Blog

AK-X

Die Akaflieg auf der AERO 2019

Nachdem wir in den letzten beiden Jahren Rumpf-Mockup und Bruchflügel auf den Luftfahrtmessen ILA und AERO ausgestellt haben, werden wir dieses Jahr auf der AERO Friedrichshafen zum ersten Mal die „fliegende“ AK-X im aktuellen Bauzustand einem breiten Publikum vorstellen!
Aktuell laufen dazu die letzten Vorbereitungen auf Hochtouren, vor allem auch der Ausbau unseres neuen Flugzeuganhängers zum sicheren Transport der unkonventionellen Teile.
Vom 10. bis 13. April gibt es dann am idaflieg-Stand 217, Halle A1, den fliegenden Rumpf und linken Flügel zusammen mit dem Bruchflügel, Bruchwinglet und einem Mockup-Winglet zu sehen. Damit lassen sich sehr gut die Dimensionen des fertigen Flugzeugs erahnen und auch ein genauer Einblick in die Details von Struktur, Steuerung und Fahrwerken ist möglich.
Wir freuen uns auf vier Tage intensiven Austausch und interessante Gespräche!

AK-X

Bruchwinglet – Part I

In den letzten Wochen, man kann auch fast schon Monaten sagen, waren wir wieder ziemlich fleißig und haben hinter verschlossenen Türen einiges geleistet. Wir haben uns so bedeckt gehalten, da wir uns unsicher waren, ob wir den ambitionierten Zeitplan einhalten können. Doch es ist uns gelungen, deswegen ist jetzt die Zeit gekommen über das Ergebnis zu berichten: ein strukturfertiges linkes Winglet, welches als Bruchwinglet verwendet wird.

Dieses Winglet befindet sich gerade als Leihgabe bei C. Cramer, Weberei, GmbH & Co. KG – Division ECC, die das Winglet als Ausstellungsstück auf der JEC World in Paris nutzen. Davon sind unten ein paar Bilder angehängt.

Wir haben das Winglet aus mehreren Gründen gebaut. Der erste Grund ist offensichtlich: um einen Bruchversuch durchzuführen. Dieser ist bei den doch großen Abmaßen nötig. Der nächste Grund ist am Winglet sichtbar: um die besonderen Gewichtsanfoderungen bei hoher Steifigkeit zu erfüllen, haben wir im Winglet auf zum ersten mal Biaxial-Gelege verbaut. Das Bruchwinglet ist dafür ein Verarbeitungstest. Auch sonst haben wir den Bau als Proof of Concept verwendet, denn im Winglet – wie ja auch im gesamten restlichen Flugzeug – haben wir das ein oder andere unkonventionelle Bauverfahren angewand und die Fertigung geplant und verfeinert.

Wie der Bau des Winglets genau abgelaufen ist, folgt bald in einem weiteren Artikel.

AK-X

Der linke Flügel der AK-X

Es ist eine Weile her, dass wir die AK-X im Rahmen unserer 90-Jahr-Feier erstmalig auf eigenem Fahrwerk, mit zwei Flügeln und einem Winglet präsentiert haben. Was wir dabei jedoch etwas unterschlagen haben, ist, was da eigentlich im Detail zu sehen war. Neben Rumpf und Bruchflügel soll es daher an dieser Stelle um den linken Flügel gehen. Es ist der erste Flügel, der sich wirklich in die Lüfte erheben soll. Dementsprechend ist auch die vollständige Steuerung verbaut. Diese umfasst insgesamt je Flügel ca. 700 Teile! Bevor der Flügel also auf unserer 90-Jahr Feier ausgestellt werden konnte, musste all das fertig und auch getestet werden. Erschwerend kommt hinzu, dass ein Teil der Steuerung den Wassertank im Flügel durchquert. Neben der mechanischen Funktionalität musste also auch die Dichtheit des Tankes sichergestellt werden.

Selbstverständlich klappt bei einer solchen Endmontage nicht auf Anhieb alles und so musste noch ein Satz Lager getauscht werden, um den Funktionalitätstest einwandfrei bestehen zu können. Trotz aller Zeitnot auf dem Weg zur großen Präsentation — Sicherheit geht vor! Am Ende funktionierte aber alles und wir konnten den Flügel zukleben.

 

Flugplatz

Die Wiederbelebung der Winde

Was braucht man zum Segelfliegen außer Segelflugzeuge? Eine Startmöglichkeit! In diesem Artikel geht es deswegen ausnahmsweise mal nicht ums Forschen, Konstruieren oder Bauen sondern ums Schrauben. Nachdem in den letzten Wochen unzählige Stunden in den Wiederaufbau unseres Windenmotors geflossen sind, trug die Arbeit vor ein paar Tagen endlich Früchte. Der Motor läuft wieder!


Im letzten Jahr wurde bei Routinekontrollen Öl im Wasserkreislauf sowie Wasser im Ölkreislauf gefunden. Daraufhin wurden sämtliche Kompressionen überprüft, wobei leider keine auffälligen Zylinder auszumachen waren. Es wurde viel über mögliche Ursachen gefachsimpelt und schließlich beschlossen den Motor vollständig zu überholen. Dies beinhaltete das Kontrollieren sämtlicher Zylinderlaufbuchsen sowie der dazu gehörigen Dichtungsringe (welche die wassergekühlte Laufbuchsenwand gegen die Ölwanne dichten) und deswegen auch das Abnehmen der Zylinderköpfe und dazugehöriger Anbauteile. Tatsächlich sind dabei einige mögliche Ursachen identifiziert worden, woraufhin der Motor unter anderem mit einer neuen Zylinderlaufbuchse und einem neuen Kolben ausgestattet wurde. Der Einbau gestaltete sich jedoch als deutlich komplizierter als ursprünglich angenommen, was in den Bildern hoffentlich deutlich wird.

  • So sah der Motor Anfang des Jahres aus
  • Nach der Montage von zwei Zylinderköpfen. Bei Zylinder 1 ganz rechts fehlt noch die Buchse
  • Blick von unten. Die Montage der Ölspritzdüsen oben im Bild war relativ kompliziert
  • Pleuellager von unten in der Ölwanne
  • Die Zylinderkopfschrauben sollen laut Handbuch mit 140Nm und dann 90° + 10° angezogen werden

Nachdem wir den Motor vollständig wieder zusammen gebaut haben, stand der Testlauf an.

In den folgenden Tagen wollen wir das Druckluftsystem warten und uns um kleinere Anbauteile, wie die korrekte Befestigung der Kraftstoffleitungen kümmern.

Schließlich möchten wir uns ganz herzlich bei DMT-Dieselmotorentechnik bedanken, die uns mit den neuen Teilen inklusive Zylinderkopf- und weiter Dichtungen versorgt haben.

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.