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Gewichtsoptimierung eines Flugzeugfahrwerkes

Martin Birchler

Titel

Gewichtsoptimierung eines Flugzeugfahrwerkes

Autor/in

Datierung

03.06.2019

Beschreibung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit möglichen Gewichtsoptimierungen für das Hauptfahrwerk des
Kleinflugzeugs vom Typ RV-10. Der Hersteller VANS bietet dieses Flugzeug als Eigenbau-Kit an.
Das neue Fahrwerk muss die Zulassungsvorschrift CS-23 vollumfänglich erfüllen. In einem ersten Schritt
sind Untersuchungen zur Bestimmung der Eigenschaften des Standard-Fahrwerks durchgeführt worden.
Basierend auf Steifigkeitsbetrachtungen der Fahrwerkstruktur und Energiebilanzen können die maximal
wirkenden Radlasten bestimmt werden. Die Festigkeitsanalyse hat ergeben, dass das Fahrwerk die
Mindestanforderungen nicht erfüllt. Schon eine Belastung mit «limit load» führt im Fahrwerksbein zu
plastischen Deformationen. Dies konnte durch Original-Berechnungsdokumente, die bei der schweizerischen
Zulassungsstelle (EAS) hinterlegt sind, bestätigt werden.
Beim Lösungskonzept welches sich durchgesetzt hat, ist das Fahrwerk als durchgehende Schwinge konzipiert
und besteht komplett aus GFK-Laminaten. Die entstehende kinetische Energie bei der Landung wird zum
grössten Teil durch die elastische Deformation der Fahrwerksschwinge aufgenommen. Aufgrund der
effizienteren Energieaufnahme des neuen Fahrwerks sinken die maximalen Radlasten um 20 Prozent. Neu
wird das Hauptfahrwerk direkt an den Untergurt des Hauptholmens geklemmt. Die neu entwickelte
Fahrwerksaufhängung ist als Fest- und Loslager konzipiert worden. Die Studie hat gezeigt, dass eine
Gewichtsreduktion des Fahrwerks mit hohem Aufwand möglich ist. Das letztendlich eingesparte Fluggewicht
beläuft sich auf acht Kilogramm, was einer Gewichtsreduktion von 35 Prozent entspricht. Der
Industriepartner hat die Absicht geäussert, das Hauptfahrwerk in zweifacher Ausführung herzustellen. Nebst
dem obligatorischen Droptest bei «limit load» soll ein Fahrwerk ebenfalls einem «ultimate load»-Test
unterzogen werden.

The aim of this thesis was to optimize the weight of the main landing gear of the RV-10, a small aircraft
offered by VANS as a self-assembly kit. The new structure must fully meet the CS-23 certification
requirements. In a first step, investigations have been carried out to determine the characteristics of the
standard landing gear. Based on rigidity considerations of the chassis structure and energy balances, the
maximum effective wheel loads could be determined. The strength analysis has shown that the present
structure does not meet the minimum requirements, that means plastic deformations occur in the landing gear
leg even at «limit load». This was confirmed by the original calculation documents deposited at the Swiss
Approval Authority (EAS).
In the proposed concept, the landing gear is designed as a continuous swing arm and consists entirely of GRP
laminates. The occurring kinetic energy during landing is largely absorbed by the elastic deformation of the
landing gear’s swing arm. Due to the more efficient energy absorption of the new structure, the maximum
wheel loads are reduced by 20 percent. The main landing gear is now clamped directly to the lower flange of
the main spar. The newly developed chassis suspension has been designed as a fixed and floating bearing.
The study has shown that it is possible to reduce the weight of the landing gear at great expense. The final
weight saved amounts to eight kilogram, which corresponds to a weight reduction of 35 percent. The
industrial partner has expressed the intention to manufacture the main landing gear in two versions. In
addition to the obligatory drop test at «limit load», one sample will also be subjected to an «ultimate load»
test.

Urheberrechtshinweis