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Abteilung Sichere Systeme und Systems Engineering
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iDEAL - inverse Design for Early Aircraft Layout



Ziel des abteilungsinternen Leitprojekts iDEAL (inverse Design for Early Aircraft Layout) ist die Erarbeitung und Demonstration geeigneter Prozesse und Methoden zur schnellen Findung eines globalen Entwurfsoptimums im Rahmen des konzeptionellen Entwurfs. Die Gesamtoptimierungsschleife des neuen Prozesses verwendet schnelle Entwurfsmethoden mit geringer Genauigkeit und berücksichtigt alle relevanten Disziplinen für eine frühe Vorselektion neuer Flugzeug- und Steuerflächenkonzepte, darunter auch eine frühe Berücksichtigung von System- und Zulassungsaspekten. Dadurch wird der mögliche Lösungsraum z.B. für unkonventionelle Flugzeug- und Steuerflächenkonfigurationen eingeschränkt, um anschließend deutlich zeitaufwändigere Detailuntersuchungen vornehmen zu können. Ziel des iDEAL-Ansatzes ist eine Systementwurfsmethode mit durchgängiger Werkzeugkette, die es erlaubt

  • im Rahmen eines funktionsgetriebenen Ansatzes den Lösungsraum möglicher Varianten unter unsicheren Parametern über Iterationen schnell einzugrenzen,
  • einen parallelen Entwurfsprozess der Disziplinen Systeme, Aerodynamik, Struktur zu realisieren,
  • Flugzeugkonfigurationen abzubilden und ggf. anzupassen und deren Systeme konzeptionell auszulegen und zu simulieren,
  • einen systemgetriebenen Entwurf mit unterschiedlichen treibenden Parametern durchzuführen (z.B. Effizienz/Treibstoffverbrauch, höhere Sicherheit, bessere Wartbarkeit / Reduktion der Standzeiten, Optimierung der (Wartungs-)kosten).
Konzeptschaubild des iDEAL-Ansatzes

 

Ausgangspunkt bildet dabei ein nicht ausoptimierter Konfigurationsvorentwurf, bei dem gegenüber dem bestehenden Prozess deutlich höhere Parameterunsicherheiten vorliegen, z.B. der aerodynamischen Parameter. Da es im frühen Entwurfsstadium wichtig ist, Auswirkungen des Entwurfs auf Systeme und umgekehrt, neuer Systemkonzepte auf das Gesamtflugzeug zu bewerten, ist ein mehrstufiges Verfahren mit einem schnellen Vorentwurf und Bewertung der Gesamtkonfiguration vorgesehen. In diesen Vorentwurf werden die Teildisziplinen Aerodynamik, Struktur, Systeme, Flugmechanik usw. integriert und abhängig vom Anwendungsfall geeignete Methoden mit entsprechender Genauigkeit eingesetzt. Die Prozesse und neuen Entwurfs- und Validierungsmethoden werden in Abstimmung mit industriellen Partnern (u.a. Airbus) definiert. Dies stellt sicher, dass die Methode sowohl in den Entwurfsprozessen der Forschung als auch der Industrie anwendbar ist.

Zur Demonstration des neuen Ansatzes dienen zwei Anwendungsfälle: Konfigurationen mit „multifunktionaler Flugsteuerung“ und „aktiven Strömungskontrollsystemen“. Anhand dieser Anwendungsbeispiele sollen die Potentiale der neuen Methoden demonstriert werden. Zum einen verspricht die Zusammenlegung primärer und sekundärer Flugsteuerung Optimierungspotentiale und zusätzliche Entwurfsfreiheiten (u.a. Kinematik und Aktuierungssysteme von Flugsteuerungen). Zum anderen kann der Einsatz eines Laminar Flow Control Systems die Reduktion des aerodynamischen Widerstands ermöglichen.


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