Enhanced methods development for high-end low-fidelity numerical wing weight and flutter prediction

António Carvalho de Paulo

Key information

Authors:

António Carvalho de Paulo (António Carvalho de Paulo)

Supervisors:

Ulrich Kling; André Calado Marta (André Calado Marta)

Published in

11/24/2015

Abstract

O trabalho desenvolvido baseou-se numa ferramenta de aeroelasticidade criada pela empresa Bauhaus Luftfahrt, denominada dAEDalus, e tem por objectivo a melhoria da estimativa da massa da asa. Nesse sentido, foram introduzidos dois novos modulos: o primeiro para a inclusao da contribuiçao dos dispositivos de alta sustentaçao no dimensionamento da estrutura interior da asa; e o segundo para prever a velocidade flutter da asa. Para estimar a massa dos dispositivos foram usados diversos metodos de diferentes referências, juntamente com os desenvolvidos nesta tese. A comparação entre os resultados para a massa dos dispositivos encontrados com os diferentes metodos e o valor de referência de cada aeronave permitiu verificar as estimativas encontradas. A estrategia implementada permitiu melhorar a estimativa inicial ´ da massa da asa, cumprindo o objectivo proposto. A velocidade de flutter foi estudada a partir de um metodo existente, mas corrigido, por forma a melhorar os resultados dele decorrentes. A verificação foi realizada por comparação com os resultados que haviam sido obtidos para a asa de Goland. Com esta abordagem, melhorou-se a estimativa da velocidade (parametro mais importante) em detrimento da frequência. Posteriormente, implementou- -se o metodo na ferramenta dAEDalus de forma a estimar a velocidade de flutter nas asas actuais. Nos casos em que a velocidade se encontrava na regiao de segurança de voo, procedeu-se a uma optimização da estrutura interior da asa, a fim de garantir a segurança da aeronave. O metodo permitiu estimar a velocidade de flutter para cada aeronave, bem como optimizar aqueles que nao estavam seguros. The work developed was based on an aeroelasticity tool created by Bauhaus Luftfahrt, named dAEDalus, and its objective was to improve the wing mass estimation. Therefore, two new modules were introduced: the first to include the high lift devices contribution into the wing box dimensioning; the second to predict the wing flutter speed. To estimate the mass of the devices were used several methods of different references, together with the ones here developed. The comparison between the devices' mass found with the different methods and the reference value of each aircraft, allowed to verify the estimates found. The implemented approach improved the initial wing mass estimate, fulfilling the proposed objective. The flutter speed was studied using an existing method, but corrected in such a way that allowed an improvement in its results. Verification was achieved by comparing the results with the Goland's wing. With this approach it was improved the speed estimate (more important parameter) in detriment of the frequency. Afterwards the method was implemented into dAEDalus to predict the flutter speed of some contemporary commercial aircraft wings. When the flutter speed was inside the minimum fail-safe clearance envelope, an optimization of the wing box was made to ensure the safety of the aircraft. The method allowed an estimation of the flutter speed of different aircraft, and the optimization loop made the wing flutter free inside the envelope. As the previous, this implementation also fulfilled the purposed objective.