Flugmechanik, -regelung und Aeroelastizität

Ausgeschriebene Arbeiten

Erstellung von Algorithmen zur Trajektorienoptimierung für die Reduzierung des Energieverbrauches (Masterarbeit)

Basierend auf einem gegebenen kinematischen Modell der Flugzeugbewegung und einem vereinfachten Verbrauchsmodell sollen Ansätze zur Trajektorienplanung und –optimierung betrachtet werden. Diese können umfassen:

  • Kollokations-Methoden: Beispiel „An Introduction to Trajectory Optimization: How to Do Your Own Direct Collocation“ (Matthew Kelly)
  • Modellprädiktive Ansätze (MPC)
  • Feldbasierte Methoden: Beispielsweise A*
  • Graphenbasierte Methoden: RRT

Die Arbeit umfasst einen Literaturüberblick und die Auswahl eines Ansatzes. Eine Demonstration der Umsetzbarkeit (Matlab/Simulink/C) wäre wünschenswert.

Bei Interesse bitte an Henrik Spark wenden. 

 

Entwicklung einer Methode zur Ermittlung der maximalen Beschleunigungen eines UAVs in Abhängigkeit des Flugzustands (Bachelor- oder Masterarbeit, Flugmechanik 2 erforderlich)
Basierend auf den Bewegungsgleichungen eines Multicopters sollen die maximalen Beschleunigungen (theoretisch) in Abhängigkeit der Fluggeschwindigkeit ermittelt werden. Die ermittelten Beschleunigungen sollen im Anschluss mit Hilfe einer geeigneten Methode verifiziert werden.

Die Schritte umfassen:

  • Recherche zur Modellierung und zur Erprobung von Multicoptern
  • Theoretische Analyse der maximalen Beschleunigungen anhand der Bewegungsgleichungen (vereinfacht) eines Multicopters
  • Entwicklung einer Methode zur experimentellen Ermittlung der maximalen Beschleunigungen
  • Erprobung der Methode in einer nichtlinearen Simulation (und im Flugversuch)

Bei Interesse bitte an Christopher Ruwisch wenden.


Tracking Performance Analyse und Evaluierung von UAVs mit und ohne Windstörungen (Bachelor- oder Masterarbeit, Flugmechanik 2)   
Basierend auf einem nichtlinearen Simulationsmodell eines Multicopters soll die Tracking Performance der Positionsregelung analysiert und evaluiert werden.

Arbeiten in diesem Bereich können folgende Punkte umfassen:

  • Recherche zur Analyse und Evaluierung der Tracking Performance von UAVs
  • Modellierung von Windstörungen (insbesondere in Bezug auf den urbanen Raum) in Matlab/Simulink oder C++
  • Analyse der Tracking Performance unter verschiedenen Windstörungen für einen festgelegten Regler in einer nichtlinearen Simulation mit Hilfe geeigneter Methoden
  • Evaluierung der Tracking Performance anhand einer geeigneten Metrik

 
Bei Interesse bitte an Christopher Ruwisch wenden.

Erstellung eines Basis-Flugreglers für den parametrischen aeroelastischen Modellentwurf von Gesamtflugzeugen (Bachelor- oder Masterarbeit)

Beim Entwurf von Flugzeugen ist die Dimensionierung der Struktur abhängig von den Fluglasten. Diese wiederum werden wesentlich durch die Flugregelung beeinflusst, welche primär für die Bahn- und Lageregelung eines Flugzeugs, unter Berücksichtigung des Flugverhaltens, ausgelegt wird. In der Arbeit soll ein generischer Flugregler so ausgelegt werden, dass sich seine Parameter an denen der jeweils entworfenen Flugzeugkonfiguration orientieren. Dieser Regler soll weiterhin in ein am Fachgebiet vorhandenes Werkzeug zum aeroelastischen Modellentwurf integriert werden.

Bei Interesse bitte an Wolf Krüger wenden.

Entwicklung und Bewertung eines neuen, verteilten Lastminderungssystems auf der Grundlage einer integrierten Last- und Aktuatorregelung. (Masterarbeit)

Der Umfang der Arbeit umfasst die Entwicklung und Implementierung einer dezentralen Lastregelung für die inneren und äußeren Querruder, die auf dem neuen Regelungskonzept basiert. Der Regler soll validiert und mit einem klassischen Regelungsansatz verglichen werden, wobei eine geschlossene Simulationsumgebung verwendet wird, die ein aeroservoelastisches Modell eines generischen Langstreckenflugzeugs, Flugsteuerungssysteme und Aktuatorikmodelle umfasst.

Die Schritte umfassen:

  • Definition einer auf dem neuen Ansatz basierenden Regelungsstruktur, die geeignet ist, die Roll- und Sturzdynamik sowie ausgewählte aeroelastische Modi zu kontrollieren.
  • Implementation der Regelungsstruktur in MATLAB/SIMULINK
  • Ableiten von linearen Modelle von nicht lineare Simulationen für Referenzflugzustände
  • Linearer Entwurf der Steuerungsparameter für die ausgewählten Flugzustände unter Verwendung strukturierter Zustandsrückführung und modaler Regelungsverfahren
  • Bewertung des Regelverhaltens in der nichtlinearen Simulation für die gewählten Referenzflugzustände
  • Analyse des Regelungsaufwands und der Sensitivität der Stabilität und der Regelungsqualität in Bezug auf die Leistungsbeschränkungen der Aktoren.
  • Vergleich des entwickelten Reglers mit einem zentralen Lastminderungsansatz auf der Grundlage geeigneter Benchmark-Kriterien.

Bei Interesse bitte an Dr.-Ing. Wolfram Meyer-Brügel wenden.

LPV/LFR-Regelung zur aktiven Flatterunterdrückung eines typischen Profils (Masterarbeit)

Das FMRA hat eine neuartige gain-scheduling state-feedback Regelungsstrategie entwickelt, um die aktive Flatterunterdrückung eines Smart Tragflächenmodells zu bewältigen. Im Gegensatz zu anderen gain-scheduled Regelungsansätzen in der Literatur, erlaubt dieser Ansatz die Kombination von polytopischen und linearen fraktionalen Darstellungen in einem bestimmten Rahmen, um die Freiheitsgrade eines Regelungsentwurfs zu erhöhen. Die Synthesebedingungen wurden unter Verwendung von parameterabhängigen Lyapunov-Funktionen abgeleitet, die mit einem statischen Vollblockmultiplikatorenkonzept verbunden sind, um eine weniger konservative Bedingung zu erhalten, so dass alle zeitvariablen Parameter des linearen Systems einbezogen werden können. Der ausgeprägte gain-scheduled Controller wird aus der Existenz von linearen Matrixungleichungen (LMIs) abgeleitet, wobei die wichtigsten Schritte zur Erlangung eines solchen parameterabhängigen Controllers angegeben werden.

Die Forschungsaufgabe umfasst:

  •     Literaturübersicht über Flutter, aktive Flatterunterdrückung, LPV/LFR-Regelung und Modellierung typischer Profil.
  •     Auswahl und Charakterisierung eines neuen Satzes von Torsionsfedern für den typischen Profil.
  •     Aktualisierung und Validierung des Modells des typischen Profil durch Windkanalversuche.
  •     Entwurf der LPV/LFR-Regelung für AFS für den typischen Profil.
  •     Implementierung und Test der Regelung für AFS des typischen Profils im Windkanal.
  •     Diskussion und kritische Bewertung der Ergebnisse.
  •     Dokumentation aller Arbeitsschritte

Bei Interesse wenden Sie sich bitte an Dr. Pedro Jose Gonzalez Ramirez.