Stresstest über den Wolken

Studierende der Hochschule Osnabrück geben neue Impulse für die Gestaltung von Kleinflugzeug-Cockpits
Studierende des Bachelor-Studiengangs Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Entwicklung und Konstruktion sowie des Masters Entwicklung und Produktion mit den Dozenten Prof. Dr. Thomas Derhake (2. von rechts) und Steffen Schrader (rechts) sowie weiteren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Hochschule Osnabrück (lifePR) (Osnabrück, ) Wenn ein Flugzeug in Turbulenzen gerät, muss der Pilot innerhalb von Sekunden reagieren können. Die Handgriffe an Hebeln und Knöpfen müssen sitzen, damit das Flugzeug nicht außer Kontrolle gerät. Studierende des Bachelorstudiengangs Maschinenbau der Hochschule Osnabrück haben in einem Praxisprojekt nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sich analysieren lässt, wie sich Piloten von Kleinflugzeugen in kritischen Flugsituationen verhalten. Nach monatelanger Forschungsarbeit zu dem Thema „Analyse und Simulation der Mensch-Maschine-Interaktionen“ unter der Leitung von Prof. Dr. Thomas Derhake (Labor für Produktentwicklung und CAE) und Steffen Schrader (Studiengangsbeauftragter des Studiengangs Aircraft and Flight Engineering und Testpilot) haben die acht Projektteilnehmerinnen und -teilnehmer ihre Ergebnisse am Flughafen Münster/Osnabrück vorgestellt. Das Analyseverfahren liefert wertvolle Erkenntnisse, die sich zukünftig bei Pilotenausbildungen nutzen lassen, die aber auch bei der Gestaltung von Kleinflugzeug-Cockpits angewendet werden können.

Als Grundlage für die Forschungsarbeit dienten echte Testflüge in einem Schulungsflugzeug, bei denen die Studierenden Dennis Puchalka, Maria Becker und Patrick Evers unter Anleitung von Schrader selbst am Steuer saßen. „Für solche Tests ist es wichtig, dass die Piloten noch keine Flugerfahrung haben, damit das Verhalten im Cockpit noch möglichst unverstellt ist“, erklärt Projektleiter Derhake. Um die Reaktionen der Piloten unter Stressbedingungen beobachten zu können, wurde das Kleinflugzeug während der Testflüge mehrmals bewusst in Strömungsabrisse manövriert. „Das war ganz schön aufregend im Cockpit. Denn bei so einem Strömungsabriss fängt das ganze Flugzeug an zu ruckeln, und man verliert kurzzeitig die Kontrolle“, sagt Debüt-Pilot Evers.

Mithilfe von Kameras wurden während der Testflüge nicht nur das Körperverhalten der Piloten dokumentiert, sondern dank einer Eye-Tracking-Brille auch die Pupillenbewegungen. So ließ sich im Nachgang genau feststellen, welche Instrumente während kritischer Flugsituationen häufiger angesehen und welche Bordanzeigen kaum wahrgenommen werden. Eher am Rande des Cockpits befindliche Informationen betrachten Piloten seltener als Anzeigen im frontalen Blickfeld. „Da stellt sich durchaus die Frage, ob die Bordanzeigen überhaupt optimal angeordnet sind“, sagt Derhake. Das Analyseverfahren der Studierenden kann daher wertvolle Impulse für eine praxisgerechte Gestaltung von Kleinflugzeug-Cockpits liefern.

In diesem Zusammenhang führten die Studierenden neben dem Eye Tracking auch eine Ergonomieanalyse durch. Um die Körperbewegungen während der kritischen Flugsituationen, insbesondere die Bewegungsabläufe von Armen und Händen, besser auswerten zu können, übersetzten die Studierenden das Videomaterial aus den Testflügen in eine Virtual-Reality-Simulation (VR-Simulation). Daraus ließen sich in einem nächsten Schritt auch gestalterische Verbesserungen am Cockpit ableiten. Für die VR-Simualtion war es vorab nötig, das Cockpit im Labor nachzumodellieren. Mit zahlreichen Sensoren ausgestattet, mussten die Piloten dort anhand der aufgezeichneten Videos ihre Original-Bewegungen aus den Testflügen nachahmen. In der so entstandenen VR-Simulation ließ sich gut erkennen, dass Piloten ihre Handgelenke beim Hochziehen des Steuerhorns zu stark beanspruchen müssen. Eine andere Übersetzung der Höhensteuerung wäre hier von Vorteil. Auch die Bedienung des Landeklappenhebels ist in gängigen Kleinflugzeugen aufwendig und erfordert durchaus Kraft. Eine andere Form und auch Position des Hebels würde die Bedienung enorm vereinfachen.

Ergänzend zeigte Simon Lüken, Studierender des Masters Entwicklung und Produktion, mit den ersten Ergebnissen seiner Masterarbeit weitergehende Möglichkeiten der Analyse von Mensch-Maschine-Interaktionen in kritischen Flugsituationen auf: So lässt sich mithilfe des Eye Trackings auch das generelle Aufmerksamkeitslevel eines Piloten feststellen. Das Messen der Herzfrequenz und des Pupillendurchmessers gibt außerdem Aufschluss darüber, in welchen Flugsituationen ein Pilot besonders aufgeregt ist.

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