Entwicklung eines modularen Standard-Lastspektrums für CS-23 Flugzeuge

Kurzfassung

Die im realen Flugbetrieb auftretenden dynamischen Belastungen, z. B. durch Böen und Manöver, führen auf die Dauer zu Ermüdungsschäden. Daher ist bereits im Vorentwurf eine Kenntnis der typischen Belastungen notwendig, auf deren Grundlage das Flugzeug dimensioniert wird. In enger Zusammenarbeit mit den Luftfahrtbehörden wird ein Betriebsfestigkeitsnachweis geführt, bei dem die Schadenstoleranz durch Test und versuchsgestützte Analyse nachgewiesen und Inspektionsintervalle festgelegt werden. Zur Abschätzung der Beanspruchungen in der Entwicklungsphase greift man auf statistische Daten aus früheren umfangreichen Messungen an einer größeren Zahl von Flugzeugen zurück. Um aus diesen repräsentativen Belastungen bewährter Konstruktionen eine Aussage über die Lebensdauer bzw. Schadensentwicklung treffen zu können, werden die Böen- und Manöverlasten statistisch erfasst und in Belastungskollektiven zusammengestellt. Bei den Herstellern kleiner Flugzeuge, die unter die Zulassungsvorschriften CS-23 fallen, ist es heute übliche Praxis, vereinfachtekonservative Spektren zu benutzen. Diese Methode ist jedoch nicht sehr flexibel, wenn es um Änderungen der Flugzeugkonfiguration und/oder der Einsatzprofile geht. Daher ist auch für kleine Flugzeuge ein missionsorientierter Ansatz entsprechend Advisory Circular AC-23-13A empfehlenswert, um in Abhängigkeit vom Flugzeugmuster und der Konfiguration die individuellen Ermüdungslastkollektive zu bestimmen. Seitens der FAA werden die Hersteller durch Bereitstellung von anleitendem Material für die Entwicklung von CS-23 Flugzeugen und Belastungsdaten unterstützt. Auf Basis der behördlich festgelegten Bauvorschriften wird ein transparentes, modulares Programm zur Erzeugung von Standard-Lastspektren für CS-23 Flugzeuge entworfen. Durch Definition verschiedener Missionsprofile und Festlegung der Einsatzart wird anhand einfacher Eingabeparameter eine Belastungsmatrix aufgestellt, durch die das Gesamtspektrum durch stochastische Abfolge verschiedener Einheitsflüge und definierte Basislastfälle beschrieben wird. Dazu werden die Missionsprofile in Flugphasen und Segmente eingeteilt, anhand derer die Manöver- und Böenlasten bestimmt werden. Das entwickelte systematische Verfahren zur Definition von Lasten für CS-23 Flugzeuge kann für entsprechende Ermüdungsanalysen und -tests verwendet werden. Durch die offene, modulare Struktur wird die Erzeugung der Lastspektren sowie entsprechender Lastsequenzen transparent und durchgängig prüfbar und kann als Referenzstandard für Ermüdungslasten an Neuentwicklungen und im Einsatz befindlichen Flugzeugmustern verwendet werden.