Active vibration suppression of wind tunnel models using piezoelectric materials

Abstract

In Zeiten, in denen Flugzeuge immer leichter und schneller werden, wachsen auch die Problemfelder der Aeroelastik. Eine besondere Herausforderung ist dabei das Flügelflattern. Gerade in der Anfangsphase der Untersuchungen im Windkanal, ist es immer wieder vorgekommen, dass teure Modelle beschädigt wurden. In der heutigen Zeit gibt es verschiedene Methoden um das Flattern zu kontrollieren, wie z.B. eine Feder an der Einspannung, oder die Verschiebung einer Masse, diese Methoden haben jedoch auch Einschränkungen. Daher soll untersucht werden ob und wie sich die Flügelstruktur selbst aktiv, mit sogenannten piezoelektrischen Materialien, dämpfen lässt. Das Ziel dieser Studie ist es, ein Konzept zu entwickeln, wie Schwingungen von Windkanalmodellen mit unterschiedlichen Eigenmoden kontrolliert und gedämpft werden können. Zunächst wurde dazu anhand verschiedener Biegebalkenmodelle untersucht welche Position und Dimensionierung die piezoelektrischen Elemente haben sollten. Weiterhin wurde untersucht welches Steuersignal benötigt wird und wie dies zur Dämpfung des Systems beitragen kann. Schließlich wurden geeignete Aktuatoren und Sensoren sowie die Ansteuerelektronik ausgewählt und ein im Windkanal flatterndes Modell erfolgreich gedämpft.