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Das Hornkonzept : Realisierung eines formvariablen Tragflügelprofils zur aerodynamischen Leistungsoptimierung zukünftiger Verkehrsflugzeuge
(2000) Müller, Dietmar; Voit-Nitschmann, Rudolf (Prof. Dipl.-Ing.)
Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit dem Entwurf eines Systems zur Realisierung der formvariablen Hinterkante eines Tragflügels. Zielsetzung der formvariablen Hinterkante ist die Verbesserung der aerodynamischen Leistung zukünftiger Verkehrsflugzeuge durch eine Profilanpassung (Wölbung) mit glatten Übergängen. Bei dem hier vorgestellten sog. Hornkonzept werden mehrere hornförmige Tragkörper an dem starren Vorderkasten einer Landeklappe drehbar gelagert. Über diese Tragkörper wird eine flexible Hautstruktur gespannt, welche ihre Flexibilität aus biegeweichen Stegen erhält. Durch Drehung der Tragkörper wird der Haut die Form der Tragkörper aufgezwungen. Kennzeichnend sind die robuste und einfache Bauform, die wenigen beweglichen Bauteile und die vergleichsweise geringen Stellkräfte. Am Beispiel der A340 wird die prinzipielle Funktionsfähigkeit des Konzeptes gezeigt. Mit Finite-Elemente-Modellen wird das Steifigkeits- und Festigkeitsverhalten der einzelnen Strukturkomponenten analysiert. Es wird ein Aktuatorsystem ausgewählt, bei dem nur zwei Aktuatoren für eine Landeklappe erforderlich sind. Die Kopplung der einzelnen Tragkörper erfolgt dabei mit elastischen Stäben. Es wird gezeigt, daß sich solch ein Aktuatorsystem unter Beibehaltung aller Anforderungen realisieren läßt. Die praktische Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Hornkonzeptes erfolgt mit dem Bau eines Demonstrators. Zur Herstellung der Tragkörper aus CFK wird ein spezielles Fertigungsverfahren entwickelt, erprobt und für den Bau der drei Tragkörper am Demonstrator eingesetzt. Die Standfestigkeit der Struktur wird mit Dauerbelastungstests nachgewiesen. Die Realisierbarkeit des Hornkonzeptes für eine in die Flügelstruktur integrierte reale Landeklappe wird mit Hilfe eines Gesamtmodells untersucht. Es wird eine optimale Konfiguration gefunden, bei der die Steifigkeit der Originalklappe erreicht wird, ohne daß es zu einem Gewichtszuwachs kommt.