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Flugmechanik, Flugregelung und Aeroelastizität AM-Move

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AM-Move – Analyse- und Bewertungsmethoden für Entwürfe von elastischen Flugzeugen (Teil des Verbundvorhabens Con.Move)

Im Projekt "AM-Move" werden effiziente und genaue flugmechanische Bewertungsmethoden für neuartige Steuerflächenkonzepte entwickelt. Zum einen sollen diese Bewertungsmethoden Steuerflächenkonzepte unter Berücksichtigung der Aeroelastizität im Reiseflug und zum anderen neuartige Hochauftriebssysteme beim Starten und Landen untersuchen. AM-Move ist ein Forschungsprojekt im von Airbus Operations geführten Verbundvorhaben Con.Move, das im Rahmen des Nationalen Luftfahrtforschungsprogramms (LuFo V2) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert wird.

Einleitung

Im heutigen Flugzeugvorentwurf werden flugmechanische Eigenschaften bisher mit halb-empirischen Handbuchmethoden bestimmt. Diese Methoden erlauben es, schnelle Aussagen über Flugeigenschaften und Flugleistungen zu treffen. Allerdings sind die Aussagen aufgrund der angenommenen Vereinfachungen eingeschränkt. Variationen von Steuerflächenlayouts in Kombination mit Parametervariationen in Flugregelungsfunktionen können mit diesen Methoden nicht untersucht werden – sondern erst viel später im detaillierten Flugzeugentwurf, wenn hochwertige Modelle und die spezialisierten Verfahren der Fachabteilungen verfügbar sind.

Das Gleiche gilt für die Bewertung der Flugleistungen von stufenlos einstellbaren Hochauftriebs-systemen und für die Untersuchung von Flugleistungen und Flugeigenschaften von Hochauftriebssystemen bei unkonventionellen An- und Abflugverfahren. Handbuchmethoden und empirische Näherungsansätze besitzen für solche Fragestellungen weder die notwendige Genauigkeit noch können sie dynamisch komplexe und instationäre Flugphasen, wie Böendurchflüge, analysieren.

Wenn Geometrie-, Masse- und Steifigkeitsdaten bekannt sind, können mithilfe von modernen numerischen Verfahren wie CFD oder FEM hochwertige Daten der Aerodynamik und der Struktur bereits früh im Entwurfsprozess erzeugt werden. Diese können für die Entwicklung von Flugsimulationen genutzt werden. Basierend auf der Nutzung von Flugsimulationen, werden neue Bewertungsmethoden in AM-Move aufgestellt, um Flugzeugvorentwürfe flugmechanisch genauer untersuchen zu können.

Ziele

Ziel des Projektes ist es, früh in der Entwicklung eines Verkehrsflugzeuges zur Gesamtbewertung des Flugzeugs mit integrierten Steuerfunktionen (Movables) beizutragen, indem

  • effiziente und genaue flugmechanische Bewertungsmethoden für neuartige integrierte Steuerflächenkonzepte im Flugzeugvorentwurf unter Berücksichtigung der Aeroelastizität entwickelt sowie
  • effiziente und genaue flugmechanische Methoden für die Bewertung von Hochauftriebssystemen - insbesondere für Start und Landung – entwickelt werden.

Arbeitsprogramm

Das Fachgebiet arbeitet in zwei Arbeitspaketen.

Adaptable High Lift Settings

In diesem Arbeitspaket wird untersucht, wie mit adaptiven, stufenlos einstellbaren Hinterkantenklappen (SEHK) die Start- und Landeleistungen von Verkehrsflugzeugen optimiert werden kann. Dazu wird

  • das Potenzial von SEHK in Leistungsrechnungen ermittelt
  • eine optimale Steuerstrategie konzipiert
  • die Steuerstrategie in Form einer automatisierten Funktion in eine echtzeitfähige, hochwertige Flugsimulation eines typischen Mittelstreckenflugzeugs implementiert.

So können konventionelle und neuartige Start- und Landeverfahren im Flugsimulator mit Piloten auf operationelle Akzeptanz untersucht werden.

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Darüber hinaus werden in einer Parameterstudie Zielwerte für die aerodynamischen Beiwerte (CA, CW, Cm) eines Klappensystems ermittelt, die eine optimale aerodynamische Auslegung des Flugzeugs (Flügel mit Klappensystem und Trimmstellung des Höhenleitwerks) gewährleisten würden.

Bewertung

In diesem Arbeitspaket werden numerische Methoden zur Bewertung neuartiger, integrierter Stellflächenkonzepte, für elastische Flugzeuge entwickelt. Diese Methoden erlauben zu einem frühen Zeitpunkt im Vorentwurfsprozess genauere Aussagen zu Steuerbarkeit, Flugleistungen und Lasten, so dass integrierte Stellflächenkonzepte bereits dann mit hoher Genauigkeit bewertet und verglichen werden können. Basis hierfür ist die im Projekt MOVE.ON erstellte modulare Toolkette, mit der flugmechanische Kriterien automatisiert überprüft werden können (s. Abbildung).

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Vom Deutschen Zentrum für und Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) werden detaillierte Vorentwurfsdaten eines elastischen Flugzeugs mit einer Referenzsteuerflächenkonfiguration zur Verfügung gestellt. Diese werden in einem aufzustellenden Verfahren in eine Flugsimulation umgesetzt. Die bestehende Kriterien-Datenbank aus dem LuFo4-Projekt FlightSim, sowie die entsprechenden Analysemethoden werden für elastische Flugzeuge weiterentwickelt. Das Referenzflugzeug wird anschließend mit einem vom DLR entwickelten integrierten Steuerflächenkonzept ausgestattet und mit der flugmechanischen Bewertungsmethode untersucht, um das Potenzial integrierter Steuerungskonzepte zu evaluieren.

Projektpartner

  • Airbus Operations GmbH
  • Airbus Group Innovations
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
  • Fachgebiet für Flugmechanik, Flugregelung und Aeroelastizität (FMRA) der Technischen Universität Berlin

     

Vorhergehende Projekte

  • Auto-SFS – Automatic Slat/Flap Setting (LuFo IV)
  • FlightSim – Flight Simulation of Innovative Movables (LuFo IV)
  • AeroStruct – Entwicklung einer multidisziplinären Simulationsumgebung für die Analyse und optimierung von Flugzeugen
  • ATLAS2Hybrid – Advanced Technologies for Loads, Aerodynamics and Aeroelastics

Förderung

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