Masterarbeiten

Hier finden Sie alle intern und bei unseren Kooperationspartnern ausgeschriebenen Masterarbeiten

Intern

Betreuer: Franziska Hein

Hintergrund

Kites werden in sog. Airborne Wind Energy Systemen (kurz: AWE-Systeme) zur Energiegewinnung aus Höhenwind eingesetzt. Die aerodynamischen Kräfte werden mithilfe von einem oder mehreren Seilen zu einer Bodenstation geleitet und dort in elektrische Energie oder in Bewegungsenergie umgewandelt. Für die Umsetzung dieser Systeme ist eine automatische Steuerung des Kites von großer Bedeutung, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten und optimale Flugtrajektorien abzufliegen.

Problemstellung

Für die Auslegung eines Reglers zum automatischen Kiteflug ist ein Systemmodell notwendig. In der ersten Projektphase wurde dies bereits mithilfe des Lagrange-Formalismus aufgebaut. In dieser Arbeit soll das Systemmodell durch Einbringen eines Seilmodells  weiter verbessert werden. Die Seile wurden bisher als gestreckt und masselos angenommen und sollen nun mit einer Biegelinie und einer Masse sowie dem Luftwiderstand versehen werden.

Aufgaben

  • Literaturrecherche bezüglich der Integration und Berechnung des Seilmodells mithilfe des Lagrange-Formalismus
  • Implementierung des Seilmodells in das Simulationsmodell bzw. in die Vorhandenen Bewegungsgleichungen
  • Auswertung der Seilkräfte mit und ohne Seilmodell in der Simulation

 

Anforderungen

  • Gute Kenntnisse in MATLAB/Simulink
  • Gutes Verständnis im Bereich Dynamik und Mechanik von Vorteil

Betreuer: Süleyman Özkurt

Hintergrund

Für die Komfortanalyse von Hubschraubern unteratmosphärischer Turbulenz und für verschiedene
konstruktive Eigenschaften von Hubschraubern wird am IFR ein eigenes Hubschraubermodell entwickelt. Im
Rahmen dieser Arbeit soll in MATLAB/SIMULINK ein Modell gemäß dem Lehrbuch implementiert und validiert
werden.

 

Aufgaben

  • Implementierung eines Hubschraubermodells bzw.
    Komponenten des Hubschraubers
  • Literaturrecherche konstruktiver Eigenschaften dieser
    Komponenten auf die körperfeste Beschleunigungen
  • Dokumentation der Ergebnisse

Anforderungen

  • Kenntnisse der Höheren Mathematik von Vorteil
  • Kenntnisse in Matlab/Simulink von Vorteil
  • Kenntnisse in Dynamik/Mechanik von Vorteil

Betreuer: Benjamin Rothaupt

 

Hintergrund

In Ultraleichthelikoptern kommen im Allgemeinen rein mechanische
Steuersysteme zum Einsatz. Diese übertragen nicht nur die Steuerkräfte
des Piloten vom Cockpit auf die Taumelscheibe, sondern auch
periodische Rotorkräfte zurück auf die Bedienelemente im Cockpit. Diese
Kräfte müssen vom Piloten gegengehalten werden.
Die genaue Interaktion zwischen Pilot, Steuerstrang und Rotor ist bisher
weitgehend unerforscht. Jedoch ist sie wichtig bei der Entwicklung von
Flugassistenzsystemen für zukünftige Helikoptergenerationen, die bspw.
durch Aktuatoren zusätzliche Kräfte in den Steuerstrang einbringen.

Problemstellung
Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Steuerkräfte, die durch den Rotor an
den Bedienelementen im Cockpit entstehen, modelliert werden. Dies soll
anhand geometrischer und konstruktiver Daten des Helikopters
geschehen. Die Validierung soll mit Hilfe von Messdaten aus dem
Helikopter durchgeführt werden. Die Ergebnisse sollen später auf einem
Piloten-Prüfstand zum Einsatz kommen (nicht Gegenstand der Arbeit).


Aufgaben

  • Literaturrecherche bzgl. der Modellierung von Steuerkräften in
    Helikoptern
  • Erstellung und Implementierung eines Simulationsmodells mit Hilfe
    der Rechercheergebnisse (vorzugsweise in MATLAB/Simulink)
  • Validierung des Modells anhand von Flugmessdaten
  • ggf. Integration des Steuerkraftmodells in eine vorhandene
    Flugsimulation


Anforderungen

  • Gute Leistungen in Höherer Mathematik und Technischer Mechanik
  • Optional: Kenntnisse der Flugmechanik von Helikoptern

Betreuer: Tobias Richter

Hintergrund

Am Institut für Flugmechanik und Flugregelung wird ein Flugsimulator für Hubschrauber (HeliSim) aufgebaut und stetig weiterentwickelt. Der Modulare Aufbau der Flugmechanischen Simulation erlaubt es viele verschiedene Teilmodelle zu untersuchen und auch neue hinzuzufügen. Einen der wichtigsten Teile einer Hubschraubersimulation stellt die Modellierung des Hauptrotors dar.

Problemstellung

Bisher gibt es zwei unterschiedliche Modelle von Rotoren für HeliSim,jedoch beide bislang ohne Modellierung der Induzierten Abwindgeschwindigkeit. Ziel dieser Arbeit ist, die Rotormodelle um eine passende Inflow Modellierung zu erweitern. Des Weiteren soll die recht einfach gehaltene aerodynamische Modellierung des nichtlinearen Rotormodells weiter verbessert werden.

Aufgaben

  • Recherche bzgl. unterschiedlicher Inflow Modellierungen im Hubschrauberbereich
  • Auswahl und Implementierung mehererpassender Modelle in HeliSim
  • Vergleich der unteschiedlichenModelle und Bewertung

Anforderungen

  • Gute Studienleistungen in Höherer Mathematik
  • Gute Studienleistungen im Bereich Strömungslehre
  • Besuch der Vorlesung Hubschrauber Flugmechanik von Vorteil

Betreuer: Matthias Friedrich

Hintergrund

Über die letzten Jahrzehnte ist das Verkehrsaufkommen immer stärker gestiegen, was zu wachsenden Problemen in der vorhandenen Verkehrsinfrastrukturführt. Um diesem Trend entgegenzuwirken, werden immer neuere Verkehrskonzepte erforscht. Eines dieser Konzepte beinhaltet die sogenannten Personal Aerial Vehicles(PAVs), welche in den letzten Jahren ein großes Interesse genossen haben. Dies hat zu einer Vielzahl an verschiedenen Flugkonzepten geführt.

Problemstellung

Aufgrund der Vielzahl an Entwurfsmöglichkeiten bei PAVs müssen Kriterien zur Beurteilung verschiedener Konzepte ausgearbeitet werden. Aus diesem Grund müssen flugmechanische Modelle zur ganzheitlichen Beschreibung der verschiedenen Entwurfsmöglichkeiten ausgearbeitete werden.

Aufgaben

  • Recherche verschiedener Ansätze zur Modellierung von elektrischen, rotorbetriebenen Fluggeräten
  • Erstellung von verschiedenen flugmechanischen Modellen zur Berechnung der Flugleistungen verschiedener Flugkonzepte
  • Formulierung von Gütekriterien für die Bewertung verschiedener Flugkonzepte, ebenfalls in Hinblick auf die Sicherheit des Fluggerätes
  • Formulierung und Implementierung eines Optimierungsproblems für die Identifikation eines sinnvollen Flugkonzepts für PAVs

Anforderungen

  • Grundkenntnisse in Flugmechanik
  • Grundkenntnisse in nichtlinearer Optimierung
  • Programmiererfahrung in Matlab/Simulink

Betreuer: Marc Welsch

Hintergrund

Bei der Modellierung von Fluggeräten im Rahmen einer Flugsimulation wird häufig auf das sogenannte Starrkörpermodell zurückgegriffen, wodurch sich die flugmechanischen Gleichungen auf die Bewegung eines einzelnen Körpers reduzieren. Diese vereinfachende Annahme ist für viele Anwendungsfälle ausreichend.
Insbesondere bei der Modellierung größerer Fluggeräte und der Betrachtung von Regelkreisverhalten trägt diese Annahme jedoch zu einer Diskrepanz zwischen Simulation und Realität bei, da die Effekte von Rückkopplungen durch Strukturmoden (Bewegungsformen des elastischen Mehrkörpersystems) vernachlässigt werden. Ein klassisches Beispiel für einen solchen Effekt ist die Bodenresonanz bei einem Hubschrauber.

Problemstellung

Im Rahmen dieser Arbeit sollen die relevanten Strukturmoden eines VTOL-Vehikels anhand von aufgezeichneten Messdaten untersucht und identifiziert werden. Im Anschluss soll auf Basis der gewonnenen Daten die bestehende Modellierung des Fluggeräts entsprechend ergänzt werden.

Aufgaben

  • Literaturrecherche bzgl. der Identifikation und Modellierung von Strukturmoden
  • Untersuchung und Auswertung der Messdaten
  • Erweiterung des Simulationsmodells um die Modellierung der relevanten Strukturmoden
  • Validierung des Modells gegen die Flugmessdaten

Anforderungen

  • Gute Leistungen in den Bereichen Höhere Mathematik und Technische Mechanik
  • Erfahrung in der Programmierung mit Matlab/Simulink
  • Kenntnisse der Mehrkörperdynamik und Helikopter-Flugmechanik von Vorteil

Betreuer: Marc Welsch

Hintergrund

Für ein VTOL-Vehikel besteht ein Flugregler für die Regelung von Geschwindigkeiten gegenüber dem Boden (Groundspeed). Im Kurvenflug erfolgt die Kompensation/Vorsteuerung der notwendigen zentripetalen Kräfte und der Drehraten. Mangels Messung von aerodynamischen Geschwindigkeiten, bzw. Winkeln findet jedoch keine Koordinierung des (Kurven-)Flugs im klassischen Sinn statt (Reduzierung des Schiebewinkels auf 0).

Problemstellung

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Ansatz erarbeitet werden, mit welchem der bestehende Regelungsansatz um die Koordinierung des Flugs erweitert werden kann.

Aufgaben

  • Literaturrecherche bzgl. des koordinierten Fluges (mit Fokus auf VTOL-Vehikel)
  • Berarbeitung eines Regelungskonzepts für den koordinierten Flug unter Berücksichtigung der verfügbaren Messgrößen
  • Implementierung des Konzepts in den bestehenden Flugregler
  • Test des Konzepts in der Simulationsumgebung

Anforderungen

  • Gute Leistungen im Bereich Flugmechanik
  • Besuch der Vorlesung Hubschrauber-Flugmechanik und  -Flugregelung von Vorteil
  • Grundkenntnisse in der Programmierung mit Matlab/Simulink

Betreuer: Süleyman Özkurt

Hintergrund

Zur Verbesserung des Passagierkomforts bei Hubschraubern, ist es notwendig die Kinetose (Reisekrankheit) mittels
Kennzahlen zu quantifizieren. Hierzu werden körperfeste Beschleunigungen und Drehraten am Hubschrauber gemessen und durch Modelle bewertet, um daraus Rückschlüsse auf die Kinetose eines Passagiers zu ziehen. Da eine vollumfängliche Modellierung von Kinetose auf Grund zahlreicher Parameter sich als schwierig erweist, wird eine Prädiktion mittels Methoden der Künstlichen Intelligenz angestrebt.

Problemstellung

-

Aufgaben

  • Literaturrecherche zu Kinetose in Flugvehikeln
  • Erfassung von relevanten Parametern
  • Literarturrecherche von KI Methoden zur Prädiktion
  • Implementierung dieser Methoden in Matlab/Simulink

Anforderungen

  • Kenntnisse in Matlab/Simulink von Vorteil

Betreuer: Süleyman Özkurt

Hintergrund

Zur Verbesserung des Passagierkomforts bei Hubschraubern ist es notwendig den Komfort mittels Kennzahlen zu quantifizieren. Hierzu werden Beschleunigungen an verschiedenen Orten des Hubschraubers gemessen und durch Modelle bewertet um daraus Rückschlüsse auf den Komfort eines Passagiers zu ziehen. In dieser Arbeit sollen experimentell ermittelte Komfortbewertungen von Passagieren basierend auf gemessenen Beschleunigungen prädiziert werden.

Problemstellung

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Aufgaben

  • Implementierung einer Baseline auf Grundlage von klassischenVerfahren
  • Literaturrecherche geeigneter KI-Methoden
  • Implementierung der Methoden

Anforderungen

  • Kenntnisse der Höheren Mathematik von Vorteil
  • Kenntnisse in Matlab/Simulink von Vorteil
  • Kenntnisse in Python von Vorteil

 

Betreuer: Federico Pinchetti

Hintergrund:

The increased UAV traffic will lead to a congested airspace, leading to an increased risk of collisions. For this reason, the iFR Path Generator is being extended with new capabilities. One of these is the ability to detect possible collisions with other aircraft and generate the appropriate avoidance manoeuvres. The algorithm must be capable of taking into account the rules of the air and the fact that the traffic might not be collaborative.

Aufgabe:

  • Become familiar with the iFR Path Generator's working principle
  • Define a model representative of the problem
  • Set up a Matlab/Simulink simulation using the defined model
  • Identify the optimal strategy to determine when to trigger an avoidance manoeuvre
  • If time and resources are available, implement and test the method on a UAV provided by the iFR

Anforderungen:

  • Matlab/Simulink knowledge
  • Flight Mechanics

Betreuer: Federico Pinchetti

Hintergrund:

The iFR Path Generator is being extended with new capabilities. One of these is the ability to use Geofences to restrict the space where an aircraft can operate. Given the limited computational power available on board, a method needs to be developed to minimize the operations needed.

Aufgabe:

  • Become familiar with the iFR Path Generator's general workflow
  • Identify the optimal strategy to deal with complex airspaces
  • Implement and test the proposed solution in Matlab
  • If time and resources are available, implement and test the method on a UAV provided by the iFR

Anforderungen:

  • Matlab knowledge
  • Ability to use new mathematical tools

Betreuer: Franziska Hein

 

Hintergrund

Kites werden in sog. Airborne Wind Energy Systemen (kurz: AWE-Systeme) zur Energiegewinnung aus Höhenwind eingesetzt. Die aerodynamischen Kräfte werden mithilfe von einem oder mehreren Seilen zu einer Bodenstation geleitet und dort in elektrische Energie oder in Bewegungsenergie umgewandelt. Für die Umsetzung dieser Systeme ist eine automatische Steuerung des Kites von großer Bedeutung, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten und optimale Flugtrajektorien abzufliegen.

Problemstellung

In dieser Arbeit soll der Kite mithilfe nichtlinearer modellprädiktiver Regelung auf einer 8er Bahn geführt werden. Dazu existiert bereits ein Systemmodell und eine Simulation anhand derer der Algorithmus ausgelegt und implementiert werden soll. Ebenso gibt es bereits eine Visualisierung, um die Ergebnisse darzustellen und zu bewerten.

Aufgaben

  • Literaturrecherche zu NMPC für Kite-Systeme
  • Auslegung eines Regelungsalgorithmus
  • Implementierung der Lösung in ein vorhandenes Simulationsmodell
  • Aufarbeitung und Darstellung der Ergebnisse

 

Anforderungen

  • Gute Kenntnisse in MATLAB/Simulink

Betreuer: Andreas Steinleitner

 

Hintergrund

Im Rahmen der Entwicklung eines Systems zum autonomen Starten und Landen eines ULs (abgewandelte Version der Pipistrel Virus SW 121) wird eine detaillierte Simulationsumgebung für Software-in-the-Loop (SiL) und
Hardware-in-the-Loop (HiL) Simulationen benötigt. Ziel dieser Arbeit ist die möglichst wirklichkeitsgetreue Abbildung der Flugzeugphysik am Boden und in der Luft, insbesondere in der durch den Bodeneffekt beeinflussten Zone nahe
des Bodens. Die Implementierung findet anhand von Flugzeugspezifikationen und aufgezeichneten Flugdaten in Matlab Simulink statt, wobei auf bestehende Simulationsumgebungen zurückgegriffen werden kann.

Problemstellung

-

Aufgaben

  • Implementierung der folgenden physikalischen Modelle für das Flugzeug
    - Fahrwerksmodell einschließlich Spornradfunktionalität und Reibungs-
      /Bremsphysik
    - Antriebsmodell (Propeller und Motor)
    - Massen- und Schwerpunktsverteilung in Abhängigkeit vom
       verbrauchten Treibstoff
    - Aerodynamisches Modell in Abhängigkeit der angebrachten Nutzlasten
      und unter Berücksichtigung des Bodeneffekts
    - Gegebenenfalls Erweiterung der vorhandenen Sensormodelle
  • Validierung der Simulationsergebnisse mit Flugdaten

 

Anforderungen

  • Erfahrung in Programmierung mit Matlab und Simulink
  • Fundierte Kenntnisse der Flugmechanik von Flugzeugen
  • Sehr gute Studienleistungen
  • Eigenmotivation zum selbstständigen Arbeiten

Betreuer: Jan Axthelm

Hintergrund

Zur Vermeidung von Unfällen durch Ströumngsabrisse bei Segelflugzeugen wurde das Projekt ASASys (Anti-Stall-Assistenzsystem) ins Leben gerufen. Ziel ist es, ein Assistenzsystem zu
entwickeln, welches drohende Strömungsabrisse erkennt und den
Piloten bei Gegenmaßnahmen unterstützt, gegebenenfalls durch einen
aktiven Eingriff. Für die Erprobung des Systems steht ein Versuchsflugzeug mit
spezieller Sensorik zur Verfügung. Zur Algorithmenentwicklung wurde
für selbiges eine Simulation entwickelt.


Problemstellung
Im Rahmen erster Testflüge wurden Messdaten aufgenommen anhand
derer die Simulationsumgebung validiert und optimiert werden soll.

Aufgaben

  • Anwenden von Methoden der Systemidentifikation auf Flugmessdaten des Versuchsflugzeugs
  • Validierung des Modells und gegebenenfalls Anpassung der Modellparameter


Anforderungen

  • Gute Kenntnisse in Flugmechanik
  • Erfahrung in der Programmierung mit Matlab/Simulink
    Idealerweise Vorkenntnisse im Bereich Systemidentifikation
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