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TU Berlin

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MOB

Lupe

MOB ist das Akronym für  "A Computational Design Engine Incorporating Multi-Disciplinary Design and Optimisation for Blended Wing Body Configuration. Das Projekt lief in den Jahren 2000 - 2002.

Schwerpunktthemen

Entwicklung einer CDE (Computational Design Engine)

Unter der CDE versteht man ein Programmsystem, das die gegenseitige Beeinflussung und Durchführung von Entwicklungsprozessen und Optimierungen in verschiedenen Entwicklungsebenen/-stadien und  in den einzelnen Fachgebieten (Struktur, Aerodynamik u.s.w.) ermöglicht. Es kann damit ein optimaler Informationsaustausch zwischen Arbeitsgruppen gewährleistet werden, die entfernt voneinander arbeiten. 
Damit die Beeinflussung der Fachgebiete untereinander in einem überschaubaren Rahmen bleibt, wird zunächst bei dem MOB-Projekt nur die Wechselwirkung zwischen Struktur (elastische Verformung) und Aerodynamik ( Druckbelastung auf der Oberfläche) und deren Einfluß auf die Flugeigenschaften berücksichtigt.

Entwicklung und Entwurf eines Nurflüglers

Die CDE soll bei der Entwicklung und dem Entwurf eines Nurflüglers für Transportaufgaben benutzt und damit überprüft werden. Gleichzeitig soll dieser Nurflüglerentwurf als Grundlage für alle späteren Modelle verwendet werden, die eventuell in den nächsten Jahren entwickelt werden sollen. Man hat sich für die Nurflügelkonfiguration entschieden, da man nach ersten Abschätzungen z.B. eine größere Gleitzahl (lift to drag ratio)  und  niedrigere Betriebskosten  gegenüber herkömmlichen Flugzeugen erwartet.

Aufgaben der TU Berlin

Die Aufgaben der TU Berlin umfassen unter anderen die Einbettung eines linearisierten mathematischen Zustandsmodells des Nurflüglers in ein Echt-Zeit-Simulationprogramm, welches dem Institut für Luft- und Raumfahrttechnik (ILR) zur Verfügung steht. Anschließend sollen mit dem modifizierten Simulationsprogramm im Simulator Testflüge durchgeführt werden, die eine erste Abschätzung der Flugeigenschaften (Steuerung und Stabilität) ermöglichen. Die Ergebnisse können dann zur Verbesserung des im Entwurfs- und Entwicklungsprozeß befindlichen Nurflüglers beitragen. 
Das mathematische Zustandsmodell des Nurflüglers, welches auch die elastischen und aeroelastischen Einflüsse berücksichtigt, läßt sich durch eine Transformation von Gleichungen aus den Struktur- und Aerodynamik-FEM-Modellen herleiten.  Es ist in der folgenden Form gegeben,

Lupe

welches sich programmtechnisch leicht umsetzen läßt und daher gut für Simulationszwecke geeignet ist. Durch Änderung der Werte in den Matrizen und Vektoren des Modells können verschiedene Flugphasen ( Horizontalflug, Landeanflug etc.) des Nurflüglers beschrieben werden.  Das Gleichungssystem (1) enthält folgende Matrizen und Vektoren: 
dx----Änderung des Zustandsvektors (Zustandsänderung der elastischen Moden)
A----Dynamikmatrix (beschreibt das Eigenverhalten des Nurflüglers)
x----Zustandsvektor (enthält Zustände der aeroelastischen Moden)
B----Steuermatrix(enthält Informationen über die Wirkung der Stellgrößen) 
u---- Stellgrößenvektor ( Schub, Ruder usw.)  Die Transformation des Zustandsvektors erfolgt im Gleichungssystem (2), in dem 
y----Ausgangsvektor(enthält u.a. Kursgeschwindigkeit,Bahnanstellwinkel)
C----Ausgangsmatrix(enthält Anteile des Zustandsvektors am Ausgangsvektor) 
D----Durchgangsmatrix(enthält Anteile der Stellgrößenvektor am Ausgangsvektor) 
(Die Durchgangsmatrix D wird hier nicht berücksichtigt ) 
darstellen.

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Die elastischen Einflüsse können aufgrund der Größe des Nurflüglers nicht mehr vernachlässigt werden. Mit zunehmender Flugzeuggröße werden die Strukturen immer elastischer und die Struktureigenfrequenzen nehmen weiter ab. Da aber gerade die Flugeigenschaften eines Flugzeuges aufgrund des geringeren Frequenzabstandes durch abnehmende Struktureigenfrequenzen immer stärker beeinflußt werden, müssen deswegen die elastischen und aeroelastischen Einflüsse im Entwurfsprozeß mitberücksichtigt werden. Erst dann kann bei Flugeigenschaftsuntersuchungen des Nurflüglermodells davon ausgegangen werden, daß die im Simulator festgestellten Flugeigenschaften annähernd denen des realen Nurflügler entsprechen.  Die Überprüfung der Flugeigenschaften erfolgt im Simulator, indem man für einige Flugphasen Testflüge mit genau definierten Flugaufgaben durchführt. 
Zur Lösung dieser Aufgabe muß der "Pilot" durch z.B. Betätigen des Steuerknüppels oder des Schubhebels Kommandos einleiten, die im Simulationsprogramm eine Änderung des Eingangssignals (siehe Fließdiagramm) bewirken. Über ein Integrationsverfahren (z.B. Euler) erhält man dann mit Hilfe des oben beschriebenen Gleichungssystems (1) neue Zustände der elastischen Moden, die in das Gleichungssystem (2) eingesetzt, wichtige Größen für die Bewegungsplattform und das Sichtsystem des Simulators liefern.

Lupe

Die simulierten Bewegungen des Nurflüglers  werden aufgezeichnet und können im Anschluß mit den geforderten Flugeigenschaften überprüft werden.  Da der Simulator des ILR über eine Bewegungsplattform verfügt, können zusätzlich subjektive Pilotenmeinungen über das simulierten Flugverhalten  ausgewertet werden. 
Die Ergebnisse dieser Flugeigenschaftsuntersuchungen fließen dann in den Entwicklungs- und Entwurfsprozeß zur Optimierung des Nurflüglers ein.

Partner

An diesem Projekt sind mehrere Universitäten und Firmen aus vier europäischen Ländern beteiligt, die über Kompetenzen auf den Gebieten der Flugmechanik, Flugregelung, Entwurf, Konstruktion und Aerodynamik verfügen. 
Zu den Projektpartnern gehören:

  • Universität Cranfield UK
  • Technische Universität Delft NL
  • National Aerospace Laboratory NLR
  • Defence Evaluation and Research Agency UK
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt D
  • Saab AB SWE
  • Daimler-Chrysler Aerospace AG, Military Aircraft D
  • British Aerospace Ltd UK
  • Council for the Central Laboratory of the Research Councils UK
  • Kungliga Tekniska Högskolan SWE
  • Technische Universität Braunschweig D
  • Technische Universität München D
  • Universität Siegen D
  • Universität Stuttgart D
  • Technische Universtät Berlin D

Zusatzinformationen / Extras

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