Physikalisch begründete Analyseverfahren im integrierten multidisziplinären Flugzeugvorentwurf

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Das am Institut für Flugzeugbau und Leichtbau (IFL) der TU Braunschweig entwickelte integrierte Vorentwurfsprogramm \PR unterstützt den Entwicklungsingenieur beim Entwurf, der Untersuchung und der Beurteilung neuer Flugzeugkonfigurationen. Das modular aufgebaute, interaktiv oder automatisiert ablaufende Programmsystem bildet den klassischen Flugzeugentwurf in einem iterativen, alle wichtigen Teildisziplinen berücksichtigenden Modellierungs-, Auslegungs- und Analyseprozess ab. Die hier vorgestellten Arbeiten haben das Ziel, die aerodynamischen und strukturmechanischen Analyse- und Entwurfsmodule des Programmpakets PrADO um physikalisch begründete, im Sinne des Vorentwurfs hochwertige Berechnungsverfahren zu erweitern. Neben der Verbesserung der Ergebnisse der mono-disziplinären Analysen ist dadurch auch erstmals die Verknüpfung beider Disziplinen in statischen aeroelastischen Analysen auf einem für den Vorentwurf hohen Niveau innerhalb des multi-disziplinären Gesamtentwurfs möglich. Die Schwerpunkte der Arbeit liegen dabei auf der Modellierung und Analyse vollständiger Fügel-Rumpf-Leitwerks-Konfigurationen in der aerodynamischen Analyse der Flugleistungsrechnung und der Lastermittlung, sowie der ebenfalls physikalisch begründeten strukturmechanischen Auslegung der tragenden Bauteile. Eine darauf aufbauende Strukturmassen-Abschätzung ist ein wichtiger Teil der Vorhersage der globalen Flugzeugmassen. Als aerodynamisches Analyseverfahren kommt das potentialtheoretische Oberflächen-Panelverfahren HiSSS zum Einsatz. Die Wahl des strukturmechanischen Berechnungsverfahrens fiel auf die Finite-Elemente-Methode (FEM), die in einem am IFL entwickelten, im Rahmen dieser Arbeit ergänzten und an die Anforderungen des Gesamtentwurfs angepassten Programm implementiert wurde. Eine in das FE-Programm integrierte Strukturauslegung passt das dreidimensionale, modular aufgebaute Strukturmodell in einer Vordimensionierung an die auftretenden Belastungen an und ermöglicht damit eine fundierte Abschätzung der Strukturmasse.