nxControl: Ein Beitrag zum reglergestützten manuellen Fliegen

In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung des Vorgabereglers nxControl für das longitudinale Lastvielfache nx zur effektiven Unterstützung des manuellen Fliegens von Verkehrsflugzeugen beschrieben. Das Lastvielfache nx ist äquivalent zum Gesamtenergiewinkel und damit zur spezifischen zeitlichen Änderung der Gesamtenergie des Flugzeugs. Das Lastvielfache ist direkt proportional zur Differenz zwischen Schub- und Widerstandskraft und steuerbar über Triebwerksschub, Bremsklappen und Radbremsen. Der Vorgaberegler ersetzt die konventionelle manuelle Steuerung dieser Stellgrößen. Bislang werden Vorgaberegler nur zur Unterstützung der manuellen Steuerung der Fluglage mit den aerodynamischen Stellflächen eingesetzt. Der nx-Vorgaberegler vervollständigt die elektronischen Flugsteuerungsfunktionen im Cockpit. Zusammen mit einer angepassten Mensch-Maschine-Schnittstelle wird direktes Kommando und präzises Einstellen der physikalischen Flugzeugreaktion möglich, ohne dass Piloten die Wirkung der Stellgröße berücksichtigen müssen. So können Piloten präziser und gleichzeitig mit weniger Arbeitsaufwand manuell fliegen.[–]
Die Entwicklung des nx-Vorgabereglers teilt sich in die drei Phasen Analyse, Auslegung und Evaluation. Da das System menschliche Operateure unterstützt, wurden Verkehrspiloten als potentielle Nutzer in alle Entwicklungsschritte eingebunden. Die Analyse konzentriert sich sowohl auf die flugmechanischen und operationellen Aspekte als auch auf die menschlichen Aspekte bei der manuellen Steuerung des Energiehaushalts. Ausgehend von den ermittelten Handlungsmodellen der Piloten als auch den flugdynamischen Zusammenhängen werden Anforderungen an das Regelungssystem für die Auslegung aufgestellt. In umfangreichen Flugsimulatorstudien mit Verkehrspiloten wird in unterschiedlichen, repräsentativen Szenarien der Einfluss des nx-Vorgabereglers auf Flugpräzision, Arbeitsbeanspruchung, Situationsbewusstsein, Handhabung, Akzeptanz und Sicherheit untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass das entwickelte Regelungssystem für die Piloten eine intuitiv nutzbare Unterstützung des manuellen Fliegens darstellt, welche es ermöglicht anspruchsvolle Trajektorien präziser und mit weniger Arbeitslast als konventionell zu fliegen. Es ist in allen Flugphasen einsetzbar und unterstützt den Piloten auch in kritischen Fällen wie zum Beispiel Triebwerksausfällen.
Durch die erhöhte Präzision bei komplexen Trajektorien im manuellen Flug ist es möglich, Staffelungsverfahren und Flugroutenplanungen zu optimieren und zu verengen. Damit wird der Luftraum besser ausgenutzt und die Kapazität steigt. Gleichzeitig kann häufiger im täglichen Betrieb manuell geflogen werden, da der Arbeitsaufwand geringer ist. Bei einem Rückfall auf konventionelle Steuerung bleiben durch das häufigere Training und die ähnlichen Handlungsabläufe die grundlegenden Flugfertigkeiten abrufbar. Dies erhöht die Sicherheit im zukünftigen Luftverkehr.