B03: Strömungssteuerung durch Morphing für zukünftige integrierte Antriebssysteme

Disziplin Strukturmechanik

Formveränderliche Strukturen bzw. Morphing-Technologien könnten durch wesentlich stärkere Funktionsintegration einen deutlichen Technologiesprung ermöglichen. Zur Realisierung eines formveränderlichen Triebwerksauslasses muss die adaptive Struktur jedoch doppelt gekrümmt sein, um einen geschlossenen Querschnitt zu bilden. Projekt B03 verfolgt einen biomimetischen Ansatz zur Formveränderung auf der Basis von druckaktuierten zellulären Strukturen (PACS). In diesem Forschungsprojekt wird der PACS-Ansatz auf doppelt gekrümmte Strukturen mit geschlossenem Querschnitt angewandt, um Schubvektorsteuerung und eine variable Düsenfläche zu ermöglichen.

Motivation

Doppelt gekrümmte Strukturen mit Druckbetätigung ermöglichen Schubvektorsteuerung und variable Düsenöffnung.

  • Strömungskontrolle an Triebwerksauslässen durch Formänderung.
  • Anpassung der Geometrie an verschiedene Betriebspunkte.

Ziel

  • Funktionsprinzipienidentifikation für doppelt gekrümmte morphende Strukturen und Definition der Grenzen dieser Strukturkonzepte.
  • Modellierung doppelt gekrümmter morphender Strukturen durch numerische Analyse.
  • Validierung durch experimentelle Tests funktionaler morphender Segmente.
  • Definition von funktionsübergreifenden Entwurfsrichtlinien für doppelt gekrümmte morphende Strukturen, die ermöglichen:
    ◦ Schubvektorsteuerung
    ◦ Variable Düsenöffnung

Lösungsansatz

Das Projekt beginnt mit der Bearbeitung multidisziplinärer Anforderungen und Designkonzepte. Hierbei werden die Anforderungen für doppelt gekrümmte morphende Strukturen festgelegt und der Entwurf eines doppelt gekrümmten, druckbetätigten Zellstruktur-Aktuators (PACS) unter Verwendung modernster Technologien eingeleitet. Es werden alternative Designkonzepte auf der Basis von Druckbetätigung erforscht, gefolgt von Konzeptbewertungen.
Im nächsten Schritt widmet sich das Projekt dem virtuellen Testen, um die dreidimensionalen Effekte auf druckbetätigte Strukturen zu verstehen. Hierbei werden sowohl hochauflösende Finite-Elemente-Modelle als auch reduzierte Modelle von doppelt gekrümmten, druckbetätigten morphenden Segmenten entwickelt. Darüber hinaus wird ein parametrisches Finite-Elemente-Modell doppelt gekrümmter morphender Strukturen erstellt.
Anschließend konzentriert sich das Projekt auf die Herstellung und Charakterisierung von Proben und funktionalen Segmenten. Dies umfasst die Auswahl geeigneter Materialien und Herstellungsverfahren, die Charakterisierung des Biegegelenks und die Herstellung eines funktionalen Segments.
Schließlich werden experimentelle Tests durchgeführt. Dies beinhaltet die Entwicklung eines Teststands und die Charakterisierung druckbetätigter Segmente sowohl mit als auch ohne externe Lasten.
Darüber hinaus werden übergreifende Designrichtlinien entwickelt, um eine umfassende Integration verschiedener Aspekte des Projekts sicherzustellen.

Rolle in SynTrac

  • A06 Flugzeugkonfiguration
  • B04 Lüfterdesign
  • B01/C06 Abwärmerückgewinnung
  • C05 Kabinenlärm
  • B06 Design des Flugzeughecks

An "B03: Strömungssteuerung durch Morphing für zukünftige integrierte Antriebssysteme" beteiligte Personen