Abteilung Lastanalyse und Entwurf

Control surfaces on the intelligent wing model
Three separately controllable control surfaces allow the wing to swerve in gusts.

Die Abteilung Lastanalyse und Entwurf befasst sich mit Fragestellungen, die sich im Rahmen des Entwurfs von Flugzeugen hinsichtlich aeroelastischer Eigenschaften bzw. aeroelastischer Erfordernisse ergeben. Ferner wird die Thematik Flugzeuglasten global (z.B. für Entwurfsaufgaben) und mit der Vertiefung dynamische Lasten (u.a. durch Böen) in der Abteilung bearbeitet.

Aeroelastische Modellierung

Beim Entwurf von Flugzeugen ist sicherzustellen, dass aeroelastische Anforderungen erfüllt werden. Diese umfassen eine ausreichende Steuerflächenwirksamkeit und das Vermeiden von Divergenz und Flattern in der nachzuweisenden Flugenveloppe. In der Abteilung Lastanalyse und Entwurf werden Verfahren entwickelt, mit denen parametrische, aeroelastische Analysemodelle aufgebaut werden, welche die repräsentativen aeroelastischen Eigenschaften einer Flugzeugkonfiguration abbilden. Der Detailgrad der Modelle ist dabei abhängig von der Entwurfsphase (Konzept-, Vor- oder Detailentwurf). Die Modellierung kommt bei der Analyse konventioneller Konfigurationen (z. B. von Verkehrsflugzeugen) und unkonventioneller Konfigurationen (z. B. von Höhenforschungsflugzeugen) zum Einsatz.

Lastenprozess und Lastanalyse

Die Bestimmung der auf das Flugzeug wirkenden Lasten gehört zu den Hauptaufgaben bei
der Flugzeugentwicklung. Die Kenntnis der Lasten ist entscheidend für den Entwurf und die Auslegung eines Flugzeugs, z. B. für die Dimensionierung der Struktur, die Vorhersage der Flugleistung und für die Zulassung. Die Abteilung befasst sich dabei sowohl mit der Definition eines umfassenden Lastenprozesses wie auch mit der Entwicklung von ausgewählten Analysemethoden. Der Lastenprozess besteht aus den Schritten Lastannahmen (Definition lastrelevanter Analysefälle sowie spezifischer Vorgaben für die Modellierung), Durchführung von Lastanalysen (Analyse und Simulation) und Ergebnisauswertung, d. h. der Auswertung und Kondensation der umfangreichen Analyseergebnisse auf relevante Daten. Zu den Methoden zur Lastanalyse, die in der Abteilung entwickelt werden, gehören sowohl schnelle Verfahren, die eine Analyse sehr vieler Lastfälle in kurzer Zeit erlauben, wie auch sehr genaue Methoden, z. B. CFD-basierte Manöver- und Böenlastanalysen.

Strukturoptimierung und Aeroelastic Tailoring

Die berechneten Lasten kommen schließlich in Verfahren zur Strukturauslegung und -optimierung zum Einsatz. Das in der parametrischen Modellierung erzeugte Strukturmodell wird mit ausgewählten Lastfällen dimensioniert. Beim Dimensionierungsprozess werden Methoden aus der Strukturoptimierung angewandt, wobei auch die Restriktionen aus dem Bereich der Aeroelastik berücksichtigt werden (Steuerflächenwirksamkeit, Flattergeschwindigkeit, Divergenzgeschwindigkeit). Für die Dimensionierung mit Faserverbundwerkstoff werden zur Dimensionierung spezielle Optimierungsmethoden entwickelt. Für die Auswahl der dimensionierenden Lasten für die Auslegung werden weiterhin Verfahren entwickelt, um die relevanten Lastfälle zu ermitteln. Berücksichtigt werden dabei auch die Zulassungsvorschriften (z. B. CS25).

Forschungsthemen der Abteilung

Fachartikel und Nachrichten aus der Abteilung

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Wolf-Reiner Krüger

Leitung Lastanalyse und Entwurf
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Aeroelastik
Bunsenstr. 10, 37073 Göttingen