Flexible Aircraft Modelling for Flight Loads Analysis of Wake Vortex Encounters

Mauermann, Tobias

This report describes the development of an integral simulation model for flexible aircraft and its application to the flight loads analysis of wake vortex encounters of a large transport aircraft. The aerodynamic model consists of a databank containing the steady aerodynamic loading of the quasi-flexible aircraft combined with an unsteady vortex lattice method for lifting surfaces and bodies. To improve accuracy and computational performance, a correction method based on steady reference data and an order reduction method are introduced. Aeroelastic coupling of the aerodynamic model to the structural model is achieved by a method based on finite interpolation beam elements. A parameterized wake vortex encounter is used to determine the loads-critical encounter type and to illustrate the impact of aircraft modeling on the obtained loads.

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung eines integralen Berechnungsmodells des frei fliegenden, elastischen Flugzeugs und dessen beispielhafte Anwendung auf die Bestimmung von Strukturlasten, die auf ein großes Transportflugzeug während des Durchfliegens einer Wirbelschleppe einwirken. Das zweiteilige aerodynamische Modell besteht aus einer datenbankbasierte Komponente zur Beschreibung der stationären Luftkräfte am quasi-flexiblen Flugzeug sowie einem instationären Wirbelringverfahren für Tragflächen und Verdrängungskörper. Zur Genauigkeits- und Leistungsverbesserung wird eine Methodik zur Korrektur mit stationären Referenzdaten vorgestellt und ein Ordnungsreduktionsverfahren eingeführt. Zur aeroelastischen Ankopplung des aerodynamischen Modells wird ein Kopplungsverfahren mit finiten Interpolationsbalkenelementen hergeleitet. Ein parameterisierter Wirbelschleppeneinflug dient zur Bestimmung des lastkritischen Einflugszenarios und zur Veranschaulichung der Auswirkung der Flugzeugmodellierung auf die Lastenberechnung.

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Mauermann, Tobias: Flexible Aircraft Modelling for Flight Loads Analysis of Wake Vortex Encounters. 2010.

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