Virtual reconfiguration and assessment of aircraft cabins using model-based systems engineering

In order to create a detailed digital cabin, virtual models are combined with the geometric data of physical cabin components. This digital cabin can be used to analyse maintenance times, find optimization potential or test the integration of new technologies (e.g. hydrogen powered systems). This requires different levels of detail of the virtual cabin model as well as an automated data (e.g. 3D models, parameters) transfer infrastructure between them. However, this model structure is challenged by the complexity of the system to be mapped due to subsystems and interconnections. In addition, it requires an integration and preparation of the transmitted data (3D models, process data). This paper presents a method that addresses these challenges and introduces an architecture for building a virtual cabin for reconfiguration and analysis of new cabin variants. Model-based systems engineering is used to create a digital model of the aircraft cabin and its systems. The model is used for an automated reconfiguration of the cabin and consists of formalized knowledge and requirements. In addition, a 3D scan process is applied that digitizes the physical cabin subcomponents (e.g. riser duct) to increase the level of detail and to consider uncertainties. Subsequently, all data and models are visualized in a virtual reality environment in which users can interact with it and make direct changes to the layout. These changes are automatically transferred to the conceptual cabin design process for an automated reconfiguration and examination of the layout regarding the requirements. As a result, a baseline architecture for the digital cabin has been created, which enables fast system reconfigurability, traceability of changes, identification of interdependencies, and investigation of new cabin variations (retrofit)

Permanently updated 3D‑model of actual geometries of research environments

This report describes the approach to create permanently updated 3D models of research aircraft and laboratory facilities. Therefore, optical metrology scans the research environment in its raw or as-delivered condition. The result is a virtual model of the actual geometry and, in comparison to reference data (e.g. CAD-data), the smallest inaccuracies can be identi- fied and analyzed. The exact position of non-rigid components, like riser ducts, electronics or isolation, can be determined in the models. Further changes to the layout of these facilities are permanently digitized and added to the virtual model of the environment. This can be a new recording of the entire facility or of individual areas that are affected by the changes. The individual, newly recorded models are then integrated into the existing model. This creates an always up-to-date 3D model of the research environment, which is added to its digital twin and can be observed there. In combination with CAD data, future conversion and installation measures are planned in advance and analyzed virtually in relation to the up-to-date geometry and installation space data. In addition, the virtual models of the aircraft cabins can be used to support the lengthy approval and certification process at an early stage

Permanent aktualisiertes 3D-Modell der Realgeometrien von Forschungsumgebungen

Dieser Bericht beschreibt den Ansatz zur Erstellung von sich permanent aktualisierenden 3D-Modellen von Forschungsflugzeugen, bzw. Laboreinrichtungen. Dazu scannt die optische Messtechnik die Forschungsumgebung zunächst in ihrem Roh-, bzw. Auslieferungszustand. So ist diese in ihrer Realgeometrie erfasst und es können, im Abgleich zu Referenzdaten (bspw. CAD-Daten), kleinste Fertigungsungenauigkeiten identifiziert und analysiert, sowie die exakte Lage von nicht-steifen Bauteilen, z.B. Lüftungsleitungen oder der Elektronik, bestimmt werden. Weitere Änderungen am Aufbau der Forschungs-, bzw. Laboreinrichtung werden permanent digitalisiert und dem virtuellen Modell der Umgebung hinzugefügt. Sei es eine neue Aufnahme der kompletten Umgebung, oder einzelne Bereiche die die Änderungen betreffen. Diese Bereiche werden anschließend in das vorhandene Modell integriert. Dadurch entsteht ein immer aktuelles 3D-Modell der Forschungsumgebung, welches dem Digitalen Zwilling hinzugefügt wird und dort einsehbar ist. So werden, in Kombination mit CAD-Daten, zukünftige Umbau- bzw. Einbaumaßnahmen im Vorfeld geplant und in direkter Abhängigkeit zu den immer aktuellen Geometrie- und Bauraumdaten virtuell analysiert. Zudem lässt sich durch die virtuellen Abbilder der Flugzeugkabinen der langwierige Zulassungs- und Zertifizierungsprozess frühzeitig unterstützen

Permanent aktualisierte 3D-Realgeometrie des ISTAR im Digitalen Zwilling

Im Rahmen des DLR-Projektes DigECAT (Digital Twin for Engine, Component and Aircraft Technologies) wird ein Digitaler Zwilling für das DLR Forschungsflugzeug ISTAR erstellt. Neben einer Vielzahl verschiedener Sensorinformationen sollen auch 3D-Realgeometriedaten im Digitalen Zwilling dargestellt werden. Dazu beschreibt dieser Bericht die Etablierung einer regelmäßigen Erfassung der Realgeometrien des ISTARs. Die Datenerfassung erfolgt durch hochgenaue 3D-Scanner, die die Forschungsumgebung mit all ihren Details aufzeichnen. Um die Randbedingungen der Aufnahmen zu vereinheitlichen, wird ein standardisiertes und reproduzierbares Verfahren entwickelt, welches am ISTAR Anwendung findet. Die Datenaufbereitung der 3D Aufnahmen, wozu das Erstellen von Oberflächenmodellen, dem Separieren einzelner Komponenten aus dem Gesamtnetz und dem Export der Modelle gehört, gilt es zu automatisieren, um wiederholende Arbeitsschritte zu vereinheitlichen und deren Effizienz zu steigern. Metadatenmodelle der Komponenten werden dem Luftfahrzeugdatenschema CPACS hinzugefügt, dessen Datenmodell den ISTAR widerspiegelt. CPACS beinhaltet eine parametrische Beschreibung von Luftfahrzeugen in einem konsistenten Datensatz, der von unterschiedlichen Anwendungen, wie FEM-Simulationen, interpretiert und für bspw. Strukturanalysen herangezogen werden kann. Die gescannten Realgeometrien werden über eine Schnittstelle in den CPACS Datensatz des ISTAR eingebunden. Die Versionierung der Daten erlaubt es, die Veränderungen im und am ISTARs nachzuverfolgen und Einflüsse zwischen dem System- und Strukturverhalten des Flugzeuges und Umbauten zu identifizieren

Integration von 3D Realgeometriedaten im Virtuellen Zwilling des Hydrogen Aviation Lab

Im Projekt Hydrogen Aviation Lab wird ein Wasserstoff Bodendemonstrator entwickelt, der die Bodenprozesse für Wasserstoff betriebene Flugzeuge erforschen soll. Neben dem physischen Demonstrator, einem modifizierten Airbus A320-200, wird eine virtuelle Versuchsplattform erstellt, der zur Systemauslegung dient und den realen Demonstrator durch die Erforschung neue Prozesse digital erweitert. Dazu erfassen hochgenaue 3D Scanner den realen Demonstrator mit all seinen Details und digitalisieren diesen. Die Messungen dienen neben Bauraumdefinitionen für den Entwurf der einzelnen Systeme, auch als detaillierte Grundlage für die virtuellen Zwilling