Ein reduziertes Modell zur Untersuchung der Aeroelastizität von Tragflügeln mit Hochauftriebssystemen
Ein Lösungsansatz, um dem steigenden Flugverkehr zu begegnen, ist die Nutzung bereits bestehender, kleiner Flughäfen. Wesentlich für die Strukturauslegung von Flugzeugen ist das Zusammenwirken von Struktur und Strömung - die Aeroelastizität. Bereits die Profilaerodynamik zeigt potentiell instabile Bereiche.
Diese verfügen über kurze Start- und Landebahnen und liegen stadtnah, sodass besondere Ansprüche an dort verkehrende Flugzeuge gestellt werden.
Die Langsamflugeigenschaften sind zu verbessern und die Lärmemissionen zu senken.
Für Start und Landung kommen daher Hochauftriebssysteme zum Einsatz.
Das Ausblasen eines dünnen, tangentialen Strahls auf der Oberseite der Coanda-Klappe ermöglicht das Ausschlagen der Klappe um 65°.
Mit der formadaptiven Senknase gelingt es, diesen Vorteil auch bei hohen Anstellwinkeln zu nutzen.
Aufgrund der mit den Hochauftriebssystemen veränderten Aerodynamik steht hier der Langsamflug im Fokus.
Die Untersuchung der Aeroelastizität erfolgt mit den Substrukturen Tragflügel und Triebwerk.
Mit der Transformation in den Modalraum sind deren Schwingungseigenschaften maßgebend.
Die Aerodynamik wird mit numerischen Strömungssimulationen für das Profil DLR-F15 quantifiziert.
Neben der stationären Aerodynamik erfolgt eine frequenzabhängige Betrachtung der bewegungsinduzierten, instationären Aerodynamik mit Hilfe eines Impulsverfahrens.
Die Korrektur der Profildaten auf eine Druckverteilung entlang des Tragflügels mit Triebwerk erfolgt mit der Streifentheorie und einer erweiterten Traglinientheorie nach Prandtl.
Die abschließende Modal-Analyse der mit der Aerodynamik gekoppelten Substrukturen gibt Auskunft über das dynamische Verhalten der Gesamtstruktur.
Sowohl das Biegeflattern als auch das Nickflattern mit jeweils einem Freiheitsgrad scheinen mit den untersuchten Hochauftriebssystemen möglich.
Untersuchungen am Profil bestätigen das Verhalten für die Biegeschwingung, jedoch nicht für die Nickschwingung.
Die Anstellwinkel, bei denen das Phänomen am Profil auftritt, sind sehr niedrig.
Die Modellierung des Tragflügels mit der Streifentheorie zeigt, dass die Biegeschwingung auch am Tragflügel auftreten kann.
Die 3D-Korrektur mit der Prandtl'schen Traglinientheorie führt zu einer starken Reduktion der effektiven Anstellwinkel, womit die gefährdeten niedrigen Anstellwinkel eine größere Bedeutung bekommen.
Infolgedessen zeigt sich die Gefahr des Biegeflatterns für den Tragflügel mit Triebwerk in relevanten Flugbereichen.
One approach to cope with the increase in air traffic is to use existing small airports. An essential aspect in the structural design of aircrafts is the interaction of structure and flow – the aeroelasticity. The profile aerodynamics already indicate potentially unstable areas.
However, these only have short runways and are close to populated areas, wherefore aircrafts are subject to particular demands.
The slow flight characteristics must therefore be improved and noise emissions must be reduced.
High-lift systems are used for take-off and landing.
Blowing out a thin tangential jet on top of the Coanda flap allows to deflect the flap by 65 degrees without causing stall.
With the shape-adaptive droopnose, this advantage can also be used at high angles of attack.
Due to the high-lift systems the aerodynamics differ, wherefore the focus of the investigations is on slow flight.
The investigation of the aeroelasticity is performed with the substructures wing and engine.
The aerodynamics are quantified using numerical flow simulations for the DLRF15 profile.
In addition to the steady aerodynamics, a frequency-dependent consideration of the motion-induced, transient aerodynamics is carried out with an impulse method.
Transferring the profile data to a pressure distribution along the wing with engine is implemented by using strip theory and an extended lifting line theory according to Prandtl.
The final modal analysis of the substructures coupled with the aerodynamics provides information about the dynamic behaviour of the overall structure.
Both bending flutter and pitch flutter, each with one degree of freedom, seem possible with the investigated high-lift systems.
Investigations on the profile confirm the behaviour for the bending, but not for the pitch flutter.
The angles of attack at which the profile phenomenon occurs are very low.
When modelling the wing with strip theory, it becomes apparent that bending flutter can also occur on the wing.
The 3D-correction with Prandtl’s lifting line theory leads to a strong reduction of the effective angles of attack.
The endangered low angles of attack become more important.
As a result, the danger of bending flutter for the wing with engine becomes apparent in relevant flight areas.
Preview
Cite
Access Statistic
Rights
Use and reproduction:
