Im Rahmen des LuFo-Projekts MILAN (Morphing Wings for Sailplanes) wurde in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern ein Morphing-Flügelsegment in Originalgröße entworfen, gebaut und getestet. Es handelt sich dabei um einen funktionalen und strukturellen Demonstrator des Innenflügels für ein Hochleistungssegelflugzeug mit 18 m Spannweite und einer elastisch verformbaren Flügelvordersektion (Morphingnase). Der Versuchsaufbau ist in Abbbildung 1 zu sehen.
Ein Segelflugzeug mit einer verformbaren Flügelvordersektion in Kombination mit einer konventionellen Hinterkantenklappe bietet das Potenzial, die Laminardelle in der Widerstandspolare auf höhere Auftriebsbeiwerte zu erweitern. Dadurch kann die Flügelfläche verkleinert und die Flächenbelastung erhöht werden, während die Langsamflugleistung erhalten bleibt. Höhere Gleitzahlen (Auftrieb/Widerstand), insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten, können erreicht werden.
Eine Reihe von elastisch verformbaren Rippen mit nachgiebigen Mechanismen wird verwendet, um die gewünschte Verformung der Flügelhaut aufzuprägen (Reinisch 2019, Reinisch et al. 2021). Auf diese Weise ist es möglich, für unterschiedliche Flugzustände zwischen bestimmten Tragflächenprofilen zu wechseln. Für den Schnellflug haben die Profile eine geringe Wölbung, für den Langsamflug wird die Vordersektion heruntergewölbt (gemorpht) und die Hinterkantenklappe wird nach unten ausgeschlagen. Spezielle Morphing-Profile und ein Flügelgrundriss wurden dafür entworfen und optimiert (Achleitner et al. 2019).
Eine Flügelhaut aus Faser-Verbundwerkstoff wurde entwickelt, um die gewünschten Verformungen ohne Beulen zu erreichen (Sturm und Hornung 2021). Die Primärflügelstruktur für das Demonstrator-Flügelsegment ist so ausgelegt, dass sie trotz der geringeren Dicke und der kleineren Querschnitte den Belastungen standhält. Statische, aeroelastische Optimierung zur Reduktion der Flügelverdrehung wurde untersucht (Sturm et al. 2021).
Das Demonstrator-Flügelsegment umfasst den inneren Flügel bis zu einer Halbspannweite von 2400 mm und ist mit einem Stahlträger verlängert, um eine repräsentative Flügelbiegung mit einem Kran aufbringen zu können (siehe Abbildung 2). Bisherige numerische Untersuchungen zeigen, dass die überlagerte Flügelbiegung die Nasenverformung beeinflusst und zu größeren Aktuationskräften führt. Mittels eines Torsionsrohrs mit mechanischem Umlenkgetriebe wird an drei Punkten an der unteren Flügelhaut gezogen.
Im Versuch wurden verschiedenen Flügelbiegeverformungen (Massenentlastung, Horizontalflug, Kreisflug) aufgebracht und die Flügelvordersektion in Schnell- und Langsamflugstellung verformt. Die Geometrie wurde mittels Photogrammmetrie und 3D-Laserscanning zur Analyse der Tragflügelkonturen vermessen (siehe Abbildung 3). Dehnungen der formvariablen Schale wurden lokal mit Dehnungsmessstreifen aufgezeichnet.
Nach den statischen Tests wurde mit der Vordersektion ein Ermüdungsversuch mit mehreren tausend Lastzyklen durchgeführt. Die Testauswertung wird momentan durchgeführt.
Status: November 2022
