Einfluss von Lastabminderung im Flugzeugkonzeptentwurf - Auswirkung auf die Treibstoffeffizienz und Flügelmasse bei unterschiedlichen Flügelgeometrien

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Abstract

Im heutigen Flugzeugentwurf wird der Flügel oft durch semi-empirische Methoden dimensioniert. Häufig bleibt dabei die Elastizität des Flügels aus Gründen der Rechenzeit unberücksichtigt. Es ist jedoch vielversprechend, die Disziplinen Aerodynamik, elastische Strukturdynamik und Flugregelung bereits im Vorentwurf eines Flugzeugs multidisziplinär zu betrachten. In diesem frühen Stadium des Entwurfs können einerseits die gekoppelten physikalischen Effekte für Technologien wie Lastabminderung und andererseits der Einfluss von Entwurfsparametern wie die Flügelstreckung gemeinsam evaluiert werden, ohne sehr große Simulationsrechenleistung oder erhöhten Aufwand zur Erzeugung detailreicher Simulationsgeometrien aufbringen zu müssen. Dadurch sind eventuell andere Konfigurationsentscheidungen vorteilhaft, die ohne diese Berücksichtigung nicht in Betracht kommen. Es ist insbesondere Ziel, zu untersuchen ob es im Entwurfsraum Konfigurationen gibt, die gegenüber einer heutigen Referenz eines Langstreckenflugzeugs weitere Effizienzvorteile haben. Der entwickelte und hier gezeigte Prozess erweitert den Vorentwurf um eine Strukturauslegung für den flexiblen Flügel, mittels Missions-basierter aero-elastischer Lastfälle im Freiflug. Die Simulationen bauen dabei auf Traglinienverfahren zur Berechnung der Aerodynamik, kombiniert mit nichtlinearen Euler-Balken für die Analyse der Strukturlasten und Verformungen auf. Die Struktur wird auf Basis kohlefaserverstärkter Kunststofflaminate ausgelegt. Innerhalb des Prozesses wird die Software ASWING vom Massachusetts Institute of Technology [4,5] zur Aerodynamik-Strukturkopplung eingesetzt. Die Strukturauslegung des Flügels ist vollständig in eine Gesamtentwurfsumgebung integriert und die Effekte des Gesamtflugzeugs werden auf der Basis semi-empirischer Methoden und Handbuchmethoden erfasst. Dieser Artikel zeigt grundsätzliche Einflüsse verschiedener Flügelgeometrien und der Lastreduktion auf die Flügelmasse und den Treibstoffverbrauch an konvergierten Flugzeugentwürfen. Der Parameterraum umfasst vor allem Parameter des Flügelgrundrisses. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Streckung des Flügels. Als Ausgangspunkt der Untersuchungen und damit als Referenz dient ein generischer Langstreckenflugzeugentwurf mit aktuellem Technologiestand. Es zeigt sich ein deutlicher Einfluss der globalen Reduktion des Lastenniveaus. Der sinnvolle Bereich von Lastabminderung ist grundsätzlich beschränkt. Zusätzlich werden die Sensitivitäten auf verschiedene Grundrissparameter des Flügels betrachtet.

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• Einfluss von Lastabminderung im Flugzeugkonzeptentwurf - Auswirkung auf die Treibstoffeffizienz und Flügelmasse bei unterschiedlichen Flügelgeometrien. (deposited 04 Oct 2021 08:02) [Currently Displayed]