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Projektbeispiel: Archaeopteryx

neue Dimensionen des Fliegens

Fliegen wie ein Vogel – starten wie ein Vogel – mit Flugleistungen eines modernen Segelflugzeuges! Der Traum vom Fliegen, den Otto Lilienthal durch akribische Ingenieursarbeit und Pioniergeist Wirklichkeit werden liess, ist durch den Einsatz moderner Faserverbundwerkstoffe und dem Erfahrungsschatz einer 100-jährigen Luftfahrtentwicklung zur Perfektion gebracht worden.

Vorgeschichte

Bereits in den 70er Jahren wurden Leichtflugzeuge bei Ruppert Composite gebaut. Man war mit der Canard 2FL Entwicklung dem Ziel eines fussstartfähigen Starrflüglers sehr nahe. Die Entenflügel-Anordnung zusammen mit der Glasfaserverbundbauweise versprachen eine hohe aerodynamische Güte. Allerdings war das Fluggerät nicht einfach zu fliegen und für einen echten Laufstart noch zu schwer. In den 90er Jahren verliehen immer besser erhältlichen Kohlefasern mit ihren gegenüber Glasfaser nochmals erhöhten Festigkeitswerten neuen Auftrieb.

Die nächste Generation

Roger Ruppert ist mit dem Fliegen und dem Composite-Bau in der Werkstatt seines Vaters aufgewachsen. Mit seinem Maschinenbaustudium an der heutigen ZHAW in Winterthur fand er das richtige Umfeld, um die Idee eines fussstartfähigen Starrflügelflugzeuges wissenschaftlich neu zu durchdenken. Im Rahmen von Projekt- und Diplomarbeiten 1998 bei Prof. Robert Kaeser und Peter Frei konnte er zeigen, dass ein Fluggerät mit nur 50 kg Eigengewicht machbar ist, das den Festigkeitsanforderungen eines zertifizierten Luftfahrzeuges entspricht und hervorragende Flugleistungen hat. Aus den Erfahrungen mit dem Canard wurde eine klassische Flügelanordnung mit einem Leitwerk an einem Heckausleger gewählt. Die Berechnungen waren so vielversprechend, dass am damaligen Technikum Winterthur beschlossen wurde, das Projekt Wirklichkeit werden zu lassen.

Ultra-Leichtbau

Ziel war es ein laufstartfähiges Fluggerät mit weniger als 50 kg zu konstruieren. Da zählt jedes Gramm! Erst durch die immer dünner erhältlichen Kohlefasergewebe war es möglich so leicht zu bauen. Der Flügel hat einen Kohlefaserholm. Der vordere Teil bildet mit dem Holm eine torsionssteife Röhre (D-Box). Hinter dem Holm sind Rippen angeordnet. Die gesamte Endkante besteht aus Querrudern und einer Wölbklappe (Bild 1). Zusammen mit dem Hochauftriebprofil konnte so eine für den Laufstart am Hang notwendige geringe Mindestgeschwindigkeit erzielt werden.

Bild 1: Flügel vor dem Verkleben (Ruppert)
Flügelbelastungstest

Der Rumpf ist eine Rohrkonstruktion: Zwei Aluminiumrohre rechts und links vom Piloten nehmen die Flugsteuerung auf. Sie sind mit Kohlefaserrohren mit dem Leitwerksträger, einer Kohlefaserröhre, verbunden. Die Steuerflächen am Heck haben als tragende Elemente dünnwandige Kohlefaserrohre. Die Wandstärken aller Beschläge aus Aluminium wurden gewichtsmässig auf das absolute Minimum reduziert und am Zentrum für Produkt- und Prozessentwicklung (ZPP) gefräst. 2001 fand der Erstflug statt. Der Testpilot Andy Hediger war begeistert. In den darauffolgenden Jahren wurde das Flugzeug durch Verschalungen, viele Detailmodifikationen sowie Winglets laufend verbessert.

Vom Prototyp zur Serie

Doch für die Serie war die Bauweise viel zu aufwändig. 2006 beschloss Roger Ruppert das Flugzeug zur Serienreife zu bringen. Die Aerodynamik wurde überarbeitet und das Baukonzept so gestaltet, dass nur wenige einzelne Rippen benötigt wurden (Bild 2). 2008 wurden die Bauteile getestet: Rumpf, Flügel und Leitwerk halten dem geforderten Lastvielfachen mit den Zuschlagsfaktoren stand. 2009 fand der Erstflug des völlig überarbeiteten Serien-Archaeopteryx statt. Heute kann man ein komplettes System für alle Startarten kaufen: als letzte Variante wurde der Eigenstart entwickelt. Zunächst wurde mit Studenten der ZHAW ein Elektroantrieb am Prototypen erprobt – wohl die leichteste 2-Mot der Welt! Für die Serie wurde ein modularer, zentraler Antrieb hinter dem Piloten angebracht (Bild 2). Mit wenigen Handgriffen lässt sich das System anbauen bzw. entfernen.

Bild 2: Elektro-Serienversion mit Faltpropeller (Ruppert)

Laufstart

Zum Laufstart (Bild 3) trägt der Pilot das Fluggerät auf den Schultern. Schon wenig Fahrtwind sorgt dafür, dass das Gewicht auf den Schultern verschwindet. Zunächst hängt der Pilot in seinem Gurtzeug wie bei einem Hängegleiter. Ist der Start abgeschlossen, so kann er die Füsse hochheben und das Seitenruder mit den Füssen bedienen.

Er liegt dann wie auf einem Liegestuhl und kann so auch mehrstündige Flüge geniessen und weite Strecken fliegen. Inzwischen wurden Streckenflüge über Distanzen von 600 km im Segelflug zurückgelegt und Archaeopteryx-Piloten stehen ganz oben in der internationalen Streckenflugwertung.

Bild 3: Laufstart (Ruppert)

TECHNISCHE DATEN ARCHAEOPTERYX SE

Auf einen Blick

Beteiligte Institute und Zentren:

Projektpartner: Ruppert-Composite AG http://www.ruppert-composite.ch/

Finanzierungsbeitrag: KTI

Projektstatus: abgeschlossen