ASTS

11. Juni 2015 

Telemetrieanlage zur Übertragung von gemessenen Zustandsgrößen während des Windenstarts

Zweck

  • Unterstützung des Windenfahrers
  • Verbesserung der Windenfahrerausbildung
  • Fahrtregelung des Windenschlepps
  • Verbesserung der Sicherheit
  • Erfassung meteorologischer Daten
  • Untersuchung des Windenstarts
  • Validierung theoretischer Modelle

Messgrößen (Flugzeug)

  • Fahrt
  • Höhe
  • GPS-Position
  • Beschleunigung in Längs- und Höhenrichtung
  • Ruderwinkel

Messgrößen (Winde)

  • Seilgeschwindigkeit
  • Seilkraft

Forschung

  • Einfluss von Schleppgeschwindigkeit, Wölbklappenstellung und Schwerpunktlage auf die Schlepphöhe
  • Energiebilanz des Windenschlepps

Meteorologie

  • Windprofil über der Höhe
  • Temperaturverlauf über der Höhe und Zeit

Zusätzliche Nutzung

  • Kartographierung der Thermik in der unmittelbaren Flugplatzumgebung
  • Visualisierung des Platzrundenverkehrs

Theoretische Grundlagen

  • AK-7 (Modellierung des Windenstarts)
  • Entwurf eines Fuzzy-Fahrtregelers für den Windenstart (C. Wurm)

Funkübertragung

  • Frequenzbereich: 869 MHz (ISM-Band)
  • Sendeleistung: 500 mW
  • Antennen: Lambda/4-Antennen
  • Reichweite: >2km

Details

flugzeug

Die Antenne, für Flugversuche im Segelflugzeug AK-5b (Akaflieg Karlsruhe, 1996) montiert. Die Sendeeinheit sowie die Druckmesseinrichtungen befinden sich im Instrumentenpilz. Unten rechts am I-Pilz befindet sich ein Stecker für den Anschluss eines Displays zur Kalibrierung der Fahrtmessung und zwei Taster zur Bedienung. Die Antenne kann später unter der Instrumentenpilz-Abdeckung oder am Fahrwerk angebracht werden.

Die Empfängerplatine, in der Winde AFK-3 (Akaflieg Karlsruhe, 1987) montiert. Eine ähnliche Einheit befindet sich als Sender im Flugzeug. Die Empfangseinheit koordiniert den Funkverkehr bei mehreren Flugzeugen und steuert die Anzeigeeinheiten (siehe unten).

Die Empfangsantenne (Kabel rechts) ist auf dem Dach der Winde angebracht.
fresneldiagrammFür eine ungestörte Übertragung ist nicht nur der direkte Ausbreitungsweg der Funkwellen relevant. Auch Hinderniss in einem ellipsoiden Bereich um die Sichtlinie (Fresnelzone) führen zu Verlusten.

Die nebenstehende Grafik zeigt den relativen Verlust an Sendeleistung, der durch den Erdboden hervorgerufen wird, in Abhängigkeit von der Höhe der beiden Antennen.
winde2Die Anzeigeeinheiten aus Sicht des Windenfahrers. Die Leutdiodenzeile auf der rechten Seite befindet sich im Blickfeld des Windenfahrers und stellt die Abweichung der Schleppgeschwindigkeit von der Sollgeschwindigkeit dar. Die alphanumerische Anzeige links gibt weiterführende Informationen, beispielsweise den erkannten Flugzeugtyp und die momentane Höhe. Außerdem kann hier die Sollfahrt manuell verändert sowie weitere Einstellungen vorgenommen werden.
fuzzyEin Ausschnitt aus dem Regelsatz zur Fahrtregelung während des Steigfluges. Es handelt sich um einen Fuzzy-Regler, also um ein wissensbasiertes System. Die Bezeichnungen werden anhand einer Zugehörigkeitsfunktion aus den Messgrößen abgeleitet (siehe unten). Mehrere Regeln können gleichzeitig zutreffen.
diagramm2Die Zugehörigkeitsfunktionen, die der gemessenen Höhe eine linguistische Variable zuordnen. Ist der Zugehörigkeitsgrad kleiner als 100%, so wird die dazugehörige Regel nur teilweise aktiv.
matlabFür den Reglerentwurf ist es notwendig, die Komponenten des Systems mathematisch zu beschreiben. Die nebenstehende Grafik zeigt ein MATLAB-Modell der Winde.

 

 

 

fluglage

Um den Piloten während des Startvorgangs nicht abzulenken, soll die Sendeeinheit möglichst automatisch agieren. Hierzu ist eine Erkennung des momentanen Flugzustandes notwendig.

Die nebenstehende Abbildung zeigt das Zustandsübergangsdiagramm eines Automaten, der anhand der gemessenen Fahrt und der Zeit den momentanen Flugzugstand erkennt und die Sendeleistung entsprechend anpasst.

 

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