Präzisere Echtzeit-Flugsimulation kleiner Nutzflugzeuge durch Integration feingranularer Teilmodelle

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Die Integration unbemannter Luftfahrzeuge in den zivilen Luftraum erfordert einen Prozess für die Entwicklung der sicherheitskritischen Avioniksysteme, der eine vergleichbare Zuverlässigkeit wie die im CS-25 Bereich üblichen Entwicklungsmethoden gewährleistet. Dafür werden bisher kaum verfügbare, detaillierte Echtzeitsimulationsmodelle benötigt, die die spezifischen Besonderheiten kleinerer Luftfahrzeuge (oft aus der CS-23 Kategorie) berücksichtigen. Die Übertragung etablierter Komponentenmodelle aus anderen Anwendungsbereichen in die Echtzeitflugsimulation ist meist nicht trivial. Ein Beispiel ist das hier beschriebene Simulationsmodell des Motorsegelflugzeugs STEMME S15, das für die Entwicklung eines hochdynamischen, vollauthoritären Flugsteuerungssystems aufgebaut wurde. Es werden detaillierte Ansätze zur Modellierung der Aktuatorik und des Fahrwerks vorgestellt und die Herausforderungen betrachtet, die mit der Integration in die Echtzeitsimulation verbunden sind. Die entwickelten Teilmodelle werden experimentell validiert und die Relevanz anhand von Flugversuchsergebnissen aus der Erprobung des Flugsteuerungssystems demonstriert./New civil applications for UAV and smaller utility aircrafts have been rapidly unclosed by recent advances in UAV-Technology. The operation of these systems implies a considerable safety risk. For the soft- and hardware development of the complex and safety critical avionic systems involved a process is required, which is able to guarantee a comparable reliability like methods used for the development of CS-25 aircraft. This calls for detailed, but still real time capable simulation models, which adequately account for the characteristics of these smaller aircraft typically attributed to the CS-23 category. Such models are rarely available yet, due to the still minor commercial relevance of this aircraft class, as well as the common development process, which primary relies on classical verification methods based on experimental and calculative evidence. The required modelling approaches on a component level are established in other applications. However, their integration into system dynamical real-time flight simulation is seldom trivial. The contribution of this work concerns this integration process. Challenges and methods are addressed, comprising not only an efficient implementation, but also the derivation of analogous quasi stationary models for higher frequency sub dynamics as well as numerical methods able to cope with discontinuous and nonlinear model behavior. Specific attributes of CS-23-type aircraft have to be considered though, impeding a direct reuse of equivalent models common for CS-25 and military aircrafts.