Steigerung des Leichtbaupotentials einer Hochfliegenden Plattform (HAP) mittels Implementierung von Optimierungsalgorithmen bei der numerischen Holmauslegung

Abstract

In dieser Arbeit wird das Leichtbaupotenzial der CFK Holmstruktur der Hochfliegenden Plattform (HAP) untersucht. Die Basis der Untersuchungen des Leichtbaupotenzials wird mit der Erstellung eines Globalen Finiten Elemente Modells (GFEM) gebildet. Das Modell liefert die Grundlage für detaillierte numerische Bewertungen von Laminatparametern anhand von Designkriterien. Das führt zur Erreichung von effizienten Bewertungen zu dem Übergang von einer manuellen zur automatisierten Dimensionierung. Hierzu wird das Globale Finite Elemente Modell (GFEM) in eine Optimierungsschleife eingebunden. Der Ablauf der Optimierung wird mithilfe einer gewählten Mehrzieloptimierungsstrategie und einem parallelen Rechenansatz mit dem Optimierer MIDACO durchgeführt. Die aus der Mehrzieloptimierung resultierende vielfältige Menge an Lösungen liefert Laminatparameterwerte der CFK Holmstruktur für verschiedene Massen und Steifigkeitsanforderungen. Mit der Auswahl der leichtesten Lösung und einem Vergleich zum Startentwurf wird das Leichtbaupotenzial der Flügel, der Leitwerke und des Rumpfes herausgestellt. Die leichteste Lösung aus der Optimierung zeigt dabei deutliche Massenreduktionen für die Flügel unter hohen Festigkeits- und Stabilitätsreserven. Die Betrachtung der Ergebnisse für den Rumpf zeigt die Stabilitätsgefährdung im vorderen und mittleren Rumpfbereich. Hierdurch werden weitere Massenreduktionen durch reduzierte Laminatdicken begrenzt. Für das Höhenleitwerk zeigen sich Massenreduktionen im Bereich der Höhenleitwerkswurzel. Dort fällt der Massenanteil an der Gesamtmasse jedoch gering aus. Geschlussfolgert werden kann das eine weitere Optimierung unter der Einschränkung der Grenzen sowie genaueren Fertigungs- und Steifigkeitsanforderungen erfolgen könnte. Mit der Überführung der Mehrzielformulierung in eine Einzielformulierung in Bezug auf die Masse und genauen Steifigkeitsnebenbedingungen könnten weitere optimierte Lösungen für die Laminatparameter der CFK Holmstruktur bestimmt werden.