Dokumentation Belastungsversuch

Im Rahmen des Festigkeitsnachweises

für Bauprojekt RV-4, D-EXTL

Von Thomas Lukasczyk

Landgraf-Phillips-Anlage 52

64283 Darmstadt

Durchgeführt am 21.02.2004

in Anwesenheit des

Projektgutachters Ralf Böhler

Einleitung:

Die in dem beschriebenen Belastungsversuch aufgebrachten und simulierten Lasten basieren auf den Berechnungen und Annahmen von Herrn Otto Bartsch. Diesen Berechnungen liegen die Ausgangsdaten aus dem schriftlichen Festigkeitsnachweis von Herrn Rolf Hankers zugrunde. Letztere finden sich auch im OUV Datenblatt dieses Projektes (RV-4, D-EXTL) wieder.

Unter Berücksichtigung der Geometrie des Flugzeuges sowie des Versuchsaufbaus erzeugt eine Last von 390 kg auf der Höhenflosse und dem Höhenruder den nachzuweisenden Lastfall eines vollen Höhenruderausschlages bei Manövergeschwindigkeit. Dabei ist auf die spezifische, elliptische Verteilung der Last auf Höhenflosse und Ruder zu achten. Die Berechnungen erfordern eine Teilbelastung des Höhenruders von 50 kg. Zu diesem Zweck ist es notwendig, das Höhenruder zu fixieren. Sinngemäß erfolgt die Fixierung durch Festlegung des Steuerknüppels im Cockpit, was einen zusätzlichen Festigkeitsnachweis des Steuergestänges ermöglicht. Zusätzlich wurde das Motormoment durch eine asymmetrische Belastung der Höhenflosse simuliert.

Bei der Durchführung des Versuches sind die Kräfte entsprechend in die Struktur des Flugzeugs einzuleiten. Im Falle der Flächen befindet sich die Unterstützung, welche eine Breite von 70cm besitzt und bei 1,4m Halbspannweite ansetzt, direkt unter dem Holm. Hinsichtlich des Biegemomentes erfährt der Flügel somit keine Überlastung. Diesen Versuchsaufbau schlägt Herr Otto Bartsch in seinen Berechnungen vor.

Versuchsaufbau

Abb. 1: Versuchsaufbau (frontal)

Abb. 2: Versuchsaufbau (Seitenansicht)

Versuchsprotokoll:

Der Belastungsversuch erfolgte am 21.02.2004 in der Flugzeughalle des Aeroclub Bergstrasse in Heppenheim. Diese Halle ist auch der aktuelle Standort des Flugzeugs. Die Örtlichkeit und Beschaffenheit der Halle eignen sich zur Durchführung des Versuchs.

Da der Versuch ein fixiertes Höhenruder voraussetzt, wurde zuerst die Höhensteuerung durch Anbringen von Spannbändern festgesetzt.

Bild 1: Höhenruderfixierung

Entsprechend der Schemazeichnung (Abb.1 und Abb.2) ist das Flugzeug ausgerichtet und die entsprechenden Haltevorrichtungen angebracht worden.

Um eine höhere Seitenstabilität des Aufbaus zu erreichen, wurden die unter den Flächenholmen stützenden Wagenheber in einem Winkel von 45° zur Flugzeuglängsachse ausgerichtet. Die Kräfte werden entsprechend den Vorschlägen aus den Berechnungsunterlagen von Otto Bartsch durch 70 cm lange Profile eingeleitet. Diese passen sich der V-Form der Flügel durch zentrale Gelenke an. Diese sind gemäß O.Bartsch 1,4m von der Flugzeuglängsachse entfernt. Um die auftretenden Kräfte entlang der Querachse abzufangen, befindet sich eine Quer-Traverse zwischen den Profilen. Eine Neoprenmatte verhindert zudem ein Verrutschen der Konstruktion und Beschädigungen an der Oberfläche.

Bild 2: Flächenstützen

Zu diesem Zeitpunkt befand sich der Flugzeugschwerpunkt noch vor dem Holm. Daher senkte sich beim Anheben der Struktur die Nase des Flugzeugs, was eine einfache Anbringung der Traverse für die Abstützung am Motorblock ermöglichte. Eine dicke Schaumstoffmatte sowie mehrere Lagen starken Filzes verteilen die Lasten gleichmäßig auf das Motorgehäuse. Zu diesem Zweck wurde der Haltehaken des Triebwerks entfernt.

Bild 3: Traverse

Zwei schwere Fahrzeuge belasten den Querträger. Aufgrund der vorliegenden Hebelverhältnisse sind Kräfte von ca. 1000 kp zu erwarten. Daher wurde der Querträger mit zusätzlich 500 kg Sandsäcken beschwert. Der Aufbau zeichnete sich durch eine hervorragende Steifigkeit aus. Daher wurde auf eine Vorbelastung zu Testzwecken verzichtet. Die Räder hatten beim Aufbringen der ersten Sandsäcke keinen Bodenkontakt mehr. Das Flugzeug befand sich in waagrecht ausgerichtetem Zustand.

Eine auf dem Leitwerk befestigte Neoprenmatte sollte ein Verrutschen der aufzulegenden Sandsäcke verhindern. Jeder der Säcke enthält 25 kg Spielsand, was mit einer Waage überprüft wurde. Das Leitwerk war mit einer elliptischen Verteilung des Gewichts zu belegen. Daher ist die untere Lage (bestehend aus 3 Säcken) längs ausgerichtet. Darüber befinden sich 2 weitere Säcke, von denen einer längs und der andere quer aufgelegt wurde. Die obersten Säcke liegen ebenfalls quer, direkt über dem Holm des Leitwerks. Das Ruder trägt eine Teillast von 25 kg je Seite. Somit ist die geforderte Menge von 8 Sandsäcken zu 25 kg je Seite und damit eine Gesamtbelastung des Leitwerks von 400 kg erreicht. Hierbei hatten Rumpf und Fahrwerk keinerlei Bodenkontakt. Auf der Unterseite des Rumpfes zeigte sich bei Überschreitung von 300 kg Last ein leichtes Eindellen des zentralen Beulfeldes, was sofort nach Unterschreitung derselben Last wieder verschwand.

Bild 4a Bild 4b: geforderte Belastung

Die Festigkeit des Rumpfes auf Torsion bestätigt eine asymmetrische Verteilung des Gewichts. Um diesen Fall experimentell abzudecken wurden ausgehend von der Maximalbelastung zwei Sandsäcke der rechten Leitwerkshälfte entfernt.

Versuchsergebnis:

Nach dem Abräumen aller Sandsäcke kehrte die Struktur wieder in ihre Ausgangslage zurück, von der sie sich ohnehin nur wenig entfernt hatte. Der Rumpf, sowie das gesamte Flugzeug zeigten nach eingehender Untersuchung keine bleibende Verformung.

Somit gilt die den Berechnungsunterlagen zugrunde liegende und nachzuweisende Festigkeit als bestätigt. Zudem ist von einer Bauausführung entsprechend den Konstruktionszeichnungen auszugehen.

Gutachter und Flugzeugbauer