Übersicht der Forschungsausstattung

Simulationszentrum FSR

A320 Simulator D-AERO

Im fachgebietseigenen Forschungsflugsimulator werden Projektentwicklungen aller Teams des Instituts zusammengeführt, integriert und validiert. Der Simulator stellt eine flexible Versuchs- und Integrationsplattform für die Cockpitforschung dar. Die Probanden sind dabei aktive Airline-Piloten und Testpiloten. Der modulare Aufbau des Simulators erlaubt eine schnelle Integration neuer Soft- und Hardwarekomponenten, um den Simulator für die jeweiligen Versuchszwecke anzupassen.

Weitere Informationen zum A320 Simulator D-AERO

DA 40-180 Simulator

Neben einem Flugsimulator eines Verkehrsflugzeugs verfügt das Institut für Flugsysteme und Regelungstechnik über einen Flugsimulator aus dem Bereich der allgemeinen Luftfahrt. Dieser kleinere Simulator basiert auf einem auf einem FNTP der Firma Diamond Simulation aus Trebur und stellt das einmotorige Sport- und Reiseflugzeug Diamond DA 40-180 Diamond Star dar. Dies repräsentiert ein hochmodernes und verbreitetes Flugzeug der General Aviation mitsamt moderner IFR-Avionik.

Weitere Informationen zum DA40-180 Simulator

Die Simulatoren des FSR im Video

Eine kurze Dokumentation über den Einsatz der Simulatoren des Instituts in aktuellen Forschungsprojekten ist unter dem folgenden Link zu finden.

Die Simulatoren des FSR im Video (YouTube)

Navigationsbus

Das Institut besitzt ein Testfahrzeug für Navigationsaufgaben, das über ein hochgenaues inertiales Laser-Navigationssystem (HONEYWELL H-764) verfügt. Darüber hinaus sind weitere Sensoren wie z.B. ein Barometer oder Hodometer eingebaut. Neben Kommunikationsschnittstellen verfügt das Fahrzeug über mehrere Displays, auf denen z.B. das Navigationsdisplay (ND) eines üblichen Flugzeugs oder eine Airport Moving Map angezeigt werden können. Haupteinsatzgebiete dieses Fahrzeugs sind die Erzeugung von Referenztrajektorien und die Evaluation von Navigationssystemen und -algorithmen. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Erprobung von Rollführungssystemen für Verkehrsflugzeuge.

Die Positionsgenauigkeit des kompletten Systems ist in 95% aller Fälle besser als 0,5m (CEP95: < 0,5m). Das Fahrzeug wurde im Rahmen verschiedener LUFO und EU Projekte erfolgreich eingesetzt.

Prüfstände

Zur Validierung der am Institut entwickelten Diagnose- und Prognosemethoden werden verschiedene Prüfstände eingesetzt. Mithilfe dieser Prüfstände werden die Verschleißmechanismen analysiert und sogenannte Run-to-Failure Kurven generiert, welche das Training datenbasierter Diagnose- und Prognosemodelle durch Algorithmen des maschinellen Lernens ermöglichen.

In der Vergangenheit betrieb das FSR einen Asynchronmotorprüfstand, mit dem verschiedene Belastungsarten, wie radiale Kräfte oder elektrischer Strom, auf Testrillenkugellager aufgeprägt wurden, um verschiedene Fehlerfälle zu simulieren. Ergänzend ermöglichte ein weiterer Prüfstand die Untersuchung von Rillenkugellager eines Lüfters mit einem geregelten Luftstrom (konstante Belastung). Zur Bestimmung des Verschleißzustandes kamen Vibrationssensoren sowie Sensoren zur Messung der Phasenströme des Motors zum Einsatz.

Gegenwärtig sind am FSR zwei Prüfstände für die Erforschung von Prognostics- and Health Management Methoden einsatzbereit.

Prüfstand zur Untersuchung von Multikopter-Antriebssträngen

Das FSR betreibt einen Prüfstand zur Untersuchung der Antriebsstränge (Batterie, Electronic Speed Controller, Brushless Direct Current Motor, Luftschraube) von Multikoptern hinsichtlich ihres Verschleißes sowie der abrufbaren Leistung, welcher im Zuge des MAAM Projekts aufgebaut wurde.

Bild: FSR TU Darmstadt

Über einen optionalen Winderzeuger können die Einflüsse der Anströmung im Flug berücksichtigt werden. Im Prüfstand sind Sensoren zur Messung der Schubkraft, der Luftgeschwindigkeit, Drehzahl sowie Temperatur und Luftfeuchtigkeit verbaut. Die Ansteuerung und Messdatenerfassung erfolgt über LabView unter Nutzung der externen NI 6353 Karte mit 32 AI, 48 DIO und 4 AO Kanälen. Dank des modularen Aufbaus ist es möglich gezielt Fehlerfälle in die einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs einzubringen und deren Auswirkung zu analysieren.

Aktuator und Getriebeprüfstand

Im Rahmen des SiFliegeR Projekts wurde ein Aktuator Prüfstand aufgebaut. Mit diesem Prüfstand können die Nutzung und Degradierung von elektromechanischen Aktuatoren untersucht werden. Der eingebaute Torquemotor ermöglicht eine aktive Kraftaufprägung, sodass dynamische Lasten, wie sie beispielsweise im Flug an Steuerflächen auftreten, abgebildet werden können. Dank der umfangreichen Sensorik (Drehmoment, Vibration, Phasenströme & -spannungen, Temperaturen, etc.) kann der Zustand des Aktuators erfasst werden.

Die modulare Bauweise ermöglicht eine einfache Modifikation des Prüfstands. Anstelle von Aktuatoren werden beispielsweise auch Getriebe hinsichtlich ihres Verschleißes bei unterschiedlichen Belastungen untersucht. Dabei wird der Torquemotor als Drehzahlgeber und eine Hysteresebremse zur Lastaufprägung verwendet.

Auch für weitere Forschungsvorhaben bietet die flexible Bauweise die Möglichkeit den Aufbau schnell zur Untersuchung weiterer rotierender Teile anzupassen. Dabei steht eine umfangreiche Messhardware zur Verfügung, welche flexibel über den compatRio von National Instruments in Echtzeit und auch mit Unterstützung eines FPGA genutzt werden kann.

Vorhandenes Equipment am Prüfstand

Torquemotor

  • Typ: Kollmorgen AKM-65K
  • Betriebsspannung: 400 VAC
  • Nom. Drehmoment: 20 Nm
  • Max. Drehmoment: 25 Nm
  • Drehzahl @ Nom. Drehmoment: 2000 RPM
  • Positionssensor: Absolut-Drehgeber mit 0,04° Auflösung

Hysteresebremse

  • Typ: Magtrol HB-1750M-2
  • Nennstrom: 500 mA
  • Min. Drehmoment @ Nennstrom: 12,36 Nm
  • Max. Drehzahl: 6000 RPM
  • Nennleistung: 350 W / 1200 W (5 min.)

Mess- und Steuersystem

  • Typ: National Instruments cRIO-9038
  • OS: Echtzeitbetriebssystem
  • FPGA: Kintex-7-160T
  • Module:
    • 16 Kanal, 16 Bit, 100 kS/s/ch ADC
    • 8 Kanal Temperaturmessmodul
    • Multifunktionsmodul (AI/AO/DIO)
    • 4 Kanal Relaismodul
    • 4 Kanal RS485/RS422 Seriell Modul

Sensorik

  • Drehmomentsensor: HBM T22 50 Nm
  • Vibrationssensoren:
    • Kistler 4-Kanal LabAmp Messverstärker
    • Kistler 50 g K-Shear Beschleunigungssensoren
  • Stromsensoren: Hall-Effekt LEM @ 50 kHz
  • Sonstige: Temperatur, Luftfeuchte

Unbemannte Fahr- und Flugzeuge

Unbemannte Fahr- und Flugzeuge (UGV/UAV) kommen bereits in vielfältigen Anwendungen zum Einsatz. Nicht nur im militärischen Bereich, sondern auch für Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben oder in der Umwelt- und Verkehrsüberwachung sind sie mittlerweile ein wichtiges Hilfsmittel geworden.

Die Forschung an UAVs vereinigt viele Themen, die am Institut für Flugsysteme und Regelungstechnik zu den Kernkompetenzen gehören: angefangen von der robusten Regelung von hochdynamischen Systemen, über Navigation bis hin zum Luftverkehrsmanagement und Mensch-Maschine-Interaktion für Luftfahrtanwendungen.

Als Demonstratoren wurden in den letzten Jahren zwei Bodenfahrzeuge und mehrere flugfähige Plattformen nach dem Quadrokopter-Prinzip aufgebaut. Diese sind in der Lage, selbständig zu starten und zu landen und eine vorab programmierte Soll-Trajektorie autonom abzufliegen. Insbesondere werden die Quadrokopter zur Forschung in den Bereichen kooperative Schwarm-Regelung und der kollisionsfreien Navigation durch unbekanntes Gelände eingesetzt.

Concurrent Engineering Lab@TU Darmstadt

Mit dem Concurrent Engineering Lab@TU Darmstadt (CEL) verfügt das FSR über eine moderne Einrichtung, in der komplexe technische Systeme mit Methoden des Concurrent Engineering & Digital Engineering entwickelt werden können.

Das CEL entstand 2019 in Kooperation des FSR mit der Europäischen Weltraumbehörde ESA im Rahmen der Initiative „ESA_LAB@“ als ein gemeinsames Forschungslabor, in dem Concurrent Engineering einerseits für die Analyse und Bewertung neuer strategischer Bereiche in Bezug auf Bodensegment (Ground Segment) und Betrieb (Operations) und andererseits für Forschungsprogramme aller Fakultäten der TU Darmstadt sowie für praktische Erfahrungen der Studierenden durchgeführt wird.

Mehr dazu