Bachelor Arbeiten

Prof. Fichter in a lecture with a Quadrocopter

 


 

Titel: Aufwindschätzung - Entwurf einer HiL Umgebung
Typ:
  • Bachelorarbeit
Betreuer:
Status: offen

Hintergrund

Getrieben durch das Aufkommen batterie-elektrischer Antriebe im Bereich der General Aviation rückt energieeffizientes Fliegen in den Fokus der bemannten Luftfahrt. Vögel und Segelflug-Piloten können unter Ausnutzung atmosphärischer Bewegung antriebslos große Distanzen zurücklegen. Die Automatisierung der eingesetzten Strategien bietet die Möglichkeit zur Steigerung der maximalen Flugdauer und Reichweite für sowohl unbemannte Luftfahrtgeräte, als auch in der Allgemeinen Luftfahrt.

Im Rahmen der unter Master Arbeiten geführten Arbeit mit dem Titel "Entwurf eines Filters zur Aufwindschätzung" wurde am iFR ein Partikelfilter entworfen. Der Filter ist innerhalb einer Simulation in der Lage Position und Stärke thermischer Aufwinde zu schätzen. Die Funktionalität soll zukünftig durch Flugtests mit einem unbemannten Flächenflugzeugs nachgewiesen werden.

Problemstellung

Der stochastische Filter zur Aufwindschätzung propagiert und korrigiert fortlaufend eine hinreichend großen Anzahl an Zustandshypothesen - den Partikeln. Der iFR Bordrechner bietet die Möglichkeit eine Vielzahl an Berechnungen parallel auf einem FPGA auszuführen. Zu diesem Zweck ist eine effiziente Implementierung des Filters notwendig.

Aufgabe

  • Effiziente Implementierung des Partikelfilters zur Aufwindschätzung auf einem FPGA mit Co-Prozessor
  • Entwurf und Implementierung einer Hardware-in-the-Loop (HiL) Umgebung:
    Embedded Hardware – MATLAB/Simulink
  • Durchführung und Auswertung von HiL Tests

Anforderung

  • Erfahrung in der C/C++ Programmierung
  • Kenntnisse im Umgang mit MATLAB/Simulink
 

 

Titel: Konzeptionierung und Implementierung eines Simulationsmodells des e-Genius hybrid
Typ:
  • Bachelorarbeit
Betreuer:
Status: abgeschlossen

Hintergrund

Am Institut für Flugzeugbau (IFB) wird der Antriebsstrang des bisher rein batterieelektrisch betriebenen Flugzeugs e-Genius zu einem seriellen Hybridantrieb erweitert. Gegenüber einem Flugzeug mit konventionellem Antriebssystem ergeben sich für ein hybrid-elektrisch angetriebenes Flugzeug zusätzliche Steuergrößen. Diese könne im Rahmen einer Gesamtsystem-Optimierung berücksichtigt werden.

Problemstellung

Vor der Implementierung auf dem realen Flugzeug soll das Potential einer Optimal-Steuerung im Rahmen numerischer Simulationen untersucht werden. Die Flugsimulation basiert auf einem Modell, welches das zu simulierende System möglichst realitätsgetreu abbildet. Dieses Simulationsmodell des Gesamtsystems Flugzeug + hybrider Antriebsstrang soll konzeptioniert und in die bestehende iFR-Simulationsumgebung eingebunden werden. Die Parametrierung des Flugzeug-, sowie des Antriebsmodells erfolgt in enger Zusammenarbeit mit den Kollegen vom Institut für Flugzeugbau.

Aufgabe

  • Modellierung des Fluzeugs e-Genius in Digital DATCOM
  • Modellierung des seriell-hybriden Antriebsstrangs als dynamisches System in MATLAB/Simulink
  • Einbinden des Parametersatzes sowie des Antriebsmodells in ide bestehende iFR-Simulationsumgebung
  • Implementierung einer Low-Level Folgeregelung für eine offline berechnete, optimale High-Level Steuerfolge*

* je nach Fortschrittsgrad der Arbeit

Anforderung

  • Gute Kenntnisse in MATLAB/Simulink
  • Interesse an Flugmechanik und Simulation
  • Erfahrung im Bereich hybrider Antriebssysteme (vorteilhaft)
 

 


 

Titel: Aufbereitung und Analyse aufgezeichneter Segelflug-Streckenflüge
Typ:
  • Bachelorarbeit
Betreuer:
Status: abgeschlossen

Hintergrund

Ziel des Steckensegelflugs ist es, in möglichst kurzer Zeit eine gegebene Strecke zurückzulegen. Dabei kommt es darauf an, Aufwinde früh zu erkennen und taktisch zu entscheiden, in welchem Aufwind zum Ziel des Höhengewinns gekreist wird. Segelflugpiloten zeichnen den Steckenverlauf auf um ihn später im Rahmen der Auswertung von Wettbewerben oder auf Onlineportalen zum Vergleich mit Mitbewerben zu verwenden. Dem iFR liegt eine sehr große Anzahl an Flugdaten aus dem SkyLines-Project vor, welche systematisch analysiert werden sollen. Die Position sowie die Stärke eines Aufwinds ist von einer Vielzahl von Parametern abhängig. Hierzu zählt unter anderem Windrichtung und -stärke, die Temperaturschichtung der (niederen) Atmospäre, Feuchte der Luft und des Bodens, geografische Merkmale u.v.m.

Problemstellung

Durch die physikalischen Zusammenhänge ist anzunehmen, dass die aufgezeichneten Flugwege miteinander korrelieren. In einem ersten Schritt sollen im Rahmen dieser Bachelorarbeit die Flugdaten in ein Format überführt werden, welches einfache Abfragen einer Eigenschaft aller Flugdaten zulässt (Beispiel: Welche Streckensegelflüge sind in der Zeit vom 01.04.2016 bis zum 31.05.2016 in einem Umkreis von 30km um den Flughafen Stuttgart gestartet?). Auf Grundlage dieser Datenbank soll ein Algorithmus implementiert werden, welcher einen Aufwind aufgrund der aufgezeichneten GPS Punkte erkennt und anschließend Häufungspunkte zu identifizieren. In einem zweiten Schritt soll ein Ansatz für die Windbestimmung entwickelt und implementiert werden.

Aufgabe

  • Recherche geeigneter Datenbanken und Vergleich ihrer Funktionalitäten
  • Überführung der Flugdaten in die Datenbank
  • Detektion eines Aufwindes anhand von GPS-Daten
  • Windschätzung auf Grundlage von GPS-Daten

Anforderung

  • Gute Kenntnisse in C++
 

 


 

Titel: Flugmechanische Modellbildung und Analyse des Icaré II Solarflugzeugs
Typ:
  • Bachelorarbeit
Betreuer:
Status: abgeschlossen

Hintergrund

Mit dem an der Universität Stuttgart entwickelten und gebauten Solarflugzeug Icaré II (Bild unten rechts) konnte im Jahr den renommierten Berblingerpreis gewonnen-, und seither zahlreiche Rekorde erflogen werden. Zukünftig soll das Rekordflugzeug als Forschungsplattform für ein alternatives Antriebskonzept samt intelligenter Steuer-, und Regelungskonzepte dienen. Für modellbasierte Entwurfsverfahren ist eine möglichst gute Kenntnis des flugmechanischen Verhaltens des Fahrzeugs von besonderer Bedeutung.

Problemstellung

Im Zuge dieser Arbeit soll das Icaré II Solarflugzeug mittels des in der Flugsimulationssoftware X-Plane integrierten Flugzeugeditors modelliert werden. Das Flugverhalten der X-Plane Modellierung soll analysiert und mit dem mittels anderer Modellierungsansätze erhaltenen Verhalten verglichen werden. Daneben soll eine realistische Visualisierung des Icaré II für zukünftige Simulationskampagnen entstehen.

Aufgabe

  • Modellierung des Icaré II in X-Plane
  • Analyse der Eigenmodi von Längs- und Seitenbewegung
  • Vergleich der Ergebnisse mit denen anderer Modellierungsmethoden
  • Parameteridentifikation des Simulationsmodells*

* je nach Fortschrittsgrad der Arbeit

Anforderung

  • Interesse an Flugmechanik und Simulation
  • Kenntnisse in MATLAB
 

 


 

Titel: Identifikation Twinstar
Typ:
  • Bachelorarbeit
Betreuer:
Status: abgeschlossen

Hintergrund

Am Institut für Flugmechanik und Flugregelung werden kleine unbemannte Flächenflugzeuge als Plattform in der Forschung und Lehre betrieben. Dazu werden Modellflugzeuge mit einem am Institut entwickelten Bordrechner und Sensorik ausgestattet, um den automatischen Flug zu ermöglichen. Eine wichtige Rolle kommt dabei dem flugmechanischen Modell zu, welches sowohl als Entwurfsmodell für die Entwicklung von Flugreglern, als auch als Simulationsmodell für die Laborerprobung neuer Funktionen zum Einsatz kommt.

Problemstellung

Im Zuge dieser Arbeit sollen die Parameter eines linearen flugmechanischen Modells in der Seiten- und Längsbewegung für das Modellflugzeug Multiplex Twinstar 2 (siehe oberes Bild) identifiziert werden. Die Grundlage bilden Flugdaten, welche in einer Testflugkampanie erfolgen werden sollen. Ermöglicht wird dies unter anderem durch den Einsatz eines vor kurzem in Betrieb genommenen Luftdatensensors (siehe unteres Bild). Dieser wurde ebenfalls am Institut entwickelt und erlaubt die Messung der Geschwindigkeit gegenüber Luft, des Anstellwinkels und des Schiebewinkels, wodurch eine vollständige Messung des Zustands möglich wird.

Aufgabe

  • Konzeption einer Flugmesskampagne
  • Implementierung in den Bordrechner, zur automatischen Ausführung der Identifikationsmanöver
  • Gewinnung von Messdaten durch Testflüge
  • Auswertung der Flugdaten und Parameteridentifikation

Anforderung

  • Gute Kenntnisse in MATLAB
  • Vorkentnisse in C/C++ wünschenswert
  • Interesse an den Thematiken Flugmechanik und Schätzung
 

 


 

Titel: Konzeptionierung und Implementierung einer Multi-Fahrzeug Simulation in MATLAB/Simulink
Typ:
  • Bachelorarbeit
Betreuer:
Status: abgeschlossen

Hintergrund

Für die hochgenaue und simultane Vermessung des Strömungsfelds vor dem Rotor einer Windkraftanlage werden am iFR Konzepte zur Regelung einzelner, mit Messgeräten ausgestatteter, Multikopter sowie zur Steuerung eines Schwarms, bestehend aus mehreren dieser Fahrzeuge, entwickelt. Die durch dieses Messnetzwerk ermittelten Windvektoren sollen Grundlage für ein tieferes Verständnis des Windfeldes und Basis für die Regelung moderner Windkraftanlagen sein.

Problemstellung

Die am iFR entwickelte und betriebene Multikopter Simulationsumgebung unterstützt zum gegenwärtigen Zeitpunkt lediglich die Simulation eines Fahrzeugs. Es ist daher nötig, die Simulation mit Hinblick auf die Skalierbarkeit bezüglich Fahrzeuganzahl zu erweitern. Um die Simulationsergebnisse auf der iFR Bodenstation darstellen zu können, wird bisher ein Hardware-in-the-Loop-Ansatz verfolgt. Da mit steigender Anzahl an Fahrzeugen auch der Hardwarebedarf steigt, benötigt die erweiterte Simulationsumgebung ein Interface zur direkten Kommunikation mit den Komponenten der Bodenstation.

Aufgabe

  • Identifikation gemeinsam nutzbarer Komponenten
  • Erstellung eines Simulationskonzepts zur simultanen Simulation mehrerer Fahrzeuge
  • Implementierung des Konzepts in MATLAB/Simulink
  • Erstellen einer Schnittstelle zur Bodenstationssoftware

Anforderung

  • Gute Kenntnisse in MATLAB/Simulink
  • Kenntnisse in C/C++
 

 

@2015 iFR - Flight Mechanics and Controls Lab

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