Eine Methodik zur analytischen Gewichtsabschätzung und Bewertung von Strukturverbindungen im Flugzeugvorentwurf

Eine präzise Massenabschätzung ist in der Flugzeugvorentwurfsphase essentiell, da die Leistungsdaten eines zukünftigen Flugzeugentwurfs entscheidend durch die Masse geprägt werden und eine Fehlprognose deutliche Mehrkosten im Entwicklungsprozess zur Folge hat.

Obwohl sich die Verfahren der mathematischen Statistik in der Vergangenheit aufgrund des Vorteils weniger Eingabeparameter etabliert haben, kommen sie heute nicht mehr uneingeschränkt zur Anwendung. Empirische Gewichtsabschätzungsformeln basieren auf Daten existierender Flugzeuge und spiegeln somit implizit deren Technologie wider. Nachteilig sind insbesondere die unzuverlässigen Prognosemöglichkeiten bei deutlicheren Abweichungen der Neu-Konstruktion von Flugzeugen dieser Datenbasis, weshalb zusätzlich der Einsatz analytischer und/oder numerischer Methoden gefordert wird, um auch neue Bauweisen und Technologien gewichtlich korrekt abbilden zu können. Überdies ist eine differenzierte Trennung des Gewichts in das "Optimum-Weight" - das minimal für die Belastungen erforderliche Strukturgewicht - und das "Non-Optimum-Weight" - das aufgrund des praktischen Designs hinzukommende Gewicht, welches die Verbindungselemente als größten Gewichtstreiber ausweist -, anzustreben, da diese beiden Gewichtsanteile grundsätzlich verschiedenartigen Effekten zuzuschreiben sind.

Die vorliegende Arbeit leistet durch die neuartige Entwicklung von analytischen und darauf aufbauenden dimensionslosen Gewichtsfunktionalen für Strukturverbindungen einen Beitrag zu einer genaueren und theoretisch umfassend fundierten Gewichtsabschätzung. Die Methodik trägt der Trennung des "Optimum-Weights" und des Gewichts aufgrund von "Non-Optimum"-Faktoren Rechnung und ermöglicht somit erstmals eine objektive gewichtliche Bewertung unterschiedlicher Fügeverfahren.

Hierfür werden anhand abstrahierter Strukturmodelle und für den Vorentwurf geeigneter analytischer Ansätze für verschiedene Fügeverfahren (Nieten, Kleben, Schweißen) symbolische