(4) Masse & Struktur Flashcards
Was beinhaltet das EW (Empty weight)
Strukturgewicht
+Antrieb
+Grundausrüstung
+Toleranz
+feste Einsatzausrüstung
Was beinhaltet das OEW (operating empty weight, Rüstmasse)
EW
+bewegliche Ausrüstung
+Crew
+Service-Ausrüstung
Was beinhaltet das [M]ZFW ([Maximum] Zero fuel weight)?
OEW
+[maximale] Nutzlast
Was beinhaltet das [M]TOW ([maximal] takeoff weight)?
MZFW
+Treibstoff (TOW)
[M]LW ([maximum] landing weight)
MLW
Massen im Flugzeugentwurf
Nenne die Stufen der Massenanalyse
- Stufen 1-3: Vorentwurfsphase
- Stufen 4-6: während der eigentlichen Entwicklung
- die Stufen 5 und 6 werden auch in der Serienfertigung weiter angewendet
- Stufe der Massenanalyse
Überschlägige Massenermittlung mit Hilfe von Einheitsmassen und/oder prozentualen Massenanteilen bezogen auf Bemessungsmassen
- Stufe der Massenanalyse
Berechnung nach Näherungsformeln auf Basis statistischer Daten
- Stufe der Massenanalyse
Verwendung analytischer Berechnungsverfahren unter Berücksichtigung der Bauteilbelastungen sowie der zulässigen Verformungen
- Stufe der Massenanalyse
Berechnung anhand von Vorentwurfstdaten:
- Berücksichtigung von Herstellerangaben von Ausrüstungsgegenständen
- Gewicht von Kabeln, Rohren, usw wird anhand von Schemaplänen abgeschätzt
- Stufe der Massenanalyse
Berechnung anhand von Fertigungszeichnungen
- letzte Stufe der theoretischen Massenanalyse
- Werte werden mit den Werten aus Stufe 6 (wiegen) verglichen
- Stufe der Massenanalyse
Wiegen des fertigen Flugzeugs:
- das Flugzeug muss gereinigt sein, kein Werkzeug an Bord, Betriebsflüssigkeiten müssen eingefüllt sein
- Wägung in geschlossener Halle um Windeinflüsse zu verhindern
- das Flugzeug muss im Rahmen der Toleranz nivelliert sein
Was ist der Massezuwachsfaktor
Der Massezuwachsfaktor ist der Faktor, um den sich die gesamte Abflugmasse eines Flugzeuges erhöht, wenn das Leergewicht erhöht wird Die Bestimmung des MZF ist ein interaktiver Prozess, der u.a. Bei der Technologiebewertung eine wichtige Rolle spielt Zivile Luftfahrt: 1,5
Möglichkeiten zur Gewichtsreduzierung während der Konstruktion:
- Toleranzen bei Blechdicken und Frästeilen
- Funktionskombination an Bauteilen
- Verringerung der Komplexität eines Bauteils
- Klebeverbindungen statt Nietverbindungen
- bei Biegebeanspruchung Sandwichmaterialien bevorzugen
- nicht nutzbare Flüssigkeitsmengen gering halten
- Krafteinleitung immer über den kürzesten Weg führen
Möglichkeiten zur Gewichtsminimierung im Flugbetrieb:
- nur die benötigte Kraftstoffmenge mitführen
- auch nur die voraussichtlich benötigte Menge an Wasser mitführen
- leichtes Besteck, Geschirr und Gläser achten
- anstelle von Luftfrachtcontainern: Gepäck lose in den Frachtraum laden (Bulk Carco)
Vorteile historischer Bauweisen:
- robust -Verwendung einfacher Materialien
- Verarbeitung ohne Spezialwerkzeug
- insgesamt geringe Kosten
- geringes Gewicht im vgl. zu anderen Konzepten
Nachteile historischer Bauweisen:
- sehr schlechte Raumnutzung durch Verstrebungen im Innenraum
- geringe aerodynamische Güte
- Geschwindigkeit durch die Außenhülle aus Stoff oder Wellblech begrenzt
- zusätzlicher Luftwiderstand durch Verstrebungen
- aufwendige Montage
Einholmflügel: Vor- und Nachteile
Vorteile:
- Wartungsfreundlich
- einfach in der Herstellung
- geringes Gewicht
Nachteile:
- eingeschränkte Tragkraft
- je nach verwendetem Hauttyp eingeschränkte Festigkeit, dadurch eingeschränkte Höchstgeschwindigkeit
- keine glatte Außenhaut
- eingeschränkte Torsionsteifigkeit
- wenig freies Volumen im Flügel
Flügel Verkehrsflugzeug: Vor- und Nachteile:
Vorteile:
- hohe Tragkraft bei moderatem Gewicht
- Treibsroffgewicht im Flügel mindert das aus der Auftriebsverteilung resultierende Biegemoment um die Flügelwurzel ab
Nachteile:
- schlechte Zugänglichkeit des Kastens zur Korrosionskontrolle oder Tankreinigung
- Reparaturen sind sehr aufwendig
Bauweise mit Stringern und Spanten:
Bauweise mit Stringern und Spanten: Vorteile
Vorteile:
- dünne Haut
- die Haut wird gegen den Innendruck gestützt
- großer nutzbarer Innenraum
- der Raum zwischen den Spanten kann zur Wärme- & Lärmisolierung genutzt werden
- die Versteifungen verteilen angreifende Lasten
Nachteile:
- aus stabilitätsgründen wäre die Verwendung torsionssteifer (geschlossener) Profile für die Stringer/Spanten optimal. Aufgrund der Temperaturschwankungen und der Luftfeuchtigkeit im Flugzeug wären diese Profile jedoch sehr korrosionsanfällig
- viele Verbindungselemente (Niete) notwendig
Halbschalenbauweise
Halbschalenbauweise: Vor- und Nachteile
Vorteile:
- sehr hohe Festigkeit
- Fertigung segmentiere an verschiedenen Standorten möglich
- die Segmente können auch aus Faserverbundmaterial am Stück gefertigt werden
- gewünschte aerodynamische Formen lassen sich sehr gut herstellen
- in der Fertigung günstiger als Vollschalen
Nachteile:
- durch die Überlappungen und die nötigen Verbindungselemente schwerer als eine Vollschale
Vorteile von CFK
- geringes Gewicht (ca. -13%)
- Höhere Steifigkeit (ca. +30%)
- Ermüdungsfestigkeit –> kein Dauerbruch
- genaues Auslegen gegen bestimmte Lasten und Lastrichtungen möglich, d.h. keine Ueberdimensionierung
- flexiblere Formgebunb der Bauteile, dadurch weniger Einzelteile
- unempfindlich gegen Lastwechsel, d.h. torsionssteife (geschlossene) Profile möglich –> kompaktere Bauweisen
- Temperaturausdehnungskoeffizient liegt in der Nähe von Titan (günstig für Mischbauweise, z.B. Laminarflügel mit Absaugnase)
Nachteile von CFK
- aufwendige und teure Produktion
- Bruchverhalten: CFK bricht und splittert bei Ueberlastung
- Beschädigung im Inneren der mehrschichtigen Struktur sind nicht von aussen zu erkennen
- zur Konstruktion sind völlig neue Herangehensweisen notwendig
- schlechte elektrische Leitfähigkeit
- geringe Wärmeleitfähigkeit (–> Enteisung)
- Eigenschwingungen liegen bei CFK wesentlich höher als bei Metall
- Entsorgungsproblematik
Welche Parameter haben den grössten Einfluss auf die Flügelmasse?
- Den stärksten Einfluss auf die Flügelmasse hat die Flügelfläche
- Entscheidend sind ausserdem das Gesamtgewicht, das auszuhaltende Lastvielfache, Flügelstreckung
- Flügelmasse ist umgekeht proportional zur Flügeldicke
- Kleineren Einfluss auf die Flügelmasse haben die Grösse der Steuerflächen und die Flügelspreizung
6 stufige Massenanalyse in 6 Stichworten
- empirisch/statistisch
- semiempirisch
- analytisch
- anhand von Vorentwurfsdaten
- anhand von Fertigungszeichnungen
- wiegen
Was ist der Massezuwachsfaktor?
Faktor um den sich das Gesamtgewicht vergrössert, wenn die Leermasse um 1 kg erhöht wird.
