Bachelorarbeit Aviatik: Lastenmessungen am Höhenleitwerk eines Kunstflugzeugs

Lastenmessung beim Kunstflug

Kunstflugzeuge sind in der Luft extremen Belastungen ausgesetzt. Um sicherzustellen, dass das Flugzeug den Anforderungen standhält, haben Dominik Graf und Vera Roos im Rahmen ihrer Aviatik-Bachelorarbeit die Lasten am Höhenleitwerk untersucht.

Die Schweizer Firma MSW Aviation hat das Kunstflugzeug Votec 322 selber entwickelt und hergestellt. Für die Flugzulassung fordert das Bundesamt für Zivilluftfahrt (BAZL), dass die Lasten auf das Heck durch unabhängige Forschung untersucht werden. In ihrer Aviatik-Bachelorarbeit konnten Vera Roos und Dominik Graf experimentelle Versuche sowie theoretische Analysen durchführen und damit die Flugzulassung vorantreiben.

Dominik Graf und Vera Roos haben die Lasten am Höhenleitwerk untersucht.

Reale Flugmanöver gemessen

Die Dehnungsstreifen wurden auf der Struktur des Hecks angebracht.

Um die Lasten bestimmen zu können, haben Vera Roos und Dominik Graf das Flugzeug zunächst mit geeigneter Instrumentierung ausgestattet und dann mehrere Flugversuche geplant sowie durchgeführt. «Die Instrumentierung bestand aus Dehnungsmessstreifen, welche wir auf der Struktur des Hecks angebracht haben sowie Sensoren zur Messung von verschiedensten Parametern wie Beschleunigungen oder Steuerausschlägen», erklärt Dominik Graf. Ein auf dem Flugzeugtyp erfahrener Pilot flog die Manöver, die den Bau- und Zulassungsvorschriften entsprechen. Danach mussten die Messdaten ausgewertet und verarbeitet werden. «Um die von den Dehnungsmessstreifen gemessenen Daten in Lastwerte umzurechnen, haben wir eine Kalibrierung vorgenommen», so Vera Roos. «Durch die experimentelle Vorgehensweise bei den Flugversuchen ergaben sich aber einige Messungenauigkeiten, welche wir genauer untersucht und soweit wie möglich behoben haben.»

Simulation von abrupten Manövern

Während der Flugerprobung erlaubten die gemessenen Parameter eine Abbildung des Flugverhaltens und der Belastungen, welchen das Flugzeug ausgesetzt ist. Neben den realen Testflügen haben Vera Roos und Dominik Graf zudem alle abrupten Manöver mit einem Modell der Votec 322 simuliert. Dazu benutzten sie eine Simulationssoftware, die in einer vorhergehenden Arbeit an die Eigenschaften der Votec 322 angepasst worden war. «Um nun auch die Lasten simulieren zu können, haben wir das Modell nochmals erweitert», so Dominik Graf. «Beim Vergleich der Simulationsergebnisse mit den Messdaten erreichten wir im Allgemeinen eine gute Übereinstimmung.» Allerdings sei die Simulation ein wenig schneller und reagiere etwas zu stark auf Steuerinputs verglichen mit den Messdaten.

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«Die Instrumentierung bestand aus Dehnungsmessstreifen, welche wir auf der Struktur des Hecks angebracht haben.»

Dominik Graf

Raum für Verbesserungen

Die Grafik zeigt die Übereinstimmung der Messdaten mit den Simulationsergebnissen.

Konkret ergab die Analyse, dass abrupte Manöver das Heck am stärksten belasten. «Die maximal gemessene Last betrug 752,5 Kilogramm und liegt damit im Bereich des Erwarteten», so Vera Roos. «Denn die maximal zulässige Betriebslast beträgt 903 Kilogramm.» Dominik Graf und Vera Roos haben im Rahmen ihrer Bachelorarbeit die Lasten auf das Heck erfolgreich bestimmt und eine vernünftige Übereinstimmung zwischen den Messdaten und der Simulation erreicht. Dennoch gibt sich Dominik Graf selbstkritisch: «Es gibt noch einige Punkte, die bei der Ausführung der Flugversuche nicht genügend sorgfältig bedacht wurden und im Falle einer Wiederholung verbessert werden sollten. Zusätzlich kann auch das Modell durch die Anpassung gewisser Parameter noch verbessert werden.» Somit bleibt noch Raum für weitere Untersuchungen künftiger Aviatik-Absolventen.

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Bachelorstudium Aviatik

Zentrum für Aviatik (ZAV)