B3.1 - Global and Local Design Methodology for Laminar Flow Control

Allgemeine Ziele des Forschungsprojekts

Zur Reduzierung des Luftwiderstands von Flugzeugen ist die aktive Laminarhaltung durch eine Absaugung der Grenzschicht ein vielversprechender Ansatz. Vor diesem Hintergrund befasst sich das Teilprojekts B3.1 mit der strukturellen Gestaltung eines Absaugpanels und dessen Integration in den Flügel.

Schematischer Aufbau eines Suction Panels

Flügeldesign unter hybrid laminaren Strömungsbedingungen

Das globale Flügeldesign zielt darauf ab, die strukturelle Masse zu minimieren und gleichzeitig den Anteil der laminaren Strömung zu maximieren. Ein wichtiger Aspekt besteht darin herauszufinden, welche Lasten das Absaugpanel im Flugbetrieb zu tragen hat. Unkonventionelle Designs wie Blended Wing Bodies und unkonventionelle Energiespeicher- und Antriebsstränge werden dabei ebenso berücksichtigt, wie die Vorteile, die neuartige Materialien und Fertigungsverfahren bieten. Der Einfluss der Laminarhaltungstechnologie auf die strukturelle Gestaltung des Flügels soll mit Hilfe eines Reduced-Order-Modells quantifiziert werden.

Absaugpanel

Gemäß den Anforderungen aus dem globalen Flügeldesign wird ein detailliertes Konzept eines Absaugpanels zur aktiven Laminarhaltung im Sandwichdesign entwickelt. Hierbei bieten neuartige Technologien wie Kunststoff- und Metall-3D-Druck ein großes Potenzial hinsichtlich funktionaler Integration und hoher Bauteilkomplexität. Um von dieser erweiterten Gestaltungsfreiheit zu profitieren, wird untersucht, ob die Fertigung sowohl der porösen Absaugschicht als auch der Kernstruktur der Absaugpanels im 3D-Druckverfahren möglich ist.

Die Absaugpanels müssen für Wartungs- und Reparaturarbeiten wiederlösbar mit der tragenden Struktur des Flügels verbunden werden. Um an diesen Schnittstellen in der Flügelhaut einen Umschlag von laminarer zu turbulenter Grenzschicht zu verhindern, müssen enge Toleranzen hinsichtlich Bauteilstößen, Stufen und der Oberflächenwelligkeit eingehalten werden.

Das Design des Absaugpanels wird unter Berücksichtigung der im Flug auftretenden kritischen Belastungen ausgelegt und hochbelastete Bereiche experimentell validiert. Die Ergebnisse werden in Form eines Demonstrators umgesetzt.