B14

Die optimale Flächenbelastung in jedem Flugzustand: die B14 soll es möglich machen. Sie ist unser neuestes Projekt, der Nachfolger der B13-Elektrifizierung. Hauptaugenmerk der Entwicklung des 20m-Doppelsitzers liegt auf der automatischen Flächenklappenansteuerung, welche die bisherigen Nachteile von Flächenklappenflugzeugen lösen soll. Die elektrisierte Ansteuerung soll ein schmales, aerodynamisch optimiertes Profil ermöglichen. Die Automatik der

Flächenklappe wird uns nicht nur den Platz dafür geben, sondern gleichzeitig die Arbeitsbelastung der Pilot:innen erheblich reduzieren. Die Sicherheit wird erhöht und die Leistung der Besatzung verbessert, indem sie sich auf die anderen Aspekte des Fliegens konzentrieren können. Die B14 wird durch die optimale Flächenbelastung und Auftriebsverteilung Vorteile im Vorflug gegenüber vergleichbaren Doppelsitzern erzielen. Neben der komplexen Steuerung und der aerodynamischen Optimierung steht außerdem die strukturelle Auslegung im Fokus.

Steuerung

Struktur

Aerodynamik

Unsere Wegleiter sind Idaflieg-Prototypen wie die Darmstädter D40, die Münchner Mü27, die Suttgarter fs34 und die die Braunschweiger SB11. Die Köpfe hinter diesen Prototypen standen uns mit Rat und Tat zur Seite beim Flächenklappen-Workshop 2020: Zusammen mit der Akaflieg Stuttgart, die parallel die fs36 entwickelt, wurden Vorträge gehalten und Diskussionen rund um das Thema Flächenklappen geführt.

In Kooperation mit Schempp-Hirth wollen wir einen Arcus-Rumpf für die B14 fertigen. Werkstattpraktika in der Firma sollen unsere Akaflieger:innen auf den Bau der B14-Tragflächen vorbereiten.

Die Wölbklappenautomatik

Flächenklappen sind eine Auftriebshilfe und kontrollieren die Flügelfläche eines Segelflugzeugs. So kombinieren Segelflieger:innen die Vorteile unterschiedlicher Flächengrößen im Flug: Geringere Flügelflächen und erhöhte Flächenbelastung steigern die Flugleistung bei hohen Geschwindigkeiten, während ausgefahrene Flächenklappen die Kreisflugeigenschaften verbessern. Unser Ziel für die B14 ist es, unseren Vorteil durch die Flächenklappen im Streckenflug auszuspielen. Im Kreisflug soll unser neuester Prototyp aus taktischen Gründen einen ähnlichen Charakter wie vergleichbare Segelflugzeuge haben.

Die Unterbringung komplexer Steuerungsmechanismen und untypischer struktureller Anforderungen ist mit hochgestreckten Flügelgeometrien oder schlanken Profilen nur schwer in Einklang zu bringen. Wir wollen mithilfe moderner Methoden genau das ermöglichen. Mit detaillierten Steuerungs- und Struktursimulationen und einem mechatronischen System zur Ansteuerung der Flächenklappen.

Die Automatik der Flächenklappen wird den Pilot:innenfaktor minimieren und das Bediensystem unkompliziert und sicherer gestalten. Unsere Wölbklappenautomatik soll die leistungsoptimierte Klappenstellung für jeden Flugzustand ermitteln und dabei Parameter mit einbeziehen, die aus den Bordinstrumenten für die Besatzung nicht direkt ersichtlich sind. Dadurch wird die Arbeitsbelastung für Pilot:innen verringert, sodass sie auf die anderen Aspekte des Segelfliegens konzentrieren können.

Klappenwahl

Taschenmesserklappe oder spaltlose Fowlerklappe? Beide bewirken im schnellen Vorflug höhere Gleitzahlen, was der entscheidende Vorteil gegenüber herkömmlichen Wölbklappen-Konfigurationen ist. Taschenmesserklappen variieren in der Profiltiefe, sind also einfach flächenvergrößernde Klappen. Die Fowlerklappe bietet eine zusätzliche Verwölbung, welche die Flugleistung weiter verbessert, aber auch die Arbeitslast für Pilot:innen erhöht. Durch die automatische Ansteuerung kann diese teilweise ausgeglichen werden. Obwohl Taschenmesserklappen sich als alltagstauglicher erwiesen, soll die Flugleistung hier in den Vordergrund gestellt werden. Da sich die konstruktive Anforderungen kaum unterscheiden, soll eine spaltlose Fowlerklappe für die B14 konstruiert werden. Der kritische Entwurfsraum wird die Ansteuerung des Querruders sein. Zur Einschätzung trugen die Flugversuche der D40 (Taschenmesserklappe) auf dem Sommertreffen 2020 und Daten der Flugleistungsvermessung 1987 bei.

Technische Umsetzung

Für jeden Flugzustand existiert eine leistungsoptimale Klappenkonfiguration, die von von einem modular aufgebauten, mechatronischen System eingestellt werden kann. Ein zusätzliches Benutzermodul erlaubt es der Besatzung, die Messwerte und die Klappenposition einzusehen und zwischen automatischem und manuellem Modus zu wechseln.

Durch ein Sensormodul werden die Messwerte Fluggeschwindigkeit und Lastvielfaches erfasst, von denen der Flugzustand abhängt. Auf Grundlage der Messungen kommuniziert das Hauptmodul jeweils mit den anderen Modulen und berechnet die optimale Wölbklappenstellung.

Über das Steuermodul wird ein Linearaktuator angesteuert, der im gekoppelten Zustand in die Wölbklappensteuerung eingreift und anstelle der Pilot:innen den Wölbklappenhebel verfährt. Ein im Linearaktuator integrierter Encoder erlaubt es, die aktuelle Wölbklappenstellung auszulesen. Das Stellverhalten des Aktuators wird durch eine auf dem Hauptmodul implementierte Regelung bestimmt.

Wir freuen uns auf Ihre Fragen und Anmerkungen!