Welche Fluggeräte stellte Leonardo Da Vinci her und wann lebte er?
Hellicopter
Fallschirm
Flugmaschinendetails
-> er lebte von 1452 - 1519
Ersten Spuren der Luftfahrt
Fliegender Wagen im alten China 18. Jahrhundert v. Chr.
In unserer Umgebung
Der fliegende Pater
Der Schneider von Ulm
Charliere und Montgolfiere
Erste füllung eines Ballons mit Wasserstoff -> Jacques Charles - 1783
Heisliftballon 1783 in Frankreich
Otto Lilienthal
führte als erster Mensch erfolgreich wiederholbar Gleitflüge durch
Grundlage: Vogelflug 1889
Wilhelm Kress
erstes motorgetriebenes Wasserflugzeug Oktober 1901
Graf Zeppelin
erstes Zeppelin Luftschiff LZ 1 stieg 2.Juli 1900
Gustav Weißkopf
erster kontrollierter Motorflug -> 14. August 1901
Wann und wo startet das erstes Wasserflugzeug?
am 28. März 1910 bei Marseille
Flieger: Henri Fabre
Wasserflug am Bodensee
Flugzeugbau FN GmbH am 17.06.1912 (Kober, Zeppelin)
Ziel: Gesellschaftsfluzeuge und Weltenflugzeuge
Erster Flug: 16.Juni 1912 mit Kobers Curtiss A-1 Triad
Gründung der Firma Dornier? Welches Flugzeug?
1914 Gründung der Abteilung Do im Zeppelinkonzern Friedrichshafen
Dornier Do X -> Damals größstes Flugschiff. Erstlfug 1929
bekanntes Seenotrettungsflugboot Do 24
außergewöhnliche Hochseefähigkeit
Gründung DVL
1912
-> heute DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt)
Meilensteine
Überquerung Nordatlantiks 1919
Postflugdienst Kopenhagen - Malmö 1919 mit FF 49 C
Gründung Lufthansa Berlin 1926
Größtes gebautes Flugboot in Deutschland?
1944 – Blohm & Voss BV 238
-> auch heute noch ein Maßstab
Erstes Stahlgetriebenes Flugzeug?
Heinkel He 178, Erstflug ende August 1939
erstmals Schalldurchbruch (Mach 1)?
Raketenflugzeug Bell X-1 -> 14. Oktober 1947
Erstflug Großraumflugzeug Airbus A 380?
April 2005
Luftfahrzeuggliederung nach Auftriebserzeugung
Aerostate
Aerodynamische Luftfahrzeuge
Auftrieb Aerostate
Sie erhalten ihren Auftrieb dadurch, dass sie Hohlräume besitzen, die mit Medien gefüllt werden, deren Dichte geringer als die der umgeben- den Atmosphäre ist.
Ballonarten
Gasballon (Charlieren) -> meist Helium Füllung
Kombinationsballone (Rozieren) -> Gaszelle + Heißluftkonsus
Heißluftballon (Montgolfieren) -> Hülle + Brenner
Luftschiffarten
Starrluftschiffe -> Struktur + Dreicksträger, Bsp. : Zeppelin NT
Halbstarre Luftschiffe -> für Kabine
Unstarre Luftschiffe -> keine Struktur für den Luftschiffkörper
Moderne Passigierflugzeuge
Bsp: Airbus A350 XWB
Boeing B-787 Dreamliner
-> Glascockpit
-> Verwenung Faserverbundwerktsoffe
-> Familienkonzept
-> wide Body Prinzip
-> sparsame / Leistungsstarke Triebwerke
-> Fortschritliche Aerodynamik
Aerodynamische Luftfahrzeuge - Einteilung nach Stationsart
Landflugzeug
Amphibienfahrzeuge
Wasserflugzeuge
Aerodynamische Luftfahrzeuge - Einteilung nach Auftriebserzeugung
Starrflügelflugzeug -> Größtes: Antonow An-22, Kleinstes: Mignet HM 14
Verwandlungsflugzeuge Bsp.: Dornier Do 31, Tupolew Tu-160, Bell/Boeing V22
Drehflügelflugzeuge Bsp.: Kamow Ka-52, Boeing Vertol CH-46, Airbus Helicopters H175
Aufbau eines Flächenflugzeug (Hauptbaugruppen)
Triebwerk
Tragwerk
Rumpfwerk
Leitwerk
Fahrwerk
Flächenflugzeug Baugruppen
Abkürzung ATA
Air Transport Association
Systematik der Flächenflugzeuge
Systematik der Flugzeuge
Tragflächenanordnung/-form
Antriebsart/-anordnung
Leitwerksform
Fahrwerksanordnung
Einteilung nach der Tragflächenform
Gerade -> Gut für niedriege Geschwindigkeiten, da einfache Klappen
Gepfeilt -> Gut für hohe Geschwindigkeiten, jedoch komplexe Klappen
Delta -> Für Überschallgeschwindigkeit, Quer- mit Höhenruder kombiniert.
Einteilung nach Tragflächenanordnung
Tragflächenanordnung
Parasol oder abgestrebter Hochdecker
Schulterdecker
Mitteldecker
Tiefdecker
Parasol
Bsp. Flugzeug : Do 24 ATT
-> Das Tragwerk ist i.a. als durchgehender einteiliger Flügel gestaltet und mit dem Rumpf über Streben verbunden.
Bsp. Flugzeug: Do 328
-> Das Tragwerk ist i.a. als durchgehender einteiliger Flügel gestaltet und auf dem Rumpf unmittelbar aufgesetzt.
Bsp. Flugzeug: GD F-16 Fighting Falcon
-> Das Tragwerk ist als nicht durchgehender zweiteiliger, aber auch als durchgehender einteiliger Flügel gestaltet und seitlich etwa in Höhe der Rumpfmitte angebracht. Tritt meist nur bei Jagd- und Kampfflugzeugen auf.
Bso. Flugzeig: Boeing 787 Dreamliner
-> Das Tragwerk ist oft als durchgehender einteiliger Flügel gestaltet und von unten an den Rumpf unmittelbar angesetzt. Moderne Verkehrsflugzeuge.
Einteilung nach Antribsarten
Antriebsarten
Antriebslos
Segel (SB 11)- & Gleitflugzeug (SG 38)
Autogiros Bsp: Fa 330
Propellerantrieb (Kolbenantrieb oder Turbinen-Luftstrahlantrieb)
Luftstrahlantrieb z.B. Business-Jets oder Großtransport
Raketenantrieb z.B. Jäger und Versuchsflugzeuge
Leitwerksanordnung
Kreuzleitwerk -> Business-Jets
T-Leitwerk -> Kurzsteckenflugzeug
Doppelseitenleitwerk -> Jägerflugzeuge
Entenleitwerk
Nurflügelflugzeug
Nurflügelfkugzeug
Tragwerk und Rumpf sind nicht mehr von einander zu unterscheiden. Bessere Raumausnutzung bei geringerem Widerstand. Probleme der Stabilität und Steuerung.
Bugradfahrwerk -> Bsp. Fairchild Metro
Spornradfahrwerk -> Bsp. Jakowlew Jak-50
Weitere Merkmale
Starres Fahrwerk
Einziehbares Fahrwerk
Sinderformen z.B. Skiausrüstung
Verwendungszweck
Typisches Einsatzprofil (Verkehrsflugzeug)
Typischen Einsatzprofil (EEZ - Überwachungsflug Amphibium)
Start mit max. Treibstoff
Flug ins Suchgebiet 0,5h
Abfliegen eines Suchmuster 5h
Wassern und lauern auf See (Triebwerk aus) 4h
Rückflug mit Zwischenlandung (Fracht ausladen)
Drohnen - unbemannte Luftfahrzeuge
In der deutschen Sprache werden unbemannte Luftfahrzeuge oft umgangssprachlich auch als Drohnen bezeichnet; der Begriff wird sowohl für militärisch oder kommerziell genutzte unbemannte Luftfahrzeuge als auch für per First Person View gesteuerte Flugmodelle wie Quadrocopter genutzt. In der Luftfahrt bezeichnet der Begriff „Drohne“ ursprünglich ein unbewaffnetes Übungsziel.
Autonomes Fliegen
Ansätze:
Strom statt Keorsin
Bereich der urbanen Luftmobilität
Flugtaxi
Produktverbesserung
Atmosphäre
Atmos = Dunst
sphaira = Kugel
Gashülle festgehalten durch Gravitation
keine Obergrenze
geschichteter Vertikalbau ( Exponentielle Verdünnung mit wachsenden Abstand)
Zusammenstzung der Atmosphäre
Mischverhältnis aus mehreren Gasen bis in große Höhen konstant (auch Sauerstoff) -> turbulente Durchmischung (vertikal + horizontal)
O2: 21%
N2: 78%
CO2: 0,03 %
O3: 0,000002%
Schichten der Erdatmosphäre
Troposphäre
Tropopause (Übergaangszone)
Stratosphäre / Mesopähre
Stratospause 7 mesopause (Übergangszone)
Ionosphäre bzw. Thermosphäre
Schichtaufbau der Erdatmosphäre
Lineare/nahezu konstante Temperaturverteilung und exponentielle Druckverteilung über der Höhe
unterer Teil
Temperaturabnahme mit Höhe (0,5 C / 100m)
Inversion (1-2 km Höhe) -> Temp. nimmt zu
Wetterwirksamste Schicht
stärkste Durchmischung
fast gesamter Wasserdampfgehalt
lässt sich in obere Advektionszone (horizontale Austauschprozesse) und unterer Reibungszone (vertikale Austauschprozesse) einteilen
Grenzschicht: Peplopause
Stratosphäre / Mesosphäre
mittlere Schicht
Tropopause als globale Inversion (zw. 9-17km)
Kaum Wasserdampf
Temperatur nimmt wenig ab, bis Mesosphäre wieder zu
Statosphäre bis 35 km
es herscht eine Stabile Schichtung
Absorption langwelliger UV-Strahlung
Mesophäre bis 100km
Ionosphäre
reicht bis 100-400 km Höhe
Temp. bis 1000 C durch Ionisationsprozess -> Absorption aus UV-Röntgen- Elektronen- und radioaktiver Strahlung verursacht
Polarlichter
Sternenschnuppen
ICAO Standard Atmosphäre
internationale Norm-Atmosphäre für die Luftfahrt
ICAO = International Civil Aviation Organisation
Stratosphärenballon
Wetterforschung in fast 40 km
am boden werden sie nur mit einem kleinen Teil Wasserstof gefüllt
Flughöhen, Luftdruck & Temperatur
Jetstream oder Strahlwind
Ständige Windgeschwindigkeiten von 200 km/h, Winter bis 400 km/h
wirksam in großen Höhen zwischn 9km und 12km
Entstehung durch Druckgradienten und Corioliskraft
Wolkengattungen
Allgemeine Luftfahrt (GA) beachten alle Wolken in Bodennähe
Für die Verkehrsluftfahrt sind nur die Cumuloimnis-Wolken(Gewitterwolken) gefährlich
Kondesstreifen
Vermischung Wasserdampfreiche Abgase der Turbine mit Luft unter -45 C und 60% Luftfeuchtigkeit
schlechtes Wetter die nächsten Tage
DIe Leewelle
= bei Föhn auftretende wellenförmige Strömung der Luftmassen im Lee von Gebirgszügen
Kennzeichen: linsenförmige Wolken = Altocumulus lenticularis
-> Auf der Luvseite starke Aufwinde -> Weltrekorde Segelflug
-> Leeseite: erhebliche Fallwinde (warm) -> gefährlich für LuFa
Föhn Schematisch
Klimawandel im Laufe der Erdgeschichte
-> in Zusammenhang mit Sonnenaktivitäten und Erdbewegung
-> Beitrag vom Mensch kann schwer eingeschätzt werden- > Blick in die Vergangenheit ohne Menschen
-> Umkippen des Golfstrom liegt vor -> Abkühlung in Europa
-> Freisetzung von Methan im Meer ->Erwärmung, Erschüttunggen . Erlahmung Golfstrom
-> kein zusammenhang zwischen Kohelenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre mit dem Temperentwicklung
Wiederstand
Wiederstand W ist proportional der Strinfläche F
starke Wirbelbildung bedeutet hoher Widerstand
Oberflächenreibung erzeugt Wirbel
Tragflügelprofil
Tragflügelprofil kann durch Kreise vorgegbener Durchmesser kosntruiert werden. -> Mittelpunkt auf Skelettlinie
Strömungsaufbau am Profil
Zerlegung in Auftrieb und Wderstand
-> Audtrieb wirkt entgegen der Gewichtskraft, der Widerstand senkrecht dazu
-> Widerstand und Auftrieb müssen nicht identisch mit Tangential- und Normalkraft sein
Verschieden Winkel in Längstrichtung
im Sinkflug ist Alpha negativ
Widerstand bei positiver oder negativer Anstellung
Strinfläche ändert sich mit dem Anstellwinkel und damit auch der Widerstand
Schematische Durckverteilung eines Profils
-> Es gilt ganz grob, Sog an der Profiloberseite und Druck auf der Unterseite
Wölbungseffekt eines Profils
-> Wölbung verhindert vprzeitige Strömungsablösung
EInflussder Wölbung auf Polare
-> Wölbung führt durch Parallelverschiebung der Auftriebskurve zu höheren Auftriebswerten
Dickeneinfluss auf den Widerstand
Dickeneinfluss auf den Auftrieb
Dickeneinfluss auf kritische Machzahl
Dünne Profile vorteilhaft für Unterschallgeschwindigkeit
Superkritisches Profil
widerstandsarm im transsonischen Flugbereich -> Einsatz Verkehrsflugzeuge
Flügelgeometrie
elliptischer flügel hat ellipitischw Auftriebsverteilung
Effekt Zuspitzung auf die Auftriebsverteilung
Einfluss der Flügelstreckung auf die Polare
Umströmung der Flächenenden
-> Wirbelung führt zu Auftriebsverlust und erhöht den Widerstand.
Wirbelschleppen am Flugzeug
LERX oder Strake
sind Baugruppen an Flugzeugen
Verhindert Strömungsabriss am Außenflügel bei hohen Anstellwinkel & Geschwindigkeit
Einfluss der Hochauftriebshilfen
Endklappen: Verstärkung der Wölbung
Vorflügel: HInauszögerm des Strömungsabrisses
Endklappe ausfahrbar: Verstärkung der Wölbung & Vergößerung der Flügelfläche
Vorflügelklappe: Verstärkung der Wölbung & Vergößerung der Flügelfläche -> Widerstandserhöhung
Flügelvorstrak: Verhinder Ablösen und Strömungsabriss
Verschiedene Vorflügelarten
Verschiedene Spaltklappenarten
t = Flügeltiefe
Klappensystem eines Verkehrsflugzeug
Gestaltung Flügelenden
Überschallflug
neues Kapitel
Überschall - Transsonische Effekte
Überschall - Machscher Kegel
Geringe Druckunterschiede bei Unterschallflug -> Luftmoleküle können “ausweichen”
Überschallflug : Flugzeig holt Druckwellen ein
Mach 1: senkrechte Stoßwelle
zunehmende V : Mascher Kegel
Öffnungwinkel des Kegels abhängig von V
Abnahme des Drucks am boden (pDruck) mit größerer Flughöhe
Überschall - Pfeilflügel
Überwindung Widerstandsanstiegs im Transschallbereich -> Dünner flügel
Überschallströmung: nur senkrecht zu Flügelvorderkante bei stehenden Profilquerschnitt
Profil dünner und gestreckt
es wirkt nur senkrecht zu Flügelvorderkante auftretende Strömung
Pfeilung t/4 - Linie
Im Überschallbereich ist die Pfeilung maßgebend
Pfeilfügel nach Busemann
JU 287 erstes Flugzeug mit Pfeilflügel
Überschall - Deltaflügel
Aufgaben für den zivilen Überschallflug
Minderung Überschallstoßwellen am Boden
Minderung Emissionen in großer Höhe
Minderung Kraftstoffverbrauch
Minderung Lärmemissionen
Konzept zur Verminderung des Lärmkegels
Luftschraube
Veränderung der Anströmungsgeschwindigkeit über Blattlänge
Hohe Blattspitzengeschwindigkeit -> Gefahr des Strömungsabriss bei Mach1
Luftschrauben-Verstellung
effiziente Anstellung der Blätter
Segelstellung bei Triebswerkausfall
Hubschrauber - Wirkung des Haupttrotors
Neigung der Rotorebene nach vorne
Auftrieb und Vortrieb
Hubschrauber - Strömungsanteile am Rotorblatt
Hubschrauber - Rotorblattformen
Rotorblätter erzeugen Auftrieb
Steuerung des Hubschraubers
Hubschrauber - Effizienz der Blattform
Rechteckblätter sind auf Grund der konstanten Tiefe leicht herzustellen
der Wirkungsgrad der anderen Formen ist günstiger
Hubschrauber Auftrieb
Heckrotor zum Ausgleich des Drehmotors
Gewichtskraft und Auftrieb liegen auf einer senkrechten Line und wirken genau entgegengesetzt! -> beim Senkrechtflug
Gleichmäßige Auftriebsverteilung dank zyklischer Blattverstellung
Ohne Taumelscheibe beim Rotorblatt würde sich der Heli im Kreis drehen
Bodeneffekt - WIESELBERGER Kurve
Bodeneffelt - Randwirbel & Staueffekt
Bodeneffekt - Profilwölbung
Luftschiff
Hydrodynamik - Flugzeuge
Amphibisches Schwimmerfugzeug
Amphibisches Strahlflugzeug
Stauflügelbodeneffektgerät
Hydrodynamik - Schwimmwerk
Wasserwiderstand so gring wie möglich
Spritzwasser bildung auch gering wie möglich
Wasserstoßkräfte bei An- und Abwassern so gering wie möglich
kein Tauschstampfen
Luft- und Wasserruder ansprechbar sein
luvgierig während des Treibens und stabil um waagrechte Achsen
geringen Luftwiderstand bestizen
Hydrodynaik - Bezeichnungen am Schwimmwerk
Hydrodynamik - Startdiagramm eines Wasserflugzeugs
Hydrodynamik - Luftwiderstand verschiedener Elemente des Schwimmwerks
Versuchsanlagen - Windkanäle und Wasserkanaäle
Windkanäle
offen, geschlossen, subsonisch(Unterschall), Transonisch(Übergang), supersonisch (Ultraschall)
Wasserkanäle
ausreichende Höchstgeschwindigkeit
ausreichrende Abmessung
Dämpfungseinrichtungen
Wellenerzeuger
CFD - Computational Fluid Dynamics
Die numerische Strömungsmechanik (englisch: computational fluid dynamics, CFD) ist eine etablierte Methode der Strömungsmechanik.
Neues Kapitel - Flugmechanik
d
Bezugssysteme - Achsenbezeichnung und Drehbewegung
Bezugssysteme
Kräfte und WInkeldefinition
Auftrieb A wirkt senkrecht zur Anströmung, Luftwiderstand W entgegen Anströmung
Donwash zu einer Anstellwinkelverminderung
Flugprofil – Gesamtflugstrecke – Aktionsradius
Gemoetrie des Starts
Kräfte am startenden Flugzeug
Gemoetrie der Landung
Kurvenflug und Kennzahlen
L = Lift
W = Weight
V = Bahngeschwindigkeit
V außen > V innen -> Anströmungsgeschwindigkeit auf Flügelspitzen
Steuersysteme für die Längsbewegung
Höhen - Machzahl - Diagramm
Zusammenhang zwischen Höhe & Machzahl und Schub & Widerstand
Flugbereich in denen Schub > Widerstand
Triebwerk für getrosselt für stationären Flug
Drosselgrad = stationärer Flug / Schub max
Schubüberschuss zum Manövrieren (= Änderung des Flugzustands mit höheren Energieniveau )
Flugenvelope
H-MA-Diagramm des Steigvermögens
Lasten am Flugzeug
Lasten: Luftlasten, Landlasten, sonstige Lasten, Träheitsalasten, Startlasten, Rolllasten, Antrieb
Grenzlast n:
n positiv: in Richting Erdmittelpunkt
n negativ: entgegen
Belastung am Flugzeug
Manöver-Lastvielfache-Diagramm
Flugschwingungen
Anstellwinkelschwingungen
Bahnschwingung
Höhenruderschwingungen
Grenzzykel
Schwingungsformen der Längsbewegung
Phygoide = langsame Bahnschwingung eines Flugzeugs
Hubschrauber im schrägen Sinkflug mit Triebswerkleistung
Drosselt der Pilot bei einer gewissen Fahrt das Triebwerk unter die Leistung, die zum Horizontalflug benötigt wird, so fliegt der Hubschrauber im schrägen Sinkflug
Hubschrauber – Autorotation
Rotor von unten systematisch angeströmt
Drehzahlaufbau nur vorwärts möglich
Umfangsgeschwindigkeit nimmt linear von Abstand der Drehachse zu
-> dient Rettung bei Triebweksausfall
Seegangsbegrenzung
Seegangsbegrenzung von Seeflugzeugen bedingt durch Wasserlastannahmen
Zusammensetzung der Geschwindigkeiten bei der Wasserung im Seegang
Grundlage für die Wasserlastannahmen im Seegang erheblich komplexer beim Wasserflugzeug als Stoßlasten bei der Landung von Landflugzeugen!
Wasserstoß : Die mitbeschleunigte Wassermenge
mitbeschleunigte Wassermenge = Halbzylinder mit Durchmesser der benetzten Breite c
Tauchstampfen
Schwingungsstrom mit glattem Wasser
Seeflugzeug mit Gleitzustand
Stampfschwingungen um Querachse mit vertikalen Tauchschwingungen
Höhenruder mit Wirkunglos
es herrscht ein mittlerer Anstellwinkelbereich, in dem das Fluzeug stabil läuft
Schwimmstabilität
hydrostatisches Problem bei Seeflugzeigen in Ruhe
Seefluhzeug Wind stärker ausgesetzt als einem Schiff
Anfangsstabilität hängt von Schwimmwerk ab
Kenterpunktstabilität hängt von Schwimmwerk und aerodynamische Flugzeuggestaltung ab
Stoßstab: dynamische Stabilität: welcher Krängungswinkel mit ausreichender Sicherheit unter Seitenwind ohne kentern
Schwimmstabilitätskurve
Grenzanblasegschwindigkeit beim Treiben
Leck- bzw. Trimmplan eines Flugbootes
Flugzeug muss bei einer zwei beschädigten benachbarten Abteilungen schwimmfähig bleiben
Neues Kapitel - Flugzeugprogramm
Übersicht über Bereich und Phasen Flugzeugprogramm
-> Programmplanung ist durch den Markteinführungszeotpunkt bestimmt
Integrierte Konezpt - Definitionsphase
Technische spezifkation -> Technische Definition
Ergebnisse der Konzeptphase
Eckdaten
Spezifikationserweiterung
Gestaltung
Auslegungsparameter
Kooperatinen Vor- und Nachteile
Vorteile:
Gerinigere Kosten
Risk Sharing
Know-How transfer
Nachteile:
Gesamtkosten steigen
längere Entwicklungsphase
Gefahr der Industrie Spionage
Finazierung von Flugzeugprogrammen
AAA = Advanced Amphibious Aircarft
-> Das AAA-Programm ist ein Besipiel für drastische Kosteneinsparung -> Finazierung durch öffentliche Hand
Massenbilanz eines Flugzeug
Leichtbau-Konstruktionswerkstoffe
mehr Verwendung von Faserverbundwerkstoffe, Titan und Al-Litihium -> Massenreduzierung bei erhöhter Festigkeit
Holz gewinnt vereizelt an Attraktivität
Faserverbundsanteil am Flugzeugbau
Exponentieller Anstieg des Faserverbundsanteil
Auswirkungen:
Reduzierung der Strukturmassen
Erhöhung der Wirtschaftlichkeit
Reißlänge ver. metallischer Luftfahrtwerkstoffe
Reißlänge = Verhältnis von Zugfestigkeit zur Wichte
Reißlänge dient dem Werkstoffvergleich hinsichtlich Festigleit im Bezug zur Struktur
Multifunktionales Laminatsystem mit Membranfunktion
Membran Bauweise ist zu bervorzugen
wandelt Biegspannung in Zugsapannung um
Faserverbundstoffe sind empfindlich gegen Biegspannungen
Werkstoffe und Aufbau eines modernen Propellerblattes
Holz -> Schwinnungsdäpfende Eigenschaft
Hubschrauber - Rotorblatt aus Verbundwerkstoff
Flugzeugbau
Robust
preisgrünstig
korrosionsfrei
Hochleistungswerkstoffe im Triebwerksbau
Nickelbasislegierungen, wie Inconel 718, sind korrosionsbeständige Hochtemperaturlegierungen hoher Festigkeit, jedoch hoher Dichte!
Nickelbasiswerkstoffe durch MMC oder CMC ersetzten
Werkstoffverwendung - Zukunfstfähigkeit
Verschiedene Werkstofftechnologien sind in Abhängigkeit von ihrem Entwick- lungsstand, speziellen Anwendungssektor und ihren Kosten zukunftsfähig
Abhänigigkeit der des Festigkeits-Dichte-Verhältnisses von der Machzahl
Mit zunehmender Machzahl (>2) verlieren Werkstoffe Festigkeit, infolge Erwärmung. Außer titan, moderne Verbundswerkstoffe
Werkstoffmatrix A350 - 800
Überwiegend Kohlefaser-, Al-Li- und Titanwerkstoffe
Verschiedene Bauweisen
Differentialbauweise
Integralbauweise
Rumpfarten und Anforderungen
Rumpfarten:
Normal
Rumpfgondel
Bootsrumpf
Anforderungen
minmaler Widerstand
Rationale Formen, Bauweisen und Außmaße
Druck-, Schall- und Wärmeisoation
Typische Rumpfquerschnitte
Tür- und Fensterausschnitte führe zu hohen Spamnungskonzentration -> am besten Kreise und
Belastungsschema des Rumpfes
Meist Berechnung des Rumpfes als Balken möglich
Belastungsschame des Tragflügels
Bauweise des Tragflügels
-> Die Art und Weise sowie der Grad der Nutzung der Beplankung und des Längsverbandes zur Aufnahme des Biege- und Torsionsmomentes gelten als Kriterium.
Holmflügel -> Biegemomente durch Holme
Kastenflügel -> wenn Beplankung zusammen mit den verstärkenden
Längselementen alle Arten von Belastungen aufnimmt
Schalenflügel -> bei dem die Beplankung im wesentlichen die Biege- wie
auch Torsiosmomente aufnimmt
Zukunft felxibler Flügel
flexible Tragflächen aus Substrukturen
bewegliche Flügelspitzen
Ausnutzung der Strukturelastizität
Erhöhing Effizient -> z.B. MADCAT
Fahrwerkarten und Geometrien
nach hinten einzihebar
seitlich einziehbar
Radaufhänungen
-> Flatterfreiheit des Rads beachten
direkt
mit Hebel
mit Hebel am starren Fahrwerk
mit Halbhebel
Aufbau Flugzeigreifen
Schwimmwerk
-> Kabinenboden liegt bei max Wasserstartgewicht über der Wasserlinie
Steuerungssysteme
Primär Steuerungssystem:
ermöglicht Steuerung um: Gierachse, Rollachse und Nickachse
folgende Flächen werden gesteuert (Verkehrsflugzeug): Steuerruder, Querruder, Höhensteuer. Beim Hubschrauber: Flugmanöver, Haupt- und Heckrotor
Sekundärsteuerung:
Fürs Landen und Abheben benötigt:
Auftriebserhöhende Systeme
Luftbremsen
Bodenspoiler
Produktion
Aushärten
Einzelteilfertigung
Lackierung
Überblick Fertigungsfluss
Von entscheidender Bedeutung ist die rechtzeitige Zufuhr der fertiggestellten Baugruppen/ Einzelteile zur Endmontage!
Qualitätskontrolle
es gibt:
Chemisiche Verfahren
Elektronische Messungen
Versuche und Zulassung
mechanische Strukturbelastungsversuche
Flugerprobung
-> Zulassung nach Abschluss aller Versuche und Flugerprobung durch Behörden.
Abfertigung eines Verkehrsflugzeug
Wartungsmöglichkeiten
Bereits im Flugzeugentwurf ist auf eine gute Wartungsmöglichkeit zu achten!
Zukunftstechnologie Verkehrsflgzeugbau
Warum benötigt ein Flugzeug ein Triebwerk
Durch Vortrieb (Triebwerk) 1 Überwindung des Widerstandsaerodynamischer Auftrieb wird erzeugt 1 wirkt Schwerkraft entgegen:
die Folge davon ist Fliegen
Kolbenmonotoren
Leistungsgrenze = 4000 PS
heute in Sportflugzeugen und 1-2 kleine Flugzeuge verbaut
Schnellstes Serienflugzeug der Welt mit Kolbenmotorantrieb
Dornier Do 335
Besonderes Merkmal: zwei Triebwerke in Tandemanordnung!
Aktueller Geschwindigkeitsweltrekord mit Kolbenmotorantrieb
Weltrekord am 21. August 1989
Strahltriebwerke erster Flug
Erstflug erstes Düsenflugzeug He 178 August 1939
Unterscheid Strahltriebwerken
Luftatmende Triebwerke ( TL )
Triebwerke, die zur Krafterzeugung Luft „einatmen“, d.h. für den Verbrennungsprozess entnehmen sie Sauerstoff (den Oxidator) der Umgebung.
Raketentriebwerke
Treibstoff wie auch Oxidator (Sauerstoff) werden mitgeführt, so dass die Triebwerke auch im Vakuum (Weltall) arbeiten.
VergleichKolbenmotor-Luftstrahlturbine
Aufbau des Turbo-Luftstrahltriebwerk
Drehzahlbereich und Anwendungsgrenzen
Betrieb immer nahezu bei voller Drehzahl
Baugruppe Verdichter
Baugruppe Brennkammer
Baugruppe Turbine
Baugruppe Schubdüse
Die Schubdüse nutzt das Druckgefälle zwischen Triebwerk und Umgebungsdruck:
Umwandlung des Druckes in Schub
In grossen Höhen bei niedrigem Druck – grosse Effizienz
FADEC
Full Authority Digital Electronic Control
PTL
Propellerturbinen- Luftstrahltriebwerk oder Turboprop
Gasturbine -> Proppeler über einem Getriebe
Schub durch Propeller
niedrieger Kraftstoffverbrauch
Transport- und Kurzstreckenflug
Luftschrauben mit 5 oder mehr Blättern
verkürzung Blattlänge
niedriger Geräuschpegel
Gegenüber herkömmlichen Kolbenmotoren haben Propellerturbinen den Vorteil eines geringeren Gewichtes bei gleicher Leistung, eine kleinere Stirnfläche und höhere Maximalleistung pro Triebwerk
Definition Turbofan-Triebwerk (ZTL)
Ein Turbofan ist ein Strahltriebwerk mit mindestens zwei Wellen oder einem Getriebe, einer stark vergrößerten ersten Verdichterstufe (englisch Fan für Gebläse) und besitzt zwei Luftströme (Zweistrom- oder Zweikreis-Turbinen-Luftstrahltriebwerk ZTL).
Turbofan - Funktionsweise
Turbofan - Nebenstromverhältnis
Das Nebenstromverhältnis (NSV) ist das Verhältnis der Luftmenge, die außen um das Kerntriebwerk strömt (Nebenstrom), zu der Luftmenge, die durch das Kerntriebwerk – die eigentliche Gasturbine – strömt (Primärstrom).
Bereits 1939 Patent von v. Ohain eines Getriebefansàgilt heute als modernste Entwicklung des Turbofans.
Ansaugung Luftmasse
weiterleiten der Luftmasse -> Verdichter und zum Nebenstrom
Problem:
großer Durchmesser des Fan -> zu hoche V an den Schaufelspitzen
-> Nutzung eines Umsetzungsgetriebes oder zwei - drei Wellen
Anwendung - Turbofan
Heute fast ausschließlich Zweistromtriebwerke (Turbofans):
höherer Wirkungsgrad und Sicherheit
V zwischen 650 - 800 km/h
Grenze des Triebswerkdurchmesser -> 3,5m
Das Staustrahltriebwerk – Lorintriebwerk
Erste Flugerprobung auf Dornier Do 217
Hyperschallflugzeug der NASA mit Mach 10
Patent vor 1 Weltkrieg
Funktionsweise - Staustrahltriebwerks Luftfahrtantriebe
Gefahren für Strahltriebwerke
Verschleiß der Lager
Einsaugen Fremdkörper (Auslegung 1,8 kg Vogel)
Korrosion und errosion
Folgen:
Strömungsabriss
Schaufelbruch
APU
Auxiliary Power Unit
Starten der Triebwerke
dient nicht dem Antrieb
Druckhaltung der Kabine
Die Druckkabine wird mit komprimierter Triebwerksluft auf einem für den Passagier angenehmen Druck gehalten.
Überschallflug - Geschichte
14. Oktober 1947 -> Raketenflugzeug
26. April 1948 -> Strahlgetriebenes Serienflugzeug
-> Die Bell X 1 besaß im Gegensatz zur Me 262 noch keine gepfeilten, sondern gerade und daher sehr dünne Flügel!
Militärische & zivile Überschallflugzeuge
Flugzeuge:
Militärisch: DFS 436 -> Mach 3
Zivil: Tuplolev TU-144 -> Mach 2,35
Zivil: Concorde -> Mach 2,2
Triebswerkmodifikation für Überschallbetrieb
Ansaugöffnung sind Quadratisch
Veränderliches Abgassystem
Nachbrenner
Markenbindung Betreiber + Triebwekshersteller
Kombinationsmöglichkeit Flugzegmuster + Triebwerke
wartung
Verteilung hohe Lebenszyklus - Kosten Triebwerke
Moderne Antriebskonzepte
Anwendungsbezogener Konzeptvergleich
Einsatzverteilung der Antriebsarten
Entwicklungserfolge
(Steigerung von Leistung, Wirkungsgrad und Betriebssicherheit)
Betriebssicherheit: wurde in 40 Jahren um mehr als das zehnfache verbessert.
IFSF = in flight shut down
ETOPS
Extended-range Twin-engine Operational Performance Standards -> Zwei
-> zweistrahlige Flugzeuge bei Triebswerkausfall immer auf Ausweichflughafen erreichbar
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