2023 年 5 月 17 日
- ISTAR（飛行系統和技術機載研究）上的傳感器測量流場和機翼載荷，以達到可以飛行的極限。
- 飛行活動於 2023 年 2 月從布倫瑞克開始。
- 這些數據補充和改進了 ISTAR 的數字雙胞胎，直至虛擬飛行測試。
- 重點：航空、數字化
ISTAR研究飛機已開始科學運行。ISTAR（飛行系統和技術機載研究）的飛行重點關注改裝後的達索獵鷹 2000LX 的飛行機械和飛行動力學特性。新傳感器測量飛機在特殊飛行動作中的行為。有了這些結果，德國航空航天中心 (DLR) 正在進一步開發 ISTAR 的數字雙胞胎，並幫助提高飛機的能效。數字雙胞胎是飛機在計算機上的精確虛擬圖像。
飛行演習和地面測試將來自新測量技術的數據與最現代的模擬工具結合在一起。“有了數字雙胞胎，以後應該可以進行虛擬飛行測試，”項目經理 Dr. 解釋道。Heiko von Geyr 來自布倫瑞克DLR 空氣動力學和流動技術研究所。ISTAR 不僅應該能夠在飛行模擬器中進行實際測試。HighFly項目的目標（高速飛行驗證）是結合幾個過程：“這使我們能夠隨時預測 ISTAR 任何一點的結構變形、流動和加速度，”Heiko von Geyr 解釋道。在研究人員能夠將飛機的行為真實地映射到計算機上之前，他們必須將計算模型與測量結果進行比較並進一步開發。“只有這樣我們才能說飛機的行為與它在計算機上的實際行為完全一樣。”
自2023年2月底以來，ISTAR一直在布倫瑞克DLR站點的機場起飛進行測量飛行。這架飛機過去曾為科學目的進行過改裝和準備。在梅克倫堡-西波美拉尼亞的一個保留空域內以不同的速度、高度和動態進行了近 400 次演習。有了數字雙胞胎，研究人員將來能夠在相對較早的階段在計算機上測試新的飛機設計，並評估變化是否會影響飛機特性和飛行行為。除了虛擬飛行測試，從長遠來看，科學家們還考慮了基於模擬的認證。這可以加快航空業耗時且成本高昂的審批程序。
HighFly 項目調查飛行動作的變化
為了能夠測量機翼上的氣流在各種飛行機動過程中如何變化以及機翼在飛行過程中變形了多少，研究人員在左側機翼上貼了一張點狀薄膜。近距離觀察，這些圓點部分呈圓形，部分呈細長狀。對於從機身內部以特定角度觀察機翼的攝像機，所有點看起來都是一樣的。當機翼在飛行過程中彎曲時，攝像機會記錄點位置的變化。這就是確定機翼局部變形的方式。
傳感器分佈在右翼上方和下方。這些 MEMS 傳感器（微機電系統）在飛行測試期間以高精度和高頻率測量壓力和溫度分佈。“作為該項目的一部分，MEMS 系統是一項全新的開發，並且首次在實際飛行條件下的跨音速範圍內使用，”Heiko von Geyr 說。在跨音速範圍內，飛機的飛行速度低於音速，但機翼輪廓周圍的氣流在某些地方仍能達到超音速。這導致帶有壓縮衝擊的非常複雜的流動，必須由 MEMS 傳感器可靠地記錄下來。
此外，駕駛艙附近還安裝了三個 MEMS 傳感器表面。他們測量飛機形狀在這裡產生的薄邊界層中的壓力波動。位於哥廷根的 DLR 空氣動力學和流動技術研究所開發了 MEMS 傳感器表面。
有價值的數據庫
試飛員使用 ISTAR 在 11,000、25,000、35,000 和 45,000 英尺高度進行精確定義的機動飛行。這對應於大約 3,350、7,620、10,670 和 13,720 米的高度。機艙內的計算機存儲所有測量值。研究人員隨後將豐富的數據與數值模擬的結果進行了比較。DLR 的CARO和CARA集群等超級計算機對此至關重要。“通過我們的測量，我們覆蓋了整個跨音速飛行範圍，直至可以飛行的極限。測量技術的結合使該數據庫獨一無二且極具價值，”Heiko von Geyr 解釋道。
作為 HighFly 項目的一部分，DLR 飛行系統研究所的科學家們也進行了 PID 飛行（參數識別飛行）。這導致了 ISTAR 的飛行動力學仿真模型。然後可以將其用於飛行模擬器，例如AVES （飛行器模擬器）。“通過這種方式，我們可以在開始飛行測試之前先在模擬器中測試新開發的飛行控制和輔助系統，”DLR 飛行系統研究所的 Christian Raab 說。
數字雙胞胎的地面測試
在地面上， DLR 氣動彈性研究所的研究人員於 2021 年夏季進行了地面振動測試( GVT) 和滑行振動測試 (TVT)。“結果的相關性遠遠超出了 HighFly 項目：對 ISTAR 的每一次更改都需要進行氣動彈性分析，以證明修改後的操作安全性，”Williams 博士解釋說。DLR 氣動彈性研究所的 Marc Böswald。飛機沒有剛性結構。因此，為了能夠安全飛行，必須考慮彈性。
在 GVT，頂起的 ISTAR 發生振動。超過 200 個額外的傳感器測量了 ISTAR 的反應，並根據它們創建了一個模型。在 TVT，ISTAR 被拉過跑道。不平坦的地面會通過底盤產生振動。在目前的飛行中，科學家們還使用新開發的方法監測了 ISTAR 的氣動彈性特性。將來，這些測試也可以通過數字孿生進行。
DLR 空氣動力學和流動技術研究所還使用粒子圖像測速儀(PIV) 針對各種推力設置測量了流向發動機的流量。發動機流入影響 ISTAR 的空氣動力學。確定的數據也可用於數字雙胞胎。