Idealisierung und Integration einer manuellen Steuerung in ein FE-Modell eines Segelflugzeuges

Abstract

Wird ein Rechenmodell zur Untersuchung der Flatterstabilität eines Flugzeuges aufgestellt, so sind nicht nur die Freiheitsgrade der Zelle zu berücksichtigen, sondern auch die der Steuerung einschließlich der Ruder, wobei auch mögliche Starrkörperbewegungen zu beschreiben sind. In dieser Arbeit werden zwei Vorgehensweisen untersucht, die beide auf der Überlagerung modaler Ansatzformen zur Beschreibung des Schwingungsverhaltens beruhen. Die erste Verfahrensweise verwendet Eigenschwingungsformen des freien Flugzeuges, bei dem die Relativbewegungen der Steuerung gegenüber der Zelle unterdrückt sind (Gruppe A). Die Eigenschwingungsformen von Ruder und Steuerung werden bei festgelegter Zelle und freien Ruder ermittelt (Gruppe B). Diese Eigenformen sind gruppenintern orthogonal zueinander, woraus sich ergibt, daß die entsprechenden Hauptdiagonalenmatrizen der Massen- und Steifigkeitsmatrizen diagonal sind. Gruppenübergreifend sind die Eigenformen jedoch im allgemeinen nicht orthogonal, weshalb man in diesem Zusammenhang die Gruppe B als nichtorthogonale Ansatzfunktionen der Steuerung bzw. der Ruder bezeichnet. Dies bedeutet, daß entsprechende Koppelterme auftreten können, die zur exakten Erfassung berechnet werden müssen. Die zweite Vorgehensweise verwendet die Eigenschwingungsformen des freien Flugzeuges mit Steuerung als ein Schwingungssystem, wobei auch hierbei die Massen- und Steifigkeitsmatrizen diagonal sind. Diese als Ansatzfunktionen verwendeten Eigenformen beinhalten somit zu den Auslenkungen der Ruder immer auch die entsprechenden Auslenkungen der Zelle. Können die Koppelterme exakt ermittelt werden, sind beide Verfahrensweisen theoretisch äquivalent. In der Praxis ist dies jedoch nicht möglich, was insbesondere dann gilt, wenn das elastomechanische Modell mit Hilfe eines Standschwingungsversuches ermittelt werden soll. Aus diesem Grund wird eine Untersuchung bezüglich der Abweichungen beider Vorgehensweisen gemacht, um eine Aussage über die Güte der beiden Verfahren treffen zu können.