Modellbildung und Simulation beim Flugzeugbau

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A340-313X

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Hallo

benötige für ein Referat in Informatik ein paar Materialien über Modellbildung und Simulation beim Flugzeugbau.

Hat vielleicht einer ein paar Informationen für mich?

MfG Björn
 
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A340-313X schrieb:
Hallo

benötige für ein Referat in Informatik ein paar Materialien über Modellbildung und Simulation beim Flugzeugbau.

Hat vielleicht einer ein paar Informationen für mich?

MfG Björn
Bitte etwas konkreter. Brauchst Du Gleichungen, Algorithmen, Modellierung. Was genau?
 

A340-313X

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Allgemeine Informationen. Nicht so ein fachchinesich, was keiner kennt.
vielleicht Beispiele aus dem Flugzeugbau und ein paar Bilder und wo so was genau verwendet wird.

MfG Björn
 
Schorsch

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A340-313X

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Habe gerade meinen Lehrer gefragt (muss bis 15 Uhr nachsitzen) und der nimmt auch das fachchinesich.
Also kann ich auch das verwenden.

MFG Björn
 
Schorsch

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Modellbildung beim Flugzeug

Beispiel Flugsteuerung.
Kurz und Dreckig.

Grundprinzip ist das man die am Flugzeug wirkenden Kräfte und Kinematik in eine Reihe von Gleichungen zusammenfasst. Diese Gleichungen sind Differentialgleichungen erster Ordnung, also die Abhängige y ist die Ableitung der Variabel x.
Je nach erwünschter Komplexität des Modells können es zwischen 9 und 15 Gleichungen sein.
Die Funktionen y=f(x) werden dabei stark vereinfacht. x sind in diesem Falle Größen wie Ruderausschläge oder Fluggeschwindigkeit. Am Ende hat man Gleichung etwa diese Form:
y = x1*a1 + x2 * a2 + x3 * a3 + …. + xN * aN
x sind dabei Variabeln
a sind feste Faktoren, die an sich auch Funktionen von x sind, aber die zwecks Vereinfachung konstant bleiben (Linearisierung, dazu später mehr)
y ist die gesuchte Größe, zum Beispiel eine Beschleunigung

Mit dem Gleichungssystem:
y1=f(x1,x2,x3,…,xN)
y2=f(x1,x2,x3,…,xN)
y3=f(x1,x2,x3,…,xN)
….
yN=f(x1,x2,x3,…,xN)

kann man nun den Rechner füttern. Da es sich um lineare DGL erster Ordnung handelt, kann numerisch integriert werden. Das ist programmatisch einfachste Sache und kann mit ner schönen Euler-Routine schon einigermaßen voran gebracht werden. Runge-Kutta in seinen verschiedensten Ausführungen sticht natürlich stets und erlaubt zumeist höhere Genauigkeit bei höherer Geschwindigkeit (ich sag nur „variabel step integration“).

Das ganze nennt sich dann Simulation. Anhand der Startwerte für x1…xN kann die Flugsituation bestimmt werden und die Werte auch während der Simulation variiert werden. Somit lässt sich ein mathematisches Flugmodell erstellen, welches dafür genutzt werden kann, bestimmte Steuerungskonzepte auszuarbeiten.

Die Wissenschaft steckt dabei in den Größen a1…aN. Der Rest ist eigentlich nur Mathematik (und nicht mal sonderlich schwierige). Mit den a-Größen bestimme ich mein Flugzeug. Die Gleichungen sehen für einen Eurofighter genau so aus wie für einen A380, aber die a-Größen unterscheiden sich stark.
Im a liegt quasi das A und O.

Mal ein Beispiel:
u_punkt ist meine Beschleunigung in Richtung vorne.
u_punkt = Gewichtskraft/Masse + Schub/Masse + (Aerodynamische Kräfte)/Masse
Jeweils die entsprechenden Kraftkomponenten.

Aerodynamische Kraft kann geschrieben werden als:
Widerstand + Steuerkraft + Auftrieb

Der Auftrieb ist eine Funktion von:
- Geschwindigkeit u (deswegen Differentialgleichung)
- Anstellwinkel
- Machzahl (fast das gleiche wie u)
- Schiebewinkel
- Höhe
- Nickgeschwindigkeit

Man sieht also, dass die Gleichungen zwar von einfacher Gestalt sind, je nach erwünschter Aussagegenauigkeit sehr kompliziert werden können. Und das Problem ist eben die Bestimmung des Auftriebes aufgrund einer gewissen Nickgeschwindigkeit. Das muss man mit Modellen im Windkanal machen.

Literatur für normale Menschen zu diesem Thema gibt es nicht. Jedenfalls nicht das ich wüsste. Komischerweise ist man von diesem Thema auch entweder Experte mit Herz bei der Sache oder aber angewiderter Nichtwisser. Mitteldinger sind mir noch nicht über den Weg gelaufen.

Beispiel für diese a-Größen ist zum Beispiel ist der ominöse Auftriebsbeiwert. Für ein Modell begrenzter Komplexität benötige ich etwa 22 bis 30 Werte. Diese können durchaus wieder Funktionen anderer Variabeln sein.
Von wegen:
y=a1*x1 + … + aN * xN,
mit a=f(x1,…,xN),
folglich y = f1(x1, … ,xN)*x1 + …. + fN(x1, … ,xN)*xN
und dann ist der Bock fett.

Alles nicht sehr exakt. Ich könnte es bestimmt besser. Aber bekomm ja auch nix dafür.

Ach ja: Man kann auch Strukturmodelle basteln, aber da hab ich keinen Plan von.

Was machst Du nochmal? Schueler? An welcher Schule?
 

A340-313X

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Schorsch schrieb:
Was machst Du nochmal? Schueler? An welcher Schule?
Schüler der 10 Klasse der Realschule Marsberg mit dem Neigungsfach Informatik. Danke für die Information. Hätte nie gedacht, das das so schwierig ist.
 
Schorsch

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A340-313X schrieb:
Schüler der 10 Klasse der Realschule Marsberg mit dem Neigungsfach Informatik. Danke für die Information. Hätte nie gedacht, das das so schwierig ist.
Dann muss ich leider Gottes sagen, dass die ganze Sache etwas zu hoch fuer ein Referat ist. Um das einigermassen einzublicken sollte man mal von Differentialgleichungen gehoert haben (ich hatte Mathe-LK auf einem Gymnasium und wurde damit nicht belaemmert), man sollte wenigstens mal was von numerischer Integration gehoert haben und schlussendlich ein bisschen Einblick in Dynamik haben (Physik 11. Klasse Gym bzw Uni).
 
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Modellbildung und Simulation beim Flugzeugbau

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