Wie sich große Hybridluftschiffe erfolgreich testen lassen

Anbieter zum Thema

Fujitsu Technology Solutions GmbH

Vector Informatik GmbH

Fortschrittliches Test- und Simulationssystem

Als zentrales Werkzeug zum Analysieren, Testen und Simulieren von Netzwerken und einzelnen LRUs dient die Software CANoe. Das System unterstützt Ingenieure während des gesamten Entwicklungsprozesses. Seine vielseitigen Funktionen ermöglichen optimale Fehlerbehebung, Kommunikationsanalysen, Stimulationen der Bus-Kommunikation sowie manuelle und automatisierte Tests. Außerdem bietet es universellen Support für die in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendeten Bussysteme, wie AFDX, ARINC 429 und CAN.

Um LRUs (line-replaceble unit) vollständig zu testen ist es nicht nur notwendig, die Kommunikationsnetzwerke sondern auch I/O-Schnittstellen mit dem Testsystem zu verbinden. Diese Aufgabe übernimmt das Vector VT System (Bild 1). Es vereinfacht die Einrichtung von Prüfständen und HIL-Testsystemen, da es alle Schaltungsteile für die Anbindung von I/O-Kanälen enthält.

Die Ingenieure von Hybrid Air Vehicles haben sich dazu entschlossen, alle Testszenarien mit Hilfe der Vector-Systeme zu erledigen. CANoe und das VT System bieten alle Voraussetzungen, um die derzeitigen Kommunikationssysteme des Airlander 10 wie RS422 und RS485 entwickeln und testen zu können. Ebenso unterstützen sie mögliche Avionik-Upgrades, die auf dem Bussystem CAN basieren. Falls HAV in der nächsten Hybridluftschiffgeneration beziehungsweise in der Serienfertigung auf ein Bussystem wie ARINC 825 umsteigen würde, sind bei den CANoe-Schnittstellen lediglich die Physical Layer auszutauschen, ansonsten sind keine Änderungen notwendig.

Um einen definierten Ausgangspunkt zu erhalten, hat HAV im ersten Schritt die Netzwerkkommunikation vollständig in CANoe abgebildet, so dass diese komplett von der Test-Software simulierbar ist. Zusammen mit dem VT System lässt sich für jedes Steuergerät (LRU) eine realitätsnahe HiL-Umgebung erzeugen und die Geräte einzeln testen. Unter anderem haben die Entwickler dafür mit MATLAB/Simulink ein aerodynamisches Modell der Airlander 10 entworfen und in CANoe eingebunden.

Außerdem wurde mit der Software ein virtuelles Abbild des Airlander-Cockpits generiert, um das MATLAB/Simulink Modell in CANoe testen und kontrollieren zu können. Dies ist Teil des „Vector Airlander Flight Trainer“ (Bild 2). CANoe bietet die Möglichkeit, am Bildschirm benutzerdefinierte Panels mit grafischen Steuerelementen (Controls) wie Schaltern, Schiebereglern und Zeigerinstrumenten (Bild 3) zusammenzustellen. Nachdem ein Steuerelement mit dem gewünschten Signal oder einer Variable verknüpft ist, lässt sich der entsprechende Wert anschließend so in Echtzeit verändern oder anzeigen.

100%-Testabdeckung durch Testautomatisierung

HAV stellt mit den Schalt- und Bedienelementen des virtuellen Cockpits die typischen Handlungen eines Piloten nach und stimuliert so den Prüfling. Gleichzeitig können die Mitarbeiter beobachten, wie das Steuergerät in den verschiedenen Situationen reagiert. Der große Vorteil solcher Simulationen besteht darin, dass sich Teilnetze während der Entwicklung bereits in Betrieb nehmen und testen lassen, auch wenn noch nicht alle Komponenten zur Verfügung stehen. Die fehlenden Module lassen sich simulieren und im Entwicklungsprozess Schritt für Schritt durch reale Einheiten ersetzen, bis das Gesamtsystem fertiggestellt ist (Bild 4). HAV konnte so das Flight Control Network komplett am Boden testen und virtuell in Betrieb nehmen.

Eine wichtige Aufgabe während des Flugbetriebs kommt dem Power Distribution Controller zu, der für die Energieverteilung verantwortlich ist und dafür sorgt, dass jederzeit ausreichende Energiereserven zur Verfügung stehen. Das System überwacht alle zur Energieversorgung beitragenden Komponenten wie Batterien und deren Ladezustand, Generatoren, Notstromsystem, Dieseltreibstoffvorrat und vieles mehr. Bei Problemen und in Notfallsituationen, etwa bei einem Ausfall des Generators, muss der Power Distribution Controller blitzschnell die richtigen Maßnahmen einleiten und zum Beispiel auf Notbetrieb umschalten. Um die sichere Funktionalität in allen denkbaren Situationen nachzuweisen, sind insgesamt mehrere hundert Testfälle zu durchlaufen.

Mit Hilfe von CANoe, dem VT System und vTESTstudio war HAV in der Lage, nicht nur die Testkonfigurationen zügig zu erstellen, sondern mit automatisierten Testabläufen auch eine hundertprozentige Testabdeckung zu erreichen. Das Software-Werkzeug vTESTstudio stellt verschiedene Methoden zum komfortablen Generieren automatischer Testkonfigurationen bereit. Die Testabläufe lassen sich entweder in tabellarischer Form definieren, in der Skriptsprache CAPL oder C# programmieren oder in einer grafischen Notation modellieren. Man kann Excel-Tabellen importieren und Ein-/Ausgangsgrößen einfach verknüpfen.

Sorgfältige Tests der Testausrüstung

Die letzte große Herausforderung für die Vector-Systeme bestand darin, das Flight Test Equipment vor dem Einbau in das Hybridluftschiff sorgfältig unter die Lupe zu nehmen. Das Test-Equipment überwacht während der Testflüge die Bordelektronik und zeichnet wichtige Ereignisse auf. Vor dem Einbau und der Inbetriebnahme des Flight Test Equipments muss der Nachweis erbracht werden, dass das System selbst korrekt und zuverlässig arbeitet. Auch hier kamen als Grundlage zum Verifizieren des Flight Test Equipments wieder die Netzwerk- und Hardware-Simulationen der Vector-Werkzeuge zum Einsatz. Interessant in diesem Zusammenhang ist die Fähigkeit von CANoe, gezielt Fehler in die Kommunikation einzuschleusen und zum Beispiel Botschaften zu blockieren, zu verfälschen oder Prüfsummen zu manipulieren. Vergleichbar dazu lassen sich auf der Hardware-Seite mit dem VT System Leitungsbrüche und Kurzschlüsse in den I/O-Leitungen simulieren. Diese Fehler müssen sich anschließend in den Logging-Daten des Flight Test Equipments wiederfinden.

Deutlich einfachere Entwicklungs- und Testprozesse

Die Vector Tools CANoe und VT System haben die Entwicklungs- und Testprozesse von Steuergeräten und Kommunikationsnetzen für den Airlander 10 nachhaltig vereinfacht. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Möglichkeit, Hard- und Software zu simulieren und zunächst modellbasiert umzusetzen – und das schon in den Projektphasen, in denen noch keine realen Komponenten zur Verfügung standen. Die Entwickler sind nach eigener Aussage noch nie an die Grenzen der Werkzeuge gestoßen und konnten jede noch so „verrückte Idee“ umsetzen.

Der Leiter der Testinstallation freut sich, dass er jetzt viele Arbeiten nur einmal machen muss und die Ergebnisse stets weiterverwenden kann, zum Beispiel für das nächste geplante Projekt, wie den nochmals deutlich größeren Airlander 50. Besonders begeistert ist HAV von der Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Simulationen und Tests. Alles ist nachvollziehbar und das Erreichte fungiert als zuverlässige Basis, auf der man eine Ebene höher weiterentwickeln kann. Die im Hybridluftschiff verbauten Systeme lassen sich vom virtuellen Cockpit aus ansteuern und so vieles von der zentralen Steuerstelle am Boden aus erledigen, was bei den Dimensionen des Airlander 10 etliche Laufwege und kostbare Zeit einspart.

Elektrifizierung der Luftfahrt: Start-ups treiben Innovation

Elektroflugzeug

Elektrischer Senkrechtstarter absolviert erste Testflüge bei München

Zukunftsvisionen

Atomantriebe für die Mobilität von morgen

* Dr. Arne Brehmer ist Manager Aerospace, Jörn Haase ist Senior Expert Aerospace, beide bei der Vector Informatik GmbH.

(ID:45225325)