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Projekt
Neuro-Fuzzy-basierte ROM-Verfahren zur Lastenberechnung und -analyse bei High-Speed Buffeting
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Christian Breitsamter
Fachliche Zuordnung
Strömungsmechanik
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406435057
Eine möglichst genaue Bestimmung aerodynamischer Lasten an den Grenzen der Flugenveloppe von Luftfahrzeugen ist zur Reduzierung von Unsicherheiten im Entwurfsprozess sowie für strukturoptimierte Lösungen in Bezug auf Massen- und Steifigkeitsverteilung von entscheidender Bedeutung. Das übergeordnete Ziel dieses Teilprojekts innerhalb der Forschungsgruppe FOR 2895 ist es daher, eine für die effiziente Lastenberechnung und -analyse nutzbare Klasse Neuro-Fuzzy-basierter Modelle reduzierter Ordnung (ROM) für transsonisches Buffet/Buffeting zu entwickeln. Diese sollen vor dem Hintergrund der im Buffet-spezifischen Grenzbereich zu betrachtenden Variationen von Machzahl, Reynoldszahl und Anstellwinkel auf ihre Genauigkeit, Robustheit und Sensitivität untersucht werden. Die ROM-Ergebnisse werden dabei relativ zu experimentellen und numerischen Referenzdaten bewertet. Besondere Herausforderungen ergeben sich aus dem Aufbau des Konditionierungs- bzw. Trainingsprozesses, der auf die strömungsphysikalisch dominierenden Mechanismen abgestimmt sein muss, um die Frequenz- und Amplitudencharakteristik der instationären aerodynamischen Luftkräfte hinreichend genau wiedergeben zu können. Dies soll für den Fall einer realistischen Transportflugzeugkonfiguration (XRF-1) bei „High-Speed Stall“-Bedingungen nachgewiesen werden. Das vorliegende Teilprojekt konzentriert sich hinsichtlich der ROMs auf Neuronale Netzwerke („Multi-Layer Perceptron Network“, „Long-Short-Term Memory Network“, „Convolutional Neural Network“), die sich für die Abbildung instationärer aerodynamischer Lasten infolge stochastischer Stoßwanderungen verknüpft mit lokal abgelöster Strömung und damit stark nichtlinearer Wechselwirkungen eignen. In der ersten Projektphase konnten damit relativ zu den Referenzdaten Ergebnisse von sehr guter Genauigkeit erzielt werden. Diese Modellbildung wird in der zweiten Projektphase weiter verfolgt und durch eine Erweiterung zur Berücksichtigung des Einflusses von Vibrationen auf die strömungsphysikalischen Mechanismen ergänzt. Diese Untersuchungen sind u.a. dadurch begründet, dass bei den am Windkanalmodell im ETW gemessenen Druckspektren Überhöhungen im Bereich charakteristischer Flügelstrukturmoden festgestellt wurden. Ergänzende Experimente im ETW mit gezielter Anregung struktureller Vibrationen sollen hierzu weitere Daten liefern. Der Einfluss überlagerter Vibrationen auf das Buffet-Szenario wird somit durch experimentelle und numerische Simulationen sowie damit konditionierter ROM-Verfahren analysiert. Zur weiteren Verfeinerung der Analysen werden Rechnungen in Form von Ein-Wege- und Zwei-Wege-Kopplungen zur Strukturantwort, d.h. Buffeting, durchgeführt, um das dynamische aeroelastische System darzustellen und damit ROM-Verfahren für das gekoppelte System hinsichtlich strukturdynamischer Analysen zu erarbeiten.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
