Messdatenvalidierung im AVES Bewegungssystem

Das vorliegende Dokument beschreibt den Aufbau einer vom Bewegungssystem unabhängigen und parallel betriebenen Messstrecke für die Erfassung von Drehraten und translatorischen Beschleunigungsdaten des AVES Bewegungssystems. Es stellt die für die Interpretation der gewonnen Daten notwendigen mechanischen und mathematischen Grundlagen zur Verfügung und dokumentiert abschließend die Ergebnisse einer beispielhaften Vermessung im Vergleich zu den vom Bewegungssystem zur Verfügung gestellten Daten

Don’t Touch! Using the NISER Method to Avoid Reaching the Space Envelope Limits of a Hexapod System

The main objective of any motion cueing algorithm is to represent the acceleration of a simulated aircraft as good as possible. The main constraint is the space envelope the motion system is able to reach. Reaching this limit inevitably leads to a sudden change of the current movement and the pilot faces an unexpected and therefore disturbing acceleration. As a consequence, any cueing algorithm has to be parametrized in a way to prevent the motion system from touching the limits of the usable space. If, for any reason, this is not possible e. g. due to inadequate pilot actions or unforeseen simulator operations a strategy to avoid false cues as good as possible needs to be implemented. This implies that the limits are known. Unfortunately, calculating the platform position by using a set of actuator lengths for a parallel robotic system like a hexapod motion ends up in an iterative process. Therefore, most current limiting functions refer to the actuator states to decide whether the platform is approaching a limit or not. The problem with this method is that reaching the limit of an actuator does not imply which degrees of freedom of the entire system are affected. In some cases, it is even not possible to decide which direction of a degree of freedom needs to be limited. In order to tackle this deficiency this paper proposes a non-iterative method to calculate the current space limits for all six degrees of freedom using the current platform position and the lengths of the fully extended and retracted actuators. Based on this information it is possible to restrict the movement of the motion in the affected degree of freedom in case the platform approaches a limit. Two limiting functions, one for translational and one for rotational degrees of freedom are given. Finally, the effectiveness of the proposed limiting functions is demonstrated for a rejected take-off run due to an engine failure before the decision speed V1. This is both, a common and an aggressive maneuver for aircraft training simulator

Towards Mission Readiness – Applying the Objective Motion Cueing Test to the Apparent Vertical Filter

Flight training simulators have a limited capability to replicate aircraft motion cues because the space envelope of current motion systems mpedes a better fidelity and urges the user to make sometimes painful ompromises. Therefore, it is all the more important to use the given space envelope as well as possible. But this trivial consideration yields an answer to the question what “good” means and therefore what strategy shall to be pursued by a control algorithm. For the Apparent Vertical Filter (AVF) this eans that the amount and direction of the force combined with the orresponding rotational velocity shall be met as long as the given space nvelope allows that approach. If this is not possible anymore the direction of the specific force shall be reproduced correctly. Only if both, the rotational and the translational cueing cannot be achieved a decision must be made. This is the case e.g. for the side force during a taxi turn on round. During such maneuvers a compromise needs to be found between a correct specific force and a limited rotational velocity of the simulator. Within this paper the working principle of the Apparent Vertical Filter will be discussed for a taxi turn on ground maneuver. Furthermore, it will give a eneral overview of the AVF response to lateral maneuvers in general. inally, it presents the results for the lateral tests of the Objective Motion Cueing Test (OMCT) showing that, in general, the AVF is able to meet the requirements of the test

Flight Simulator Results Comparing Three Aircraft Configurations: Quasi-Static, Flexible and Extended Flexibility

Full motion flight simulators are quite commonly used to evaluate handling qualities of an aircraft taking into account its rigid body dynamic model. However, new design, seeking for optimized aerodynamics with high aspect ratios, light and slender wings, has included new issues in handling qualities analysis. In such aircraft, the effect of the aeroelastic modes has a potential to affect its handling qualities characteristics. In this case, these aspects have to be respected in the dynamic model as well as in the flight simulator and the cockpit vibration due to aeroelastic modes must be included in the analysis. In this work the impact of the aircraft flexibility on the handling qualities is investigated. Therefore, an aircraft with significant coupling between rigid body and aeroelastic dynamics is considered. A dynamic model of a flexible aircraft is used, the flight simulator is configured to include the vibration in the cockpit, a dedicated test procedure is proposed, maneuvers with experienced test pilots are executed and the resulting data are analyzed. The pilot evaluation considered the PIO scale. Additionally, to evaluate the aircraft-pilot coupling susceptibility, two additional scales, called Riding Qualities Rating scale (RQR) and Control Inputs Rating Scale (CIR), are introduced. At the end the pilot rates are correlated with the HQ criteria results and remarks made about impact of flexibility on the handling qualities and pilot performance

Simulating Flexible Aircraft in a Full Motion Simulator

Classical flight dynamics analyses and pilot-in-the-loop simulations are traditionally based on rigid-body aircraft models. The assumption of rigid aircraft is acceptable for classical aircraft designs. However, present ecological and economical constraints require modern passenger aircraft to become more efficient and reduce their emissions. This leads to optimized aircraft designs with light structures and high aspect ratios, which exhibit an increased aeroelastic flexibility. These modern more flexible aircraft do not necessarily allow the assumption of rigid-body modeling approaches anymore but require the inclusion of structural flexibility for flight dynamics analyses and handling qualities assessments. This also affects pilot-in-the-loop simulations in a full-motion simulator, where the consideration of structural flexibility is no common practice. The present paper describes the preparation of an extensive simulator campaign with a flexible aircraft. It addresses the question of how to integrate the oscillations resulting from the structural flexibility into the motion filter of the simulator to achieve a realistic feeling of the flexible modes

Definition der Schnittstelle Simulationsmodell - Bewegungssystem für das Bewegungssystem MOOG MB-EP-6DOF-60/14000KG

Das vorliegende Dokument beschreibt die Grundlagen und technischen Definitionen für die Ausführung einer Schnittstelle zum AVES Bewegungssystem. Es definiert damit auch die Anforderungen an das Simulationsmodell bezüglich der Bereitstellung flugphysikalischer Parameter zur Darstellung von Beschleunigungseindrücken im AVES Bewegungssimulator. Die technische Ausführung der Schnittstelle wird durch die Betriebshandbücher des AVES Bewegungssimulators vorgegeben und ist nicht Teil dieses Dokumentes

The Apparent Vertical Filter Concept – Effects of Driving on a Slope

Motion cueing in driving simulators is an important issue and still needs to be improved with respect to simulation quality. The constraints resulting from a limited space envelope impede the provision of accelerations that match those observed in a car identically. For example translational accelerations cannot be provided directly and need to be transformed to angular attitudes or scaled down depending on their characteristics. Current motion drive algorithms like the classic washout filter algorithm are using sets of high- and low-pass filters in combination with gain factors to answer this problem. But those filtering methods do not distinguish between the causes of accelerations with respect to the driving maneuvers. The Apparent Vertical Filter developed by the German Aerospace Center provides a different approach to this problem. The current paper gives an overview of how the problem of unwanted forces could be approached within a number of idealized maneuvers. The filter principle will be demonstrated for driving on a lateral slope. In contrast, the constraints of current filter methods will be discussed utilizing a classic washout filter as an example. Furthermore it gives an overview of how the apparent vertical filter deals with the problem and how it is structured. Finally, the responses of the two filter methods to a set of car model data are compared

Erste Bewertungsanalyse des Robotic Motion Simulators

Dem Institut für Flugsystemtechnik im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. wurde innerhalb des Projektes „Fahrzeugintelligenz und Fahrwerk für sichere und effiziente Mobilität für den urbanen Raum“ die Verantwortung für die Bearbeitung des Arbeitspaketes AP4600 „Objektive Bewertung von Bewegungssimulatoren“ übertragen. Ziel dieses Arbeitspaketes ist die Aufstellung und Validierung objektiver Messgrößen für die Simulation von Bewegungszuständen in Fahrzeugen. Dies erfolgt vor dem Hintergrund der nach wie vor ausschließlich auf subjektiven Beurteilungen beruhenden Bewertungsmethoden. Diese sind naturgemäß stark abhängig von den Wahrnehmungsschwellen, der Konstitution und den Prägungen der bewertenden Person. Diese Eigenschaften sind wiederum abhängig vom Zeitpunkt der Durchführung der Bewertung sowie der vorausgehenden Belastung des Probanden. Diese Randbedingungen führen immer wieder zu einer Diskussion bezüglich des Einflusses der Bewegungssimulation auf die Simulationsgüte und den Nutzen der Bewegungssimulation für die Erreichung eines Trainingsziels. In dieser Diskussion spielt nicht zuletzt der Anteil der Bewegungssimulation an den Kosten für die Fahrzeugsimulation eine große Rolle. Unbestritten ist dagegen, dass in der realen Welt die Wahrnehmung von Bewegung bei der Beurteilung eines Fahrzeugzustandes einen entscheidenden Einfluss hat. Es muss also davon ausgegangen werden, dass die als Immersion bezeichnete Wahrnehmung der eigenen Person in der virtuellen Welt durch die Simulation von Bewegungsvorgängen stark beeinflusst wird. Somit ist das Verständnis für den Zusammenhang zwischen der Qualität der Bewegungs- und der Gesamtsimulation von herausragender Bedeutung. Ziel des Arbeitspaketes ist das Aufstellen von objektiven Messgrößen für die Bewertung von Fahrsimulationen. Hierfür ist neben dem Wissen um die technischen Eigenschaften der Anlagen das Verständnis für die Perzeption von Beschleunigungseindrücken durch den Menschen notwendig. Übergeordnet wird damit das Wissen um den Einfluss der Bewegungssimulation auf die Simulationsgüte der Fahrzeugsimulation erweitert. In Zukunft könnte damit die eine Seite des postulierten Zusammenhangs zwischen Simulationsgüte und Trainingseffektivität beschrieben werden. Anders als in der Flugsimulation ist die Definition der Anforderungen an einen Fahrsimulator seitens der Gesetzgebung nicht verbindlich spezifiziert. Der Hauptgrund hierfür liegt in den grundsätzlich unterschiedlichen Einsatzgebieten. Während Flugsimulatoren in der überwiegenden Anzahl für Trainingszwecke verwendet werden, kommen Fahrsimulatoren bislang hauptsächlich in der Entwicklung zum Einsatz. In der Folge fehlen allgemein anerkannte Verfahren für die Konzeption, die Entwicklung und den Betrieb solcher Systeme. Dieser Bericht skizziert deshalb das auf die Anforderungen des laufenden Projektes angepasste Vorgehen. Er soll die Erfahrungen der Betreiber von Simulatoren im DLR aus den Bereichen Verkehr und Luftfahrt in einem gemeinsamen Ansatz bündeln. Dieser ist Ausgangspunkt für das weitere Vorgehen zur Erarbeitung des AP Ziels der optimierten Ansteuerung der Bewegungssysteme für alle Fahrsimulatoren des DLR. Der Bericht umfasst das in einem Workshop am 06. März 2014 in Braunschweig zwischen den AP-Beteiligten vereinbarte Vorgehen sowie die in einem ersten Umsetzungsschritt durchgeführten Arbeiten. Er beinhaltet • das allgemeine Vorgehen, • die erste Aufstellung von Bewertungskriterien für Fahrsimulatoren, • eine erste Abschätzung der für die Testfälle geforderten Anforderungen an die Simulatoren sowie • einen Vergleich der letzten beiden Punkte für den RMS. In einem abschließenden Ausblick wird das Vorgehen zur daraus folgenden Bearbeitung des AP Meilenstein 3 „Messung des aktuellen Bewegungsverhaltens des dynamischen Fahrsimulators und des Robotic Motion Simulators“ beschrieben

The Force is With You - The Apparent Vertical Filter Concept

Supplying aircraft pilots with adequate motion cues in flight simulators is still an important issue. The main problem is the limited space envelope of motion systems that makes an ideal replication of accelerations impossible. As a consequence those translational acceleration signals cannot be provided directly and need to be transformed to angular attitudes or scaled down depending on the time in which they appear. State-of-the-art motion drive algorithms like the classic washout filter algorithm are using sets of high- and low-pass filters in combination with gain factors to achieve such a response. But those control methods do not distinguish between the causes of accelerations with respect to flight maneuvers. The Apparent Vertical Filter developed by the German Aerospace Center provides a different approach to this problem. The current paper gives an overview of how the problem of false motion cues could be adessed within a number of idealized maneuvers. As an example the filter input data of a coordinated turn maneuver will be defined. The constraints of current filter methods using the classic washout filter will be discussed. The paper gives an overview of how the apparent vertical filter deals with the problem and how it is structured. Finally, the responses of both filter methods, the AVF anf the CWA, to aircraft model data are compared