Approximative Stabilitätsanalyse der nichtlinearen Dynamik von Flugzeugen

Siepenkötter, Norbert; Alles, Wolfgang

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-6505

Approximative Stabilitätsanalyse der nichtlinearen Dynamik von Flugzeugen

Siepenkötter, Norbert (Author)^RWTH*

2003

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Norbert Siepenkötter

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2003

UmfangXI, 109 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2003

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Alles, Wolfgang (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2003-08-01

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-6505
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/52666/files/Siepenkoetter_Norbert.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Maschinenwesen (400000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Flugzeug (Genormte SW) ; Nichtlineare Dynamik (Genormte SW) ; Stabilität (Genormte SW) ; Mittelwertmethode (Genormte SW) ; Physik (frei) ; Flugdynamik (frei) ; Stabilitätsanalyse (frei) ; flexibles Flugzeug (frei) ; nichtlinear (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit stellt eine Methode zur nichtlinearen Analyse der Bewegung dynamischer Systeme und seine Anwendung auf Flugzeuge vor. In Erweiterung bestehender Mittelwertverfahren folgt diese Methode der linearisierenden Eigenwertanalyse, wobei jedoch die Eigenwerte und Eigenvektoren hier als Funktionen der Auslenkung aus der Gleichgewichtslage bestimmt werden. Dieser Ansatz erlaubt die Bestimmung des Stabilitätsverhaltens auch außerhalb der nahen Umgebung des betrachteten Gleichgewichtspunktes. Ein Testbeispiel zur Demonstration der Robustheit der Methode und seine Anwendung auf das Modell eines agilen FLugzeuges mit hochgradig nichtlinearen aerodynamischen Eigenschaften sowie auf das Modell eines Grossflugzeuges mit flexiblen Bewegungsfreiheitsgraden werden dargestellt. Die Analyse zeugt eine gute Übereinstimmung mit Ergebnissen aus Bifurkationsanalysen und erlaubt eine quantitative Bestimmung des Stabilitätsverhaltens des Systems auch zwischen Zweigen des Bifurkationsdiagrammes. Die instabile Spiralbewegung des flexiblen Flugzeuges zeigt zudem die Existenz von zuätzlichen stabilen Gleichgewichtspunkten in der Nachbarschaft des betrachteten Gleichgewichtspunktes aufgrund von Systemnichtlinearitäten.

A method for the nonlinear analysis of dynamic systems and its application to aircraft is presented. In extension of existing averaging methods this procedure follows the linearizing eigenvalue analysis, but defines the eigenvalue and eigenvector as functions of the deflection from the examined equilibrium. This approach allows the determination of the systems stability properties even beyond the close vicinity of the equilibrium. A test case to verify the robustness of the method and its application to the model of an agile aircraft with highly nonlinear aerodynamics and a large aircraft with flexible degrees-of-freedom is shown. The analysis shows very good agreement with the results of bifurcational analyses and allows a quantitative prediction of the systems stability behavior even between the branches of the bifurcation diagram. The unstable spiral mode of the flexible aircraft shows the existence of additional stable equilibria in the vicinity of the examined equilibrium due to system nonlinearities.

Fulltext:
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