 | Klimmek T. Statische aeroelastische Anforderungen beim multidisziplinären Struktrurentwurf von Transportflugzeugflügeln: Diss. - Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt, Institut für Aeroelastik, Göttingen. - Köln: DLR, 2016. - XIII, 217 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2016-34). - Res. auch engl. - Bibliogr.: S.201-217. - ISSN 1434-8454 - ISSN 1434-8454
Шифр: (Pr 1120/N 2016-34) 02
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Symbolverzeichnis ............................................... V
1 Einleitung ................................................... 1
1.1 Motivation und Problemstellung ............................. 1
1.2 Ziel und Aufbau der Arbeit ................................. 3
1.3 Literaturübersicht ........................................ 11
1.3.1 Strukturentwurf mit Aeroelastik Restriktionen -
Aeroelastic Tailoring .............................. 12
1.3.2 Entwurfsprozesse - Parametrisierungskonzepte ....... 15
1.3.3 Geometrisches Modellieren - Einsatz bei
Optimierungsaufgaben und im Flugzeugentwurf ........ 18
2 Parametrischer Entwurfsprozess und das
Parametrisierungskonzept .................................. 23
2.1 Flugzeugentwurfsphasen und Entwurfsaufgaben ............... 23
2.2 "Parametrischer Entwurfsprozess ........................... 27
2.2.1 Grundlegende Prozessschritte ....................... 28
2.2.2 Parametrische Modellbildung ........................ 28
2.2.3 Konzept der parametrischen Geometriemodelle ........ 31
2.2.4 Anforderungen an die Simulationsmodelle ............ 32
2.2.5 Simulationsmodelle ................................. 32
2.2.6 Konzept der Simulationsmodellbausteine für
parametrische Simulationsmodelle ................... 36
2.3 Grundgleichungen im Entwurfsprozesses ..................... 38
3 Parametrische Geometriemodellierung und Aufbau
Simulationsmodellbausteine ................................ 45
3.1 Anforderungen und Konzept ................................. 46
3.2 Parametrische Geometriefunktionen und
differentialgeometrische Operationen ...................... 48
3.2.1 Parameterdarstellung ............................... 48
3.2.2 ß-Spline Kurven .................................... 50
3.2.3 ß-Spline Flächen N. ................................ 53
3.2.4 Transformationen ................................... 54
3.2.5 Minimaler Abstand zwischen Punkt und Fläche ........ 57
3.2.6 Schnittpunkt zwischen Kurve und Fläche ............. 57
3.2.7 Approximations- und Interpolationsmethoden mit ß-
Splines ............................................ 59
3.3 Prozess Geometriemodellaufbau ............................. 64
3.4 Aufbau Simulationsmodellbausteine ......................... 73
3.4.1 Finite-Elemente-Modell Flügelkasten ................ 73
3.4.2 Aerodynamikmodell .................................. 75
3.4.3 Lastreferenzachse, Kopplung Struktur- und
Aerodynamikmodell .................................. 77
3.4.4 Kondensation der Steifigkeiten auf die
Lastreferenzachse .................................. 79
3.4.5 Anschlusselemente für den Flügel-
Rumpfübcrgang ...................................... 79
3.4.6 Triebwerk und Triebwerksgondel ..................... 80
3.4.7 Massenmodell für die Kraftstoffverteilung .......... 81
3.4.8 Massenmodell Gesamtflügel und halbes Restflugzeug .. 82
3.4.9 Optimierungsmodelle ................................ 83
3.4.10 Parameter analytisch-empirische
Querschnittsdimensionicrung ........................ 84
4 Multidisziplinäre Simulation .............................. 87
4.1 Zustandsgrößen und Simulationsverfahren ................... 87
4.2 Die Finite-Elemente Methode ............................... 88
4.2.1 Grundgleichungen ................................... 89
4.2.2 Qualität der FE-Modelle ............................ 92
4.2.3 Statische Zustandsgrößen ........................... 93
4.2.4 Dynamische Zustandsgrößen .......................... 94
4.3 Zustandsgrößen zur strukturmechanischen Stabilität ........ 95
4.4 Aeroelastische Zustandsgrößen ............................. 98
4.4.1 Aerodynamische Analyse mit der Doublet Lattice
Methode ........................................... 100
4.4.2 Kopplung Struktur und Aerodynamik ................. 103
4.4.3 Statische Aeroelastik ............................. 104
5 Dimensionierungsmethoden und Dimensionierungsprozess ..... 111
5.1 Analytisch-empirische Querschnittsdimensionierung ........ 112
5.2 Dimensionierung mit Strukturoptimierungsmethoden ......... 117
5.2.1 Optimierungsschleife für gradientenbasierte
Optimierungsalgorithmen ........................... 118
5.2.2 Mathematische Optimierungsalgorithmen ............. 121
5.3 Dreistufiger Dimensionierungsprozess ..................... 122
6 Anwendungsbeispiele ...................................... 127
6.1 Flügel der D150-Konfiguration ............................ 128
6.1.1 Allgemeine Flugzeugparameter ...................... 129
6.1.2 Parametrische Modelle ............................. 129
6.1.3 Lastfälle ......................................... 135
6.1.4 Ergebnisse Basisentwurf ........................... 137
6.1.5 Parameterstudie - 18 Planformvariationen ......... 140
6.2 Flügel der CRM-Konfiguration ............................. 149
6.2.1 Allgemeine Flugzeugparameter ...................... 150
6.2.2 Parametrische Modelle ............................. 151
6.2.3 Lastfälle ......................................... 157
6.2.4 Ergebnisse Basisentwurf ........................... 157
6.2.5 Parameterstudie 1 - Variation der
Stringerorientierung .............................. 159
6.2.6 Parameterstudie 2 - Variation der
Querrudergeometrie ................................ 161
6.2.7 Strukturdimensionierung mit
Querruderwirksamkeitsrestriktion bei Zulassung
negativer Querruderwirksamkeit .................... 163
6.3 Flügel der iGREEN-Konfiguration .......................... 175
6.3.1 Allgemeine Flugzeugparameter ...................... 176
6.3.2 Parametrische Modelle ............................. 176
6.3.3 Lastfälle ......................................... 181
6.3.4 Ergebnisse Basisentwurf ........................... 184
6.3.5 Parameterstudie 1 - Variation der
Stringerorientierung .............................. 188
6.3.6 Parameterstudie 2 - Variation der Holmpositionen .. 189
6.3.7 Parameterstudie 3 - Variation der Flügelpfeilung .. 191
7 Zusammenfassung und Ausblick ............................. 195
Literaturverzeichnis .......................................... 201
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