Großmodellsegelflugzeug

Mit ihren ausgezeichneten Flugeigenschaften ist die LS-8 ein einzigartiges Hochleistungs-Segelflugzeug und ideale Basis zur Entwicklung einer Versuchsplattform. Zur Durchführung verschiedener Flugmessversuche fertigt derzeit das Studentenprojekt Stuko-LuRa ein ferngesteuertes Modell der LS-8 im Maßstab 1:2, das unter anderem zur Erprobung eines Pilotenrettungssystems für Segelflugzeuge genutzt werden soll.

Im Jahr 2004 begann die Ausarbeitung des Konzepts, die Entwicklung und der Bau mit einer planmäßigen Fertigstellung im Jahr 2016.

Das LS-8 Projekt wird und wurde vom Konzept bis zur Fertigung der einzelnen Bauteile erst durch das einzigartige Engagement zahlreicher Studenten ermöglicht.

Mit der Fachhochschule Aachen als Projektträger, der Unterstützung durch Up2Tec und unter der akademischen Leitung von Herrn Prof. Bauschat, dem Nachfolger von Herrn Prof. Röger, besteht eine fundierte wissenschaftlich-technische Basis zur weiteren Forschung und Entwicklung im Bereich der Segelflugzeuge und Pilotenrettungssysteme.

Dieses Projekt erfordert auch weiterhin die Unterstützung der Studenten. Dazu werden unter anderem Studien-, Praxis- und Abschlussarbeiten angeboten. Sollten Sie Interesse oder Fragen haben stehen wir Ihnen gerne zu Verfügung.

Aussichten zur weiteren Nutzung des Großseglers:

• Untersuchung eines Pilotenrettungssystem
• Optimierung der Flugleistung durch Fluglagekontrolle
• Festigkeitsoptimierung (Reduktion der Masse)
• Gegenüberstellung der Flugeigenschaften von Originalflugzeug zu einem Modellflugzeug
• Steuerungs- und Regelungstechnik
• Flugmechanik

Künftig sollen an diesem Projekt Studienarbeiten über die Flugleistungen, die Festigkeit und den „Momentenhaushalt“ angeboten werden.

Die Entwicklung und die Konstruktion eines Großmodellsegelflugzeuges nach dem Vorbild der LS 8 wurde nicht nur dadurch getrieben ein leichtes Fluggerät zu schaffen sondern vielmehr aus wissenschaftlich-technischen Aspekten heraus. Einen Forschungsschwerpunkt des Projekts stellen die „Pilotenrettungs-systeme“ dar. Derartige Systeme können im Entwicklungsstadium nicht mit Piloten getestet werden, weshalb auf ferngesteuerte Flugzeuge zurückgegriffen wird. Dazu dient ein maßstabsgetreuer Modellnachbau, der ferngesteuert und mit einer Datenerfassung ausgerüstet, für eine gefahrlose Durchführung solcher Flug-Versuchsreihen geeignet ist. Das dynamische Verhalten des Flugzeugs ist dem Original entsprechend anzupassen, wodurch eine Nachbildung des Verhaltens eines Segelflugzeuges samt Piloten im Versuch möglich wird.

Um eine flugdynamische Ähnlichkeit zu gewährleisten ist die Massenträgheit, die durch die Massenverteilung und die Dimensionen bestimmt wird, originalgetreu anzupassen. Zur Wiederholbarkeit der Experimente wird das gesamte Flugzeug in Negativformen gebaut. Mit 9 m Flügelspannweite stellt die LS 8 ein Großmodell dar, das auch für andere flugmechanische Untersuchungen und Projekte zur Verfügung steht. Aufgrund des Gewichts und der Maße, wird das Flugzeug mit einem Klapptriebwerk (E-Motor) ausgerüstet.

Die strukturrelevanten Bauteile werden zunächst am Computer konstruiert (CAD) und für weitere Untersuchungen der aerodynamischen Eigenschaften (CFD) und der Festigkeit (FEM) herangezogen.

Nach der Vordimensionierung aller relevanten Parameter hinsichtlich der Flugleistung und der dynamischen Ähnlichkeit wurde mit der CAD-Konstruktion begonnen. Zur originalgetreuen Abbildung wurde ein realitätsnahes Modell erzeugt, dass eine aufwändige CAD-Konstruktion über mehrere Jahre erforderte. Zur Herstellung der Formen wird ein G-Code erzeugt, der zur Ansteuerung der CNC Portalfräse erforderlich ist. Dadurch werden minimalste Abweichungen zwischen Konstruktion und späterem Bauteil erreicht und eine profiltreue Tragflächen-Kontur garantiert.

Für die geplanten Versuche des zu integrierenden Rettungssystems sind Notsituationen herbeizuführen, die vorrausichtlich zu Schäden am Modell führen werden. Zwecks Reproduzierbarkeit der Bauteile müssen die Formen somit besonders haltbar sein, weshalb sie in GFK-Bauweise gefertigt werden. Hinzu kommen die – im Segelflug üblichen – hohen Ansprüche an die Oberflächengüte. Aufgrund ihrer Größe, stellten die Flügel- und Rumpfformen eine besondere Herausforderung dar.

Die Formen der Tragflächen werden aus PU-Hartschaum gefräst. Urmodelle als Positivform ermöglichen eine mehrfache Herstellung der Negativformen und vereinfachen zusätzlich die darauf folgenden Arbeitsschritte. Diese Schritte umfassen Lackier-, Schleif- und im „finish“ Polierarbeiten. Von den Urmodellen werden beheizbare Formen aus GFK abgenommen. Weitere Formen werden in MDF gefräst.

Mit den hochwertigen Negativformen wurden bereits diverse GFK- und CFK-Bauteile gefertigt, die den hohen Ansprüchen des Projektes genügen. Darunter sind beispielsweise die Holme, Flügelschalen, Leitwerke und viele weitere Kleinteile.

Nach Herstellung aller Komponenten wird das Modell zusammengebaut, um folgend erste erfolgreiche Probeflüge zu absolvieren.

Das Modellversuchsflugzeug besteht wie beim Original aus einem zentralen Rumpf, zwei Tragflügeln, einem Seitenleitwerk und dem Höhenleitwerk. Die Struktur des Rumpfes dient der Adaption diverser Komponenten wie dem Fahrwerk, der Energieversorgung, der Telemetrie, dem Datenlogger und dem Rettungssystem. Die Kräfte aus dem Auftrieb werden über die Holme und die Querkraftbolzen auf den Rumpf übertragen. Auch hier stellen die Simulations-Ergebnisse sicher, dass diese Lasten ertragen werden können. Nach Fertigstellen erster Prototypen werden Belastungstests durchgeführt, die nicht nur eine Kontrolle der Simulation darstellen, sondern vielmehr den Nachweis der Belastbarkeit erbringen.

Die Tragflächen werden in Schalenbauweise mit Hilfe von Negativformen hergestellt. Basierend auf den Laminatberechnungen und unter Ausnutzung der Faserverbundeigenschaften wird eine optimale Festigkeit bei minimalster Masse erzielt. Als Kernmaterial des Sandwichverbundes werden leichte und ausreichend feste Schäume eingesetzt.

Der Holm wird untypisch als besonders torsionssteifer Kastenholm gefertigt.

Der erste Prototyp einer Tragfläche wird einem Bruchtest unterzogen. Hierbei wird die Belastbarkeit des Flügels nachgewiesen und die Traglast bestimmt, die zum Versagen führt. Aerodynamische Luftlasten werden simuliert, indem der Flügel an der Wurzel eingespannt ist und über die Fläche verteilte Lasten aufgebracht werden.