Modellierung einer spannweitigen Aerodynamik für ein Flugzeug mit aktivem Hochauftriebssystem

Kurzfassung

In dieser Untersuchung wird ein detailliertes spannweitig beeinflussbares aerodynamisches Modell unter Berücksichtigung einer Flügelkonfiguration, welche aus einem segmentierten Aufbau der aktiven Hochauftriebsklappen besteht, entwickelt. Die Hochauftriebsklappen jedes Flügels bestehen aus sechs Segmenten. Die zwölf Segmente beider Flügeln werden mit Luftströmen aus Mikrokompressoren überblasen und bilden das sogenannte Hochauftriebssystem, welches zur enormen Aufstiegssteigerung führt. Gerade in der Landephase können so niedriege Fluggeschwindigkeiten realisiert werden. Dieses würde mit einer wesentlichen Verkürzung der Lande- und Startstrecke einhergehen. Aber gerade in dieser Phase bedarf es mehr Erkenntnissen über die möglichen Ausfallszenarien des aktiven Hochauftriebsystems. Im ersten Teil der Arbeit wird ein Modell entwickelt, das in Abhängigkeit beliebiger segmentweiser Impulsbeiwerte und beliebiger Mikrokompressorausfälle jeden aerodynamischen Zustand abbilden kann. So kann jede Auftriebs- bzw. Rollmomentenverteilung entlang der Spannweite bestimmt werden. Im zweiten Teil der Untersuchung wird mithilfe dieses entwickelten aerodynamischen Modells die Kontrollierbarkeit der Mikrokompressorausfälle überprüft. Dabei wird zwischen dem Ausfall einer oder zweier Mikrokompressorausfälle unterschieden. Der infolge dieses Ausfalls enstehende Einbruch im Auftrieb und der dadurch entstehende Rollmoment wird unterschiedlich kompensiert. Für den ersten Fall wird die Rollmomentenkompensation über Steigerungen der Luftströme der aktiven Mikrokompressoren im selben Flügel vorgeschlagen. Aus dieser Kompensation resultieren Empfehlungen für die Leistungsbereiche der einzelnen Mikrokompressoren. Für den Fall des gleichzeitigen Ausfalls zweier Kompressoren wird die Auswirkung auf den Einbruch im Auftrieb und das daraus resultierde Rollmoment begrenzt. Dazu werden die aktiven Mikrokompressoren in ihren maximal möglichen Leistungspunkten, d.h. bei maximaler Überblasung betrieben. Um ein Gleichgewicht zwischen den Rollmomenten beider Flügel herzustellen, werden symmetrische Einstellungen am gegenüberliegenden Flügel vorgenommen. Dabei werden nur Ausfälle benachbarter Kompressoren berücksichtigt.