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Besuch bei Wassermann Technologie

Einen großen Fertigungsaufwand an der AK-X stellen die unzähligen Metallteile dar die hauptsächlich in der Steuerung und den Fahrwerken verbaut sind. Bedingt durch die hohen Anforderungen übersteigen ebendiese Teile aber auch häufig unsere eigenen Fertigungsmöglichkeiten. Insb. CNC Fräs- und Drehteile können wir nicht selber fertigen. Umso dankbarer sind wir deshalb für Sponsoren, die uns bei diesen Teilen unterstützen.

Wassermann Technologie ist dabei zu einem sehr wichtigen Sponsoren für uns geworden, da uns die Firma mit einer Vielzahl an komplexen Fräs- und Drehteilen beliefern kann. Dabei setzen wir auf die jahrelange Erfahrung des Unternehmens in der CNC-Technik. Ende Mai hatten wir die Gelegenheit das Werk zu besuchen und die weitere Zusammenarbeit zu besprechen. Bei den anwesenden Maschinenbaustudenten waren die Fräszentren in der Größe eines Hauses Liebe auf den ersten Blick 😉

Viele fertige Teile konnten wir schon freudig in Empfang nehmen und einige Fertigungsaufträge laufen aktuell noch.

Teile der Lieferung von Wassermann Technologie. Diese werden in den Ruderanschlüssen verbaut.

Wir freuen uns auf eine weiterhin so gute Zusammenarbeit!

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Reparatur-Projekt Twin II

Wir haben uns entschlossen, unseren Flugzeugpark um ein doppelsitziges Flugzeug vom Typ Twin II des Herstellers Grob Flugzeugbau zu erweitern. Genauer gesagt handelt es sich um Teile von insgesamt drei verschiedenen Flugzeugen dieses Typs. Das aus unserer Sicht unschlagbar günstige Angebot aus Dänemark wollten wir uns nicht entgehen lassen und haben daher quasi über Nacht Finanzierung und Transport der Flugzeugteile nach Karlsruhe organisiert.

Neben der Entlastung unseres Schulungsdoppelsitzers DG-1000 sind auch das Erlernen und die Weitergabe von Know-how im Bereich Flugzeugreparatur innerhalb der Akaflieg Ziele des Projekts.

Stand der Reparatur:

Der Twin mit dem Wettbewerbskennzeichen XNZ hat durch eine Außenlandung im Wasser Schäden an den Tragflächen erlitten. Der Rumpf ist bis auf kleine Beschädigungen jedoch intakt und in sehr gutem Zustand. Er soll nun, in Kombination mit einem anderen Flächenpaar, als erstes fliegen. Durch die Landung im Wasser mussten aus dem Rumpf alle Steuerstangen, die nicht aus Aluminium gefertigt sind, ausgebaut und auf Rost überprüft werden. Die Instrumente sowie die Schleppkupplungen wurden ebenfalls ausgebaut und zur Reparatur bzw Überholung zum jeweiligen Hersteller geschickt. Als nächstes gilt es, aus einem fertig geformten Haubenglas eine neue Haube auf den Rumpf anzupassen, und die bei der Landung zerstörte Fahrwerksverkleidung zu ersetzen. Am Holmtunnel ist leider eine etwas aufwändigere GFK-Reparatur notwendig.

Eine exakte Deadline für den Erstflug gibt es noch nicht, wir hoffen aber, dass die XNZ bereits in unserem Herbstschulungslager im Oktober geflogen werden kann.

AK-X

Hauptfahrwerk: Vom Reißbrett zur fertigen Baugruppe

Während letztes Jahr sehr viel an den Tragflächen und dem Rumpf der AK-X gearbeitet wurde, ist zeitgleich auch die Konstruktion und Auslegung der Fahrwerke vorangeschritten. Im Folgenden erfahrt ihr, welche Schritte notwendig waren um vom Konzept über die Konstruktion und Auslegung zu den fertigen Bauteilen zu kommen.

Konstruktion: Wie anfangen?

Mit der Konstruktion des Hauptfahrwerks wurde im Januar 2018 begonnen. Als erstes mussten wir alle Anforderungen und Randbedingungen sammeln und uns überlegen, durch welches Konzept wir alles gleichzeitig erfüllen können. Hauptaufgabe des Fahrwerks ist es, den Stoß bei der Landung zu dämpfen und ein sicheres Ausrollen des Segelflugzeugs zu gewährleisten. Zusätzlich galt es einige weitere Herausforderungen zu meistern: Das Fahrwerk sollte hydraulisch einfahrbar sein, eine variable Spureinstellung besitzen und natürlich möglichst leicht sein. Und dann ist weiterhin auch noch der Bauraum in unserem Nurflügler sehr begrenzt.

In den folgenden Monaten entwickelten wir die kinematischen und hydraulischen Konzepte, schätzten den Bauraum einzelner Teile ab und konstruierten schließlich alle Komponenten des Fahrwerks. An dieser Stelle noch einmal vielen Dank an Herrn Mayer, der uns mit Know-How und Hardware bei unserem Hydrauliksystem geholfen hat (Hydraulik Liftsysteme Walter Mayer GmbH). Nach einigen Iterationen stand die fertige Konstruktion: So fährt das Fahrwerk nach dem Start ein und vor der Landung aus.

3D-Druck: Rapid Prototyping

Um unsere Konstruktion abzusichern haben wir eine komplette Version unseres Hauptfahrwerks 3D-gedruckt und in den Fahrwerkskasten eingebaut. Wir waren dabei erstaunt, wie gut viele Teile passten, haben aber auch festgestellt, dass wir wegen kleiner Bauabweichungen im Fahrwerkskasten ein paar Teile anpassen müssen. Mit den 3D-gedruckten Teilen geht das denkbar einfach, nach kurzer Behandlung durch Bandsäge, Dremel und Schleifscheife haben endlich alle Teile gepasst und wir konnten die neuen Maße ins CAD übernehmen.

Das 3D-gedruckte Fahrwerk hatte neben dem Rapid Prototyping noch einen weiteren Nutzen: Auf der 90-Jahr-Feier der Akaflieg konnten wir unseren Prototypen auf eigenem Fahrwerk vorstellen. Eine zweite Version des 3D-gedruckten Fahrwerks konnten wir dann auf der AERO 2019 vorstellen.

Materialwahl: Stahl oder doch etwas Ausgefallenes?

Bei Segelflugzeugen bestehen die Fahrwerke meist aus Stahl, denn trotz seiner hoher Dichte ist der Werkstoff wegen der hohen Festigkeit ein ausgezeichneter Leichtbauwerkstoff.

Für unsere Konstruktion hatten wir zunächst auch Stahl vorgesehen, da er neben der Leichtbaugüte auch noch einfach zu beschaffen und im Vergleich zu den anderen Leichtbauwerkstoffen sehr günstig ist. Zudem sorgt die hohe Steifigkeit von Stahl dafür, dass auch dünne Streben nicht so schnell ausknicken können.

Während der Berechnung hat sich jedoch schnell herausgestellt, dass die hohen Belastungen an das Fahrwerk entweder den Einsatz von viel Material oder hochfestem Stahl notwendig machen würden. Da wir ein hohes Gewicht vermeiden wollten, haben wir also hochfesten Stahl als Konstruktionswerkstoff der meisten Teile gewählt. Weniger belastete Bauteile sollten aus Aluminium hergestellt werden. Hochfester Stahl hat jedoch das Problem, dass er sich nicht mehr so gut schweißen lässt. Zudem hätten wir jedes geschweißte Teil wärmebehandeln müssen.

Zeitgleich haben wir durch die Firma Wolf-Hirth die Möglichkeit angeboten bekommen Titan-Bauteile zu schweißen. Kurzerhand wurde die gesamte Konstruktion auf den Einsatz von Titan geprüft und es hat sich gezeigt, dass wir mit ein paar kleinen konstruktiven Änderungen bei fast jedem Bauteil Titan einsetzen können.

Der Materialwechsel führte zu einer Reduktion auf fast die Hälfte des ursprünglichen Gewichts. Ein weiterer Vorteil ist, dass wir uns das Lackieren ersparen können, da Titan im Gegensatz zu Stahl sehr korrosionsbeständig ist. Zudem hatten wir so die Möglichkeit neue Fertigungsverfahren zu nutzen, zum Beispiel bei der 3D-gedruckten Gabel des Bugfahrwerks.

Berechnung: Viele bunte Bilder

Nachdem die Konstruktion weitgehend abgeschlossen war, haben wir angefangen die Festigkeit unserer Bauteile zu berechnen. Die Berechnung war ein iterativer Prozess, bei dem wir immer wieder die Konstruktion an die vorgegebenen Lasten angepasst haben, bis diese zu einer möglichst gleichmäßigen Belastung aller Bauteile im Fahrwerk geführt haben.

Das war notwendig, da wir für unser Segelflugzeug die Sicherheit aller Teile gewährleisten müssen. Zudem möchten wir aber auch eine Überdimensionierung vermeiden und konnten so an vielen Ecken nochmal etwas Gewicht einsparen.

Die schönen bunten Bilder, die Abaqus ausgibt, müssen sinnvoll intepretiert werden: Wo sind Spannungsspitzen, die dem Bauteil langfristig schaden können? Wo ist noch Luft um Material zu sparen? Oder sollen wir doch einen anderen Werkstoff verwenden?

Fertigung: Jetzt gibts endlich Hardware

Nach über einem Jahr Konstruktion und Auslegung ist Anfang 2019 die Fertigung des Hauptfahrwerks angelaufen. Zunächst haben wir von allen Bauteilen technische Zeichnungen angefertigt und anschließend Unternehmen für die Fertigung kontaktiert. Die Firma Aircraft Philip hat die Fertigung unserer teilweise sehr komplexen Fräs- und Drehteile übernommen. An dieser Stelle wollen wir uns noch einmal für die großzügige Unterstützung bedanken. Einfache Bauteile haben die Konstrukteure und weitere Akaflieger selbst in unserer Werkstatt hergestellt. Einige Bauteile werden auch vom Institut für Strömungsmechanik am KIT gefertigt, vielen Dank nochmal insbesondere an Werkstattleiter Heiko Bendler und seine Azubis.

In den nächsten Wochen und Monaten gibt es noch Einiges zu tun, bis wir die Bauteile einbauen können. Viele der Frästeile sind die Knotenpunkte von Schweißkonstruktionen und müssen noch mit anderen Teilen und Halbzeugen zum fertigen Bauteil verschweißt werden. Dazu werden gerade bei uns in der Werkstatt Schweißgestelle gebaut, in denen die Teile zum Schweißen ausgerichtet werden. Nachdem die Bauteile verschweißt sind, können wir dann endlich anfangen unsere Fahrwerke in die AK-X einzubauen.

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.

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.

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.

 

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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.

 

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AK-X Coanda-Pfeil

Edit: wie viele mit Sicherheit bemerkt haben, handelt es sich hierbei natürlich um einen Aprilscherz 😉

Viele Segelflugzeuge verfügen heutzutage über einen Motor, der stark genug ist, damit das Segelflugzeug aus eigener Kraft starten kann. Für die AK-X haben wir das aus Platzgründen bisher nicht vorgesehen: Der Rumpf ist einfach zu voll gepackt, als dass da noch ein Antrieb reinpassen würde.

Doch die Lösung offenbart sich in der Schubklappe: Der Bremsklappenkasten wird, statt für die Bremsklappe, für elektrische Impellertriebwerke genutzt. Ein entsprechendes Konzept wurde bereits vorgestellt. Die AK-X wird nun das erste Segelflugzeug, welches das Prinzip in die Praxis umsetzt. Wir gehen jedoch noch einen Schritt weiter und werden das System nicht nur als sog. Heimkehrhilfe, sondern zum Eigenstart nutzen. Durch den Coandaeffekt ist sogar die Fähigkeit zum STOL (Short Take-Off and Landing) gegeben; ideal, um auch auf kleinen Startstrecken in die Luft zu kommen. Die AK-X bietet als Versuchsträger aber noch weitere Möglichkeiten: Durch die Kombination von Pfeilflügel und Wölbklappen ist es denkbar, den Coandastrahl nicht nur an den Bremsklappen zu erzeugen, sondern auf der ganzen Flügelspannweite mit den Wölbklappen nach unten umzuleiten und so senkrecht starten zu können – Ein VTOL-Flugzeug ist geboren (Vertical Take-Off and Landing).

Für Segelflugzeuge sind das einzigartige Entwicklungsmöglichkeiten: Statt nach einer Außenlandung mit dem Auto und dem Anhänger abgeholt zu werden, ist nach einer kurzen Aufladung der Akkus ein direkter, senkrechter (VTOL) oder kurzer horizontaler (STOL) Eigenstart von dem Acker möglich. So stellt auch die Übergangsphase in den Normalflug ein spannendes Forschungsfeld dar. Neben den klaren praktischen Vorteilen für den Segelflug, sticht auch das Interesse von Förderern heraus: Sowohl elektrisches Fliegen, als auch VTOL stößt auf eine breite Unterstützerbasis weit über den Segelflug hinaus. So war es für uns keine Frage: Die AK-X beschreitet den Weg zum Coanda-Pfeil.

Events

Vielen Dank an alle Unterstützer

Dieses Jahr war die Akaflieg Karlsruhe der Gastgeber des alljährlichen Wintertreffens der Idaflieg (Interessentengemeinschaft der deutschen akademischen Fliegergruppen). Neben den zehn deutschen Akafliegs waren auch Institutionen der Segelflug und Luftfahrt-Szene, wie die Luftfahrtlehrstühle der Universitäten, das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) und das Luftfahrt-Bundesamt (LBA), vertreten. Die “Akaflieger“ haben die Projekt-Fortschritte, Ergebnisse aus Messprojekte und den allgemeinen Stand der Dinge präsentiert.

So eine Veranstaltung funktioniert nur mit einer hohen Teilnehmeranzahl. Nur so kann der Austausch zwischen den einzelnen Fliegergruppen, der Kernpunkt der Veranstaltung, funktionieren und nur so kann diese weltweit einzigartige Struktur, die einen wertvollen Entwicklungs- und Forschungsprozess ermöglicht, am Leben gehalten werden. Um unser Ziel, die Veranstaltungsteilnahme für möglichst viele Studierende zu ermöglichen, war uns die Unterstützung der Unternehmen sehr wichtig.

Für Ihren Beitrag wollen wir uns bei allen Spender bedanken. Mit finanzieller Unterstützung und hilfreichen Materialien haben Sie einen unerlässlichen Beitrag zum Erfolg des Treffens geleistet und haben so junge, engagierte Akademiker, mit Begeisterung für die Luftfahrt, gefördert.