Überblick

Ziele

I.1 Ziele des Vorhabens

Der traditionelle Strukturentwurf von Flugzeugflügeln wird dominiert von klassischen Auslegungskriterien abgeleitet aus monodisziplinären Betrachtungen. Ziel des Vorhabens ist die erhebliche Minderung des Tragflügelgewichts infolge einer gezielten Kombination passiven und aktiven Morphens der Flügelgeometrie. Während das aktive Morphen primär die Flugleistungen in verschiedenen Flugzuständen steigern soll, soll hier parallel ein passives Morphen untersucht werden, um ohne Gewichts- oder Energienachteile die kritischen Belastungsfälle in ihrer Intensität zu reduzieren. Da offensichtlich ist, dass ein Ansatz mit rein aktiven Methoden zu hohen Gewichts- und Energieverbräuchen führt, stellen die aufeinander abgestimmten und ganzheitlich für den Flügel eingesetzten passiven und aktiven Morphing-Techniken einen nachhaltigen innovativen Schritt in Richtung eines multidisziplinär ausgelegten, hybriden Flügels dar, in dem sich idealerweise die verschiedenen Steuerflächen in einer morphenden Gesamtstruktur auflösen. Durch Reduktion der verschiedenen Systeme und Komponenten soll zusätzlich Gewicht und Systemkomplexität verringert werden. Die Kombination des aktiven mit dem passiven Ansatz wird im Weiteren als hybrid bezeichnet.

I.2 Verbundstruktur

Bei HyMoWi handelt es sich um ein Verbundvorhaben der Universitäten

  1. TU Braunschweig - Institut für Flugzeugbau und Leichtbau (IFL)
  2. TU Dresden – Institut für Luft- und Raumfahrttechnik (ILR) vertreten durch den Lehrstuhl für Luftfahrzeugtechnik

Beide Hochschulinstitute verfügen über eine hohe Kompetenz und Innovationskraft im Bereich des Flugzeuggesamtentwurfs, des innovativen Strukturentwurfs, -analyse und -optimierung. Geführt wird der Verbund vom Institut für Flugzeugbau und Leichtbau der TU Braunschweig. Das IFL bringt in den Verbund die Fähigkeiten der hochwertigen multidisziplinären Analyse insbesondere der Strömungs-Struktur-Interaktion für die Beurteilung der aeroelastischen Eigenschaften ein. Das ILR steuert seine Fähigkeiten auf dem Gebiet des aktiven Morphens von Luftfahrtzeugstrukturen und der Optimierung von Flugzeugstrukturen bei. Die Synergien der beiden Institutsfähigkeiten gewährleistet eine kompetente Bearbeitung der geplanten Arbeiten.

I.3 Struktur der Arbeitspakete

Die Arbeitspakete durchlaufen die Phasen der Konzeptfindung, des detaillierten Entwurfs und der umfangreichen Analyse, um abschließend nachhaltige Aussagen zum Zukunftspotential hybrid- morphender Flügel machen zu können.

HAP1: Konzept

Festlegung der grundsätzlichen Anforderungen und Eigenschaften eines morphenden Flügels. Sammlung von Morphingkonzepten und -eigenschaften über Recherche und Workshop mit Experten aus Forschung und Industrie. Bewertung technisch entwicklungsfähiger Morphingprinzipien und deren Überprüfung mit Blick auf die neuen Zielanforderungen. Ergebnis ist die Adaption vielversprechender Konzepte für die Zielkonfiguration, für die die Auslegungsspezifikationen definiert werden sollen.

AP1.1 Anforderungen
AP1.2 Recherche + Workshop
AP1.3 Konzept + Auswahl
AP1.4 Lastenspezifikation

HAP2: Strukturentwurf

Entwicklung generischer Flügelstrukturen mit passivem und aktivem Morphen sowie beidem, d.h. hybridem Morphen. Ergebnis sind parametrisierte CAD-Modelle zur Ableitung der Simulations- und Optimierungsmodelle von HAP3.

AP2.1 Strukturentwurf - Aktives Morphen
AP2.2 Strukturentwurf - Passives Morphen
AP2.3 Strukturentwurf - Hybrides Morphen

HAP3: Analyse

Detaillierte Strukturanalyse und Auslegung mit Einbeziehung multidisziplinärer Wechselwirkungen sowie mit Sensitivitäts- und Optimierungsstudien. Ergebnis: Sensitivitäten der relevanten Flügeleigenschaften: z.B. Gewichtsabschätzungen, aerodynamische Eigenschaften, Energiebedarf.

AP3.1 Strukturanalye - Aktives Morphen
AP3.2 Strukturanalye - Passives Morphen
AP3.3 Strukturanalye - Hybrides Morphen
AP3.4 Multidisziplinäre Analyse
AP3.5 Sensitivitäten + Optimierung

HAP4: Perspektive

Bewertung der Ergebnisse des HAP3 und Entwicklungsprognose für den Horizont 2050. Identifikation notwendiger Schlüsseltechnologien, z.B. benötigter Verbund-Materialien, um den weiteren Forschungsbedarf für die technologisch sichere Umsetzung der innovativen Strukturkonzepte in 2050 aufzeigen. Auch sollen Schlussfolgerungen bezüglich Modifikationen der Zulassungsbedingungen zusammengefasst und diskutiert werden. Die Ergebnisse sollen in einem Experten-Workshop präsentiert, ausführlich dokumentiert und international publiziert werden.

AP4.1 Bewertung + Prognose
AP4.2 Workshop
AP4.3 Dokumentation