Lastanalyse und Entwurf



Die Abteilung "Lastanalyse und Entwurf" befasst sich mit Fragestellungen, die sich im Rahmen des Entwurfs von Flugzeugen hinsichtlich aeroelastischer

 FEM der iGREEN Konfiguration
zum Bild FEM der iGREEN Konfiguration
Eigenschaften bzw. aeroelastischer Erfordernisse ergeben. Ferner wird die Thematik Flugzeuglasten „allgemein“ (z.B. für Entwurfsaufgaben) und mit der Vertiefung dynamische Lasten (u.a. durch Böen) in der Gruppe bearbeitet.

Beim Entwurf von Flugzeugen ist sicherzustellen, dass aeroelastische Anforderungen erfüllt werden. Diese umfassen eine ausreichende Steuerflächenwirksamkeit und das Vermeiden von Divergenz- und Flattergeschwindigkeiten in der nachzuweisenden Flugenveloppe. Entsprechend der Entwurfsphase (Konzept-, Vor- oder Detailentwurf) sind Entwurfsvariationen in folgenden Bereichen möglich:

  • Flugzeugkonzept (Position der Flügel am Rumpf, Triebwerke am Flügel oder Rumpf, Leitwerkstyp)
  • Geometrie (z.B. Flügelpfeilung, Profilkontur)
  • Konstruktionskonzepte (z.B. Anzahl/Position/Ausrichtung von Holmen, Rippen und Stringer im Flügelkastens)
  • Dimensionierung von Baugruppen (z.B. Wandstärken, Querschnittsflächen, Lagenaufbau bei Faserverbundmaterial)

Für die aeroelastische Analyse und Optimierung werden die Steifigkeitseigenschaften und die strukturdynamische Eigenschaften in einem Strukturmodell modelliert. Für statische aeroelastische Problemstellungen (z.B. Steuerflächenwirksamkeit, Divergenz) sind die Steifigkeitseigenschaften abzubilden. Für die Flatteranalyse ist zusätzlich ein sinnvolles Massenmodell nötig. Dies umfasst u.a. die strukturellen und nicht-strukturellen Massen sowie Massen für verschiedenste Betankungs- und Beladungsfälle. Weiterhin sind realistische Anschlusssteifigkeiten für die Steuerflächen im Strukturmodell vorzusehen.

Um entsprechende Strukturmodelle für das Gesamtflugzeug oder von Baugruppen, wie Flügel, zu modellieren, befasst sich die Gruppe mit der Entwicklung von Methoden zum Aufbau von Strukturmodellen, die für die aeroelastische Analyse geeignet sind. Dazu werden u.a. Methoden entwickelt, bei denen zunächst eine parametrische Geometriebeschreibung des Flugzeuges und der tragenden Konstruktion sukzessive aufgebaut wird.

Das aus dem Geometriemodell erzeugte Strukturmodell wird mit ausgewählten Lastfällen dimensioniert. Beim Dimensionierungsprozess werden Methoden aus der Strukturoptimierung angewandt, wobei auch Restriktionen aus dem Bereich der Aeroelastik berücksichtigt werden (Steuerflächenwirksamkeit, Flattergeschwindigkeit, Divergenzgeschwindigkeit). Für die Dimensionierung mit Faserverbundwerkstoff werden zur Dimensionierung spezielle Optimierungsmethoden entwickelt. Die für die aeroelastische Optimierung benötigte aerodynamische Modellierung sowie das Optimierungsmodell (Entwurfsvariablen, Restriktionen), wird ebenfalls mit Hilfe des parametrischen Geometriemodells aufgebaut.

Für die Auswahl der dimensionierenden Lasten für die Auslegung werden weiterhin Verfahren entwickelt, um die relevanten Lastfälle zu ermitteln. Berücksichtigt werden dabei auch die Zulassungsvorschriften (z.B. CS25). Betrachtet werden neben Manöverlasten vertieft dynamische Lasten (z.B. durch Böen) und Landestoßlasten.

Um eine Vielzahl von Lastanalysen hoher Genauigkeit in kurzer Zeit zu erlauben, werden in der Abteilung Ansätze entwickelt, schnelle Berechnungsverfahren auf DLM-Basis mit Ergebnissen weniger ausgewählter CFD-Simulationen zu koppeln. Dieses erlaubt eine Lastanalyse unter realistischen Annahmen auch im Grenzbereich der Flugenveloppe.


Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Wolf-Reiner Krüger
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aeroelastik
, Lastanalyse und Entwurf
Tel: +49 551 709-2808

Fax: +49 551 709-2862

E-Mail: Wolf.Krueger@dlr.de
URL dieses Artikels
http://www.dlr.de/ae/desktopdefault.aspx/tabid-8350/6541_read-9334/