Aeroelastische Auslegung eines Modellflugzeugs in Faserverbundbauweise für den dynamischen Segelflug

Kurzfassung

Dieser Bericht beschreibt die aeroelastische Auslegung eines Modellflugzeugs für die Flugtechnik des dynamischen Segelflugs, die im Rahmen einer Diplomarbeit am Institut für Aeroelastik durchgeführt wurde. Es werden das Prinzip und die physikalischen Grundlagen des dynamischen Segelflugs erläutert und basierend darauf die aerodynamische Auslegung des Modells vorgenommen. Der resultierende Entwurf hat eine Spannweite von 2,8 m und eine Streckung von 16,3. Für die Flugaufgabe werden die auftretenden Lasten ermittelt und der strukturellen Auslegung zu Grunde gelegt. Der größte Lastfall tritt bei einer Fluggeschwindigkeit von 220 m/s und einem Lastvielfachen von 150-facher Erdbeschleunigung auf. Die aeroelastische Berechnung erfolgt mit der Finiten-Elemente Methode mit dem Programm MSC.Nastran. Das eingesetzte Verfahren wird vorab mit einem Testflügel validiert. Dafür werden mit statischen sowie dynamischen Versuchen die mechanischen Eigenschaften des Testflügels ermittelt und mit den Rechenergebnissen verglichen. Für das neue Modell wird ein Auslegungskonzept in Faserverbundbauweise erarbeitet, welches bei einem minimalen Abfluggewicht von unter 5 kg die geforderten Lastfälle erträgt. Es kommen ausschließlich CFK-Strukturen mit hochmoduligen Fasern zum Einsatz. Der Einfluss der Laminatgestaltung auf das aeroelastische Verhalten wird dargestellt und die durchgeführte Strukturoptimierung beschrieben.