Modellierung der Montage zur Einhaltung von Toleranzen
Moderne und weiterentwickelte NLF-Flugzeugtechnologien wie die, die im Rahmen der öffentlich-privaten Partnerschaft Clean Sky der Europäischen Kommission entwickelt werden, sollen Luftwiderstand, Treibstoffverbrauch und Emissionen wesentlich senken. Wenn zahlreiche Teile oder Komponenten zu komplexen Konfigurationen zusammengefügt werden, reicht es unter Umständen nicht aus, die einzelnen Toleranzen einzuhalten, um letztendlich die Gesamttoleranz zu erfüllen, da sich diese Abweichungen akkumulieren können. Die EU-finanzierten Wissenschaftler des Projekts SATCAS (Simulation of the assembly tolerances for composite aircraft structures) entwickelten Analysetools auf Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM), um die Gesamtabweichung komplexer Konfigurationen vorherzusagen, die durch die Akkumulation der Abweichungen einzelner Teile und/oder den Betrieb des Konfiguration selbst entstehen können. Das Team entwickelte Simulationen des gesamten Montageprozesses, bei der einzelne Teile als flexible Körper betrachtet werden, um die Verformung zu berücksichtigen, die bei solchen Vorgängen auftreten kann. Der Schwerpunkt lag auf den Tragflächen des Demonstrationssystems mit geringem Luftwiderstand (Low Drag Demonstrator) des integrierten Technologiedemonstrationssystems für ein intelligentes Starrflügelflügzeug (Smart Fixed Wing Aircraft Integrated Technology Demonstrator). Die detaillierte Betrachtung der Montage- und Befestigungsvorgänge war erforderlich, von der lokalen Analyse der Befestigungsverfahren bis hin zur Simulation jeder der wichtigsten Montageoperationen, die für den Low Drag Demonstrator eingesetzt werden sollen. Das Ergebnis ist die Analyse der kumulativen Toleranzen. Nach der Validierung kleiner Konfigurationen im Labormaßstab, durch welche die experimentellen und theoretischen Ergebnisse verglichen werden konnten, wurde ein numerisches Verfahren auf zwei Konzepte für Torsionskästen großer Flugzeugflügel angewandt. Die Tests bestätigten nicht nur, dass die Montagevorgänge mittels numerischer FEM genau modelliert werden können, sondern belegten auch ihr Potential, Verbesserungen bei Prozessen oder sogar bei der Konstruktion der Montagegeräte hervorzuheben. Weitere Optimierung wird sich auf die Senkung der Berechnungsdauer konzentrieren. Die SATCAS-Simulationsplattform wird ein wichtiges Konstruktionsmittel für neue NLF-Konzepte für die Luft- und Raumfahrt der EU darstellen und gewährsleisten, dass fertiggestellte Konfigurationen die Gesamttoleranzen einhalten und einen reduzierten Luftwiderstand erreichen. Diese Technologie wird ohne Zweifel weitere Anwendungsmöglichkeiten zur Bewertung kumulativer Toleranzen in zahlreichen anderen Fertigungsumgebungen finden.
