Demonstrator for a flight control computer for the future small aircraft

Abstract

Die Luftfahrt ist ein stetig wachsender Zweig des Personenverkehrs. Der erhöhte Mobilitätsbedarf wird in Zukunft zum Teil durch kleinere Flugzeuge in der Allgemeinen Luftfahrt erfüllt werden. Da es diesen Flugzeugen auch möglich ist auf kleineren Flugplätzen zu starten und zu landen, ermöglichen sie eine flexiblere Nutzung. Allerdings sind genau diese Flugzeuge für einen Großteil aller Flugunfälle verantwortlich. Das Konsortium "Future Small Aircraft" hat sich diesem Problem angenommen und entwickelt ein hocheffizientes und sicheres Reise- und Geschäftsflugzeug für die Allgemeine Luftfahrt. Der Kern dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung eines kostengünstigen Demonstrators eines Flight Control Computers für das Future Small Aircraft. Bereits seit langem sind Computer zur Flugregelung in den großen Passagierflugzeugen der Linien-Fluggesellschaften etabliert. Aus Kostengründen haben sie allerdings im Bereich der Allgemeinen Luftfahrt noch keine Verbreitung gefunden. Am Beginn dieser Arbeit steht eine Analyse der am Markt befindlichen Flugregelungssysteme sowie deren Redundanz-Architekturen. Als Resultat dieser Analyse wird die "Commander and Monitor" Architektur, als Basis für die Entwicklung eines eigenen Flight Control Computers, ausgewählt. Für das anschließende Requirements Engineering wird die Software "MKS" verwendet. Das Schaltungsdesign und das Layout dieses Prototypen werden mit Hilfe des EDA Tools "Pulsonix" durchgeführt. Am Ende dieser Arbeit steht die Erstinbetriebnahme eines funktionstüchtigen Prototyps für den Flight Control Computer. Dieser Computer berechnet neu entwickelte Regelungsalgorithmen und ermöglicht es in Zukunft die Steuerung des Flugzeugs durch den Piloten zu augmentieren und zu überwachen (Flight Envelope Protection). Diese Überwachung und Unterstützung soll zum einen zur Verbesserung der Sicherheit des Flugzeugs und seiner Passagiere beitragen und zum anderen den Komfort für den Piloten steigern.

Air traffic is a steadily growing sector of passenger transportation. A part of the increased demand of mobility will be covered by light aircraft in the general aviation. Since they are able to start and land on small airfields, they can be employed with greater flexibility. Unfortunately, such aircraft are involved in the majority of all aviation accidents. For this reason the "Future Small Aircraft" consortium develops a highly efficient and safe travel- and business aircraft. The goal of this thesis is the development of an affordable demonstrator hardware for the Flight Control Computer for the Future Small Aircraft. In the flight control systems of big airliners, computers have commonly been employed for a long time. Because these systems are expensive, they are not widely used in general aviation aircraft. At the beginning of this thesis a state of the art analysis about the current flight control systems and their common redundancy architectures is presented. As result of this analysis the "Commander and Monitor" architecture is selected as design base for the development of a new Flight Control Computer. The subsequent requirements engineering is performed with the software MKS. The circuit design and the layout of the developed prototype are realized by using the EDA tool Pulsonix. The prototype is taken into operation for the first time at the end of this work. It has the task to execute newly developed control algorithms, which will enable the augmentation of the flight controls of the pilot and provide flight envelope protection of the aircraft. The augmentation and protection shall lead to improved safety of the aircraft and its passengers and increase the comfort for the pilot.