Eine spezielle Nutzung des Modellierungs- und Dimensionierungsprozesses ist die Auslegung eines Flugzeugflügels unter der direkten Ausnutzung aeroelastischer Randbedingungen. Die statischen und dynamischen Eigenschaften eines Flügels werden dabei so ausgelegt, dass Auslegungsziele wie optimierte Leistung bei minimiertem Gewicht erreicht werden. Hierzu wurde im Projekt „Smart Fixed Wing Aircraft, SFWA“ in Kooperation mit der TU Delft ein eigener Entwurfs- und Optimierungsprozess entwickelt. Ziel ist die Analyse des Potentials unkonventioneller Laminate für den Entwurf hochelastischer Flügel. Die Flügelelastizität wird dabei mit diskretisierten Steifigkeitsmatrizen für Finite Elemente eines ausgewählten Bereichs beschrieben (siehe oberes Bild), welche die globalen Eigenschaften von Faserverbund-Lagen repräsentieren.
Die Steifigkeitsverteilung wird nun für gegebene Lastfälle so optimiert, dass gewünschte Randbedingungen erfüllt werden. Ein Beispiel aus dem Projekt SFWA zeigt das untere Bild. Hier sind resultierende Steifigkeitsverteilungen für die Haut eines Verkehrsflugzeugflügels dargestellt, die bei gleicher Ausgangskonfiguration mit unterschiedlichen Zielfunktionen und Randbedingungen erreicht werden. Ziele sind eine minimale Strukturmasse bei gegebener Ruderwirksamkeit, sowie eine optimierte Ruderwirksamkeit bei gegebener maximaler Strukturmasse.
Der speziell entwickelte Optimierungsalgorithmus sorgt dafür, dass die resultierende Steifigkeits- und Massenverteilung des Flügels produktionstechnisch realisierbar ist. Das Vorgehen erlaubt es außerdem in einem Postprocessing-Schritt, Lagen für die Fertigung eines Modells abzuleiten.
Literatur