Virtuelle Integration und Systembewertung

Funktionale Gesamtsystemoptimierung

Sowohl für die geplanten Verbesserungsprogramme bestehender Flugzeugmuster als auch für deren langfristigen Nachfolger besteht der Bedarf an neuen Methoden für den Entwurf hochoptimierter Systemarchitekturen. Am Institut für Flugzeug-Systemtechnik wird eine ganzheitliche Methodik aufgebaut, um den Systemarchitekten bei den signifikanten Entwurfsentscheidungen unterstützen. Hierbei werden ausgehend von einer Design-unabhängige Anforderungsanalyse Fragestellungen, wie die Zuordnung von Funktionen, die Optimierung der Leistungsallokation der Verbraucher und die Auswahl und Anpassung von Versorgungssystemtopologien, betrachtet.

Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanalysen

Der Entwurf von Systemarchitekturen wird parallel durch mehrstufige Sicherheitsanalysen begleitet. Die frühzeitige Identifikation der sicherheitsrelevanten Schwachstellen einer Systemarchitektur ermöglicht eine Optimierung der Redundanzallokation und führt zudem zu einem besseren Verständnis der Anforderungen an die einzelnen Komponenten. Es wird das Werkzeug SYRELAN eingesetzt, um für komplexe Systeme Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanalysen, Leistungsdegradationsuntersuchungen und Importanzanalysen auf Basis von Zuverlässigkeitsblockdiagrammen durchzuführen. Ein zusätzliches Modul des Tools nutzt nebenläufige, endliche Automaten zur Abbildung eines zustandsdiskreten, dynamischen Verhaltens komplexer Systeme und führt somit zu einer verbesserten Genauigkeit der Sicherheitsanalysen.

Szenario-basiertes Testen von integrierten Systemen

Ein Ziel der virtuellen Integration ist die Identifikation von Wechselwirkungseffekten zwischen gekoppelten Flugzeugsystemen. Um solche Effekte zu finden, wird am Institut für Flugzeug-Systemtechnik ein Szenario-basierter Testansatz (Scenario-based Testing) entwickelt. Die Grundlage dazu wird durch ein Szenario-Modell gegeben, das die zu testenden Flugmissionen, Randbedingungen und Ereignisse in kompakter Form als nebenläufigen hybriden Automaten enthält. Das Szenario-Modell wird anschließend durch spezielle Such- und Kombinations-Algorithmen in einzelne Testszenarien zerlegt, die von einer normalen Flugmission bis hin zu verketteten Fehlerereignissen alle denkbaren Varianten abdecken. Die große Anzahl von Testszenarien wird auf einem Computer-Cluster simuliert und durch Agenten ausgewertet. Die Agenten sammeln während der einzelnen Simulationsdurchläufe alle relevanten Daten und analysieren ob die Spezifikationen erfüllt werden. Falls eine Anforderung verletzt wird, können die Agenten das entsprechende Testszenario, den genauen Zeitpunkt und die Ursache bestimmen.

Virtuelle Integrationsplattform

Am Institut für Flugzeug-Systemtechnik wird die virtuelle Integrationsplattform VIPER für die Analyse und Bewertung von Systemen auf Flugzeugebene verwendet. Die Grundlage dazu wird durch detaillierte Modelle der Komponenten, Systeme und Software-Module gegeben, die im Rahmen der virtuellen Integration zu einer komplexen Gesamtsystemsimulation verbunden werden. Mit der virtuellen Integration werden im Wesentlichen zwei Ziele verfolgt. Auf der einen Seite können Wechselwirkungseffekte zwischen Flugzeugsystemen, der Flugphysik und dem Cockpit identifiziert und entsprechend in den Spezifikationen der Systeme berücksichtigt werden. Auf diese Weise ist eine frühzeitige Validierung von Anforderungen möglich, die zu einer Reduktion von Fehlern und somit zu einer Kostensenkung im Entwicklungsprozess führt. Auf der anderen Seite können durch die virtuelle Integration reale Integrationstests vorbereitet und unterstützt werden. Virtuelle Tests ermöglichen ein vertieftes Verständnis des Systemverhaltens und die Identifikation von kritischen Testszenarien.

Technologiebewertung auf Gesamtflugzeugebene

Ein wesentlicher Punkt in der umfassenden Bewertung neuer Architekturkonzepte stellt die Evaluation des Einflusses auf das Gesamtprodukt dar. In einem entsprechenden Forschungsschwerpunkt werden die Auswirkungen neuer Technologien auf die Flugleistung und den fehlerfreien und sicheren Betrieb aktueller und zukünftiger Flugzeugmuster untersucht. Eines der ausgeschriebenen Ziele künftiger Flugzeuge ist die Reduktion des Treibstoffverbrauchs der Triebwerke. Um den Einfluss der Masse, der sekundären Leistungsentnahme und der erforderlichen Zapfluftmenge der Ausrüstungssysteme auf die Leistung und den Verbrauch der Triebwerke bewerten zu können, wurde am Institut für Flugzeug-Systemtechnik eine dedizierte Methodik entwickelt. Die in dem Tool SysFuel+ umgesetzte Methodik ermöglicht die rekursive Simulation einer Flugmission auf Basis von Triebwerks- und Systemmodellen, um die erforderlichen Missionstreibstoffmenge bestimmen zu können. Diese Missionssimulation wird iterativ mit einem vereinfachten Resize des Flugzeugs kombiniert, um Schneeballeffekte durch das geänderte maximale Abfluggewicht berücksichtigen zu können. Das Tool SysFuel+ wird stetig verbessert und angepasst, um geänderte Randbedingungen diverser Forschungsvorhaben berücksichtigen zu können.

  

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