Aktuelle Themen für Abschlussarbeiten (Bachelor- und Masterarbeiten)

Das Institut für Aeronautical Engineering bietet eine Vielzahl an Themen für sowohl theoretische als auch experimentelle Abschlussarbeiten (Bachelor- und Masterarbeiten) an. Die Themen können von Studierenden der Studiengänge Aeronautical Engineering (AER), Maschinenbau (MB), Wehrtechnik (WT) und Computer Aided Engineering (CAE) bearbeitet werden. Darüber hinaus besteht auch für externe Studierende die Möglichkeit, in Kooperation mit anderen Hochschulen und Universitäten an unserem Institut eine Abschlussarbeit zu schreiben.

Luftfahrtantriebe

(2) Konstruktion und FEM-Analyse von CFK-Triebwerksschaufeln

Konstruktion und FEM Analyse von CFK Triebwerksschaufeln.pngInnerhalb des wissenschaftlichen Zentrums DTEC.bw bzw. dessen Subprojekt ELAPSED (Electric Aircraft Propulsion – safe, efficient, digitally linked) wird ein elektrisch angetriebener Propulsor entwickelt. Dazu wurde in einem ersten Schritt ein Tool zur automatisierten aerodynamischen Auslegung einer Fanstufe implementiert, dessen Ergebnis unter anderem das CAD-Modell einer Fanblade ist. Darauf basierend wurde ein erstes Fertigungsverfahren zur Herstellung dieser Blade aus CFK (Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) entwickelt und erfolgreich umgesetzt. Außerdem wurde an Festigkeitsberechnungen in FEM gearbeitet. Allerdings enthalten die Verfahren noch einige händische und damit zeit- und kostenintensive Schritte. Um diese zu vermeiden, sollen folgende mögliche Themenschwerpunkte zur Bearbeitung im Rahmen von Bachelor-, Seminar- oder Masterarbeiten ausgeschrieben werden:

  • Optimierung des Fertigungsprozesses
  • Implementierung eines Prozesses zur automatisierten Erstellung von Schablonen, Negativen etc. zur Fertigung der CFK-Schaufel
  • Optimierung und Erweiterung der FEM Analyse der CFK-Struktur
  • Experimentelle Festigkeitsuntersuchung

Voraussetzungen zur Bearbeitung der Aufgabenpunkte sind u.a.:

  • Kenntnisse im Bereich Flugtriebwerke, CFK, MATLAB und Inventor
  • Interesse an eigenständiger Arbeit
  • Motivation zur Einarbeitung in neue Themengebiete

Das Institut sitzt am Ludwig Bölkow Campus in Taufkirchen, bei vorhandener Ausstattung kann ein Großteil der Arbeit im Homeoffice bearbeitet werden.

Ansprechpartner: Sebastian Hawner, M.Sc.

(2) Überarbeitung und Erweiterung der softwareseitigen Implementierung einer Auslegungsmethodik für elektrische Propulsoren

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Innerhalb des wissenschaftlichen Zentrums dtec.bw bzw. dessen Subprojekt ELAPSED (Electric Aircraft Propulsion – safe, efficient, digitally linked) wird ein elektrisch angetriebener, gegenläufiger Propulsor entwickelt. Dazu wurde in einem ersten Schritt eine CFD-basierte Methodik zur automatisierten aerodynamischen Auslegung einer Fanstufe in MATLAB und Ansys CFX implementiert. Deren Ergebnis ist der Propulsor, bestehend aus den einzelnen Komponenten, wie z.B. Schaufeln, Gehäuse, etc. Diese werden anschließend am Institut gefertigt und experimentell untersucht. Die entwickelte Auslegungsmethodik enthält einige händische und damit zeit- und kostenintensive Schritte. Außerdem besteht die Implementierung aus verschiedenen Teilen in unterschiedlichen Softwareumgebungen. Daher soll die Implementierung der Auslegungsmethodik überarbeitet werden. Folgende Aufgabenpunkte können im Rahmen einer HiWi-Stelle und ggf. einer (anschließenden) Bachelor- oder Masterarbeit am Institut bearbeitet werden:

  • Zusammenführung der einzelnen, implementierten Softwareteile aus unterschiedlichen Softwareumgebungen in ein übergeordnetes Programm
  • Vereinfachen, Strukturieren und Optimieren der Implementierung
  • Dokumentation der Implementierung
  • Erweiterung der Implementierung um zusätzliche Funktionalitäten.

Voraussetzungen zur Bearbeitung der Aufgabenpunkte sind u.a.:

  • Kenntnisse im Bereich VBA, C++, C#
  • Interesse an eigenständiger Arbeit
  • Motivation zur Einarbeitung in neue Themengebiete.

Wünschenswert sind außerdem Kenntnisse im Bereich MATLAB, Inventor sowie Triebwerksauslegung.

Das Institut Aeronautical Engineering sitzt am Ludwig-Bölkow-Campus in Taufkirchen.

Ansprechpartner: Sebastian Hawner, M.Sc.

(2) Integration elektrischer Commuter- und Regionalflugzeuge in bestehende Flughafeninfrastruktur

Thema: Analyse der Herausforderungen für eine Integration elektrischer Regionalflugzeuge in die Flughafeninfrastruktur. Auswirkungen auf Ground Handling, Bodeninfrastruktur, ATC.

Als Bachelor-, Studien- oder Masterarbeit denkbar. 

Tower-Baden-Airpark.png
Bildquelle: DFS

Arbeitspakete:

  • WP1: Literaturrecherche: Refueling bei Regional AC, Elektrische und Wasserstoff-Refueling Konzepte
  • WP2: Bewertung der Herausforderungen für Betrieb von Commuter- und Regionalflugzeugen
  • WP3: Quantitative Analyse bestehender Airfields

Anforderungen:

  • Interesse am zivilen Luftverkehr
  • Erste Erfahrung mit quantitiver Datenanalyse (Excel, Python, R-Studio)

 

Ansprechpartner: Fabian Helmchen, M.Sc.

(2) Vergleich von Flug-Missionsstrategien für batterie-elektrische Flugzeuge

Der Betrieb Batterie-elektrischer Antriebe stellt neue Herausforderungen an die Missionsplanung. So verringert sich das Gewicht Batterie-elektrische Luftfahrzeuge im Verlauf des Flugs nicht und es bestehen wesentliche Abhängigkeiten zwischen der verfügbaren Steigleistung, der Entladeleistung und der verfügbaren Kapazität einer Batterien. Ziel dieser Arbeit ist es Missionsprofile hinsichtlich Energieverbrauch und Flugzeiten zu vergleichen. Hierfür kann auf bestehende Aircraft-Sizing-Methoden zurückgegriffen werden.

 

Start: flexibel

Dauer: flexibel

Ort: LBC Ottobrunn / Online-Betreuung möglich

Ansprechpartner: Fabian Helmchen

 

Als Bachelor-, Master- & Studienarbeit möglich

(2) Entwicklung eines Flottenmodells für Elektrische Regionalflugzeuge

Thema: Auf der Basis zuvor definierter Batterie-elektrischer Flugzeugkonzepte, entwickeln Sie ein Flottenmodell das Verkehrsströme und die bestehende Infrastruktur verknüpft. Das Modell soll es ermöglichen den zu erwartenden Verkehr, die Flotte und deren Emissionen zu beschreiben.

Anforderungen:

  • Interesse am zivilen Luftverkehr
  • Interesse und idealerweise erste Erfahrung in Modellierung/Simulation
  • Gutes Logikverständnis und erste Erfahrung mit MATLAB, Python, Rstudio (oder vergleichbar)

 

Start: flexibel

Dauer: flexibel

Ort: LBC Ottobrunn / Online-Betreuung möglich

Ansprechpartner: Fabian Helmchen

Als Bachelor-, Master- & Studienarbeit möglich.

(2) Entwicklung einer Anwendung zur Auswertung von Messdaten eines Brennkammerprüfstands mit Matlab

Die Munich Aerospace Forschungsgruppe „Small Aero Engines – Performance and Emissions using Drop-In Fuels“, eine Kooperation der Technischen Universität München (Lehrstuhl für Turbomaschinen und Flugantriebe) und Universität der Bundeswehr München (Institute für Aeronautical Engineering und Chemie und Umwelttechnik), bietet Studierenden die Möglichkeit zur Durchführung einer experimentellen Abschlussarbeit an. Am Institut für Aeronautical Engineering finden experimentelle Untersuchungen zum Verbrennungs- und Emissionsverhalten von Brennkammern kleiner Fluggasturbinen an einem Brennkammerprüfstand statt. Abhängig von den Betriebsbedingungen, der Gestaltung und der Einbaulage der Einspritzelemente treten
unterschiedliche Temperatur- und Druckprofile in der Austrittsebene der Brennkammer auf. Angestrebt werden hierbei möglichst homogene Verteilungen über den gesamten Umfang, um die Wärmelast auf die nachfolgenden Baugruppen gering zu halten. Weiterhin soll infolge der dafür erforderlichen gleichmäßigen Umsetzung des Kraftstoffs eine Steigerung des Verbrennungswirkungsgrades sowie die Absenkung der gas- und partikelförmigen Schadstoffemissionen erreicht werden.
Im Rahmen der Arbeit soll eine Anwendung zur Verarbeitung der während der Tests aufgezeichneten thermophysikalischen und emissionsbezogenen Messdaten in Matlab weiterentwickelt und um neue Teilelemente erweitert werden. Zusätzlich dazu ist die Erprobung des Programms sowie das Verfassen einer detaillierten Dokumentation vorgesehen.
Ziel der numerischen Abschlussarbeit ist, Funktionen und Teilprogramme für die automatisierte Aufbereitung und Verarbeitung von Prüfstandmessdaten zu erstellen und in das bestehende Programm zu integrieren. Vor allem auf einer vollumfänglichen Auswertung der Messdaten sowie fehlerfreien Funktionalität und Bedienung des Tools durch den Anwender liegt hierbei der Fokus.
Gesamtheitlich erfolgt die Arbeit am Institut für Aeronautical Engineering am Standort Ludwig Bölkow Campus in Taufkirchen.

Arbeitspakete
- Einarbeitung in die existierende graphische Analyseanwendung
- Aneignung von Grundkenntnissen in der Berechnung von Verbrennungs- und Emissionsparametern gemäß Norm
- Umsetzung einer intuitiven und benutzerfreundlichen Bedienoberfläche
- Realisierung leicht zu interpretierender numerischer und visueller Ausgaben der ausgewerteten Messdaten
- Programmierung von Funktionen zur Integration und Erweiterung des bestehende Tools
- Test der Anwendung unter Zuhilfenahme realer Prüfstandmessdaten Voraussetzungen
- Selbstständige und gewissenhafte Arbeitsweise
- Idealerweise Erfahrung in der Programmierung mit Matlab
- Interesse am codebasierten Arbeiten

Ansprechpartner: Benedikt Gründling

 

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(2) Entwicklung einer Applikation zur automatisierten Erzeugung von Verdampferelementgeometrien für Designstudien

Die Munich Aerospace Forschungsgruppe „Small Aero Engines – Performance and Emissions using Drop-In Fuels“, eine Kooperation der Technischen Universität München (Lehrstuhl für Turbomaschinen und Flugantriebe) und Universität der Bundeswehr München (Institute für Aeronautical Engineering und Chemie und Umwelttechnik), bietet Studierenden die Möglichkeit zur Durchführung einer experimentellen Abschlussarbeit an.

Am Institut für Aeronautical Engineering finden experimentelle Untersuchungen zum Verbrennungs- und Emissionsverhalten von Brennkammern kleiner Fluggasturbinen an einem Brennkammerprüfstand statt. Abhängig von den Betriebsbedingungen, der Gestaltung und der Einbaulage der Einspritzelemente treten unterschiedliche Temperatur- und Druckprofile in der Austrittsebene der Brennkammer auf. Angestrebt werden hierbei möglichst homogene Verteilungen über den gesamten Umfang, um die Wärmelast auf die nachfolgenden Baugruppen gering zu halten. Weiterhin soll infolge der dafür erforderlichen gleichmäßigen Umsetzung des Kraftstoffs eine Steigerung des Verbrennungswirkungsgrades sowie die Absenkung der gas- und partikelförmigen Schadstoffemissionen erreicht werden.

Im Rahmen der Arbeit soll ein Tool für die automatische Modellierung einer modifizierten Verdampfungseinheit für die Brennkammer einer kleinen Fluggasturbine realisiert werden. Auf Basis existierender Geometriedaten und Koordinaten ist abschließend ein Funktionstest vorgesehen. Alle Funktionen und Programmbausteine sind zu dokumentieren.

Ziel der Abschlussarbeit ist, ein dreidimensionales Modell der Brennkammerverdampfungselemente in Inventor mittels eines universell einsetzbaren und leicht an den jeweiligen Bedarf anpassbaren Programms zu erzeugen. Sowohl die Robustheit des Codes als auch Schnelligkeit bei dessen Ausführung stehen hierbei im Vordergrund. Anhand einer realen Brennkammer ist die Funktionalität zu verifizieren.

Gesamtheitlich erfolgt die Arbeit am Institut für Aeronautical Engineering am Standort Ludwig Bölkow Campus in Taufkirchen.

Arbeitspakete

-Aneignung von Kenntnissen in der automatisierten Modellerzeugung in Inventor mittels Python

-  Entwicklung von Funktionen in Python zur vereinfachten Aufbereitung von Koordinatendaten für deren   Verarbeitung

-  Programmierung von Anwendung zur schnellen und automatisierten Erzeugung von  Verdampfungsstickmodellen

-  Erprobung des Tools an einer neuartigen Verdampfungseinheit für die Brennkammer einer kleine  Fluggasturbine

Voraussetzungen

-  Selbstständige und gewissenhafte Arbeitsweise

-  Idealerweise Erfahrung in der Programmierung mit Python

-  Kenntnisse im Umgang mit dem Konstruktionsprogramm Inventor

-  Interesse am codebasierten Arbeiten

Start der Arbeit | Dauer der Arbeit

  1. Januar 2024 bzw. nach Absprache | 3 Monate

Art der Arbeit

Bachelorarbeit

Ausrichtung der Arbeit

programmatisch

Ansprechpartner

Benedikt Gründling

 

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(2) Auslegung und Konstruktion einer Anbindung für die Integration eines Quarzglaszylinders zur Untersuchung der Flammenentwicklung bei Brennkammern kleiner Fluggastrubinen

Die Munich Aerospace Forschungsgruppe „Small Aero Engines – Performance and Emissions using Drop-In Fuels“, eine Kooperation der Technischen Universität München (Lehrstuhl für Turbomaschinen und Flugantriebe) und Universität der Bundeswehr München (Institute für Aeronautical Engineering und Chemie und Umwelttechnik), bietet Studierenden die Möglichkeit zur Durchführung einer konstruktiven Abschlussarbeit an.

Am Institut für Aeronautical Engineering finden experimentelle Untersuchungen zum Verbrennungs- und Emissionsverhalten von Brennkammern kleiner Fluggasturbinen an einem Brennkammerprüfstand statt. Abhängig von den Betriebsbedingungen, der Gestaltung und der Einbaulage der Einspritzelemente treten unterschiedliche Temperatur- und Druckprofile in der Austrittsebene der Brennkammer auf. Angestrebt werden hierbei möglichst homogene Verteilungen über den gesamten Umfang, um die Wärmelast auf die nachfolgenden Baugruppen gering zu halten. Weiterhin soll infolge der dafür erforderlichen gleichmäßigen Umsetzung des Kraftstoffs eine Steigerung des Verbrennungswirkungsgrades sowie die Absenkung der gas- und partikelförmigen Schadstoffemissionen erreicht werden.

Im Rahmen der konstruktiven Arbeit sollen verschiedene Konzeptentwürfe für die Anbindung eines durchsichtbaren Zylinders an die bestehende Prüfstandperipherie ausgearbeitet werden. Anhand ausgewählter Kriterien sind die Konstruktionsentwürfe zu bewerten. Abschließend soll eine detaillierte Dimensionierung und Ausgestaltung erfolgen.

Ziel der Abschlussarbeit ist, ein dreidimensionales Modell einer Schnittstelle zur Integration eines Quarzglaszylinders in den Brennkammerprüfstand zu erstellen. Weiterhin ist vorgesehen, dass für die darauffolgende Fertigung Ableitungen der Bauteile entstehen.

Gesamtheitlich erfolgt die Arbeit am Institut für Aeronautical Engineering am Standort Ludwig Bölkow Campus in Taufkirchen.

Arbeitspakete

- Aufnahme des aktuellen Konstruktionsstandes am Prüfstand für Brennkammern kleiner Fluggasturbinen

-  Ausarbeitung von Konzepten für die Anschlüsse des Quarzglaszylinders

-  Analyse und Bewertung der konstruktiven Entwürfe anhand ausgewählter Methoden

-  Ausgestaltung und Modellierung von Neuentwicklung sowie Erstellung von technischen Zeichnungen

Voraussetzungen

-  Selbstständige und gewissenhafte Arbeitsweise

-  Idealerweise Erfahrung in der Konstruktion von Komponenten und Baugruppen in Inventor

-  Kenntnisse über Konstruktions- und Maschinenelemente sowie eingesetzte Normen

-  Interesse am konstruktiven Arbeiten

 

Start der Arbeit | Dauer der Arbeit

  1. Januar 2024 bzw. nach Absprache | 3 Monate

Art der Arbeit

Bachelorarbeit

Ausrichtung der Arbeit

konstruktiv

 

Ansprechpartner: Benedikt Gründling

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(2) Numerische Untersuchung der Standardverdampfungsbrennkammer einer kleinen Fluggastrubine

Die Munich Aerospace Forschungsgruppe „Small Aero Engines – Performance and Emissions using Drop-In Fuels“, eine Kooperation der Technischen Universität München (Lehrstuhl für Turbomaschinen und Flugantriebe) und Universität der Bundeswehr München (Institute für Aeronautical Engineering und Chemie und Umwelttechnik), bietet Studierenden die Möglichkeit zur Durchführung einer experimentellen Abschlussarbeit an.

Am Institut für Aeronautical Engineering finden experimentelle Untersuchungen zum Verbrennungs- und Emissionsverhalten von Brennkammern kleiner Fluggasturbinen an einem Brennkammerprüfstand statt. Abhängig von den Betriebsbedingungen, der Gestaltung und der Einbaulage der Einspritzelemente treten unterschiedliche Temperatur- und Druckprofile in der Austrittsebene der Brennkammer auf. Angestrebt werden hierbei möglichst homogene Verteilungen über den gesamten Umfang, um die Wärmelast auf die nachfolgenden Baugruppen gering zu halten. Weiterhin soll infolge der dafür erforderlichen gleichmäßigen Umsetzung des Kraftstoffs eine Steigerung des Verbrennungswirkungsgrades sowie die Absenkung der gas- und partikelförmigen Schadstoffemissionen erreicht werden.

Im Rahmen der Arbeit soll die Verdampfungsbrennkammer der kleinen Fluggasturbine FT180 von Frank Turbine numerisch untersucht werden. Anfangs ist hierzu eine Gitterstudie durchzuführen und anschließend das Simulationsmodell zu definieren. Abschließend sind die Auswertung und Interpretation der Ergebnisse sowie die Dokumentation des Vorgehens vorgesehen.

Ziel der numerischen Abschlussarbeit ist, eine robustes und zuverlässiges Simulationsmodell für zukünftige numerische Untersuchungen der Strömungsverhältnisse und des Verbrennungsverhaltens an modifizierten Brennkammergeometrien sowie Parameterstudien zu generieren. Anhand experimenteller Versuchsergebnisse sind zudem die Simulationsergebnisse zu verifizieren.

Gesamtheitlich erfolgt die Arbeit am Institut für Aeronautical Engineering am Standort Ludwig Bölkow Campus in Taufkirchen.

Arbeitspakete

- Einarbeitung in die numerische Verbrennungssimulation bei kleinen Fluggasturbinen

-  Erzeugung von Vernetzungen des Brennkammermodells und Durchführung von Gitterstudie

-  Verifizierung des Simulationsmodells anhand von experimentellen Daten

-  Analyse und Interpretation der Ergebnisse sowie Ableitung von Verbesserungen

-  Untersuchung des Einflusses verschiedener Strömungs- und Modellkenngrößen auf das  Simulationsergebnis im Rahmen einer Parameterstudie

Voraussetzungen

-  Selbstständige und gewissenhafte Arbeitsweise

-  Idealerweise Erfahrung in der Strömungssimulation mit ANSYS CFX

-  Interesse am simulativen Arbeiten

 

Ansprechpartner: Benedikt Gründling

 

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Flugmechanik & Flugregelung

Die hier dargestellten Abschlussarbeiten der Professur WE 8.6 (Flugmechanik & Flugregelung) stellen nur eine kleine Auswahl der möglichen Themen dar. Viele weitere Arbeiten zur generellen Flugmechanik und Flugregelung sowie den Oberbegriffen eVTOLs, Drohnen, KI, Flug- & Missionsleistungen, Softwareentwicklung und vielen mehr stehen zur Verfügung. Sprechen Sie unser Team um Prof. Stephan Myschik gerne an, auch mit eigenen Themen und Ideen!

(6) Flugleistungsuntersuchungen am Beispiel eines hocheffizienten Segelflugzeugs

PDF-Datei BA AVL

Im Fachbereich WE 8.6 "Flugmechanik und Flugregelung" des Instituts für Aeronautical Engineering der Universität der Bundeswehr werden u.a. möglichst realitätsnahe Flugsimulationen & -algorithmen für elektrisch betriebene Luftfahrzeuge entwickelt. Im damit zusammenhängenden Projekt ELAPSED soll ein neuartiger elektrischer Antriebsstrang entwickelt und in einem Prototyp verbaut werden.
Teil der Auslegung und Zulassung eines solchen Luftfahrzeugs sind Flugleistungsuntersuchungen, bei welcher Flugleistungsparameter durch Berechnung bestimmt werden.
Ziel dieser Arbeit ist es, mit dem Tool AVL (https://web.mit.edu/drela/Public/web/avl/) eine Toolchain via MATLAB/Simulink aufzubauen, mit der ausgetrimmte Zustände und die aerodynamischen Kennwerte verschiedensten Flugphasen (Cruise, Climb, Pullup, Turn, ...) in AVL generiert werden können. Dies soll am Beispiel eines hocheffizienten Segelflugzeugs umgesetzt werden, um konkrete Werte zu erhalten. Darauf aufbauend sollen die Ergebnisse evaluiert werden.

Aufgabenstellung: 
- Einarbeitung in das Programm AVL & in die Simulationsumgebung, v.a. für ausgetrimmte Flugzustände
- Entwurf & Implementierung der Toolchain in MATLAB/Simulink zur Ansteuerung von AVL für diverse Flugphasen
- Generierung, Test & Validierung der Ergebnisse aus AVL in nichtlinearer Simulation
- Dokumentation der Ergebnisse

Start: ab sofort
Dauer: 3 Monate
Einsatzort: Ludwig-Bölkow-Campus Ottobrunn
Ansprechpartner: Luca Hein, M.Sc.

(6) Aufbau eines Optimierers zur Untersuchung von Flug- & Missionsleistungen

PDF-Datei BA Optimierer

Im Fachbereich WE 8.6 „Flugmechanik und Flugregelung“ des Instituts für Aeronautical Engineering der Universität der Bundeswehr werden u.a. möglichst realitätsnahe Flugsimulationen & -algorithmen für elektrisch betriebene Luftfahrzeuge entwickelt. Im damit zusammenhängenden Projekt ELAPSED soll ein neuartiger elektrischer Antriebsstrang entwickelt und in einem Prototyp verbaut werden.
Um bei der darauf aufbauenden Flugleistungsberechnung die Grenzen an möglichen ausgetrimmten Flugzuständen des Systems detailliert und effizient bestimmen zu können, ist ein Optimierungsalgorithmus nötig.
Ziel dieser Arbeit ist es, diese Optimierungsroutine in MATLAB/Simulink zu entwerfen und mittels eines vorhandenen Simulationsmodells zu testen. Die im Test gewonnenen Flugleistungsdaten werden für die Auslegung des dynamischen Simulationsmodells benötigt.

Aufgabenstellung:
- Erfassen des aktuellen Stands der Technik von Optimierungsroutinen
- Entwurf & Implementierung der Routine in MATLAB/Simulink
- Integration der Routine ins vorhandene Modell
- Test & Validierung der integrierten Routine
- Dokumentation der Ergebnisse

Start: ab sofort
Dauer: 3 Monate
Einsatzort: Ludwig-Bölkow-Campus Ottobrunn
Ansprechpartner: Luca Hein, M.Sc.

(6) Anwendung des Konzepts der kontinuierlichen Integration (CI) auf Hardware-in-the-Loop-Tests

PDF-Datei CI HIL

Im Fachbereich WE 8.6 "Flugmechanik und Flugregelung" der Fakultät für Maschinenbau der
Universität der Bundeswehr auf dem Ludwig-Bölkow-Campus in Ottobrunn werden
Flugregelungsalgorithmen entwickelt und in der Praxis an verschiedenen Hardwaretypen
getestet. Das bedeutet, dass Modelle und der daraus generierte Code ständig verifiziert und
validiert werden, um Fehler vor dem Flug ausschließen zu können.
Diese Algorithmen werden vor der eigentlichen Implementierung umfangreichen Tests
unterzogen. Eine dieser Testmethoden ist die HIL-Simulation, bei der die Algorithmen nach
ihrem Entwurf in Simulink auf der Hardware in Echtzeit gegen eine simulierte Regelstrecke
getestet werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen kontinuierlichen Integrationsansatz für die HIL-Simulation mit Hilfe von Jenkins zu entwickeln. Durch eine Automatisierung der
Codegenerierung und -testung ist ein großes zeitliches Einsparpotential vorhanden.

Aufgabenstellung:
- Kenntnisse über den modellbasierten Softwareentwicklungsprozess
- Installation und Einrichtung der Jenkins-Umgebung für die Automatisierung des HIL Prozesses
- Konfiguration von Modellen, E/A-Kommunikation, Schnittstellen und Einsatz im HIL
- Test und Erprobung der Systemkomponenten
- Dokumentation

Start: ab sofort
Dauer: 3 Monate
Einsatzort: LBC Ottobrunn
Ansprechpartner: Purav Panchal, M.Sc.

(6) Processor-in-the-Loop-Simulation eines prozessorgesteuerten Flugreglers mit Lauterbach Debugger

PDF-Datei PIL

Im Fachbereich WE 8.6 "Flugmechanik und Flugregelung" der Fakultät für Maschinenbau an der Universität der Bundeswehr auf dem Ludwig-Bölkow-Campus in Ottobrunn werden nichtlineare Flugregelungsalgorithmen entwickelt und getestet.
Diese Algorithmen werden vor der eigentlichen Implementierung umfangreichen Tests unterzogen. Eine dieser Testmethoden ist die PIL-Simulation, bei der die numerische Gleichwertigkeit des Codes mit den normalen Simulationsergebnissen überprüft wird. Ein Debugger hilft bei der Verfolgung von Daten aus dem Prozessor. Ziel dieser Arbeit ist es, in MATLAB eine Umgebung für die PIL-Simulation mit dem Lauterbach Debugger zu schaffen und Daten zur Codeabdeckung eines prozesskonformen Flugreglers zu sammeln.

Aufgabenstellung:
- Kenntnisse über den modellbasierten Entwicklungsprozess
- Einarbeitung in die Funktionalität des Debuggers und die Trace32Software
- Generierung von Testfällen und Durchführung von PIL-Simulationen des Flugreglers
- Erfassung und Analyse der Codeabdeckung
- Dokumentation

Start: ab sofort
Dauer: 3 Monate
Einsatzort: LBC Ottobrunn
Ansprechpartner: Purav Panchal, M.Sc.

(6) Erweiterung und Verbesserung eines INDI-Reglers für ein eVTOL mit einer Schubvektorsteuerung

PDF-Datei BA INDI-Erweiterung

In der WE 8.6 „Flugmechanik und Flugregelung“ wird an einem konzeptionellen elektrischen Vertical-Take-Off-and-Landing Vehikel (eVTOL) geforscht. Das 8 kg schwere Flugzeug ist als Starrflügler konzipiert und besitz zwei Impeller mit einer Schubvektorsteuerung am Haupttriebwerk, welches auch gleichzeitig zwei Schubdüsen an den Flügelspitzen versorgt. Die Mission des eVTOLs ist es, ein Lagebild eines Waldbrandes an einen Operator in sicherer Entfernung über ein eingebautes Kamerasystem zu liefern. Die Regelung des eVTOLs wird dabei mit einer inkrementellen nichtlinearen dynamischen Inversion (INDI) abgebildet.
Ziel der Arbeit ist es, auf Grundlage des vorhanden Reglers Erweiterungen zu implementieren, die die Robustheit des Reglers bzw. die Dynamik des Vehikels erhöhen. Dabei soll in der Simulation nachgewiesen werden, dass äußere Einflüsse aber auch interne Unsicherheiten, wie beispielsweise Sensorrauschen oder Modelunsicherheiten, zu keinem Zeitpunkt ein instabiles Flugverhalten verursachen.

Aufgabenstellung
- Einarbeitung in das Themenkomplex der nichtlinearen Regelungsstrategien
- Adaptierung und Einarbeitung in verschiedene Methodiken (z.B. High Order Reference Model, AMS, RMS) zur Erweiterung der Regelstruktur
- Nachweis der stabilen Regelung in der Simulation
- Dokumentation der Ergebnisse

Start: ab sofort
Dauer: 3 Monate
Einsatzort: LBC Ottobrunn
Ansprechpartner: Hptm. Denis Surmann, M.Sc.

(6) Entwicklung eines Multirotor-Flugreglers mithilfe von Reinforcement Learning

PDF-Datei ReinforcementLearning Quadcopter

Im Fachbereich Flugmechanik und Flugregelung des Instituts für Aeronautical Engineering der Universität der Bundeswehr am Ludwig Bölkow Campus in Ottobrunn werden Flugregelungsalgorithmen entwickelt und getestet.
Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Attitude-Hold Flugregler für ein Multirotor-Fluggerät (X8 Konfiguration) mithilfe von Machine Learning (ML), speziell Reinforcement Learning (RL), gefunden werden. Zunächst sollen weniger komplexe RL-Algorithmen (z.B. Q-Learning) in einer Multirotor-Simulation getestet werden, die bei entsprechendem Fortschritt durch komplexere Algorithmen ersetzt werden können (z.B. Policy Gradient). Das Simulationsmodell liegt in MATLAB/Simulink bereits vor und muss für die Verwendung mit RL geringfügig angepasst werden. Der mit RL gefundene Flugregler soll mit einem klassisch ausgelegten Regler verglichen werden. Schließlich soll das Verfahren durch ein Realflugversuch im Labor validiert werden.

Aufgabenstellung:
- Einarbeitung ins Thema Machine Learning und Reinforcement Learning mit MATLAB
- Anpassung des Simulationsmodells und Integration von RL-Algorithmen
- Auswahl einer ML- Experiment-Architektur: Trainings- und Teststruktur für Flugregler
- Training und Validierung von RL-Algorithmen (Q-Learning, optional: Policy Gradient)
- Vergleich mit klassisch ausgelegtem Regler (Simulation)
- Validierung des Reglers im Flugversuch
- Dokumentation

Start: ab sofort
Dauer: 3 Monate
Einsatzort: LBC Ottobrunn
Ansprechpartner: Stephan Myschik, Prof. Dr.-Ing.

(6) AneMAV - Vertikalwind-Schätzung mithilfe Multi-Rotor MAVs

PDF-Datei VerticalWindEstimation

Im Fachbereich Flugmechanik und Flugregelung des Instituts für Aeronautical Engineering der Universität der Bundeswehr am Ludwig Bölkow Campus in Ottobrunn werden Flugregelungsalgorithmen entwickelt und getestet.
Im Rahmen dieser Arbeit soll der Vertikalwind aus Flugdaten eines Micro Aerial Vehicles (MAV) geschätzt werden. Der Anwendungsfall dafür ist vielfältig: Von der Thermik-Messung für den Luftsport bis hin zur Verbesserung von konvektiven Atmosphärenmodellen.
Dazu soll zunächst ein Versuchsaufbau zur Vertikalwind-Simulation aufgebaut werden. Für unterschiedliche Windgeschwindigkeiten werden dann die gesamten Sensordaten eines Quadrocopters aufgenommen. In der Auswertung sollen der klassischen analytischen Methode auch Machine Learning (ML) Verfahren (z.B. Lineare Regression, Artificial Neural Networks) gegenübergestellt werden. Schließlich soll eine Validierung der Verfahren mit Freiflug-Daten durchgeführt werden.

Aufgabenstellung
- Einarbeitung ins Thema: Literatur-Recherche, Machine Learning Basics
- Auslegung und Aufbau des Vertikalwind-Simulators
- Vermessung des Vertikalwind-Simulators
- Durchführung einer Flug-Messreihe für unterschiedliche Windgeschwindigkeiten
- Auswahl geeigneter klassischer und ML-Verfahren zur Vertikalwindschätzung
- Anwendung, Auswertung und Vergleich der gewählten Verfahren
- Validierung der Verfahren im Freiflug
- Dokumentation

Start: ab sofort
Dauer: 3 Monate
Einsatzort: LBC Ottobrunn
Ansprechpartner: Stephan Myschik, Prof. Dr.-Ing.

(6) Entwicklung eines FCS für ein Fixed-Wing eVTOL

PDF-Datei BA eVTOL-FCS

Im Fachbereich Flugmechanik und Flugregelung des Instituts für Aeronautical Engineering der Universität der Bundeswehr am Ludwig Bölkow Campus in Ottobrunn werden Flugregelungsalgorithmen entwickelt und getestet.

Im Rahmen von bereits durchgeführten Arbeiten wurde ein komplexer Flugregler (Primary FCS) auf Basis von Inkrementeller Nichtlinearer Dynamischer Inversion (INDI) für ein eVTOL realisiert. Aufgrund der Tatsache, dass die entwickelten Regelungsalgorithmen im Realflugtest erprobt werden sollen, ist in der Struktur des Gesamtregelungssystems Redundanz für den Fehlerfall in Form eines Backup Controllers vorgesehen. Dieser springt ein, wenn der nominale Regler fehlerhafte Ergebnisse liefert, oder aber Steuerflächen ausfallen.

Des Weiteren sollen Logiken entworfen werden, die das FCS initialisiert und die Aktuatoren aktiviert bzw. deaktiviert. Das eVTOL besitzt beispielsweise zwei schwenkbare Klapppropeller, welche nur in einem definierten Schwenkbereich angedreht werden können, sodass diese nicht mit der Motorhalterung kollidieren.

Im Rahmen dieser Arbeit soll der Backup-FCS aus einer vorherigen Arbeit abgeleitet und getestet werden. Außerdem müssen Logiken implementiert werden, die die Übernahme des Backup-FCS realisieren, das FCS initialisiert und die Aktuatoren deaktivieren bzw. aktivieren.

Aufgabenstellung
- Einarbeitung in das Konzept der Inkrementellen Nichtlinearen Dynamischen Inversion und die bereits erfolgte Umsetzung des Backup-FCS
- Definition der Regelungsziele und Steuergrößen des Backupreglers
- Festlegung der Regler-Architektur und Umsetzung der Komponenten
- Auslegung der Parameter und Evaluation der Regler-Performance (auch im Fehlerfall)
- Dokumentation der Ergebnisse

Start: ab sofort
Dauer: 3 Monate
Einsatzort: LBC Ottobrunn
Ansprechpartner: Hptm. Denis Surmann, M.Sc.

(6) Konstruktion und Fertigung einer eVTOL Flügel-Rumpf-Konfiguration

PDF-Datei BA eVTOL-Konstruktion

In der WE 8.6 „Flugmechanik und Flugregelung“ wird an einem konzeptionellen elektrischen Vertical-Take-Off-and-Landing Vehikel (eVTOL) geforscht. Das 10.5 kg schwere Flugzeug ist als Starrflügler konzipiert und besitz einen Impeller sowie zwei Propeller mit  Schwenkmechanismen. Die Mission des eVTOLs ist es, ein Lagebild eines Waldbrandes an einen Operator in sicherer Entfernung über ein eingebautes Kamerasystem zu liefern.

Auf Grundlage einer vorherigen Bachelorarbeit wurde ein System ausgelegt und konstruiert. Detailkonstruktionen der Schwenkmechanismen und die Detailplanung ist noch nicht abgeschlossen. Zunächst soll ein Hover-Demonstrator konstruiert und mit einfachen Verfahren, wie etwa 3D-Druck gefertigt werden, sodass Flugtests im Labor stattfinden können. Im Weiteren soll das Gesamtsystem konstruiert und mit der Fertigung begonnen werden, sodass Flugtests im Freien durchgeführt werden können. Für das System wurde ebenfalls Hardware festgelegt, die in den Rumpf und den Steuerflächen integriert werden soll.  Mithilfe verschiedener Fertigungsverfahren (Lasermaschine, 3D-Druck, Faserverbund) soll die Herstellung der Flügel-Rumpf-Kombination und die Integration der Hardwarekomponenten erfolgen.

Aufgabenstellung
- CAD-Konstruktion der Flügel-Rumpf-Kombination, Erstellung von technischen Zeichnungen
- Herstellung eines Hover-Demonstrators und der Flügel-Rumpf-Kombination anhand der vorgegebenen Hardware auf Grundlage einer existierenden Bachelorarbeit

Start: ab sofort
Dauer: 3 Monate
Einsatzort: LBC Ottobrunn
Ansprechpartner: Hptm. Denis Surmann, M.Sc.

Aero- & Thermodynamik

(3) Einbindung einer Hubtischsteuerung in ein bestehendes LabVIEW-Programm in der Messtrecke des Göttinger Umlaufwindkanals (BA/HiWi, experimentell)

Am Lehrstuhl für Aerodynamik und Thermodynamik wird für Lehre und Forschung ein Umlaufwindkanal Göttinger Bauart betrieben. Um Strömungskörper in der offenen Messstrecke untersuchen zu können, wurde ein Hubtisch mit verschiedenen Verstellmöglichkeiten installiert, welcher durch ein LabVIEW-Programm auf dem PC angesteuert werden kann. Bisher kann nur der Anstellwinkel und der Schiebewinkel angesteuert und verstellt werden. Im Rahmen dieser Arbeit soll die Hubtischverstellung durch den PC auch in vertikale Richtung möglich gemacht werden. Die Arbeit umfasst folgende Arbeitspakete:

  • Vertrautmachen mit der verwendeten Messtechnik und Motoransteuerung des Hubtisches
  • Einarbeiten in das Programm LabVIEW und das verwendete Messprogramm
  • Erweiterung des LabVIEW-Programms um die Möglichkeit, den Hubtisch über den PC vertikal verstellen zu können
  • Kopplung der Hubtischverstellung mit der Anstellwinkelsteuerung, um das Modell während einer Polarenmessung in der Mitte der Messstrecke halten zu können
  • Messung und Auswertung verschiedener Polaren

Die Implementierung des Programms und die erzielten Ergebnisse sind abschließend in der schriftlichen Ausarbeitung zu dokumentieren.

Ansprechpartnerin: Julia Reschberger

(3) Integration von Berechnungen zu Flügelreferenzdaten und geometrischen Neutralpunktlagen in eine aerodynamische Simulationssoftware (BA)

Im Rahmen verschiedener Abschlussarbeiten wurde die Architektur für eine aerodynamische Simulationssoftware in VisualBasic unter Verwendung der Entwicklungsplattform VisualStudio aufgesetzt und weiterentwickelt. Die Software ermöglicht bereits das Einlesen und die grafische Darstellung von Tragflügelprofilen und Flügelsegmenten, außerdem wurden Methoden zur Bestimmung der Auftriebs- und der Zirkulationsverteilung, und des Widerstands mit der einfachen und erweiterten Prantl’schen Traglinientheorie mittels des Multhopp/Weissinger-Verfahrens implementiert.

Ziel dieser Arbeit ist es, die Software um weitere Funktionen zu erweitern:

  • Berechnung der aerodynamischen Neutralpunktlage gepfeilter Tragflügel
  • Berechnung der geometrischen und aerodynamischen Neutralpunktlage des Flugzeugs
  • Berechnung der Schwerpunktlage durch Vorgabe eines Stabilitätsmaßes
  • Übersichtliche Ausgabe bzw. grafische Darstellung sämtlicher Ergebnisse

Die Softwareimplementierung und die erzielten Ergebnisse sind abschließend in der schriftlichen Ausarbeitung zu dokumentieren.

Ansprechpartnerin: Julia Reschberger

(3) Weiterentwicklung und Anwendung des aerodynamischen Simulationsprogramms (BA)

Im Rahmen verschiedener Abschlussarbeiten wurde die Architektur für eine aerodynamische Simulationssoftware in VisualBasic unter Verwendung der Entwicklungsplattform VisualStudio aufgesetzt und weiterentwickelt. Die Software ermöglicht bereits das Einlesen und die grafische Darstellung von Tragflügelprofilen und Flügelsegmenten, außerdem wurden Methoden zur Bestimmung der Auftriebs- und der Zirkulationsverteilung, und des Widerstands mit der einfachen und erweiterten Prantl’schen Traglinientheorie mittels des Multhopp/Weissinger-Verfahrens implementiert.

Ziel dieser Arbeit ist es, die Software um weitere Funktionen zu erweitern:

  • Komplettierung, Validierung und Anwendung des Weissinger-Verfahrens
  • Implementierung einer Funktion zum Abspeichern von Flügeln und Flügelsegmenten
  • Berücksichtigung des induzierten Anstellwinkels bei der Berechnung des Profilwiderstands
  • Nachrechnen von verschiedenen Tragflügeln

Die Softwareimplementierung und die erzielten Ergebnisse sind abschließend in der schriftlichen Ausarbeitung zu dokumentieren.

 

Ansprechpartnerin: Julia Reschberger

(3) PIV-Messungen an einem Tragflügelprofil in der geschlossenen Messtrecke des Windkanals (BA/SA/MA, experimentell)

Der Windkanal des Instituts verfügt seit kurzer Zeit über ein High-Speed Stereo-PIV System. Dieses wurde unter Verwendung einfacher Testfälle in der offenen Messstrecke des Windkanals in Betrieb genommen und soll nun unter anderem in der geschlossenen Messstrecke zur Vermessung der Profilgrenzschicht eines Flügelsegments aus CFK eingesetzt werden.

Die Arbeit umfasst die folgenden Punkte:

  • Vertrautmachen mit dem PIV-System und der Auswertungssoftware DynamicStudio
  • Literaturrecherche zu Grenzschichtuntersuchungen an Tragflügeln mittels PIV-Systemen
  • Versuchsaufbau für die PIV-Messung nutzbar machen und Einrichten des Systems
  • Durchführung von Messungen und Auswertung der Ergebnisse
  • Zusammenfassen der Ergebnisse und Aufstellen von „Best Practice Guidelines“
  • Optional: Vorbereitung von PIV-Messungen weiterer Testfälle (z.B. Nachlaufmessung von elektrischen Fans im Windkanal, Adaptive Profile/Morphing Wing).

Die Versuchsdurchführung, die Messergebnisse und die Auswertung sind abschließend in der schriftlichen Ausarbeitung zu dokumentieren.

 

Ansprechpartnerin: Julia Reschberger

(3) Weiterentwicklung des aerodynamischen Simulationsprogramms und Integration von Druckverteilungen zur Vorbereitung für Profilentwurf-Aufgaben (BA)

Im Rahmen verschiedener Abschlussarbeiten wurde die Architektur für eine aerodynamische Simulationssoftware in VisualBasic unter Verwendung der Entwicklungsplattform VisualStudio aufgesetzt und weiterentwickelt. Die Software ermöglicht bereits das Einlesen und die grafische Darstellung von Tragflügelprofilen und Flügelsegmenten, außerdem wurden Methoden zur Bestimmung der Auftriebs- und der Zirkulationsverteilung, und des Widerstands mit der einfachen und erweiterten Prantl’schen Traglinientheorie mittels des Multhopp/Weissinger-Verfahrens implementiert. Durch eine Schnittstelle mit den Programmen X-Foil und des Profile-Programms von Eppler können bisher Profilpolaren berechnet und in das aerodynamische Simulationsprogramm eingelesen werden. Im Rahmen der Arbeit soll die Software um weitere Funktionalitäten erweitert werden, damit diese für zukünftige Profilentwurfs-Aufgabenstellungen nutzbar wird. Die Arbeitspakete umfassen:

  • Einarbeiten in VisualBasic, VisualStudio und das aerodynamische Simulationsprogramm
  • Polarenschnittstelle zu den Programmen X-Foil und Profile (Eppler) vervollständigen und anpassen
  • Erweiterung der Simulationssoftware um die Möglichkeit, Druckverteilungen aus X-Foil und aus dem Profile(Eppler)-Programm zu importieren
  • Implementierung einer Funktion zum Abspeichern von Druckverteilungen
  • Nachrechnen eines Beispielfalls/Flügel

Die Softwareimplementierung, die Vorgehensweise und die erzielten Ergebnisse sind abschließend in der schriftlichen Ausarbeitung zu dokumentieren.

Ansprechpartnerin: Julia Reschberger

(3) Entwicklung eines Messprogramms mit LabVIEW zur Untersuchung verschiedener Widerstandskörper und Vorbereiten des Eiffel-Windkanals für den Einsatz in Lehre und Forschung (BA, experimentell)

Der Lehrstuhl für Aerodynamik und Thermodynamik besitzt einen zweiten Eiffel-Windkanal, welcher nun für die reguläre Nutzung im Praktikumsbetrieb, sowie für zukünftige Forschungs- und Studienarbeiten vorbereitet werden soll. Bisher ist der Versuchsstand nur sehr einfach aufgebaut. Der Rahmen dieser Arbeit umfasst folgende Punkte:

  • Einarbeitung in die vorhandene Sensor- und Messtechnik und die Software LabVIEW
  • Einrichten eines Arbeitsplatzes am Eiffel-Windkanal
  • Erstellen eines LabVIEW-Programms zur Untersuchung verschiedener Widerstandskörper
  • Planung und Durchführung verschiedener Windkanal-Versuche und deren Auswertung (z.B. Polarenplots, Reynoldszahlen, etc.)

Die Vorgehensweise, das LabVIEW-Programm und die erzielten Ergebnisse sind abschließend in der schriftlichen Ausarbeitung zu dokumentieren.

Ansprechpartnerin: Julia Reschberger

(3) Erweiterung einer aerodynamischen Simulationssoftware um die Vortex-Lattice-Methode (SA/MA)

Im Rahmen verschiedener Abschlussarbeiten wurde die Architektur für eine aerodynamische Simulationssoftware in VisualBasic unter Verwendung der Entwicklungsplattform VisualStudio aufgesetzt und weiterentwickelt. Die Software ermöglicht das Einlesen und die grafische Darstellung von Tragflügelprofilen und Flügelsegmenten, außerdem wurden bereits die Lifting-Line-Verfahren nach Multhopp und Weissinger implementiert. Nun soll in die Software eine Vortex-Lattice-Methode integriert werden. Mit dieser können der Auftrieb, induzierter Widerstand und lokale Neutralpunktlage von Tragflügeln berechnet werden. Die Arbeit umfasst folgende Punkte:

  • Einarbeiten in VisualBasic, VisualStudio und das aerodynamische Simulationsprogramm
  • Literaturrecherche zur Vortex-Lattice-Methode und deren Anwendungen
  • Implementierung der Vortex-Lattice-Methode
  • Nachrechnen eines Beispielfalls/-Flügel und Validierung der Ergebnisse

Die Implementierung des Verfahrens und die erzielten Ergebnisse sind abschließend in der schriftlichen Ausarbeitung zu dokumentieren.

Ansprechpartnerin: Julia Reschberger