B06: Struktureller Entwurfsraum und Schnittstellen von Hecktriebwerken – methodischer Rahmen, struktureller Entwurf und Optimierung

Disziplin Strukturmechanik

B06 untersucht die strukturelle Integration der Hecktriebwerke, wie sie in den Konfigurationen 1a (mit BLI) und 1b (gestieltes Triebwerk) geplant sind. Dabei werden Entwurfslösungen für die systemübergreifende Integration der Flugzeugheckstruktur entwickelt, die in den Gesamtentwurf zurückgeführt werden. Mit Fokus auf die gesamte Heckstruktur und die Triebwerksaufhängungen werden neue technologische Bausteine wie formändernde und auxetische Strukturen betrachtet. Es werden neuartige Lösungsansätze für die multidisziplinäre Entwurfsoptimierung (MDO), neue grundlegende Methoden für maschinell erlernte (ML) Ersatzmodelle und polymorphe Unsicherheitsquantifizierung (PUQ) entwickelt, um die Synergien und Potenziale der multidimensionalen Funktionsintegration zu nutzen.

Motivation

Wie kann der Entwurfsraum für die Flugzeugheckstruktur und die integrierte Triebwerksaufhängung modelliert und erforscht werden, und welche methodischen Ansätze sind für effiziente und synergetische Entwurfslösungen erforderlich? – Viele multifunktionale Anforderungen auf kleinem Raum – Multidisziplinäre High-fidelity Modellierung erforderlich – Potenziale neuer mikrostrukturierter Materialien und Morphing-Konzepte – Mangel an integrierten Entwurfsmethoden, die Unsicherheiten in den Entwurf einbeziehen

Ziel

  • Umfassende Beschreibung des Entwurfsraums für die Konfigurationen 1.a und 1.b
  • Zerlegung in hintere Flugzeugstruktur und Triebwerksträger
  • Einschließlich BLI, Antriebssysteme, Leitwerk, Kabinenschnittstelle
  • Aufbau eines MDO-Ansatzes für den integrierten disziplin- und systemübergreifenden Entwurf mit Mehrskalen-Mikrostrukturen
  • Entwicklung erster Entwurfslösungen für die Integration des Triebwerks in das hintere Flugzeug, die für die Gesamtbewertung des Flugzeugs im Projektbereich A erforderlich sind – Methodenentwicklung für MDO, PUQ und MOR

Lösungsansatz

Das Projekt startet mit einem umfassenden Multi-Fidelity und Multidisziplinären (MD) Entwurfsansatz (WP1). Dabei werden repräsentative multi-physische Lastfälle und Spektren zusammengestellt. Des Weiteren erfolgt die Definition des Entwurfsraums und der Entwurfsziele auf Makroebene sowie die Identifizierung potenzieller Entwurfsmikrostrukturen.
Anschließend konzentriert sich das Projekt auf den Topologieentwurf für makroskalige Flugzeugheckstrukturen (WP2), wobei die Strukturoptimierung von Flugzeugleitwerken auf der Grundlage isogeometrischer Analysen erfolgt.
Im Rahmen von WP3 erfolgt der Aero-strukturelle und aktorische Entwurf von Leitwerken, wobei realitätsnahe aerostrukturelle Entwürfe entwickelt werden und die Flattereigenschaften von Triebwerkskonfigurationen am Heck untersucht werden.
WP4 widmet sich der MD-Entwurfsoptimierung der Mikrostruktur der Triebwerks-Heck-Schnittstelle. Hier werden Sensitivitätsanalysen und die Quantifizierung der polymorphen Unsicherheit (PUQ) durchgeführt sowie eine Bi-Skalen-Optimierung der Mikrostruktur mittels FE2 und Modellordnungsreduktionsverfahren umgesetzt.
Im Anschluss erfolgt die Methodenentwicklung für robuste, hybride Multi-Objective Designoptimierung (WP5), wobei aleatorische und epistemische Unsicherheiten über Bayes und erweitertes Kriging sowie hybride (wissens- und datengetriebene) Modellordnungsreduktion (MOR) adressiert werden.
Abschließend werden Entwurfssynergien und Konfigurationsbewertungen durchgeführt (WP6), um Synergien zu identifizieren und die Gesamtkonfiguration der entworfenen Leitwerkstrukturen zu bewerten.

Rolle in SynTrac

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An "B06: Struktureller Entwurfsraum und Schnittstellen von Hecktriebwerken – methodischer Rahmen, struktureller Entwurf und Optimierung" beteiligte Personen