Digital Twin Fallstudie für Sicherheitsstandards in der Luftfahrt

Zusammenfassung

Die kontinuierliche Verbesserung von Methoden des maschinellen Lernens (ML) könnte die Ansätze für den Entwurf und die Entwicklung elektrischer Senkrechtstarter (electrical Vertical Take Off and Landing, eVTOL) und Drohnen verändern und somit zu Änderungen der Luftfahrtstandards und der Zertifizierung von Luftfahrzeugen führen.

Das Hauptziel dieser Forschungsarbeit besteht darin, die Auswirkungen des Einsatzes digitaler Lösungen bei der Entwicklung, den Prozessen und dem Betrieb von eVTOLs und Drohnen auf den gesamten Ansatz der Lufttüchtigkeitszulassung zu bewerten. Dazu gehören auch die Sicherheitsstandards und die Regulierungen und wie sie sich ändern könnten. Der Einsatz digitaler Lösungen für die Zertifizierung von Drohnen und/oder ihrer Komponenten und zugehörigen Ausrüstungen könnte eine neue Methode für den Nachweis der Konformität darstellen. Das Potenzial dieser Methode liegt in der Steigerung der Effizienz und der Verringerung der Risiken bei Flugtests.

Projektbeschreibung

Um dieses Thema praktisch und effektiv zu analysieren, soll eine Fallstudie über einen digitalen Zwilling (Digital Twin, DT) eines eVTOL Fahrzeuges entwickelt werden. Dazu wird ein erstes physikalisch basiertes mathematisches Modell verbessert, wobei Daten aus numerischen High-Fidelity-Simulationen, Computational Fluid Dynamics (CFD) und Strukturdynamik sowie aus Flugtests verwendet werden. Die "Verbesserung" betrifft sowohl die Genauigkeit als auch den Umfang des Modells und wird mit konventionellen und ML-Techniken durchgeführt, die jeweils bestmöglich genutzt werden. Der endgültige DT wird voraussichtlich ein hybrider, auf Surrogatmodellen basierender DT sein, bei welchem die erforderliche Genauigkeit durch das ursprüngliche physikbasierte Modell in Verbindung mit mehreren Surrogatmodellen gewährleistet wird.

Das erwartete Ergebnis ist ein lebender DT, der in der Lage ist, den gesamten Flugbereich sowie den Auslegungsraum unter Berücksichtigung von Änderungen der Masse, des Schwerpunkts und der Konfiguration zuverlässig zu erkunden. Es wird erwartet, dass der DT als solches nicht nur die Zertifizierung, sondern auch die Aufrechterhaltung der Lufttüchtigkeit unterstützt und die Drohne während ihrer gesamten Betriebsdauer begleitet. Schlussendlich sollte eine Roadmap zur Umsetzung der erforderlichen Änderungen der Luftverkehrsvorschriften sowie Schulungsmaterial zur Weitergabe des Wissens entwickelt werden.