Virtuelles Testen und Zertifizieren

Wasseraufprall (ditching) eines Verkehrflugzeuges

Die Luftfahrtindustrie verlangt nach verbesserten Methoden, Belastungen durch Crash oder Impact schon im Entwurfsstadium, auch unter Einbeziehung von parametrischen Varianten der Struktur oder des Crash- oder Impact-Szenarios, simulieren zu können und bestehende Tools entsprechend weiterzuentwickeln. Leistungsfähige Simulationswerkzeuge und schnelle Abschätzverfahren hinsichtlich Gewicht und Bauweise sind Voraussetzung für die Senkung von Entwicklungskosten und Verkürzung von Entwicklungszeiten. Gerade dann, wenn neue Materialklassen (z. B. neue Kernmaterialien) oder innovative Strukturentwürfe zum Einsatz kommen, ist die Identifikation von Material- und Strukturparametern wichtig, um die Sensitivität auf bestimmte Belastungen zu kennen. Unfangreiche experimentelle Untersuchungen während der Entwicklungsphase, insbesondere an großen Prototypenkomponenten, sind unakzeptabel, teuer und zeitraubend. Andererseits kann es durch den Einsatz von Optimierungs- und Stochastischen Werkzeugen gelingen die Sensitivitäten einer Bauweise, z.B. hinsichtlich Gewicht. Gerade die Robustheit einer Konstruktion, selbst bei veränderlichen Crash- oder Impact-Bedingungen, ist eine Schlüsselqualifikation zu einer „certification by analysis“.

Im Entwicklungs- und Zulassungsprozesse werden numerische Experimente und Analysen mit virtuellen Prototypen von Teil- oder Komplett-Strukturen durchgeführt, die Teil einer multidisziplinären Vorgehensweise sind. In frühen Entwicklungsphasen benutzt man Tool Coupling (z. B. FE-Code und Optimierer), um Szenarien wie die „get home“ Fähigkeit nach HVI durchzuspielen. Die Themen Schadenstoleranz, Restragfähigkeit sowie Verletzbarkeit (Vulnerability) von Primärstrukturen sind dabei die kritischen Sachverhalte bei der Zulassung.

Dennoch kann es bei der experimentellen Qualifikation und Nachweisführung hinsichtlich der Übertragung von Ergebnissen bei Modellversuchen auf die Realstruktur Schwierigkeiten geben. Ziel muss es deshalb sein, den Einfluss von Randbedingungen zu quantifizieren und zu bewerten. Themen, die hierbei bearbeitet werden, sind:

• Schnelle „virtuelle“ Erarbeitung innovativer Strukturlösungen und Bewertung der potenziellen Risiken
• Einsatz von Methoden zur Robustheitsanalyse, Stochastik, Optimierung), um die Akzeptanz bei der Zertifizierung von Luftfahrtgerät durch die Zulassungsbehörden zu erhöhen
• Reduzierung von Test mit Komponenten oder Full-scale-Strukturen, Vereinfachung von Testprogrammen

Bezogen auf die Analysen heißt dies, dass im Gegensatz zu einigen wenigen, deterministischen FE-Simulationen eine Vielzahl von Berechnungen ausgewertet werden. Um diese Aufgaben innerhalb angemessener Zeit durchführen zu können, wird eine viel höhere Rechenkapazität benötigt als durch einzelne PCs oder Workstations dargestellt werden kann. Hier arbeitet das Institut mit Cluster Computern, die durch Parallelisierung die Rechenprozesse schneller abarbeiten kann.