Unter dem Begriff "Multiphysics" wird die Untersuchung von Systemen in Hinblick auf interagierende interdisziplinär-physikalische Effekte verstanden. Hierbei liegt eine besondere Herausforderung in der Kopplung der z.T. aufwändigen Berechnungsverfahren der beteiligten Fachdisziplinen. Als Beispiel ist die Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) zu nennen, welche die Gebiete der Strömungs- und Strukturmechanik verbindet. Ein weiteres multiphysikalisches Problem ist die Aero-Thermo-Struktur-Kopplung, welche zusätzlich den Einfluss großer Temperaturschwankungen auf das System berücksichtigt.
Förderung: DFG (Exzellenzcluster)
Laufzeit: 2023-2025
Team: Jorge Bustamante, Matthias Haupt, S. Heimbs
Eine wirksame Lastreduzierung ermöglicht eine erhebliche Massenreduktion der Primärstrukturen von Flugzeugflügeln und - direkt sowie durch Sekundäreffekte - auch eine Verringerung der Gesamtmasse des Flugzeugs. Dies führt zu einer Abnahme des Energieverbrauchs und der Emissionen. Frühere Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass sowohl aktive als auch passive Konzepte bei der Verringerung der dynamischen Lasten über den gesamten Flugbereich und für alle relevanten Lastfälle an ihre Grenzen stoßen. Dieses kollaborative Projekt soll die Machbarkeit von hybriden Lastminderungskonzepten nachweisen, die eine intelligente Strukturauslegung unter Ausnutzung struktureller und geometrischer Nichtlinearitäten mit unkonventionellen Aktuierungsmethoden wie fluidischer Aktoren und Steuerflächen, die im 'Umkehrmodus' betrieben werden, kombinieren.
Zunächst werden Referenz-Use-Cases und Anforderungen für die Kombination der einzelnen Lastminderungskonzepte und -methoden definiert. Danach erfolgt hier die Anwendung des passiven Lastminderungskonzepts realisiert durch nichtlineare Strukturen auf die Use-Cases. Parameterstudien sollen das grundlegenede Verständnis für die kombinierten Konzepte vorbereiten. Hybride Konzeptkombinationen mit den Projektpartnern entwickelt, die vielversprechendsten ausgewählt und für Mittel- und Langstreckenflugzeugkonfigurationen über den gesamten Flugbereich optimiert. Basierend auf diesen Ergebnissen wird ein umfassender Vergleich verschiedener hybrider Konzepte zur Lastreduzierung durchgeführt. Langfristiges Ziel ist es, zunächst das Lastreduzierungspotenzial und im weiteren die Integration und Kompatibilität mit anderen Systemen sowie die klimarelevanten Auswirkungen auf das gesamte Flugzeug zu bewertet. Dieses Projekt wird neuartige Ansätze zur Erreichung einer signifikanten Lastreduzierung aufzeigen, die auf die Realisierung eines 1-g-Flügels abzielen. Darüber hinaus wird es wichtige Erkenntnisse für die Flugregelung, den Flugzeuggesamtentwurf und die skalierten Flugdemonstratoren innerhalb des SE2A-Clusters liefern.
Förderung: DFG (Exzellenzcluster)
Laufzeit: 2023-2025
Team: Lasse Kreuzeberg, Matthias Haupt, S. Heimbs
Mit diesem Projekt soll der aktuelle technologische weiße Fleck, wie die notwendige Ableitung der Abwärme des Brennstoffzellensystems über die aerodynamischen Oberflächen insbesondere bei unkonventionellen Flugzeugkonfigurationen wie der BWB-Konfiguration erfolgen kann, erforscht werden. Ziel ist nicht nur die Entwicklung möglicher technologischer Lösungen sondern auch die Entwicklung von zukunftsträchtigen methodischen Vorgehensweise für Modellierung, Analyse und Optimierung.
Dies geschieht in enger Zusammenarbeit mit dem Partnerprojekt "B4.1: Consistent Multilevel Model Coupling and Knowledge Representation in Multidisciplinary Analysis and Design", das sich mit dem allgemeinen methodischen Ansatz zur Etablierung einer kollaborativen Entwurfsumgebung befasst, der hier auch mit entwickelt und angewendet werden soll.
Für die konkrete Anwendung werden Konzepte zum Thermalmanagement entwickelt und die bisher unbekannten Sensitivitäten, die sich aus der Kopplung des Abwärmetransports von der Brennstoffzelle über eine Kühlflüssigkeit und die Wärmeleitung durch die Oberflächenstruktur zur aerodynamischen Oberfläche und von dort zur aerodynamischen Umströmung ergeben, analysiert und erforscht. Fokus der Arbeiten hier besteht im thermisch-mechanischen Strukturentwurf potentieller Oberflächenpanele unter Einbeziehung von Integritäts- und Adaptivitätsaspekten.
Neben der präzisen Modellierung der beteiligten Einzeldisziplinen und deren konsequenter Drei-Felder-Kopplung wird eine integrale Betrachtung des Gesamtsystems mit Hilfe fortschrittlicher Multifidelity-Ansätze mit den Partnern innerhalb der Teilprojekte B4.1 und B4.2 durchgeführt. Dies ermöglicht die Optimierung mit Fokus auf die Wechselwirkungen der Oberfläche mit dem äußeren Strömungsfeld, die gewichtssparende Gestaltung der inneren Struktur mit integrierten Kühlkanälen.
Mit der kollaborativen, multidisziplinären Analysefähigkeit unter Einbeziehung der einzelnen Disziplinen sollen die Designräume erkundet, charakterisiert, erforscht und ausgeschöpft werden.
Institut für Flugzeugbau und Leichtbau
Hermann-Blenk-Straße 35
D-38108 Braunschweig
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