Wissensbasierte Modellierung zur automatischen Modellgenerierung möglicher Varianten des hinteren Flugzeugrumpfs mit kryogenen Wasserstofftanks und Verteilsystemen zur Einbindung in den frühen Entwurfsprozess

Kurzfassung

Die Integration neuer Technologien in zukünftigen Flugzeugentwürfen ist ein wichtiger Schritt zu einer klimaneutralen und nachhaltigen Luftfahrt. Eine der vielversprechendsten neuen Technologien ist die Verwendung von Wasserstoff als Energieträger. Aktuell liegt der Schwerpunkt der Forschung auf der Integration von kryogenen Tanks für flüssigen Wasserstoff im hinteren Abschnitt des Rumpfs. In dieser Arbeit wird ein Konzept zur digitalen Modellgenerierung der zahlreichen Gestaltungsmöglichkeiten der Crash- und Aufhängungskonzepte des hinteren Rumpfabschnitts mit kryogenen Wasserstofftanks und Verteilsystemen vorgestellt. Um die spezifischen Modelle für jede Fachdisziplin zu generieren, können Methoden der wissensbasierten Modellierung (Knowledge-based Engineering) verwendet werden. Von openAD, einer Software des DLR zum Gesamtflugzeugvorentwurf, werden zunächst die Form des Flugzeugs und die Geometrien und Positionen der Tanks generiert. Durch einen existierenden Ansatz der wissensbasierten Modellierung mit einem graphenbasierten Regelspeicher, implementiert im vom DLR entwickelten Programm Fuselage Geometry Assembler (FUGA), werden geometrische Modelle der Flugzeugstruktur inklusive der Kabine und Frachträume generiert. Der Regelsatz dieses Ansatzes wird in dieser Arbeit um neue Methoden zur Modellierung verschiedener möglicher Varianten der hinteren Rumpfstruktur inklusive experimenteller Aufhängungen und Crashstrukturen für die kryogenen Wasserstofftanks erweitert. Die Verteilsysteme des flüssigen Wasserstoffs werden extern in den Tools SArA und GeneSys, wissensbasierten Programmen der TU Hamburg zur Modellierung von Systemarchitekturen, dimensioniert und positioniert. Über eine XML-Schnittstelle werden die geometrischen Daten zwischen den beiden wissensbasierten Systemen ausgetauscht. Aus diesen Daten werden anschließend mit der Open Cascade Technology Geometriebibliothek die entsprechenden Systemkomponenten modelliert und im Gesamtmodell platziert und auf Konsistenz geprüft. Um die erzeugten Modelle mit den Simulations- und Evaluierungsprogrammen der einzelnen Fachdisziplinen zu teilen, werden CAD-Austauschdateien und das XML-basierte Austauschformat CPACS (Common Parametric Aircraft Configuration Schema) zur Verfügung gestellt. Durch die neu entwickelten Methoden können schnell verschiedene Varianten des hinteren Rumpfabschnitts mit Wasserstofftanks und Verteilersystemen mit hohem Detailierungsgrad modelliert und so früh im Entwurfsprozess untersucht und bewertet werden.