Bachelorarbeit Aviatik: Entwicklung von Winglets für das Segelflugzeug DG-300

Besseres Flugverhalten dank Winglets

Winglets heissen die kleinen, nach oben gebogenen Endstücke an Flugzeugflügeln. Die beiden Aviatik-Absolventen Flavio Ferrari und Marin Hartmann haben solche Winglets für das Segelflugzeug DG-300 entwickelt. Das Flugverhalten hat sich dadurch merklich verbessert.

Winglets – kleine, nach oben gebogene Endstücke an Flugzeugflügeln – verringern den Widerstand der Tragflächen und verbessern die Flugstabilität. Doch nicht alle Flugzeuge profitieren von diesen positiven Eigenschaften: Da die systematische Erforschung von Winglets erst Mitte der 80er-Jahre begann, sucht man Winglets an Flugzeugen, die zuvor entwickelt wurden, vergebens. Wie die Bachelorarbeit von Flavio Ferrari und Marin Hartmann nun aber zeigt, können Winglets auch nachträglich für ein bestimmtes Flugzeug entwickelt und angebracht werden. Die beiden Aviatik-Absolventen haben dies für das Segelflugzeug DG-300 gemacht. Die DG-300 gehört mit über 500 Stück zu den vergleichsweise bekannteren und verbreiteteren Segelflugzeugen.

Flavio Ferrari (links) und Marin Hartmann haben Winglets für ein Segelflugzeug entwickelt.

Mit Simulationssoftware zur perfekten Form

Flavio Ferrari berichtet: «Wir haben mit der Entwicklung der Winglets für die DG-300 bereits im Rahmen unserer Projektarbeit begonnen. Dabei ging es erst einmal darum, die ideale Form für die Winglets zu finden.» Die Abmessungen und Daten des bestehenden Segelflugzeugflügels lagen den beiden Aviatik-Absolventen vor, für die weiteren Schritte verwendeten sie zwei Simulationssoftwares. Entscheidende Parameter wie die Länge der Winglets oder der Winkel zum Flügel konnten sie so virtuell variieren und untereinander kombinieren, bis sie die ideale Form gefunden hatten.

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«Man kann nicht einfach irgendwelche Bauteile zu einem bestehenden Flugzeug hinzufügen – das alles unterliegt strikten Regulierungen der Europäischen Agentur für Flug-sicherheit.»

Marin Hartmann

Belastungstests für die Winglets

Die Absolventen haben die Winglets aus Kohlefaser selber hergestellt.

In der Bachelorarbeit ging es zum einen um den Bau der Winglets. Sie bestehen aus jeweils zwei Kohlefaser-Bauteilen, welche die Absolventen anhand von Negativformen modellierten, laminierten und anschliessend zusammenklebten. Mit einem sogenannten Adapter-Kit – einem Zwischenstück – befestigten sie die Winglets am Flügel. Zum anderen war die Zertifizierung ein wichtiger Aspekt: «Man kann nicht einfach irgendwelche Bauteile zu einem bestehenden Flugzeug hinzufügen – das alles unterliegt strikten Regulierungen der Europäischen Agentur für Flugsicherheit, an die wir uns halten mussten», erklärt Marin Hartmann. Besonders wichtig ist beispielsweise, dass die Winglets den Kräften standhalten, denen sie während des Fluges ausgesetzt sind. Also führten die beiden Absolventen im Rahmen ihrer Arbeit entsprechende Belastungstestsdurch. Diese zeigten, dass die Winglets erst bei einer Krafteinwirkung von 1100 Newton brechen, wobei die für den Flug errechnete Maximalbelastung bei lediglich knapp 400 Newton liegt.

Start zum ersten Testflug

Aufgrund der guten Resultate erteilte das Bundesamt für Zivilluftfahrt den Absolventen die Erlaubnis, die Winglets im Rahmen eines Flugversuchs zu testen. Zwei Aspekte konnten Flavio Ferrari und Marin Hermann dabei untersuchen: Zum einen befestigten sie kleine Wollfäden am Winglet und zeichneten das Verhalten der Fäden während des Flugs mit einer Videokamera auf. Die Aufnahmen zeigen ruhig am Winglet anliegende Fäden, was auf ein sehr gutes Strömungsverhalten schliessen lässt. Zum anderen belegen die qualitativen Aussagen des Testpiloten, dass sich auch das Flugverhalten des Segelflugzeugs dank der Winglets merklich verbessert hat.

Nach dem Bachelor folgt der Master

Die Wollfäden am Winglet zeigen das Strömungsverhalten.

Um die Winglets offiziell zertifizieren zu lassen, wären zahlreiche weitere Tests nötig – etwas, das den zeitlichen Rahmen der Bachelorarbeit gesprengt hätte. Die beiden Absolventen könnten ihre Arbeit allerdings schon bald fortsetzen: Sie werden nach ihrem Bachelorabschluss die Ausbildung zum Master of Science in Engineering antreten und daneben als Wissenschaftliche Assistenten am Zentrum für Aviatik tätig sein. «Ich könnte mir gut vorstellen, die Winglets zum Beispiel im Rahmen einer Vertiefungsarbeit eingehender zu erforschen», sagt Flavio Ferrari.

Weitere Informationen

Bachelorstudium Aviatik

Zentrum für Aviatik (ZAV)