Prelimniary aircraft desgin III + IV

1. Spezifikation der Leitwerks-Konfiguration

2. Ermitteln der Leitwerksposition

3. Ermitteln der Leitwerksfläche

4. Ermitteln der Leitwerksparameter (Aspect Ratio, sweep, taper, thickness ratio,…)

Grundbedingung: Der Flügel muss in längsrichtung positioniert sein

1. Massenabschätzung der einzelnen Komponenten

2. Abschätzung der Hebelarme/Positionen der einzelnen Komponenten

3. Abschätzung des Momentengleichgewichts -> Leitwerksfläche abschätzen

4. Abschätzung der relativen Flügelposition

Bei 90% der Rumpflänge

Mit der Volumetrischen Koeffizienten Methode

• empirische Messung

• Dämpfung des Lande-Impakts (max. Landemasse)

• Tragen der MTOM über die Runway

• Absorbtion der Bremsenergie (Start & Landung)

• Einfahren des Bug- und Hauptfahrwerk

• Zusätzlich: Wartbarkeit, Zugang, Wetterfestigkeit

• Geometrie und Position des Bug- und Haupfahrwerk

• Anzahl und Größe der Räder

• Einfahrweg und Position im eingefahrenen Zustand

• Maximale Bremsenergie

• Einfluss auf die Oberläche (Risse, Schäden, Festigkeit)

Dreibein Konfiguration (Tricycle)

• Hauptfahrwerk hinter CoG

• Bugfahrwerk vor CoG

• Gute Bodensicht für Piloten

• Horizontale Ausrichtung des Rumpfes -> Horizontale Ausrichtung der Kabine

• Massen (Take-Off, Landing)

• CoG (insbesondere Extrempunkte)

• Positionswinkel des Rumpfs während Start (Rotation) und Landung (flare)

• Anforderungen an Eigenschaften der Runway

• Position des Bug- und Hauptfahrwerks

• Radspur des Hauptfahrwerks

• Länge der Streben

• Anzahl und Größe der Reifen

Über emprische Daten oder der Vergleich mit ähnlichen Desgins.

• Masse des Fahrwerks

• Bodenfreiheit des Flugzeugs (Ground clearence)

• Tip-over Kriterium

• Stabilität des Flugzeugs bei Bodenoperationen

Hauptfahrwerk muss hinter dem CoG sein.

• Sicheres Rollen am Boden

• Sicherstellung eines Nose-Down Pitching Moments bei Touch-down

• Ca. 15° für Winkel zwischen Vertikeln durch Hauptfahrwerk und Verbindungslinie zw. CoG und Rollachse des Hauptfahrwerks

• Kritische Lasten auf das Bugrad

• Rotierung des Flugzeugs beim Take-off ist schwerer

• Die Position des Hauptfahrwerks

• Die Länge der Streben

• Die Geometrie der Tail-Section des Rumpfes

• Bei Start (Rotation) und Landung (end of flare) muss der Rumpf einen Abstand zum Boden von ca. 15cm einhalten.

• Der Winkel zwischen einer Linie Hauptfahrwerks Aufsetzpunkt und Rumpf und dem Boden muss min. 15° betragen.

Das Fahrwerk (bzw. die Länge der Streben und die Spurweite des Hauptfahrwerks) muss so ausgelegt sein, dass im Falle eines möglichen Rollwinkels bei der Landung (z.B. durch Seitenwind) ausreichend seitliche Bodenfreiheit besteht, insbesondere in Bezug auf die Triebwerke aber auch im Hinblick auf verlängerte Steuerflächen (z.B. äußere Querruder) und andere Bauteile.

In der Regel ist das Kriterium ein Rollwinkel von Phi = 5° mit voll ausgeschlagen Querrudern.

ca. 10% der absoluten Statischen Masse bzw.:

• für vordereste SP-Lage: nicht mehr als 15%

• Für hinterste SP-Lage: nicht mehr als 6%

Die PCN (pavement classification number) gibt die Stärke der Oberfläche an. Sie besteht aus 5 Elementen:

Die ACN (Aircraft classification number) gibt die Belastung eines Flugzeugs auf den Untergrund an. Sie besteht aus 8 Nummern. Deren Bestimmung verläuft nach einer ICAO-Methode.

• Masse

• Massenverteilung auf das Hauptfahrwerk

• Anzahl der Hauptfahrwerks-Streben

• Anzahl der Reifen pro Streben

• Reifendruck (i. d. R. 1.35 kPa)

• Die Dicke der Oberfläche der Runway

Das Verhältnis lautet W/D = 0,3

• Flügel

• Rumpf

• Rumpf und Flügel

• Nacelle

• Wurzelrippe

• Sweep des Flügels (Gerade innen und Knick an der Hinterkante)

• Dickerer Flügel an der Wurzel

• Verfügbarer Schub in den Flugphasen

• Krafstoffverbrauch

• Bypass ratio, Triebwerksgeometrie

• Masse

• Anzahl der Triebwerke

• Triebwerkskonfiguration

• Position (z. B. Spannweitenpostition am Flügel)

T/W ~ 0,25-0,35

Statistische Daten:

• Paramterstudien durchführen ohne Thermodyn. Parameter zu verändern.

Reduzierung des Schubs durch Geschwindigkeit und Höhe. Auch ein höheres Bypass-Verhältniss reduziert den Schub

• Position

  • x, y and z Richtung

• Einstellwinkel (Pitch angel; up/down)

• Seitlihcer Einstellwinkel (Toe angle)

• Notwendiger Abstand zw. Gondel und Flügel, um eine effiziente Umströmung zu gewährleisten & Störwiderstand zu minimieren.

• ca. 10% der Profiltiefe

• Teile, die vom Fahrwerk aufgewirbelt werden, dürfen die Sicherheit des Triebwerks nicht beeinträchtigen

• Es darf keine Gefahr für das Triebwerk bestehen, wenn das Bugfahrwerk ausfällt oder wenn die Flügelspitze den Boden berührt

• Im Falle eines Ausfalls des Fans oder einer Turbinenschaufel darf keine Gefahr für andere Teile des Flugzeugs oder andere Triebwerke bestehen; siehe Beispiel Qantas A380

In einem Bereich von +-5° zur Propeller-Ebene dürfen weder Personen noch Elemente des Notausstiegs sich befinden.

• Gute Zufahrt/Wartungsfreundlichkeit

• Be- und Entladen ohne Ladebrücke

• Zugang zum Regionalflughafen

Nicht mehr genügend Bodenfreiheit, daher…

• Verlängertes Bugfahrwerk (Hauptfahrwerk bleibt im Sinne der oben genannten Vorteile erhalten)

• Beibehaltung der Triebwerksposition in Spannweite, um Änderungen in der Flügelmontage zu minimieren

• Abflachen der Unterseite des Triebwerks (einige Systeme befinden sich seitlich)

• Angepasste Positionierung des Triebwerks relativ zum Flügel

Aufgrund der erhöhten Gesamtmasse

• Neugestaltung des Flügels inkl. Hochauftriebssystem

• Daher auch die Erweiterung des Leitwerks

• Block Fuel auf definierter Studienmission (DOC-Mission)

• Monetäre Bewertung (e.g. DOC)

• Emissionen (z. B. CO2, NOx) auf ausgewählte Missionen oder dem Gesamtlebenszyklus

• Lärm Bewertung

• Triebwerks-Modellierung

• Mass and Balance

• Aerodynamische Analyse

• Missions Analyse

  • Block Time, Block Fuel, Verbrauch, …

• Performance Analyse

  • Nutlast-Reichweiten-Diagramm

  • Flugenvelope

• Parameterstudien

• Fliegender Flügel (Rumpf ist Auftriebserzeugende Komponente)

• Erhöhte Kapazität und Komfort

• Kompensierung des Biegemoments durch Verteilte Last -> Reduzierte Strukturmassse

• Verbesserte Lift/Drag Ratio

• Kein HTP -> Weniger Masse und Widerstand

• Das Nurflüglerkonzept ist eine flugmechanisch nachteilige Konfiguration

  • (große Steuerflächen /Steuerflächendurchbiegungen

    → hoher Trimmwiderstand erforderlich,

    • kann komplexe Steuerung erfordern.

• Hohe Querbeschleunigung für weit außen sitzende Passagiere (z. B. beim Rollen)

• Komplexere Konstruktion -> Höhere Produktionskosten

• Keine Fenster in der Mitte des Rumpfes -> Reduziertes Akzeptanz

• Fehlende Infrastruktur an Flughäfen

• Reduzierung des induzierten Widerstands

• Maximierung des Auftriebs

• Nachhaltigke Operation bei hohen Geschwindigkeiten

• Optimierte Kontrolle (direkte Auftriebskontrolle, Gierkontrolle,…)

• Vorhergesagte Kraftstoffeinsparung von ca. 12%

  • benötigter Beweis ausstehend!

• in der Regel eine Anordnung von zwei Flügeln, die versetzt übereinander angeordnet und in entgegengesetzte Richtungen gefegt sind

• Flügelenden sind miteinander verbunden

• Reduzierter Wirbel an Flügelenden

• Verstärkte Flügel-Rumpf-Struktur

• Triebwerke präferiert im hinteren Bereich montiert.