Luftfahrzeugkonstruktion II

Unter Belastung versteht man die Gesamtheit aller Einwirkungen auf eine Flugzeugstruktur wie

• Kräft
• Temp.
• Schall
• Strahlung usw.

Resultieren aus:

• aerodyn. Effekte (Staudruck)
• Massen
• Beschleunigungen
• Umwelteinflüssen

Beeinflussen die Lebensdauer, Beanspruchung und Verformung

Luftlasten

• Aerodyn. Druck, Druckdifferenz
• Manöver. Ruderausschlag
• Böen (Gust)
• Aerodyn. Schütteln (Buffet)

Trägheitslasten

• Beschleunigung, Rotation
• Strukturschwingungen
• Flattern

Triebwerk

• Schub
• Dreh-, Kreiselmomente

Bodenlasten

• Aufsetzstof, Ein-Rad-Landung
• Bremsen

Sonstige Lasten

• Steuergestänge
• Tankdruck
• Vogelschlag

Last (Kräfte und Momente die auf ein Bauteil einwirken)

Sichere Last (Limit Load) (Unter normalen Betriebsbedingungen zu erwartende höchste Last [Verformungen dürfen den sicheren Betrieb nicht beeinträchtigen])

Bemsseungs-Bruchlast (Ultimate Load) (Tragfähigkeitsgrenze der Struktur; LAst muss ohne Versage übertragen werden können)

Versagenslast (Failure Load) (Rechnerisch oder exp. ermittelte Last die zum Versagen der Struktur führt.

CS 23 und 25 (für Kleinflugzeuge und Graßraumflugzeuge) [Europa]

FAR in Amerika

EAS = \(EAS = TAS* \sqrt{\rho\over \rho_0} \)

Das V-n-Diagramm zeigt die maximalen Lastvielfache für verschiedene Flugsituationen und Böenbelastungen an.

Ein Flugzeug muss so ausgelegt sein, dass es alle Belastungen die innerhalb des Diagramms auftreten aushält.

Das V-n-Diagramm besteht aus dem Manöver und dem Böen-V-n-Diagramm. Die Grenzen werden durch die Bauvorschriften vorgegeben.

Benennung der Grenzen

0 bis V_A: Abrissgrenze

• Höhere Lastvielfache als die Linie zeigt können nicht erflogen werden, da sonst die Strömung am Tragflügel abreist --> Auftriebsverlust

V_A bis V_D: Festigkeitsgrenze

• LL Grenze für die Bestlatung der Struktur. Nach dem Überschreiten dieser Grenze muss das Flugzeug auf schäden inspeziert werden.

Ab V_D: Endgeschwindigkeit

• Ab dieser Grenze können Effekte auftreten die zum Versagen des Bauteils führen (Flattern).

Ein Lastkollektiv ist die Beschreibung der mit hoher Wahrscheinlichkeit zu erwartenden Größen und Häufigkeiten von Lastwechseln des Beanspruchungs-Zeit-Verlaufs eines realen Bauteils.

Sie werden mittels einer theoretischen Analyse und/ oder durch Messungen ermitteln und durch Zählverfahren ausgewertet. Anhand dessen werden die Lastgrößen (Beschl., Spannung, Momente usw.) in Abhängigkeit von Summenhäufigkeiten aufgetragen. Wobei allerdings die Reihenfolge und Frequenz der Lastwechsel verloren gehen.

Standardkollektive:

• TWIST: Transport Wing STandard
• FALSTAFF: Fighter Aircraft Loading STAndard For Fatique Evaluation
• Franzmeyer Lastkollektiv für Segelflugzeuge
• KoSMOS: Kollektiv für Segelflugzeuge, Motorflugzeuge und Motorsegler

Unter dem Lastvielfachen n versteht man einen auf das Gewicht bezogenen Faktor zur Beschreibung der auf das Luftfahrzeug wirkenden Lasten.

Herleitung:

Der Zuwachs des Lastfaktors ergibt sich aus vorhergehenden Betrachtungen zu:

\({\Delta n} = {\Delta A \over mg}={\rho \over2}*\nu^2*{1\over {mg \over S}}*{\partial c_A \over\partial \alpha}*{w_g-W \over\nu}\)

Mit dem Böenabminderungsfaktor:

\(k_g={w_g-w\over \hat {W_g}}\)

ergibt sich der Zuwachs des Lastfaktors zu:

\(\Delta n = {\Delta A \over mg}={\rho \over2}*{1\over {mg \over S}}*{\partial c_A \over\partial \alpha}*\nu*\hat{w_g}*k_g\)

Damit folgt der Gust Load Factor

\(n_g = 1+\Delta n= 1+{\rho *{\partial c_A \over\partial \alpha}*\nu*\hat{w_g}*k_g\over 2*{mg \over S}}\)