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Modelling of Adaptive Wing Structures

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Modellierung anpassungsfähiger Tragflächenstrukturen wird erforscht

Bislang haben die Luft- und Raumfahrtingenieure bei der Konstruktion von Flugzeugbauteilen, die steif und schwer sind, die Aeroelastizität eher als ein notwendiges Übel betrachtet. Ein EU-finanziertes Projekt war nun ein Sprungbrett zum Bau adaptiver Strukturen, welche die aerodynamische Leistung der Tragfläche optimieren.

Industrielle Technologien

Bei allen großartigen technischen Fortschritten im Flugzeugbau, die wir in den letzten Jahrzehnten erlebt haben, blieben die Flügel jedoch meistens starr. Die Forscher konzentrierten sich hauptsächlich auf die Optimierung der Starrflügel unter Reiseflugbedingungen, wenn das Flugzeug geradeaus und auf gleichmäßiger Höhe fliegt. Im Idealfall müssten Flugzeuge jedoch ihre Form oder Biegung bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und insbesondere beim Starten und Landen verändern. Mit Hilfe der EU-Finanzierung des Projekts MAWS (Modelling of adaptive wing structures) entwickelten die Wissenschaftler ein mathematisches Instrument, das Modelle verkleinerter Ordnung der Tragflächenstruktur unter dem Schwerpunkt der verbesserten aerodynamischen Leistungsfähigkeit einsetzt. Auf dieser Grundlage wandten die Wissenschaftler eine Inversentwurfsmethode an, um die Steifigkeitsverteilung entlang der Tragfläche und somit der inneren Struktur zu bestimmen. Außerdem ermöglichte das Werkzeug den Wissenschaftlern die Ermittlung der erforderlichen Größe und Position der anpassungsfähigen Strukturen und Aktoren. Die Arbeit war insbesondere auf die Anwendung von Panelverfahren zur Modellierung der aerodynamischen Form des Flügels an verschiedenen Punkten innerhalb der Flugbereichsgrenze (Flugenveloppe) ausgerichtet. Ziel war, die gewünschte aeroelastische Auslenkung an einem Flügel bei möglichst geringem Gewicht zu erreichen. Zur Unterstützung der Gestaltung eines Flügels mit variabler Geometrie verwendeten die Wissenschaftler die Konzepte in Bezug auf Drehholm, Bewegungsholm und beweglichen Holmgurt. Diese anpassungsfähigen Strukturen können deren Biegesteifigkeit sowie deren Torsionssteifigkeit und die Schermittelstellung des Flügelabschnittes verändern. Das Team konnte feststellen, dass die anpassungsfähigen Einrichtungen auch bei Flügen mit geringer Geschwindigkeit die erforderlichen aerodynamischen Formen in sämtlichen Teilen der Flugcharakteristik realisierten. Jedoch war die kleinste Veränderung in der Flügelform nur dann erforderlich, wenn sowohl die anpassungsfähige Struktur als auch asymmetrische Flügelkonzepte angewandt wurden. Die MAWS-Modellierungstechnologien für aeroelastische Strukturen tragen nun dazu bei, den anspruchsvollen Anforderungen des Beirats für Luftfahrtforschung in Europa gerecht zu werden. Adaptive Einrichtungen machen das Flugzeug nicht nur treibstoffsparender, sondern auch leiser. Diese Bauteile können den Weg zu wettbewerbsfähigeren Flugzeugkonzepten bereiten und dazu beitragen, die europäische Luft- und Raumfahrtindustrie zu stärken.

Schlüsselbegriffe

Modellierung, adaptive Tragfläche, anpassungsfähiger Flügel, aeroelastisch, aerodynamische Leistung, Steifigkeit

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