Schönenberg T. Flugeigenschaftskriterien zur Hubschraubersteuerung mit aktiven Sidesticks: Diss. … Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Flugführung, Braunschweig. - Köln: DLR, Bibliotheks- und Informationswesen, 2012. - xviii, 219 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2012-23). - Ref.: S.215-219. - ISSN 1434-8454  Место хранения:   061 | Институт оптики атмосферы CO РАН | Томск | Библиотека

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Abbildungen .................................................... ix Tabellen ....................................................... xi Vorwort ....................................................... xvi Nomenklatur .................................................... xv 1 Einführung ................................................... 1 1.1 Problemstellung ......................................... 2 1.2 Stand der Wissenschaft und Technik ...................... 3 1.3 Wissenschaftliche Fragestellungen ....................... 6 1.4 Methodik und Aufbau der Arbeit .......................... 7 2 Flugeigenschaftsbewertung von Hubschraubern .................. 9 2.1 Aeronautical Design Standard 33 ......................... 9 2.2 Response Types ......................................... 12 2.3 Quantitative Kriterien ................................. 13 2.3.1 Equilibrium Characteristics ..................... 13 2.3.2 Bandwidth/Phase Delay ........................... 15 2.3.3 Attitude Quickness .............................. 16 2.3.4 Control Power ................................... 18 2.3.5 Height Response Characteristics ................. 18 2.3.6 Vertical Axis Control Power ..................... 19 2.3.7 Translational Rate Command ...................... 20 2.3.8 Turn Coordination ............................... 20 2.4 Qualitative Kriterien (Mission Task Elements) .......... 20 2.4.1 Hover-MTE ....................................... 21 2.4.2 Hovering-Turn-MTE ............................... 21 2.4.3 Pirouette-MTE ................................... 24 2.4.4 Vertical-Maneuver-MTE ........................... 24 2.4.5 Depart/Abort-MTE ................................ 24 2.4.6 Lateral-Reposition-MTE .......................... 24 2.4.7 Slalom-MTE ...................................... 24 3 Aufbau der Versuchsumgebung ................................. 25 3.1 Simulator .............................................. 25 3.2 Sidesticks ............................................. 26 3.1 Geometrie und Kinematik ................................ 27 3.2.2 Mathematische Beschreibung der Steuerkraftcharakteristik ....................... 28 3.2.3 Kalibrierung .................................... 29 3.3 MTE-Testkurse .......................................... 31 3.4 Task-Performance-Displays .............................. 31 4 Entwurf eines konzeptionellen Hubschraubermodells ........... 37 4.1 Modellstruktur ......................................... 38 4.1.1 Steuereingaben .................................. 38 4.1.2 Translatorische Dynamik ......................... 40 4.1.3 Vertical Rate Command/Height Hold ............... 41 4.1.4 Turn Coordination ............................... 41 4.1.5 Rate Command/Attitude (Direction) Hold .......... 42 4.1.6 Attitude Command/Attitude Hold .................. 43 4.1.7 Translational Rate Command ...................... 44 4.2 Analyse der Flugeigenschaften .......................... 45 4.2.1 Translatorische Dynamik ......................... 46 4.2.2 Vertical Rate Command ........................... 46 4.2.3 Rate Command .................................... 47 4.2.4 Attitude Command ................................ 48 4.2.5 Translational Rate Command ...................... 53 4.3 Konfiguration des Modells .............................. 54 4.3.1 Translatorische Dynamik ......................... 56 4.3.2 Vertical Rate Command ........................... 56 4.3.3 Rate Command .................................... 57 4.3.4 Attitude Command ................................ 58 4.3.5 Translational Rate Command ...................... 60 4.4 Validierung ............................................ 61 5 Statistische Versuchsplanung ................................ 67 5.1 Definition der Teilexperimente ......................... 67 5.2 Parameterdiagramm ...................................... 68 5.3 Faktoren ............................................... 69 5.4 Faktorwertebereiche .................................... 71 5.4.1 Steuerwege ...................................... 73 5.4.2 Steuerkräfte .................................... 73 5.4.3 Dynamik ......................................... 74 5.5 Signal- und Störgrößen ................................. 75 5.6 Qualitätsmerkmale ...................................... 77 5.7 Versuchspläne .......................................... 77 6 Versuchsdurchführung ........................................ 81 6.1 Auswahl der Piloten .................................... 81 6.2 Organisation des Versuchsablaufs ....................... 82 6.3 Erfassung der Versuchsergebnisse ....................... 84 6.4 Ergebnisverteilung ..................................... 85 7 Statistische Modellbildung .................................. 87 7.1 Varianzreduktion ....................................... 87 7.2 Varianzanalyse ......................................... 88 7.2.1 Zyklisches Steuer (Rate Command) ................ 90 7.2.2 Zyklisches Steuer (Attitude Command) ............ 90 7.2.3 Zyklisches Steuer (Translational Rate Command) ........................................ 92 7.2.4 Giersteuer ...................................... 92 7.2.5 Kollektivsteuer ................................. 92 7.2.6 Signifikante Effekte ............................ 92 7.3 Regressionsanalyse ..................................... 94 7.3.1 Modellansätze ................................... 94 7.3.2 Parameterwerte .................................. 96 7.3.3 Modellvalidierung ............................... 96 8 Optimierung und Sensitivitätsanalyse ....................... 101 8.1 Zyklisches Steuer (Rate Command) ...................... 102 8.2 Zyklisches Steuer (Attitude Command) .................. 106 8.3 Zyklisches Steuer (Translational Rate Command) ........ 109 8.4 Giersteuer ............................................ 112 8.5 Kollektivsteuer ....................................... 115 9 Flugeigenschaftskriterien .................................. 119 9.1 Zyklisches Steuer ..................................... 120 9.1.1 Statische Steuerkraftcharakteristik ............ 121 9.1.2 Dynamische Steuerkraftcharakteristik ........... 124 9.2 Giersteuer ............................................ 125 9.3 Kollektivsteuer ....................................... 126 10 Einfluss des Response Type ................................. 129 10.1 Zyklisches Steuer ..................................... 129 10.1.1 Statische Steuerkraftcharakteristik ............ 129 10.1.2 Dynamische Steuerkraftcharakteristik ........... 132 10.2 Gier- und Kollektivsteuer ............................. 133 11 Schlussfolgerungen und Ausblick ............................ 137 11.1 Schlussfolgerungen .................................... 137 11.2 Ausblick .............................................. 140 A Mission Task Elements ...................................... 143 A.l Hover-MTE ............................................. 144 A.2 Hovering Turn-MTE ..................................... 146 A.3 Pirouette-MTE ......................................... 148 A.4 Vertical-Maneuver-MTE ................................. 150 A.5 Depart/Abort-UTE ...................................... 152 A.6 Lateral-Reposition-MTE ................................ 154 A.7 Slalom-MTE ............................................ 156 В Mathematische Herleitungen ................................. 159 B.l Kinematische Entkopplung und Drehratenrekonstruktion ............................... 159 B.1.1 Lage- und Richtungshaltung (RCAH+RCDH) ......... 159 B.1.2 Lagehaltung und Gierratenrekonstruktion (RCAH+TC) ...................................... 160 B.1.3 Richtungshaltung und Drehratenrekonstruktion (ACAH+RCDH) .................................... 161 B.1.4 Drehratenrekonstruktion (ACAH+TC) .............. 161 B.2 Flugeigenschaftsmetriken (Rate Command) ............... 161 B.2.1 Bandwidth/Phase Delay .......................... 162 В.2.2 Attitude Quickness ............................. 163 B.2.3 Control Power .................................. 164 B.3 Flugeigenschaftsmetriken (Attitude Command) ........... 164 B.3.1 Bandwidth/Phase Delay .......................... 165 B.3.2 Attitude Quickness ............................. 166 B.3.3 Control Power .................................. 171 С Fragebögen und Bewertungsskalen ............................ 173 D Randomisierung der Versuchspläne ........................... 179 E Handling Qualities Ratings und Varianzreduktion ............ 183 F Varianzanalysen ............................................ 189 G Regressionsmodelle ......................................... 195 H Konturdiagramme ............................................ 205 Referenzen .................................................... 215