Integration of aircraft systems into conceptual design synthesis

• Integration von Flugzeugsystemen in den Flugzeugvorentwurf

Lammering, Tim; Stumpf, Eike (Thesis advisor)

Aachen (2014)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit beschreibt eine Methode zur Modellierung von Flugzeugsystemarchitekturen im Rahmen des Flugzeugvorentwurfs. Die Anwendung der Methode erlaubt bereits frühzeitig innovative Systemtechnologie auf Flugzeugebene zu bewerten und schließt damit eine existierende Lücke im heutigen Vorgehen. Die beschriebene Methode nutzt einen streng funktionsbasierten Ansatz um die einzelnen Flugzeugsysteme in Abhängigkeit der dedizierten Flugzeugfunktionen auszulegen. Gewicht sowie maximale und missionsabhängige Leistungsaufnahmen werden für die einzelnen Systeme bestimmt. Hierbei spielt das Prinzip der Energiebilanzierung eine entscheidende Rolle. Es wurde ein variabler und modularer Ansatz gewählt, der die Untersuchung großer Parameterräume in Bezug auf die gewählte Systemarchitektur erlaubt. Weiterhin wurde ein probabilistischer Ansatz eingeführt, der speziell die Einbindung innovativer Systemtechnologie erlaubt und bestehende Unsicherheiten mit in die Technologiebewertung einfließen lässt. Das entwickelte Systemmodell wurde direkt in die Flugzeugvorentwurfsumgebung MICADO des Instituts für Luft- und Raumfahrtsysteme (ILR) integriert. Wechselwirkungen und Schneeballeffekte der Systemintegration können so bereits früh im Flugzeugvorentwurf auf Flugzeugebene abgebildet werden. Damit dient das entstandene Systemmodell zur umfassenden und ganzheitlichen Technologiebewertung. Das Systemmodell wurde mit Hilfe von zwei Verkehrsflugzeugen validiert. Außerdem zeigen umfassende Sensitivitätsstudien die Haupteinflüsse auf die Systemmodellierung sowie auf die resultierende Systemarchitektur auf. Ferner wird der Mehrwert der Integration des Modells in den Flugzeugvorentwurf mit Hilfe von zwei Anwendungsbeispiele aufgezeigt. Im Rahmen des ersten Anwendungsbeispiels wird der Einfluss der Systemleistungsentnahme auf die Flugzeugeffizienz und Flugleistung diskutiert. Das zweite Anwendungsbeispiel beschäftigt sich mit der Integration innovativer Systemtechnologie in das Flugzeug sowie mit der Anwendung des probabilistischen Modellansatzes. Der Nutzen einer Bewertung unter Berücksichtigung der bestehenden Unsicherheiten wird dabei aufgezeigt.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Luft- und Raumfahrtsysteme (ILR) [415310]