A Robustness Analysis of a Preliminary Design of a CESTOL Aircraft

Krosche, Martin; Heinze, Wolfgang

Als Teil des Sonderforschungsbereichs 880 werden Aktivitäten im Flugzeugvorentwurf für eine neue Klasse von lärmarmen leistungsfähigen Transportflugzeugen mit den Fähigkeiten von Kurzstart und -landung (CESTOL) durchgeführt. Ein entsprechendes Flugzeug stellt sich wegen des Einsatzes aktiver Hochauftriebssysteme völlig anders dar als ein Verkehrsflugzeug auf dem Stand aktueller Technik. Der Umstand, dass neue Technologien noch nicht genügend verstanden werden, in Kombination mit der Annahme üblicher Entwurfsdaten und der Verwendung klassischer Berechnungsmethoden, äussert sich in Unsicherheiten epistemischen Charakters. Die Robustheit eines deterministischen CESTOL Flugzeugentwurfs gegenüber Parametern wie dem notwendigen Schub, den direkten Betriebskosten oder den Start- und Landebahnlängen wird hier im Hinblick auf die genannten Unsicherheiten untersucht. Zu diesem Zweck wird eine stochastische Beschreibung von Entwurfsparametervariationen formuliert. Stochastische Größen zur Beurteilung der Robustheit werden über eine Monte-Carlo-Simulation bestimmt. Eine verteilte komponentenbasierte Software-Implementierung wird zur Durchführung der Monte-Carlo-Simulation herangezogen. Das Softwaresystem ist auf einem Linux-Cluster mit mehreren Multi-CPU-Rechnern installiert; eine deterministische Stichprobe wird durch das Entwurfsprogramm PrADO simuliert.

As part of the Collaborative Research Center 880 preliminary aircraft design activities are carried out for a new class of low-noise cruise-efficient transport aircrafts with short take-off and landing capabilities (CESTOL). A corresponding aircraft is quite different from a state-of-the-art commercial aircraft because of the use of active high-lift devices. The fact that new technologies are not sufficiently understood yet in combination with the assumption of common design data and the use of classical calculation methods expresses itself in uncertainties which are of epistemic character. The robustness of a deterministic CESTOL aircraft design towards parameters such as the necessary engine thrust, direct operating costs, or the runway lengths is investigated here concerning the mentioned uncertainties. For this purpose a stochastic description of parameter variations of the design is formulated. Stochastic quantities are computed by Monte Carlo (MC) sampling to rate the robustness. A distributed component-based software implementation is used to perform the MC sampling. The software system is installed on a Linux cluster with several multi-CPU computers; a deterministic sample is simulated through the design program PrADO.

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Krosche, Martin / Heinze, Wolfgang: A Robustness Analysis of a Preliminary Design of a CESTOL Aircraft. Braunschweig 2014. Institut für Wissenschaftliches Rechnen.

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