Schnelle Identifikation und Charakterisierung von Linearitätsabweichungen in der experimentellen Modalanalyse großer Luft- und Raumfahrtstrukturen

Abstract

Die Schwingungseigenschaften von Luft- und Raumfahrtstrukturen werden in sogenannten Standschwingungsversuchen an Flugzeugen oder in Qualifikationsversuchen und Modaltests an Raumfahrtstrukturen wie zum Beispiel Satelliten untersucht. Die experimentelle Bestimmung dieser Schwingungseigenschaften wird als experimentelle Modalanalyse bezeichnet, welche im Rahmen der heutigen aeroelastischen Stabilitätsuntersuchungen und Qualifikationsprozessen auf linearen Verfahren beruht. Nichtlinearitäten werden dabei weitestgehend außer Acht gelassen. Heutzutage gewinnt die Berücksichtigung von Linearitätsabweichungen in den Stabilitätszertifizierungsprozessen immer mehr an Bedeutung. Zum einen wird der Versuchsablauf bei der experimentellen Erfassung der nichtlinearen Schwingungsparameter deutlich beschleunigt, wenn die Linearitätsabweichungen mit einbezogen werden. Zum anderen kann das aeroelastische Verhalten hochflexibler Luft- und Raumfahrtstrukturen in vielen Fällen nur unzureichend auf der Grundlage linearer Modelle beschrieben werden. In der vorliegenden Arbeit werden in der Forschung etablierte und ein neu entwickeltes Verfahren zur Detektierung von Linearitätsabweichungen anhand von Beispielen hinsichtlich ihres Einsatzes im industriellen Großversuch untersucht und diskutiert. Einige der behandelten Verfahren werden für eine Implementierung in ein bestehendes Testkonzept vorgeschlagen. Für die Identifikation und Charakterisierung von Nichtlinearitäten wird ein modales Modell vorgestellt, das einfach zu handhaben und effizient ist und zur Reduzierung der Testzeiten bei einem gleichzeitigen Gewinn an Datenqualität beiträgt. Das Verfahren zur modalen Identifikation wird anschließend verwendet, um bestehende Teststrategien zur Identifikation und Qualifikation effektiv zu erweitern.