Versuche
Im Laufe des Projekts sind verschiedene Versuche durchgeführt worden. Diese dienten zum Einen dem Nachweis der statischen Festigkeit verschiedener Bauweisen und zum Anderen der Funktionalität von Verfahren. An dieser Stelle soll nur auf die Strukturversuche des Tragflügels sowie die Funktionstests des Katapultstarts inkl. Beschleunigungsmessung und des KfZ-Starts eingegangen werden. Neben diesen Versuchen wurden Strukturversuche am Flügelaufhängungsspant, den Schaumspanten und den Leitwerksträgern durchgeführt. Des Weiteren wurden diverse Motor-Testläufe und Messungen absolviert.
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Strukturversuch am Flügelteilstück
Nach Errechnung der notwendigen Holmbreite zum Aufnehmen des Biegemomentes und der Querkraft innerhalb der Tragfläche besteht die Möglichkeit, dass der Tragflügel evtl. auch ohne Holm die geforderten Belastungen aufnehmen kann. Um vor der Fertigstellung eines kompletten Tragflügels zu Strukturversuchen eine Aussage über die Notwendigkeit eines Holmes treffen zu können, ist dieser Versuch vorgesehen worden.
Zu untersuchen ist die Tragfähigkeit des Tragflügels bezüglich der auftretenden Querkraft in Kombination mit einem geringeren Moment als im realen maximalen Lastfall von 5 g.
Ziel ist es, eine Querkraft von mindestens dem errechneten Maximalwert aufnehmen zu können. Zu untersuchen ist außerdem das bei der jeweiligen Querkraft wirkende Moment. Aus dieser Kombination sollen Rückschlüsse auf das Tragverhalten des kompletten Tragflügels gezogen werden.
Versuchsbeschreibung
Das Versuchsobjekt ist ein 60cm langes Teilstück mit der Kontur des originalen Tragflügels im Mittelbereich. Als Bauweise ist wie vorgesehen ein mit Faserverbundwerkstoff umlaminierter Schaumkern angewandt worden. Auf eine Holmstruktur wurde verzichtet.
Teilversuche:
Es werden 2 Teilversuche durchgeführt. Im ersten Versuch wird eine Querkraft mit einem möglichst großem Moment aufgebracht. Im zweiten Versuch wird der Abstand der Lagerung und somit das Moment deutlich verringert (nahezu kein Momenteneinfluss mehr vorhanden).
Anmerkung: Der zweite Versuchteil ist erst nach Beendigung des ersten Versuchsteiles möglich und auch nötig geworden. Da die Beschädigung der Tragfläche nach Beendigung des ersten Versuches nur örtlich erfolgt ist, konnte der zweite Versuch mit verringerter Stützweite durchgeführt werden.
Versuchsaufbau und Durchführung V1 & 2
Das Tragflügelstück wird auf zwei Seiten in vorgefertigten Auflageschalen mit Profilkontur gelagert. Die Lagerung ist eine reine Auflage auf den Lagerböcken.
Die Versuchslast wird über ein Lasteinleitungsgeschirr per Seil auf ein Krafteinleitungsholz mit Profilkontur in der Mitte der frei tragenden Tragfläche eingeleitet. Die Krafterzeugung erfolgt über ein Spannschloss, welches mit zwischengehängter Kraftmessuhr am Krafteinleitungsgeschirr befestigt ist. An einem möglichst mittigen Punkt an der Tragflügeloberseite wird über eine Messuhr die Verformung aufgenommen.
Die Belastung wird in Schritten aufgebracht. Nach Erreichen eines Lastpunktes wird die Verformung gemessen und notiert. Die Belastung wird kontinuierlich erhöht, bis ein Versagen der Struktur oder das Ende des Messbereiches der Kraftmessuhr erreicht ist.
Versuchsaufbau
Ergebnisbetrachtung
Bei Belastung im Versuch 1 (große Stützweite) ist es zu einem Versagen durch Knittern der Druckseite gekommen. Beim zweiten Teilversuch konnte bis zum Erreichen der Belastungsgrenze der Messeinrichtung keine Schädigung lokalisiert werden.
Schädigung:
Wie auf der Abbildung gut zu erkennen, ist die Schädigung in Form von Knitterfalten an der Oberseite des Testkörpers aufgetreten. Die herrschenden Druckkräfte konnten nicht übertragen werden und haben zum örtlichen Bruch und Einknicken der Fasern geführt.
Schlussfolgerung:
Als dimensionierend ist in erster Näherung das wirksame Biegemoment zu betrachten. Die zu übertragende Querkraft ist im Verhältnis zum übertragbaren Moment sehr hoch. Mit der getesteten Bauweise kann die auftretende Last nicht getragen werden. Die Einbringung einer Holmstruktur im Mittelflügel ist erforderlich. Die aus diesem Strukturversuch resultierenden Veränderungen sind ein einem weiteren Strukturversuch nachzuweisen.
Strukturversuch am Gesamtflügel
Zu untersuchen ist die Tragfähigkeit des Tragflügels in der gewählten Bauweise. Der Versuch soll die Sicherheit gegen Bruch bezogen auf des geforderte Lastvielfache von 5g nachweisen.
Das Versuchsobjekt ist ein kompletter Tragflügel des Landrovals. Die Bauweise entspricht der bis dahin gewählten Konstruktion.
Teilversuche:
Versuchsaufbau
Der Versuchs-Tragflügel wurde mit der Flügeloberseite nach unten an der montierten Rumpfanbindung befestigt. Die Anbindung erfolgt mit Hilfe kurzer Spantstrukturen, welche an einer Halteplatte montiert sind. Die Belastung des Tragflügels erfolgt an 10 Punkten je Halbflügel. Als Belastungskörper dienen abgewogene Pakete mit Bleikugeln, welche in unter der Tragfläche hängende Gefäße gelegt werden.
Die Gefäße sind mit einer Schnur über den Tragflügel verbunden. Um eine Schädigung durch Einschneiden der Schnur in die Struktur zu vermeiden, sind an den Belastungspunkten Hölzer, welche auf die jeweilige Tragflügelkontur angepasst worden sind, angebracht.
Um mit diesem Strukturversuch ein möglichst realistisches Bild der zu erwartenden Fluglasten nachbilden zu können, ist eine Untersuchung der Belastungssituation resultierend aus 10 Belastungspunkten mit unterschiedlichen Lasten notwendig. Auf Grundlage dieser Rechnung erfolgt die Festlegung der Lastpositionen und Beträge.
Zur Aufbringung der Katapult-Last wird eine punktuelle Kraft in x-Richtung an den beiden Flügeltrennstellen aufgebracht. Dies erfolgt durch die Aufbringung eines Gewichts pro Seite, welches über eine Umlenkung per Seil mit der Flügeltrennstelle verbunden ist.
Abbildung des Versuchsaufbaus
Ergebnisbetrachtung
Die ersten beiden Teilversuche sind ohne Schädigung durchgeführt worden. Bei weiterer Belastung über den geforderten Wert hinaus ist es zuerst auf der rechten Tragflügel-Seite zu einem Versagen der Struktur gekommen. Hierbei ist ein Ablösen des Laminats auf der Druckseite zu beobachten gewesen. Bei weitergehender Belastung ist es nach Erreichen der doppelten Last zu einem Versagen der Versuchseinrichtung gekommen. Dadurch ist ein Versagenswert für den Tragflügel nicht zu ermitteln gewesen.
Abbildungen der Schädigungen
Schlussfolgerung:
Der Strukturversuch hat nachgewiesen, dass bei guter Verarbeitung die geforderte Last mit großer Sicherheit getragen werden kann. Konstruktiv ist bei der gewählten Bauweise keine weitere Verminderung des Gewichts zu erreichen. Der Tragflügelentwurf wird ohne weitere Änderungen für den Demonstratorbau verwendet.
Das folgende Video zeigt den Srukturversuch im Zeitraffer. Die Phasen des Strukturversagens sind jeweils ist als Zeitlupe dargestellt.
Video des Strukturversuchs
Um die Startbelastung und den einzustellenden Druck, der für die entsprechende Startgeschwindigkeit benötigt wird, zu ermitteln, wurden Versuche mit einem Testkörper (Dummy) durchgeführt. Außerdem sollte vor einem Start mit dem flugtauglichen Modell der Umgang mit dem Katapult geübt werden. Zudem musste sichergestellt sein, dass sich das Fluggerät von der Lanze des Katapultes trennt.
Für diese Versuche wurde ein Dummy hergestellt, der von Gewicht, Abmaßen und Schwerpunkt mit dem Original übereinstimmt.
Der erste Versuch galt insbesondere den Umgang mit dem Katapult zu erlernen und dieses auf seine Funktionstüchtigkeit hin zu überprüfen. Die Tragfläche und Leitwerk des Dummys waren bei diesem Versuch noch aus Holz und ohne Profil, so dass nur mit einem geringen Auftrieb zu rechnen war.
Der Dummy sollte mittels eines Schwertes, welches an der Lanze befestigt bzw. aufgesetzt wurde, beschleunigt werden. Im vorderen Teil des Rumpfes war ein Rundmaterial befestigt, an dem das Schwert angreifen soll.
Startvorbereitungen beim ersten Katapultversuch
In den folgenden Versuchen wurde die Tragfläche aus dem Strukturversuch repariert und auf den Holzrumpf befestigt. Die Leitwerksausleger wurden durch Aluminiumvierkantrohre ersetzt, die bei einem harten Aufprall verbiegen aber nicht brechen. Die Leitwerksflächen sind aus einfachen Sperrholzplatten gefertigt und vor Ort mit Blindnieten bei Bedarf einfach wieder zu befestigen, insofern sie bei der Landung beschädigt werden.
Ziel der Versuche ist, neben dem Beobachten und Verifizieren des Trennvorgangs von Lanze und Dummy, die Ermittlung des optimalen Startdrucks bezüglich Startgeschwindigkeit und Beschleunigung.
Video eines Katapultversuchs
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Zur Ermittlung der Geschwindigkeit und Beschleunigung wurden Video-Auswertungen vorgenommen. Die Werte für die Beschleunigung sind hierbei als stark fehlerbehaftet anzusehen. Somit ist ein zusätzlicher Katapultversuch mit Einsatz eines Beschleunigungsmessers erfoderlich gewesen. Die folgende Darstellung zeigt die Ergebnisse für ein Fluggerät mit ca. 15 kg Abfluggewicht bei einem Startdruck von 150 psi. Deutlich zu sehen ist die relativ hohe Beschleunigung am Beginn des Startvorgangs (t = 0,07 s). Anschließend flacht die Kurve deutlich ab.
Ergebnisdarstellung der Beschleunigungsmessung
Für einen Start vom Dach eines Kfz wurde für die ersten Versuche ein modifizierter VW Käfer verwendet. Durch die offene Bauweise des Fahrzeuges lässt sich sehr einfach eine entsprechende Befestigung für das Fluggerät anbringen. Fraglich ist nur, ob die benötigte Startgeschwindigkeit von 15 m/s erreicht werden kann.
Für einen ersten Versuch mit dem Fahrzeug wird der Dummy aus den Katapultversuchen lediglich auf das Gitterdach des Fahrzeugs gelegt und vom Beifahrer während der Fahrt festgehalten und beim Erreichen der Höchstgeschwindigkeit losgelassen.
Eine genaue Angabe der Endgeschwindigkeit lässt sich aufgrund eines fehlenden Tachometers nicht eindeutig bestimmen.
Dieser erste Versuch aber zeigt, dass ein Start mit diesem Fahrzeug möglich ist.
Video eines Startversuchs
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Für den zweiten Versuch ist ein Dachaufbau konzipiert und hergestellt worden.
Dieser dient dazu, dass während der Anfahrt das Fluggerät fest auf dem Kfz liegt und sich der Propeller frei drehen kann. Ein Auslösemechanismus gewährleistet, dass das Fluggerät sich beim Erreichen der Startgeschwindigkeit vom Autodach löst.
Dummy mit Halterung für Kfz-Start
Bei den Versuchen mit dieser Vorrichtung hat sich gezeigt, daß unter bestimmten Umweltbedingungen die notwendige Startgeschwindigkeit für den Landroval nicht sicher erreicht werden kann. Aus diesem Grund ist auf der Basis der erprobten Auslösevorrichtung eine Halterung für ein handelsübliches Fahrzeug hergestellt worden. Mit dieser Vorrichtung ist dann auch der Erststart durchgeführt worden.
Landroval auf Autostartvorrichtung
Optimiert auf 1024x768
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