Crashversuche mit Segelflugzeugrümpfen in der Flugwerft Schleissheim

Im Automobilbau sind Crashversuche zur Erhöhung der Insassensicherheit schon lange üblich und haben maßgeblich zum Im Automobilbau sind Crashversuche zur Erhöhung der Insassensicherheit schon lange üblich und haben maßgeblich zum Design moderner Fahrzeugstrukturen beigetragen. Eine Knautschzone zur Energieabsorption und Airbags sind aus heutigen Autos nicht mehr wegzudenken. Anders ist es in der privaten Luftfahrt. Aufgrund geringer Stückzahlen und hoher Entwicklungskosten sind Crashversuche in der privaten Luftfahrt aktuell die Ausnahme. Ebenso sind nach Stand der Technik nur selten Verstärkungen oder ähnliche Strukturen im Cockpit verbaut, obwohl immer wieder auch Unfälle gemeldet werden, bei denen diese Maßnahmen Leben retten können.

Abbildung 1: Die Akaflieger beim Laminieren einer Rumpfhälfte. Hier kann man gut den Crashbeam mit dem Kohle-Aramid-Mischgewebe in Gelb-Schwarz als Deckschicht erkennen.

Als Teil des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projektes „CraCpit“ hat die Akaflieg München in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Carbon Composites der TUM ein neuartiges, versteiftes Cockpit entwickelt. Eine Kombination aus Verstärkungsbalken („Crashbeams“), Einbauteilen und optimierten Laminaten soll den Piloten effektiv schützen. Diese soll die Energie beim Aufprall absorbieren und um den Piloten herumleiten. Die Crashstrukturen bestehen aus Kohlefasergewebe und einer Deckschicht aus Kohle-Aramid-Mischgewebe zum Splitterschutz. So soll der Überlebensraum bei einer Kollision möglichst erhalten bleiben. Der Rumpf und alle Einbauteile, wie zum Beispiel Spanten, wurden einzeln im Handlaminatverfahren hergestellt. Dies ist sehr zeitaufwendig und erfordert eine gewisse Geschicklichkeit, um hochwertige Bauteile zu erhalten. Ebenso rüstet die Akaflieg München mit großzügiger und tatkräftiger Unterstützung von BMW und mg-sensor die Messtechnik in den Rumpf ein. Mit dem Know-How unserer Industriepartner können wir mit hochwertiger Messelektronik präzise Daten über die Kinematik sammeln. Wir möchten uns hierfür bei allen Beteiligten bedanken.  Die Dehnungsmesstreifen sind an mehreren Stellen in der Rumpfschale verbaut und bestimmen die lokalen Änderungen in eine Richtung im Laminat. Beispielsweise sind auf den Crashbeams DMS mit Orientierung entlang den Balken oder auf den Klebenahtverstärkungen verklebt. Rosetten, drei DMS in x-, y-, und diagonaler Richtung sollen die Spannungen in der Rumpfschale bestimmen. Da die Positionen der DMS teilweise mit den diversen Einbauteilen und Spanten im Konflikt stand, mussten wir wiederholt improvisieren. Nur dank eines ausgeklügelten Systems zur Bestimmung der Position („Da siehts gut aus, da is es nicht im Weg, …. wahrscheinlich“) und Kabeln mit ID-Chip konnten wir dem Kabelsalat Herr werden. Das Löten der Kabelanbindungen war auch nicht immer bequem, gerade bei nachträglichen Änderungen hieß es gerne mal „Anlöten aus ungewohnter Position“. Mit den Daten aus den DMS soll die Simulation mit der Realität verglichen werden. Die weitere Sensorik, wie Drehraten und Beschleunigungen, und die Datenaufzeichnungen werden hinter dem Piloten verbaut werden und in der Woche vor dem Crashversuch von unseren Partnern eingerichtet werden. Ein Dummy oder alternativ ein „freiwilliger“ Testpilot sollen die Belastungen bestimmen. Wir möchten nochmal auf die laufende Stellenausschreibung hinweisen.

Abbildung 2: Simulation des Crashs. A. Ravindranatha, Passive safety in gliders: virtual integration and analysis of a dummy model under crash impact, Semesterarbeit im BMWK-Projekt CraCpit, TUM-LCC, 2021

Derzeit fertigen wir an die Ersatzmassen für die Flügel und das Seitenleitwerk, dank der vielen Helfer kommen wir gut voran. Wir crashen ohne Steuerflächen, um störende aerodynamische Kräfte zu vermeiden. Ebenfalls wird der Rumpf keine Steuerelemente enthalten, da dies die Komplexität erhöhen würde, ohne Mehrgewinn zur eigentlichen Fragestellung.


Der Crashversuch ist für die KW30 in der Flugwerft Oberschleißheim geplant. Hierzu dürfen wir die Freifläche vor der historischen Flugwerft verwenden. Der Rumpf wird an einer Traverse unter einem Kran aufgehängt und  von einem zweiten Kran ausgelenkt. Anschließend wird der Rumpf ausgeklingt und schwingt wie ein Pendel bis zum Aufschlag durch.  So wird eine Kinematik vergleichbar mit einem Absturz nachgeahmt. Der Aufschlag soll mit 15 m/s und bei einem leichten Schiebewinkel erfolgen, um die Sicherheit der Strukturen zu zeigen. Diese Geschwindigkeit ist zwar während des Fluges nur bei Start und Landung üblich, aber für uns von besonderem Interesse, da dies die Phasen mit den meisten Unfällen sind . Außerdem sind Zusammenstöße mit für den Normalflug realistischen Geschwindigkeiten von mehr als 100 km/h aufgrund der enormen Energien leider nicht zu überstehen.

Abbildung 3: Der fertige Crashrumpf mit Verkabelung der Dehnungsmessstreifen.

Mit der freundlichen Unterstützung von Imaging Solutions werden wir aus verschiedenen Perspektiven den Aufprall mit Hochgeschwindigkeitskameras filmen, wir erhoffen uns dadurch detaillierte Einblicke in den Ablauf des Crashs zu bekommen.

Zusätzlich planen wir mittels Digital Image Correlation die Verformungen des Rumpfes während dem Crash zu messen. Dazu wird ein Tracking-Muster auf dem Rumpf aufgebracht, dessen 3-dimensionelle Verformungen am Computer aus Filmaufnahmen berechnet werden können. Mit den Daten aus dem Dummy und den weiteren Sensoren erhoffen wir uns, eine Einschätzung treffen zu können, ob der Crash für den Piloten überlebbar wäre.

In der Versuchswoche vom 25.7 bis 29.7. sind am Montag der Aufbau und Vorbereitung geplant, ab Dienstag wird dann je nach Wetter der Versuch durchgeführt. Im gleichen Rahmen führt die Akaflieg Hannover ihren Crashversuch eines Astir-Rumpfes mit eigener Nachrüst-Sicherheitsstruktur durch. So können wir eine Vergleichbarkeit zwischen den beiden Crashrümpfen herstellen und den Aufwand für die Organisation minimieren. Gespannt fiebern wir dem Höhepunkt unserer jahrelangen Arbeiten entgegen. Wir freuen uns über Ihr zahlreiches Erscheinen und beantworten gerne alle Fragen, auch vor Ort. Zuschauer sind, mit Sicherheitsabstand, natürlich erwünscht.

Clemens „Lötlurch“ Lippmann