Projekt HighPerFlex (High Performance Flexible Aircraft)

Abb. 1: A340 Halbmodel für Strömungs-Struktur gekoppelte Rechnungen

Abb. 2: Vergleich Flügelprofile mit und ohne mini-TEDs

Normalerweise sind transonische Flugzeuge für eine bestimmte Flugbedingung ausgelegt. Die Geometrie des Flügels ist dafür optimiert, und Verbesserungen sind nur im Prozentbereich zu erreichen.

Wenn ein solches Flugzeug außerhalb seines Auslegungsbereichs operieren soll, entsteht ein suboptimaler Flugzustand. Ebenso können unerwartete Flugzustände (Sturzflug, Böen) Belastungen verursachen, die zu groß für die Flügelstruktur sind.

Um diese beiden Probleme zu umgehen, versuchen Flugzeugbauer, die Lasten auf den Flügeln durch adaptive Flügelelemente zu verteilen. Untersuchungen im Projekt AWIATOR haben bewiesen, dass der Einsatz von Mini-TEDs (kleine Klappen mit eine Länge von ungefähr 2% der Flügeltiefe) den Auftrieb verbessern und in manchen Flugbereichen den Widerstand reduzieren kann, Abb. 1. Zusätzlich werden verhältnismäßig große Lastumverteilungen mit kleinen, schnell-beweglichen Bauteilen ermöglicht. Diese Mini-TEDs erzeugen jedoch eine Verwindungskraft am Flügel. Im Projekt AWIATOR wurden weder die Widerstandssteigerung durch zusätzliche geforderte Trimmung noch die aeroelastischen Änderungen der Tragflächenform berücksichtigt. Diese zusätzlichen Elemente und ein Vergleich über die Lastverteilungsqualitäten von Mini-TEDs und den Klappen des Hochauftriebssystems sind die Basis für das Paket LAWIA.

HighPerFlex soll eine Vorgehensweise für den Entwurf neuer Flügelelemente für moderne Flugzeuge demonstrieren, in dem gleichzeitig Strömungs- und Strukturrechnungen auf ein gesamtes getrimmtes Flugzeug ausgeführt werden. Strömungs-Struktur gekoppelte Rechnungen mit dem TAU-Code und einem A340-Balkenmodel geben eine bessere Schätzung des Flugverhaltens ab, insbesondere bei zusätzlichen aerodynamischen Elementen an einer Tragflügelhinterkante, Abb. 2. Die Erwartungen scheinen begründet, da aeroelastische Einflüsse (statisch und dynamisch) mit wachsenden Fluggeschwindigkeiten und Flugzeugabmessungen sowie leichteren Bauweisen zunehmen, bisher jedoch nicht im Flugzeugentwurf einbezogen wurden.