Eine effiziente und robuste Prozesskette für hochgenaue Flugzeug-Trimm-Simulationen wird vorgestellt, die Flugmechanik und Strömungsmechanik berücksichtigt und dabei numerische Strömungssimulationen (CFD) für letztere einsetzt. Für die Steuerflächen-Auschläge wurden Netzdeformationstechniken basierend auf radialen Basisfunktionen (RBF) entwickelt, welche die Verschiebungen des Oberflächennetzes generieren sowie eine effiziente und robuste Deformation des Volumennetzes ermöglichen. Die Trimm-Prozesskette besteht aus zwei Schritten: (1) einer Suche nach einer Startlösung und (2) einem hybriden Newton-Verfahren. Bei beiden Schritten werden RBF-Ersatzmodelle eingesetzt, wobei Funktionalität der Netzdeformationstechniken wiederverwendet werden konnte. Im ersten Schritt kommen ein Newton-Verfahren und ein genetischer Algorithmus zum Einsatz. Das hybride Verfahren beginnt dann mit der Startlösung und nutzt CFD in weiteren Iterationen. Dabei werden Ersatzmodelle nur für Derivativa genutzt, wobei die neuen CFD-Ergebnisse eingesetzt werden können. Die Ableitungen der RBF-Ersatzmodelle werden mittels finiter Differenzen und der Methode der komplexen Schritte (CSD) bestimmt. Um CSD in einer solchen Prozesskette einsetzen zu können, wird zweierlei vorgeschlagen: das Modifizieren der Abstandsnorm sowie der Einsatz von analytischen Derivativa. Beide Ansätze erweisen sich als den finiten Differenzen überlegen. Anhand komplexer Trimm-Fälle eines generischen Kampfflugzeuges, welche das Ausschlagen mehrerer Steuerflächen erfordern, wird ein erfolgreicher Einsatz dieser Trimm-Prozesskette gezeigt.

    This thesis presents an efficient and robust methodology for high-fidelity aircraft trim simulations, in which both flight mechanics and fluid mechanics are considered, the latter via Computational Fluid Dynamics (CFD). For the deflection of the aircraft control surfaces, mesh deformation techniques based on radial basis functions (RBFs) have been developed for generating the displacements of the surface mesh and for efficient and robust volume mesh deformation. The trim methodology employs a two-step procedure consisting of (1) a search for a candidate solution and (2) a hybrid Newton method. For both steps, RBF surrogates are used, drawing from the functionality already implemented for mesh deformation. In the first step, a Newton method and a genetic algorithm are employed. The hybrid Newton method then starts from the candidate solution and uses CFD in further iterations. Here, surrogates are taken solely for the derivatives, for which the new CFD results may be exploited. For the surrogates' derivatives, finite difference approximations and the complex-step derivative method (CSD) are employed. To apply CSD to a process chain with RBF surrogates, two methods are proposed: modifying the Euclidean norm and exploiting analytical derivatives. Both methods are shown to outperform finite differences. The trim methodology is successfully applied to challenging trim problems involving the deflection of multiple control surfaces of a generic fighter aircraft.


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    Titel :

    Robust and efficient methods for aircraft trim simulations


    Weitere Titelangaben:

    Robuste und effiziente Methoden für Trimm-Simulationen bei Flugzeugen


    Beteiligte:


    Erscheinungsdatum :

    2013


    Format / Umfang :

    124 Seiten, Bilder, Tabellen, 111 Quellen



    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Englisch






    A Highly Robust Trim Procedure for Rotorcraft Simulations

    Friedman, Chen / Rand, Omri | AIAA | 2008


    Aircraft Trim Control

    Miller, Gary / Jacques, David / Pachter, Meir | AIAA | 2003