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Anzeigesprache

Grundlagen der Aeroelastizität

6 LP

Deutsch

#50827 / #1

Seit SS 2019

Fakultät V

F 5

Institut für Luft- und Raumfahrt

35345900 FG Jülicher Professur Mehrkörperdynamik in der Luft- und Raumfahrt

Krüger, Wolf

Krüger, Wolf

wolf.krueger@tu-berlin.de

Keine Angabe

POS-Nummer PORD-Nummer Modultitel
2348649 40766 Grundlagen der Aeroelastizität

Lernergebnisse

Die Studierenden verfügen nach erfolgreichem Bestehen des Moduls über theoretische und experimentelle Grundlagen der Aeroelastik. Das theoretische Fundament wird in der Lehrveranstaltung „Aeroelastik I: Grundlagen der Aeroelastik“ gelegt. Die praktische Anwendung mit numerischen Berechnungsverfahren und experimentellen Methoden wird in der Lehrveranstaltung „Aeroelastisches Praktikum“ vermittelt. Es werden folgende Kenntnisse vermittelt: Überblick über die Vielfalt der aeroelastischen Problemstellungen, Verständnis der grundsätzlichen physikalischen Zusammenhänge in der Aeroelastik, Aeroelastische Schwingungsversuche (Standschwingversuch, Anregung im Flugversuch), besondere Anforderungen der Modellierung von flexiblen Luftfahrzeugen, modale Entkopplung von Mehr-Freiheitsgrad-Systemen, Messtechnik in der Aeroelastik. Als Fertigkeiten werden vermittelt: Analytischer Behandlung aeroelastischer Probleme, Nutzung von kommerzieller FEM-Software (Nastran, Abaqus o.ä.), kommerzieller Messsoftware (LMS Test Xpress) und kommerzieller Software zur Modalanalyse (LMS Modal Analysis Lite), sowie Programmierung von Matlab-Skripten zur 2D und 3D Flatteranalyse. Als Methodenkompetenz wird die Planung der Durchführung und Auswertung von aeroelastischen Schwingungsversuchen sowie die Durchführung aeroelastischer Stabilitätsanalysen vermittelt.

Lehrinhalte

In der Vorlesung werden die gegenseitigen Wechselwirkungen der elastischen Flugzeugstruktur und der aerodynamischen Kräfte beschrieben und untersucht. Aeroelastische Phänomene können zu einer Beeinträchtigung der Steuerbarkeit des Flugzeugs, zu hohen Belastungen oder sogar dem Bruch des Flügels führen. Man unterscheidet statische und dynamische aeroelastische Phänomene, so z. B. statische Divergenz (Ausknicken eines Flügels bei zu hoher Geschwindigkeit) und Ruderumkehr, d.h. die Verringerung (oder gar Umkehr) der Ruderwirksamkeit bei hohen Anströmgeschwindigkeiten, sowie dynamisches Flattern, d. h. selbstverstärkende Schwingungen von Flügel und Rudern, die Auswirkungen bis hin zum Bruch des Flügels haben können. Besonders wird auf folgende Punkte eingegangen: Aeroelastisches Dreieck, Torsionsdivergenz, Querruderwirksamkeit, Strömungs-Struktur-Kopplung. Im praktischen Teil wird eine Einführung in aeroelastische Schwingversuche gegeben. Danach werden Grundlagen der Schwingungslehre wiederholt bzw. vertieft. Das Konzept der modalen Entkopplung wird eingeführt und die Grundlagen der Modalanalyse vermittelt. Da die Modalanalyse von Strukturen im Vorfeld von Versuchen meist mit der Finiten-Element-Methoden durchgeführt wird, wird die Grundidee dieses numerischen Verfahrens erläutert und an Beispielen aus der Aeroelastik verdeutlicht. Zudem wird eine Einführung in die Messtechnik im Allgemeinen und in der Aeroelastik im Speziellen gegeben. Die Modellierung der instationären Aerodynamik wird erläutert und die Grundlagen der Flatterrechnung eingeführt (Stabilitätsanalyse). Im praktischen Teil des Moduls sollen die Studierenden die modalen Parameter und Eigenformen der Garteuer Struktur ermitteln. Die Modalanalyse soll mit einer kommerziellen FEM-Software und mithilfe eines Standschwingversuchs von den Studierenden durchgeführt werden. Der praktische Teil schließt mit einer numerischen Flatteranalyse ab, deren Ergebnisse im Windkanal experimentell verifiziert werden.

Modulbestandteile

Pflichtgruppe:

Die folgenden Veranstaltungen sind für das Modul obligatorisch:

Lehrveranstaltungen Art Nummer Turnus Sprache SWS
Aeroelastik I: Grundlagen der Aeroelastik VL 3534 L 518 WS Deutsch 2
Aeroelastisches Praktikum PJ 3534 L 867 WS Deutsch 2

Arbeitsaufwand und Leistungspunkte

Aeroelastik I: Grundlagen der Aeroelastik (VL):

Aufwandbeschreibung Multiplikator Stunden Gesamt
Präsenzzeit 15.0 2.0h 30.0h
Vor-/Nachbereitung 15.0 4.0h 60.0h
90.0h(~3 LP)

Aeroelastisches Praktikum (PJ):

Aufwandbeschreibung Multiplikator Stunden Gesamt
Präsenzzeit 15.0 2.0h 30.0h
Vor-/Nachbereitung 15.0 4.0h 60.0h
90.0h(~3 LP)
Der Aufwand des Moduls summiert sich zu 180.0 Stunden. Damit umfasst das Modul 6 Leistungspunkte.

Beschreibung der Lehr- und Lernformen

Die Lehrveranstaltung Aeroelastik I findet als Frontalunterricht statt. Die Bestandteile der Lehrveranstaltung Aeroelastisches Praktikum werden in Vorlesungen, gemeinsamen Gruppenübungen und selbstständigen Kleingruppenübungen durchgeführt.

Voraussetzungen für die Teilnahme / Prüfung

Wünschenswerte Voraussetzungen für die Teilnahme an den Lehrveranstaltungen:

Statik und Elementare Festigkeitslehre; Kinematik und Dynamik; Aerodynamik I

Verpflichtende Voraussetzungen für die Modulprüfungsanmeldung:

Keine Angabe

Abschluss des Moduls

Benotung:

benotet

Prüfungsform:

Mündliche Prüfung

Sprache:

Deutsch

Dauer/Umfang:

Als Gruppenprüfung mit 2 Studierenden findet eine Prüfung von 60 Minuten statt.

Dauer des Moduls

Dieses Modul kann in einem Semester abgeschlossen werden.

Maximale teilnehmende Personen

Dieses Modul ist nicht auf eine Anzahl Studierender begrenzt.

Anmeldeformalitäten

Die Anmeldung zum Modul erfolgt in der ersten Veranstaltung. Zum Ablegen der mündlichen Prüfung ist ein Projektbericht zu einer gegebenen Aufgabenstellung abzugeben. Erfüllt der Bericht die gestellte Aufgabe mit mindestens 50 %, ist eine Zulassung zur mündlichen Prüfung gegeben.

Literaturhinweise, Skripte

Skript in Papierform

Verfügbarkeit:  nicht verfügbar

Skript in elektronischer Form

Verfügbarkeit:  verfügbar
Zusätzliche Informationen:
Skript zum Download auf ISIS ist vorhanden: - Skript zur Lehrveranstaltung Aeroelastik I - Umdruck zur Lehrveranstaltung Aeroelastisches Praktikum

Literatur

Empfohlene Literatur
Försching: Grundlagen der Aeroelastik, Berlin: Springer, 1974
Jan Robert Wright, Jonathan Edward Cooper: Introduction to Aircraft Aeroelasticity and Loads, West Sussex: Wiley Verlag, 2007
Robert Gasch; Klaus Knothe ; Robert Liebich: Strukturdynamik : Diskrete Systeme und Kontinua, 2. Auflage, Berlin: Springer, 2012

Zugeordnete Studiengänge

Zurzeit wird die Datenstruktur umgestellt. Aus technischen Gründen wird die Verwendung des Moduls während des Umstellungsprozesses in zwei Listen angezeigt.

Dieses Modul wird auf folgenden Modullisten verwendet:

Studierende anderer Studiengänge können dieses Modul ohne Kapazitätsprüfung belegen.

Dieses Modul wird in folgenden Studiengängen verwendet:

    Studierende anderer Studiengänge können dieses Modul ohne Kapazitätsprüfung belegen.

    Sonstiges

    - Die Lehrveranstaltung "Aeroelastisches Praktikum" findet als Blockveranstaltung in der vorlesungsfreien Zeit zwischen Winter- und Sommersemester statt - Mit dem Bestehen des Moduls ist es ausgeschlossen die Module "Mehrkörperdynamik in der Luftfahrt" (6 ECTS, 2 Semester) und "Aeroelastisches Praktikum" (3 ECTS, 1 Block von 2 Wochen) separat prüfen zu lassen - Da die Veranstaltung "Aeroelastik II" ausschließlich dem Modul "Mehrkörperdynamik in der Luftfahrt" zugeordnet ist, kann diese Veranstaltung belegt, aber nicht geprüft werden