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Entwurf, Fertigung und Untersuchung eines Windkanalmodells eines innovativen, senkrechtstartenden Kleinflugzeuges

Die Validierung von Rechenergebnissen durch Windkanalversuche im Rahmen eines Flugzeugentwurfes ist auf Grund unvermeidbarer Vereinfachungen numerischer Strömungsberechnung angebracht. Maßgebend für den Bau eines Windkanalmodells sind eine exakte Darstellung der Oberflächenform und eine vorhersagbare Verformung unter Belastung. Für diese Windkanalversuche ermöglichen 3D Druck Verfahren wirtschaftliches, schnelles und präzises Fertigen von beinahe beliebig komplexen Geometrien der Windkanalmodelle. So kann auf das wesentlich aufwändigere Holz- und Metallmodell in vielen Bereichen verzichtet werden. Am Beispiel eines mittels des Extrusionsverfahrens aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) Kunststoff gefertigten Windkanalmodells eines senkrechtstartenden Kipprotorkleinflugzeug konnte gezeigt werden, dass moderne Messmethoden, wie die Kraftmessung, Druckmessung und Particle Image Velocimetry, zuverlässig und reproduzierbar auf das im 3D Druckverfahren gefertigte Modell angewendet werden können. Strukturell hat sich eine einfache Strukturverstärkung mittels CFK Rohren als notwendig erwiesen.

The validation of computational results by wind tunnel tests as part of aircraft design is state of the art due to unavoidable simplifications of numerical flow calculations. For the construction of a wind tunnel model an exact representation of the surface shape and a predictable deformation under load are important. For wind tunnel tests 3D printing processes can make the manufacturing of arbitrarily complex geometries of the wind tunnel models more economical, fast and precise. So, more expensive wood and metal models can be avoided mostly. In the described example a small tilt rotor aircraft with vertical take-off and landing capabilities was manufactured from acrylonitrile butadiene styrene (ABS) plastic using an extrusion process. It could be shown that modern measurement methods such as force measurement, pressure measurement and particle image velocimetry can be applied reliably and. An increase of structure stiffness and strength enforcement by carbon-fiber-reinforced polymer tubes was necessary.