Die Flugsteuerung ist das Nervensystem eines jeden Flugzeugs und entscheidend für Sicherheit und Effizienz des Flugbetriebs. Mit dem technologischen Fortschritt entwickeln sich Flugsteuerungssysteme von einfachen mechanischen oder hydraulischen Systemen hin zu komplexen, digitalen Architekturen wie “Fly-by-Wire”. Diese Entwicklung ist eng verknüpft mit den gesellschaftlichen Herausforderungen von Klimawandel, Sicherheit und weltweitem Lufttransport, die verschärfte Anforderungen an Flugzeugsysteme stellen.
Ziel bis 2040:
Die Zielsetzung im Bereich der Flugsteuerung ist die Weiterentwicklung von mono-funktionalen Steuerflächen-Konfigurationen zu flexibel einzusetzenden, software-konfigurierbaren Momentenerzeugern. Dies beinhaltet die Anpassung der Antriebssysteme in Bezug auf Dynamik und Stellbereich an das neue Einsatzspektrum. Langfristig sollen sich die Momentenerzeuger der Flugsteuerung von diskreten Steuerflächen zu strukturintegrierten Lösungen weiterentwickeln. Zudem sollen die “Fly-by-Wire” und “Fly-by-Light” Architekturen, sowie LIDAR und RADAR Sensorik samt notwendiger Technologien weiterentwickelt werden.
Die technologischen Grundlagen umfassen den fortgesetzten Trend zu elektromechanischen Antrieben in kleineren bis mittleren Leistungsklassen, wobei der 3D-Druck entscheidende Vorteile bei Bauraum und Gewicht bringt. Als Alternative werden lokale, elektrisch versorgte Hydrauliksysteme (EHA) gesehen, die aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte Einbauprobleme minimieren und modulare Bauweisen unterstützen. Für den Dauerbetrieb müssen diese Antriebe hinsichtlich Zuverlässigkeit und Lebensdauer weiterentwickelt werden (“Longlife EHA”). Langfristig soll zudem die Nutzung supraleitender Materialien zur Realisierung getriebeloser Direktantriebe untersucht werden. Die Rechnersysteme müssen in ihrer Rekonfigurierbarkeit dem neuen Aufgabenspektrum Rechnung tragen (Echtzeitsysteme) und eine optische und kabellose (sichere) Datenkommunikation gewährleistet sein. Das skalierbare System als auch die Systemsensorik müssen für erweiterte Regelaufgaben fortentwickelt werden und das Vehicle Health Management unterstützen, idealerweise durch die Integration vorhandener Informationen aus Navigation, Triebwerk und klassischen Sensoren.
Flugsteuerungssysteme der nächsten Generation finden Anwendung in allen Arten von Fluggeräten, von kommerziellen Verkehrsflugzeugen bis zu neuartigen VTOL-Flugzeugkonfigurationen. Die Weiterentwicklung der heutigen Flugzeugflotte mit neuen Antrieben und steigenden Fan-Durchmessern wird unkonventionelle Konzepte wie bspw. den “Morphing Wing” lokal zum Einsatz bringen, welche neue Technologien für Stellmechanismen erfordern.
Für die Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo ist die Entwicklung von Flugsteuerungssystemen mit erhöhter Flexibilität, Leistungsdichte und Autonomie von entscheidender Bedeutung. Die Forschung muss sich auf die Weiterentwicklung von elektromechanischen Antrieben und insbesondere von Elektro-Hydraulischen Systemen konzentrieren, um deren Zuverlässigkeit und Lebensdauer für den Dauerbetrieb zu gewährleisten. Die Lösung von Fragen bezüglich Zuverlässigkeit, Fehlererkennung, Ausfallverhalten oder Rekonfigurierung bei alternativen Steuersystem-Architekturen ist unerlässlich. Zudem sind die Erforschung und Integration von neuartigen Rechnerlösungen und Logiken (“Power on Demand”, “Load sharing”, “SMART” Funktionen) sowie die Optimierung der Leistungselektronik zur Gewichtsbegrenzung Schwerpunkte.
Die fortschreitende Entwicklung der Flugsteuerungssysteme hin zu autonomen und strukturintegrierten Lösungen ist ein entscheidender Schritt für die zukünftige Luftfahrt. Sie wird nicht nur die Sicherheit und Effizienz des Flugbetriebs weiter erhöhen, sondern auch völlig neue Flugzeugkonfigurationen und Betriebsstrategien ermöglichen.
