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Konzeptentwicklung und Simulation einer bionischen Hubschrauberkabinenstruktur unter Betrachtung des Vogelschlags

Mittelberger, Hannes and Ritt, Stefan Andreas (2017) Konzeptentwicklung und Simulation einer bionischen Hubschrauberkabinenstruktur unter Betrachtung des Vogelschlags. Bachelor's, Westfälische Hochschule.

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Abstract

Title: Design concept and simulation of a biomimetic helicopter canopy structure with respect to bird strike Summary: Bird strike poses a risk on the aviation which has effects in terms of damage to the airframe structures and critical flight conditions. So far biomimetic designs have shown proven structural solutions under static loadings. Based on this potential, it was analysed if an optimisation for dynamic loadings is possible. The objective of this work is to develop a biomimetic concept for a rotorcraft radome. The findings were transferred into finite element simulation. The behaviour of the biomimetic structure under bird strike was compared to a reference component designed as a typical sandwich construction with face sheets of glass fibre reinforced plastics (GFRP) A screening of impact resistant biological structures in wildlife was performed. The hammer of the peacock mantis shrimp (lat. Odontodactylus scyllarus) was found to be the best fitting model organism. Its structure was abstracted and transferred into a technically applicable design. This developed design was analysed in different configurations, load cases and modelling & simulation approaches. The monolithic radome based on a biomimetic structure could reach a weight reduction of approximately 15 % compared to a an aeronautical sandwich for this component. By its nature, a catastrophic damage in case of impact can be avoided in contrast to the reference. This impact resilience presumably makes a continued safe flight possible. // Titel: Konzeptentwicklung und Simulation einer bionischen Hubschrauberkabinenstruktur unter Betrachtung des Vogelschlags Kurzfassung: Vogelschlag stellt in der Luftfahrt ein großes Risiko dar, aus welchem enorme Schäden und kritische Flugsituationen entstehen können. Da die Bionik bereits unter statischen Belastungen ein großes Potential zur Optimierung gezeigt hat, gilt es zu klären, inwiefern dies auch unter dynamischen Belastungen möglich ist. Ziel dieser Arbeit ist es, ein bionisches Konzept für ein Hubschrauber-Radom zu entwickeln und die gewonnenen Erkenntnisse per Finite Elemente Simulation zu untersuchen. Hierzu wird das Verhalten der bionischen Struktur unter Vogelschlag mit dem eines Referenzbauteils in klassischer Sandwichbauweise mit Deckschichten aus glasfaservestärktem Kunststoff verglichen. Anhand eines Screenings werden Analogien zu schlag-resistenten Strukturen in der Biologie gesucht und bewertet. Der am besten geeignete Modellorganismus in Fauna und Flora, der Hammer des Fangschreckenkrebs (lat. Odontodactylus scyllarus), wird abstrahiert, sodass die Struktur technisch nutzbar wird. Die entwickelte Struktur wird in verschiedenen Konfigurationen, Modellierweisen und unter mehreren Lastfällen simuliert. Anhand der bionischen Struktur wird ein monolithisches Radom entwickelt, dessen Gewicht um zirka 15% unter dem des klassischen Sandwich-Bauteils liegt. Gleichzeitig wird ein katastrophaler Schaden im Vergleich zum Referenzbauteil verhindert und somit die Wahrscheinlichkeit eines sicheren Weiterfluges erhöht.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/137330/
Document Type:Thesis (Bachelor's)
Additional Information:DLR-IB-BT-ST-2017-148 The work was performed as bachelor thesis supervised jointly by DLR and the University of Applied Sciences Bocholt. The design boundary conditions of the canopy were derived from the helicopter technology demonstrator RACER given within the project "WIMPER- Windshields with Improved Performance". The development of the RACER front glazing within WIMPER has started in 2017 and received funding from the Clean Sky 2 Joint Undertaking under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 754336 (Wimper). The DLR contribution has received institutional funding of under the DLR aeronautical research programme. // Die Arbeit wurde als Bachelorarbeit durchgeführt, die gemeinsam vom DLR und der Westfälischen Hochschule Bocholt betreut wurde. Die Konstruktionsrandbedingungen der Hubschrauberkanzel wurden vom Technologiedemonstrator RACER innerhalb des Projekts „WIMPER – Windshields with Improved Performance“ abgeleitet. Die Entwicklung der Frontscheiben für den RACER haben im Projekt WIMPER 2017 angefangen und wurden das Clean Sky 2 Joint Undertaking unter EU Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 unter der Förderbewilligung 754336 (Wimper). Darüber erhält das DLR institutionelle Förderung über den DLR-Programmbereich Luftfahrtforschung.
Title:Konzeptentwicklung und Simulation einer bionischen Hubschrauberkabinenstruktur unter Betrachtung des Vogelschlags
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthor's ORCID iD
Mittelberger, HannesHannes.Mittelberger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2841-6094
Ritt, Stefan Andreasstefan-andreas.ritt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5330-509X
Date:21 August 2017
Refereed publication:Yes
Open Access:No
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Number of Pages:73
Status:Published
Keywords:Bird strike, helicopter, rotorcraft, radome, canopy, biomimetics, bionics, impact tolerance, composite, GFRP // Vogelschlag, Hubschrauber, Helikopter, Radom, Canopy, Kanzel, Cockpit, Bionik, bionisches Design, Impacttoleranz, Faserverbundkunststoff, Faserkunststoffverbund, Glasfaserverstärkter Kunststoff, GFK
Institution:Westfälische Hochschule
Department:Bocholt
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Aeronautics
HGF - Program Themes:rotorcraft
DLR - Research area:Aeronautics
DLR - Program:L RR - Rotorcraft Research
DLR - Research theme (Project):L - The Robust Rotorcraft (old)
Location: Stuttgart
Institutes and Institutions:Institute of Structures and Design > Structural Integrity
Deposited By: Ritt, Stefan Andreas
Deposited On:09 Nov 2020 17:59
Last Modified:20 Jun 2021 15:54

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