23.01.2025
Bester Vortrag beim Idaflieg-Wintertreffen 2025
Nachrüstung einer Schwerpunktkupplung an einem einsitzigen Motorseglerprototypen
Der auf dem Flugzeug „Apis 2“ basierende Prototyp E17 „ApisJet“ ist durch die Umrüstung von einem Propellerklapptriebwerk auf eine im Rumpf liegende Turbine nicht mehr eigenstartfähig. Um das Flugzeug wieder in vollem Umfang in den Vereinsbetrieb einzugliedern und möglichst vielen Vereinspiloten zugänglich zu machen, haben sich Florian Kossack und Julius Lehmann im Rahmen des Sonderprojekts „Nachrüstung einer Schwerpunktkupplung an einem einsitzigen Motorseglerprototypen“ zum Ziel gesetzt, eine Schwerpunktkupplung in dem Flugzeug nachzurüsten.
Um dieses Projekt mit dem Motto „Winch me up Scotty!“ in die Realität umzusetzen, müssen vorab einige Auslegungskriterien neu gerechnet und Nachweise ergänzt werden. Dabei sind für die Freigabe zur weiteren Flugerprobung vorab die Steuerbarkeit im Windenstart sowie die Festigkeit der Tragflächen und des Rumpfes zu untersuchen. Abschließend gilt es die Kupplung im Rumpf zu positionieren, eine krafteinleitende Struktur zu konstruieren und zu fertigen als auch eine Kupplungsansteuerung in dem Flugzeug unterzubringen.
Kaum war der Projektumfang festgelegt, wurde Ende 2023 damit begonnen die Steuerbarkeit im Windenstart zu untersuchen. Dafür wurde vom „ApisJet“ ein flugmechanisches Längsmodell erstellt und mit Auftriebsbeiwerten aus dem Programm XFOIL gefüttert. Mit plausiblen Modellergebnissen war nun klar, dass nur noch die Festigkeit der Tragflächen oder des Rumpfes zum „Deal Breaker“ des Vorhabens werden konnten. Im Anschluss wurde dann Anfang 2024 damit begonnen die Tragflächenfestigkeit nachzuweisen, sowie einen Belastungsversuch für den Rumpf sorgfältig vorzubereiten. Da es sich bei dem „ApisJet“ um ein Einzelstück handelt, dessen Tragflügelbelegung nicht exakt bekannt ist, hat man sich mit einer alternativen Vorgehensweise beholfen. Ausgehend von bereits nach CS22 nachgewiesenen Lastfällen, wurde ein maximales Biegemoment der Tragflächen mithilfe einer Massen- und Auftriebsverteilung der Tragflügel errechnet. Vergleicht man diese mit dem Biegemoment im Windenstart wird deutlich, dass das Biegemoment im Windenstart geringer ist als das dimensionierende Biegemoment im Böenlastfall. So konnte rechnerisch sichergestellt werden, dass der Windenstartfall kein dimensionierender Lastfall ist und die Tragflächen ohne bauliche Maßnahmen für den Windenstart geeignet sind.
Nun gilt es noch zu verifizieren, dass auch die Rumpfstruktur den Lasten standhalten kann. Der Rumpfaufbau ist im Vergleich zu den Tragflügeln deutlich komplexer. Deshalb hat man sich dazu entschieden die Festigkeit des Rumpfes mithilfe eines Belastungsversuches nachzuweisen. Eine FEMA (Finite Elemente Methode Analyse) half dabei Spannungshotspots aufzuspüren, um dort im praktischen Belastungsversuch DMS Dehnmessstreifen) zu platzieren.
Die aus CFK (Carbonfaserverstärkter Kunststoff) gefertigte zweiteilige Kupplungsanbindung mit Titanhülsen zur Verschraubung einer TOST-Schwerpunktkupplung soll nun im Flugzeugrumpf einlaminiert werden, um den Belastungsversuch Anfang des Jahres 2025 durchzuführen. Nach dem Durchführen des Belastungsversuchs soll der „ApisJet“ durch Wartungsarbeiten, den Einbau des Triebwerks und eine Bauprüfung flugklar für die Flugerprobungskampagne gemacht werden.
Es ist geplant den „ApisJet“ nach der erfolgreichen Zulassung des Windenstarts in eine flexible und umfangreiche Messplattform für die studentischen Mitglieder des FTAG e.V. und idaflieg e.V. zu verwandeln, um Ideen wie einen Thermikablösungstracker und Luftdatensonden in der Praxis erproben zu können. Auch für das mit der Preisverleihung des Besten Vortrages beim Idaflieg-Wintertreffen verbundene Fördergeld gibt es schon konkrete Pläne – der Umbau der Kupplung sowie einige notwendige Renovationsarbeiten sollen dadurch mitfinanziert werden.
