Definition

Passive Morphingtechnologien beziehen ihre Formänderungsenergie ausschließlich aus der Umgebung des Flugzeugs. Somit sind keine weiteren Energiequellen von Nöten. Die Formänderung erfolgt durch die geschickte Ausnutzung von Verformungs- und/oder Stabilitätseigenschaften der zu morphenden Struktur. Notwendiges Merkmal passiven Morphens ist weiterhin das Fehlen einer aktiven Steuerung des Morphingmechanismus. Im Gegensatz zu aktiven Morphingtechnologien ist keine aktive Initiierung der Formänderung von Nöten; diese erfolgt durch Reaktion auf äußere Umgebungseinflüsse.

Beispiele

• Wölbungsänderung des Profils durch Umschlagen bistabiler Laminate.
• Anstellwinkeländerung durch gezielte Verformungseigenschaften des Flügelholms.
• Formänderung durch ungesteuerte elektrische Aktoren infolge Sonneneinstrahlung auf Solarzellen.

Konzept und Entwurf

Innerhalb des Vorhabens wurde die Lastabminderung bei Böen und Manöverlasten als wesentliches Morphingziel identifiziert. Am IFL der TU Braunschweig ist hierzu als Morphing-Konzept das Ausnutzen der nichtlinearen Struktureigenschaften mit belastungsabhängigen Steifigkeiten und Hysteresen bei dynamischen Be- und Entlastungsvorgängen für die Projekt-Studien ausgewählt worden.

Entsprechend flexible Strukturkomponenten ermöglichen beim Überschreiten eines bestimmten Belastungsniveau eine erhöhte Nachgiebigkeit, so dass gezielte Verdrehungen und oder Verbiegungen der Tragflügelstruktur möglich werden, durch die die Belastungen, z.B. repräsentativ erfasst durch das Biegemoment an der Flügelwurzel, limitiert werden. Hysterese-Effekte infolge von lokalen Durchschlagsphänomene beinhalten weitergehend eine effektive Dämpfung der Struktur.

Der Entwurf für die Referenzkonfiguration erfolgt auf zwei parallelen Analyseebenen:

Multidisziplinäre Analyse

Für die Beurteilung der Lastabminderungspotentiale wird die frei verfügbare ULVM/sharpy Simulations-Umgebung genutzt. Ziel ist anhand eines Balkenmodells in der Wechselwirkung mit der instationären Tragflügelaerodynamik die Auswirkungen der strukturellen Parameter, d.h. Massen, elastischen Achsen und Steifigkeiten - hierbei insbesondere die parametrisierten, belastungsabhängigen nichtlinearen Steifigkeiten - auf die strukturelle Belastung zu explorieren und geeignete Zielsteifigkeitsparameter für die Lastabminderung auf Balkenebene zu bestimmen.

Nichtlineare Strukturanalyse

Für die konstruktive Ermittlung dieser Zielsteifigkeiten ist eine nichtlineare Finite-Elemente-Modellierung Gegenstand der Arbeiten. Hiermit lassen sich detailliert die nichtlinearen Steifigkeiten analysieren und die entsprechenden Balkeneigenschaften bestimmen.

Als erstes Konzept ist eine Abminderung der Biegesteifigkeit Gegenstand der Untersuchungen, wobei ab dem definierten Lastniveau der Außenflügel eine Biegetorsiondeformations aufzeigt und somit den Anstellwinkel reduziert.