AK-X

Bruchwinglet – Part IV

Der letzte Artikel zum Bruchwinglet befasste sich mit dem Innenleben des Bauteils. Nach dem Verkleben der beiden Schalen ist dieser Bereich nicht mehr erreichbar und damit definitiv abgeschlossen. Das Entformen ist dann immer eine besondere Aktion: Zum ersten Mal hat man das neue Teil „vollständig“ in der Hand.

Bei den Winglets der AK-X ist die Struktur damit aber noch nicht vollständig fertig: Durch den scharfen Knick haben die Holmgurte bei Biegung des Winglets nach außen die Tendenz, sich vom Steg abzulösen (siehe Bildergalerie). Die Verklebung allein kann diese Belastung nicht aufnehmen, daher wird der Holm im Knickbereich mit Rovings umwickelt, um die Gurte zusammenzuhalten. Dieses Verfahren war für uns völlig neu und auch etwas mühsam, hat aber sehr gut funktioniert.
Schließlich wurden noch Deckel infiltriert, die die Schale über der Wicklung von außen schließen.

Außerdem mussten für die Steckung an den Flügel noch von außen mehrere Löcher gebohrt werden. Nach dem Erfolg dieser etwas nervenaufreibenden Aktion (schließlich könnte man das in vielen hundert Arbeitsstunden entstandene Teil erheblich beschädigen) konnten dann die letzten Messingbuchsen eingeklebt werden, über die sowohl im Bruchversuch als auch im Flug die Lasten an den Flügel übertragen werden.

Schließlich blieb noch das Besäumen der überstehenden Schale, um die Außenkontur auf die Endabmessungen zu bringen, das Einpassen und Einkleben der Deckel und Finishen der Oberfläche.
Parallel dazu wurde eine Transportkiste vorbereitet, um den sicheren Versand nach Paris sicherzustellen – und damit wären wir wieder am Anfang dieser Beitragsreihe.

Aktuell arbeiten wir am Versuchsaufbau und dem Ablauf des Bruchversuchs. Dazu werden wir natürlich bald wieder berichten.

AK-X

Bruchwinglet – Part III

Wie im letzten Artikel zum Bruchwinglet berichtet, sind die Schalen die größten und bei der AK-X auch aufwändigsten Einzelteile der Winglets. Nach deren Fertigstellung fehlt allerdings noch ein Großteil der Struktur, nämlich Holm- und Endleistenstege zur Kraftübertragung zwischen den Gurten bzw. den Schalen sowie einige Rippen und Stege für die Steckung zwischen Flügel und Winglet und ein Lagerbock für die Steuerung.
Für die passgenaue Fertigung haben wir zwei verschiedene Verfahren gewählt:
Die kleineren Teile, die präzise positionierte Bohrungen für die Steckungsbuchsen oder Lagerungen benötigen, sind geometrisch teils komplex. Wie auch schon für viele andere Einbauteile der AK-X wurden hierfür Formen FDM-3D-gedruckt. Das hat den Vorteil, dass kostengünstig und mit wenig Vorlauf- und Arbeitszeit auch komplizierte Formen realisiert werden können, die geometrisch gut dem CAD-Modell entsprechen.
Für die Holm- und Endleistenstege ist dieses Verfahren jedoch allein durch die größeren Abmessungen unpraktisch. Außerdem kommt es hier weniger auf exakt dem CAD-Modell entsprechende Geometrie an, sondern es ist wichtig, dass die Teile genau in die Schalen und somit zur realen Form der schon hergestellten Struktur passen. Dafür haben wir die Schalen geschlossen und den so entstehenden „Bauraum“ ausgeschäumt. Aus dem entformte Schaumkern wurden Positive, die den späteren Teilen entsprechen, ausgeschnitten und mittels Schleifen und Spachteln der gewünschten Form angepasst. Auf diesen Positiven konnten nun konventionelle GfK-Negativformen laminiert werden. Zur Verstärkung gegen Beulen wurden zugunsten eines niedrigen Bauteilgewichts und einfacher Herstellung Sicken durch in die Form geklebte „Linsen“ modelliert.
Formen sind im Prototypenbau oft die halbe Arbeit, und so konnten wir die eigentlichen Teile in wenigen Laminieraktionen zügig bauen.
Bei den Vorbereitungen zum Einkleben der Teile in die Oberschale zeigte sich der Vorteil des vielschrittigen Formenbaus: Insbesondere die mittels Schaumkern geformten Stege passen perfekt. Zuerst wurden die Stege im senkrechten Teil des Winglets eingeklebt. Für die sechs verbleibenden Teile machte sich die besondere Unterkonstruktion der Formen bezahlt: ohne eine horizontal ausrichtbare Verklebefläche (wenn auch in etwas unergonomischer Höhe) wäre die gleichzeitige genaue Positionierung der einzuklebenden Teile kaum möglich.
Schließlich konnten wir das Bruchwinglet endlich zukleben. Normalerweise ist das der letzte große Arbeitschritt an der Struktur einer Baugruppe. Doch was ist schon normal beim Bau eines Nurflügels? Um eine weitere strukturelle Besonderheit der Winglets und die letzten Arbeiten am Bruchversuchsteil geht es im nächsten Artikel…

AK-X

Bruchwinglet – Part II

Die Winglets der AK-X sind nicht nur ungewöhnlich groß, sondern müssen auch viel mehr Funktionen erfüllen als die Flügelenden herkömmlicher Flugzeuge. Wie bereits an früherer Stelle erklärt, gibt es hier einige aerodynamische Herausforderungen, die wiederum hohe Anforderungen an die Struktur stellen:
Für die Funktion als Seitenleitwerk ist ein hoher erreichbarer Maximalauftrieb nötig. Dieser sorgt (zum Beispiel bei hohen Geschwindigkeiten in böiger Luft) für sehr hohe aerodynamische Lasten auf das Bauteil. Insbesondere der enge Knick im Übergang von Flügel zu Winglet stellt durch die Umlenkung des Kraftflusses hohe Ansprüche an die Festigkeit. Gleichzeitig müssen die Winglets aber besonders leicht sein, um bei hoher Geschwindigkeit nicht das Flattern zu begünstigen.
Um diese widersprüchlichen Forderungen zu erfüllen kamen beim Bruchwinglet einige besondere Bauweisen zum Einsatz, die in den folgenden Blogbeiträgen genauer beschrieben werden sollen:

Zuerst ging es an den Bau der Schalen. Eine Neuheit für uns war die Verwendung von Biaxialgelege für die großen Kohlefaserlagen anstelle des im Flügel verwendeten Gewebes. Der für die Verstärkung des Knickbereichs aufwändige Lagenaufbau und die Harz- und damit Gewichtsersparnis sprechen für Vakuuminfusion der Außenschale anstelle des klassischen Handlaminierens. Um einen zusätzlichen Verklebespalt zu sparen und die mehrfach gebogene Geometrie überhaupt realisieren zu können, wurden die Holmgurte direkt in die Schale integriert. Das Laminat wurde dadurch relativ dick – und damit die Unsicherheit, ob das Harz überhaupt alle Lagen durchtränken kann. Um das kontrollieren zu können (und natürlich um das Gelege bestaunen zu können 😉 ) hatten wir mit Klarlack in die Form lackiert.
Stützschaum und Innenlaminat wurden konventionell gebaut, denn hier hätte die Vakuuminfusion durch Auffüllen der Poren im Schaum mehr geschadet als gespart.

So hatten wir nach etwa drei Wochen mit mehreren Ganztages-Bauaktionen zwei schöne Schalen, die nur darauf warteten, mit Einbauteilen gefüllt zu werden. Um deren Entstehung geht es im nächsten Artikel.

AK-X

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!

 

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.