28.01.2026
Bester Vortrag beim Idaflieg-Wintertreffen 2026
Untersuchung der Flatterstabilität des Nurflügelsegelflugzeugs AK-X
Die Flatterfreiheit stellt eine zentrale Voraussetzung für die Zulassung der AK-X dar und ist damit ein wesentlicher Meilenstein auf dem Weg zum Erstflug des Nurflügelsegelflugzeugs. Gemäß der Bauvorschrift JAR-22 ist die aeroelastische Stabilität rechnerisch bis zur 1,2-fachen Bemessungshöchstgeschwindigkeit nachzuweisen. Für die AK-X entspricht dies einer Geschwindigkeit von rund 350 km/h. Aufgrund der besonderen aerodynamischen und strukturellen Eigenschaften von Nurflügelkonfigurationen war von Beginn an klar, dass dem Thema Flattern im Projekt eine besondere Bedeutung zukommt.
Um eine belastbare Grundlage für die Flatterrechnungen zu schaffen, wurde im Frühjahr 2025 ein umfangreicher Standschwingungsversuch durchgeführt. Vom 28. April bis zum 12. Mai 2025 wurde die AK-X am Institut für Aeroelastik des DLR in Göttingen vermessen. Der mehrtägige Versuchsaufbau wurde von einem fünfköpfigen Team der Akaflieg Karlsruhe begleitet. In dieser Phase wurden rund 80 Beschleunigungssensoren an der Struktur angebracht und der vollständige Messaufbau aus Aufhängung, Anregung und Datenerfassungssystemen eingerichtet.
Um die elastischen Eigenschwingungen des Flugzeugs sauber von den Starrkörperbewegungen zu trennen, wurde die AK-X weich mit Bungees an einem Deckenkran aufgehängt. Die Anregung der Struktur erfolgte über elektrodynamische Shaker, während die Systemantwort mit den Beschleunigungsaufnehmern erfasst wurde. Über mehrere Messtage hinweg konnten so die Eigenfrequenzen, Schwingungsformen und Dämpfungswerte des Gesamtsystems experimentell bestimmt werden. Diese Messdaten bilden die Grundlage für alle weiteren rechnerischen Nachweise.
Nach dem Abschluss des Versuchs wurden die gewonnenen Daten zur Validierung eines bestehenden Finite-Elemente-Modells herangezogen. Mit dem so abgeglichenen Strukturmodell konnten anschließend numerische Flatterrechnungen durchgeführt werden. Dabei wurden Frequenzen und Dämpfungen der relevanten Schwingungsformen über den gesamten betrachteten Geschwindigkeitsbereich ausgewertet.
Die Untersuchungen zeigten, dass die spezielle Geometrie der AK-X – insbesondere die Rückpfeilung der Tragfläche in Kombination mit dem fehlenden Rumpf und Leitwerk – zu einem für Nurflügler typischen Flattermechanismus führen kann. Die erste symmetrische Flügelbiegeschwingung weist Anteile auf, die einer Starrkörper-Nickbewegung ähneln. Da die Eigenfrequenz dieser Nickbewegung mit zunehmender Geschwindigkeit ansteigt, kann es bei Annäherung beider Frequenzen zu einer Kopplung kommen, die mit einem deutlichen Einbruch der Dämpfung einhergeht. Dieser Effekt wurde gezielt untersucht, indem verschiedene Parameter variiert wurden.
Dabei zeigte sich insbesondere die Lage des Gesamtschwerpunktes als entscheidender Einflussfaktor. Ein weiter hinten liegender Schwerpunkt sowie eine erhöhte Rumpfdrehträgheit wirken sich positiv auf die kritische Flattergeschwindigkeit aus. Die auf der horizontalen Tragfläche angeordneten Steuerflächen erwiesen sich hingegen als aeroelastisch unkritisch, was auf den konsequenten Leichtbau in diesem Bereich zurückzuführen ist.
Ein anderes Bild ergab sich bei den Winglets mit den integrierten Seitenrudern. Hier traten über den betrachteten Geschwindigkeitsbereich klassische Ruderflatterinstabilitäten auf, die mit lateralen Schwingungen der Winglets gekoppelt sind. Eine rechnerische Behebung durch Massenausgleich hätte zusätzliche Massen von etwa 1,5 kg pro Seitenruder erfordert, was wiederum umfangreiche Ausgleichsmaßnahmen im Bug notwendig gemacht hätte. Da dies mit den Projektzielen nicht vereinbar ist, fiel die Entscheidung, die Seitenruder konstruktiv neu auszulegen, um von vornherein eine deutlich geringere Masse zu realisieren.
Insgesamt stimmen die Ergebnisse sehr gut mit der ursprünglichen Vorauslegung überein und lassen keine grundlegende Einschränkung des vorgesehenen Fluggeschwindigkeitsbereichs erwarten. Abhängig von den im Rahmen der Flugerprobung festzulegenden flugmechanischen Randbedingungen erscheint derzeit eine maximale Fluggeschwindigkeit von etwa 265 km/h realistisch.
Nach Abschluss des Neubaus der Seitenruder und dem final festgelegten Massen- und Momentenzustand ist zunächst ein Flatterstatement bis 200 km/h vorgesehen. Damit kann der formale Flatternachweis eingereicht und die Flugerprobung aufgenommen werden. Aufgrund des für Nurflügler typischen, teils sehr abrupten Dämpfungseinbruchs ist geplant, die Flugerprobung mit einer geeigneten Messanlage zu begleiten, um mögliche aeroelastische Effekte frühzeitig zu erkennen.

