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.

 

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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.

 

AK-X

Hebel, Stangen, Lager

Hinweis: Bei unserem letzten Artikel handelt es sich um einen Aprilscherz.


Die AK-X verfügt über insgesamt 10 Steuerflächen zur Kontrolle der Fluglage. Jede wird individuell angesteuert – rein mechanisch. Das bedeutet: Jeweils 5 Steuersignale müssen pro Seite durch den schlanken Flügel zu ihrem Bestimmungsort geleitet werden. Da elektronische Steuersysteme in Segelflugzeugen bisher kein Standard sind und wir bei unserem Prototyp bereits mit sehr vielen Standards gebrochen haben, bleiben wir bei der Steueranlage bei klassischen Hebeln und Stangen, um die Steuerbefehle zu übertragen.

Steuerflächen der AK-X: 1-3 Hauptsteuerung, 4-5: Nebensteuerung

Aber an dieser Stelle enden dann auch wieder die Gemeinsamkeiten mit herkömmlichen Segelflugzeugen. Denn bei konventionellen Segelflugzeugen werden maximal 3 statt 5 Steuersignale in den Flügeln übertragen und „normale“ Flugzeuge haben auch keine Kurve im Flügel. Eine weitere Herausforderung ist, dass Hochleistungssegelflugzeuge üblicherweise große Wassertanks in den Flügeln haben. So auch die AK-X. Doch die große Zahl an Steuerstangen führt leider dazu, dass einige der Steuerstangen durch den Tank verlaufen, was bei Serienflugzeugen eher die Ausnahme ist. Damit das Wasser auch im Flug abgelassen werden kann, kommt noch eine weitere Steuerfunktion hinzu: Die Wasserventile.

Damit uns Bau und Entwicklung deshalb nicht über den Kopf wachsen, haben wir versucht, so viele Serienteile wie möglich in unserer Konstruktion zu übernehmen. So werden als Bremsklappen die eines verbreiteten Segelflugzeugs aus der gleichen Leistungsklasse wie der AK-X verbaut, allerdings genau verdreht zur Serienversion: Die rechte Klappe bauen wir links ein.

Die Seitenrudersteuerstange durchquert den Hauptflügel lediglich: Das Seitenruder liegt im Winglet. Der Übergang zwischen Hauptflügel und Winglet muss also auch einen Anschluss für eine Steuerstange aufweisen. Hier haben wir einen automatischen Anschluss eines Segelflugzeugs der Offenen Klasse leicht abgewandelt. Für den Einbau eines Serienteils ist unser Bauraum jedoch nicht geeignet.

Zur Verbindung der Steuerstangen mit den Umlenkhebeln werden verschiedene Adapter benötigt. Auch hier können wir auf leicht abgewandelte Serienteile zurückgreifen. Die verbliebenen Teile können wir zum großen Teil selbst fertigen. Der Rest übersteigt jedoch unsere  technischen Möglichkeiten. Daher sind wir dankbar, dass sich auch hierfür Unterstützer in Wirtschaft und Universität gefunden haben.

 

AK-X

Linker Holm fertig

Seit dem letzten Projektbericht ist schon einige Zeit ins Land gegangen und damals haben wir von Rückschlägen berichtet. Man könnte meinen, die Motivation hätte gelitten. Weit gefehlt: Wir sind nur nicht dazu gekommen, von den letzten Fortschritten zu berichten.

Mittlerweile haben wir den linken Flügelholm fertiggestellt und eingeklebt. Das bedeutet auch, dass bereits sämtliche Aufnahmen für Steuerungsanbauten angebracht sind. Der Holm ist bei der AK-X ein ausgesprochen massives Bauteil: 50,2kg bringt er auf die Waage und macht damit über die Hälfte des Gesamtgewichts (inklusive Lack, Verklebegut, Steuerungsanlage, Flügelschalen, Rippen, Stege, Beschläge, Schotts, etc.) aus.
Besonders spannend während dem Bau des Holms war das Infiltrieren der Schubbelegung. Wenn während dem Prozess etwas schief geht, sind mehrere Monate Arbeit und teures Material gefährdet. Aber auch das hätte nicht besser laufen können und das Ergebnis ist eine verhältnismäßige sehr leichte Belegung mit perfekter Faserorientierung.

Damit ist die letzte Phase des Flügelbaus in den Formen eingeläutet: Der Innenausbau samt Steuerungsmontage. Die Fertigstellung der Konstruktion dieser ca. 250 Einzelteile umfassenden Baugruppe hat uns in den letzten Wochen nochmal einiges abverlangt. Aber nun sind alle Teile in der Fertigung. Unser nächster Beitrag wird sich dann ausführlich mit diesen Teilen beschäftigen.

 

AK-X

Es läuft nicht immer alles rund

Letzte Woche fand in Braunschweig das Segelflugsymposium statt. In diesem Rahmen konnten wir einen Einblick in die praktischen Erfahrungen mit verschiedenen modernen Fertigungsverfahren beim Bau der AK-X gewähren.

Eigentlich können wir stolz auf den Baufortschritt der letzten Monate sein. In den Flügel- und Rumpfformen liegen die fertigen Schalen dieser großen Bauteile. Außerdem liegen da etliche Teile, die als Rippen, Kästen, Stege, etc. dort in der nächsten Zeit fest eingebaut werden sollen. Je nachdem, ob man gefertigtes Bauteilvolumen oder Bauteilanzahl betrachtet sind zwischen 60% und 90% der Struktureinbauteile dieses Jahr gebaut worden. Aber wenn man ein Flugzeug zum ersten Mal baut, dann geht auch öfter mal etwas schief. Manchmal ist es Unachtsamkeit, eine falsche Einschätzung, fehlende Erfahrung, Ungeschicklichkeit oder auch mal schlicht Pech. So gibt es manche Teile für unser Flugzeug mittlerweile mehrfach. In den Müll wandern jedoch die wenigsten Ausschussteile. Es gibt eigentlich immer eine Anschlussbeschäftigung, auch wenn die meist nicht viel mit Fliegen zu tun hat.

 

AK-X

Rumpfschalen fertiggestellt, Einbauteilfertigung

Nachdem die Rumpfschalen wieder zurück in unserer Werkstatt waren, haben wir uns direkt daran gemacht, auch noch die übrigen Arbeiten daran zu erledigen: Im Heck sind die Schichtstärken so gering, dass eine CFK-Schaum-Sandwichstruktur nötig ist. Es galt also den Schaum einzupassen, einzukleben, besondere Stellen herauszuarbeiten und schließlich die innere Kohlefaserlage aufzulaminieren. Die Übung aus diversen Modellen, dem Bruchflügel- sowie dem Flügelbau machte sich da bezahlt, sodass es jetzt ein Leichtes war, diese Schritte durchzuführen. Und so kam der schöne Moment, bei dem die Oberseite des Rumpfes aus ihrer Form gelöst werden konnte, um in Zukunft die Maßhaltigkeit der Einbauteile in der unteren Hälfte überprüfen zu können.

Apropos Einbauteile: Auch hier haben wir mit der Fertigung begonnen. Zunächst fertigen wir von jedem Teil einen Dummy aus Glasfasern, bei dem wir dann die nötigen Aussparungen heraussägen, um sämtliche Funktionen des Bauteils zu ermöglichen. Zurückgelegt in seine Form ist so ein Dummy dann eine perfekte Schablone, um die Form so zu ergänzen, dass das echte Teil dann ohne Aussparung in den Rumpf passt und seinen Zweck erfüllt.

 

AK-X

Rumpfschalen infiltriert

Die letzten zwei Wochen waren arbeitsreich: Drei Akaflieger packten die vorbereiteten Rumpfformen der AK-X ein, um damit nach Rosswälden zur Firma WingsAndMore zu fahren. Warum? Wir hatten uns entschieden die Außenhaut des Rumpfes, welche einen Großteil der Lasten des Rumpfes trägt, im Vakuum-Infusionsverfahren herzustellen. Im Unterschied zum Handlaminieren, welches seit mehreren Jahrzehnten im Kleinflugzeugbau angewandt wird, werden die Fasergewebe nicht mit Epoxidharz getränkt sondern „trocken“ in die Form gelegt. Das hat mehrere Vorteile gegenüber dem Handlaminieren: Es besteht kein Zeitdruck durch aushärtendes Harz während des Einlegens der Fasern. Dadurch kann ein ordentlicheres Laminat erreicht werden. Außerdem ist es vollkommend ausreichend allein bzw. zu zweit an einem ganzen Rumpf zu arbeiten. Das schafft eine ruhigere Arbeitsathmosphäre als die Hektik von 10 oder mehr Leuten. Ein weitere Vorteil ist, dass das Einsaugen des Harzes in die trockenen Gewebelagen deutlich geringere Harzmengen in der Struktur hinterlassen, was ein Gewichtsvorteil gegenüber dem Handlaminieren darstellt. Am Ende wird außerdem eine deutlich höhere Bauteilqualität erreicht, mit deutlich weniger Poren, als das im Handlaminieren möglich ist.

Warum werden dann nicht alle Segel- und Kleinflugzeuge nach diesem Verfahren gebaut? Zum einen lohnt es sich schlicht nicht für die Serienfertigung, da die Taktzeiten deutlich geringer sind, und das Risiko deutlich höher. Hier kommt die Firma WingsAndMore ins Spiel: Beim Einsaugen des Harzes kann einiges schief gehen, wenn man ungeübt ist. Das Verfahren erlaubt nahezu keine Fehler und kann bei falscher Durchführung völlig unbrauchbare Bauteile liefern, wenn das Harz einfach nicht überall da hinfließt, wo es hinsoll. Da wir in der Akaflieg kaum eigene Erfahrungen mit diesem Verfahren hatten, benötigten wir also einige wachsame Augen, die uns die nötigen Tipps gaben und den Prozess überwachen konnten, damit nicht alle Arbeit umsonst war. Natürlich konnten auch sie nicht garantieren, dass unsere Arbeit zum Erfolg führt, aber mit ihren Worten: „Man muss dem Glück eben wenigstens eine gute Chance geben“. Diese Chance war bei einer Firma, die fast täglich dieses Verfahren im Prototypenbau einsetzt, recht hoch.

Am Ende zeigte sich, dass unser optimistischer Ansatz, dieses Verfahren „mal eben“ in unsere Prototypfertigung zu integrieren, sich ausgezahlt hat: Das Harz fand wie selbstverständlich seinen Weg bis in die hinterste Ecke der Form. Wichtigster Vorteil für uns war das stressfreie Einlegen über mehrere Tage. Die dadurch erreichte exakte Einhaltung des Belegeplans und der damit einhergehenden Schichtdicken sind bei den angepeilten Toleranzen der AK-X hilfreich für die spätere Montage des Flugzeugs. Dass „nebenbei“ noch mehrere Kilogramm Harz gespart wurden, eröffnet weiteren Spielraum in der übrigen Konstruktion, um innerhalb der Massengrenzen zu bleiben.

Unser großer Dank gilt der Firma WingsAndMore und ihrem Inhaber Tobias Schmidt, die uns zwei Wochen in ihrer Werkstatt willkommen geheißen haben, immer mit Rat und Tat zur Seite standen, wenn wir nicht weiterkamen und mit ihrer Erfahrung und ihren Ideen letztlich das Gelingen ermöglicht haben. Da haben wir in den zwei Wochen doch glatt mehr gelernt, als das in derselben Zeit in der Uni möglich gewesen wäre 😉

 

 

AK-X

3D-Druck Formkerne

Im vergangenen Jahr konnte die Akaflieg gemeinsam mit zwei weiteren Hochschulgruppen am KIT mit Unterstützung durch die Universitätsgesellschaft einen 3D-Drucker für Thermoplast beschaffen. Doch wozu braucht man ein solches Gerät? Der Einbau von Thermoplast-Druckteilen in Flugzeugen steckt noch völlig in den Kinderschuhen. Die Festigkeit von Thermoplastteilen ohne Faserverstärkung bleibt materialbedingt oft weit hinter CFK-Bauteilen zurück. Und „unser“ Drucker kann lediglich ein Volumen von 200x200x300mm drucken, wobei ein Teil, das dieses Volumen ausfüllt, bereits zwei Tage zum Drucken benötigt.

Trotzdem hat der Drucker sich bereits bewährt und seinen Platz in der Fertigung bei der Akaflieg gefunden: Der Bau von Prototypen aus Faserverbundwerkstoffen leidet oft daran, dass sämtliche Formen für ein einziges Flugzeug hergestellt werden müssen. Das ist wirtschaftlich gesehen ein äußerst schlechtes Verhältnis. Das hat zur Folge, dass dafür meist günstige Materialien und Herstellungsverfahren genutzt werden. Für funktionsrelevante Details in den Formen fehlt häufig Zeit, Ressourcen oder Integrationsmöglichkeiten auf Basis der gewählten Fertigungsmethode. Hier kommen nun die 3D-Druckteile ins Spiel. Auf diese Weise ist es kinderleicht, in eine fertige Form zusätzliche Formkerne für Detailelemente zu integrieren. Seien es Aussparungen für Schraubenköpfe, Ventile, zusätzliche Verrundungen, etc. Dem Konstrukteur sind nahezu keine Grenzen gesetzt. Auch Hinterschnitte stellen kein Problem dar: Da die gedruckten Teile eine sehr geringe Volumenausfüllung besitzen, lassen sie sich (fast) mühelos aus dem fertigen Bauteil durch mechanische oder chemische Zerstörung entfernen.

In der AK-X haben wir diese Möglichkeit der gedruckten Formkerne beim Rumpf-Mock-up erprobt. Der Erfolg dieses Vorgehens hat nun dazu geführt, dass auch beim Prototyp eine Vielzahl solcher Formkerne zum Einsatz kommen.

AK-X

Weiterer Meilenstein erreicht

Die erste Etappe im Bau der fliegenden Flügel ist abgeschlossen: Nachdem wir im Februar die Schalen des rechten Flügels fertigstellen konnten, haben wir diese Woche den Bau der linken Flügelschalen beendet. Während der Bau des rechten Flügels noch durch einige konstruktive Arbeiten gebremst wurde, konnten wir die Schalen des linken Flügels innerhalb eines Monats bauen. Den nächsten Schritt stellt nun die Fertigung des Holms dar, der die Biegekräfte der Flügel aufnimmt.