Parametrische Modellierung der iGREEN-Konfiguration
In der Aeroelastik wird allgemein das Ziel verfolgt, mögliche Probleme bereits in einem frühen Entwurfsstadium vorherzusagen, um Entwicklungsrisiken zu reduzieren. Ambitionierter ist das Ziel, aeroelastische Effekte positiv zu einer Optimierung des Gesamtflugzeugs zu nutzen. In jedem Falle ist die Verfügbarkeit von geeigneten globalen Strukturmodellen bereits zu einem frühen Entwurfsstadium eine Voraussetzung für diese Aufgaben. In vielen Fällen sind solche Modelle jedoch nicht vorhanden. Aus diesem Grund wurde im Institut für Aeroelastik der voll parametrierte Modellgenerierungs- und Auslegungsprozess MONA (ModGen & NASTRAN) entwickelt. Der Prozess besteht aus zwei Komponenten. Zunächst kommt das im Institut entwickelte Werkzeug ModGen für die Generierung von „Bausteinen“ der benötigten parametrischen Simulations- bzw. Optimierungsmodelle im Entwurfsprozess (z. B. FE-Modell, Aerodynamikmodell, Kopplungsmodell von Aerodynamik und Struktur, Massenmodelle) zum Einsatz. Mit MSC.NASTRAN werden anschließend Manöver und Böenlasten ermittelt, sowie die Dimensionierung mit Strukturoptimierungsmethoden durchgeführt.
Schwerpunkt des Programms ModGen ist die Generierung kompletter aeroelastischer Analysemodelle für Flugzeuge, mit einem Fokus auf der Flügelmodellierung. Der Entwurfsprozess zielt dabei auf parametrische Strukturmodelle, so global, dass schnell Aussagen über die dynamischen Eigenschaften des Flugzeugs getroffen werden können, aber realistisch und detailliert genug, um relevante lokale Effekte wie Anschlusssteifigkeiten zu berücksichtigen. Für den Modellaufbau werden der interne, realistische Strukturaufbau sowie die Außengeometrie definiert. Die Modellierung von Steifigkeiten und Massen konzentriert sich zunächst auf die tragende Struktur. Die Systeme, Fracht und Passagiere sowie der Treibstoff werden als zusätzliche, verteilte Einzelmassen definiert. Die Ausgabe für das Gesamtmodell (siehe Bild) umfasst das Finite-Element-Modell der Struktur, eine Aerodynamik-Modellierung für Doublet-Lattice-Analysen, Schnittstellen für die Verbindung unterschiedlicher Modellkomponenten (Flügel, Rumpf, Leitwerk), sowie die Definition von Optimierungsvariablen und der Restriktionen für den folgenden Dimensionierungsschritt. Dabei ist es möglich, sowohl isotrope wie auch Faserverbund-Materialien im Modell zu berücksichtigen.
Literatur: