Potential und Grenzen bei der Optimierung des Flügelgrundrisses mit und ohne Lastabminderung im Flugzeugkonzeptentwurf

Kurzfassung

Lastabminderung ist eine Technologie, die Treibstoffeffizienz eines Verkehrsflugzeugs durch einen leichteren Flügel zu steigern. Die Reduktion der aerodynamischen Lasten am transsonischen, gepfeilten Außenflügel ermöglicht zusätzlich schlankere Flügel für neuartige Konzepte. Lastabminderung hat Einfluss auf den optimalen Flügelgrundriss und sollte daher bereits im Konzeptentwurf berücksichtigt werden. In dieser Veröffentlichung wird ein Entwurfsprozess gezeigt, der die relevanten Disziplinen durch vereinfachte aber physikalisch-basierte Modelle in den Gesamtentwurf einbindet. Es werden Ersatzmodell-basierte Optimierungen der Flügelform durchgeführt, wobei der Zielparameter ein kombinierter Treibstoffverbrauch relevanter Bewertungsmissionen ist. Die Ergebnisse zeigen, dass aktive Lastabminderung die Flügelmasse reduziert und der direkte Einfluss aktiver Lastabminderung spannweitenabhängig ist. Für die Optimierung zeigt das Optimum mit Lastabminderung ein Potential von 11.6 % Treibstoffreduktion gegenüber einer Ausgangskonfiguration. Auch ohne Lastabminderung lassen sich durch Geometrieoptimierung signifikante Reduktionen erreichen. Die Gründe dafür und Randbedingungen wie die Rollsteuerung mit einem flexiblen Flügels werden diskutiert.