Geometriemodellierung im Konzeptentwurf

Parametrisierte Geometriemodellierung als Grundlage für eine multidisziplinäre Optimierung im Flugzeugbau.

Der Entwurf neuer Flugzeugmodelle ist heute aufgrund der hohen Anforderungen mehr denn je ein kosten- und zeitintensiver Vorgang. Ausgehend von einem Missionsprofil (Nutzlast, Reichweite, Treibstoffverbrauch, etc.) werden im Entwurfsprozess die Phasen Konzeptionierung, Vorentwurf und Detailentwurf durchlaufen.
 
In jeder dieser Phasen müssen die Anforderungen unterschiedlicher Disziplinen, wie z. B. Aerodynamik, Strukturmechanik, Flugphysik oder Fertigung hinsichtlich deren Wechselwirkungen optimiert werden, sodass das neue Flugzeugmodell alle Anforderungen erfüllt. Bis vor einigen Jahren wurden die Berechnungen der einzelnen Disziplinen unabhängig voneinander durchgeführt, sodass zum Beispiel die Auswirkungen der Berechnungsergebnisse einer Aerodynamikberechnung für eine anschließende Strukturmechanikberechnung manuell in dessen Eingabemodell eingepflegt werden mussten. Ebenso mussten Änderungen der Flugzeuggeometrie in die jeweiligen Modelle der einzelnen Disziplinen manuell übertragen werden.

Durch die Integration mehrerer Disziplinen in ein Optimierungswerkzeug, welches die Auswirkungen der Berechnungsergebnisse einer Disziplin automatisiert in das Eingabemodell einer anderen Disziplin überträgt, kann der Entwicklungsprozess beschleunigt und ein optimiertes Ergebnis in kürzerer Zeit erreicht werden. Alle disziplinspezifischen Eingabemodelle basieren auf der Flugzeuggeometrie, das heißt es bildet die Grundlage für die Kopplung der Berechnungen aus den unterschiedlichen Disziplinen.

Um dieses Vorhaben umzusetzen, beteiligte sich Airbus Defence and Space an dem Verbundvorhaben AeroStruct, welches vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) koordiniert wird.
 
Die RISC Software wurde in diesem Zusammenhang beauftragt, ein Softwaresystem zu entwerfen, welches die existierenden Analyseprogramme von Airbus Defence and Space zusammenführt um einen synchronen Fortschritt der einzelnen Disziplinen zu erreichen.

Folgende Arbeiten wurden im Rahmen dieses Projekts durchgeführt:
  • Auswahl einer existierenden standardisierten Beschreibungssprache für Flugzeuggeometrien
  • Definition eines parametrischen Geometriemodells für Flugzeuge auf Basis der Beschreibungssprache
  • Entwicklung eines Werkzeugs zur Geometrie-erstellung aus Beschreibungssprache
  • Geometrieerstellung für interne Flügelstrukturen (Rippen und Holme)
  • Verschneidung der Flügelgeometrie mit der Geometrie der internen Strukturen
  • Erstellung einer GUI Anwendung zur Manipulation des parametrischen Geometriemodells
  • Entwicklung und Integration eines Datenformats des Flugzeuggeometriemodells inklusive disziplinspezifischer Daten auf Basis von HDF5
  • Definition von Entwurfsvariablen und Abbildung auf Parameter des Geometriemodells 


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