Thermo-mechanische Modellierung von Flugzeugreifen für transiente Manöver
Stephanie Kahms, Jörg Wallaschek
Der Flugzeugreifen ist das Bindeglied zwischen Flugzeug und Landebahn und überträgt innerhalb der Kontaktfläche Kräfte und Momente. Dazu zählen Vortriebs- und Bremskräfte sowie die Seitenführungskräfte bei Kurvenfahrten. Während des Landevorgangs wirken auf den Flugzeugreifen enorme Kräfte. Vor allem beim Aufsetzen kommt es zu sichtbarem Reifenabrieb, aber auch der sich anschließende Bremsvorgang bzw. das folgende Taxiing spielen eine Rolle für die Temperaturentwicklung und den Reifenverschleiß. Im Rahmen dieser Arbeit werden die transienten Vorgänge am Flugzeugreifen mit Hilfe einfacher physikalischer Modelle abgebildet. Diese haben gegenüber komplexen FEModellen vor allem Vorteile in Bezug auf die Rechenzeit. Ein besonderer Fokus der Arbeit liegt auf der Berechnung der Kontaktkräfte in longitudinaler und lateraler Richtung sowie der Temperatur- und Abriebsberechnung unter transienten Bedingungen, wie sie beispielsweise bei der Landung oder dem Taxiing auftreten. Für die Simulation der Kontaktkräfte wird ein erweitertes Bürstenmodell verwendet, welches ein bekanntes Modell zur Beschreibung eines rollenden, deformierbaren Rades ist. Die Reifentemperatur wird über eine transiente Wärmeleitungsgleichung berechnet. Sie ist abhängig von sowohl äußeren, als auch inneren, reibungsbedingten Wärmeflüssen. Zur Berechnung des Reifenverschleißes wird eine Abriebsgleichung aus experimentellen Ergebnissen hergeleitet. Die freien Modellparameter werden experimentell identifiziert und das Gesamtmodell anhand von Messungen am Gesamtreifen validiert. Sich anschließende Simulationen dienen zur Analyse verschiedener Lande- bzw. Fahrzustände und verfolgen das Ziel ein besseres Verständnis für insbesondere die Temperaturentwicklung sowie den Reifenabrieb zu erlangen.
