Fliegender Verwandlungskünstler

Über zwei Jahrzehnte lang war ATTAS (Advanced Technologies Testing Aircraft System) der große Flugversuchsträger des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). ATTAS wurde hauptsächlich als "fliegender Simulator" konzipiert, um das Flugverhalten anderer - real existierender oder virtueller - Flugzeuge zu simulieren.

Das Einsatzspektrum von ATTAS war vielfältig: Mit seiner Mess- und Versuchsausrüstung wurde ATTAS für zahlreiche Versuchsaufgaben eingesetzt. Hierzu gehörten zum Beispiel die Erprobung von zukünftigen Flugsicherungsverfahren und lärmarmen Anflügen. Außerdem wurden mit ATTAS Luftverwirbelungen, die als Folge des an den Tragflächen erzeugten Auftriebs enstehen - so genannte Wirbelschleppen - erforscht.

ATTAS basierte auf dem in den 1970er-Jahren von der Bremer Firma VFW-Fokker (heute Airbus) entwickelten zweistrahligen Kurzstreckenjet VFW 614 mit 44 Sitzen.

Eine der Kernumbauten war die Integration einer elektrohydraulischen Fly-by-Wire-Steuerung (FBW), zusätzlich zu der nach wie vor vorhandenen mechanischen Steuerung. Je nach Bedarf konnte während des Flugversuchs von der mechanischen auf die elektronische Steuerung umgeschaltet werden. So waren Wissenschaftler und Ingenieure in der Lage, all das erforschen, was flugreglungstechnisch mit einem Computer möglich ist.

ATTAS wurde Ende der 1980er-Jahre zum Forschungsflugzeug umgerüstet und war seitdem durchschnittlich 130 Flugstunden pro Jahr für die Luftfahrtforschung im Einsatz.

Modifikationen

 ATTAS unterscheidet sich von der Standard-VFW 614 durch folgende Modifikationen:

• Elektrohydraulische, digitale Fly-by-Wire Steuerung. Sie greift über elektrohydraulisch betätigte Kupplungen in die standardmäßige mechanisch-hydraulische Steuerung ein, die an die Steuerorgane des rechts sitzenden Sicherheitspiloten angeschlossen ist. Der Sicherheitspilot kann jederzeit die Fly-by-Wire-Kupplungen öffnen und die Kontrolle mit der mechanischen Steuerung übernehmen. Die Fly-by-Wire-Steuerung umfasst Quer-, Höhen-, Seitenruder, Trimmflosse, Triebwerke, Landeklappe und die "Direkte Auftriebsklappen" (Direct-Lift-Control-Klappen) im hinteren Teil der Landeklappen. Die schnell beweglichen Klappen ermöglichen eine direkte Änderung des Flügelauftriebs und bieten einen zusätzlichen Freiheitsgrad in der Flugzeug-Längsbewegung, der unter anderem für die In-Flight-Simulation benötigt wird, mit deren Hilfe sich Flugeigenschaften bewerten lassen.
• Rechnersystem zur Ansteuerung der elektronischen Fly-by-Wire-Steuerung mit frei programmierbarem, leistungsfähigem Experimentalrechner. Die darin installierte Simulations-Software kann das Flugverhalten anderer (auch nicht realer) Flugzeuge simulieren. Auf Grund des Sicherheitskonzepts mit der mechanischen Backup-Steuerung muss die eingesetzte Software nicht zertifiziert werden. Das Experimentalsystem kann um zusätzliche Rechnermodule erweitert werden.
• Versuchspiloten-Cockpit mit frei programmierbaren Displays, das sowohl mit einem Sidestick als auch mit einer Steuersäule ausgestattet ist
• Messanlage zur Aufzeichnung und Darstellung der Daten von Strömungs- und Beschleunigungssensoren, Avionik- und Luftdaten, Daten aus dem FBW-Steuerungssystem sowie zusätzlicher Daten aus dem Rechnersystem.
• Hochfrequenz-Datenverbindung (Down- und Uplink) zur Online-Datenübertragung zwischen Flugzeug und Bodenstation.
• Von den Systemen des Basisflugzeugs unabhängige elektrische und hydraulische Energieversorgung der Versuchssysteme.

Missionen - Forschungsschwerpunkte

Erforschung der Lebensdauer und des Zerfalls von Wirbelschleppen

Ziel der Versuche war, durch eine genauere Berechnung der Ausbreitung und des Abbaus der Wirbelschleppen die möglichen Staffelungsabstände zwischen hintereinander an- oder abfliegenden Flugzeugen zu verringern. Hierfür wurde die von ATTAS erzeugte Wirbelschleppe durch am Boden stationierte oder in einem Flugzeug eingebaute LIDAR-Systeme (Light Detection And Ranging) vermessen. Dabei wurde auch der Versuch unternommen, den Zerfall der Wirbelschleppe durch periodische Flügelklappenausschläge zu beschleunigen.

Simulation von Wirbelschleppen-Durchflügen

Durch ein Simulationsprogramm wurden mit Hilfe der Fly-by-Wire-Steuerung Wirbelschleppen-Einflüge risikolos simuliert und durch die anschließende Bewertung des Piloten Kriterien für mögliche, akzeptable Wirbelstärken erarbeitet. Außerdem wurden Strategien für ein automatisches Gegensteuern erprobt.

Erprobung von zukünftigen Flugsicherungsverfahren

Dank der Satellitennavigation sind Flugzeuge heute in der Lage, unabhängig von bodengestützten Systemen sehr präzise zu navigieren. Um den Flugverkehr optimal planen und steuern zu können, ist es darüber hinaus nötig, die einzelnen Verkehrsteilnehmer möglichst zeitgenau im Luftraum zu führen. Die Lösung liegt in Bahnkurven – so genannten 4D-Trajektorien –, welche die Route jedes Flugzeugs örtlich und zeitlich exakt beschreiben und es erlauben, jeden einzelnen Flugabschnitt strategisch zu planen. Konflikte im Luftraum können so besser erkannt und vermieden werden. Letztlich führt diese Fähigkeit zu einer höheren Kapazität der Lufträume und der Flughäfen.

Das Institut für Flugführung des DLR hat bereits Mitte der 1990er-Jahre ein Advanced Flight Management System (AFMS), das diese exakte 4D-Planung und -Führung ermöglicht, entwickelt und erprobt. Das System wurde seitdem kontinuierlich verbessert. Hinzugekommen sind unter anderem Kommunikationselemente, welche die Module der Verkehrsplanung am Boden per Datenlink mit den Flugroutenplanungs-Modulen im Flugzeug verbinden.

Mit dem DLR-Forschungsflugzeug ATTAS hat das AFMS in zahlreichen Flugversuchen seine viel versprechenden Fähigkeiten nachgewiesen.

Erprobung von neuen lärmarmen Anflugverfahren

Mit dem experimentellen Flight-Management-System wurde schon in Reiseflughöhe das Anflugprofil, abhängig unter anderem vom Wind, exakt berechnet und vollautomatisch zeitgenau abgeflogen. Dies ermöglichte zum Beispiel lärmarme Steilanflüge mit Leerlauf der Triebwerke und Anflüge auf den ILS-Gleitpfad von oben, die mit einem herkömmlichen Flight-Management-System nicht möglich gewesen wären.