 | Wunderlich T.F. Multidisziplinare Optimierung von Flugeln für Verkehrsflugzeuge mit Berucksichtigung der statischen Aeroelastizitat: Diss. … Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik, Braunschweig. - Köln: DLR, 2013. - XVI,198 S. : Ill. - (Forschungsbericht; 2013-34). - Res. auch engl. - Literaturverz.: S.177-188. - ISSN 1434-8454
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Bezeichnungen .................................................. ix
1 Einleitung ................................................... 1
2 Multidisziplinärer Entwurf und Optimierung von Tragflügeln ... 5
2.1 Multidisziplinärer Entwurf und Optimierung mit
einfachen Simulationsverfahren .......................... 5
2.2 Multidisziplinäre Analyse mit hochgenauen
Simulationsverfahren .................................... 6
2.3 Multidisziplinäre Optimierung mit hochgenauen
Simulationsverfahren .................................... 8
2.3.1 Verfahren zur multidisziplinären Optimierung
und Rechenaufwand ............................... 10
2.3.2 Berücksichtigung der statischen und
dynamischen aeroelastischen Effekte ............. 13
3 Entwurf von Tragflügeln für Verkehrsflugzeuge ............... 15
3.1 Konzeptentwurf der Basiskonflguration .................. 15
3.1.1 Dimensionierung (sizing) ........................ 17
3.1.2 Entwurfsdiagramm ................................ 29
3.1.3 Flügelauslegung ................................. 31
3.2 Physikalische Aspekte des Tragflügelentwurfs ........... 34
3.2.1 Transsonische Aerodynamik ....................... 34
3.2.2 Tragflügelstruktur .............................. 47
3.2.3 Aeroelastik ..................................... 56
4 Modelle und Simulationsverfahren zur multidisziplinären
Tragflügeloptimierung ....................................... 71
4.1 Beschreibung der Geometrie und
Parametrisierungsmethoden .............................. 71
4.1.1 Parametrisierungsmethoden für hochgenaue
Simulationsverfahren ............................ 72
4.1.2 Parametrisierung des Flügelprofils .............. 73
4.2 Simulationsmodelle und Rechenaufwand ................... 74
4.2.1 Aerodynamische Simulationsverfahren ............. 75
4.2.2 Strukturmechanische Simulationsverfahren ........ 77
4.2.3 Auswahl der Simulationsverfahren für die
Tragflügeloptimierung ........................... 79
4.3 Strömungs-Struktur-Kopplung ............................ 81
4.4 Zielfunktion der Optimierung ........................... 82
4.5 Optimierungsstrategien ................................. 85
4.5.1 Numerische Optimierungsverfahren ................ 85
4.5.2 Auswahl des Optimierungsverfahrens für die
Tragflügeloptimierung ........................... 87
5 Prozeßkette zur multidisziplinären Tragflügeloptimierung .... 89
5.1 Beschreibung der Prozeßkette und ihrer Bestandteile .... 89
5.1.1 Flugmission ..................................... 91
5.1.2 Parametrisches CAD-Modell ....................... 93
5.1.3 Strömungssimulation ............................. 98
5.1.4 Aerodynamisches Netz ........................... 101
5.1.5 Strukturanalyse ................................ 103
5.1.6 Strukturmechanisches Netz ...................... 105
5.1.1 Dimensionierung der Tragflügelstruktur ......... 108
5.1.8 Interpolation für die Strömungs-Struktur-
Kopplung ....................................... 111
5.1.9 Deformation des aerodynamischen Volumennetzes .. 111
5.1.10 Relaxation der Deformationen ................... 112
5.1.11 Optimierungsverfahren .......................... 112
5.2 Bestimmung der Widerstandsanteile ..................... 112
5.3 Konvergenz der Strömungs-Struktur-Kopplung ............ 115
6 Ergebnisse der Tragflügeloptimierungen ..................... 117
6.1 Nebenbedingungen der Optimierungsrechnungen ........... 118
6.2 Optimierungen des Innenflügelprofils und der
Verwindung ............................................ 119
6.3 Optimierungen des Flügelgrundrisses ................... 132
6.3.1 Gleitzahloptimierung ........................... 132
6.3.2 Reichweiten- und Effizienzoptimierungen ........ 138
6.4 Rechenzeiten .......................................... 167
7 Zusammenfassung ............................................ 169
8 Ausblick ................................................... 175
Literatur .................................................. 177
A Turbulenzmodellierung ...................................... 189
A.l Zeitmittelung der Grundgleichungen .................... 189
A.2 Turbulenzmodellierung mit Wirbelviskositäts-
Modellen .............................................. 192
A.3 Turbulenzmodell von Spalart und Allmaras .............. 193
B Ergebnisse der Tragflügeloptimierungen ..................... 195
B.l Optimierungen des Innenflügelprofils und der
Verwindung ............................................ 195
B.2 Reichweiten- und Effizieiizoptimieruiigen ............. 196
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