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B2.4 - Hybrid load alleviation by fluidic/reversed control and nonlinear structures

B2.4 - Hybrid load alleviation by fluidic/reversed control and nonlinear structures

Project description

Concepts of hybrid load alleviation

Effective load alleviation enables radical mass reduction of aircraft wing primary structures and, directly and through secondary effects, also a reduction of overall aircraft mass, energy consumption and emissions. Previous research has shown that both active and passive concepts face limitations in alleviating dynamic loads over the entire flight envelope and for all relevant load cases. The project HyCoNoS will substantiate feasibility of hybrid load alleviation concepts combining smart structural design exploiting structural and geometric nonlinearities, and unconventional actuation methods such as fluidic actuation and control surfaces operated in efficient reversed mode. These individual active and passive load alleviation concepts will initially be parametrically investigated in preparation of a combined application. The most promising concept combinations will be selected and optimized for mid- and long-range aircraft configurations and operating conditions covering the full flight envelope. Based on these results, a comprehensive comparison of different hybrid concepts for load alleviation will be carried out, evaluating their load reduction potential, integration and compatibility with other systems, and climate-relevant impact for the entire aircraft.

Individual concepts

Fluidic actuators
Flow simulations of fluidic actuators

Active flow control with fluidic actuators has the potential to provide fast, efficient, and highly adaptive lift redistribution to alleviate gust loads. The actuators have a strong impact on the flow field around the wing by creating regions of separated flow or shifting the stagnation point around the trailing edge. This can be used to either influence the airfoil lift or create pitching moments that trigger a non-linear structural behavior.

Non-linear structures
Concept sketch of non-linear structures

This passive approach aims to use buckling elements in the wing structure that create a non-linear stiffness behavior with increasing load factor. The non-linearity is triggered by panel buckling at a critical load factor. The bending-torsion coupling then leads to a progressive reduction of angle of attack in the outer wing region in order to shift the lift distribution inboard and therefore reduce the wing root bending moment.

Reversed control
Concept sketch of control surfaces operated in reversed mode

The objective of this concept is to achieve a highly flexible wing that is able to perform extreme load alleviation by utilizing control surfaces as flaps that will control the wing's deformation rather than directly acting as load control devices. For this purpose, aeroelastic tailoring will be utilized to adjust the stiffness of the structure in order to enhance the post reversal regime and maintain aeroelastic stability. The layout of the control surfaces will be optimized for the purpose of this approach and prescheduled deflections will be designed for alleviating maneuver loads and gust loads.


Wissenschaftliche Mitarbeiter

Jorge Bustamante (IFL)

Evangelos Filippou (TU Delft, Aerospace Structures & Materials)

Florian Siebert (ISM)

Projektleitung

Dr.-Ing. André Bauknecht (Project lead, ISM)

Dr.-Ing. Matthias Haupt (Project Co-PI, IFL)

Dr.ir. R. Roeland De Breuker (Project Co-PI, TU Delft)

Dr. Juri Sodja (Project Co-PI, TU Delft)

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