Interaktion elastischer Schwingungen eines Flügels mit Flugregler

Kurzfassung

Die in der Arbeit dargestellte Thematik beschäftigt sich mit dem Aufbau einer Laborstruktur, welche die Untersuchung der Interaktion zwischen einem Flugregler und einem elastischen Flügel ermöglicht. Um die Interaktion in Form einer Anregung elastischer Schwingungen der Tragflügelstruktur durch ein aktiv ansteuerbares Querruder gewährleisten zu können, muss ein Flügel mit vorher definierten Eigenschaften entworfen werden. Der erste Teil der Arbeit widmet sich daher dem Vorentwurf der Laborstruktur unter der Zuhilfenahme eines Balkenmodells. Das Balkenmodell findet aufgrund seiner Einfachheit Eingang in eine in MATLAB umgesetzte eigenwertsensitive Optimierung. Ausgehend von einem Anfangsentwurf, welcher durch wenige, geeignete Geometrieparameter beschrieben wird, werden eben diese Parameter im Rahmen einer iterativen Optimierung derart verändert, sodass eine Zielvorgabe für die Eigenfrequenzen der Flügelstruktur näherungsweise erreicht wird. Am Ende der Optimierung liegen die Geometrieparameter vor, für die ein detailliertes CAD-Modell und ein Berechnungsmodell erstellt werden können. Weitergehende Analysen im Entwurfsprozess bedürfen komplexerer Modelle. Die Umsetzung in ein derartiges Modell erfolgt unter Verwendung von 3D-Volumenelementen. Sie ermöglichen eine genauere Betrachtung der strukturdynamischen Eigenschaften des Flügels, wobei reale Massenverteilungen (auch nichtstrukturelle Massen wie z.B. Aktuatoren) verwendet werden können. Die aus der Modellierung mit Balkenelementen resultierenden Einschränkungen erübrigen sich somit. Kapitel 4 beschäftigt sich aus diesem Grund mit der Detailoptimierung des Flügels unter Einbezug konstruktiver Randbedingungen und struktureller Maßnahmen, die mit dem Balkenmodell nicht umsetzbar gewesen wären. Nach der sich anschließenden Fertigung erfolgt die experimentelle Validierung des realen Aufbaus durch einen Impulshammertest. Das vorletzte Kapitel stellt die Inbetriebnahme und den Entwurf des Reglers dar. Auf die Beschreibung der Ansteuerung der Aktuatoren folgt der Identifikationsprozess der Regelstrecke als Ausgangspunkt für den späteren Reglerentwurf. Die in der Arbeit gewonnenen Erkenntnisse werden dann in Kapitel 7 zusammengefasst, wobei sich ein Ausblick bzgl. zukünftiger Problemstellungen anschließt.