Überwachung von Flugschwingungsversuchen mit operationeller Modalanalyse

Kurzfassung

Die Entwicklung neuer Flugzeugkonstruktionen erfordert eine Untersuchung der aeroelastischen Stabilität, um das Phänomen des Flatterns – eine selbsterregte Schwingung der Flugzeugstruktur bei bestimmten Flugzustandsbedingungen – zu vermeiden. Für die gekoppelte Simulation zwischen strukturdynamischen Modellen und instationären aerodynamischen Kräften müssen die zugrundeliegenden Modellierungen bezüglich ihrer Gültigkeit durch den Vergleich von numerischen und experimentellen Ergebnissen validiert werden. Neben dem sogenannten Standschwingungsversuch sind auch vergleichende Schwingungsmessungen im Flug während der Flugerprobung erforderlich, um die reale Antwort des aeroelastischen Systems mit den vorhergesagten numerischen Ergebnissen vergleichen zu können. Aufgrund fehlender Erregerkraftinformationen eignen sich hierfür insbesondere Methoden der operationellen Modalanalyse (OMA), die fortlaufend das Schwingungsverhalten des Flugzeugs während der Erprobungsflüge analysieren können, wenn eine ausreichende stochastische Anregung des Flugzeugs durch atmosphärische Turbulenz sichergestellt werden kann. Im vorliegenden Beitrag werden zwei automatisch arbeitende Identifikationsverfahren – die Stochastic-Subspace-Identification Methode (SSI) und das polyreference-Least-Square-Complex-Frequency-Domain Verfahren (pLSCF) – hinsichtlich ihrer Eignung für den sogenannten Flugschwingungsversuch verglichen. Um die Genauigkeit der identifizierten modalen Parameter überprüfen zu können, werden simulierte Messdaten einer bekannten Flugzeugstruktur für den Vergleich verwendet.