Strukturkonzept eines vorgebogenen morphenden Spoilers zur adaptiven transsonischen Stoßkontrolle

Abstract

Zur Erreichung globaler Reduktionsziele von Treibhausgasemissionen kann die transsonische Stoßkontrolle einen wichtigen Beitrag in der zukünftigen Luftfahrt liefern. Seit etwa 30 Jahren wird diese Form der Widerstandsreduktion an Tragflächen von Flugzeugflügeln erforscht. Dabei hat sich die sogenannte Stoßkontrollbeule (Shock Control Bump - SCB) als besonders effektive Methode erwiesen, den Wellenwiderstand von transsonischen Flugzeugflügeln zu reduzieren. Außerhalb des Auslegungsbereichs wird eine fest installierte SCB allerdings zu unerwünschten Effekten führen wie z. B. zu einer Erhöhung des Widerstands und somit des Treibstoffverbrauchs. Folglich sollten adaptive Konzepte verwendet werden, welche die SCB einfahren können, wenn sie nicht benötigt wird. In dieser Arbeit wird ein morphender Spoiler mit einer adaptiven SCB vorgestellt, welche in ihrer Höhe einstellbar ist sowie gänzlich eingefahren werden kann. Es wird das strukturelle Design des Spoilers erläutert, welches diese Formvariabilität ermöglicht. Das Finite-Elemente-Modell der Spoilerstruktur wird in ANSYS mit aerodynamischen Kräften für den Reiseflug beaufschlagt. Zudem wird eine Vorspannung für einen begrenzten Bereich der Spoilerstruktur implementiert. Durch diese resultierende Vorbiegung des hinteren (stromabwärtsliegenden) Spoilerbereichs kann dieses adaptive Konzept mit dem Spoileraktuator als einzigen Aktuator eine morphende SCB formen.