Tech-Talk II: Leichtbau

[sesam]

Leichtbau

Diesmal ein bisschen weniger Text, aber dafür schöne Bilder.
Fragen beantworte ich gerne.

Im Laufe der Zeit haben neue Werkstoffe und neue Fertigungsverfahren zu deutlichen Verbesserungen der Flugleistungen und der Effizienz führen können.

Leichtbau wurde schon in den Anfängen als das wichtigste Merkmal im Flugzeugbau erkannt. Lilienthals erste Fluggeräte waren minimalistisch, aber gut.

Die Jeannin Stahltaube wurde 1912 von Emil Jeannin und René Feindt als zweisitziger Eindecker mit Stahlrohrgerüst entwickelt. Sie weist eine hölzerne Tragflächenkonstruktion mit gummierten Leinengewebe auf. Im ersten Weltkrieg war sie ein beliebtes Flugzeug als leichter Aufklärer. Beim Militär wusste man schnell den Nutzen eines leichten und schnellen Aufklärers in der Luft zu schätzen. Die Luftfahrt wurde in der Folge stark staatlich gefördert, um den militärischen Nutzen auszukosten.

Heute besteht ein modernes Flugzeug aus einer Vielzahl von verschiedenen Materialen. Neue Entwicklungen in den Herstellungsverfahren werden meist sofort eingesetzt und auf ihre Tüchtigkeit und Verwendbarkeit in der Luftfahrt geprüft, um Gewicht sparen zu können.

Besonders ist darauf zu achten, welche Anforderungen an eine Struktur gesetzt werden müssen.

Hier einige Beispiele:

Airbusrumpf in Metallbauweise

Das Rumpfteil des Eurofighter

Die Werkstoffe der Zukunft scheinen Faserverbundwerkstoffe zu sein:

Heute lassen sich Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe einfach herstellen.

Laserstrahlschweißen als neue Verfahrenstechnik findet immer mehr Einzug im Flugzeugbau. Die Vorteile sind bestechend:

• Höhere Nahtqualität
• schnellere Fertigung
• Kostenersparnis
• Gewichtsersparnis

In der Tat kann man davon ausgehen, dass jedes Kilo Gewichtsersparnis in modernen Machinen bis zu 5000 USD kosten darf, damit es sich noch lohnt. Bei sogenannten höchst-kritischen Teilen wie Turbinen darf das auch mehr sein.

 

[Max]

Bei der Werkstofffrage - das habe ich letztens bei einer Dokumentation erkannt - vergass ich sogar, dass Kohlenfaserstoffe nicht ursprünglich in der Formel 1 vorkam

Die Grafik mit den benutzen Werkstoffe im Wandel der Zeit ist doch sehr interessant, wenngleich meine Vertrautheit mit den einzelnen Materialien schnell sinkt

Eine Frage habe ich zum Mix der Werkstoffe: Neben unterschiedlichen Gewichten haben die verschiedenen Materialien doch auch andere, abweichende Eigenheiten, oder? Entstehen dann bei der Kombination überhaupt keine Schwierigkeiten? Denkbar wäre doch, dass es zu Spannungen aufgrund verschieden starker temperaturbedingter Ausdehnungen kommen kann? Oder ist gerade so eine Unterschiedlichkeit auch ein Vorteil bei der Zusammenstellung?...

Und dann wäre da noch eine Frage, die wieder den Sicherheitsaspekt anschneidet: Wie verhält es sich mit den Lagerungen der Ruder? Die Entenflügelchen des Eurofighters sind aus Titan - einem doch eher festen Material. Aber wie sieht es bei "Bolzen", die für ihre Ausrichtung sorgen, aus? Die sind doch einem sehr starken Druck ausgesetzt; das würde ich jedenfalls annehmen. Wie genau geht man mit den, doch auch unausgewogenen, Kräfteeinwirkungen um?
Von älteren Maschinen - nehmen wir zum Beispiel eine DC-3 - kenne ich es so, dass Ruderelemente (wie auch beim Delta-flügel des Eurofighters) gekippt werden, aber wenn ich das richtig verstehe, bewegen moderen Kampfjets da ja ganze Flügel(chen)! Und da muss doch die Belastung für die Bauteile ungleich größer sein, oder?

 

[sesam]

Eine Frage habe ich zum Mix der Werkstoffe: Neben unterschiedlichen Gewichten haben die verschiedenen Materialien doch auch andere, abweichende Eigenheiten, oder? Entstehen dann bei der Kombination überhaupt keine Schwierigkeiten? Denkbar wäre doch, dass es zu Spannungen aufgrund verschieden starker temperaturbedingter Ausdehnungen kommen kann?

Davon kann man ausgehen, denn in der Regel dimensioniert man Teile für Temperaturdifferenzen von 60-90°. Die verschiedenen Ausdehungen spielen da noch keine zu sehr große Rolle. In den wenigen Strukturen, in denen es eine Rolle spielt, setzt man Ausdehnungs-"Pufferzonen" ein, die das ausgleichen können. Das ist oftmals nur eine dünne Schicht eines Elastomers, der die verschiedenen Ausdehnungen "schluckt".

Und dann wäre da noch eine Frage, die wieder den Sicherheitsaspekt anschneidet: Wie verhält es sich mit den Lagerungen der Ruder? Die Entenflügelchen des Eurofighters sind aus Titan - einem doch eher festen Material. Aber wie sieht es bei "Bolzen", die für ihre Ausrichtung sorgen, aus? Die sind doch einem sehr starken Druck ausgesetzt; das würde ich jedenfalls annehmen. Wie genau geht man mit den, doch auch unausgewogenen, Kräfteeinwirkungen um?

Die Kinematik für die Klappen ist mehrfach gesichert, die Bolzenverbindungen sind mehrfach auf Fail-Safe ausgelegt.
Die Landeklappen einer 737:

Die Bolzen behalten auch ihre Funktion, selbst wenn sie brechen oder knicken.

Sicherungen für Bolzen gibt es ja wie Sand am Meer:

Von älteren Maschinen - nehmen wir zum Beispiel eine DC-3 - kenne ich es so, dass Ruderelemente (wie auch beim Delta-flügel des Eurofighters) gekippt werden, aber wenn ich das richtig verstehe, bewegen moderen Kampfjets da ja ganze Flügel(chen)! Und da muss doch die Belastung für die Bauteile ungleich größer sein, oder?

Der Canard kann komplett gekippt werden und mit den Flaps auch noch getrimmt. Das macht den Reiz der Entenkonfiguration (heißt wirklich so) aus.

In der Regel versucht man, Belastungen auf die Rumpfstruktur umzuleiten. Wie das jetzt bei den Canards gemacht wird weiß ich auch nicht so genau, die Verbindung Canard-Rumpf ist ziemlich dünn.

 

[Max]

Wann kommt Tech-Talk III ?

 

[sesam]

Max, ich weiß, du bist der treueste meiner Jünger
Aber Interesse gibt es in diesem Forum anscheinend keines, also wird da nichts mehr von mir kommen.

Kannst ja eine Petition starten,
dann würde ich mich vielleicht umstimmen lassen.

 

[Max]

Kannst ja eine Petition starten,
dann würde ich mich vielleicht umstimmen lassen.

Scheint wohl nicht anders zu gehen:
.: Petition :.