Wird die Beplankung von Flugkörpern im hohen Überschall angeströmt, so kann eine selbsterregte Schwingung entstehen, die als Beplankungsflattern oder Panel-Flattern bekannt ist. In der Arbeit wurden Methoden zur aktiven Unterdrückung von nichtlinearem Beplankungsflattern im hohen Überschall oder Hyperschall untersucht. Die Arbeit umfaßt Modellierung und Diskretisierung des elektromechanisch-aeroelastischen Mehrfeldproblems sowie Reglerentwurf und numerische Simulation. Die Beplankung wird als von-Karman-Platte mit Vorverformungen modelliert. Zur Beschreibung der Verbundstruktur mit piezoelektrischen Materialschichten wird die klassische Laminattheorie verwendet. Aerodynamische Lasten werden nach der linearen und nichtlinearen Kolbentheorie angesetzt. Aus den virtuellen Arbeitsgleichungen des Mehrfeldproblems folgen mit Hilfe der Finiten Elemente die diskreten Bewegungsgleichungen des Systems. Anhand ein- und zweidimensionaler Beispiele werden Verfahren zur Flatteranalyse diskutiert. Zunächst werden Methoden der Zustandsregelung zur Flatterunterdrückung verwendet. Die Verfahren erwiesen sich jedoch als wenig robust angesichts geometrischer Strukturnichtlinearitäten oder Flugparametervariationen. Als Alternative wird in der Arbeit das neuartige AKAS-Verfahren (Aktive Kompensation der Aerodynamischen Steifigkeit) zur Ausgangsrückführung vorgestellt. Es basiert auf der Aktiven Kompensation Aerodynamischer Steifigkeitsterme, welche für die Destabilisierung des Systems im hohen Überschall verantwortlich sind. Im Gegensatz zu den Verfahren der beobachterbasierten Zustandsregelung ist es robust gegenüber Nichtlinearität und Flugparametervariation. Ein weiterer Vorteil liegt in der einfachen Struktur des Verfahrens, welche eine technische Realisierung mit einem analogen Schaltkreis erlaubt. An zweidimensionalen Entwurfsbeispielen werden weitere Robustheitsuntersuchungen durchgeführt und ein Entwurfsfenster für die AKAS-Regelung bei rechteckigen Beplankungsstrukturen numerisch ermittelt.
Aktive Flatterunterdrückung adaptiver Beplankungsstrukturen - Modellierung und Simulation
1995
116 Seiten, Bilder, Tabellen, 72 Quellen
Theses
German
Dissertation , Flugkörper , Beobachtungsgerät , Außenhaut , Flattern , Nichtlinearität , Kompensation , Schichtstoff , Verbundkonstruktion , piezoelektrischer Stoff , Bewegungsgleichung , Adaptivregelung , Finite-Elemente-Methode , Steifigkeit , Aerodynamik , logische Schaltung , Regelungstheorie , Modellsimulation