Numerical Optimization of a Supersonic Business Jet Concept Desiqn to Increase the Glide Ratio in Cruise Flight

Kurzfassung

Diese Arbeit, die im Rahmen des DLR Projekts Supersonic Transport Open Research Models and Impact on Environment (STORMIE) durchgeführt wurde, konzentriert sich auf die Optimierung der Gleitzahl des Überschall-Businessjets DLR FTSB-L sowie auf die Bewertung seiner statischen Längsstabilität unter sowohl Überschall- als auch Unterschallbedingungen. Der Optimierungsprozess verwendet eine python-basierte Werkzeugkette, die unter anderem SMARTy Toolbox umfasst, und setzt einen Ersatzmodell-basierten Optimierung ein, bei dem eine einzelne Zielfunktion zur Verbesserung der Gleitzahl verwendet wird. Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei Flugbedingungen definiert, die in den nachfolgenden Analysen betrachtet werden. Zunächst wird eine Trimm-Bedingung angewendet, um sicherzustellen, dass das Flugzeug am Auslegungspunkt trimmbar ist. Zudem wird eine Anstellwinkel-Bedingung eingeführt, um den Anstellwinkel im Reiseflug auf unter 5° zu begrenzen. Darüber hinaus werden verschiedene Designänderungen, wie Modifikationen am Canard und das Schärfen der Vorderkante des Hauptflügels, untersucht, um die Längsstabilität in beiden Flugbedingungen aufrechtzuerhalten. Eine Rumpfoptimierung führt zu einer Steigerung der Gleitzahl von 7.29 auf 9.23. Eine weitere Optimierung der Flügelverwindung verbessert die Gleitzahl auf 9.53. Die resultierende Konfiguration bleibt jedoch nur bis zum Reisepunkt im Überschallflug stabil und wird im Unterschallflug instabil. Um dies zu beheben, wird der Canard weiter nach hinten verlegt. Nach einer erneuten Optimierung der Flügelverwindung wird eine Gleitzahl von 8.1 erreicht, während die Längsstabilität sowohl im Überschall- als auch im Unterschallflug gegeben ist. Abschließend zeigt der Ergebnisse aus TAU-Code und Lifting-Line Panelmethode, dass die Ergebnisse lediglich bei niedrigen Anstellwinkeln und höheren Canard-Inzidenzwinkeln übereinstimmen. Insgesamt demonstrieren die in dieser Arbeit vorgestellten Optimierungen, dass das Ersatzmodell-basierten Optimierungsmodul unter Berücksichtigung der Randbedingungen die Flugzeugleistung effektiv verbessern kann.