Optimierung von nicht konventionellen Strukturen als Flugzeugrumpfversteifung

Die Optimierung der Flugzeugstruktur mit dem Ziel Einsparungen beim Gesamtgewichtzu erreichen, ist immer wieder Gegenstand von verschiedensten Untersuchungen. Nebendem Einsatz neuer Werkstoffe, z. B. Faserverbundwerkstoffe, kann eine Verbesserung derkonventionellen metallischen Tragstruktur Gewicht sparen und damit die Betriebskostensenken.Das Ziel dieser Arbeit ist die Abschätzung des Einsparpotenzials einer Flugzeugrumpfstrukturmit nicht konventionell rechtwinkliger Versteifungsanordnung. Dadurch soll wiein der Natur beim Pflanzen- und Knochenwachstum eine ideal an die Belastung angepassteAusnutzung der Materialien erfolgen. Eine schräg versteifte Struktur des Flugzeugrumpfesist in der Lage dies bei Schubbelastungen zu leisten und wurde bereits vereinzelt untersucht.Im Vorfeld der Dimensionierung einer kompletten Flugzeugrumpfstruktur werden Teilstrukturanalysenmit Hilfe der Finite Elemente Methode bezüglich der hauptsächlichenAuslegungskriterien Stabilitätsversagen und Damage Tolerance, das Fortschreiten einesRisses und die Restfestigkeit einer Struktur mit einem sehr großen Schaden, durchgeführt.Diese bilden die Grundlage für die Generierung von Approximationsfunktionen mit derResponse Surface Methode. Dadurch stehen der Dimensionierung einer grob modelliertenGesamtstruktur des kompletten Flugzeugs mit dem modifizierten Widemer-Tool sehr detaillierteErgebnisse zur Verfügung. Diese sind in jedem Iterationsschritt für die aktuelleKombination der Geometrieparameter Haut-, Versteifungsdicke und Abstand der Versteifungenabrufbar und müssen nicht rechenzeitintensiv neu berechnet werden.Für die Einschätzung des Potenzials eines neuen Strukturkonzepts mit schräg angeordnetenVersteifungen wird zum Vergleich eine konventionell rechtwinklig versteifte Strukturherangezogen. Als Anwendungsbeispiel und zur Validierung der Ergebnisse des auf demFinite Elemente Programm Ansys® basierenden Dimensionierungstools dient ein generischesFlugzeugmodell eines Airbus A320 mit einer regelmäßigen Rumpfstruktur. DieEinflüsse infolge lokaler Ausschnitte von Fenstern, Passagiertüren und Frachttoren sowieLasteinleitungsstellen bleiben dabei unberücksichtigt. Das Gesamtmodell des Flugzeugsenthält alle relevanten Strukturbauteile inklusive der Fußbodenstrukturen, dimensioniertwerden lediglich die Haut- und Versteifungselemente des Rumpfes.