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Identifizierung flugdynamischer Kenngrößen eines künstlich stabilisierten Raumflugzeugs

Kirschstein, Stefan

2005

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Stefan Kirschstein

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

UmfangX, 137 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Univ., Diss., 2005

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Alles, Wolfgang (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-01-21

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-20050486

Einrichtungen

1. Fakultät für Maschinenwesen (400000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Raumflugkörper (Genormte SW) ; Flugzeugaerodynamik (Genormte SW) ; Mathematisches Modell (Genormte SW) ; Strömungstechnische Kennzahl (Genormte SW) ; Parameteridentifikation (Genormte SW) ; Windkanal (Genormte SW) ; Flugversuch (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Parameteridentifizierung (frei) ; Windkanalversuche (frei) ; Flugversuche (frei) ; dynamische Derivative (frei) ; instationäre Aerodynamik (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit stellt erweiterte Methoden zur Identifizierung flugdynamischer Parameter vor. Dabei stehen zwei Verfahren aufgrund ihres einfachen Versuchsaufbaus im Vordergund. Diese müssen aber aufgrund ihrer Nachteile, nur für statisch stabil ausgelegte Fluggeräte geeignet zu sein, zur Untersuchung des statisch instabil ausgelegten Raumflugzeuges PHOENIX modifiziert werden. Die Windkanalversuchsmethode der freien Bewegung wird so modifiziert, dass das Windkanalmodell mit elektrisch angetriebenen Klappen ausgerüstet ist und dann mit einem Regler zur künstlichen Stabilisierung betrieben werden kann. Bei einer zweiten Methode wird ein ferngesteuerter und mit Messtechnik ausgerüsteter Versuchsträger von einem anderen unbemannten Flugzeug abgeworfen um dann im Flug Messdaten aufzuzeichnen. Durch den Einsatz von Steuerungs- und Regelungssystemen wird diese Versuchstechnik so erweitert, dass auch flugmechanisch instabile Konfigurationen mit hoher Flächenbelastung untersucht werden können. In einem ersten Schritt werden aus den Messdaten mit Hilfe eines Gleichungsfehlerverfahrens die unbekannten Parameter eines quasistationären aerodynamischen Modells identifiziert. Dabei zeigt sich eine Abhängigkeit der Parameter des Auftriebs-, Nickmomenten- und Rollmomentenmodells vom Frequenzbereich der Bewegung. Aus diesem Grund werden für diese Modelle im nächsten Schritt instationäre Ansätze gewählt, in denen die Frequenzabhängigkeiten durch Einfügen von Übertragungsfunktionen modelliert werden. Es wird gezeigt, dass die Parameter dieser instationären Modelle, mit Ausnahme des Rollmomentenmodells, unabhängig von der Frequenz sind. Durch Gegenüberstellung von Windkanaldaten mit Flugversuchsergebnissen wird verdeutlicht, dass es möglich ist, mit dem frei fliegenden Versuchsträger die Parameter von quasistationären Ansätzen vergleichsweise genau zu ermitteln. Die Unterschiede in den Ergebnissen der beiden Versuchsmethoden liegen in einer Größenordnung, die vergleichbar ist mit Versuchstechniken, welche einen deutlich höheren technischen und finanziellen Aufwand erfordern.

Enhanced methods for the determination of flightdynamic parameters are presented in this study. Because of their simple setup this study concentrates on two methods that have to be modified to study the unstable spaceplane configuration PHOENIX. In the wind tunnel method of free oscillation the wind tunnel model is equipped with electrically driven control surfaces and a feedback control system to operate the model in the test section. For the second method a radio controlled model of the spaceplane is dropped from another unmanned aerial vehicle to collect data during its flight. The application of feed forward- and feed back control systems enhances this method to make it applicable to unstable configurations with a high wing loading. In a first step an equation error method is used to identify the parameters of quasi-stationary aerodynamic models. It is shown, that the parameters of the equations for lift, pitch moment and rolling moment show a significant dependency on the frequency of motion. Therefore unsteady aerodynamic models are introduced that integrate these frequency effects with the help of transfer functions. The identified parameters of these unsteady models are shown to be independent from the frequency of motion. A comparison of wind tunnel data with data from the flight tests makes clear, that it is possible to identify precise parameters of quasi-stationary models with this kind of flight tests. The discrepancies between results from the two methods are in the same order than in much more ambitious flight test campaigns.

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
German

Externe Identnummern
HBZ: HT014320832

Interne Identnummern
RWTH-CONV-123673
Datensatz-ID: 62078

Beteiligte Länder
Germany