Anisotrope Strukturoptimierung einer primären Tragflächenstruktur unter Verwendung von Laminationsparametern in Anwendung auf eine hybridelektrische Kleinflugzeugkonfiguration

Kurzfassung

Das Projekt D-LIGHT+ des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt beschäftigt sich mit der multidisziplinären Auslegung eines hybridelektrischen Kleinflugzeuges. Im Rahmen dieses Projektes kommen unterschiedliche Fachdisziplinen zusammen, um Entwürfe im Konzept- und Vorentwurfsstadium zu erarbeiten. Hierbei wird an einem sukzessiv gesteigerten Automatisierungsgrad gearbeitet. Charakterisierend für diese Konfiguration ist die herausfordernde Integration der voluminösen und schweren Wasserstoffsysteme. Teil der Auslegungskette ist der aeroelastische Vorentwurf, welcher, basierend auf den Konzeptentwürfen der Projektpartner, FEM-Simulationsmodelle generiert, umfangreiche elastische Lastenrechnungen simuliert, primäre Tragflächenstrukturen dimensioniert und Kriterien der statischen und dynamischen Stabilität evaluiert. Die Bachelorarbeit beschäftigt sich in einem ersten Schritt mit der Implementierung eines verbesserten Optimierungsmodells für die gradientenbasierte Auslegung isotroper Materialien der primären Tragflächenstruktur. Neben den bestehenden Versagenskriterien zur Bewertung der Festigkeit, werden insbesondere umfangreichere Intrazell-Beulkriterien definiert. Ziel ist die Verbesserung der Auslegung der maßgeblich durch Stabilitätsversagen dimensionierten Struktur. In einem zweiten Schritt wird dieses Modell zur Optimierung anisotroper Materialien auf Basis der Laminationsparameter-Methode erweitert. Im Zuge dessen werden CFK-spezifische Kriterien für Materialversagen implementiert und die verbesserten Intrazell-Beulkriterien für anisotrope Materialien adaptiert. Zusätzlich werden Zwangsbedingungen zur weiteren Einschränkung des Laminatparameter-Raums berücksichtigt. Untersuchungsgegenstand der Implementierungen ist die D-LIGHT-Konfiguration, welche für entsprechende Vergleiche herangezogen wird. Es kann auf bestehende Implementierungen für die Adaptierung von FEM-Datensätzen, die geometrische Zerlegung von Flügelkästen in Hauptkomponenten, sowie die Erfassung und Visualisierung von Optimierungsergebnissen zurückgegriffen werden.