Systemdynamik und Flugmechanik

Vorlesung Systemsimulation und Regelungstechnik

Das Ziel dieser Vorlesung ist es, die Studierenden dazu zu befähigen, einfache regelungstechnische Aufgabenstellungen mit Hilfe der klassischen und modernen Methoden der Regelungstechnik selbständig zu lösen und sie in die Anwendung entsprechender Software-Werkzeuge einzuweisen.

Wesentliche Inhalte der Vorlesung sind:

• Einführung
• Übersicht regelungstechnischer Hardware-Komponenten
• Charakterisierung einfacher Regelstrecken
• Synthese einfacher Regler im Zeitbereich
• Simulation dynamischer Prozesse zur Reglerevaluierung mit MATLAB/Simulink
• Darstellung von Prozessmodellen
• Regelkreisanalyse
• Lineare Zustandsregler
• Lineare Zustandsbeobachtung
• Lineare Regelkreisglieder im Frequenzbereich (Bode-Diagramm)
• Analyse des geschlossenen Regelkreises im Frequenzbereich (Nyquist-Verfahren)
• Reglersysthese im Frequenzbereich (Loop-Shaping)

Vorlesung Flugmechanik

Das Ziel dieser Vorlesung ist, den Studenten die Grundlagen der Flugmechanik zu vermitteln. Die Vorlesung soll die Studenten dazu befähigen, selbständig flugmechanische Problemstellungen aus den Teilgebieten Flugleistungen und Flugeigenschaften zu lösen.

Wesentliche Inhalte sind:

• Flugmechanische Koordinatensysteme
• Berechnung von Größen zur Beschreibung der Flugleistungen
• Höhen-Machzahl-Diagramme
• Stationärer und instationärer Geradeaus- und Kurvenflug
• Bewegungsgleichungen
• Eigenbewegung der Längsdynamik und Querdynamik
• Analyse der Flugdynamik (Stabilität, Fliegbarkeitskriterien)

Vorlesung Simulation technischer Prozesse

Das Ziel der Vorlesung "Simulation technischer Prozesse" ist die Vermittlung von Kenntnissen zur Erstellung mathematischer Prozessmodelle aus verschiedenen Teilgebieten der Physik sowie der Kompetenz zur Nutzung ausgewählter Software-Werkzeuge zur Prozesssimulation und -optimierung. Die Vorlesung umfasst dazu insbesondere eine Einführung in die komponentenorientierte multidisziplinäre Simulationssprache MODELICA® und dem darauf basierenden Simulationswerkzeug DYMOLA®. Integrierte Rechnerübungen dienen dazu einzelne Aspekte der Simulationssprache im Rahmen von Anwendungprojekten kennenzulernen.

Wesentliche Inhalte der Vorlesung sind:

• Einführung
• Darstellungsformen und Klassifikation dynamischer Systeme
• Einführung in die komponentenbasierte Simulation mit Modelica
• Mathematische Modellbildung technischer Prozesse
  • Mechanische Systeme
  • Elektrische Systeme
  • Hydraulische Systeme
  • Thermodynamische Systeme ohne Stofftransport
  • Kompressible einphasige Einstoffströmung
• Fortgeschrittenen Modelica-Syntax
• Numerische Integrationsverfahren
  • für Differenzial-Gleichungssysteme
  • für Differenzial-Algebra-Gleichungssysteme
• Optimierungsverfahren zur Parameteridentifikation

Vorlesung Simulatortechnik

Die Vorlesung "Simulatortechnik" soll insbesondere für Trainingsflugsimulatoren einen Einblick in den Aufbau und die Funktionsweise einzelner Simulatorkomponenten sowie deren Zusammenwirken geben. Die Studenten sollen damit in die Lage versetzt werden, Problemstellungen aus der Simulatortechnik eigenständig bewerten und bearbeiten zu können. Insbesondere wird dabei der Interdisziplinarität dieses Gebietes Rechnung getragen.

Wesentliche Inhalte sind:

• Einführung und Anwendungsfelder
• Sichtsystem: Prinzipien zur visuellen Darstellung der Aussensicht
• Audiosystem zur Darstellung der Umgebungsakustik und Kommunikation
• Bewegungsplattformen und Bewegungsalgorithmen
• Steuerkraftsysteme
• Cockpit-Systeme: Hardware- und softwaretechnische Nachbildungen
• Instruktor-Operator-Station
• Klassifikation und Zertifizierung

Vorlesung Flugsimulation

Ziel der Vorlesung „Flugsimulation“ ist die Vermittlung einer Kompetenz zum Aufbau komponentenorientierter Simulationsmodelle im Bereich Flugdynamik und Flugzeugsysteme sowie der Beschreibung der Umgebungsbedingungen.

Wesentliche Inhalte sind:

• Einführung
• Flugmechanische Grundlagen
• Beschreibung der Flugzeugumgebung
  • Graviationsmodelle
  • Atmosphärenmodelle
  • Wind- und Turbulenzmodelle
  • Magnetfeldmodell
  • Radiosignale von Funknavigationsanlagen
• Beschreibung der Flugdynamik
  • Modellierungsansätze
  • Bewegungsgleichungen für Starrkörpermodell
  • Massenverteilung
  • Aerodynamik
  • Triebwerk
  • Bodenkontaktkräfte
• Beschreibung der Flugzeugsysteme

Flugtechnisches Praktikum

Ziel des Flugtechnischen Praktikums ist eine anwendungsnahe Vertiefung von Themen aus der Flugmechanik. Das Flugtechnische Praktikum ist dazu in einen Realflugversuch sowie 4 Simulatorversuche gegliedert. Der Realflugversuch wird in Zusammenarbeit mit der Abteilung Flugbetrieb der DLR am Standort Oberpfaffenhofen durchgeführt. Zur Realisierung der Simulatorversuche stehen im Labor für Systemdynamik und Flugmechanik mehrere Flugsimulatoren zur Verfügung.

Die Themen der einzelnen Praktikumsversuche umfassen:

• Vermessung der Eigenschwingungen
• Bestimmung des Manöverpunktes
• Darstellung des Stallverhaltens
• Experimentelle Bestimmung aerodynamischer Kennwerte
• Experimentelle Bestimmung von Triebwerksdaten
• Experimentelle Bestimmung von Flugleistungsparametern
• Untersuchung der Handling-Eigenschaften der Längsdynamik

Regelungstechnisches Praktikum

Das Ziel des „Regelungstechnischen Praktikums“ ist es, dass die Studierenden praktische Erfahrungen in der Anwendung der Softwarewerkzeuge MATLAB und SIMULINK zur Lösung von Regelungsaufgaben sammeln. 

Die Praktikumsversuche 1 und 2 betreffen zunächst Aufgabenstellungen zur Systemsimulation mit Simulink. Darauf aufbauend behandeln die Praktikumsversuche 3-6 Aufgaben zur Reglerauslegung für verschiedene Anwendungen.

Simulatortechnisches Praktikum

Das Qualifikationsziel des Praktikums "Simulatortechnik" betrifft die Bildung einer Handlungskompetenz zur Bewertung einzelner Simulatorkomponenten sowie zur Planung, dem Aufbau und Betrieb vernetzter Simulatoreinrichtungen.

Das Praktikum Simulatortechnik umfasst mehrere Versuche im Umfang von 2 TWS, in denen Themen der Vorlesungen Simulatortechnik und Flugsimulation in praktischen Versuchen vertieft werden. Im Einzelnen sind folgende Themen Gegenstand des Praktikums:

• Realisierungsaspekte von Sichtsystemen
• Umsetzung von Bewegungsalgorithmen
• Funktion eines Steuerkraftsystems
• Planung und Durchführung einer vernetzten Simulatormission mit dislozierten Simulatoren

Publikationen