ATLAS

Multidisziplinärer Strukturentwurf und Thermomanagement für Elektroflugzeuge

Im Forschungsprojekt ATLAS entwickelt das IFL innovative, multifunktionale Sandwichstrukturen, die gleichzeitig als tragende Primärstruktur, Wärmeübertrager und zur aerodynamischen Grenzschichtbeeinflussung – beispielsweise durch Absaugung – eingesetzt werden können. Derartige Funktionsintegration ist bislang nicht Stand der Technik, wird jedoch für zukünftige Flugzeugkonzepte mit alternativen Antrieben und erhöhten Effizienzanforderungen zunehmend relevant. Ziel des Projekts ist es, durch die Kombination dieser Funktionen in einer einzigen Strukturkomponente maximale Synergien zu erzielen und so Strukturmasse einzusparen sowie den Primärenergiebedarf zukünftiger Flugzeuge zu reduzieren.

Die Konzeptentwicklung gliedert sich in drei aufeinander aufbauende Phasen. In der ersten Phase werden verschiedene Sandwichkonzepte systematisch entwickelt und auf Basis von Low-Order-Methoden sowie verfügbarer Literatur hinsichtlich ihrer strukturmechanischen, thermischen und strömungstechnischen Eigenschaften bewertet. Besonderer Fokus liegt dabei auf Kernstrukturen auf Basis von TPMS-Geometrien (z. B. Gyroids) sowie einem Zweikammersystem, das sowohl Absaugung als auch Kühlung ermöglicht. Aus der Variantenvielfalt werden zwei Konzepte – eine Reinkunststoffbauweise und ein Kunststoff-Metall-Hybrid – für die vertiefte Untersuchung in Phase 2 ausgewählt.

In der zweiten Phase erfolgt die hochauflösende, multidisziplinäre Modellierung der ausgewählten Konzepte mittels gekoppelter FEM- (Abaqus) und CFD-Simulationen (OpenFOAM). Auf Basis von Einheitszellen der periodischen Struktur werden umfangreiche Parameterstudien durchgeführt, die den Entwurfsraum systematisch abdecken und eine belastbare Datenbasis für datengetriebene Surrogatmodelle aufbauen. Gleichzeitig wird ein Sizing-Tool entwickelt, das die iterative Anpassung von Geometrie- und Materialparametern für einzelne Panele ermöglicht.

In der dritten Phase werden KI-basierte Ersatzmodelle als FEM-Makroelemente bereitgestellt, die eine effiziente Repräsentation der multifunktionalen Sandwichpanele in globalen Flugzeuggesamtentwurfsmodellen erlauben. Diese Makroelemente bilden thermische, strukturmechanische und aerodynamische Eigenschaften der Sandwichstruktur kompakt ab und ermöglichen so die Integration in Gesamtentwurfsstudien auf Systemebene. Die entwickelten Methoden und Technologiebausteine sollen langfristig in weiterführende Forschungsvorhaben, Industriekooperationen sowie die universitäre Lehre einfließen.