Entwurfsmethodik für adaptive Strukturen mit multilateralen Konformitätskriterien

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wird anhand einer adaptiven Tragflügelhinterkante eine Entwurfsmethodik für adaptive Strukturen mit multilateralen Konformitätskriterien erarbeitet. Am Beispiel einer dynamisch aktuierbaren Ausblaslippe eines Wasserkanalmodells sollen alle multilateralen Konformitäten identifiziert und deren gegenseitige Interaktion durch Kopplungsfaktoren beschrieben und bei der Auslegung berücksichtigt werden. Manche Anforderung sind konträr, z. B. wird einerseits eine hohe Steifigkeit der Ausblaslippe gefordert um auch unter aerodynamischen Belastungen eine gewisse Konturkonformität zu gewährleisten, andererseits soll die Ausblaslippe flexibel sein um bei Aktuierung eine hohe Auslenkung generieren zu können um eine effiziente Anströmung der Coanda-Klappe zu ermöglichen. Hier soll über eine Gewichtung der Kriterien (Steifigkeit, Auslenkung usw.) eine Priorisierung der Anforderungen erfolgen. Das Ziel bei der Berücksichtigung von Kopplungen der Konformitätskriterien ist die Optimierung des Gesamtsystems (Ausblaslippe). Multifunktionale Strukturen, die mehre Funktionen in einem Bauteil vereinen, bieten häufig komplexe Anforderungen an Struktur und integrierte Funktionskomponenten (z. B. Aktuatorik, Sensorik, Energiespeicher usw.). In der vorliegenden Arbeitet bildet die Ausblaslippe die adaptive Struktur, die sowohl die auftretenden mechanischen Lasten trägt und gleichzeitig ihre Form zur Strömungsbeeinflussung verändern kann. Zudem muss die Ausblaslippe mit der strukturkonform integrierten Aktuatorik und Sensorik mit einer diffusionsdichten Beschichtung gegen harsche Umwelteinflüsse versiegelt werden. Die Auswahl und Integration der benötigten Aktuatorik bilden die Grundlage für das Konzept der adaptiven Ausblaslippe. Das Design der Ausblaslippe wird durch eine FE-Analyse bestimmt. Die berechnete Auslenkung und Blockierkraft werden an Funktionsmustern verifiziert. Mögliche Beschichtungen werden in Auslagerungsversuche in einer Klimakammer und in einem Wasserbad auf ihre Diffusionseigenschaften untersucht. Abschließend werden Funktionsmuster der Ausblaslippe unter realen harschen Umweltbedingungen auf Funktionskonformität und Robustheit untersucht. Die in dieser Arbeit angewendete Entwurfsmethodik für adaptive Strukturen mit multilateralen Konformitätskriterien soll eine Grundlage für die Auslegung zukünftiger formvariabler Strukturen bilden.