Alternative Querruderarchitekturen für Verkehrsflugzeuge und aeroelastische Untersuchungen zur Rollmomentenerzeugung

Kurzfassung

Dieser Bericht behandelt alternative Konzepte für die Rollsteuerung von Verkehrsflugzeugen. Vorgestellt wird die Aktuatorik der Rollsteuerung mit konventionellen Systemen als auch alternative Architekturen mit adaptiven Strukturen. Hierbei liegt der Fokus auf der Ausfallsicherheit der Aktuatorik und der Sicherheit gegenüber Ruderflattern unter Berücksichtigung des Gewichts des Aktuationssystems. Des Weiteren werden alternative Konzepte zur Rollmomentenerzeugung präsentiert. Diese umfassen die Verformung von Flügelstrukturen wie es im Rahmen des morphing wing behandelt wird, sowie die aktive Nutzung aeroelastischer Effekte zur Reduzierung der Steuerkräfte und zum Einsatz leichterer Flügelstrukturen. Anschließend werden in einer aeroelastischen Untersuchung an einem für Verkehrsflugzeuge typischen Flügelmodell die Rollmomentenerzeugung durch Flügelverwindung, Wölbungserhöhung und einer Vorderkantenklappe analysiert und für verschiedene Parametergrößen dem erreichbaren Rollmoment durch ein konventionelles Querruder gegenüber gestellt. Die Analyse der Wölbungsänderung benötigt eine Korrektur der doublet-lattice-Methode für die aerodynamische Rechnung. Hierfür werden drei verschiedene Korrekturverfahren, die innerhalb des Finite- Elemente-Programms MSC/Nastran zur Verfügung stehen, eingesetzt und ihre Resultate analysiert. Dieser Bericht ist im Rahmen einer Diplomarbeit am Institut für Statik und Dynamik der Luft- und Raumfahrtkonstruktionen der Universität Stuttgart und in Kooperation mit der Firma Airbus entstanden.