Wolfgang Alles

Erweiterung der Einsatzgrenzen

In den letzten Jahrzehnten sind sowohl im zivilen als auch im militarischen Bereich die Flugaufgaben rapide gewachsen. Gleichzeitig wurde die Flugzeugbesatzung reduziert (Zwei-Mann-Cockpit). Aufgaben wie die Landung ohne jede Sicht (CAT III B), der Schnellflug in Bodennahe bei hoher Luftturbulenz oder die Fuhrung eines instabilen Flugzeugs sind vom Menschen nicht mehr ohne Reglerunterstutzung durchfuhrbar. Regler fur diese neuen Aufgaben mussen volle Autoritat erhalten, da der Pilot nicht mehr in der Lage ist, ihre Funktion zu ubernehmen. Das ist aber nur bei entsprechend hoher Zuverlassigkeit realisierbar und bedingt eine Vermehrfachung (Redundanz) der Regler in Verbindung mit einer automatischen Uberwachung und Fehlerbeseitigung. Auch der Flugzustand mus laufend automatisch uberwacht und die Uberschreitung seiner Grenzen (z. B. Anstellwinkel, Machzahl) verhindert werden.

Analyse des dynamischen Flugzeugverhaltens

In Kapitel 6 wurde anhand reduzierter, nichtlinearer Gleichungen das Flugzeugverhalten “im Grosen” analysiert. Aus der Betrachtung des Krafte- und Energiegleichgewichts wurde die Reaktion des Flugzeugs auf Steuerbefehle und Windstorungen untersucht. Nachdem in Kapitel 7 die Gleichungen der Flugzeugdynamik linearisiert und in Zustandsform uberfuhrt wurden, soll hier das Flugzeugverbalten “im Kleinen”, d.h. bei kleinen Abweichungen von einem stationaren Arbeitspunkt analysiert werden. Dafur werden sowohl die Zustandsgleichungen selbst herangezogen, als auch die aus ihnen abgeleiteten Ubertragungsfunktionen. Zur Vereinfachung werden die linearen Abweichungen (δ) der Bewegungsgrosen nicht gesondert gekennzeichnet.

Regelungsaufgaben und Auslegungsziele

Das oberste Ziel bei der Auslegung von Flugzeugen ist die Sicherheit; diesem sind alle ubrigen Ziele untergeordnet. Ob es sich darum handelt, einen einzelnen Passagier nach einem Stadtrundflug wieder auf dem Ausgangsflugplatz zu landen, oder ob hunderte von Menschen in einem Grosraumflugzeug von Frankfurt nach Tokio befordert werden sollen, immer geht es im zivilen Bereich ausschlieslich darum, Menschen sicher an ihren Bestimmungsort zu bringen. Wirtschaftlichkeit, Flugkomfort und Punktlichkeit sind zwar ebenfalls wichtige Ziele; sie sind demgegenuber aber von untergeordneter Bedeutung.

Manuelle Führung mit Reglerunterstützung

Bisher wurden Flugregler ausschlieslich fur sich allein betrachtet, d. h. ohne die Funktion des Piloten zu berucksichtigen. Es wurde angenommen, das der Pilot uber das Reglerbediengerat Sollwerte vorgibt oder, das diese Vorgaben von einem Flugmanagement-Rechner geliefert werden. Es gibt aber Reglerbetriebsarten, bei denen Pilot und Regler sehr eng zusammenwirken. Diese sind seit der Einfuhrung der Fly-by-Wire-Technik sogar zu Basisbetriebsarten geworden. Wegen der Schnittstellen zwischen Pilot und Regler (Anzeigen, Bedienelemente) und der notwendigen, sorgfaltigen Abstimmung zwischen beiden sind solche Betriebsarten technisch aufwendiger als vollautomatische Regler.

Entwicklungsprozeß für Flugregelungssysteme

Bisher wurden Entwurfsverfahren fur Flugregler – genau genommen fur ihre Funktionen und Algorithmen – behandelt. Das Augenmerk lag dabei auf physikalischen und funktionalen Aspekten, nicht auf der Realisierung durch Rechenalgorithmen (Software) und deren Einbettung in die Rechner des Regelungssystems. Ein Flugregelungssystem ist ein komplexes und sicherheitskritisches System (s. Kap.19 und 20), bestehend aus Sensoren (s. Kap.9), Rechnern (mit hochintegrierten, elektronischen Schaltkreisen), Aktuatoren (s. Kap.10), elektrischer und hydraulischer Energieversorgung, Bedienelementen und Anzeigen im Cockpit (s. Kap.18) sowie Schnittstellen zu verschiedenen anderen Systemen des Flugzeugs (z. B. zum Warnsystem und zum Wartungssystem) und es steht in enger Beziehung zu den flugphysikalischen Eigenschaften des Flugzeugs (vgl. Kap.3 bis 8). Es ist also ein integraler Bestandteil des Flugzeugs. Deshalb reicht es nicht aus, ein Flugregelungssystem fur sich alleine zu entwickeln, sondern seine Entwicklung ist ein Teil des gesamten Flugzeug-Entwicklungsprozesses.