AK-eLEVEN

Und nach X kommt…

…eLEVEN! So jedenfalls der Arbeitsname des neuen Projekts der Akaflieg Karlsruhe. Nachdem bei unserem derzeitigen Hauptprojekt, der AK-X, nun langsam aber sicher ein Ende in Aussicht ist, wurde es Zeit sich Gedanken über mögliche Nachfolgerprojekte zu machen. Doch wie soll es nach so einem ambitionierten und modernen Projekt wie dem Nurflügler Ak-X weitergehen?

Eine schwierige Frage, die uns einige Monate lang beschäftigt hat. Doch wir denken wir haben eine gute Antwort gefunden:

Die AK-eLEVEN wird ein Messflugzeug mit leicht auszuwechselnden Außenflügeln und einer von Anfang an eingeplanten Messinfrastruktur. Dieses Konzept soll es uns und zukünftigen Generationen erleichtern strömungsmechanische Forschung im Freiflug durchzuführen: Durch die modularen Außenflügel können wir beispielsweise verschiedene Profile oder Grenzschichtbeeinflussungstechniken mit erheblich geringerem Zeit- und Bauaufwand untersuchen. Daraus ergeben sich viele Möglichkeiten für zukünftige innovative Projekte in vielen Bereichen der Luftfahrt.

Wir haben uns dazu entschieden, die AK-eLEVEN nicht als Segelflugzeug sondern als Motorflugzeug auszulegen, was längere Flugzeiten ohne teuren F-Schlepp auch in den ruhigen frühen Morgenstunden ermöglicht. Zudem ergänzt ein Motorflugzeug unseren derzeitigen Flugzeugpark sehr gut, da die Akaflieg Karlsruhe derzeit kein Eigenstartfähiges Flugzeug besitzt. Und schließlich bietet uns die Ausführung als Motorflugzeug viele Chancen unsere Kompetenzen in der Gruppe zu erweitern und zusätzliche Möglichkeiten zur Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnern.

Bei der Wahl eines Antriebskonzepts bietet es sich aufgrund der vielen Messelektronik, die ohnehin im Flugzeug verbaut ist, an, anstelle eines „normalen“ Verbrennungsmotors für den Antrieb einen Elektromotor zu verwenden. Eine leistungsfähige elektrische Infrastruktur im Flugzeug bietet auch die Möglichkeit einer relativ leichten Einbindung weiterer Messanlagen nach Projektfertigstellung. Ein solches Konzept erscheint uns zudem zeitgemäß und beherbergt großes Entwicklungs- und Innovationspotential, da Elektroflug derzeit ein eher wenig optimiertes Gebiet ist. Ein weiterer Vorteil eines Elektroflugzeugs sind die niedrigeren Betriebskosten im Vergleich zu konventionellen Maschinen, was die Kosten von Messkampagnen weiter senkt.

Insgesamt bietet die AK-eLEVEN damit viele Möglichkeiten der Innovation und Weiterentwicklung für die Akaflieg sowohl durch Entwicklung und Bau des Flugzeuges, als auch durch die Messkampagnen, die nach Projektabschluss durchgeführt werden können.

Events

90 Jahre Akaflieg

Forschen. Bauen. Fliegen. Unter diesem Motto wird am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mittlerweile schon seit über 90 Jahren Forschung und Entwicklung in der Luftfahrt betrieben – und das gab es zu feiern. Anfang November war es dann soweit, die große Feier stand an. Begonnen wurde sie mit einem Vortrag im Audimax von Airbus-Ingenieur Lars Bensch über das Perlan Projekt. Anschließend wurde im Studentenhaus gemeinsam mit ehemaligen Akafliegern, befreundeten Fliegerkollegen, Sponsoren und unseren Ehrengästen interessanten Vorträgen gelauscht. Hier wurde über die Geschichte der Akaflieg und die Entwicklung der AK-X referiert. Als besonderer Höhepunkt des Abends hielt Streckensegelflugweltmeister Klaus Ohlmann einen Vortrag über die Erforschung von Lee-Wellen.

Neben Klaus Ohlmann freuten wir uns, unsere anderen Ehrengäste Herr Dr.-Ing. Ziegahn vom KIT-Präsidium, Herr Dr. Käuflein, Bürgermeister der Stadt Karlsruhe, sowie Steffen Baitinger vom BWLV begrüßen zu dürfen. Der zweite Höhepunkt der Veranstaltung war die Enthüllung unseres Prototypen AK-X im derzeitigen Bauzustand.

 

AK-X

Wingletform links fertig

Gut zweieinhalb Jahre ist es her, dass die erste Flügelform der manntragenden AK-X entstanden ist. Seitdem haben wir ein ganzes Arsenal für Außenschalen und Einbauteile der AK-X gefertigt. Die Wingletformen sind nun die letzten großen Formen in dieser Reihe. Bisher haben wir die Formen allesamt selbst gefräst, doch die Industriekooperation, bei der wir selbstständig die Fräse an Wochenenden bedienen durften, stand leider nicht mehr zur Verfügung. Umso mehr freuen wir uns, dass sich mit der Firma Schäfer ein Enthusiast gefunden hat, der nicht nur das Fräsen der Formen ermöglicht, sondern uns auch noch die anstrengenden Wochenendschichten abgenommen hat.

 

Die Formen stellten auf gleich mehreren Ebenen eine Herausforderung dar:

  • Bei der aerodynamischen Auslegung der Winglets der AK-X müssen eine Vielzahl an Anforderungen unter einen Hut gebracht werden:
    • Seitenstabilität: Da es kein Leitwerk gibt, muss die Gierstabilität von den Winglets erzeugt werden. Diese haben jedoch einen deutlich kleineren Hebelarm als ein herkömmliches Seitenruder und sind selbst zusammengerechnet flächenmäßig nicht größer
    • Überzieheigenschaften: Um unangenehmes Stallverhalten zu vermeiden, hat die AK-X einen sehr ausgetüftelten Schränkungsverlauf. V.a. beim Außenflügel kurz vor dem Wingletknick macht der sich mit stark negativen Werten bemerkbar. Trotzdem muss die gewünschte Auftriebsverteilung in einem weiten Flugbereich sichergestellt werden und die Profile dürfen bei niedrigen ca-Werten auch nicht negativ ablösen
    • Um Taumeln zu vermeiden, ist die Profilierung der Winglets symmetrisch. Das steht jedoch direkt im Gegensatz zum Effizienzgedanken, den man bei Winglets verfolgt. Es war also eine besondere Herausforderung ein Profil zu entwickeln, dass symmetrisch ist, viel Auftrieb generieren kann und trotzdem einen geringen Widerstand im Geradeausflug hat
  • Nachdem es die Winglets im Computer gab, musste nun eine Form drumherumkonstruiert werden. Durch den starken Versatz und die Größe ergab sich so ein aufwendiger Unterbau, um einerseits die Formklötze zu stützen, andererseits bei der Fertigung der Winglets aber auch nicht im Weg zu sein.

Im Moment konstruieren wir das Innenleben der Winglets. Dabei planen wir den Leichtbau auf die Spitze zu treiben und ein Verfahren zu erproben, welches bei unserem nächsten Prototyp vielleicht zentral wird.

AK-X

Rumpf rohbaufertig

Vor drei Monaten haben wir den Rumpf „zugeklebt“. Damit war er jedoch noch nicht fertig, auch wenn wir einen Großteil der Teile bereits eingebaut hatten. Nach dem Verkleben musste noch der Haubenrahmen, die Sitzwanne und diverse Kleinteile eingebaut werden. Außerdem wurde eine Vielzahl an Öffnungen und Löchern angelegt, um Fahrwerke, Steuerung, Aggregate, Kabel, u.v.m. aufzunehmen. Nun ist er jedoch fertig – zumindest strukturell. Das bedeutet: Die Lasten, die er aushalten soll, kann er nun tragen. Zur Flugtüchtigkeit fehlen nun natürlich noch Instrumente, Fahrwerke und Steuerung. Da wir hierbei fast alles für die AK-X neu konstruieren müssen, schauen wir uns das für jedes Teil zunächst aus Plastik an, bevor aufwendige Metallteile gefertigt werden. Einen ersten „Stresstest“ haben wir ebenfalls durchgeführt. Vor dem Erstflug muss es jedoch noch einige solcher Versuche geben, die sicherstellen, dass wirklich alles so funktioniert, wie wir das beabsichtigt haben.

AK-X

Montage der Flügelsteuerung

Auch wenn die Hitze den ein oder anderen Arbeitsschritt bei uns ausgebremst hat… Ganz am Bauen hindern konnte sie uns nicht. Nachdem wir im Frühjahr gezeigt haben, wie aus Teilen im CAD Teile in der Realität werden, sind wir nun einen großen Schritt weiter: Diese Teile passen doch tatsächlich in unser Flugzeug, wer hätte es gedacht. Natürlich funktioniert nicht alles 100% so, wie wir uns das gedacht haben. So mussten wir einige Wasserschotts im Tank, die die Steuerung vor dem Wasserballast schützen, umkonstruieren. Doch wir sind selbst ein bisschen überrascht, dass ansonsten nahezu alles so zusammenpasst, wie wir uns das am Rechner überlegt haben.

Um die fünf Signale – Innere Klappe, Mittlere Klappe, Äußere Klappe, Bremsklappe, Seitenruder – mechanisch durch den Flügel zu übertragen, ist etwas Aufwand je Flügel nötig (Die serienmäßige Bremsklappe nicht mitgezählt):

  • 9 Hebel lenken Bewegungen von 15 Alu- und 2 Kohlefaser-Stangen um
  • 68 Kugel- und Gelenklager ermöglichen die Bewegungen zwischen Stangen und Hebeln und der Struktur
  • 18 Linearlager halten die Steuerstangen in Position und verhindern deren Ausknicken
  • ca. 600 Schrauben, Muttern, Nieten und Unterlegscheiben verbinden diese Elemente

An dieser Stelle ein herzliches Dankeschön an alle Partner, die uns in unserem Vorhaben unterstützen.

AK-X

Rumpf verklebt

Es ist geschafft. Gut ein Jahr nach dem Baubeginn des „fliegenden Rumpfs“ ist dieser nun „zugeklebt“. Er enthält bereits fast alle strukturellen Teile und Aufnahmepunkte für Fahrwerke, Steuerung und andere Einbauten. Der Einbau dieser Baugruppen wird uns nun verstärkt beschäftigen. Die Fortschritte dabei werden für den Unbeteiligten kaum auffallen, da sich äußerlich nun nicht mehr viel ändern wird bis zum Tag des Erstflugs. Doch der ist noch weit entfernt. Zeit für einen Blick zurück entlang der Fertigung dieses völlig neu entwickelten Rumpfs.

  1. Baubeginn: Formvorbereitung, Lackierung
  2. Bau der Außenschalen
  3. Einbauteil-Fertigung: Teil 1, Teil 2
  4. Endmontage

Die Endmontage haben wir in den letzten Monaten fortgeführt und zuletzt die Außenschalen miteinander verklebt und den Rumpf somit geschlossen.

 

Lager

Pfingstfluglager

Normalerweise lautet das Motto der Akaflieg Karlsruhe ja „Forschen, Bauen, Fliegen“, doch letzte Woche stand das Fliegen an erster Stelle – wir waren zum Pfingstlager beim Aero-Club Schweinfurt zu Gast! Bevor der erste Autoreifen rollte, war die AK-5b bereits auf unserem Heimatflugplatz Rheinstetten gestartet und auf dem Weg in Richtung Schweinfurt-Süd. Wenig später folgten ihr die DG-1000J und unsere ASG-29 in die Luft. Letztere schaffte es trotz widriger Bedingungen ihr Ziel zu erreichen, die DG-1000J erreichte immerhin Würzburg. Unsere AK-5b landete außen – es sollte jedoch die einzige Außenlandung des gesamten Fluglagers bleiben! Innerhalb der nächsten Stunden und Tage reisten dann zahlreiche Akaflieger aller Generationen an, bis am Montag der Teilnehmerhöchstand von 38 Piloten und 10 Flugzeugen erreicht war! Das (fast immer) gute Wetter erlaubte es uns, das Segelfliegen in allen seinen Facetten ausüben zu können. So kamen 103 Schulstarts, 6586 Streckenflugkilometer und einige Kunstflugvorführungen zusammen. Auch daher war das Pfingstlager beileibe kein Entspannungsurlaub und es kam selten einmal Langeweile auf. Bereits vor dem Frühstück machte sich ein meist motiviertes Aufbauteam auf zu den Flugzeuganhängern, steckte unsere Maschinen zusammen und machte sie bereit für den anstehenden Lagertag. Nach dem gemeinsamen Frühstück wurde dann so lang und so viel geflogen, bis es entweder gewitterte (was zum Glück nur einmal passierte) oder das hoffentlich gut gelungene Abendessen auf dem Tisch stand. Zur Halbzeit des Fluglagers feierten wir dann ein rauschendes Bergfest. Doch genau wie der Kunstflug gehört ein echtes Akaflieg-Bergfest wohl zu den Sachen, die man nicht erläutert bekommen, sondern einfach erlebt haben muss… Auch den einzigen, gänzlich „unfliegbaren“ Tag ließen wir nicht ungenutzt und machten einen Ausflug auf die Wasserkuppe und besuchten das Deutsche Segelflugmuseum.  Dort konnten wir die Entwicklung des Segelfluges von seinen Anfängen bis heute nacherleben und auch einige Prototypen anderer Akafliegs bestaunen. Zusammenfassend bleibt zu sagen, dass wir uns in Schweinfurt sehr willkommen gefühlt haben und dort ein schönes und in allen Aspekten gelungenes Pfingstlager erleben durften. Unser Dank gilt daher v.a. dem Aeroclub Schweinfurt für die tolle Gastfreundschaft.

 

 

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Und… PENG!

Zur Zulassung der AK-X sind mehrere Test notwendig. Der erste solche Test war der Bruchversuch. Auch am fertigen Prototyp werden noch einige Tests vorgenommen, idealerweise jedoch nicht bis zum Bruch, denn dann müsste man im Zweifel viel reparieren.

Einige Kleinteile der Steuerung und Struktur haben wir in der letzten Zeit aber in Einzelversuchen bis zum Bruch belastet, um sicherzustellen, dass die Sicherheitsfaktoren ausreichend groß sind. Warum haben wir das aber nicht einfach berechnet? Zum einen: Wir haben gerechnet. Aber die Genauigkeit unserer Rechnungen ist eher gering, da geometrische Besonderheiten unberücksichtigt blieben. Warum haben wir nicht genauer gerechnet? Weil es sich nicht lohnt. Die Teile, um die es bei diesen Versuchen ging hatten alle gemeinsam, dass der Belastungszustand der kritischen Stellen recht komplex ist. Eine Verfeinerung der Rechnung ist also nur mit großem Aufwand möglich. Auch von einer genaueren Rechnung weiß man jedoch immer noch nicht, ob die Annahmen so wirklich korrekt sind und man auch beim Bau die in der Rechnung angenommenen Eigenschaften exakt einhalten kann. Auf der anderen Seite ist die Durchführung der Versuche jedoch recht einfach und eine Anpassung der Teile bei Versagen im Versuch mit wenig Material- und Zeiteinsatz möglich. Die Versuche waren also schlichtweg wirtschaftlicher, was das Zeitmanagement und die Ergebnisqualität angeht.

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AK-5 Verkehrszulassung erreicht

Die Prototypen der Akaflieg werden niemals in Serie gebaut. Das entscheidet sich im Prinzip schon zu Beginn eines jeden Projekts, da die Zulassungsprozeduren zu einer sog. Einzelstückzulassung ausgewählt werden. Das vereinfacht den Prozess gegenüber einer sogenannten Musterzulassung, die für Serienflugzeuge genutzt wird. Doch diese endgültige Zulassung ist wie gesagt das Ende eines langen Prozesses zur Zulassung eines Luftfahrzeugs.

Im Fall der AK-5 begann die Geschichte im Jahr 1985, dem Projektbeginn des Flugzeugs. Neben dem Bau und den Belastungsversuchen wurden im Laufe der nächsten vier Jahre Nachweise zur Zulassung erstellt und beim Luftfahrt Bundesamt (LBA) eingereicht. Dazu gehören Festigkeitsnachweise für Struktur, Steuerung und Beschläge. Außerdem wurde ein Standschwingversuch und eine Flatterrechnung beim DLR in Göttingen durchgeführt. Abschließend musste der Bauprüfer bestätigen, dass das Flugzeug auch entsprechend der Pläne und Rechnungen fachgerecht gebaut wurde. Das führte dann zur Ausstellung einer sog. vorläufigen Verkehrszulassung (VVZ) durch das LBA. Damit durfte das Flugzeug am 01.06.1990 zum Erstflug abheben. Doch damit war der Weg zur Einzelstückzulassung noch lange nicht zu Ende. In seiner ersten Lebensphase musste das Flugzeug nun seine Flugerprobung durchführen. Neben den ersten Flugversuchen gehörten auch aufwendigere Untersuchungen, wie Trudeln und Flattererprobung dazu. Wahlweise auch bei unterschiedlichen Beladungen. Diese Untersuchungen brauchten Ressourcen und Zeit. Nun sind wir alle Studenten in der aktiven Gruppe, schon immer gewesen. Wenn ein Flugzeug einmal fliegt und die ersten Erprobungsschritte durch sind, sind die Erbauer des Flugzeugs mit ihrem Studium fertig, und die aktuelle Gruppe bereits voll mit dem nächsten Projekt beschäftigt. So kam es, dass die Fortschritte in der Flugerprobung über die Jahre kleiner wurden. Regelmäßig wurde eine neue VVZ ausgestellt und das Flugzeug flog. Mit der Einführung der EASA gab es dann sogar eine Zeit der Unsicherheit, ob es überhaupt möglich wäre, das Flugzeug mit einer Einzelstückzulassung betreiben zu können, oder ob es dafür einen extra geprüften Prüfbetrieb bräuchte. Solche bürokratischen Hürden sind dann nicht unbedingt motivierend sich dieser Sache anzunehmen, wenn doch alles so gut funktioniert und das Flugzeug fliegt. Am Ende hat sich aber doch eine kleine Gruppe zusammengerauft und die offenen Punkte zur Zulassung in den letzten zwei Jahren systematisch abgearbeitet.

Das Ergebnis fanden wir heute (07.05.2018) in der Post:

Unser besonderer Dank gilt allen Beteiligten: Den damaligen Aktiven, die das Flugzeug gebaut haben, dem Bauprüfer Alwin Güntert, den geduldigen Mitarbeitern beim LBA und denjenigen, die Zulassung nun abgeschlossen haben.

 

AK-X

ILA 2018

Montag morgen gegen 13 Uhr trudeln die ersten Karlsruher Teilnehmer der diesjährigen ILA langsam in unsere Werkstatt auf dem Westcampus ein. Neben unserem Exponat, dem Bruchflügel der AK-X und den Mockup Rumpf gibt es einen Berg an Sachen die für so eine Reise gerichtet werden müssen, wie zum Beispiel Info-Material, Sponsorenmappen, aber auch Übernachtungszeug für die Teilnehmer. Die erste Herausforderung bestand darin die ganze Campingausrüstung für 5 Leute und das Messematerial in unser geliebtes Akafliegauto, den „Bömpf“, samt Hänger zu verstauen und zu sichern. Da man von Karlsruhe aus nach Berlin etwa 10 Stunden braucht und die Messerverwaltung uns bereits um 14:00 zum Aufbauen eingetragen hatte begann unser Trip entsprechend am Dienstag morgen um 4 Uhr früh. Nach kleineren Verlusten auf der Autofahrt, die sich allerdings Gott sei Dank nur auf die Plane des Hängers bezogen, konnten wir pünktlich gegen Mittag unseren Messestand das erste Mal erkunden.

Während die etwas „größeren“ Exponate wie Antonov 225, Airbus A380 oder der Eurofighter an uns vorbeirollten bauten wir das freundlicherweise von der Akaflieg Braunschweig zur Verfügung gestellte Zelt auf und bereiteten unser Exponat vor. Wie sich später herausstellen sollte war die sowieso schon pessimistische Wettervorhersage für die ersten beiden Tage etwas untertrieben und wir waren immer wieder froh im Zelt einen Unterschlupf für Mensch und Ausstellungsobjekt in den lokalen Gewitterfronten, die uns immer wieder heimsuchten, zu finden.

Mit immer besser werdendem Wetter ließ sich dann auch ein immer größeres Interesse am Außenbereich der ILA feststellen und somit auch ein steigendes Potential für uns die Prototypen der Idaflieg dem Fachpublikum näher zu bringen. Für uns als Karlsruher Vertreter, mit unserem zugegebenermaßen etwas unkonventionellen Projekt AK-X, war es dabei immer wieder spannend zu beobachten welch großes Interesse unser Mockup Rumpf erzeugt. Egal ob A380 Chefingenieur, Globemaster III Pilot oder die Besatzung der Ju-52: Jeder wollte einmal in unserem Rumpf Platz nehmen und sich erklären lassen wie genau wir die Probleme die so ein Nurflügel mit sich bringt lösen wollen. Die daraus entstandenen Diskussionen haben uns nicht nur einen Haufen Spaß bereitet, sondern meistens auch in einer Einladung zu den entsprechenden Ständen und Flugzeuge geführt, welche wir natürlich gerne wahrgenommen haben.

Aber auch die Besuchertage am Wochenende hatten neben viel Sonnenschein ein großes Potential für uns unser Motto „Forschen, bauen, fliegen“ dem luftfahrtbegeisterten Teil der Bevölkerung näher zu bringen. Zwar ist es nicht immer ganz einfach zu erklären, warum gerade der Segelflug und seine Weiterentwicklung der tollste Bereich der Luftfahrt ist, wenn im selben Moment ein Eurofighter mit Nachbrenner etwa 100 Meter entfernt an einem vorbeischießt, aber die allgemeine Meinung war trotzdem durchweg positiv.

Am Ende können wir auf 5 wirklich spannende Messetage zurückblicken die für Luftfahrtbegeisterte wie uns ein einmaliges Erlebnis bieten unsere Ideen der Öffentlichkeit zu präsentieren, uns Feedback einzuholen und uns selber in der Welt der Luftfahrt weiterzubilden. Selbstverständlich möchten wir uns bei allen Unterstützern sehr herzlich bedanken. Allen Voran bei Katy die als Idaflieg Vorstand eine wirklich überragende Messe für uns ermöglicht hat, aber auch bei allen Ausstellern die sich immer wieder viel Zeit für uns und unsere Fragen und Anliegen genommen haben. Genauso aber auch bei den Awacs, dem SAR-Dienst, der A400 Crew und dem Französischen Super Hercules Team für 4 wirklich tolle Standpartys die unsere Abende in Berlin unvergesslich gemacht haben.