Ein Beitrag zur Optimierung von Flügel-Leitwerk-Konfigurationen mit Hilfe des Gesamtentwurfsverfahrens PrADO

Kurzfassung

Ziel der Diplomarbeit war die Anbindung des beim DLR Braunschweig entwickelten Mehrfach-Traglinien-Verfahrens LIFTING-LINE, zur Berechnung der aerodynamischen Beiwerte einer Flugzeug-Konfiguration, an das Gesamtentwurfssystem PrADO des Instituts für Flugzeugbau und Leichtbau der Technischen Universität Braunschweig. Als Hauptaufgabe war ein Schnittstellenprogramm zu entwickeln und als Unterprogramm an das Aerodynamik-Modul von PrADO anzuschließen. Dieses Schnittstellenprogramm liest aus den Datenbanken von PrADO alle erforderlichen Geometriedaten der zu analysierenden Flugzustände (Variationen von Machzahl, Anstellwinkel und Höhenleitwerks-Einstellwinkel) des Flugzeugs ein und bereitet sie in Form von LIFTING-LINE-Steuerdateien auf. Mit jeder dieser Steuerdateien läßt es LIFTING-LINE einmal ablaufen und entnimmt anschließend aus den dabei erzeugten Ergebnisdateien die aerodynamischen Beiwerte, die von PrADO benötigt werden. Die Beiwerte werden in Kennfeldern zusammengefaßt und in der Aerodynamik-Datenbank von PrADO abgelegt. Weitere Aufgaben waren die Integration einer Nickmomentenbeiwert-Berechnung in LIFTING-LINE und die Entwicklung einer neuen Trimmfunktion für PrADO. Die neue Trimmfunktion berücksichtigt neben dem vertikalen Kräftegleichgewicht (alte PrADO-Trimmung) auch das Nickmomentengleichgewicht und erlaubt damit die Dimensionierung des Flugzeugs im stationären Flugfall, sowie die Kontrolle von Stabilität und Steuerbarkeit in allen von PrADO berücksichtigten Flugzuständen. Da LIFTING-LINE neben den Beiwerten des Gesamtflugzeugs auch die Verteilungen von Auftriebs- und Nickmomentenbeiwert entlang der Flügelspannweite zur Verfügung stellt, können nun auch die auf den Flügel-Holmkasten wirkenden Lasten deutlich genauer abgeschätzt werden, als dies bisher möglich war. In einem abschließenden Arbeitsabschnitt wurde mit der neuen PrADO-Version ein Standard-Verkehrsflugzeug vom Typ Boeing 777 nachmodelliert und unter schrittweiser Zuschaltung der neu hinzugefügten Programmfunktionen wurden die Auswirkungen dieser Erweiterungen auf das Gesamtergebnis qualitativ bewertet. Auf Basis der 777 wurde mit PrADO ein Transportflugzeug in Enten-Konfiguration entworfen und mit dem zuvor berechneten 777-Modell verglichen. Die Ergebnisse dieses Vergleichs zeigen die typischen Vor- und Nachteile einer Entenkonfiguration.