Viva la Werkstatt

Sommer in Esslingen- Eine sehr intensive Prüfungsphase neigt sich ihrem jähen Ende. Die sich im Park tummelten Studenten begießen die mal mehr mal weniger gut abgeschlossenen Prüfungen mit dem ein oder anderen Bier. Am Esslinger „Stall“ werden nach und nach die Semesterferien eingeläutet.

Achja… Semesterferien- Eine Zeit der Entspannung und des Sinnierens… sollte man meinen.

Nicht jedoch für die Akafliegerinnen und Akaflieger der FTAG…. Denn in der Werkstatt herrscht Hochbetrieb! Ganz getreu dem eingefleischten Motto Forschen, Bauen, Fliegen werden die Projekte für das nahende idaflieg Sommertreffen vorbereitet und finalisiert.

Die Vorfreude auf dieses akafliegerische Jahreshighlight, sowie der deutlich erhöhte Kaffeekonsum lassen die Werkstattabende in immer länger werdende Werkstattnächte ausarten. Unermüdlich wird an allen Projektfronten wird fleißig konstruiert, zerspant, geschweißt und laminiert.

Mit von der Partie sind natürlich die beiden aktuellen E-Projekte- E16, unser klimafreundliches Flugplatzfahrzeug in FVK-Bauweise, sowie die E17 „ApisJet“ welche neben einen neuen Flugdatenlogger mit einer Trudelkomforte ausgestattet wird.

Erster Probesitz der Batterie- Querträger.

Nachdem die E16 bereits im letzten Jahr ihre Fahrtauglichkeit bereits unter beweis gestellt hatte, galt es nun die Systemkomponenten im Rumpf neu zu platzieren und eine alltagstauglichere Konfiguration zu erzielen.

So konnte im Heck des Rumpfes die Aufnahme für das Batteriesystem eingerüstet werden. Im hierdurch freigewordenen Raum hinter dem Piloten soll ein zweiter Sitz für den Passagier Platz finden. Die vordere Schale hierfür konnte bereits von fleißigen Anwärtern in einer Laminiereinweisung gefertigt werden.

Neben einem überarbeiteten Bremssystem sollte auch die Elektronik (bei den Aktiven liebevoll „Strom-Bumms“ genannt) ein Overhaul bekommen. Wie in der Industrie wird auch beim E16 auf das CAN Bus System gesetzt, womit sämtliche selbst entwickelte Steuergeräte miteinander kommunizieren können. Dadurch ist das Bussystem der E16 skalierbar und flexibel erweiterbar.

Auch eine neue Version des „Watchdogs“ konnte in die E16 Implementiert werden. Aufgabe dieser ist die Überwachung des Batteriestatus sowie die Ansteuerung der Leistungsrelais für den Antriebsstrang.

Auch das Infotainment ist selfmade. David Lill hat in Windeseile Steuergerät und User Interface hierfür entworfen.

Julen „Bussi“ Albrecht beim laminieren der Unterschale der Trudelkomforte

Bei unseren fliegenden Prototypen „E17- ApisJet“ arbeitete alles auf die anstehende Flugerprobungkampagne hin. Neben einer umfangeichen Winterwartung, in welcher unser ApisJet eine gründliche Pflegebehandlung erfahren konnte wurde fleißig an Erprobungshilfen und Messtechnik gefrickelt.

Ziel für die diesjährige Erprobungskampagne sollte nämlich nicht weniger als der Abschluss der sogenannten „High-Risk“ versuche sein. Im speziellen beinhalten diese die Flattererprobung, welche bereits auf dem Sommertreffen 2022 erfolgreich abgeschlossen werden konnte, sowie das Ausfahren der Bremsklappen bei 1.05 x VNe und die Trudelerprobung. Für letztere musste noch spezielles Erprobungsequipment angefertigt werden.

Auch an der Messtechnik- Front wurde fleißig gearbeitet. Im Rahmen einer Studienarbeit hat Lasse „Matt“ Zimmermann ein neues Loggersystem für die Flugerprobung des ApisJets aufgebaut. Der auf dem Pixhawk basierende Logger liefert durch die dreifach redundanten IMUs sowie den bereits implementierte Sensor Fusion mittels Kalman Filter sehr genaue Inertial- und Lagedaten, welche die Nachweisführung erheblich vereinfachen sollen.

Die Implementation der bereits vorhandenen Luftdatensonde stellte sich dabei als besonders herausfordernd heraus. Gerade die Kommunikation zwischen den Halleffekt Sensoren der Anstell- und Schiebewinkel Fähnchen und dem Pixhawk bedurfte einer kreativen Lösung.

Kalibrierung des Airspeed Sensors im Windkanal der Hochschule. Als Referenz dient ein Flügelradanemometer

Auf nach Stendal

„Arbeit dehnt sich in genau dem Maß aus, wie Zeit für ihre Erledigung zur Verfügung steht.“ – Diesen Zusammenhang hatte bereits der Historiker britischen C. Northcote Parkinson als eines der parkinsonschen Gesetze niedergeschrieben. Auch in der FTAG Werkstatt konnte dieser Zusammenhang noch nicht widerlegt werden. Pünktlich zum morgen der Abfahrt wurde die letzte Schraube festgezogen und alles verladen. Nach ein paar Stunden Schlaf- jedenfalls zu wenig- machte sich die Karawane auf dem weg nach Sachsen-Anhalt. Mit dabei zwei „E- Projekte“, unser Segelflugsimulator, viel Werkzeug, Band Equipment und noch vieles mehr.

Nach knapp neun Stunden Fahrt wurden die Studentinnen und Studenten herzlich auf dem Stendaler Flugplatzgelände empfangen.

„Klein- Esslingen“ – diesmal sogar mit Ortsschild

Camping hat schon immer einen besonderen Stellenwert in der Akaflieg gehabt. So wurde auch dieses Jahr wieder der Aufbau von „Klein- Esslingen“ in Angriff genommen. Im Vergleich zum Vorjahr konnten gravierende Verbesserungen in der öffentlichen Infrastruktur erzielt werden. So konnten sich Studierende über eine eigene Dachterasse auf dem „Winniemobil“, sowie über das „Hallenbad“ mit beheiztem Pool freuen.

Für die ein oder andere Frickelei hatte sich natürlich auch wieder der sogenannte „Frickelpuff“ beliebt gemacht, hier konnten die letzten Problemchen in der E16 Elektrik behoben, sowie die Trudelkomforte für den ApisJet fertiggestellt werden. Das umfangreiches, mitgebrachte Werkstoff und Werkzeug Sortiment stellte sich hier als besonders Wertvoll, nicht nur für die eigenen Projekte heraus :)

Nach einigen kleineren Startschwierigkeiten konnte das E16 auf dem Stendaler Flugplatz weiter erprobt werden.

Durch den Einsatz in der Praxis weitere wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden. Fest steht schon mal- Das Konzept funktioniert und macht richtig Laune :)

Ein wenig Ernüchterung stellte sich beim E17 „ApisJet“ ein. Leider sprang das Triebwerk nach der langen Winterpause nicht mehr an. Mehrtägiges Troubleshooting deutete auf einen defekten Drehzahlsensor hin, wodurch die ECU die Startsequenz nicht weiter verfolgen konnte und das Triebwerk im „Spool-Up“ verharrte.

Aufgrund der schwierigen Einbausituation im Rumpf des Flugzeuges und fehlender Ersatzteile wurde beschlossen die Turbine für die Flugerprobungkampagne stillzulegen und die E17 vorerst als reines Segelflugzeug zu betreiben.

Neben Flugerprobung und Sondermessprojekten wurde natürlich auch wieder fleißig „gezachert“.

Ein Novum dieses Sommertreffen- Durch die vielen zur Verfügung stehenden Doppelsitzer war es erstmals möglich, dass auch Flugschüler hands-on Erfahrungen als sogenannter „ZOE“ (Zacher Operations Engineer) bei der Flugeigenschaftsvermessung sammeln konnten.

Ein Sommertreffen ohne Bergfest wäre natürlich kein Sommertreffen. Von dem diesjährigen Bergfest werden sich die Leute jedoch noch lange erzählen. Der Auftritt von „Zischi and the Harzmakers“ hat an diesem Abend zweifelsohne Bergfestgeschichte geschrieben.

 

No time for caution? – Trudeln mit dem ApisJet

Um die heißbegehrte Einzelstückzulassung für den ApisJet zu erlangen, wurde auch dieses Jahr wieder fleißig Flugversuche vorbereitet, Testkarten geschrieben und natürlich auch geflogen! Großes Augenmerk wurde dabei bei den Vorbereitungen für die diesjährige Flugerprobungskampagne auf die Trudelerprobung gelegt.

Beim Trudeln handelt es sich nämlich um einen Flugzustand bei dem das Flugzeug nach einem einseitig auftretenden Strömungsabriss in eine Form der Autorotation verfällt und in einer steilen Spirale rapide an Höhe verliert. Das Trudelverhalten ist dabei sehr stark abhängig von der Geometrie und der Massenverteilung des Flugzeugs. Somit unterscheiden sich Umdrehungsgeschwindigkeit, Anstellwinkel und Höhenverlust pro Umdrehung von Flugzeug zu Flugzeug stark. Auch das Verhalten beim Ausleiten ist je nach Flugzeugmuster verschieden.

Da die Geometrie des Flugzeugs durch die Konstruktion vorgegeben ist, lassen sich die Trudeleigenschaften hautsächlich durch eine Änderung der Massenverteilung im Flugzeug anpassen. Allgemein gilt: Je weiter der Schwerpunkt des Flugzeugs vor dem Auftriebsmittelpunkt liegt, desto stabiler fliegt das Flugzeug.

Für das Basis Muster Apis2 liegen noch keine konkreten Nachweise über das Trudelverhalten vor, mit welchem auf die des ApisJets geschlossen werden könnte. Der schlimmste hier eintreffende Fall wäre dass sogenannte „Flachtrudeln“, ein stationärer Flugzustand in welchem das Seitenruder nicht mehr genug Autorität hat und der Flugzustand nicht mehr ausgeleitet werden kann. Um den potentiellen Verlust des Flugzeuges zu verhindern und noch viel wichtiger, die Sicherheit des Piloten zu gewährleisten, wird auf eine sogenannte „Trudelkomforte“ zurückgegriffen. Diese hat zum einen die Aufgabe den Schwerpunkt auf die geforderte hinterste Schwerpunktlage (max Zulässige +10mm) zu bringen, sowie einen Trudelschirm und die entsprechende Auslösemechanik zu beherbergen.

Im Fall des Flachtrudelns kann dieser Trudelschirm ausgelöst werden, wodurch der Schwanz des Flugzeuges „hochgezogen“ wird und das Trudeln ausgeleitet werden kann.

Die Grundlage der Trudelkomforte bilden zwei CFK Halbschalen welche miteinander verschraubt werden. Die Krafteinleitung in die Rumpfröhre erfolgt reibschlüssig. Eine spezielle Anti- Rutschmatte auf der Innenseite der Halbschalen sorgt hierbei für einen erhöhten Reibungskoeffizienten. An einem an eine Doppelhelix erinnernden Ausleger aus quasi isotropen CFK Laminat ist eine Tost Kupplung montiert, in welche der Trudelschirm eingeklinkt wird.

Beherbergt wird der Trudelschirm von einem Tropfenförmigen Kompartiment welches in der Mitte geteilt, bei Bedarf in sekundenschnelle geöffnet werden kann um den Schirm frei zu geben.

Öffnung des Kompartiments sowie das Abwerfen des Fallschirmes ist mittels zweier Bowdenzüge möglich, welche durch die Triebwerksklappen in das Cockpit gelegt wurden.

Um sicherzustellen dass der Trudelschirm im Ernstfall auch zuverlässig öffnet wurden ein Dutzend Bodenversuche unternommen. Die Komforte wurde dabei auf ein Gestell montiert welches auf einem PKW- Dachträger verspannt wurde. Nachdem am Boden die Auslösung und der Abwurf des Schirms zuverlässig nachgewiesen werden konnten, erfolgte ein Flug mit Auslösung des Schirmes im Geradeausflug.

Der Schirm entfaltete sich innerhalb kürzester Zeit problemlos und das Flugzeug war mit Schirm noch vollständig normal steuerbar und mit einem akzeptablen Gleitwinkel zur Landung anzufliegen. Im kurzen Endanflug erfolgte der Abwurf des Schirmes, der ebenfalls wir geplant funktionierte. Dadurch war die Funktion des Trudelschirms im Flug nachgewiesen und es wurde die eigentliche Trudelerprobung für den nächsten Tag angesetzt.

Test der Trudelkomforte im Flug

Dazu erfolgten insgesamt vier Flüge, drei davon mit und ein letzter ohne den Trudelschirm. Zu Beginn wurde eine Schwerpunktrücklage von 70 % des zulässigen Bereichs eingestellt, da aufgrund der aerodynamischen Auslegung und günstigen Massenverteilung des Flugzeugs nicht mit bösartigen Trudeleigenschaften gerechnet werden musste. Im ersten Flug wurden 2-3 Umdrehungen mit verschieden QR-Stellungen getrudelt, um die ungünstigste QR-Stellung zu ermitteln, mit der dann die vorgeschriebenen 5 Udr. geflogen werden sollten. Es zeigte sich, dass das Flugzeug reproduzierbar ins Trudeln gebracht werden konnte und mit einer geringen Nickschwingung stationär trudelt. Die QR-Stellung hatte dabei einen geringen Einfluss, bei QR in Drehrichtung war jedoch die Rotationsgeschwindigkeit am größten, was zum längsten Nachdrehen führte. Dieses lag jedoch immer nur bei 0,5 – 0,75 Udr.. Beim zweiten Flug wurde der Schwerpunkt auf 89% Rücklage verlegt und es wurden jeweils 5 Udr. mit QR neutral, in und gegen Drehrichtung getrudelt. Das Ausleiten nach Standartmethode war dabei jedes Mal einfach zu bewerkstelligen und der Abfangbogen konnte mit ca. 2-3 g und 170 km/h maximaler Geschwindigkeit geflogen werden. Beim 3. Flug wurde der Schwerpunkt zur Nachweisführung auf 11 mm hinter die maximal zulässige SP-Rücklage verlegt.

Jetzt wirds ernst! Stefan „Zischi“ Zistler bei der Trudelerprobung

Es ergaben sich auch hier keine messbaren Unterschiede zum 2. Flug. Für den 4. Flug wurde der Trudelschirm entfernt, um das Trudelverhalten des Flugzeuges ohne zusätzliche Anbauten zu untersuchen. Außerdem konnte mit angebautem Trudelschirm nur links herum getrudelt werden, da der Schirm auf der linken Seite des Rumpfes angebracht war. Beim letzten Flug wurde auch rechts herum getrudelt. Die SP-Rücklage betrug dabei nur noch ca. 90 %, da das schwanzlastige Moment des Anbaus am Heck fehlte. Auch bei diesem Flug konnten alle untersuchten Arten des Trudelns ohne Probleme und mit Nachdrehen unter einer Umdrehung mit der Standartmethode ausgeleitet werden.

Neben der Trudelerprobung, auf welche Hauptaugenmerk gelegt wurde, konnten Nachweise zum Punkt CS 22.143 der Zulassungsvorschrift, dem Ausfahren der Bremsklappen bei 1,05v VNe erflogen werden. Die Bremsklappen wurden hierbei unter zwei Sekunden mit moderaten Handsteuerkräften ausgefahren. Zusammen mit der Trudelerprobung und der bereits 2022 erfolgten Flattererprobung konnte die „High Risk“ Erprobung des ApisJets erfolgreich abgeschlossen werden! Hierdurch sollte es möglich sein, das Flugzeug bald in die Breitenerprobung zu überführen und einem weiteren Pilotenkreis zugänglich zu machen.

Dieser konnte bereits noch auf dem Sommertreffen um einen neuen Erprobungspiloten erweitert werden. Julius „Winnie“ Lehmann konnte nach erfolgten Einweisungsflügen die F-Schlepp-Erprobung weiter vorantreiben und die Steuer- und Trimmbarkeit im F-Schlepp untersuchen. Dabei wurde gleichzeitig die Erhöhung derzulässigen Geschwindigkeit im Flugzeugschlepp von 120 auf 141 km/h erprobt. Bei diesen Flügen wurde nach dem Ausklinken auch die Überziehgeschwindigkeiten VS0 und VS1 und das Überziehverhalten im Geradeaus- und Kurvenflug erflogen.

 

Für das Erprobungsteam der E17 steht fest- Die Flugerprobungskampagne war ein voller Erfolg! Jetzt geht es ans Nachweise schreiben :)

Schüler- Messprojekt

Das auf dem Sommertreffen auch Flugschüler zum Forschen und Fliegen kommen hat unser Janik „Godsent“ Gudszend unter Beweis gestellt. Federführend betreute er dieses Jahr das Schüler- Messprojekt.

Das Schüler-Messprojekt, liebevoll SchüMP genannt, hat in diesem Jahr eine neue Ausrichtung erfahren. Wie jedes Jahr ist das Hauptziel des SMPs, angehenden Flugschülern die Welt der wissenschaftlichen Luftfahrt näherzubringen. Für die aktuelle Saison wurde entschieden, den Fokus auf die Vermessung des Bodeneffekts zu legen. Im Rahmen dieses Vorhabens hatten Flugschüler die Möglichkeit, aktiv am Auslegen des Messprojekts mitzuwirken und dabei zu erfahren, wie die darauffolgende Auswertung vonstattengeht.

In der ersten Woche wurden erste Probeflüge durchgeführt. Dafür wurde der Twin Astir der Akaflieg Berlin verwendet. Um die Plausibilität der Messungen, das Protokoll und den Ablauf des Messprojekts zu überprüfen, wurden erste Probe-Messflüge durchgeführt. Das erste Protokoll sah vor, dass der Pilot bei einer bestimmten Höhe abfangen sollte. Hierbei half ein unkompensiertes Vario. Währenddessen nahm der Flugschüler die benötigte Zeit auf. Dabei gab es Einwände seitens der Piloten und Flugschüler, dass thermische Aktivitäten die Messungen stark beeinflussten. Daher wurde beschlossen, die Messungen des Abfangens in der Höhe am Morgen während der Statischen durchzuführen. Die Messungen mit Bodeneffekt wurden dann im Laufe des Tages aufgenommen, wofür die günstigere Startart der Windenstart verwendet wurde. Um den Unterschied besser erkennen zu können, wurden die Bremsklappen eingefahren und verriegelt gelassen.

Bei der Auswertung stellte sich heraus, dass der Bodeneffekt einen messbaren Unterschied verursacht. In der Regel dauert das Abfangen mit Bodeneffekt bei 100 km/h in einem Twin Astir 2-3 Sekunden länger als in der Höhe ohne den Effekt. Dies konnte auch durch die Auswertung des Loggers bestätigt werden. Insgesamt konnte die Plausibilität des Vorhabens damit bewiesen werden. Die Auswertung ergab auch, dass die Messwerte des Loggers bei einer zu niedrigen Frequenz aufgenommen wurden.

Wie im letzten Jahr konnte das Schülermessprojekt erste Einblicke in das wissenschaftliche Fliegen vermitteln. Die Flugschüler konnten auch Erfahrungen über den Bodeneffekt sammeln, eines der schwierigen Themen der Flugaerodynamik. Die für das Schülermessprojekt gesetzten Ziele wurden also erreicht. Noch mehr, die Schülerinnen und Schüler, die daran mitgewirkt haben, konnten miterleben, wie man ein Sondermessprojekt aufstellt und organisiert, wie man ein Protokollblatt erstellt und wie die Auswertung aussieht. In Zukunft wäre es wünschenswert, wenn das Schülermessprojekt auch andere Segelflugzeuge untersuchen könnte. Dies würde zeigen, wie der Bodeneffekt mit der Flügelfläche und Flügelform zusammenhängt.

Text von Janik Gudszend

Bis nächstes Mal Stendal!

Drei ereignisreiche, spannende und manchmal auch anstrengende Wochen Sommertreffen liegen hinter uns. Wichtige Meilensteine konnten vor allem bei der Flugerprobung der E17 erreicht werden und auch das E16 konnte in ihrem Bestimmungszweck eingesetzt und erprobt werden. Wir hatten eine tolle Zeit und freuen uns auf das nächste Jahr!