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An Aeroelastic Flight Dynamics Model for Gust Load Alleviation of Energy-Efficient Passenger Airplanes

Beyer, Yannic und Cavaliere, Davide und Bramsiepe, Kjell und Khalil, Khalid und Bauknecht, Andre und Fezans, Nicolas und Steen, Meiko und Hecker, Peter (2023) An Aeroelastic Flight Dynamics Model for Gust Load Alleviation of Energy-Efficient Passenger Airplanes. In: AIAA Aviation 2023 Forum. AIAA Aviation 2023 Forum, 2023-06-12 - 2023-06-16, San Diego, CA. doi: 10.2514/6.2023-4452.

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Offizielle URL: https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2023-4452

Kurzfassung

Gust load alleviation (GLA) can reduce the maximum loads encountered by airplanes, allowing the structure to be designed lighter, thus saving fuel. Active GLA therefore represents an important subarea in the research of energy-efficient passenger airplanes. However, from a flight dynamics perspective, there are no publicly available simulation environments that allow for an efficient and modular investigation of different technologies like novel GLA controllers or novel flow actuators. Therefore, this paper presents such a simulation environment. The presented aeroelastic flight dynamics model is based on indicial functions combined with a dynamic stall model to predict the unsteady aerodynamics similar to a strip theory approach, while the downwash is considered using a nonlinear steady lifting line method. The structural dynamics are based on the mode displacement method and coupled with the aerodynamics model using constant transformation matrices as well as nonlinear transformations for the inflow. A comparison of the presented model with unsteady Reynolds-Averaged Navier--Stokes simulations shows good agreement for a selected gust case. The presented simulation model is parameterized as an energy-efficient passenger airplane with a light-weight wing sizing by reducing the limit loads from 2.5\,g to 2.0\,g for equivalent pull-up maneuvers. Open-loop gust load envelopes are presented and discussed for the energy-efficient airplane with different model settings, e.g. with and without dynamic stall model. The source code of the simulation modules is available at: https://github.com/iff-gsc/se2a_aviation_2023. A video of the flight simulation is available at: https://youtu.be/cO5q06Qkkgk

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/196840/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:An Aeroelastic Flight Dynamics Model for Gust Load Alleviation of Energy-Efficient Passenger Airplanes
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Beyer, Yannicy.beyer (at) tu-braunschweig.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cavaliere, DavideDavide.Cavaliere (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0001-5501-2370147193941
Bramsiepe, KjellKjell.Bramsiepe (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Khalil, Khalidkhalid.khalil (at) tu-braunschweig.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bauknecht, Andrea.bauknecht (at) tu-braunschweig.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fezans, NicolasNicolas.Fezans (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4351-3474NICHT SPEZIFIZIERT
Steen, Meikom.steen (at) tu-braunschweig.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hecker, Peterp.hecker (at) tu-braunschweig.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 Juni 2023
Erschienen in:AIAA Aviation 2023 Forum
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.2514/6.2023-4452
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Gust load alleviation, aeroelasticity, flight dynamics, simulation
Veranstaltungstitel:AIAA Aviation 2023 Forum
Veranstaltungsort:San Diego, CA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:12 Juni 2023
Veranstaltungsende:16 Juni 2023
Veranstalter :AIAA
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Flugzeugsysteme, L - Flugzeugtechnologien und Integration
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Flugsystemtechnik > Flugdynamik und Simulation
Institut für Flugsystemtechnik
Institut für Aeroelastik > Lastanalyse und Entwurf
Hinterlegt von: Cavaliere, Davide
Hinterlegt am:22 Nov 2023 18:01
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:57

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