware-in-the-Loop Tests validiert. Basis für diese Entwicklungen ist ein modellbasierter Ansatz. Auf der Grundlage von Modellen der Aerodynamik und des Antriebsystems eine ist eine modulare Simulationsumgebung erstellt worden. Eine energieoptimale und damit ressourcenschonende Bahnführung für die allgemeine Luftfahrt wird anhand dieser Simulationsumgebung entwickelt.
Aufgaben der TU Berlin
- Modulare Simulationsumgebung:
Entwicklung einer modularen Simulationsumgebung zur Integration von verschiedenen Antriebskomponenten, Flugmissionen und Aerodynamiken in die Simulation. Außerdem dient die Simulationsumgebung für den Entwurf der STELAR-Funktion. - STELAR-Funktion:
Entwicklung einer Energiemanagement-Funktion (STELAR-Function) sowie der dazu notwendigen Entwurfs-Werkzeuge und -Methoden. Die Funktion berechnet Bahnführungs- und Steuerkommandos für den automatischen Flug oder zur Anzeige für den Piloten beim manuellen Flug mit Flight-Director, so dass das Flugzeug während des gesamten Fluges energieoptimal geregelt wird. - Entwickeln der Mensch-Maschine-Schnittstelle im Cockpit für die Bedienung und Darstellung des aktuellen Zustands der STELAR-Funktion, sowie die Darstellung des Führungs-kommandos als Flight-Director.
- Für den Test der STELAR-Funktion und die Mensch-Maschine-Schnittstelle ist ein HIL-Versuchsaufbau vorgesehen.
Wissenschaftliche Veröffentlichungen
Die TUB befindet sich im Aufgabenpaket der STELAR-Funktion. Dazu sind folgende Veröffentlichungen entstanden:
DLRK 2023:
H. Spark, Y. Gazmawe, F. J. Silvestre; TU Berlin, DE. “Coupling of a Trajectory Optimisation Strategy to Local Optimal Setpoints for Electric Aircraft” DLRK 2023, Stuttgart
AIAA SciTECH 2023:
Henrik Spark, Pedro J. González Ramirez, Christopher Ruwisch, Wolfram Meyer-Brügel and Flávio J. Silvestre. "Development and Experimental Testing of Flight Path Control using Total Energy Control and SISO Control Loops," AIAA 2023-0104. AIAA SCITECH 2023 Forum. January 2023. https://doi.org/10.2514/6.2023-0104
DLRK 2021:
H. Spark, P. J. González, C. Ruwisch, W. Meyer-Brügel and F. J. Silvestre, “An Assessment of Aircraft Control via SISO Control Loops and Total Energy Control”, DLRK 2021 (online, Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2022). https://doi.org/10.25967/550216
Partner
- Alexander Schleicher GmbH
- APUS Aviation Engineering GmbH
Förderung
© Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Laufzeit: 11/2020 – 11/2024
LuFo VI-1
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