Modeling and simulation of system architecture for the actuation of a morphing winglet (Bachelorarbeit)

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist die Modellierung der Systemarchitektur für die Betätigung einer formvariablen Winglethinterkante eines großen Passagierflugzeugs. Eine kontinuierliche Verformbarkeit der Winglethinterkante ermöglicht eine bessere Anpassung der Wölbung an Bedingungen abseits des eigentlichen Auslegungspunkts. Das führt zu besseren aerodynamischen Strömungsverhältnissen über einen großen Teil des Flugbereichs und gewährleistet dadurch einen geringeren Treibstoffverbrauch. Die Beweglichkeit des Winglets wird durch sogenannte fluid actuated morphing unit structures (FAMoUS) und ein dazugehöriges Betätigungssystem erreicht. Dabei besteht das Winglet aus einigen FAMoUS- Zellpaaren. Das flüssigkeitsbasierte Betätigungssystem erzeugt eine Druckdifferenz in diesen Zellpaaren, was zu einem Ausschlag der Steuerfläche führt. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Simulink®-Modell entwickelt, welches den von der Druckdifferenz zweier verbunden Zellen abhängigen Bewegungsvorgang der formvariablen Struktur simuliert. Das Modell und die Simulation dienen dazu, die Funktionalität der Systemarchitektur zu überprüfen. Der Aufbau des Betätigungssystems ist an das Konzept eines electro-hydrostatic actuators (EHA) angelehnt und besteht aus einer Kombination aus Elektromotor und Pumpe, einigen hydraulischen Ventilen und einem hydraulischen Druckspeicher. Zusätzlich soll das charakteristische Verhalten der flexiblen Struktur berücksichtigt werden, weshalb ein Ersatzmodell erzeugt wird. Das Gesamtmodell dient als Basis für die Auslegung eines Regelsystems. Ein Regelkreis wird erstellt, in welchem der aktuelle Ausschlagwinkel der Hinterkante als Feedback für einen Regler dient, welcher ein Kommando für die Motor-Pumpen-Kombination erzeugt, um die Flüssigkeit in den beweglichen Zellen zu be- und entdrucken. Mit dem fertigen Systemmodell werden diverse Simulationen durchgeführt und die Ergebnisse analysiert.