KURZFASSUNG der Dissertation

Membrantragflächen in instationärer Potentialströmung

von N. Friedl (2002)


In dieser Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, das die Analyse von membranartigen Tragflächen in instationärer Potentialströmung ermöglicht. Einige typische Anwendungen dieser Tragflächen sind Hängegleiter, Drachen und Bootsegel. Im Falle des Hängegleiters verfügt der Flügel über eine geringe Torsionssteifigkeit. Der Anstellwinkelverlauf entlang der Spannweite wird daher sowohl vom nichtlinearen Verhalten der Membranstruktur als auch von den aerodynamischen Lasten beeinflusst. Diese hängen wiederum von der Anstellwinkelverteilung ab. Das System wird somit von der Fluid-Struktur-Koppelung dominiert.

Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein neuartiges Wirbelflächenverfahren vorgestellt, das speziell für die Membran-Fluid-Interaktion bei instationärer Potentialströmung entwickelt wurde. Durch die spezielle Wahl von Wirbelverteilungen kann das gleiche Analysenetz wie jenes für das strukturelle Problem herangezogen werden, welches mit der nichtlinearen Methode der Finiten Elemente behandelt wird. Das Verfahren liefert neben den aerodynamischen Lasten auch die aerodynamische Laststeifigkeits- und die aerodynamische Dämpfungsmatrix. Auf diese Weise kann die Fluid-Struktur-Koppelung in verschiedenen Varianten erfolgen, wobei auch eine simultane Lösung möglich ist.

Der zweite Teil behandelt strukturelle Aspekte der Modellierung von Membrantragflächen. Spezielle Elemente und Prozeduren werden dabei erörtert.

Der dritte Teil umfasst die Formulierung des gekoppelten Problems. Im stationären Fall werden drei Varianten erörtert. Die Erweiterung für instationäre Probleme erfolgt schließlich mit dem Schema, das die simultane Lösung ermöglicht.

Abschließend wird im vierten Teil die Modellierung und Analyse eines Hängegleiters gezeigt, der instationäre Flugzustände durchläuft.


revised 021010 (hjb)