Untersuchung der Auswirkungen einer widerstandsreduzierenden Beschichtung auf die dynamische Gier- und Seitenstabilität der Boeing 777

Abstract

In dieser Arbeit werden die Auswirkungen einer aerodynamischen Modifikation der Boeing 777-F durch eine Beklebung des Rumpfes und der Nacelles mit Riblet-Strukturen auf die dynamische Stabilität der Seitenbewegung des Flugzeugs sowie die Funktionsweise des Gierdämpfers untersucht. Dazu wird eine Analysemethodik in der Simulationsumgebung von Matlab/Simulink entwickelt, welche die Untersuchung der Flugzeugdynamik anhand der um einen Referenzzustand linearisierten Bewegungsgleichungen ermöglicht sowie eine vereinfachte Modellierung des Gierdämpfers enthält. Anhand von CFD Simulationen werden die aerodynamischen Derivative sowie der Effekt der Riblet-Modifikation auf die Beiwerte ermittelt. Zudem erfolgt eine Abschätzung der Trägheitsmomente und dynamischen Derivative des Systems. Das Simulationsmodell der Boeing 777-F wird anhand von realen Testflugdaten validiert und kalibriert und im Anschluss zur Untersuchung des Effekts der Riblet-Modifikation im Zeitbereich sowie Frequenzbereich verwendet. Die Untersuchung des Riblet-Effekts zeigt dabei keine Auswirkungen auf die dynamische Stabilität sowie Funktionsweise des Gierdämpfers der Boeing 777-F.

In this thesis, the effects of an aerodynamic modification of the Boeing 777-F by covering the fuselage and nacelles with riblet structures on the lateral-directional dynamic stability and operation of the yaw damper system are investigated. For this purpose, an analysis methodology is developed in the Matlab/Simulink simulation environment, which enables the study of the aircraft dynamics using the linearized form of the equations of motion regarding to a trim condition and includes a simplified model of the yaw damper. Numerical CFD simulations are used to determine the aerodynamic derivatives and the effect of the riblet modification. Furthermore, the system’s moments of inertia and dynamic derivatives are estimated. The simulation model of the Boeing 777-F is validated and calibrated using real test flight data and subsequently used to analyze the effect of the riblet modification in the time domain as well as in the frequency domain. The investigation of the riblet effect shows no significant effects on the dynamic stability and functionality of the yaw damper of the Boeing 777-F.