Schlussbericht des DLR-Teilvorhabens 'Analysen und Reduktion der Lasten von Verkehrsflugzeugen' (LASTAR) im Verbundvorhaben Reloaded

Abstract

Die Bestimmung der auf das Flugzeug wirkenden Lasten sowie aeroelastische Stabilitätsanalysen gehören zu den Hauptaufgaben bei der Flugzeugentwicklung. Die Kenntnis der Lasten ist wichtig für den Entwurf und die Auslegung eines Flugzeugs, z. B. für die Dimensionierung der Struktur, die aeroelastische Stabilität schränkt den Betriebsbereich des Flugzeugs ein. Sowohl Lasten als auch Stabilität sind aus diesen Gründen auch von hoher Relevanz für die Zulassung. Die Arbeiten im Eigenantrag LASTAR (LASTen von Verkehrsflugzeugen: Analysen und Reduktion im von Airbus geleiteten Verbundvorhaben RELOADED) befassten sich mit Analyseverfahren und Modellen zur Weiterentwicklung und Validierung von Prozessen für Lastanalyse und Stabilitätsanalyse. Dazu wurden Arbeiten zu den Bereichen strukturdynamische Identifikation und Komponentenlastanalyse, verbesserte Verfahren der numerischen Stabilitäts-, Last- und Komfortanalyse, dem Gebiet der Ermüdungslasten, der Lastüberwachung und -abminderung, sowie der Prozessvalidierung am Gesamtflugzeug durchgeführt. Last- und Stabilitätsanalysen basieren aktuell auf schnellen Verfahren mit zahlreichen Vereinfachungen. Dieses ist motiviert durch die große Anzahl von einzelnen Berechnungen, die für die Entwicklung und Zulassung eines Verkehrsflugzeugs notwendig sind. In LASTAR wurden daher neue Analyseverfahren entwickelt, welche die Auslegungszeit signifikant reduzieren. Weiterhin wurden im Vorhaben Ansätze zum direkten Einsatz von CFD-Verfahren in der Lastrechnung und der Stabilitätsanalyse entwickelt. Dazu gehörten die Weiterentwicklung des schnellen linearisierten TAU Codes für den Einsatz in der Lastanalyse sowie die effiziente Nutzung von zeitechten CFD-Struktur-Simulationen für Komfortanalysen und Buffeting-Rechnungen. In LASTAR wurden verbesserte numerische Verfahren zur Lastbeobachtung entwickelt. Darauf basierend wurde erstmalig ein Lastregler entworfen, der eine gleichzeitige Auslegung der Lastreduktion auf Ermüdungslasten und Spitzenlasten ermöglicht. In LASTAR wurden Verfahren der Strukturidentifikation zur Prozessreife gebracht, welche die Testzeit deutlich reduzieren und gleichzeitig Aussagen über amplitudenabhängige, nichtlineare Eigenschaften der Struktur machen können. Neue miniaturisierte Messaufnehmer für aerodynamische Drücke, basierend auf so genannten MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) -Sensoren, wurden im Projekt zur Anwendungsreife weiterentwickelt und getestet.