Flugmesstechnik

Die im Fachgebiet Luftfahrttechnik mithilfe von LabVIEW entwickelte Software des MACS-Systems ermöglicht die Konfiguration, Steuerung und Datenaufzeichnung aller Sensoren. Sie verfügt über eine modulare Benutzeroberfläche mit verschiedenen Ansichten für spezifische Messaufgaben (z. B. Ruderwege, Steuerkräfte, GPS-Daten). Die Daten werden im TDMS-Format oder als csv-Datei gespeichert und können so im Post-Processing ausgewertet werden. Die Software zeichnet sich durch hohe Transparenz, Erweiterbarkeit und Anpassbarkeit an verschiedene Sensoren und Messaufgaben aus.

Das iNAT FSLG-01 der Firma iMAR Navigation GmbH ist ein hochpräzises Inertialnavigationssystem mit FOG-Technologie und integriertem GNSS-Empfänger (einschließlich RTK-Fähigkeit). Es liefert Daten zu Lage, Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung mit einer Rate von bis zu 500 Hz. Dank der Gyrokompass-Funktionalität ist auch eine autonome Navigation ohne GNSS möglich. Die Datenfusion erfolgt mittels eines Kalman-Filters mit über 42 Zuständen. Das System ist für Luft-, Land-, See- und Unterwasseranwendungen geeignet.

Die Luftdatensonde DIFG-05 der Firma Steinbeis Flugzeug- und Leichtbau GmbH wird zur Bestimmung der Fluggrößen im aerodynamischen Koordinatensystem für die Flugleistungsvermessung eingesetzt. Das System besteht aus einem CFK-Mast mit Prandtl-Sonde zur Messung des dynamischen und absoluten Drucks sowie der Temperatur. Druckaufnehmer in einer Messbox am Ende des Mastes dienen zur Messung der Drücke. Antestell- und Schiebewinkel werden über Windfähnchen am Mast gemessen. Das gesamte System liefert folgende Messwerte: 

• kalibrierte Fluggeschwindigkeit (Calibrated Airspeed),
• wahre Fluggeschwindigkeit (True Airspeed),
• Anstellwinkel (Angle of Attack),
• Schiebewinkel (Angle of Sideslip),
• barometrische Höhe (Altitude),
• Lufttemperatur (Outside Air Temperature),
• Luftdichte (Air Density).

Die Messwerte werden per Funkstrecke von der Messbox ins Innere des Flugzeugs zu einem zentralen Messrechner übertragen. Auf diese Weise ist keine aufwändige Verkabelung bei der Installation am Flugzeug notwendig.

Der Steuerkraftsensor wurde im Fachgebiet Luftfahrttechnik entwickelt. Er misst die Steuerkräfte in X- und Y-Richtung mit einer Messgenauigkeit von 0,1 % bis zu ±200 N. Die Datenübertragung erfolgt kabellos via Bluetooth, die Energieversorgung übernimmt ein interner Akku, der eine Laufzeit von 7,5 Stunden ermöglicht. Der kompakte Sensor ist mobil einsetzbar und ermöglicht die Echtzeitüberwachung von Steuerkräften.

Die Ruderwegssensoren erfassen die Ausschläge der Höhen-, Seiten- und Querruder. Jeder Sensor nutzt ein in einem CFK-Gehäuse verbautes Potentiometer zur Winkelmessung und überträgt die Daten kabellos über XBEE-Pro-Funkmodule. Die Energieversorgung erfolgt über einen Akku. Ein Arduino-Empfänger am Messrechner übernimmt die Auswertung.

Für den Einsatz in der Flugleistungsvermessung wurde eine Variante der Luftdatensonde entwickelt, die ohne Windfähnchen die Messung von Anstell- und Schiebewinkel ermöglichen sollte. Diese Lutdatensonde verfügt über einen 5-Lochsondenkopf, der die unterschiedlichen Differenzdrücke aufnehmen soll. Der Sondenkopf wurde im Labor der Luftfahrttechnik gefertigt und zusammen mit einer IMU und einem GNSS-Empfänger in ein einziges CFK-Rohr implementiert. Die Stromversorgung erfolgt aus Lithium-Ionen-Akkus, die ebenfalls in das Rohr integriert wurden. Die gesamte Sensorik und Stromversorgung ist modular aufgebaut und kann bei Bedarf angepasst oder erneuert werden. Zu diesem Zweck befinden sich alle Komponenten auf einem zylindrischen Träger, der in das CFK-Rohr geschoben und fixiert wird. Für Kalibrationszwecke wurden Windfahnen an der Sonde angebracht. Nach Kalibrierung in einem Windkanal und in Flugversuchen sind diese jedoch nicht mehr erforderlich. Eine erste Abschätzung der zu erwartenden Druckdifferenzen bei unterschiedlichen Anströmwinkeln wurde mithilfe von Methoden der numerischen Strömungssimulation CFD (STAR-CCM+) untersucht. Die Flugerprobung des Systems steht zur Zeit noch aus.