Entwicklung einer Methode zur numerischen Simulation multiphysikalischer, thermisch-strukturakustisch gekoppelter Analysen an Flugzeug-Kabinenkomponenten

Kurzfassung

Zur Optimierung der Flugzeugkabine in den Bereichen Passagierkomfort und Sicherheit sind Untersuchungen einer Vielzahl neuartiger Kabinenkonzepte notwendig, die angesichts der bestehenden Wechselwirkungen zwischen den grundlegend unterschiedlichen physikalischen Phänomenen eine multidisziplinäre Bewertung erfordern. Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich in diesem Kontext mit der Entwicklung einer Methode zur numerischen Simulation multiphysikalischer, thermisch-strukturakustisch gekoppelter Analysen an unterschiedlich komplexen Modellen der Kabinenseitenwand. Mit Hilfe dieser entwickelten Methoden wird der Einfluss physikalischer Effekte (u.a. Konduktion, Konvektion, durch den Kabinendruck hervorgerufene Belastung des Rumpfes) sowie die Auswirkung konstruktiver Merkmale (ein- bzw. zweischalige Bauweise der Kabinenseitenwand, Einbau von zusätzlichen Dämmmaterialien) auf die Temperaturverteilung und das akustische Transmissionsverhalten im stationären Flugfall untersucht. Die hierbei auftretenden Belastungen, die sich durch eine Druck- bzw. Temperaturdifferenz zwischen Kabine und Atmosphäre ergeben, verursachen jeweils eine Vorspannung im Bauteil. Die unterschiedlichen Vorspannungszustände werden in vorgelagerten statischen Analysen ermittelt, die bei Berücksichtigung thermischer Randbedingungen auch Temperaturfeldberechnungen umfassen. Nachfolgend durchgeführte Modal- und harmonische Analysen liefern die Daten zur Beurteilung des akustischen Transmissionsverhaltens. Aus den Ergebnissen der Simulation geht hervor, dass sowohl die thermische Last als auch die Druckbelastung eine Versteifung des Systems verursachen. Bei gekoppelter Betrachtung der Lasten zeigt sich eine Verstärkung des Versteifungseffekts, der maßgeblich von der thermischen Last dominiert wird. Die Versteifung führt dabei insbesondere im tieffrequenten Bereich bis ungefähr 400Hz bzw. 500Hz zu einer Reduktion der Schalltransmission. Über diesen Frequenzbereich hinaus ist dagegen eine neutrale bzw. negative Auswirkung der Versteifung auf das Transmissionsverhalten zu erkennen. Die Erkenntnisse aus dieser Arbeit zeigen die Komplexität der Interaktionen verschiedener physikalischer Disziplinen und somit die hohe Relevanz und Diversität von multiphysikalischen Analysen für den Flugzeugentwurf.