Perspektive Nr. 59 Frühjahr 2017

FernUni Perspektive Seite 11
Notfall-Assistenten für die Luftfahrt
Mit ELA sicher zu Boden gleiten
Am 15. Januar 2009 wurde Chesley
B. Sullenberger weltberühmt:
Dem Flugkapitän gelang nach einem
Gleitflug mit seinem Airbus
A320 eine Notwasserung auf dem
Hudson River, nachdem über New
York durch Vogelschlag beide Triebwerke
ausgefallen waren. Alle 155
Menschen an Bord wurden gerettet.
Eine wichtige Hilfe bei diesem Horrorflug
hätte eine neue Entwicklung
sein können, die an der FernUniversität
in Hagen am Lehrgebiet von
Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann
im Rahmen einer Bachelor-Arbeit realisiert
wurde.
Ein Flugassistenzsystem unterstützt
Piloten bei einem totalen Triebwerksausfall
dabei, sicher notzulanden.
Der Emergency Landing Assistant
(ELA) bietet hierfür eine Entscheidungs-
und eine Navigationshilfe,
um das Flugzeug im Gleitflug genau
an den Anfang eines Bereiches
zu steuern, wo eine sichere Notlandung
möglich ist.
Prof. Wolfram
Schiffmann
Jedes Flugzeug kann ohne Triebwerke
im Gleitflug weiterfliegen. Das
Problem ist zunächst, zu entscheiden,
wo im Notfall der beste Landeplatz
ist. ELA sucht ständig Alternativen
bei den nahegelegenen Flugplätzen.
In einer anderen – aktuell
noch laufenden – Abschlussarbeit
soll zusätzlich eine Datenbank weiterer
Notlandeplätze generiert werden.
Zudem berechnet ELA – der im
Rahmen einer Bachelor-Arbeit des
FernUni-Studenten Jürgen Vörding
als App für ein Android-Tablett entwickelt
wurde – den optimalen Energieeinsatz:
Beim Gleitflug geht es
nicht nur um die Entfernung, sondern
auch um Flughöhe und Sinkgeschwindigkeit
bzw. Anflugwinkel.
Prof. Wolfram Schiffmann, der ebenso
wie Vörding Pilot ist: „Wegen der
vielen zu berücksichtigenden Parameter
– zu denen auch die von einem
Sensorsystem ermittelte Windstärke
gehört – sind die Berechnungen
höchst komplex.“
Die Grafik zeigt den Rückweg des Airbus vom Ort des Triebwerkschadens (li. oben)
über Rikers Island zum Flughafen LaGuardia (re. unten), den ELA angezeigt hätte.
Ein Airbus A320 neo
im Steigflug
Foto: Airbus
Wie wichtig die Unterstützung bei
der Entscheidung für einen Notlandeplatz
ist, zeigten die Untersuchungen
nach dem 15. Januar 2009:
„Sullenberger entschloss sich binnen
Sekunden für die Notwasserung. Er
konnte den Hudson sehen, als die
Triebwerke ausfielen. In seiner Situation
eine absolut richtige Entscheidung!
Später ergab sich jedoch, dass
auch die Rückkehr zum Flughafen
LaGuardia in New York möglich gewesen
wäre. Doch dafür fehlten Sullenberger
die Informationen. Unsere
Simulationen zeigten ebenfalls, dass
er dorthin gekommen wäre: ELA
hätte ihm LaGuardia als sichersten
Notlandeplatz vorgeschlagen und
ihn dorthin navigiert.“
Das Navigationssystem kann sogar
mit dem Autopiloten verbunden
werden, dadurch hätte der Pilot
nach der Entscheidung für das
neue Ziel zum Beispiel mehr Zeit für
die Kommunikation mit der Flugsicherung.
Die Landung führt der Pilot
aber wieder selbst durch.
Grundsätzlich eignet sich das System
über den Einsatz in Verkehrsmaschinen
hinaus auch für kleinere Typen
bis hin zu Ultraleichtflugzeugen.
Flugphysik
Wenn ein Flugzeug – bei totalem
Triebwerksausfall – im Gleitflug weiterfliegt,
wird seine potentielle Energie
aufgrund der Höhe in kinetische
Energie zur Erreichung eines Notlandesfeldes
umgewandelt. Die verfügbare
potentielle Energie ist proportional
zur Überhöhung des Flugzeugs
über einem Notlandefeld. Obwohl
ein Flugplatz stets das beste Notlandefeld
darstellt, ist dieser bei zu geringer
Überhöhung nicht immer erreichbar.
Daher wird für eine zukünftige
Version von ELA eine Datenbank
mit Notlandefeldern zweiter Wahl
entwickelt, die anhand von geographischen
Daten erstellt wird. Wichtig
für eine sichere Notlandung ist
die geeignete Einteilung der verfügbaren
potentiellen Energie auf die
Abschnitte der möglichen Gleitpfade
aller in Frage kommenden Notlandefelder.
Sobald die besten Gleitpfade für
die noch erreichbaren Notlandefelder
berechnet sind, werden (in aufsteigender
Reihenfolge) die noch
verbleibenden Zeiten für eine Selektion
der jeweiligen Notlandefelder
dargestellt. Mit sinkender Überhöhung
fallen weiter entfernte, aber
vielleicht höherwertige Notlandefelder
aus dieser Verfügbarkeitsliste heraus.
Der Gleitpfad zum automatisch
oder vom Piloten ausgewählten Notlandefeld
wird zusammen mit der
aktuellen Position angezeigt. Folgt
der Pilot bzw. Autopilot dem vorgegebenen
Pfad, wird er schließlich in
einer geeigneten Höhe am Anfang
der Notlandebahn herauskommen
und braucht dann nur noch auszuschweben.
i
Prof. Schiffmann präsentiert die Entwicklungen seines Lehrgebiets
auf der AERO – Internationale Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt
AERO vom 5. bis 8. April auf der Messe Friedrichshafen, Neue Messe
1, 88046 Friedrichshafen.
Aufwinde besser finden
Durch warme Winde nach oben,
nicht durch Motorkraft: Das ist
Grundprinzip des Segelfliegens.
Dafür suchen sich die Pilotinnen
und Piloten von Segelflugzeugen
aufsteigende Luftströmungen. Um
ihnen die Suche nach diesen Aufwinden
zu erleichtern, hat das
Lehrgebiet Rechnerarchitektur von
Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann
an der FernUniversität in Hagen einen
Thermikassistenten für den Segelflug
entwickelt. Mit Hilfe einer
Segelflugzeug-Piloten suchen Thermiken, mit denen sie Höhe gewinnen können.
Foto: Paul Hailday/Wikipedia Commons
sowohl zwei- als auch dreidimensionalen
App können Thermiken automatisiert
erkannt werden, wenn
sie durchflogen werden.
Dafür ist die Kopplung an ein entsprechendes
Messsystem, ein Variometer,
notwendig. Die Apps
wurden in zwei Abschlussarbeiten
entwickelt. „Zahlreiche neue Handys
haben bereits einen Drucksensor
integriert, den wir nutzen
können“, erläutert Prof. Wolfram
Schiffmann. Er präsentiert die Entwicklung
erstmals öffentlich auf
der Internationalen Fachmesse für
Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5.
bis 8. April in Friedrichshafen.
Die notwendigen Informationen
über Steigen und Sinken liefert ein
Total EnergieKompensiertes (TEK)
Variometer: Bei mechanischen Variometern
wird dem statischen
Luftdruck, der der Höhenmessung
dient, ein geschwindigkeitsabhängiger
Unterdruck überlagert, so
dass die Höhenänderung in Abhängigkeit
von der Zeit dargestellt werden
kann. Ein Segelflugzeug sinkt
jedoch nur. Ausnahme: Es fliegt in
eine Thermik, deren Steigung größer
ist als das Sinken des Flugzeugs.
Findet ein Pilot eine Thermik, dreht
er das Flugzeug in sie hinein, um
sich kreisförmig in größere Höhe
tragen zu lassen. „Dabei verliert
man jedoch leicht die Orientierung
darüber, wo die Thermik ist“, erläutert
der Professor mit Pilotenschein
für Motorflugzeuge.
Mit einem TEK-Variometer wird bestimmt,
welchen Anteil die Thermik
am Steigen des Segelfliegers hat.
Die hierzu benötigten Gleichungen
hat Prof. Schiffmann dem Dortmunder
Software-Spezialisten AppPilots
GmbH & Co. KG zur Verfügung gestellt,
deren Geschäftsführer Kevin
Beyer selbst Segelflieger ist. AppPilots
hat Schiffmanns Gleichungen
in ein iPhone integriert. „Je länger
das Flugzeug in der Thermik kreist,
desto aussagefähiger ist die Anzeige
auf dem Display und desto besser
das Bild, das sich der Pilot von
der Thermik machen kann. So kann
er sie viel besser ausnutzen, um
nach oben zu kommen“, erläutert
Schiffmann. „Unsere Entwicklung
kann auch für Drohnen und Flugzeuge
genutzt werden. Wir haben
sogar einen Autopiloten entwickelt,
der sie selbstständig ‚hochkurbeln‘
kann.“
Da