Quantifizierung von Unsicherheiten im Strukturentwurf von Flugzeugen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Fragestellung, wie Unsicherheiten im Strukturentwurf während der Definitionsphase erkannt und quantifiziert werden können. Es soll gezeigt werden, welche Auswirkungen diese Unsicherheiten auf die Vorhersagegenauigkeit der Primärstrukturmasse haben. In diesem Zusammenhang ist es zunächst erforderlich, eine nach Möglichkeit vollständige Liste der die Primärstrukturmasse beeinflussenden Parameter zu erarbeiten und in Kategorien zu ordnen. Durch logische Verknüpfung der erarbeiten Kategorien, sowie die Anwendung einer lokalen Sensitivitätsanalyse, konnte die Auswahl auf einflussreiche Parameter reduziert werden. Diese wurden im nächsten Schritt mit Hilfe statistischer Maßnahmen quantifiziert, um die Auswirkungen auf die Vorhersage der Primärstrukturmasse zu analysieren. Für die Strukturanalyse wird ein FE-Modell aus einem parametrischen Flugzeugmodell verwendet. Die Auswirkungen der Unsicherheiten werden am Beispiel einer Strut-braced wing-Konfiguration erforscht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Unsicherheiten die berechnete Primärstrukturmasse in begrenztem Umfang beeinflussen. Den größten Anteil an der Ergebnisunsicherheit ist der Rumpfmasse zuzuordnen. Die höchste Variation ist jedoch bei der Strutmasse zu erkennen, was die Erwartungen aus der Sensitivitätsanalyse bestätigt. Zusätzlich wird ein Vorschlag gemacht, welcher die Verwendung der quantifizierten Unsicherheiten als Entscheidungshilfe ermöglicht. Dies wird am Beispiel der Wahl einer festzusetzenden Spannweite umgesetzt. Abschließend wird eine Auswertung der Wirkung von Unsicherheiten orthotroper Materialien auf Flügel, Strut und Leitwerk durchgeführt, welche zeigt, dass enormes Gewichtsreduktionspotenzial vorhanden ist, dies jedoch noch einer hohen Unsicherheit unterliegt.