Die aktuellen Herausforderungen der Luftfahrt sind enorm und vielfältig. Die Corona-Pandemie hat zu enormen Umsatz- und Gewinneinbrüchen geführt und der sowieso schon starke Kostendruck ist weiter massiv gestiegen. Die Notwendigkeit, neue Technologien zu entwickeln und in neue Produkte zu überführen, ist präsent wie kaum zuvor - Ziel ist dabei immer, Treibhausgase und-wirkung mittelfristig zu minimieren und langfristig zu eliminieren.
Ein vielversprechender Ansatz, um diese Ziele zu erreichen, ist die Einführung von multidisziplinärer Optimierung (MDO) in den Entwicklungs- und Fertigungsprozess. Hiermit können neue Technologien schnell und risikoarm integriert sowie die Entwicklungszyklen durch digitale Durchgängigkeit und disziplinübergreifende, schrittweise Verbesserung massiv reduziert werden. Auf dem Gebiet der MDO hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beispielsweise durch die Projekte Digital-X und VicToria - einen technologischen Stand erreicht, der die industrielle Anwendung als äußerst lohnenswert in Aussicht stellt. Ein entscheidender Punkt ist hierbei die Einbeziehung schneller und zuverlässiger Methoden zur Gewährleistung der präzisen Begutachtung eines möglichst großen Entwurfsraumes.
Als Konsequenz hat das DLR das Projekt Virtuelle Entwurfsumgebung für Reale, Effiziente Ingenieurleistungen gestartet. Ziel des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekts ist es, die erarbeiteten Fähigkeiten außerhalb der Laborumgebung, im industriellen Umfeld, zur Anwendung zu bringen. Basierend auf anspruchsvollen und für die Industrie relevanten Entwurfszielen - Top Level Aircraft Requirements (TLARs) und weiterer, essenzieller industrieller Randbedingungen – erarbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein Flugzeugkonzept, das sie im Zusammenspiel mit multidisziplinären Verfahren optimieren und dessen Leistung sie schließlich mit Hilfe eines Windkanalexperiments unter realen physikalischen Bedingungen validieren.
Hervorzuheben ist hierbei der innovative Ansatz der Cyber-Matrix, dem Kern einer flexiblen, modularen MDO, der auf einer verteilten Lösung der Karush-Kuhn-Tucker Bedingung beruht. Sowohl die Durchführung als auch die Implementierung des MDO-Prozesses erfolgt hierbei parallel und ist unabhängig von einer konkreten starren Entwurfsumgebung. Über die zugrundeliegende mathematische Formulierung kann eine beliebige Anzahl an Disziplinen verknüpft und quantifizierbare Designentscheidungen getroffen werden. Das Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik wird den aerodynamischen Detailentwurf mit Hilfe von gradientenbasierten Verfahren durchführen und die Validierungsmessungen im Europäischen Transschall Windkanal (ETW) koordinieren. Das Projekt ist ein zentraler Baustein zur Digitalisierung der Luftfahrt und bildet eine essentielle Verbindung zwischen der Methodenentwicklung und der virtuellen Zertifizierung. Mit Hilfe des Projekts soll zukünftig eine sogenannte „End2End“-Entwurfsumgebung in Industrie und Forschung etabliert werden.
Projekt
VirEnfREI - Virtuelle Entwurfsumgebung für Reale, Effiziente Ingenieurleistungen
Laufzeit
10/2021 - 12/2025
Projektpartner
Airbus Operations GmbH (Verbundprojektleiter)
ETW GmbH
DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik (DLR-Koordinator)
DLR-Institut für Aeroelastik
DLR-Institut für Antriebtechnik
DLR-Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie
DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik
DLR-Institut für Flugsystemtechnik
DLR-Institut für Systemarchitekturen in der Luftfahrt
DLR-Institut für Softwaremethoden zur Produkt-Virtualisierung
DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik
Fördergeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), Luftfahrtforschungsprogramm (LuFo-6.2), Förderkennzeichen: 20X2106B
