To achieve the goals of a sustainable aviation industry, there is a need for new and innovative aircraft technologies that are superior to today’s transport aircraft in terms of performance and environmental impact. A developing trend for new aircraft configurations is using higher aspect ratio wings to minimize the induced drag. Owing to their design, these new wings are inherently more flexible. This leads to more wing deflection, especially during high load situations from maneuvering flights or gust encounters. This study investigates the effect of structural flexibility on the passive load alleviation performance of backward-swept wings. For this purpose, the influence parameters are analyzed using a reduced-order academic demonstrator example. In the second part, a transport aircraft with a wing aspect ratio of 10 and a novel configuration with an aspect ratio of 13 are designed and analyzed under varying stiffness effects in maneuver and gust load conditions. Due to the large wing deformations, an aeroelastic framework is presented that allows simulation including nonlinearities, such as large structural deformations, using nonlinear Finite Element (FE) methods. Because the simulations are carried out in the transonic flow regime, Reynolds-averaged Navier–Stokes methods are used for aerodynamic modeling to gain insight into the underlying flow physics. Both computational techniques are combined into a coupled fluid-structure interaction framework to perform aeroelastic simulations. The Field-Velocity-Approach (FVA) is applied to account for 1-cos gusts in aerodynamic modeling. The results of the analyses showed that the bending deflection of the wings strongly influences the passive load reduction characteristic. Due to the kinematic coupling between the bending and wing twist, a local reduction in the angle of attack can be initiated. In particular, in the case of steady-state maneuver loads or gusts with a long gust length, the load reduction due to wing bending is predominant. With short impulsive gust excitations, inertia effects dominate, and no advantages can be achieved. Only the torsionally stiff wing configurations provided improved load reduction characteristics in these load cases. The results of the gust response analysis are summarized in terms of their passive load alleviation characteristics and limiting effects are highlighted specifically for wings with increased structural flexibility      «

To achieve the goals of a sustainable aviation industry, there is a need for new and innovative aircraft technologies that are superior to today’s transport aircraft in terms of performance and environmental impact. A developing trend for new aircraft configurations is using higher aspect ratio wings to minimize the induced drag. Owing to their design, these new wings are inherently more flexible. This leads to more wing deflection, especially during high load situations from maneuvering flights...     »

Um die Ziele einer nachhaltigen Luftfahrtindustrie zu erreichen, bedarf es neuer und innovativer Flugzeugtechnologien, die jene heutiger Verkehrsflugzeuge in Bezug auf Leistung und Umweltverträglichkeit übertreffen. Ein sich abzeichnender Trend bei neuen Flugzeugkonfigurationen ist die Verwendung von Flügeln mit einem höheren Streckungsverhältnis, um den induzierten Widerstand zu minimieren. Aufgrund ihrer Konstruktion sind diese neuen Flügel von Natur aus flexibler. Dies führt zu einer stärkeren Durchbiegung der Flügel, insbesondere bei zusätzlichen Belastungen durch Manöverflüge oder Böen. In dieser Studie wird die Auswirkung der strukturellen Flexibilität auf das passive Lastabminderungsverhalten von rückwärtsgepfeilten Tragflächen untersucht. Zu diesem Zweck werden die Einflussparameter anhand eines akademischen Demonstrationsbeispiels reduzierter Ordnung analysiert. Im zweiten Teil wird ein Transportflugzeug mit einer Flügelstreckung von 10 und eine neuartige Konfiguration mit einer Streckung von 13 entworfen und unter verschiedenen Steifigkeitseffekten unter Manöver- und Böenlastbedingungen analysiert. Da die Tragflächen große Verformungen aufweisen, wird ein aeroelastischer Simulationsansatz vorgestellt, der die Simulation von Nichtlinearitäten, wie z.B. große strukturelle Verformungen, mit Hilfe nichtlinearer Finite-Elemente-Methoden (FE) ermöglicht. Da die Simulationen im transsonischen Strömungsbereich durchgeführt werden, werden für die aerodynamische Modellierung Reynolds-gemittelte Navier-Stokes-Methoden verwendet, um einen Einblick in die zugrunde liegende Strömungsphysik zu erhalten. Beide Berechnungsmethoden werden in einem gekoppelten Fluid-Struktur-Interaktionsmodell zusammengeführt, um aeroelastische Simulationen durchzuführen. Der Field-Velocity-Approach (FVA) wird verwendet, um 1-cos-Böen bei der aerodynamischen Modellierung zu berücksichtigen. Die Ergebnisse der Analysen zeigten, dass die Biegung der Flügel die Charakteristik der passiven Lastreduktion stark beeinflusst. Durch die kinematische Kopplung zwischen Biegung und Flügelverwindung kann eine lokale Reduzierung des Anstellwinkels eingeleitet werden. Insbesondere bei stationären Manöverlasten oder Böen mit großer Böenlänge überwiegt die Lastreduktion durch die Flügelbiegung. Bei kurzen impulsiven Böenanregungen dominieren Trägheitseffekte, und es können keine Vorteile erzielt werden. Nur die verwindungssteifen Flügelkonfigurationen zeigten in diesen Lastfällen bessere Lastminderungseigenschaften. Die Ergebnisse der Böenanalyse werden hinsichtlich ihrer passiven Lastminderungseigenschaften zusammengefasst und begrenzende Effekte speziell für Flügel mit erhöhter Strukturflexibilität aufgezeigt.     «

Um die Ziele einer nachhaltigen Luftfahrtindustrie zu erreichen, bedarf es neuer und innovativer Flugzeugtechnologien, die jene heutiger Verkehrsflugzeuge in Bezug auf Leistung und Umweltverträglichkeit übertreffen. Ein sich abzeichnender Trend bei neuen Flugzeugkonfigurationen ist die Verwendung von Flügeln mit einem höheren Streckungsverhältnis, um den induzierten Widerstand zu minimieren. Aufgrund ihrer Konstruktion sind diese neuen Flügel von Natur aus flexibler. Dies führt zu einer stärkere...     »