Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2630
Main Title: Beiträge zur Bestimmung der Flugzeugreaktion beim Einflug in Wirbelschleppen sehr großer Transportflugzeuge
Translated Title: Contributions to the determination of the aircraft reaction during wake vortex encounter behind very large transport aircraft
Author(s): Kulwatz, Norbert
Advisor(s): Wilhelm, Knut
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: In dieser Arbeit wird der Einfluss von Wirbelschleppen sehr großer Transportflugzeuge, so genannter „Megaliner“, auf einfliegende Flugzeuge analysiert. Die Analyse umfasst die am einfliegenden Flugzeug angreifenden Kräfte und Momente und das daraus resultierende dynamische Verhalten manuell gesteuerter Flugzeuge in Echtzeit-Flugsimulationen. Ein flugmechanisches Modell wird vorgestellt, das in der Lage ist, den Einfluss von kleinräumigen Windgeschwindigkeiten auf die Flugzeugbewegung im Rahmen von Echtzeit-Flugsimulationen wiederzugeben. Eine wichtige Rolle kommt dem aero¬dynamischen Modell zu, dem ein Tragflächenverfahren zu Grunde liegt. Dieses Tragflächenverfahren wird auf den Tragflügel, das Höhen- und das Seiten¬leitwerk angewendet und berücksichtigt Ruder- und Klappenausschläge. Zusätzlich ist das aero¬dynamische Modell in der Lage die Abwindverteilungen am Höhenleitwerk zu berechnen. Weiterhin wird ein Modell zur Berechnung der Geschwindigkeits¬verteilung in Wirbelschleppen hinter Megalinern vorgestellt, das den hohen Anforderungen von Echtzeit-Flugsimulationen gerecht wird und die Wirbelschleppe als zwei entgegengesetzt rotierende Randwirbel darstellt. Die Modelle werden zunächst angewendet, um die aus den Wirbelschleppen resultierenden stationären Kräfte und Momente an zwei generischen Flugzeugen zu bestimmen. Dabei erfolgt sowohl eine Variation der Einflugsituation als auch eine Variation der wirbelbeschreibenden Parameter. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Analyse des dynamischen Verhaltens gesteuerter Flugzeuge beim Wirbelschleppeneinflug. Dazu werden sowohl objektive Daten als auch subjektive Piloten¬beurteilungen aus über 700 simulierten Landeanflügen verwendet. Die Landeanflüge wurden mit mehreren Airline-Piloten auf einem Flug¬simulator mit Sicht- und Bewegungssystem durchgeführt, der höchsten Anforderungen gerecht wird. Die aufgezeichneten Daten werden über statistische Kenngrößen einer anschaulichen Analyse zugänglich gemacht, um die subjektiven Beurteilungen mehrerer Piloten beim Wirbelschleppendurchflug zusammen¬zufassen und so allgemeine Aussagen über das Gefährdungspotential von Wirbelschleppen zu ermöglichen. Basierend auf den Ergebnissen der Flugsimulationen wird eine Gleichung entwickelt, die die Wahrscheinlichkeit eines Durchstartmanövers beschreibt. Zur Bestimmung der Wahrscheinlichkeit eines Durchstartmanövers werden sowohl Parameter der Wirbelschleppe, als auch Parameter des einfliegenden Flugzeuges berücksichtigt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen bilden eine Grundlage, um aus dem inhärenten Gefährdungs¬potential der Wirbelschleppen eine mögliche Beeinflussung auf den folgenden Flugverkehr zu bestimmen und inakzeptable Beeinflus¬sungen durch Wirbel¬schleppen im Landeanflug zu vermeiden.
This thesis analyses the influence of wake vortices resulting from very large transport aircraft, so-called “megaliners”, on encountering aircraft. The analysis considers the vortex induced forces and moments acting on the encountering aircraft and the resulting dynamic behaviour of manually controlled aircraft in real-time flight simulations. A flight mechanical model will be presented, which is capable of describing the influence of small wind fields on the aircraft behaviour within real-time flight simulation. Here the aerodynamic model takes a key role utilizing a lifting surface method. This lifting surface method is applied to the wing, the horizontal and the vertical tail plane and takes into account control surface deflections as well as flap positions. Furthermore this aerodynamic model is suitable to calculate downwash distributions on the horizontal tail plane. Beyond that a vortex model is presented, which derives the wind velocities in wake vortices behind megaliners. This model meets the high requirements of real-time flight simulations and describes the wake vortex as a pair of counter rotating vortices. The models are deployed initially to determine stationary forces and moments on two generic aircraft. In the analysis process variations of the encountering situation as well as variations of the wake vortex parameters are taking place. The main focus of this thesis is directed on the analysis of the dynamic behaviour of controlled aircraft during wake vortex approach. Therefore measured data as well as pilot ratings are considered which are based on more than 700 simulated landing approaches. These landing approaches are conducted with several airline pilots on a state-of-the-art flight simulator with a visual and a motion system respectively. Recorded data is made accessible by statistic parameters of a descriptive analysis, in order to summarise the subjective ratings of several pilots during wake vortex encounter and to enable generic statements of the wake vortex hazard potential. Based on results from the flight simulations an equation is developed which describes the probability of a Go-Around manoeuvre. To determine the probability of a Go-Around manoeuvre both parameters of the wake vortex and parameters of the encountering aircraft are considered. The results of this investigation create a basis in order to determine a possible interference on aircraft which are following the megaliners in approach and therefore to avoid unacceptable interferences by wake vortices during landing approach.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-28298
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2927
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2630
Exam Date: 7-May-2010
Issue Date: 5-Nov-2010
Date Available: 5-Nov-2010
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Durchstartmanöver
Flugsimulation
Wirbelschleppen
Flight simulation
Go-around
Wake vortex
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