Flight mechanics model for spanwise lift and rolling moment distributions of a segmented active high-lift wing

In this study, the aerodynamics of wings using an active high-lift system are investigated. The target is the flight mechanical description of the spanwise forces and resulting moments and the influence of the active high-lift system to their distribution. The high-lift system is a blown flap system divided into six segments per wing. Each segment is assumed to be individually controlled, so the system shall be used for aircraft control and system failure management. This work presents a flight mechanical sub-model for the simulation of flight dynamics, which has been derived from high-fidelity CFD results. An assessment of single-segment blowing system failures will be presented including recommendations for compensation of either lift or rolling moment loss. For this investigation, the compensation is required to act at the same wing side on which the failure appears. Thus, the potential for an increase of system reliability shall be proven. The results show that less performance investment in terms of pressurized air is necessary to compensate the rolling moment of a failing segment instead of its lift. However, large blowing performance increases for the remaining wing segments that occur for some of the failure cases

Modellierung einer spannweitigen Aerodynamik für ein Flugzeug mit aktivem Hochauftriebssystem

In dieser Untersuchung wird ein detailliertes spannweitig beeinflussbares aerodynamisches Modell unter Berücksichtigung einer Flügelkonfiguration, welche aus einem segmentierten Aufbau der aktiven Hochauftriebsklappen besteht, entwickelt. Die Hochauftriebsklappen jedes Flügels bestehen aus sechs Segmenten. Die zwölf Segmente beider Flügeln werden mit Luftströmen aus Mikrokompressoren überblasen und bilden das sogenannte Hochauftriebssystem, welches zur enormen Aufstiegssteigerung führt. Gerade in der Landephase können so niedriege Fluggeschwindigkeiten realisiert werden. Dieses würde mit einer wesentlichen Verkürzung der Lande- und Startstrecke einhergehen. Aber gerade in dieser Phase bedarf es mehr Erkenntnissen über die möglichen Ausfallszenarien des aktiven Hochauftriebsystems. Im ersten Teil der Arbeit wird ein Modell entwickelt, das in Abhängigkeit beliebiger segmentweiser Impulsbeiwerte und beliebiger Mikrokompressorausfälle jeden aerodynamischen Zustand abbilden kann. So kann jede Auftriebs- bzw. Rollmomentenverteilung entlang der Spannweite bestimmt werden. Im zweiten Teil der Untersuchung wird mithilfe dieses entwickelten aerodynamischen Modells die Kontrollierbarkeit der Mikrokompressorausfälle überprüft. Dabei wird zwischen dem Ausfall einer oder zweier Mikrokompressorausfälle unterschieden. Der infolge dieses Ausfalls enstehende Einbruch im Auftrieb und der dadurch entstehende Rollmoment wird unterschiedlich kompensiert. Für den ersten Fall wird die Rollmomentenkompensation über Steigerungen der Luftströme der aktiven Mikrokompressoren im selben Flügel vorgeschlagen. Aus dieser Kompensation resultieren Empfehlungen für die Leistungsbereiche der einzelnen Mikrokompressoren. Für den Fall des gleichzeitigen Ausfalls zweier Kompressoren wird die Auswirkung auf den Einbruch im Auftrieb und das daraus resultierde Rollmoment begrenzt. Dazu werden die aktiven Mikrokompressoren in ihren maximal möglichen Leistungspunkten, d.h. bei maximaler Überblasung betrieben. Um ein Gleichgewicht zwischen den Rollmomenten beider Flügel herzustellen, werden symmetrische Einstellungen am gegenüberliegenden Flügel vorgenommen. Dabei werden nur Ausfälle benachbarter Kompressoren berücksichtigt

Flight mechanics model for spanwise lift and rolling moment distributions of a segmented active high-lift wing

In this study, the aerodynamics of wings using an active high-lift system are investigated. The target is the flight mechanical description of the spanwise forces and resulting moments and the influence of the active high-lift system to their distribution. The high-lift system is a blown flap system divided into six segments per wing. Each segment is assumed to be individually controlled, so the system shall be used for aircraft control and system failure management. This work presents a flight mechanical sub-model for the simulation of flight dynamics, which has been derived from high-fidelity CFD results. An assessment of single-segment blowing system failures will be presented including recommendations for compensation of either lift or rolling moment loss. For this investigation, the compensation is required to act at the same wing side on which the failure appears. Thus, the potential for an increase of system reliability shall be proven. The results show that less performance investment in terms of pressurized air is necessary to compensate the rolling moment of a failing segment instead of its lift. However, large blowing performance increases for the remaining wing segments that occur for some of the failure cases