AK-11

Die AK-11 ist das neueste Projekt der Akaflieg Karlsruhe, das als Nachfolger der AK-X entwickelt wird. Durch die Entwicklung eines neuartigen Tragflügels mit spaltloser Vorderkantenklappe soll die Vorfluggeschwindigkeit gesteigert und damit ein Leistungsvorteil gegenüber Flugzeugen mit konventionellen Wölbklappen erzielt werden. Die Entwicklung wird vom Ministerium für Wissenschaft und Kunst Baden-Württemberg mit 300.000 € gefördert.

Die Idee

Um eine deutliche Leistungssteigerung gegenüber modernen Wettbewerbssegelflugzeugen zu erzielen, ist eine deutliche Verringerung des Widerstandes erforderlich, was nur noch mit einer Abkehr von konventionellen Flugzeugentwürfen mit einfacher Wölbklappe möglich ist. Mit dem Nurflügelsegelflugzeug AK-X hat die Akaflieg Karlsruhe bereits einen sehr radikalen Entwurf entwickelt und umgesetzt. Neben der Einsparung des Leitwerkwiderstandes beim Nurflügel besteht auch in der Entwicklung des Tragflügelprofiles erhebliches Potential. Ein Tragflügelprofil, das neben der herkömmlichen Wölbklappe an der Hinterkante zusätzlich über eine verstellbare Klappe an der Vorderkante verfügt, kann – bezogen auf die Flügelfläche – eine höhere Auftriebskraft erzeugen. Der Grund dafür liegt in der veränderten Profilform: Durch das Verstellen beider Klappen erhöht sich die Krümmung des Profils in der Langsamflugstellung – also insbesondere beim Start und bei der Landung.

Zum Erreichen der durch die Bauvorschrift vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit ist also bei gleichem Auftriebsbedarf eine geringere Flügelfläche erforderlich, der Tragflügel kann damit deutlich schlanker und widerstandsärmer ausgeführt werden. Durch die Verstellbarkeit der Vorderkantenklappe lässt sich der effiziente Betriebsbereich des Profils auf höhere Geschwindigkeiten ausdehnen, ohne im langsamen Steigflug Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Das Projekt

Das Projekt AK-11 umfasst die Entwicklung eines Tragflügels mit verstellbarer Vorderkantenkappe und klassischer Wölbklappe, sowie die Integration des Flügels in ein Segelflugzeug der FAI 20m-Doppelsitzerklasse. Die Vorderkantenklappe basiert auf einem Patent von Johannes Achtleitner, einem Alumnus der Akaflieg München. Die Firma Achleitner Aerospace unterstützt die Akaflieg bei der Entwicklung der Vorderkantenklappe mit ihrer Erfahrung in diesem neuartigen Konzept – wofür sich die Akaflieg herzlich bedankt.

Die Entwicklung der AK-11 wird mit knapp 300.000 € vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg im Rahmen der „Zukunftsoffensive IV“ der Luft- und Raumfahrtstrategie des Landes gefördert. Dieses Programm unterstützt studentische Gruppen, die mit innovativen Projekten zur Weiterentwicklung der Luft- und Raumfahrt beitragen und junge Talente für das Fachgebiet begeistern.

Dank dieser Förderung kann die Akaflieg Karlsruhe ihre Forschungsarbeit weiter vorantreiben und junge Menschen für das Fachgebiet der Luft- und Raumfahrttechnik und den Ingenieurberuf begeistern.

Herausforderungen

Moderne Segelflugzeuge besitzen Tragflächenprofile, bei denen die Luftströmung lange laminar anliegt. Erst im hinteren Bereich des Profils schlägt die Strömung turbulent um. Da laminare Strömungen weniger Luftwiderstand erzeugen als turbulente, ist es vorteilhaft, die Strömung möglichst lange laminar zu halten, um so eine höhere Gleitleistung zu erreichen.

Ein laminar-turbulenter Umschlag kann beispielsweise durch Unstetigkeiten im Profil oder Klappenspalte begünstigt werden, da diese Störungen in die Strömung einbringen und sie destabilisieren. Ein Klappenspalt zwischen der Vorderkantenklappe und dem Hauptflügel würde einen solchen Umschlag verursachen und dadurch zu einem deutlich erhöhten Widerstand führen.

Um dies zu vermeiden, erhält die AK-11 auf der Oberseite im Bereich des Klappenspalts ein durchgängiges Laminat, das sich im Langsamflug krümmungsstetig an die Vorderkantenklappe anschließt. Diese unkonventionelle Lösung erfordert einen erheblich höheren konstruktiven Aufwand.

Aufgrund der geringen Flügelfläche und der Teilung in Klappen und Hauptflügel ist der Bauraum im Flügel stark begrenzt. Obwohl die AK-11 durch eine höhere Vorfluggeschwindigkeit größeren Belastungen bei hohen Geschwindigkeiten ausgesetzt ist, fällt der Flügel samt Struktur deutlich schlanker aus als bei vergleichbaren Flugzeugen. Zusätzlich muss eine komplexere mechanische Steuerung und eine geeignete Führung der Klappen im schmaleren Flügel untergebracht werden, wodurch sich hohe Anforderungen in Bezug auf den Leichtbau und die geschickte Nutzung vorhandener Bauräume ergeben.

Projektfortschritt

Der Projektfortschritt lässt sich am besten über die Artikel in unserem Blog verfolgen.