Adaptives Hubschrauberrotorblatt mit aktiver Hinterkante: rechnerische und experimentelle Konzeptuntersuchung
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
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Aachen
Shaker
2011
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| Schriftenreihe: | Berichte aus der Luft- und Raumfahrttechnik
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IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 HERAUSFORDERUNGEN FUER ZUKUENFTIGE HUBSCHRAUBER 1
1.2 PROBLEMSTELLUNG 2
1.3 AUFBAU DER ARBEIT 2
1.4 RAHMEN DIESER ARBEIT 3
2 ADAPTIVE HUBSCHRAUBERROTOREN: STAND DER TECHNIK & AKTUELLE FOR-
SCHUNGSERGEBNISSE 5
2.1 EIGENSCHAFTEN MODERNER HUBSCHRAUBER 5
2.1.1 HUBSCHRAUBERROTOR ALS SYSTEM IN ERZWUNGENER SCHWINGUNG . . 5 2.1.2
VIBRATION G
2.1.3 LAERM 10
2.1.4 FLUGLEISTUNGEN 11
2.1.5 AUFBAU EINES MODERNEN HUBSCHRAUBERROTORBLATTS AUS FASER-
VERBUNDWERKSTOFF 11
2.2 AKTORIKKONZEPTE FUER EINE FORTSCHRITTLICHE ROTORSTEUERUNG 13
2.2.1 HOEHERHARMONISCHE STEUERUNG --HIGHER HARMONIE CONTROL . * . 14
2.2.2 EIIIZELBLATTSTEUERUIIG - INDIVIDUAL BLADE CONTROL 15
2.3 AKTIVE ROTORBLAETTER FUER DIE EIIIZELBLATTSTEUERUIIG 20
2.3.1 HIIITERKAIITEIIKLAPPEN 20
2.3.2 AKTIVE VERWINDUNG 28
2.3.3 VERGLEICH ZWISCHEN HMTERKAIITENKLAPPEN UND AKTIVER VERWENDUNG 32
2.4 BEWERTUNG DES STANDS DER TECHNIK UND ZIEL DIESER ARBEIT 37
2.5 ANFORDERUNGEN AN EIN ADAPTIVES HUBSCHRAUBERROTORBLATT MIT AKTIVER
HINTERKANTE 37
2.5.1 BENOETIGTE AUTORITAET UND BANDBREITE EINES AKTIVEN ROTORBLATTS 38
2.5.2 AUFTRETENDE LASTEN AM ROTORBLATT 38
2.5.3 ANFORDERUNGEN AN DIE DYNAMISCHE AUSLEGUNG 39
2.5.4 ANFORDERUNGEN AN DIE KONSTRUKTIVE AUSLEGUNGEN 39
3 EIGENSCHAFTEN PIEZOKERAMISCHER AKTOREN 41
3.1 DIREKTER UND INVERSER PIEZOELEKTRISCHER EFFEKT 41
3.2 BLEI-ZIRKONAT-TITANAT PZT 42
3.2.1 KRISTALLSTRUKTUR 42
3.2.2 VERHALTEN EINER PZT-KERAMIK IM ELEKTRISCHEN FELD 44
VII
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1015184456
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
VIII INHALTSVERZEICHNIS
3.3 MATERIALGESETZ FUER PIEZOELEKTRISCHE KERAMIKEN 44
3.3.1 LINEARE THEORIE DER PIEZOELEKTRIZITAET 44
3.3.2 MATERIALGESETZ FUER PZT 47
3.3.3 DEFINITION DES QUASISTATISCHEN MATERIALABHAENGIGEN KOPPELFAKTORS 50
3.3.4 TYPISCHE MATERIALKONSTANTEN FUER PZT 51
3.4 BAUFORMEN FUER PIEZOAKTOREN 52
3.4.1 PLATTENAKTOREN 52
3.4.2 STAPELAKTOREN 53
3.4.3 PIEZOKERAINISCHE AKTOREN MIT INTERDIGITALEN ELEKTRODEN . . . 55
3.5 THEORIE PIEZOELEKTRISCHER BIEGEAKTOREN 57
3.5.1 VEREINFACHUNG DES PIEZOELEKTRISCHEN MATERIALGESETZES FUER DEN
EBENEN SPAMIUNGSZUSTAND 58
3.5.2 VEREINFACHUNG DES PIEZOELEKTRISCHEN MATERIALGESETZES FUER DEN
EINACHSIGEN SPAMIUNGSZUSTAND 58
3.5.3 PIEZOELEKTRISCHER BIEGEAKTOR ALS EULER-BERNOULLI-BALKEN MIT
AKTIVEN LAGEN 59
3.5.4 ELEMEIITEN-MATRIZEN FUER EIN AKTIVES FINITES BALKENELEMENT . . . GL
3.6 FEM-MODELLIERUNG EINES PIEZOELEKTRISCHEN MATERIALS 64
3.6.1 MODELLIERUNG DES BIEGEAKTORS MIT DER ERWEITERTEN LAMINATTHEORIE 64
3.G.2 ANALOGIE MIT THERMISCHER DEHNUNG FUER DIE FEM-MODELLIERUNG 65
4 DIE AKTIVE HINTERKANTE FUER EIN ADAPTIVES ROTORBLATT - ACTIVE TRAILING
EDGE 67
4.1 KONZEPT EINER AKTIVEN HINTERKANTE 67
4.1.1 AUSWAHL DER AKTORIK FUER DIE AKTIVE HINTERKANTE 67
4.1.2 INTEGRATION DER AKTORIK IN DEN BLATTQUERSCHNITT 68
4.1.3 RADIALER AUFBAU EINES ROTORBLATTS MIT INTEGRIERTER AKTIVER
HINTERKANTE 69
4.1.4 VOR- UND NACHTEILE EINER AKTIVEN HINTERKANTE 71
4.2 UNTERSUCHUNG EINES GENERISCLIEN ROTORBLATTS MIT AKTIVER HINTERKANTE
. 71 4.2.1 UEBERGANG VON DER PASSIVEN ZUR AUSGELENKTEN AKTIVEN BLATTFAHNE
72 4.2.2 VERFORMUNG DER AKTIVEN HINTERKANTE UNTER AERODYNAMISCHER LAST
73 4.2.3 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN EINES ROTORBLATTS MIT AKTIVER HIN-
TERKANTE 76
4.2.4 KRITISCHE LASTFAELLE FUER DIE AKTIVE HINTERKANTE 76
4.2.5 SEGMENTIERTE BIEGEELEMENTE FUER DIE AKTIVE HINTERKANTE . . . 78
4.2.G EIGENSCHAFTEN FUER EIN FLEXIBLES FUELLMATERIAL 82
4.2.7 AUSLEGUNGSKRITERIEN FUER EIN ROTORBLATT MIT AKTIVER HINTERKANTE 83
4.3 KONZEPTAUSWAHL FUER DIE DETAILLIERTE UNTERSUCHUNG 84
5 THEORETISCHE UNTERSUCHUNG DER WIRKSAMKEIT EINER AKTIVEN HINTERKANTE 85
5.1 MODELLIERUNG DER AKTIVEN HINTERKANTE 85
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS IX
5.2 AEROELASTISCHES MODELL DER AKTIVEN HINTERKANTE 86
5.2.1 STROEMUNGS-STRUKTUR-KOPPLUNG 87
5.2.2 STRUKTUNNODELL 87
5.2.3 STROEMUNGSLOESER 91
5.3 OPTIMIERUNG DER GEOMETRIE DES BIEGEELEMENTS 92
5.3.1 OPTIMIERUNGSMODELL FUER DIE AKTIVE HINTERKANTE 93
5.3.2 AUSWAHL EINES GEEIGNETEN OPTIMIERUNGSALGORITHMUS 95 5.4 AUSWERTUNG
DER OPTIMIERUNGSERGEBNISSE 96
5.4.1 PARETO-FRONT 96
5.4.2 EMPFINDLICHKEIT AUF NEBENBEDINGUNGEN 97
5.4.3 AUSWAHL EINES OPTIMIERTEN DESIGNS 103
5.5 EIGENSCHAFTEN DER AKTIVEN HINTERKANTE MIT DEM OPTIMIERTEM DESIGN .
105 5.5.1 AUSLENKUNGEN UND DEHNUNGEN DER AKTIVEN HINTERKANTE . . . 105
5.5.2 AEROELASTISCHE PROFILPOLAREN 107
5.5.3 VERGLEICH DER AKTIVEN HINTERKANTE MIT EINER SERVO-HINTERKAN-
TENKLAPPE 109
5.6 WIRKSAMKEIT EINER AKTIVEN HINTERKANTE 113
5.G.1 LAERM- UND LEISTUNGSMINDERUNG: ANALOGIE ZU EINER BEKANNTEN
SERVO-HINTERKANTENKLAPPE 113
5.6.2 VIBRATIONSMINDERUNG AN EINEM ROTOR MIT AKTIVER HINTERKANTE 114 5.7
VERGLEICH DER ZUSAETZLICHEN MASSE MIT DER ADASYS-KLAPPE 119
6 AUSLEGUNG DER PASSIVEN STRUKTUR DES ROTORBLATTS MIT AKTIVER HINTER-
KANTE 121
7 AUSLEGUNG DER BIEGEMODULE FUER DIE AKTIVE HINTERKANTE UND ENTWICK- LUNG
EINES GEEIGNETEN FERTIGUNGSVERFAHRENS 125
7.1 AUSLEGUNG DER BIEGEMODULE 125
7.1.1 AUSWAHL GEEIGNETER WERKSTOFFE 125
7.1.2 PRINZIPIELLER AUFBAU EINES BIEGEMODULS 128
7.1.3 GEOMETRIE DER BIEGEMODULE 130
7.2 FERTIGUNGSSPROZESS FUER EIN BIEGEMODUL MIT IN GFK EINGEBETTETEN
PIEZOAKTOREN 132
7.2.1 FERTIGUNGSSPROZESS FUER EIN BIEGEMODUL MIT LPS-AKTOREN . . . 134
7.2.2 FERTIGUNGSSPROZESS FUER EIN BIEGEMODUL MIT CMTS-AKTOREN . . 134
7.2.3 FERTIGUNGSSPROZESS FUER EIN BIEGEMODUL MIT COTS-AKTOREN . . 13G
7.2.4 VERGLEICH DER FERTIGUNGSPROZESSE 13G
8 EXPERIMENTELLER NACHWEIS DER MACHBARKEIT EINES ROTORBLATTS MIT AKTI-
VER HINTERKANTE 141
8 .1 V O R U N T E R S U C H U N G EN F UER D IE A U S L E G U NG D ER A
K T I V EN H I N T E R K A N TE . . . 1 41 |
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