Abbildungen .................................................. viii
Tabellen ..................................................... xiii
Vorwort ........................................................ xv
Nomenklatur .................................................. xvii
1 Einführung ................................................... 1
1.1 Problemstellung ......................................... 2
1.2 Stand der Wissenschaft und Technik ...................... 6
1.3 Wissenschaftliche Fragestellung ........................ 15
1.4 Methodik und Aufbau der Arbeit ......................... 16
2 Systemmodellierung .......................................... 18
2.1 Systemarchitektur ...................................... 18
2.2 Hubschraubermodell in der Desktopsimulation ............ 19
2.3 Nichtlineare Hubschraubersimulation im AVES ............ 21
2.4 Außenlastmodell ........................................ 21
2.5 Rettungswindenmodell ................................... 26
2.6 Sensormodell ........................................... 29
2.7 Automatic Flight Control System (AFCS) ................. 29
2.8 Zusammenfassung - Kapitel 2 ............................ 33
3 Modellvalidierung ........................................... 34
3.1 Validierung der Hubschraubermodelle .................... 34
3.2 Validierung des Außenlastmodells ....................... 37
3.3 Zusammenfassung - Kapitel 3 ............................ 38
4 Flugdynamische Analyse ...................................... 39
4.1 Grundlagen der flugdynamischen Analyse ................. 39
4.2 Flugdynamik des Hubschraubers .......................... 40
4.3 Einfluss der Außenlast ................................. 44
4.4 Einfluss des SCAS ...................................... 46
4.5 Einfluss der Lastaufhängung ............................ 47
4.6 Einfluss der Seillänge ................................. 60
4.7 Einfluss der Lastmasse ................................. 62
4.8 Zusammenfassung - Kapitel 4 ............................ 64
5 Reglerauslegung der automatischen Außenlaststabilisierung ... 66
5.1 Methode zur Stabilisierung einer seitlich
aufgehängten Außenlast ................................. 66
5.1.1 Festlegung der Regelkreisstruktur ............... 66
5.1.2 Festlegung der Regelgröße ....................... 69
5.1.3 Analyse der Regelstrecke ........................ 70
5.1.4 Festlegung der Reglerübertragungsfunktion ....... 72
5.1.5 Optimierungsmethode für Reglerparameter ......... 74
5.1.6 Reglerauslegung, Analyse und Funktionsnachweis .. 82
5.2 Methode zur Handhabung variabler Seillängen ............ 89
5.2.1 Ermittlung des Worst-Case bei Seillängen-
und Lastmassenvariation ......................... 89
5.2.2 Robustheitsanalyse .............................. 97
5.2.3 Funktionsnachweisführung im AVES ................ 98
5.3 Zusammenfassung - Kapitel 5 ........................... 106
6 Flugerprobung .............................................. 107
6.1 Flugversuchsträger EC135 ACT/FHS ...................... 107
6.2 Sensorik zur Erfassung der Lastpendelbewegung ......... 110
6.3 Rettungswinde und Außenlast ........................... 113
6.4 Experimentelles Display ............................... 114
6.5 Ergebnisse der Flugerprobung der Sensorik ............. 114
6.6 Ergebnisse der Flugerprobung der Regelung ............. 120
6.7 Zusammenfassung - Kapitel 6 ........................... 126
7 Flugeigenschaftsbewertung .................................. 127
7.1 Grundlagen der Flugeigenschaftsbewertung von
Hubschraubern ......................................... 127
7.1.1 Definition von Flugeigenschaften ............... 127
7.1.2 Der Aeronautical Design Standard 33 (ADS-33) ... 128
7.1.3 Bewertungskriterien für den Transport von
Außenlasten .................................... 130
7.2 Bewertung des Außenlaststabilisierungssystems ......... 139
7.2.1 Bewertete Flugregler-Konfigurationen ........... 139
7.2.2 Quantitative Flugeigenschaftsbewertung ......... 140
7.2.3 Qualitative Flugeigenschaftsbewertung in
einer Pilotenstudie ............................ 150
7.2.4 Ergebnisse der Pilotenstudie ................... 158
7.3 Zusammenfassung - Kapitel 7 ........................... 179
8 Schlussfolgerungen und Ausblick ............................ 181
8.1 Schlussfolgerungen .................................... 182
8.2 Ausblick .............................................. 186
A Herleitung nichtlinearer Bewegungsdifferentialgleichungen .. 191
A.l Translatorische Bewegungsdifferentialgleichungen ...... 191
A.2 Rotatorische Bewegungsdifferentialgleichungen ......... 193
В Koordinatentransformationen ................................ 196
B.l Transformation: geodätisch → körperfest ............... 196
B.2 Transformation: aerodynamisch → körperfest ............ 196
В.З Beziehung zwischen Eulerwinkeln und
Drehgeschwindigkeiten ................................. 196
С Abschätzung der Pendelfrequenz ........................... 198
D Ergebnisse der flugdynamischen Analyse ..................... 200
D.l Ungeregelter Hubschrauber mit Außenlast,
Lastaufhängung im C.G. ................................ 200
D.2 Geregelter Hubschrauber mit Außenlast,
Lastaufhängung im C.G. ................................ 203
D.3 Geregelter Hubschrauber mit Außenlast, Lastaufhängung
Rettungswinde ......................................... 206
E Vergleich zwischen zentraler Lastaufhängung und
Rettungswinde .............................................. 209
F Optimierungsalgorithmus .................................... 225
F.l Optimierungsalgorithmus nach Brenner .................. 226
F.2 Angepasster Optimierungsalgorithmus für den Fall
der Rettungswinde ..................................... 227
G Flugregler Parameter-Settings .............................. 231
H Funktionsnachweis im AVES .................................. 232
I Bewertungsskalen ........................................... 242
J Quantitative Flugeigenschaftskriterien für Außenlasten ..... 245
J.l Attitude Bandwidth/Phase Delay ........................ 246
J.2 Horizontal Translational Rate Bandwidth/Load
Coupling Parameter .................................... 248
J.3 Attitude Bandwidth/Lowest - 180 deg Frequency ......... 250
К Mission Task Elements ...................................... 252
K.l Load Placement Task ................................... 253
K.2 Depart/Abort .......................................... 255
K.3 Slalom ................................................ 258
L Ausbildung und Flugerfahrung der Piloten ................... 260
M Bewertungen aus Pilotenstudie .............................. 263
M.l Visual Cue Ratings .................................... 263
M.2 Cooper-Harper Ratings ................................. 264
M.3 Bedford Workload Ratings .............................. 265
Referenzen .................................................... 267
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