Das Gesamtvorhaben SKALAR hat zum Ziel, ein modulares, skalierbares Fly-by-Wire Flugsteuerungssystem für Business- und Regionaljets zu entwickeln. Im Teilvorhaben TUHH werden dafür geeignete Leistungsversorgungssystem- und Aktuatorkonfigurationen untersucht und bewertet sowie neue Stellsystemtechnologien entwickelt. Heutzutage sind die Flugsteuerungssysteme in der betrachteten Flugzeugklasse größtenteils mit drei zentralen Hydrauliksystemen ausgestattet, und die Ansteuerung der Ruder erfolgt mit redundanten elektro hydraulischen Servoaktuatoren (EHSA). Durch zuverlässigkeitstechnische Untersuchungen mit dem Software Tool SyRelAn werden konventionelle und More-Electric System-Architekturen hinsichtlich Zuverlässigkeit und Dispatchfähigkeit in Fehlerfällen bewertet. Dabei zeigt sich, dass schon durch die Verwendung eines elektrischen Aktuators an jedem Ruder eine Reduktion der zentralen Hydraulikversorgung möglich ist. Für eine solche hybride Aktuatorkonfiguration mit konventionellen EHSA und elektromechanischen Aktuatoren (EMA) werden dann zum einen technische Realisierungen von EMA gegenübergestellt und schließlich ein rotatorischer (hingeline) EMA ausgewählt; zum anderen werden Regelungskonzepte für den synchronisierten Betrieb entwickelt. Neben den konventionellen aktiv/passiv und aktiv/aktiv Modi wird dabei ein neuer Modus vorgestellt und betrachtet, in dem der EMA kraftgeregelt dem Positionsregler des EHSA nachgeführt wird, so dass die externen Lasten ideal nur von letzterem getragen werden. Hierdurch ergeben sich Vorteile hinsichtlich Leistungsverbrauch und Verschleiß. Zum Reglerentwurf werden nichtlineare und lineare Modelle der Aktuatorkonfiguration hergeleitet. Anhand dieser werden zwei Regelungskonzepte entworfen: einmal einschleifige Regelkreise, die letztlich eine Erweiterung der konventionellen Regelungsstruktur darstellen und zum anderen ein Mehrgrößenregelungskonzept, bei dem beide Aktuatoren gleichzeitig von einem Regler bedient werden. Letzteres zeigt eine bessere Ausregelung der Kraftkonflikte zwischen den Aktuatoren. Für die Hybridkonfiguration wird ein Experimentalsystem konzipiert und aufgebaut, an dem sowohl Modelle als auch Regler verifiziert werden. Dieses Experimentalsystem wird abschließend mit den Systemkomponenten der Partner erweitert und in einer Gesamt-Demonstration wird die Fehlertoleranz und das Rekonfigurationsmanagement des entwickleten Flugsteuerungssystems demonstriert.

The goal of the joint venture SKALAR is to develop a modular, scalable Fly-by-Wire flight control system for Business and Regional Jets. Within the TUHH part-project power supply systems and actuator configurations are assessed and new technologies for primary flight controls are developed. The flight control systems of today's Regional aircraft usually have three independent central hydraulic power supply systems. The primary flight control actuation is realized with electro-hydraulic servo actuators (EHSA). Through reliability analysis with the software tool SyRelAn these conventional architectures are compared to new more electric ones and assessed with respect to reliability and dispatchability in different failure cases. The analysis shows that through the use of one electrical actuator per control surface already one hydraulic power supply system could be spared, lowering installation and maintenance effort. Further investigations focus on such a hybrid actuator configuration with conventional hydraulic and new electromechanical actuators (EMA): different EMA design concepts are compared, of which a rotary (hingeline) EMA is chosen for subsequent investigations, and closed loop control concepts for synchronized operation are developed. Besides the conventional operating modes active/passive and active/active, a new mode is presented in which the EMA is force-controlled, such that it follows the position-controlled movement of the EHSA. Thereby, external loads are ideally carried by the EHSA only. This operating mode is promising with respect to power consumption and wear. For controller development linear and nonlinear models of the hybrid system are derived. These are used for controller design, analysis, and testing. Two different control concepts are presented: first, a single-loop concept, which is basically an extension of the conventional control loops and second, a multi-input-multi-output concept. With the latter better overall performance is achieved and force fights can be attenuated better. An experimental test rig is designed and set-up on which parameters are identified and models as well as control laws are verified. This test rig is then extended with the sub-systems from the partners to demonstrate fault tolerance and reconfiguration strategies for the overall flight control system.