technische universität münchen parametrischer entwurf ... · geometrie maximale aerodynamische...
TRANSCRIPT
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14
Praktikum WiSe 2013/14
Parametrischer Entwurf einer elektrisch angetriebenen Modellflugzeug-Schleppmaschine
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 1
• Einleitung
• Konzeptfindung
• Abteilungen
– Struktur
– Systeme
– Aerodynamik
– Antrieb
– Simulation
– CAD
– Finanzen
• Zusammenfassung
Inhalt
Technische Universität München
Dr. Christian RößlerPraktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14
Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 2
• Motorisiertes Modellflugzeug mit lösbarer Seilanbindung kann
Segelflieger auf Flughöhe (≈ 250 m) bringen, Segler löst dann die
Seilverbindung
Modellschleppmaschine – Was ist das?
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 3
Grundidee: Modellschlepp
• Motivation:
– Alternative zu Winde, Hochstartgummi
– Spaßfaktor Flugzeug-Schlepp als Teamsport
• Einsatzgebiete:
– Vereinsflugtagen
– Wettbewerben
– Leicher Kunst-/Showflug
– Bonbon- oder Fallschirmabwurf
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 4
Requirements
• Max. Startrollstrecke = max. Landerollstrecke: 80 m
• Maximales Abfluggewicht der Schleppmaschine 5 kg
• Materialkosten pro Flugzeug unter 500 Euro
• Gut dämpfendes Fahrwerk, auch für kurz gemähte Wiese geeignet
• Transportabmessungen maximal 1,7 x 0,9 x 0,5 m
• Beförderung von 2 kg Nutzlast
– Abmessungen 25x15x15 cm
– Fallschirmspringer
• Elektrischer Antrieb
• Ansprechendes, außergewöhnliches Design
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 5
Repräsentative Schleppaufgaben
Die häufigste Schleppaufgabe:
• 4 m Semiscale/ Zweckmodell
• 5 kg Abfluggewicht
• Steiggeschwindigkeit > 5 m/s
Typischer Vertreter: Alpina 4001
Zweithäufigste Schleppaufgabe:
• 5 m Semiscale/ Zweckmodell
• 10 kg Abfluggewicht
• Steiggeschwindikeit > 2 m/s
• Typischer Vertreter: ASH-26
Für Zwischendurch:
• 2 m RES/HLG - Klasse
• 0,4 kg Abfluggewicht
• Geschwindigkeit < 10 m/s
• Typischer Vertreter: FutuRES
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 6
Missionsdiagramm
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 7
• Einleitung
• Konzeptfindung
• Abteilungen
– Struktur
– Systeme
– Aerodynamik
– Antrieb
– Simulation
– CAD
– Finanzen
• Zusammenfassung
Inhalt
Technische Universität München
Dr. Christian RößlerPraktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14
Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 8
Anforderungsanalyse
• Seilfreiheit
• Seilmontagepunkt nahe am Schwerpunkt
• Gutes Handling
• Kunstflugtauglichkeit
• Breites Geschwindigkeitsspektrum
Technische Universität München
Dr. Christian RößlerPraktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14
Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 9
Erste Konzepte
Technische Universität München
Dr. Christian RößlerPraktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14
Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 10
Favorisierung
Technische Universität München
Dr. Christian RößlerPraktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14
Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 11
Finales Konzept
Pro:• Schleppkupplung nahe am Schwerpunkt
• Hohe Seilfreiheit
• Hohe Manövrierbarkeit durch getrennte Motorsteuerung
• Innovativ
• Unnötiger Widerstand wird „abgenommen“
• Einfache Umsetzung und Kinematik eines gedämpften Fahrwerks
Contra:• Inverse Schiebe-Roll-Kopplung des Seitenleitwerks
• Viele Einzelteile
• Hohes Torsionsmoment im Mittelfügel
• Aufwendige Verkabelung
Technische Universität München
Dr. Christian RößlerPraktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14
Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 12
• Einleitung
• Konzeptfindung
• Abteilungen
– Struktur
– Systeme
– Aerodynamik
– Antrieb
– Simulation
– CAD
– Finanzen
• Zusammenfassung
Inhalt
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 13
Struktur
Aufgaben:
• Bewertung und Festlegung der Bauweisen
• Statische Festigkeitsrechnung
• Entwicklung eines Simulationstools zur Massenberechnung
• Auslegung von Holm, Steckung und Torsionsbox
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 14
Bauweisen
• Grundgedanke: „Das geeignete Material an der richtigen Stelle“
• Mission Schleppflug:
Niedriges Gewicht hat höhere Priorität als Aerodynamik.
• Robustheit
• Günstige Fertigung
• Auswahl unterschiedlicher Bauweisen mittels Bewertungstabelle je Baugruppe
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 15
Balsa-Rippenbauweise
• Leichteste Bauweise bei geringen Lasten
• D-Box zur Aufnahme von Torsionslasten & Verbesserung der Profiltreue
• Bauraum für Servos, Anlenkungen
• Minderung des Fertigungsaufwands durch Eigenbau vom Endkunden
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 16
Sandwichschalenbauweise
• Hohe Beulstabilität
• Hohe Torsionssteifigkeit
• Bauraum für Seileinzug, Aktuatoren, Mechaniken
• Einfache Integrierbarkeit der Steckung
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 17
Hartschalenbauweise
• Hohe Torsionssteifigkeit
• Bewährte Bauweise für Rümpfe
• Bauraum für Antriebsstrang, Fahrwerk
• Symmetrie in der Leitwerksaufnahme
Günstige Fertigung bei hohen Stückzahlen
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 18
Bauweisen am Schleppmodell
Balsa-Rippenbauweise
Hartschalenbauweise
Sandwich-schalen-bauweise
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 19
GeometrieMaximale
aerodynamische Lasten
Empirisches Wissen
StrukturmasseAbmessungen
lasttragender Teile
Torsionsbox Holm Leitwerke Rümpfe
Simulationstool Strukturmasseberechnung
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 20
Parametervariation – Abstand der Rümpfe
• Starke Massenzunahme durch hohe Torsionslasten bei zunehmendem Rumpfabstand
• Rumpfabstand möglichst im Optimum wählen, mit Rücksicht auf weitere Kriterien
Stufen: höhere Dicke der Torsionslage gewählt
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 21
• Einleitung
• Konzeptfindung
• Abteilungen
– Struktur
– Systeme
– Aerodynamik
– Antrieb
– Simulation
– CAD
– Finanzen
• Zusammenfassung
Inhalt
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 22
Subsysteme
Aufgaben:
Konstruktion/Dimensionierung und Massenabschätzung von:
- Komponenten der Elektrik
- Fahrwerk
- Nutzlastabwurf
- Schleppkupplung
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 23
Komponenten der Elektrik
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 24
Fahrwerk
• Anforderungsprofil
• Brainstorming zu Lösungen
• Ideen skizziert und diskutiert
• Dämpfervarianten recherchiert und diskutiert
• Diverse Wirkungsweisen betrachtet
• Energiebilanz
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 25
Fahrwerk – ausgewählte Konfiguration
φ
100
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 26
Fahrwerk – Auslegung mit Simulationstool
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 27
Nutzlastabwurfbox – Die MUFUBO (Multifunktionale Box)
• Diskussion: Integrierte oder externe Montage
• extern an Tragflächenunterseite
• Entwurf einer multifunktionalen Abwurfbox (Synergieeffekte!)
• Ermöglicht Aufnahme von Nutzlast oder Fallschrimspringer
• Adaptive Seitenklappen je nachNutzung
• Auslösung eines federvorgespannten
Mechanismus durch einen Aktuator
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 28
MUFUBO - Skizze
250
15
01
50
75
DraufsichtDetail A - Auslösemechanismus
Deta
il A
Seitenansicht
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 29
Schleppkupplung
• Integration in Tragfläche
• Einfache Umsetzung
• Keine Zuglast auf Aktuator
• Geringe Fehleranfälligkeit
Schnitt Tragfläche Seitenansicht
Löse-zylinder
AktuatorFührungsrippe
Tragflächenoberseite
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 30
• Einleitung
• Konzeptfindung
• Abteilungen
– Struktur
– Systeme
– Aerodynamik
– Antrieb
– Simulation
– CAD
– Finanzen
• Zusammenfassung
Inhalt
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 31
Aerodynamik
Aufgaben:
• Widerstandsabschätzung / Polaren Rechnung
• Leitwerksdimensionierung
• Profilauswahl
• Festlegung der Flügelgrundriss-Tiefenverteilung
• Dimensionierung Steuerflächen, und sonstiger aerodynamischer Klappen
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 32
Widerstandsanteile
Interferenz-widerstand
(Hoerner)
Induzierter-widerstand
Fahrwerks-widerstand
(Torenbeek)
Rumpf-widerstand
(Schemensky )
Profil-widerstand (XFLR5 Quabeck)
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 33
Gleitzahlen der Segelflugzeuge
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 34
Auftriebsverteilung
Cl x
Cho
rd/
MA
C [-]
Elli
pse [-]
Halbspannweite [-]
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
1.2
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 35
Lokaler Auftriebsbeiwert
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Cl m
ax
[-]
Cl [
-]
Halbspannweite [-]
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 36
Profildesign
• Problem RG15:
– Geringes Ca bei kleinen Geschwindigkeiten
• Ziel:
– Steigerung von Camax.
– Verbesserung um Ca0
sowie bei negativenCa Werte
• Ergebnis:
– Neu entwickeltes Profil „Schleppi 2010“
Schleppi 2010:Klappenunterstützung
Re = 150.000
RG 15 Klappenunterstützung
Re = 150.000
Schleppi 2010:Re = 350.000
RG 15 Re = 350.000
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 37
• Einleitung
• Konzeptfindung
• Abteilungen
– Struktur
– Systeme
– Aerodynamik
– Antrieb
– Simulation
– CAD
– Finanzen
• Zusammenfassung
Inhalt
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 38
Aufgabenstellung
• Berechnung der Antriebsmasse
• Modellierung des Schubs
• Auswahl der einzelnen Antriebskomponenten
Definition der Zusammenhänge durch Simulations-Software
Aufbau eines Antriebsstrangs
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 39
0
200
400
600
800
1000
0 1 2 3
Ma
sse
de
s M
oto
rs [
g]
Elektrische Leistung [kW]
0
200
400
600
800
1000
0 1 2 3
Ma
sse
de
s M
oto
rs [
g]
Elektrische Leistung [kW]
Motor: Masse pro Leistung
Datenerhebung:
Motorreihe Turnigy Aerodrive SK3
Linearer Zusammenhang:
Leistungsgewicht: 250 g/kW
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 40
Akku: Energiedichte
Existierende und theoretische Energiespeichersysteme im Überblick
Aussichtsreiche Technologien im Entwicklungsstadium oder ungeeignet
Lithium-Polymer-Akku (LiPo)
Energiedichte: 135 Wh/kg
Ener
gied
ich
te [
Wh
/kg]
Ener
gied
ich
te [
Wh
/kg]
Ener
gied
ich
te [
Wh
/kg]
Ener
gied
ich
te [
Wh
/kg]
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 41
• Regler: ca 85 g
• Luftschraube CFK ca 60 g
• Luftschraube Holz ca 75 g
Luftschraube und Motorregler: Masse
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 42
Aus JavaProp:
Wirkungsgrad als Matrix über Fortschrittsgrad und Verhältnis Steigung-zu-Durchmesser
Simulations-Programm:
direkter Zugriff auf die Rohdaten
Propellerwirkungsgrad
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 43
Schubmodell
0
10
20
30
40
50
60
70
0 5 10 15 20 25 30
Sch
ub
kra
ft [N
]
Anströmgeschwindigkeit [m/s]
Sta
nd
sch
u
Sch
ub
bei h
öh
ere
n
Gesc
hw
ind
igkeiten
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 44
GeschwindigkeitMaximale
WellenleistungEnergiebedarf
Größe der Luftschraube
Masse des Antriebs
Schubkraft
MatLab und die „Blackbox“ Antrieb
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 45
Konfigurationen
693 Preis [€] 153
1372 Masse [g] 1412
2 x 1100 Leistung [W] 2 x 1300
• 16x8 APC Electric E
• Hacker A40-12L-14P-V2
• Kontronik KOBY 55 LV
• 2x ROCKAMP classic 35C
• Turnigy APC Propeller 16x8R
• Turnigy Aerodrive SK3 - 4250-410kv Brushless Outrunner Motor
• Turnigy Plush 60amp Speed Controller
• Turnigy 1800mAh 6S 40C LiPo
High-End Low-Cost
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 46
• Einleitung
• Konzeptfindung
• Abteilungen
– Struktur
– Systeme
– Aerodynamik
– Antrieb
– Simulation
– CAD
– Finanzen
• Zusammenfassung
Inhalt
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 47
Aufgabenstellung
• Missionssimulation
• Erstellung eines Optimierungsprogrammes
• Zusammenführung der Optimierungstools sämtlicher Abteilungen
• Parametervariation zur Energieminimierung
• Einhaltung der Requirements
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 48
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 49
Missionsberechnung: Allgemeines
• Annahmen und Vorraussetzungen
– Flug bis Ausklinken mit max. elektrischer Leistung
– Weg und Geschwindigkeit werden numerisch integriert
– Für Energie und Stallgeschwindigkeit wurden Reserven eingeplant
Startbahnlänge(max. 80m)
Landebahnlänge(max. 80m)
Hindernishöhe(5m)
Missionshöhe (250m)
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 50
Missionsberechnung: Startvorgang
• Phasen
– Anrollen
– Rotation am Boden
– Steigflug auf Hindernishöhe
– Beschleunigung auf Endgeschwindigkeit
– Steigflug auf Ausklinkhöhe
Startbahnlänge(max. 80m)
Landebahnlänge(max. 80m)
Hindernishöhe(5m)
Missionshöhe (250m)
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 51
Missionsberechnung: Abstieg und Landung
• Ausklinken, antriebloser Sinkflug und Landung
– Geht nicht in die Energieberechnung ein
– Überprüfung Landebahnlänge
– Gleiten ab 5m Höhe angenommen, reale Länge daher deutlich kürzer
Startbahnlänge(max. 80m)
Landebahnlänge(max. 80m)
Hindernishöhe(5m)
Missionshöhe (250m)
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 52
Fazit: So klein wie möglich bauen (Masseneinsparung)
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 53
Fazit: So kurze Flügel wie möglich bauen (Masseneinsparung)
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 54
Fazit: Optimum bei ca. 20 m/s (resultiert aus Widerstand und Flugzeit)
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 55
Fazit: Leistung in diesem kleinen betrachteten Bereich einflussarmer Parameter
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 56
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
5
10
15
20
25
30
Fluggeschwindigkeit in m/s
Gle
itzah
l
Gleitpolare
RES
Allround
Scale
Schlepper
Schlepper mit Klappen
Vergleich der Schlepper- und Seglerpolaren
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 57
Ergebnisse
• Minimale Energie: 67 Wh
• Schleppermasse: 3.723 kg
• Flügelfläche: 0.65 m²
• Streckung: 9
• Geschwindigkeit: 20 m/s
• Leistung: 1800 W
• Bestes Profil: „Schleppi 1020“
Quelle: CAD-Gruppe
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 58
Gesamtmissionsdiagramm
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 59
Massenanteile
• Massenanteile der verschiedenen Systemkomponenten
• Systemmasse (Servos etc.) konstant angenommen (unbeeinflusst von Parametervariation)
1,28 kg
0,6 kg0,87 kg
0,61 kg
0,36 kg
Struktur
Batterie
Antrieb
Systeme
Fahrwerk
10%
23%
16%
16%
35%
Gesamtmasse: 3,72kg
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 60
• Einleitung
• Konzeptfindung
• Abteilungen
– Struktur
– Systeme
– Aerodynamik
– Antrieb
– Simulation
– CAD
– Finanzen
• Zusammenfassung
Inhalt
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 61
Abteilung CAD - Parametrischer Modellaufbau mit Catia
Aufgaben:
• Erstellen der CAD-Zeichnungen• „Virtueller“ Zusammenbau – Assembly• Abschätzen des Schwerpunkts
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 62
Parametrischer Modellaufbau - Vorgehen
• Veränderliche Maße in Parametern festhalten
• Eigenes Achsensystem für jedes Part
• Skizzen auf Variablen Ursprung aufbauen -> Erleichterte Positionierung im Assembly
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 63
• Modellierung der infrage kommenden Komponenten mit Masse
• Modellierung des Modells mithilfe zuvor abgeschätzter Maße
• Anordnung der Komponenten im Assembly
=> Bestimmung des aktuellen Schwerpunkts
Parametrischer Modellaufbau -Schwerpunktabschätzung
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 64
Parametrischer Modellaufbau -Schwerpunktbestimmung
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 65
Parametrischer Modellaufbau -Schwerpunktbestimmung
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 66
Parametrischer Modellaufbau – Modellierung des endgültigen Modells
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 67
Parametrischer Modellaufbau – Modellierung des endgültigen Modells
• Abmessungen durch Ergebnisse der Optimierung
• Profil mithilfe Excel Makro: Punkte des DAT-Files in Catia -> Spline
• Maße auf Komponenten abstimmen
• Komponenten platzieren
• Optisch ansprechende Übergänge schaffen
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 68
Parametrischer Modellaufbau – Modellierung des endgültigen Modells
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 69
Parametrischer Modellaufbau – Modellierung des endgültigen Modells
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 70
Nächste Schritte:
• Anbindung Fahrwerk-Rumpf
• Befestigung Leitwerk
• Ableiten des Rippensatzes
• Erstellen der Formen für Rumpf und Mittelfläche
Parametrischer Modellaufbau – Modellierung des endgültigen Modells
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 71
• Einleitung
• Konzeptfindung
• Abteilungen
– Struktur
– Systeme
– Aerodynamik
– Antrieb
– Simulation
– CAD
– Finanzen
• Zusammenfassung
Inhalt
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 72
Aufgaben
• Kosten überwachen: Materialkosten unter 500€
• Einsparpotenziale aufdecken
• Zu Kostenbewusstsein anhalten
http://www.darkgovernment.com/news/wp-content/uploads/2012/11/plane-cash.jpg
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 73
Kostenverteilung
Antrieb
Struktur
Systeme
Fahrwerk
Diverses
202,20 €36%
171,25 €29%
122,00 €21%
52,60 €9%
30,00 €5%
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 74
Kostenaufstellung (vereinfacht)
Abteilung Komponenten Gesamt
Antrieb 2x Propeller inkl. Spinner u. Mitnehmer 10,68 €
2x Regler 50,78 €
2x Motor 1300W 53,00 €
LiPo - 3Ah - 3s 87,76 €
Systeme Empfänger 50,00 €
Servos 45,00 €
Fahrwerk Gesamt 52,60 €
Struktur Flügel (innen) 61,25 €
2 Leitwerke 20,00 €
2 Flügel (außen) aus Holz 40,00 €
2 Rümpfe (CFK, AFK (Aramid)) 30,00 €
Kleinteile Gesamt 77,00 €
GESAMT 578,07 €
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 75
Schlussfolgerungen
• Sehr ambitioniertes Kostenziel konnte nicht erreicht werden
– Jedoch sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis erzielt
• Hochauftriebssysteme könnten Flügelfläche und damit unter Umständen die Strukturkosten verkleinern
• Ausschließlich Materialkosten betrachtet – Produktion und Zusammenbau nicht berücksichtigt
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 76
• Einleitung
• Konzeptfindung
• Abteilungen
– Struktur
– Systeme
– Aerodynamik
– Antrieb
– Simulation
– CAD
– Finanzen
• Zusammenfassung
Inhalt
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 77
• Max. Startrollstrecke = max. Landerollstrecke: 80 m
• Maximales Abfluggewicht der Schleppmaschine 5 kg
• Materialkosten pro Flugzeug unter 500 Euro
• Gut dämpfendes Fahrwerk, auch für kurz gemähte Wiese geeignet
• Transportabmessungen maximal 1,7 x 0,9 x 0,5 m
• Beförderung von 2 kg Nutzlast
– Abmessungen 25x15x15 cm
– Fallschirmspringer
• Elektrischer Antrieb
• Ansprechendes, außergewöhnliches Design
Requirements - Check
3,72 kg
MUFUBO
580 €
1 x 0,8 x 0,4 m
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 78
Lessons Learned
• Kennenlernen des Flugzeugentwicklungsprozesses
• Konservativere Zeitplanung
• Kommunikation zwischen den Abteilungen ist extrem wichtig!
• Abteilungsübergreifendes Verständnis fördern
• Stemmen großer Aufgaben nur im Team möglich
Technische Universität München
Praktikum Flugzeugentwurf WiSe 2013/14 Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme24.03.2016, Folie 79
Old Schlepperhand
Technische Daten:
Spannweite: 2420mm
Rumpflänge: 1414mm
Fluggewicht: 3723g
Flächeninhalt: 66,29 dm2
Profil: Schleppi 1020
Streckung: 9
Großer Freiwinkel - auch für Schleppanfänger bestens geeignet
Multifunktionsbox - Alles kommt nach oben mit geringstmöglicher Masse und
Widerstand
Gut gedämpftes großes Fahrwerk - Startet auch auf groben Graspisten effizient mit
großen Propellerdurchmessern
Differenzielle Motoransteuerung - für die ultimative Showeinlage
Technische Universität München
Max MustermannKurztitel Vortrag
Stand: Januar 2014Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!