Semi-Analytische Berechnung instationärer Temperaturen in gefügten Strukturen

Abstract

A semi-analytical method is presented for calculating temperature transients in skin-web-configurations including the effect of a thermal joint resistance at the web-skin (flange) junction. Based on the temperature functions independently developed for both elements at given boundary conditions and constant junction temperature the joint resistance can be taken into account easily by formulation of a heat balance above and below the joint. The method, here applied to aircraft structures (stiffened panel, wing box) for the step functions of fluid temperature and heat transfer coefficient can also be extended to similar problems in other engineering fields of application.

Zusammenfassung

Es wird ein halbanalytisches Berechnungsverfahren zur Bestimmung der instationären Temperaturen von Haut-Steg-Verbindungen vorgestellt, das den Einfluß einer Fügung zwischen Haut (Flansch eines Winkels) und Steg numerisch berücksichtigt. Ausgehend von den Temperaturfunktionen, die sich unabhängig voneinander für die beiden Strukturelemente bei gegebenen Randbedingungen und konstanter Randtemperatur an der Verbindungsstelle ergeben, kann der thermische Übergangswiderstand der Fügung (z.B. einer Nietverbindung) durch Formulierung einer Wärmebilanz sowohl oberhalb als auch unterhalb der Fügung auf einfache Art in die Berechnung einbezogen werden. Das Verfahren, das am Beispiel von Flugzeugstrukturen (versteifte Tragflügelgurtplatte, Tragflügelkasten) für den Sprung der Fluidtemperatur und des Wärmeübergangskoeffizienten untersucht wird, läßt sich auch auf ähnliche Probleme in anderen Ingenieursdisziplinen übertragen.