Die Verbesserung der Crashsicherheit von Passagierflugzeugen ist ein Thema, das zunehmend an Bedeutung gewinnt. Stetig steigende Zahlen im weltweiten Flugverkehr erfordern eine verbesserte Crashsicherheit, um einen Anstieg von Unfallopfern in gleichem Maße zu verhindern. Eine weitere wesentliche Herausforderung hinsichtlich der Crashsicherheit ist die gegenwärtige Entwicklung im Transportflugzeugbau, die eine Ablösung von metallischen Werkstoffen durch faserverstärkte Kunststoffe zeigt. Duktiles, und damit Energie absorbierendes, Materialverhalten wird abgelöst von hoch-elastischem jedoch sprödem Werkstoffverhalten mit vergleichsweise geringer Energieabsorption. Alternative Crashkonzepte unter Anwendung von diskreten Crashabsorbern müssen daher beim Designprozess von neuartigen Flugzeugstrukturen aus faserverstärkten Kunststoffen beachtet werden. Dabei hat der Designprozess für den Crashlastfall Einfluss auf das gesamte Rumpfdesign eines Transportflugzeuges und sollte demnach bereits in einer frühen Phase des Entwurfsprozesses berücksichtigt werden. In diesem Zusammenhang entwickelt die vorliegende Arbeit in einem ersten Teil ein Vorentwurfstool für den Crashlastfall von Passagierflugzeug-Rumpfstrukturen unter Betrachtung einer Standard-Sektion. Auf Basis der expliziten Finite Elemente Methode wird ein Modellierungsansatz entwickelt, der eine effiziente Abschätzung des Strukturverhaltens ermöglicht. Der entwickelte Modellierungsansatz repräsentiert eine Kombination aus linear elastischem Materialverhalten und der Beschreibung von Strukturversagen durch Makro Modellierung. Die vorliegende Arbeit untersucht typische Versagensmechanismen einer Rumpfstruktur unter crashrelevanter Last und entwickelt daraus entsprechende Makro-Modelle. Insbesondere hinsichtlich der unter crashrelevanter Last dominierenden Spantstruktur wurden detaillierte Untersuchungen durchgeführt, um eine möglichst genaue Modellierung des realen Strukturverhaltens zu gewährleisten. In einem zweiten Teil entwickelt die vorliegende Arbeit einen Designprozess unter Anwendung des neuartigen Modellierungsansatzes. Ausgehend von einer Bewertung von natürlichen Crashkinematiken wird ein Crashdesign auf Basis einer statisch vorausgelegten Rumpfstruktur entwickelt. Als Grundlage für die Entwicklung und Bewertung des Crashkonzeptes werden die Passagierlasten, die Strukturlasten sowie die Anforderungen an diskrete Crashabsorber definiert. Die Entwicklung des Designprozesses beinhaltet hierbei auch experimentelle Ansätze zur Untersuchung von Crashabsorber-Konzepten. Quasi-statische sowie dynamische Komponententests unterschiedlicher Komplexität dienen dabei der Realisierung vorgegebener Absorber- Charakteristiken oder der Generierung von Eingabedaten für die Makro-Modellierung im Designprozess.

    Crashworthiness of transport aircraft is a topic that has gained more importance over the last decades and that will become even more relevant in the fixture. The increase of the worldwide commercial air traffic demands improved crashworthiness to avoid an increase of fatal accidents in the same magnitude, hi addition, a substantial challenge is the today's trend in the aircraft industry to increasingly replace metallic materials by composite materials. Ductile, energy absorbing material behaviour is replaced by high-elastic but brittle material characteristics with comparably low energy absorption. Therefore, alternative crash concepts using discrete crash absorbers have to be considered in the design process of new aircraft structures made of composite materials. The crash design process will have an influence on the overall design of a transport aircraft fuselage structure, and hence should be considered in an early phase of the design process. In this context, the present thesis develops in a first part a preliminary crash design tool for transport aircraft fuselage structures considering a standard section. A modelling approach is developed on the basis of the explicit finite element method which enables an efficient assessment of the structural behaviour. The developed modelling approach represents a combination of linear-elastic material behaviour and the description of structural failure by macro modelling. The thesis investigates typical failure mechanisms of a fuselage structure caused by crash related loads und derives appropriate macro models. In particular with respect to the frame that highly affects the structural behaviour of the fuselage in case of crash, detailed investigations are performed which ensure an accurate modelling of the real structural behaviour. In a second part, the thesis develops a design process using the new modelling approach. After an assessment of natural crash kinematics, a crash design is developed on the basis of a statically pre-sized fuselage structure. Basis for the development and assessment of the crash concept are the passenger loads, the structural loads and the requirements for the discrete crash absorbers. The development of the design process also comprises experimental approaches for the investigation of crash absorber concepts. Quasi-static as well as dynamic component tests of different complexity provide a basis for the realisation of the required absorber characteristics or for the generation of input data for the macro models used in the design process.


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    Titel :

    Development of a kinematics model for the assessment of global crash scenarios of a composite transport aircraft fuselage


    Weitere Titelangaben:

    Entwicklung eines kinematischen Modells für die Bewertung globaler Crash Szenarien eines Faserverbund-Rumpfes


    Beteiligte:


    Erscheinungsdatum :

    2013


    Format / Umfang :

    274 Seiten, Bilder, Tabellen, 147 Quellen



    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Englisch