AK-X

Rumpf Mock-up für die AERO

Aufgrund von Materialengpässen muss der Ausbau der rechten Tragfläche leider zwischenzeitlich ruhen. Um das fertige Laminat der beiden Schalen zu schonen haben wir die beiden Formen gestern geschlossen. Nun werden die Formen der linken Tragfläche vollständig gefinished und für das Einlegen des Laminats vorbereitet.
Mit Hochdruck arbeiten wir jedoch gerade am Bau eines Mock-up Rumpfes. Dieser wird auf der AERO in Friedrichshafen ausgestellt. Wer mal in der AK-X probesitzen will kann uns also sehr gerne am Stand der Idflieg e.V. in Halle B5 Stand 319 besuchen kommen! Über Feedback und Anregungen freuen wir uns sehr! Für das Mock-up muss noch die Oberschale laminiert werden, sowie einige strukturelle Einbauteile wie Fahrwerkskästen und Spanten. Hier ein paar Impressionen von der aktuellen Situation in der Werkstatt:

 

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Fliegende Flügelschalen rechts fertiggestellt

Schon im vergangenen Jahr hatten wir begonnen, das größte Teil unseres Prototypen zu bauen: den Flügel. Nachdem die Arbeit sich zuletzt auf den Bau der Rumpfform konzentriert hatte und in den letzten Wochen die Vorbereitungen für den Weiterbau der Fläche liefen, wurde am Wochenende das Innenlaminat fertiggestellt.

Innen- und Außenlaminat werden durch eine Schicht aus festem Schaum getrennt, wodurch die Beulsteifigkeit erhöht wird. Es müssen also einige Arbeitsschritte zwischen diesen Bauabschnitten erfolgen. Dazu gehören vor allem die Vorbereitung des Schaums (auch   Stützstoff genannt) und dessen Einkleben in die Form. Wie auch beim Außenlaminat wurde das Innenlaminat weitgehend nach den Verfahren gebaut, zu denen wir schon beim Bau des Bruchflügels Erfahrungen sammeln konnten. Trotzdem gibt es bei einem „echten“ fliegenden Flügel einiges mehr zu beachten: so wurde beispielsweise das Steuerungssystem im Bruchflügel nicht montiert. Zwischen Außen- und Innenlaminat wurden dafür die flügelseitigen Teile der Ruderscharniere angebracht. Auch die Befüllung für den Wasserballast wurde das erste Mal vollständig und funktionstüchtig eingebaut.

Der nächste große Meilenstein auf dem Weg zur Fertigstellung der rechten Tragfläche wird der Bau der Holmgurte sein. Auch in diesem Bereich konnten wir schon beim Bau des 1:2-Modells und beim Bau des Bruchflügels Erfahrungen sammeln, die uns sicher wieder nützlich sein werden. Zunächst müssen wir wiederum einiges an den Flächenformen vorbereiten, denn eine Form für den Holmgurt selbst gibt es (noch) nicht: diese wird direkt in das Innenlaminat gebaut und später wieder entfernt.

Neben der Arbeit am Flügel gehen jedoch auch die Vorbereitung zum Bau des Rumpfes zügig voran. Nachdem wir ein weiteres Mal die CNC-Fräse bei DG-Flugzeugbau nutzen durften, um kleinere Formen – vor allem für den Innenausbau des Rumpfes – zu fräsen, werden diese nun für den Bau der Teile vorbereitet. Auch im Bereich des Rumpfbaus steht schon bald der nächste Meilenstein an: nachdem im Dezember die Form vollendet wurde, wird darin ein Mockuprumpf entstehen.

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Rumpfform fertiggestellt

Wir bauen einen Nurflügel – Wozu braucht man denn dann eine Rumpfform?!

Das liegt daran, dass Flugzeugflügel, sollen sie leistungsstark und effizient sein, weder besonders tief, noch besonders dick sind. Für ein modernes Segelflugzeug mit 15m Spannweite kann man als Daumenregel sagen: In der Mitte 70-80cm tief, 10-12cm dick. Da passt kein Mensch rein. Und auch kein Fahrwerk. Und auch keine Instrumente. Etc.

Da die Flugeigenschaften eines Flugzeuges maßgeblich durch seine Flügel beeinflusst werden, haben wir auch bei der Entwicklung der AK-X den Fokus zunächst auf diese gelegt. Der Bau der Rumpfform geschah dann dieses Jahr auch eher im Stillen nebenher – immer wenn mal etwas Zeit über war. Nun ist sie jedoch fertig und damit fängt an sichtbar zu werden, was schon lange geplant wird und für den Piloten der AK-X irgendwann ein vertrauter Anblick sein wird: Sein Cockpit!

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Trudelerprobung AK-X

Der Erstflug liegt nun schon fast anderthalb Jahr in der Vergangenheit. Seitdem hat unser 1:2-Modell der AK-X über 100 Erprobungsflüge absolviert. Die meisten Punkte der Flugerprobung konnten mittlerweile erfolgreich abgeschlossen werden. Übrig sind nun noch die Versuche, bei denen das Risiko, das Flugzeug zu verlieren, etwas höher sind. Dazu gehört auch das Trudeln. Die Effekte beim Trudeln konventioneller Flugzeuge sind heutzutage gut verstanden. Für Nurflügel ist die ganze Problematik weniger erforscht. Deshalb war für uns klar, dass dieses Verhalten auf jeden Fall mit Modellen unseres Prototyps erprobt werden soll, bevor ein Testpilot in unseren manntragenden Flieger einsteigt. Die Erprobung unseres Modells hat die Überlegungen, wie ein günstiges Trudelverhalten erzielt werden kann weitgehend bestätigt. Es konnten verschiedene Verfahren zur Beendigung dieses Flugzustandes ausprobiert werden.

 

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Arbeit und Belohnung

Nachdem wir vor kurzem vom Bau der ersten fliegenden Kleinteile berichten konnten, sind wir nun wieder einen Schritt weiter. Der Bau des ersten großen fliegende Teils wurde begonnen: Diese Woche konnten wir das Außenlaminat des rechten Flügels fertigstellen. Die Vorgehensweise glich dabei dem Bau des Bruchflügels im Frühjahr diesen Jahres. Wir freuen uns, dass wir in der Lage sind, unser Projekt nach dem erfolgreichen Bruchversuch unvermindert fortzusetzen.

Bestärkt werden wir in unserem Vorhaben auch durch die Anerkennung unserer Arbeit von externer Seite. An dieser Stelle wollen wir uns bei der Traditionsgemeinschaft „Alte Adler e.V.“ bedanken, die unseren Projektfortschritt mit ihrem Förderpreis 2016 ausgezeichnet hat. Die Preisverleihung fand beim diesjährigen Segelflugsymposium am 17-18.11.2016 auf der Wasserkuppe statt.

 

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Die ersten fliegenden Bauteile

Die Tage werden kürzer, die Flugsaison ist beendet, was bleibt jetzt noch übrig? Richtig – ein Flugzeug bauen! Die Arbeiten an der AK-X laufen auf Hochtouren. Wir haben mehrere Iterationen der Sitzschale gebaut und getestet, Formen für den Rumpf gebaut und sogar die ersten Teile, die einmal im fertigen Prototypen stecken werden, sind fertig. Dazu waren letzte Woche zwei unserer Mitglieder bei Wings&More in der Nähe von Stuttgart, um von der jahrelangen Expertise im Infiltrationsverfahren von Faserverbundwerkstoffen des Unternehmens zu lernen. Im klassischen und von uns meistens verwendeten Verfahren werden die Lagen Kohlenstofffaser beim Legen von Hand mit Epoxidharz getränkt. Dies führt unweigerlich dazu, dass überschüssiges Harz im Laminat vorhanden ist. Bei dem Verfahren, das wir nun mit der Unterstützung von Wings&More durchgeführt haben, werden die Kohlenstofffasergewebe trocken in die Form gelegt. Anschließend wird das Harz durch Absaugen der Luft in die Faserhalbzeuge gesaugt. Gerade so viel wie nötig und nicht mehr.
Das Verhältnis von Faservolumen zu Gesamtvolumen des Bauteils heißt Faservolumengehalt und kann mit diesem Verfahren deutlich gesteigert werden, was zu geringerem Gewicht und Bauteilstärke bei gleichbleibender Festigkeit führt. Die Woche bei Wings&More war sehr erfolgreich und es konnten gleich mehrere wichtige Bauteile für die Flügel fertiggestellt werden. An dieser Stelle wollen wir uns recht herzlich bei Wings&More für die freundliche Unterstützung bedanken.

Ein kleiner Schritt ist geschafft, doch es liegen noch sehr viele vor uns. Die nächsten großen Etappen sind der Bau eines Rumpf Mock-Ups um die Dimensionen und Bauräume zu überprüfen und zu verteilen und der Bau der Flügel. Das Team ist hoch motiviert und wir erhoffen uns große Fortschritte über den Winter und werden natürlich weiterhin regelmäßig über unsere Aktivitäten berichten.

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Meilenstein Bruchversuch

Wie bereits verkündet fand am 23.08.2016 der Bruchversuch der rechten Tragfläche der AK-X statt. Nach genauer Untersuchung der aufgezeichneten Daten können wir bestätigen, dass die Sturktur des Flügels bei einer Belastung von 2,02 Tonnen nachgegeben hat, was einer Sicherheit von j=2,8 entspricht. Somit ist das Ziel von j=1,725 zur Nachweißführung weit übertroffen. Der Bruch setzte an einer der Stellen ein, die wir durch Berechnungen als wahrscheinlich vorhergesagt hatten: aufgrund großer Torsion löste sich die Verklebung des C-Stegs an der Endleiste des Flügels ausgehend von einem Ausschnitt für die Ruderanlenkung. Der Fortschreitende Riss führte dazu, das die komplette Torsion schlagartig ausschließlich vom vorderen Teil des Flügels getragen wurde, was die Struktur sofort überlastete. Das ist deutlich im Zeitlupenvideo zu erkennen.

Die hohe Sicherheit des Flügels resultiert aus der für die Auslegung maßgebliche Steifigkeit. Durch die Eigenschaften des zurückgepfeilten Flügels muss dieser extrem steif sein um ein Flattern zu verhindern. Die Steifigkeit zeigt sich in Form der Durchbiegung der Flügelspitze von ca 450mm bei einer Last von j=1 (713kg). Diese Steifigkeit bedingt großteils die hohe Festigkeit, was wiederum in einer hohen Sicherheit resultiert.

 

Was bedeutet dieses Ergebnis nun für die Akaflieg und insbesondere für die AK-X? Das Bestehen des Bruchversuchs hat uns in unserem Vorhaben bestätigt den manntragenden Prototyp zu bauen. Dies geschieht natürlich nicht von heute auf morgen. Zwar wurde eine der größten Hürden bestritten, jedoch steht noch viel Detailarbeit in Sachen Konstruktion und Auslegung an und dann natürlich der Bau selber. Wir wollen mit viel Elan das Projekt vorantreiben um die Fertigstellung des Prototyps in nicht allzuferner Zeit zu erleben. Dazu haben wir uns folgende Ziele für das nächste halbe Jahr gesetzt:

  • Beginn des Baus der fliegenden Tragflächen
  • Fertigstellung aller Formen für Einbauteile des Rumpfs
  • Fertigstellung eines Rumpfmockups
  • Fertigung(-stests) der Einbauteile für Flügel und Rumpf
  • Präsentation auf der AERO Friedrichshafen 2017

 

Dieser ehrgeizige Zeitplan ist eine Herausforderung, stellt aber gleichzeitig eine Chance für uns dar. Die Chance, einen modernen und konkurrenzfähigen Nurflügel in der FAI 15m Klasse zu bauen.

Dies wäre nicht ohne Sponsoren möglich! Deshalb bedanken wir uns an dieser Stelle nochmal bei allen Sponsoren der AK-X und der Akaflieg. Vielen Dank für das Vertrauen, die Kooperation, den Input, die Möglichkeiten und alles, was wir in der vergangenen Zeit erhalten haben! Wir hoffen auf eine weitere und gute Zusammenarbeit!

 

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Bruchversuch erfolgreich

Nach einer langen Phase der Grundlagenforschung, Simulation, Modellflugerprobung und des Bauens hat der Prototyp AK-X am 23.08.2016 die erste große Bewährungsprobe erfolgreich bestanden!

Im Bruchversuch beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Stuttgart brach der Flügel bei einer Last, die nach ersten Auswertungen einem Sicherheitsfaktor von ca. j=2,8 entspricht. Damit haben wir unser Ziel von j=1,725 deutlich übertroffen. Dieser Wert entspricht in guter Näherung den Rechenergebnissen. Die deutliche Festigkeitsreserve resultiert aus der erforderlichen hohen Steifigkeit. Diese ist nötig um Flattern des gepfeilten Flügels zu vermeiden.

In den kommenden Tagen werden nach ausreichender Zeit zum Aufräumen und Analyse genauere Informationen, spektakuläre Fotos und ein Video des Bruchs folgen.

An dieser Stelle möchten wir uns herzlich beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt bedanken, mit dessen Hilfe wir diesen Versuch durchführen konnten.

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Die Grundbausteine sind gelegt

Nachdem wir zuvor einige Schwierigkeiten überwinden mussten, konnten wir heute endlich den Bruchflügel, Gegenflügel und Ersatzrumpf fest miteinander verbinden. Wie bei einem normalen Segelflugzeug wird der Flügel durch Bolzen gehalten und schwebt nun frei. Das eigene Gewicht trägt der Flügel locker und auch ein Gruppenbild lies ihn unbeeindruckt. Wir haben noch viel Arbeit bis zum eigentlichen Bruch nächste Woche vor uns, unter anderem muss noch das Belastungsgeschirr und die Vorrichtung, um den Flügel auf die benötigten 54°C aufzuheizen, angebracht werden. Wir blicken optimistisch auf die kommenden Tage und werden natürlich weiterhin regelmäßig über den Verlauf berichten.

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Beginn der Vorbereitungen für den Bruchversuch

Heute haben wir im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart Stellung bezogen. Dort haben wir zwei Wochen lang die Möglichkeit, den Bruchversuch der rechten Tragfläche durchzuführen.

Zu aller erst müssen wir testen, ob alle relevanten Bauteile auch tatsächlich passen. Leider konnten wir dies im Vorfeld nur bedingt  und in kleinem Umfang verifizieren, doch die Tests vor Ort sind alle soweit positiv ausgefallen. Jetzt geht es darum das Belastungs-Mobile aufzubauen. Durch das Mobile wird an verschiedenen Stellen im Flügel eine Last aufgebracht, die eine Auftriebsverteilung simuliert. Durch die Belastung bis zu unterschiedlichen Sicherheitsstufen wird die Berechnung der Struktur bestätigt und nachgewiesen, dass der Flügel den Belastungen im Flug später stand hält.

Die Durchführung des Versuchs ist für Anfang nächste Woche geplant.