Wissensbasierte Konstruktion von formverändernden Tragflächen
Die Bauform der formverändernden Tragflächen muss zwei widersprüchliche Anforderungen erfüllen. Insbesondere soll die Außenhaut flexibel sein, so dass eine minimale Menge an Energie zur Anpassung der Tragflächenform verbraucht wird. Gleichzeitig soll sie möglichst steif genug sein, um die neue Form unter aerodynamischen Belastungen beizubehalten, wenn der Morphing-Mechanismus nicht betätigt wird. Forscher des EU-finanzierten Projekts MOSKIN (Morphing skin with tailored non-conventional laminate) schlugen einen Ansatz vor, der auf der Optimierung von Aerodynamik, Steifigkeit und Aktivierung für eine gegebene morphende Form basiert. Die optimale Form kann aerodynamische Leistungsdaten garantieren, während die Mechanismen und Materialien kinematischen und statischen Anforderungen genügen. Das Projektteam entwickelte eine Finite-Elemente-Modellierungssoftware, um Verformungen und die entsprechenden Empfindlichkeiten zu bewerten, die ausgenutzt werden, um die Steifigkeit der fasergesteuerten Laminate variabler Dicke zu optimieren. Dann werden die aktualisierten Laminateigenschaften in den Code eingegeben und der Loop wird fortgesetzt, bis die konzipierte Haut die vorher definierte Zielform annehmen kann. Die MOSKIN-Mitglieder demonstrierten die Fähigkeiten der mehrstufigen Optimierungsprozedur anhand einer geraden Faserplatte von variabler Dicke. Die konzipierte Platte wurde mit einer automatisierten Faserplatzierungsmaschine gefertigt und unter Einsatz von Sandsäcken ähnlich wie unter aerodynamischen Belastungen geprüft. Die gemessenen Ablenkungen befanden sich in guter Übereinstimmung mit den Resultaten der Finite-Elemente-Analyse. Die Software des Projekts zur genauen Anpassung von Kompositen wird erwartungsgemäß in der Luft- und Raumfahrt, im Fahrzeugsektor und im Windenergiebereich Anwendung finden, wo die Gestaltung von konventionellen und nichtkonventionellen Kompositstrukturen verbessert werden kann. Verbesserungen in Bauform und Auslegung werden im Endeffekt ein besseres aeroelastisches Verhalten sowie bessere thermische und Schwingungseigenschaften bewirken.
Schlüsselbegriffe
morphende Tragflächen, formverändernde Flügel, formverändernde Haut, Flugzeuge, Luftfahrzeug, aerodynamische Belastungen, Laminat
