Standschwingungsversuch am AIRBUS A380-800 · 5 April 2005 Structural Dynamics DLR Goettingen 1...
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005
Structural Dynamics DLR Goettingen 1
Standschwingungsversuch am AIRBUS A380-800
Gerrit Gloth
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut für Aeroelastik, Göttingen
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Standschwingungsversuch am Airbus A380-800
4 Warum Standschwingungsversuche?
4 Grundlagen von Standschwingungsversuchen
4 Der Airbus A380-800
4 Test Vorbereitung
4 Test Durchführung
4 Resultate
4 Zusammenfassung
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Warum Standschwingungsversuche?
Trägheitskräfte Aerodynamik
Flattern
Elastizität
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Warum Standschwingungsversuche?
Trägheitskräfte Aerodynamik
Flattern
Strukturdynamik
Elastizität
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Warum Standschwingungsversuche?
4 Untersuchung des dynamischen Verhaltens4 Experimentelle Identifikation modaler Parameter
Messung von Resonanzfrequenzen, Eigenformen, modale Dämpfung, generalisierte MasseAnregung der wichtigen Eigenformen mit hohen KräftenEvaluierung der Linearität der EigenformenSensoren auf der primären Struktur (Flügel, Leitwerke, Rumpf, Kontrollflächen)
4 Validierung des dynamischen Finite Elemente ModellsJustierung von Parametern des FE Models (Model Updating)
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Warum Standschwingungsversuche?
4 Flatteruntersuchungen nach den Regularien der Zulassungsbehörden für die Zertifizierung von neuen Flugzeugtypen
Flatterberechnungen mit dem FE ModelErlangung der FlugzulassungVorbereitung von Flugtests
4 Weitere schwingungstechnische UntersuchungenWindmilling oder Fan-Blade-Off Untersuchungen; Erregung an den Triebwerken mit sehr großen Kräften; Sensoren auf Systemen (Cockpit, Computer etc.)Komforttest; Erregung der Decks mit Unwuchterregern; Sensoren auf den Decks
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Modale Parameter
Physikalische Darstellung:
Modale Transformation:
Für jeden Eigenmode:
Updating mit Eigenfrequenz und
{ }
/i i ik mω =
[ ]{ } [ ]{ } [ ]{ } { }M x D x K x F+ + =
( )1
{ }N
i ii
x q ϕ=
= ∑
i i i i i i im q d q k q f+ + =
[ ]ϕ
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Grundlagen von Standschwingungsversuchen
4 Zentrale Messkampagne am fertiggestellten und bereits flugtauglichen Flugzeug
4 Großer Zeitdruck direkt vor dem Erstflug4 Messung mehrerer Konfigurationen zur Identifikation der
strukturdynamischen Eigenschaften4 Nutzung des Aufbaus für weitere Schwingungsuntersuchungen
(Windmilling, spezielle Komponenten – Fahrwerke, Decks, Landeklappen)
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Grundlagen von Standschwingungsversuchen
Typischer Versuchsaufbau
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Grundlagen von Standschwingungsversuchen – PRM
Phasenresonanz-Verfahren (PRM)Harmonische mono-frequente AnregungAnpassung der Kraft für jede EigenformDirekte Messung der reellen Eigenformen Zeitaufwändig, aber verlässlich, hohe Genauigkeit möglichGut geeignet im Fall von strukturellen Nichtlinearitäten
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Grundlagen von Standschwingungsversuchen – PSM
Phasentrennungs-Verfahren (PSM)Messung von Übertragungsfunktionen (engl. frequency response functions - FRF)Breitband-Anregung durch Gleitsinus- oder RandomläufeSchnelle MessungSorgfältige Auswertung notwendigZahlreiche Erregerkonfigurationen
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Grundlagen von Standschwingungsversuchen – PSM
StabilisierungsdiagrammIndikatorfunktion (gelb)Gemittelte FRF (grün)Identifizierte Eigenformen (Buchstaben)
Vergleich zwischengemessenen FRF (gelb) aus modalen Daten rückgerechneten FRF (grün)
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Grundlagen von Standschwingungsversuchen
Verbesserte TeststrategieKombination von PRM and PSMReduktion der Testzeit um 1/3 gegenüber den 90er JahrenVerbesserung der DatenqualitätSchnelle, zur Messung parallele Analyse von GleitsinusläufenDetaillierte Analyse von von aus-gewählten Eigenformen mit PRM (Flatter-relevante Eigenformen, nichtlineare Phänomene, etc.)
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Spanweite: 80 m Länge: 73 mHöhe: 24 mZwei Decks: „main and upper deck“ maximales Startgewicht: 560 tonsKabinengestaltung für 555 bis 806 Passagiere Copyright AIRBUS Computer Graphics by Fixion
Super Jumbo A380 - „Flagschiff“ des 21. JahrhundertsGrößtes Passagierflugzeug der Welt
Airbus A380-800
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Test Vorbereitung – Übersicht
Copyright AIRBUS S.A.S.
4 Enge Zusammenarbeit mit der französischen ONERA(Office National d‘Études et de Recherches Aérospatial)
Gemeinsame Vorbereitung, Team-Training4 Hardware-Entwicklungen
Sicherheitsabschaltung Unwuchterregung der Decks
4 Software-EntwicklungenAnpassung der Kraft („Force notching“)Virtueller AnregungspunktErmittlung nichtlinearer Eigenschaften aus PSM
4 Nutzung des Finite Elemente ModelsAntwortrechnungen
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DLR-ONERA Kooperation
Copyright AIRBUS S.A.S.
4 Gemeinsamer Forschungs-SSV 1999Vorstellung neuer TeststrategieDefinition zukünftiger Hardware- und Softwareentwicklungen
4 Weitgehende Hardware-Kompatibilität Zusammenschaltung der Datenakquisitionsanlagen (VXI)Verwendung gleicher Erregertypen
4 Gemeinsame kommerzielle TestsJan./Feb. 2001: A340-600, ToulouseOkt./Nov. 2001: A340-500 , ToulouseJan./Feb. 2002: A318, HamburgOkt. 2003: A310-MRTT, Dresden
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Test Vorbereitung – Sicherheitsabschaltung
Überwachung der Stabilität des Flugzeugs auf der Stützung
Copyright AIRBUS S.A.S.Jacks
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Test Vorbereitung – Linearitätsdiagramme
Test auf Abweichungen vom linearen Strukturverhalten
Linearitätsdiagramme
Auftragen der identifizierten Eigenfrequenz in Abhängigkeit vom Anregungsniveau
Oft wird ein Sättigungseffekt beobachtet
hohes Anregungsniveau notwendig
Copyright AIRBUS S.A.S.
Bislang: Linearitätstest nur im Rahmen der PRM
Neues Verfahren: Erzeugung von Linearitätsdiagrammen aus Gleitsinusläufen
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Test Vorbereitung – Anpassung der Kraft
Low-Level Lauf High-Level Lauf
Copyright AIRBUS S.A.S.
Restriktionen:• Maximale Beschleunigung • Auslenkung des Stößels• Stabilität des Aufbaus
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Test Vorbereitung – Nutzung des FE Models
Numerische Rechnungen mit dem Finite Elemente ModelBerechnung von Antwort- und Indikatorfunktionen für potentielle ErregerpositionenPlanung von Aufnehmer- und Erregerpositionen (Nachweis von Beobachbarkeit und Steuerbarkeit)
Copyright AIRBUS S.A.S.
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Versuchsaufbau – Übersicht
4 Beschleunigungsaufnehmer: 850Sensoren auf der primären Struktur: 450Sensoren auf Systemen: 260Sensoren auf den Decks: 80Zusätzliche Sensoren: 60
4 Elektrodynamische Erreger: 20 Kräfte zwischen 300 N und 2200 N
4 VXI-System mit 896 Kanälen4 Gesamtkabellänge: ~25.000 m4 Arbeitsplattformen für die Installation der Sensoren und Erreger4 Mobiler Container für die Versuchssteuerung und Datenanalyse
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Versuchsaufbau – Übersicht
Copyright AIRBUS S.A.S.Copyright AIRBUS S.A.S.
A380 während des Standschwingungsversuchs
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Versuchsaufbau – Übersicht
Copyright AIRBUS S.A.S.
A380 während des Standschwingungsversuchs
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Versuchsaufbau – Beschleunigungsaufnehmer
Copyright AIRBUS S.A.S.
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Verschiedene Typen von SensorenInstallation der Aufnehmer
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Versuchsaufbau – Erreger
Copyright AIRBUS S.A.S.Copyright AIRBUS S.A.S.
2000 N Erreger Triebwerksanregung
Erreger (550 N) auf Gleittisch Flügelanregung in Schlagrichtung
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Versuchsaufbau – Erreger
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Erregung an den ausgefahrenen Landeklappen
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Unwuchterreger - Rumpf
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Versuchsaufbau – VXI-System
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896 simultane Datennahmekanäle
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Versuchsaufbau - Messcontainer
A380 und MesscontainerCopyright AIRBUS S.A.S.
Copyright AIRBUS S.A.S.
Online Analyse der Breitbanddaten
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Versuchsdurchführung - Übersicht
4 Versuchsdurchführung in enger Kooperation von ONERA and DLR
4 Test-Team:7 Testingenieure 6 Techniker25 Personen für den Auf- und Abbau
4 Testphase: 7. Januar bis 8. Februar 20054 Tägliche Flugzeugbelegung von 7:00 to 22:00
Uhr in 2 Schichten4 Ablauf:
5 Tage für den Aufbau23 Tage für die Versuchsdurchführung1 Tag für die Demontage der Aufnehmer
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Versuchsdurchführung - Testprogramm
4 Vibrationstest - FlugzeugKonfiguration 1: „leere Tanks“Konfiguration 2: „(halb-)gefüllte Tanks“Konfiguration 3: Ausgefahrene LandeklappenSpezielle Tests der KontrollflächenIdentifikation der modalen Parameter
4 Windmilling-VersuchTriebwerkserregung mit sehr hohen Kräften Messung dynamischer Antworten (FRF)
4 Deck-TestErregung der Decks mit UnwuchterregernIdentifikation der modalen Parameter
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Versuchsergebnisse – Übersicht
4 Vibrationstest – Flugzeug111 Eigenformen für Konfiguration 189 Eigenformen für Konfiguration 253 Eigenformen für Konfiguration 3
4 Windmilling-Versuch38 Gleitsinusläufe 30020 gemessene FRF
4 Deck-Test19 Gleitsinusläufe 37 identifizierte Eigenformen
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Versuchsergebnisse – Eigenschwingungsform (1)
1. symmetrische Flügelbiegung
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Versuchsergebnisse – Eigenschwingungsform (2)
1. antisymmetrische Flügelbiegung
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Versuchsergebnisse – Eigenschwingungsform (3)
1. symmetrische Höhenleitwerksbiegung
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Versuchsergebnisse – Linearitätsdiagramm
Rotation des Seitenruders
Eig
enfre
quen
z
Anregungsniveau
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Zusammenfassung und Ausblick
4 Grundlagen von Standschwingungsversuchen
4 Einblick in den Versuchsablauf beim Airbus A380-800
4 Nächste geplante oder mögliche Tests von ONERA und DLR:A380-800 mit EA GP7200 TriebwerkenFrachter Version A380-800FVerlängerte Versionen der A380 (?)Militärisches Transportflugzeug A400M (?)Airbus A350 (?)
4 Anwendung der Standschwingungstechnik in der RaumfahrtSatellitenRaketen/Raketenkomponenten
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit