Assistenzsystem Landung

[ollewah]

Hallo liebe Mitglieder,

ich arbeite aktuell an einem Abschlussthema meines Studiums. Ich soll ein Assistenzsystem entwickeln, welches der Cockpitbesatzung den genauen Abstand zwischen den hinteren Reifen des Fahrwerks und der Landebahn bei der Landung anzeigt. Ziel ist eine möglichst sanfte Landung zu ermöglichen. Dabei wurde erstmal nicht weiter spezifiziert, um welche Art von Flugzeug es sich handeln soll.
Weiß jemand hier, wie die Piloten aktuell den Erstkontakt mit der Landebahn angezeigt bekommen? GPS-gestützt? Gar nicht, sondern nach Gefühl? Ich konnte leider bisher nichts finden.

Ich würde mich über Feedback freuen!

 

[Kenneth]

Einige Luftfahrzeuge haben Sensoren/Schalter im Hauptfahrwerk, die durch die Belastung beim Aufsetzen aktiviert werden. Damit werden z.B. Störklappen an größeren Flugzeugen bei der Landung aktiviert. Eine Anzeige der Landung an die Besatzung ist mir allerdings nicht bekannt.

Sofern ich weiss (und auch wegen der o.g. Störklappenaktivierung) ist übrigens bei größeren Flugzeugen eine sanft ausschwebende Landung gar nicht gewollt; sie werden praktisch in den Boden geflogen, nur mit einem geringfügigen Abfangen vor dem Aufsetzen.

 

[Intrepid]

Weiß jemand hier, wie die Piloten aktuell den Erstkontakt mit der Landebahn angezeigt bekommen?

Eine Stimme zählt die Höhe runter, und dann spürt der Popo, dass die Räder Kontakt haben. Anschließend rumpelt es, weil so eine Piste nie ohne Unebenheiten ist.

Schau' Dir doch einfach mal ein paar YouTube-Videos an.

 

[AIRBUG]

Das System welches Du entwickeln sollst gibt es schon.Radio Altimeter.
Zeigt dieHöhe, und wie von @Intrepid schon geschrieben zählt die Füße von 50 runter.
Referenz ist das Hauptfahrwerk.

 

[Intrepid]

Damit so ein Radio Altimeter funktioniert und eine automatische Landung möglich ist, gibt es vor der "Schwelle" (offizieller Beginn der Landebahn) die "Radio altimeter operating area", beschrieben in der "Precision approach terrain chart". Hinter der "Schwelle" schließt die Aufsetzzone an. Dann gibt es noch die definierte Schwellenüberflughöhe und die Zielmarkierung, wo der gedachte Sinkflugweg die Höhe der Landebahn schneidet.

Es gibt übrigens einen bekannten Absturz einer polnischen Regierungsmaschine in Smolensk, wo sich die Besatzung keine Gedanken um das Gelände vor der Landebahn gemacht hat. Da war nämlich keine solche geebnete Radio altimeter operating area sondern eine Senke in der Landschaft. Und als sie versuchten, mit den Werten des Radiohöhenmessers einen kontinuierlichen Gleitweg zu fliegen, wurde ihnen das zum Verhängnis.

 

[ollewah]

Hey,

vielen Dank für die zahlreichen, schnellen und kompetenten Antworten!

Sehr interessant mit der Senke vor der Landebahn, was @Intrepid beschrieben hat. Das ist natürlich fatal. Habe ich auch nicht auf dem Schirm gehabt diesen Aspekt. Woher kommt die Stimme eigentlich? Vom Tower oder wird die Stimme durch Software im Flugzeug generiert?

Ich bin auf der Suche nach genau diesen Systemen. Dann werde ich mir mal das Radio Altimeter System näher anschauen. Ich versuche gerade den Ist-Stand der Technik aufzuarbeiten.
Und ihr hattet recht was die Youtubevideos angehen. Ich habe hier:

ein wunderbar erklärtes Video gefunden! Genau soetwas habe ich gesucht.
Dann schau ich mir noch die Bezeichnungen wie "Avionik", "GCA", "ASR" und "PAR" an. Ich schau mal inwieweit mir die Sachen weiterhelfen. Falls noch jemand andere Systeme kennt, bitte bescheid geben.

Das System, welches ich entwickeln soll, soll wohl nur in den unteren Bereichen (<50m) laufen. Ich halte euch auch auf den Laufenden. Vielleicht für den ein oder anderen auch interessant.

 

[cool]

Und als sie versuchten, mit den Werten des Radiohöhenmessers einen kontinuierlichen Gleitweg zu fliegen, wurde ihnen das zum Verhängnis.

Ist natürlich doof, aber dann auch einfach eine "unsaubere" Vorbereitung. In VCP (Campinas/Brasilien) gibts genau das gleiche, wenn man über die 33 rein fliegt .(Google Maps)

Das wird im Briefing, aber zumindest im Approach auch nochmal angesprochen, dass das RA dann ziemlich schnell von 300ft auf 100ft runterzählt und das dies aber nichts mit der VS des Fliegers zu tun hat. Die 33 in VCP hat damit auch kein ILS, vermutlich weil diese "Radio altimeter operating area" nicht vorhanden ist. (Sehr interessante Info!)

Zum Radio Altimeter:
Die Callouts und die Indication auf dem PFD werden durch das System selbst generiert. Wer jetzt genau den Voice-Generator beherbergt ist vom Typ abhängig, ich glaube das kann auch im GPWS integriert sein. (nutzt ja auch das RA).
Flugzeuge die automatisch landen können, haben ein solches System verbaut. Üblicherweise sind es 2 oder 3, wieder je nach Typ. Ob die Antennen jetzt vor dem Fahrwerk oder hinter dem Fahrwerk angebracht sind, ist letztendlich egal, es muss halt nur in der Anzeige berücksichtigt werden, die bezieht sich nämlich auf den Zustand im Flair quasi gerade beim Aufsetzten. Wenn das Flugzeug dann am Boden steht, sieht man meist 2-3ft zuviel oder zuwenig, dass ist genau dieser Unterschied und ist wieder von der Antennenposition abhängig.
Wie es nun genau funktioniert, lässt sich ja gut im www nachlesen. Insofern ist das YT-Video auch etwas ungenau und erklärt die genaue Funktionsweise auch etwas lax. Pilot halt *stichel* Die Boeings (737, 747, 777 und ich glaube auch die MD11) haben das RA-System vor dem Fahrwerk verbaut.

Zu Alternativen: GPS ist idR zu ungenau für eine solche Höhenbestimmung, während die Barometrische Höhenmessung eigentlich recht gut funktioniert, zumindest wenn es in Bodennähe etwas genauer sein soll. GPS wird erst genau, wenn man genügend Zeit hat um länger an einem Ort zu verweilen, weil dann mehrere Messungen zur Verfügung stehen.
Trägheitsnavigation/Koppelnavigation ist dann noch deutlich schlechter.

ich arbeite aktuell an einem Abschlussthema meines Studiums. Ich soll ein Assistenzsystem entwickeln, welches der Cockpitbesatzung den genauen Abstand zwischen den hinteren Reifen des Fahrwerks und der Landebahn bei der Landung anzeigt.

Ich hoffe für dich, du sollst nur ein Konzept erstellen, oder sowas? Ein fertiges System wär ja etwas sportlich.
.

 

[Intrepid]

Die 33 in VCP hat damit auch kein ILS, vermutlich weil diese "Radio altimeter operating area" nicht vorhanden ist.

Eine Radio altimeter operating area ist eigentlich erst bei Allwetterflugbetrieb vorgesehen, also ab CAT II bzw. bei Entscheidungshöhen < 200 Fuß oder RVR < 550 Meter. Ein einfaches ILS CAT I gehört nicht zur Allwetter-Ausstattung. Es gibt aber viele andere Gründe, warum ein ILS oder besser dessen GP nicht eingebaut werden kann.

 

[Intrepid]

Dann schau ich mir noch die Bezeichnungen wie "Avionik", "GCA", "ASR" und "PAR" an. Ich schau mal inwieweit mir die Sachen weiterhelfen. Falls noch jemand andere Systeme kennt, bitte bescheid geben.

Man muss kein "echter" Pilot sein, um Autoland verstehen zu können. Vielleicht verstehen das viele Simulatorflieger, Modellflieger oder einfach Leseratten besser, die sich schon über längere Zeit mit der Fliegerei beschäftigt haben. Ich sage mal, so 3000 bis 4000 Seiten in Fachbüchern wird man gelesen und weitestgehends verstanden haben müssen, um erste vernünftige Ideen formulieren zu können. Deshalb verstehe ich nicht ganz, warum Du als Greenhorn eine solche Abschlussarbeit schreiben sollst.

Die automatische Landung versuchen die Menschen schon seit den 1920er-Jahren. Und zwar nicht bei gutem Wetter, da kann das ein Pilot mit Gefühl und Schätzvermögen ohne jede Hilfe. Sondern eben bei schlechten Sichten, wenn man die Höhe zur Landebahn nicht schätzen kann, weil man die Landebahn (noch) nicht sieht. Die ersten Versuche waren Steine an Seilen, die man sich unter das Flugzeug gehängt hat. Berührte der Stein den Boden und veränderte sich der Zug am Seil, wusste der Pilot, er muss jetzt die Sinkrate auf ein Maß reduzieren, welches das Fahrwerk ertragen kann.

Das Sinkrate soweit reduzieren, dass das Flugzeug eine Landung schadlos übersteht, macht man heute noch auf Schnee oder Ententeichen, wenn es keine Referenz für die letzten Meter zum Höhe schätzen gibt. Dann fliegt man mit geringer Sinkraten, bis die Räder den Boden erreichen. Verbraucht eben mehr Länge bei der Landung, muss dann entsprechend Platz vorhanden sein.

Als für das Miniatur Wunderland in Hamburg ein Nichtpilot versuchte, die Landung nachzustellen, habe ich mich ein bisschen eingebracht und verschiedene Arten von Landungen erklärt. Ist *hier* nachzulesen. Ich bin heute noch der Überzeugung, dass hat Gerrit dann absolut super programmiert bekommen , obwohl er selber nie ein Flugzeug in 1:1 gesteuert hat.

Und für die Freunde der bewegten Bilder hier mal, ohne weitersurfen zu müssen:

Anfliegen, Aufsetzen:

Anfliegen, Abfangen, Aufsetzen:

Anfliegen, Abfangen, Ausschweben, Aufsetzen

Wenn die kleinen animierten GIFs Augenkrebs erzeugen, so lange scrollen, bis sie nicht mehr zu sehen sind.

Außerdem versteht dann auch der eine oder andere, warum ein Pilot aus der Großluftfahrt nicht automatisch materialschonend mit kleinen Flugzeugen umgehen kann und umgekehrt.

 

[ollewah]

Sehr schöne Gifs, @Intrepid

Vielleicht ist das mit der Abschlussarbeit etwas falsch rübergekommen. Es geht nicht um die Physik oder die Anflugtechnik an sich. Ich werde im Rahmen der Abschlussarbeit das System konzipieren und ich denke einen Prototypen entwickeln. Ich habe dabei eher die Rolle des Entwicklers, also auf IT- und Programmierungsebene. D.h. ich werde den Sensor inkl. Mikrocontroller programmieren, die gemessenen und berechneten Signale/Abstände zum Boden per Bluetooth zu einem Android-basierten Gerät senden und dort grafisch darstellen.
Die ILS und solche Systeme wie das Radio Altimeter benötige ich für die Grundlagenforschung. Also welche Systeme existieren bereits. Wo liegen Vor- und Nachteile, um es im Anschluss mit meinen Prototypen vergleichen zu können. Ich soll also nicht mal eben schnell eine vollautomatische Landung entwickeln/konzipieren

Die ersten Versuche waren Steine an Seilen, die man sich unter das Flugzeug gehängt hat.

Übrigens sehr geile Methode Auf solche Ideen muss man erstmal kommen!

 

[GorBO]

Ist aber trotzdem eine ordentliche Herausforderung. Vor allem da es ja schon funktionierende Systeme gibt und man sich nur schwer Alternativen vorstellen kann.
Grundsätzlich sehe ich bei Deiner Aufgabe das Problem die Höhe genau zu messen, wobei die Methode schon eine Neue sein sollte, oder?
Dann halten wir doch die derzeitigen Methoden fest:
* Radiohöhenmesser - stellt aktiv über einen Sender/Empfänger die Höhe zum Boden fest (Vorteil: sehr genau; Nachteil: funtioniert nur bis zu einer bestimmten Höhe und nicht über jedem Untergrund fehlerfrei)
* Barometrischer Höhenmesser - stellt die Differenz des Luftdrucks zu einem eingestellten Referenzwert als Höhe dar (Vorteil: flexibel, kann Höhe über MSL, Druckhöhe und Höhe über Grund [Einstellung Luftdruck am Boden als Referenz] anzeigen; Nachteil: sehr ungenau [Toleranzen von bis zu 50 Fuss sind akzeptabel])
* Satelitengestützte Höhe - die dreidimensionale Positionsermittlung via GNSS wird als Höhe dargestellt (Vorteil: kostengünstig und einfach umzusetzen; Nachteil: Höhe ist nicht über tatsächlichem Boden sondern über einem theoretischen Modell der Erde [bei GPS WGS84] und/ oder einer programmierten Geländedatenbank, Abhängig von der Signalqualität [auch in Mitteleuropa temporär RAIM nicht verfügbar], Fehler von meheren Metern sind akzeptabel).

Diese Systeme greifen in der Luftfahrt ineinander und ergänzen sich. Dazu kommen dann noch Gleitpfadsysteme (ILS/ MLS), die prinzipiell auch eine Art Höheninformation darstellen, sofern man deren Informationen mit Entfernungsangaben zum Gleitpfadsender verknüpft.

Also viel Erfolg und halte uns bitte auf dem Laufenden!

 

[Intrepid]

Bei Großflugzeugen könnte es mit Aussendungen (Bluetooth) Probleme geben. Aber in der nicht von Instrumenten abhängigen Sichtfliegerei könnte ich mir ein solches System total gut vorstellen. Einfach Sender und Empfänger mit Speedtape unters Flugzeug kleben und im Cockpit auf dem Smartphone eine Darstellung anbieten. Für das Debriefing nach Landeübungen noch eine Rückschau mit synchronisierten GPS-Daten.

 

[cool]

@GorBO : Bzgl der Genauigkeit des Verwendeten Systems: Das Problem gibt es bei Fahrradcomputern (durchaus teure Modelle), welche die gefahrene Route entsprechend genau aufzeichnen sollen, eben auch mit einem Höhenprofil. Hochwertige Geräte komme da nicht mehr ohne einen barometrischen Sensor aus, da das GPS Änderungen in der Höhe nicht hinreichend genau darstellen kann. Merkt man ja auch gut an einem Variometer, die sehr empfindlich auf Druckänderungen reagieren, wobei "moderne" Großraumflugzeuge das über die IRUs machen, manchmal auch eine Kombination aus Druck- und Beschleunigungsdaten.
Die hohe Genauigkeit wird letztendlich durch Kombination der Sensoren erreicht (ähnlich einer "genauen" Positionsbestimmung durch ein Flight Management System).

Bei Großflugzeugen könnte es mit Aussendungen (Bluetooth) Probleme geben.

Wahrscheinlich für dieses Projekt hier etwas "overdone", aber das Problem als solches ist bekannt, sprich das man gerne zusätzliche Systeme irgendwie einfach und kabellos in ein Flugzeugsystem einbinden will. Aber auch will man zb. Backupsysteme kabellos anbinden. Da ist auch schon etwas in Entwicklung, wie aktuell das wirklich ist, bitte selbst nochmal entsprechend recherchieren (der TE ist gemeint ;) ) : About WAIC

Ansonsten sehr interessantes Thema, ich mag ja so kleine/smarte Lösungen, embedded Systems, ect. Am besten noch irgendwie Open Source und mittels handelsüblicher Komponenten. Ich hab mich bisher ja mit dem Arduino und dessen proprietären Sprache zufrieden gegeben, aber dafür gibts schon echt viel für wenig Geld aus China:
zb: Gyros und Accelerometer : Drei Achsen Gyroskop Accelerometer Sensor-Modul für Arduino (Arbeiten mit Amts Arduino Boards)

Dazu einen Luftdrucksensor: GY-68 BMP180 digitales Barometer Ludftdruck Sensor I2C Arduino replace BMP085 | eBay

und für die letzten 5 Meter: HYSRF05 Ultraschall-Abstandssensor-Modul für Arduino

Ansonsten gibt die Arduino-Community ja auch schon was her, da werden Laser-Entfernungsmesser (günstig aus China) "missbraucht", liest sich interessant:
Laser Entfernungsmessung
Project | Peek inside UNI-T UT390B+ | Hackaday.io
Arduino laser distance meter - Solder and Flux

Wobei man die Laserentfernung (so sie den funktionieren sollte) auch noch um die Lage des Flugzeugs relativ zur Bahn korrigieren muss, aber das ist ja einfache Trigonometrie, man braucht halt nur die Lagedaten.

Halte uns mal auf dem Laufenden

 

[_Michael]

Ist aber trotzdem eine ordentliche Herausforderung. Vor allem da es ja schon funktionierende Systeme gibt und man sich nur schwer Alternativen vorstellen kann.

Ja, da bin ich auch gespannt. Letztlich geht es um das berührungslose Messen einer Distanz und dafür gibt es doch bereits diverse funktionierende Lösungen, nicht nur aus der Fliegerei, sondern auch aus der Vermessung oder bereits aus dem Baumarkt.

Sowas selbst zu entwickeln ist bei weitem nicht trivial für eine Abschlussarbeit, andererseits lediglich einen existierenden Sensor an einen Mikrocontroller zu flanschen finde ich hingegen dann doch etwas mager. Vielleicht erzählst du uns etwas mehr über die gesamte Aufgabenstellung, so kommen sicher auch gute Tipps und Ideen zusammen.

 

[cool]

andererseits lediglich einen existierenden Sensor an einen Mikrocontroller zu flanschen finde ich hingegen dann doch etwas mager.

Schon mal gemacht? Schon mal Daten aus nem Flieger ausgewertet? Ois net so easy ;) Ist immer einfach gedacht und ein Konzept steht auch „schnell“, umgesetzt ist dann doch was anderes, die Details sind tricky.

 

[_Michael]

Schon mal gemacht? Schon mal Daten aus nem Flieger ausgewertet? Ois net so easy ;) Ist immer einfach gedacht und ein Konzept steht auch „schnell“, umgesetzt ist dann doch was anderes, die Details sind tricky.

Deshalb frage ich ja. Je nachdem, wie das Projekt genau formuliert ist, liegen die Herausforderungen in ganz verschiedenen Bereichen, oder es ist im schlimmsten Fall enttäuschend trivial oder aber viel zu ambitioniert. Been there...