11. Hochauftrieb und Fahrwerk

Sie vergrößern die Flügelflächen, sodass die Start- und Landegeschwindigkeit gesenkt werden kann.

-> verringerung der Stall Speed

• Bsp. A380: Von 463 km/h auf 269 km/h

• extreme Belastungen der Reifen, des Fahrwerks und der Bremsen. (s. Concorde: Reifenwechsel nach 30 Starts und Landungen)

• einer Erhöhung des Lärmpegels

• Anstieg der Arbeitsbelastung d. Piloten, besonders beim Abfangen (Flare)

• erhebliche Verlängerung der benötigten Landebahnstrecke

• Knicknase (droop nose)

  • geringer Gewinn

  • platzsparend (bei dünnen Flügeln)

• Krügerklappe (Krueger flap)

  • Ausklappen einer vorn abgerundeten Platte

  • nur eine Stellung möglich

• Voorflügel (fixed slat)

  • Ungünstig im Reiseflug

  • einfaches System

• Ausfahrbarer Vorflügel (Slat)

  • Spaltwirkung

  • mehrere Stellungen möglich - Systemkomplexität

• Wölbklappe (plain flap)

  • einseitig ausschlagendes Ruder

  • einfach

• Spreizklappe (split flap)

  • Vibration

  • Viel Auftrieb, Viel Widerstand

• Spaltklappe (slotted flap)

  • Komplex

  • Viel Auftrieb, wenig Widerstand

• Fowler-Spaltklappe (fowler flap)

  • flächevergrößerung

  • komplex

  • Druckpunktverschiebung -> Trimmwiderstand

• Erfüllung der geforderten Auftriebsbeiwertsteigerung

• Möglichst geringe Systemkomplexität -> Wartungskosten

• Möglichst geringes Gewicht

• Brücksichtigung von FOD (Foreign Object Damage)

• Gewährleistung einer definierten Funktionalität bei Schäden

• Schutzmechanismen gegen fehlerbedingte:

  • Strukturelle Zerstörung durch Klemmfälle

  • Übergeschwindigkeit bei Fahren der Klappen

  • Asymmetrische Klappenposition

  • “Blowback”-Fälle: ungewolltes Hineindrück entkoppelter Klappen nach einem Wellenbruch durch anliegende Luftlasten

  • “Run Away”-Fälle. ungewolltes Ausfahren entkoppelter Klappen nach einem Wellenbruch durch Gewichtskräfte

• Strukturelle Zerstörung durch Klemmfälle

• Übergeschwindigkeit bei Fahren der Klappen

• Asymmetrische Klappenposition

• “Blowback”-Fälle: ungewolltes Hineindrück entkoppelter Klappen nach einem Wellenbruch durch anliegende Luftlasten

• “Run Away”-Fälle. ungewolltes Ausfahren entkoppelter Klappen nach einem Wellenbruch durch Gewichtskräfte

In den Wellensträngen beider Flügel sind am PCU (Power-Control-Unit)-Ausgang und an den Stellgetrieben Drehmomentbegrenzer (Trorque Limiter) installiert.

Jedes Klappensystem (flap und slat) wird über eine eigene, zentral im Rumpf installierte, hydromechanische Antriebseinheit (Power Control Unit, PCU) gesteuert.

Power Control Unit

• hydromechanische Antriebseinheit der Klappensysteme des Hochauftriebssystems

APPU: Asymmetry Position Pick-Off Unit = Winkelpositionsgeber

WTP: Wing Tip Brake - Bremse

PCU: Power Distributon Unit - Antriebseinheit

• Klappen üssen unter definierten Lastbedinungen kontrolliert aus- und eingefahren und in allen Position gegen wirkende Luftlasten gehalten werden können.

• Erreichung der Position innerhalb einer vorgegebenen Zeit

• Drehzahl im Antrieb darf einen zulächssigne Höchstwert nicht überschreiten

• Einhalten einer definierten Positionierungstoleranz

• Reduktion der Leistungsaufnahme aus dem Hydrauliksystem bei Leistungsspitzen (primäre Flugsteuerung hat Prio -> Mindesthydraulikdruck muss erhalten bleiben)

• Reduzierung der Drehzahl vor Erreichner der angewählten Klappenposition

• Uneingeschrnänkte Leistungsfähigkeit in einem Temperaturbereich von -40°-70°C

• Fahren mit nomineller Klappenfahrgeschwindigkeit bei -40°C

Ja, deshalb wird diese redundant ausgelegt.

Mit einem Axialkolbenmotor

Über Ventilblock gesteuert -> 5 diskrete Stellungen für High Speed/low Speed, Ein-/Ausfahren)

Pressure off Brake

• liegt zwischen Motor und Differentialgetriebe.

Für die Realisierung der Redunanzstruktur wird jede PCU von zwei unabhängigen Hydrauliksystemen versorgt.

Der Ventilblock fungiert als zentrale hydraulische Steuereinheit.

• Geschwindigkeit und Drehrichtung des Hydraulikmotors bestimmen

• Regelung des Systemdrucks (135 bar)

• Begrenzung des Volumenstroms (flow limiting function)

Schützt den Wellenstrang, die Wellenbremse sowie die Aktuatoren in Klemmfällen vor zu hoher mechanischer Beanspruchung.

• Bsp:

  • bei n-Aktuatoren gilt für das Antriebsmoment: MAn = n x M_Aktuator

  • im Klemmfall liegt ges. Antriebsmoment an einem Aktuator

  • erhebliche Überdimensionierung des Aktuators wäre erforderlich, um Last abzufangen.

Dann ändert sich nach einer vorgegebenen Prozedur das Anflug- und Landeverfahren.

• Die Langegeschwindigkeit und die benötigte Bremsstrecke erhöhen sich enorm

• Anfliegen eines Ausweichsflughafen.

• Flugzeug darf noch starten.

• Jedes Klappensystem wird durch zwei unabhängige aber identsich aufgebaute SFCC gesteuert und überwacht.

• Besitzt zwei Kanäle: Slat und Flap-Steuerung

• Jeder Slat und Flap-Kanal ist zusätzlich in zwei Linien unterteilt, deren Hard- und Software-Komponeten unterschiedlich aufgebaut sind

  • Nur übereinstimmung der Signale wird ein Steuersignal ausgegeben

  • Andernfalls wird der entsprechende Kanal isoliert.

• Flap Load Relief - Automatisches (ein)Fahren der Flaps bei überschreiten der zugehörigen Fluggeschwindigkeit.

• Flap Autocommand - Automatisches Fahren der Flaps zwischen eingefahren und erster Postion in Abhängikeit der Geschw.

• Slat Alpha Lock - Verhindern des einfahren der Slat, wenn Alpha Größer 8,5°

• Slat Baulk - Verhindern des einfahren der Slats, wenn V < V_min.

Von der Fluggeschwindigkeit

• Während der Konfigurationsänderung muss die Fluggeschwindigkeit im Bereich des alten und neuen Settings liegen

• Die Minimalgeschwindigkeit zwei benachbarter Konfigurationen dürfen um maximal 10% voneinander abweichen.

• Operationelle Lastfälle (Auslegung des Antriebssystems)

  • V_extending

  • V_retracting

  • V_retracting+9kts

  • Einfahren der Klappen muss im Go-Around-Fall mlgkich

  • Jeweils zusätzlich mit Lastvielfachem von n_z=1,15

• Trägheitskäfte (Manöver)

  • z. B. Spoiler-Ausschläge

• Fehlerfälle

  • z. B. Klemmfälle in den Getrieben oder den Trotationsaktuatoren

• Zusatzlasten durch FOD (Foreign Object Damage)

Desgin Flap Speed

In der Systementwicklung

Top Level Aircraft Requirements (TLAR)

• Davon werden die Anforderungen an die Hochauftriebshilfe abgeleitet.

Über Ausschreibungen und Auftragsvergaben

1. Testrig Integration

2. System-Tests

• Verfügbarkeitsanforderungen an die Komponente

• Ausfallwahrscheinlichkeit der Komponente

• Kritische Level für den Hardware- und Softwareentwicklungsprozess

  • (Desgin Assuracne Level, DAL)

• Rechnerstruktur- und Überwachungskonzept

  • (z. B. Duo-Duplex oder Triplex, Dissimilarität)

• Redundante, unabhängige Seonsorsignale

• Segregationsforderung

  • Trennung von Element, z. B. beim Routing von Signalleitungen)

  -> Vermeidung von Single-Point-Fehlern durch räumliche Trennung redundatner Systeme.

Zur einzeln angetriebenen Landeklappe

Funktionalitäten:

• Verbesserug der Gleitzahl während des Starts

• Roll- und Trim-Unterstützung

• Spannweitiger Lastgradient (Steuerung des Wirbelsystems zur Verringerung der Separationsabstände an Flughäfen)

• Load Alleviation druch Gradient in spannweitiger Lastverteilung

Weiterer Entwicklungsansastz:

• Späteres Ausfahren der Klappen beim Start (kurz vor der Rotation), um Widerstand in der Beschleunigungsphase zu reduzieren und somit die Startstrecke zu verkleinern.

Vorteile:

• Reduktion des Installationsaufwandes

• Erhöhung des Wirkungsgrades im gesamten Antriebsstrang

• Verbesserung der Wartbarkeit

• Beitrag zum “More Electric Aircraft”-Konzept

Nachteil

• Komplecer Aufbau für gleichwertige Redundanz (Entwicklungs- / Zulassungskosten)

Multifunktionale Stellflächen

• Zusätzlcihes Stellflächen (Tabs) an der Hinterkante der Flaps

• können mit hoher Stellrate bewegt und über Spannweite differenziell verstellt werden

Funktionen:

• Verbesserte Start- und Steigleistung

• A/W-Optimierung im Reiseflug

• Rollsteuerung

• Manöver- und Böenlastreduktion

• Emergency Descent

• Steilerer und/oder langsamerer Landeanflug

Das Dreibein-Fahrwerk (Tripod Configuration)

• Hauptfahrtwerk liegt kurz hinter dem SP.

  • Richtungsstabiles Rollen nur bei SP: vor Hauptfahrwerk -> Spornrad-Configuration roll instabil

• Tripod-Configuration - stabil

• Spornrad-Konfiguration - instabil -> “Ground Loops”-Gefahr

• Rollt Stabil

• Bugrad bleibt bis zum Rotieren am Boden. Zusammen mit Seitenruder bleibt das Flugzeug richtungsstabil und lenkbar (sukzessives Fixieren von Bugfahrwerk mit zunehmender Geschw.)

• Außerdem gewährt die Bugfahrwerksanordnung dem Piloten, während des Manövrierens auf dem Vorfeld eien ausreichende Sicht nach vorne.

Tail Strike

• Bodenberührung mit dem Rumpf

Maßnahme dagegen:

• Ausreichend Bodenabstand d. Fahrwerks

• Ausreichend Winkel zw. Hinteren Rumpf und S/L-Bahn

• Pedale oder auch über ein seprates Steuerrad (Tiller)

  • Pedale bis 10° Einschlagwinkel, danach Tiller (bis 80°)

• Aerodynamische Verkleidung am Fahrwerk reicht aus -> zusätzlicher Gewinn an V_cruise von 3-5 kts kaum ausfliegbar für Sportpiloten

• Höhere Versicherungskosten für Einziehfahrwerke, weil oft vergessen beim Landung.

• Federbein (shock strut)

• Knickstrebe (drag brace/strut)

• Seitliche Knickstrebe (side strut)

• Aktuator (actuator)

• Torsionsverbindung (torsion links)

• downlock mechanism

• uplock mechanism

• Vertialke Lasten (Stöße) -> Federbein (Shock Strut)

• Kräfte in Längsrichtigung ->Drag Strut

• Kräfte in Spannweitenrichtung -> Side Strut

• Besteht aus innerem und äußeren Zylinder

• Bei Belastung taucht der innere in den äußeren Zylinder ein

  • Gas=Stickstoff wirkt als Federelement

  • Öl wirkt als Dämpfung

• Lenkung des gesmaten Fahrwerksbein ist das weitaus aufwendigere und teuerer System

  • gesamte Masse bewegen

• Ledigglich eine Achse lenkbar -> bei neueren Flugzeugen

  • weniger komplex

  • differenzierte Bremesen -> drehen über ein starres Fahrwerksbein

• Ca 85-94%

Stickstoff

• Brandschutz

• Bedruckung is 15 bar

• Verformung bis 32%

Scheibenbremsen

• 1-mehrere Bremsscheiben

Anti-Skid System

Skid ist der Unterschied zwische der Geschwindigkeit des Flugzeugs und der Drehgeschwindigkeit eines gebremsten Reifens

• bei 0% Skid ist der Reifen freiläufig (ungebremst)

• bei 100% Skid blockiert der Reifen

• die höchste Verzögerung wird bei etwa 12% Skid erreicht.

• Schutz der Reifen

• Bereitstellung er maximale erreichbaren Verzögerung in Abhängigkeit vom Untergrund (nass, trocken, vereist,…)

Schutzsystem vor einem Blockieren der Reifen beim Aufsetzen.

• In der Luft wird ein künstliches Signal von 100 kts ground speed an das System gesendet.

Kontrolliert Bremsen automatisch ohne Steuereingabe des Piloten. Benötigt gewünschte Verzögerung vor der Landung.

• System spricht sofort nach dem Aufsetzen an, keine Verzögerung durch Piloten (normal 3-5s)

• Ca. 150-250 m geringere benötigte Landestrecke

• Spoiler werden automatisch, sofort nach dem Aufsetzen ausgefahren

• 40% mehr Widerstand, 80% weniger Auftrieb, d. h. 80% mehr Gewichtskraft auf dem Fahrwerk und damit eine höhere Reibung, also auch eine größere Verzögerung.

• Vorzögerung wird konstant gehalten, auch wenn der Pilot andere System wie z. B. Schubumkehr betätigt.

• Weiterentwicklung von AIRBUS (patentiert)

• Auswahl d. gewünschten Taxiways

  • mit gewünschter Geschw.

  • vollautomatisch

• basiert auf Airport Navigation Interface und Auto-Brake-System

• erhöhter Komfort und geringe Abfertigungszeiten

• seit 2007 erhältlich

  • als Retrofit für alle AIRBUS.

• Powerback - Umkehrschub

  • Teuer,

  • Sicherheitsproblematisch

  • Lärm

• Tractors / Tugs -> Schieben

  • Schleppstange oder direkt am Bugfahrwerk

• Ineffektiv

• Umwelt belastend (Lärm, Kraftstoff,…)

• Gefährlich für Bodenpersonal

0,5-2 Tonnen

• Tugs bis zum Startpunkt

• elektrisch angetriebene Bugräder

  • zukünftig auch mit Brennstoffzelle

Vorteile

• Energieeffizienter

• Leiser

• geringerer Bremsverschleiß

• Weniger Verkehr auf dem Vorfeld (Verzicht auf Tugs)

Nachteile

• Entwicklungskosten

• Zusätzliches Gewicht und Volumen

Ca. 1/4.

Die Anzahl verdoppelt sich.

Aus ausgemusterten und umgerüsteten Passagiermaschinen.

Transportflugzeuge (cargo aircraft):

• sind Flugzeuge, die speziell zum Transport von Luftfracht entwickelt worden sind

• Einsatz meist militärisch oder Sondertransporte

Frachtflugzeuge (freighter/conversions):

• Derivative von Passagiermaschinen

• sind für den Einsatz nicht optimiert (Türen, Zugänglichkeit)

• meist ziviler Bereich.

• Steht unter Kabiendruck (Schutz d. Fracht & Struktur)

• Temperaturreglerung nach Bedarf

• genormte Container

• Passagiermaschinen transportieren neben Gepäck auch Fracht und Post.

• Durch ein Schienen- bzw. Rollensystem

• Verladung in ULDs (Unit Load Devices) -> genormte Container & Paletten

• Unit Load Devices-> genormte Container & Paletten