C. Koch, J. Arnold, H. Schmidt

Die Hecksektion des im Entwurf befindlichen, hybrid-elektrischen Motorseglers FVA 30 der Flugwissenschaftlichen Vereinigung Aachen wird auf seine dynamische und aeroelastische Stabilität untersucht, um mögliche Auswirkungen auf den Design-Prozess abzuschätzen. Das V-Leitwerk mit elektrisch angetriebenen Propellern an den Spitzen wird hierzu bzgl. klassischem Leitwerksflattern, Bodenresonanz und Whirl-Flattern untersucht. Leitwerksflattern wird mittels numerischer Parameterstudien in MSC Nastran analysiert. Zur Stabilitätsuntersuchung bzgl. Bodenresonanz kommt eine Kombination aus Parameterstudien mit einem analytischen Modell und numerischen Validierungsrechnungen mit der MKS-Umgebung SIMPACK zum Einsatz, während Whirl-Flattern in Studien mit einer Streifentheorie für den starren Propeller sowie MKS-Simulationen bewertet wird. Die Untersuchungen zeigen, dass im betrachteten Parameterraum als einzige Instabilität ein Ruderflattern durch Kopplung der Rudereigenform bei freier Steuerung mit der ersten Schlagbiegung des Leitwerks auftritt. Diese lässt sich durch ausreichenden Rudermassenausgleich verhindern. Gegen Whirl-Flattern zeigt das Leitwerk hohe Reserven bzgl. der ersten Eigenfrequenzen der Hauptstruktur. Eine Instabilität durch Bodenresonanz ist aufgrund der Geometrie der Propellerblätter gänzlich ausgeschlossen. Vergleiche der MKS-Simulationen mit den Parameterstudien bestätigt diese Ergebnisse. Somit haben aeroelastische Randbedingungen kaum Auswirkungen auf die weitere Konstruktion des Leitwerks der FVA 30.

The tail section of the FVA 30 hybrid-electric motor glider, currently under development by the Aachen Aeronautical Society, is being investigated for its dynamic and aeroelastic stability to assess potential impacts on the design process. The V-tail, with electrically driven propellers at its tips, is being examined for classical tail flutter, ground resonance, and whirl flutter. Tail flutter is analyzed using numerical parameter studies in MSC Nastran. For stability analysis regarding ground resonance, a combination of parameter studies with an analytical model and numerical validation calculations using the SIMPACK multibody simulation environment is employed, while whirl flutter is evaluated in studies using strip theory for the rigid propeller as well as multibody simulations. The investigations show that, within the considered parameter space, the only instability is rudder flutter caused by coupling the rudder's natural mode shape with the first flap deflection of the tail under free control. This can be prevented by sufficient rudder mass balancing. The tail assembly exhibits high reserves against whirl flutter with respect to the first natural frequencies of the main structure. Instability due to ground resonance is completely ruled out by the geometry of the propeller blades. Comparisons of the MKS simulations with the parameter studies confirm these results. Thus, aeroelastic boundary conditions have virtually no impact on the further design of the FVA 30's tail assembly.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2019, Darmstadt

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2019

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 10 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2019111815103177313792

10.25967/490238

Aeroelastik, Motorsegler

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Koch, C.; Arnold, J.; Schmidt, H. (2019): Aeroelastische Untersuchung eines V-Leitwerks mit integrierten Antriebseinheiten. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/490238. urn:nbn:de:101:1-2019111815103177313792.

18.11.2019