Strukturelle Auslegung flexibler Spoilergelenke zur adaptiven transsonischen Stoßkontrolle

Kurzfassung

Unter transsonischen Reiseflugbedingungen konventioneller Transportflugzeuge bildet sich auf dem Flügel ein Überschallgebiet aus, an dessen stromabwärtsliegendem Ende ein transsonischer Verdichtungsstoß resultiert. Dieser Stoß führt zum Wellenwiderstand und erhöht somit den Gesamtwiderstand des Flugzeugs deutlich. Zudem kann das Buffet-Phänomen auftreten, was zu ungewollten Vibrationen und Schwingungen des Flügels führen kann. Zur Reduktion von Treibhausgasemissionen und Einsparung von Treibstoff, zur Erweiterung des Flugbereichs sowie zur Verzögerung des Buffet-Beginns, eignen sich Stoßkontrollbeulen, auch Shock Control Bumps (SCBs) genannt, welche seit nunmehr drei Jahrzehnten untersucht werden. Diese stellen eine Konturausbeulung - also eine Art Beule - auf dem Flügel im Bereich des Stoßes dar. Die wechselnden Eigenschaften des transsonischen Stoßes wie dessen Stärke und Position, welche sich abhängig von den Anströmbedingungen ändern, machen eine adaptive SCB erforderlich, um sich sowohl an die Stoßeigenschaften anpassen zu können als auch gänzlich einfahrbar zu sein, wenn eine Beule bei den aktuellen Bedingungen kontraproduktiv wäre. Dieser Vortrag stellt die Ergebnisse eines formvariablen, morphenden Flugzeugspoilers dar, welcher eine adaptive SCB ausbilden kann. Der Fokus liegt dabei auf den flexiblen Strukturgelenken sowohl in der Mitte des Spoilers sowie an dessen stromaufwärtsliegender Verbindung zum Flügelhauptkörper. Ersteres ist für die Formung der Beule notwendig. Letzteres ersetzt das konventionelle Spoilergelenk und vermeidet somit Unebenheiten und Spalte in der Flügeloberfläche, welche ansonsten zu ungewollten Strömungsbeeinflussungen führen können, wie beispielsweise Luftströmungen von der Spoilerunterseite durch das Gelenk auf die Flügelsaugseite.