AK-X

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.

AK-X

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.

AK-X

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.

AK-X

Rumpfpositiv fertig

So wird der Rumpf der AK-X aussehen, zumindest in seiner Kontur. Entstanden ist das sogenannte Rumpfpositiv ähnlich wie die Flügelformen. Am Computer wurde die Geometrie in einem CAD-System konstruiert, daraus der NC-Code für die Fräse erzeugt, die dann wiederum das Ureol in die gewünschte Form brachte.

Doch da enden dann auch die Gemeinsamkeiten: Die Flügelformen sind Negativformen, d.h. in ihnen kann man direkt ein fertiges Bauteil herstellen. Das Rumpfpositiv hingegen repräsentiert die gewünschte finale Kontur des Rumpfes (positiv). Um einen solchen zu bauen, muss man zunächst eine Negativform herstellen. Das wird jetzt im nächsten Schritt geschehen: Dem Abformen des Rumpfpositivs.

AK-X

Bruchflügel entformt

Vor kurzem war es soweit: Wir haben den ersten AK-X-Flügel entformt! Damit liegen wir pünktlich im Zeitplan, um rechtzeitig zum Bruchversuch alle Vorbereitungen abgeschlossen zu haben. Der Bruchflügel entspricht strukturell dem Aufbau der später fliegenden Flügel. Er beinhaltet jedoch keine Steuerungselemente. Auch die Ruder und die Bremsklappe fehlen. Diese Elemente sind unnötig, um nachzuweisen, dass der Flügel in der vorgesehenen Bauweise ausreichende Festigkeit aufweist, damit es später im Flug nicht zum Bruch kommt. Entstanden ist der Bruchflügel in den gleichen Formen, in denen wir auch die richtigen Flügel bauen werden.

AK-X

AK-X Let’s build a wing

Die großen Arbeitsschritte zum Bau des Bruchflügels konnten wir vor kurzem abschließen. Jetzt haben wir sie aber noch einmal aufbereitet! Ein kurzer Zusammenschnitt zeigt das Einlegen des Außenlaminats der Unter- und Oberschale und das anschließende Ziehen der Rovings zum Bau der Holmgurte.

Nachdem die Formen fertiggestellt wurden, haben wir direkt angefangen, den Bruchflügel zu bauen. Es wurde zu Beginn der Arbeiten ein detailierter Zeitplan angefertigt, Arbeitsschichten eingeteilt und alles vorbereitet, damit beim Laminieren nichts mehr schief gehen kann. In mehreren großen Arbeitsaktionen wurden nach und nach das Außenlaminat mit Stützstoff und das Innenlaminat in die Formen gelegt. Hierbei konnten wir auf die bereits gemachte Erfahrung mit den 1:2 Modellflächen zurückgreifen. Dadurch verlief die ganze Aktion auch reibungslos ab. Dass die Formen viel größer sind, hat sich während dieser Arbeiten kaum bemerkbar gemacht. Die letzte große Bauaktion war das Holmgurtziehen. Dabei haben wir uns ein bisschen in der Zeit verschätzt: Treffpunkt 10:00 Uhr, Beginn der Arbeit um 11:00 Uhr. Geplantes Ende: 18:00 Uhr. Tatsächliches Ende: 03:00 Uhr. Trotz der 17 Stunden, die wir an diesem Tag in der Werkstatt gearbeitet haben, waren alle gut gelaunt. Zwischendurch kam auch noch die Campussicherheit vorbei und hat unsere Arbeit kontrolliert 😉

AK-X

Die Akaflieg auf der ILA

Vom 1. bis zum 4. Juni findet in Berlin die Internationale Luftfahrt Ausstellung – kurz ILA – statt.
Die Akaflieg Karlsruhe ist zusammen mit den anderen Akafliegs auf dem Idaflieg Stand vertreten. Besucher können sich dort über den aktuellen Projektfortschritt der AK-X informieren und deren 1:2-Modell bewundern. Auch einige der anderen Idafliegprojekte sind einen Besuch wert.
Wir sind dankbar für die Unterstützung der Idaflieg und des DLR, welche uns den Messestand auf der europaweit wichtigsten Luftfahrtmesse ermöglicht haben.

AK-X

AK-X Bruchflügelbau: Vorbereitung der Flügelformen

Dies soll der erste einer ganzen Reihe Blogartikel werden. Worum es geht? Um unseren Dauerbrenner: Den Bau der AK-X. Wir haben angefangen den Bruchflügel zu bauen, der im dritten Quartal dieses Jahres getestet werden soll.
Bevor der Bau jedoch beginnen konnte, musste alles dafür vorbereitet werden. Nachdem die Flügelformen, die wir im Februar und März bei der Firma DG-Flugzeugbau in Bruchsal freundlicherweise fräsen durften (Artikel zum Formfräsen), auf ihren Gestelle geklebt wurden, wurden sie nun abschließend für ihren Einsatz vorbereitet. Um eine optimale Flügeloberfläche zu gewährleisten, muss die Form absolut glatt sein. Dazu wurde sie zunächst mit einem Fülllack lackiert und dann geschliffen, um alle Rautiefen, die vom Fräsen geblieben sind, zu entfernen.

Da der Flügel in der Form von außen nach innen aufgebaut wird, wird in die Formen zu allererst der Lack aufgetragen. Damit sich dieser später noch möglichst schadensfrei aus der Form lösen lässt, wurden die Formen mit vier Lagen Wachs beschichtet. Das dazu verwendete „Spacewachs 200“ wurde uns von der Firma „Jost Chemicals“ gestellt.

Die AK-X wird zum Großteil aus Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) gefertigt. Die benötigten Schichten sind jedoch sehr dünn (bei der AK-X: ca. 1-2mm). Solche dünnen Schichten sind jedoch kaum in der Lage die so wichtige Flügelkontur auch unter Last beizubehalten. Sie tendieren dazu Beulen und Falten zu schlagen, wie ein Blatt Papier, dass man zusammenschiebt. Um das zu verhindern, wird die Schichtdicke des CFK durch den Einsatz eines sog. Kernmaterials erhöht. Dieses ist i.d.R. ein sehr leichter Hartschaum. Wir verwenden 10mm dickes „Divinicel H60“, das uns von DIAB bereitgestellt wurde. Als letzten Schritt in den Vorbereitungen musste dieser zugeschnitten und die Kanten abgeschrägt (geschäftet) werden.

Am Dienstagabend lag dann tatsächlich alles bereit.

 

AK-X

Ganz viel Papier… (Teil 1)

Möchte man ein Flugzeug bauen und damit dann auch fliegen, muss man der zuständigen Behörde auch beweisen können, dass man hier keinen Unfug verzapft, sondern das Flugzeug den gängigen Normen entsprechend sicher fliegt. Schließlich hängt davon ein Menschenleben ab.

In Deutschland ist die „zuständige Behörde“ das Luftfahrtbundesamt (LBA) und die „gängigen Normen“ zum Bau eines Segelflugzeugs die CS-22 (ehemals JAR-22). In dieser kleinen Beitragsreihe werden wir in der nächsten Zeit den langen Weg des Nachweises der Lufttüchtigkeit beleuchten.


TEIL 1: Lastannahmen

Den Beginn eines Nachweises bilden die sog. Lastannahmen. Hier werden zunächst die Rahmenbedingungen des zu bauenden Flugzeugs abgesteckt. Daraus und aus den Forderungen der Bauvorschrift (CS-22 / JAR-22) ergeben sich Geschwindigkeitsbereiche, Massen und Kraftverteilungen. Diese Informationen sind zentral für alle weiteren Nachweisschritte. Möchte man ein Bauteil auslegen, muss man schließlich wissen, welche Kräfte auf es wirken können. Auch ein Belastungstest macht natürlich nur Sinn, wenn man weiß, wie stark man überhaupt belasten muss. Baut man, so wie wir, ein unkonventionelles Flugzeug, oder allgemein eines, bei dem man die Grenzen des technisch Machbaren erweitern möchte, reichen bisher verwendete Materialien evtl. nicht aus. Doch die Eigenschaften neuer Materialien überlegt man sich nicht beim Kaffee — auch diese müssen anhand von Materialproben nachgewiesen werden. Die Geschwindigkeits- und Massegrenzen sind später im Betrieb relevant, um das Flugzeug nicht zu überlasten.

Sind die Rahmenbedingungen geklärt, wird der sog. Flight-Envelope erstellt. Dieser beschreibt den gesamten Betriebsbereich eines Flugzeugs im Flug. Daraus und einigen weiteren Forderungen ergeben sich eine Vielzahl an sog. kritischen Lastfällen, d.h. Betriebssituationen, bei denen das Flugzeug in irgend einer Weise an seine Grenzen gebracht wird.

Stimmt das LBA dieser Liste an kritischen Lastfällen zu, gelten diese für alle folgenden Schritte als Maß: Zum Auslegen von Bauteilen, zum Nachweis deren Festigkeit bis zum Schreiben des Flughandbuches, welches dem Piloten später als Informationsgrundlage dient, um das Flugzeug so zu fliegen, wie es sich der Konstrukteur vor langer Zeit einmal gedacht hat…

AK-8

Fräsarbeiten bei DG-Flugzeugbau

Nachdem wir Ende letzten Jahres vom Beginn des Gestellschweißens berichtet haben, rückt nun das Fräsen der eigentlichen Formen in den Fokus. Dazu haben wir Blöcke aus Ureol[1] verklebt und zur Versteifung mit Stahlträgern versehen. In diese einzelnen Segmente wird nun das Negativ einer jeden Flügelhäfte gefräst. Das ganze Vorgehen ist dabei sehr straff durchorganisiert. Maschinenzeit einer CNC-Fräse ist kostbar, und so kommt es, dass wir auch am Wochenende zu keiner Zeit vorm Anpacken zurückschrecken.

Unser großer Dank gilt dabei der Firma DG-Flugzeugbau. Die Kooperation mit dieser Firma zieht sich schon lange durch die Geschichte der Akaflieg Karlsruhe. So wurden die Winglets der DG-500/20m von der Akaflieg Karlsruhe entwickelt. Später folgte die Kooperation zum Bau der AK-8, deren Rumpf eine modifizierte Variante des DG-600-Rumpfs ist. Ende der 10er Jahren knüpfte das Projekt der DG-1000J, unserem Turbinenprojekt AK-9, an. Nun fräsen wir gemeinsam die Flügelformen der AK-X auf der CNC-Fräse von DG.

Nachdem das Fräsen aller Segmente einer Form abgeschlossen ist, werden diese mit den besagten Stahlgestellen verklebt. So wird sichergestellt, dass die Formen belastbar und beweglich sind und die gewünschte, anspruchsvolle Flügelgeometrie bis zum Fertigstellen der Flügel beibehalten. Doch bis dahin ist es noch ein weiter Weg. Insgesamt werden wir in den nächsten Wochen auf diese Weise vier Flügelformen herstellen: Für linken und rechten Flügel jeweils eine obere und eine untere Form. Später werden noch die kleineren Formen der Winglets folgen. Von all diesen Schritten werden wir Ihnen noch ausführlich berichten.

 

[1] Ureol ist ein künstlich hergestellter, sehr homogener Formwerkstoff. Er besteht aus winzigen Glaskügelchen verpresst und zusammengehalten von Polyurethanharz. Unser Ureol stammt von der Firma Necumer. Bei der Beschaffung unterstützte uns die Firma Girrbach Modellbau aus Pfinztal mit sehr günstigen Konditionen.