Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-9858
For citation please use:
Main Title: Design and structural optimization of a flying wing of low aspect ratio based on flight loads
Translated Title: Entwurf und strukturelle Optimierung einer Nurflügelkonfiguration niedriger Streckung auf Basis von Fluglasten
Author(s): Voß, Arne
Advisor(s): Bardenhagen, Andreas
Referee(s): Bardenhagen, Andreas
Krüger, Wolf-Reiner
Zingel, Hartmut
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: The design process for new aircraft configurations is complex, very costly and many disciplines are involved, like aerodynamics, structure, loads analysis, aeroelasticity, flight mechanics and weights. Their task is to substantiate the selected design, based on physically meaningful simulations and analyses. Modifications are much more costly at a later stage of the design process. Thus, the preliminary design should be as good as possible to avoid any “surprises” at a later stage. Therefore, it is very useful to include load requirements from the certification specifications already in the preliminary design. In addition, flying wings have some unique characteristics that need to be considered. These are a differentiating factor with respect to classical, wing-fuselage-empennage configurations. The aim is to include these requirements as good and as early as possible. This is a trade-off, because the corresponding analyses require a detailed knowledge and models, which become available only later during the design process. New methodologies in the form of a comprehensive, algorithmic design process and a parametric aeroelastic modeling are developed. The first aspect of this work concentrates on the gust encounter of flying wings. Next to external disturbance, a controller for the pitching motion of marginally stable or unstable flying wings has an influence. The combination of both presumably increases loads. The gust encounter of flying wings is studied first for the open loop, then for the closed loop system and for variable longitudinal stability. The second focus is the comparison of low fidelity panel methods with higher fidelity aerodynamics. Similarities and differences between VLM and CFD based maneuver loads are shown. Then, all maneuver load cases are calculated using high fidelity aerodynamics within the preliminary design process. Application of parametric modeling and an algorithmic design process result in a final aeroelastic model, optimized for minimum structural weight.
Der Entwurf von neuen Flugzeugkonfigurationen ist komplex, kostenintensiv und benötigt unterschiedlichste Disziplinen, wie Aerodynamik, Struktur, Lastenanalyse, Aeroelastik, Flugmechanik und Massen. Ihre Aufgabe ist es, einen ausgewählten Entwurf mit physikalisch fundierten Simulationen und Analysen zu untermauern. Modifikationen sind zu einem späteren Zeitpunkt viel kostenintensiver. Um „Überraschungen“ zu vermeiden, sollte der Vorentwurf so gut wie möglich sein. Daher ist es sinnvoll, Lastanforderungen aus dem Zulassungsvorschriften bereits im Vorentwurf zu berücksichtigen. Außerdem haben Nurflügel spezielle Eigenschaften, die sie von klassischen Flügel-Rumpf-Leitwerk Konfigurationen unterscheiden und entsprechend berücksichtigt werden müssen. Das Ziel, diese Anforderungen so gut und so früh wie möglich zu berücksichtigen, bedeutet ein Abwägen von Aufwand und Nutzen, da die dazugehörigen Analysen detailliertes Wissen und Modelle benötigen, die erst in späteren Entwurfsphasen zur Verfügung stehen. Neue Methoden in Form eines umfassenden, algorithmischen Entwurfsprozesses und einer parametrischen, aeroelastischen Modellierung werden entwickelt. Die erste Teilaufgabe dieser Arbeit konzentriert sich auf den Böentreffer von Nurflügeln. Neben externen Störungen hat ein Nickregler einen starken Einfluss auf gering stabile oder instabile Konfigurationen. Eine Kombination erhöht voraussichtlich die Lasten. Der Böentreffer wird zuerst für das offene System, dann für das geschlossene System und für variable Längsstabilität untersucht. Der zweite Fokus liegt auf dem Vergleich von Panelverfahren mit höherwertigen aerodynamischen Verfahren. Gemeinsamkeiten und Unterschiede von VLM- und CFD-basierten Manöverlasten werden gezeigt. Danach werden alle Manöverlastfälle untersucht. Die Anwendung einer parametrischen Modellierung und eines algorithmischen Entwurfsprozesses führt zu einem finalen aeroelastischen Modell, optimiert auf minimales strukturelles Gewicht.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/10968
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-9858
Exam Date: 19-Feb-2020
Issue Date: 2020
Date Available: 21-Apr-2020
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften
Subject(s): aeroelasticity
flying wing
structural design
gust loads
maneuver loads
VLM
DLM
CFD
Aeroelastik
Nurflügel
struktureller Entwurf
Böenlasten
Manöverlasten
License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
Appears in Collections:Inst. Luft- und Raumfahrt » Publications

Files in This Item:
voß_arne.pdf
Format: Adobe PDF | Size: 14.68 MB
DownloadShow Preview
Thumbnail

Item Export Bar

This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons