Flugsystemtechnik

Flugsystemtechnik umfasst die technischen Aspekte aller zur sicheren Durchführung eines (automatischen) Fluges benötigten Systeme, z.B. der Flugsteuerung, und bildet somit einen zentralen Bestandteil von fliegenden Systemen. Im Bereich der Luft und Raumfahrt ist der Grad an Automatisierung solcher Systeme, durch die Anwendung Regelungstechnischer Methoden, bereits recht hoch, nichtsdestotrotz wird er in den nächsten Jahrzehnten noch weiter gesteigert werden. Wie man am Siegeszug der UAS (Unmaned Aerial Systems), oftmals als Drohnen bezeichnet, leicht ablesen kann.

Die umfangreichen Anwendungsgebiete (Katastrophenschutz, Inspektion von Infrastruktur aus der Luft, precision Farming, etc.) von UAS wurden zum Teil erst in den letzten Jahren deutlich und aufgrund von Massenproduktion einzelner Komponenten von fliegenden Systemen für große Bereiche der Wissenschaft und Forschung sowie der Gesellschaft und Industrie erschwinglich.

Nicht nur unbemannte, sondern auch bemannt fliegende Systeme werden in Zukunft noch weiter automatisiert werden, da die Steuerungs- und Stabilitätseigenschaften eines fliegenden Systems sich in weiten Bereichen über künstliche Hilfsmittel (Flugregelung) beeinflussen lassen. Voraussetzung zur Erzielung guter Eigenschaften ist die Möglichkeit, entsprechende Steuermomente zur Einleitung von Bewegungsänderungen zu erzielen. Wenn die Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit über entsprechende Redundanzen sichergestellt sind, kommt den natürlichen Eigenschaften des Flugzeugs ohne Regler keine Bedeutung mehr zu. Die Auslegung kann dann rein nach Flugleistungs- und Steuerungsgesichtspunkten erfolgen.

Aktive Steuerungstechnologien (Active Control Technology, ACT) ermöglichen die flugleistungsmäßige optimale Konfiguration für bemannte als auch unbemannte moderne Hochleistungsflugzeuge zu entwickeln. Wenn diese Konfiguration instabil ist kann mittels aktiver Steuersysteme wieder ausreichend Stabilität herbeigeführt werden. Außer der künstlichen Stabilisierung umfasst ACT noch weitere Konzepte mit unterschiedlichen Aufgabenstellungen. Als wichtige Entwurfskonzepte bzw. Technologien sind folgende zu nennen:

  • Direkte Kraftsteuerung,
  • Manöverlaststeuerung,
  • Böenlaststeuerung und
  • Flatterunterdrückung.

Die Zielsetzungen, die hiermit verfolgt werden, sind:

  • Verbesserung der Flugleistungen,
  • Verbesserung des Piloten-Passagierkomforts und
  • Verringerung des Strukturgewichts.

Neben der Erforschung und Anwendung von aktiven Steuerungstechnologien für einzelne fliegende Systeme ist die Steuerung dezentraler, verteilter fliegender Systeme (homogene und heterogene Gruppen oder Schwärme) in Zukunft von Interesse.

Daher ist ein gutes Verständnis der Physik solcher Systeme, der Interaktion mit dem Piloten oder Operateur sowie der einzelnen meist mechatronischen Teilkomponenten und die kompetente Anwendung innovativer regelungstechnischer Methoden von herausragender Bedeutung. Dies wird vom Fachgebiet in der Lehre, sowie in Abschlussarbeiten adressieren und aufgegriffen. Inhaltlich kommt es hierbei zu interdisziplinären Überschneidungen und Kooperationen mit anderen Fachgebieten und Studiengängen. Durch die vermittelten Inhalte, die nicht nur auf fliegende Systeme, sondern auf Systeme im allgemeinen angewendet werden können, bietet die Flugsystemtechnik sehr gute Voraussetzungen für einen interessanten und kreativen Beruf in der Luft- und Raumfahrt sowie in anderen Industriezweigen sowie bei Behörden.

Arbeits- & ForschungsgebieteBereich öffnenBereich schließen

Flugsystemtechnik umfasst die technischen Aspekte aller zur sicheren Durchführung eines Fluges benötigten Systeme, z.B. der Flugsteuerung.

Besonderes Interesse besteht an Systemen zur Beobachtung und Regelung großer, flexibler und leichter fliegender Strukturen, z.B. mittels Lastenbeobachtern (Kalman-Filter, etc.) und innovativen, nichtlinearen, regelungstechnischen Ansätzen (nonlinear stochastic disturbance accommodating control, flachheitsbasierte Regelung, nonlinear modell predictive control, etc.) zur Reduktion von Lasten. Hierdurch ist es möglich die (Flugzeug-) Struktur von vornherein so leicht und damit flexibel auszulegen, dass in Bereiche der Flugleistungen hinsichtlich Flugdauer und Reichweite vorgedrungen werden kann, die heutzutage noch nicht möglich sind. Neben der Steigerung der Flugleistungen ist die nichtlineare, dynamische Interaktion der Struktur und der Flugdynamik von herausragender Bedeutung.

Aufgrund der zunehmenden Automatisierung des Flugverkehrs, vor allem mit UAS (Unmand Aerial Systems), ist ein weiterer Interessensschwerpunkt die Lösung verteilter Probleme ohne zentrale Steuerung. Hierfür müssen für homogene, wie auch für heterogene, Gruppen bzw. Schwärme innovative Flugführungs- und Flugregelungsansätze sowie neuartige Schnittstellen zum Menschen (HMI, Human Maschine Interface) erarbeitet und umgesetzt werden.

LehrgebieteBereich öffnenBereich schließen

  • Einführung in die Informatik I (Technische Informatik)
  • Einführung in die Informatik II (S/W Grundlagen)
  • Messtechnik, Systeme und Signale
  • Regelungstechnik
  • Flugregelung (Masterkurs)
  • Ausgewählte Aspekte von aktiven Steuerungstechnologien (Wahlpflichtfach im Master)

Labore und EinrichtungenBereich öffnenBereich schließen

Themen für AbschlussarbeitenBereich öffnenBereich schließen

  • Entwicklung und Implementierung eins nichtlinearen flugmechanischen Modells des Erprobungsträgers „Peregrine“
  • Vergleich zweier Methoden zur Drehzahl Regelung für eine Gleichstrom Nebenschluss Maschine
  • Modellierung, Analyse und Regelung eines Blimp
  • Modellierung, Analyse und Regelung eines Segways

Initiativbewerbungen zu (Flug-) Systemtechnischen Themen oder auch aus dem Bereich der Regelungstechnik sowie der Automatisierung sind sehr willkommen!

KurzvitaBereich öffnenBereich schließen

seit 10/2019

Professor für Flugsystemtechnik an der TH Wildau

2015 - 2019

Dozent an der Technischen Hochschule Wildau für das Fach Flugregelung

2013 – 2019

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt Institut für Flugsystemtechnik (Abteilung: Hubschrauber)

2012 - 2013

Projektingenieur bei der Stemme AG in Strausberg

2005 – 2012

Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Technischen Universität Berlin Institut für Luft- und Raumfahrt (Fachgebiet Flugmechanik, Flugregelung und Aeroelastizität)

1998 – 2005

Studium des Maschinenbaus (Vertiefung Luft- und Raumfahrt) an der Technischen Universität Braunschweig und der University of Glasgow

Ansprechpartner


	Prof. Dr.-Ing. Arndt Hoffmann

Leitung des Fachgebietes Prof. Dr.-Ing. Arndt Hoffmann Prof. Dr.-Ing. Arndt Hoffmann