01.06.2021

Hinter den Kulissen: Ein Flugzeug konstruieren

Jedes Flugzeug ist ein komplexes Gefüge von verschiedensten Teilen. Bereits vor dem Design und dem Bau einer solchen «fliegenden Maschine» muss vieles erledigt und an vieles gedacht werden. Gerade weil unser Projekt so unkonventionell ist, möchten wir von Pie Aeronefs SA Ihnen zeigen, wie wir unsere ersten Schritte getan haben und erlauben ihnen einen exklusiven Einblick hinter die Kulissen unseres vollelektrischen Rennflugzeugs UR-1

Mission bestimmen

Der erste Schritt bei der Konzeption eines Flugzeugs besteht darin, die Mission zu bestimmen. In unserem Fall sind die Ziel-Parameter bereits ziemlich klar definiert. Mit einem Piloten und elektrischem Antrieb schnellstmöglich über eine Strecke von 20km zu fliegen. Diese Ziele, zusätzlich zu den wenigen technischen Anforderungen durch das Reglement der Air Race E-Meisterschaft, an welcher unser Flugzeug teilnehmen wird, bilden den Ausgangspunkt unseres Projekts.

Erste Analysen

Bevor wir die ersten Zeichnungen zu Papier bringen, müssen wir uns gründlich mit der Forschung zu Aerodynamik und Flugzeugdesign auseinandersetzen. Speziell die Theorie zu den berühmte V-Leitwerken ist viel komplizierter als bei traditionellen Leitwerkskonstruktionen. Dies, weil es bei V-Leitwerken eine stärkere Verbindung zwischen der Flügelgrösse und dem Schwanz gibt.

Zu einem bestimmten Zeitpunkt fällen wir unsere erste Entscheidung: Welches Gewicht soll das Flugzeug haben? Diese Entscheidung ist schwieriger, als sie im ersten Moment scheint. Denn: Je schwerer das Flugzeug, desto grösser müssen die Flügel sein und je grösser die Flügel sind, desto schwerer wird das Flugzeug. Um das richtige Verhältnis zwischen Gewicht und Flügelgrösse zu finden, müssen wir unsere Schätzungen mehrere Male anpassen. Danach müssen wir sicherstellen, dass jede Komponente, welche wir verwenden möchten, das richtige Gewicht und die richtige Grösse haben. Zum Schluss können wir die Gesamtmasse schätzen.

Nun haben wir ein Set von Parametern zusammen, die gut zusammenarbeiten und wir können uns um den nächsten Schritt kümmern. Das Ziel in diesem Schritt ist, dass die Masse des konstruierten Flugzeugs so nah wie möglich bei der ursprünglichen Berechnung liegt.

Die Schätzung der Masse ist besonders schwierig, wenn das Flugzeug mit innovativer Technologie und Konzepten, wie beispielsweise der Batterien, ausgestattet werden soll. Es ist sogar so, dass diese neuen Technologien und Konzepte noch nicht sehr intensiv getestet worden sind.

Die Bedeutung der Nomenklatur

Es ist wichtig, dass jedem Bauteil und jeder Baugruppe, welche wir entwickeln, eine eigene Teilenummer zugewiesen wird. Wir haben uns dabei entschieden, eine hierarchische Struktur zu verwenden, damit jede Artikelnummer leicht auffindbar ist. Deshalb haben wir die verschiedenen Teile in Systeme, Baugruppen und schliesslich in Einzelkomponenten gruppiert.

Die erste Gruppe, die wir identifiziert haben, war die allgemeine Flugzeugmontage. Zur Erstellung des UR-1 verwendeten wir die folgenden Komponentenkategorien:

  • Struktur (Rumpf, Tragflügel, Leitwerk, Fahrwerk etc.)
  • Triebwerk (Propeller, Motor, Batterien etc.)
  • Steuerung (Querruder, Rudervator, Rollläden, Kabel etc.)

Bei der weiteren Verfeinerung haben wir auch alle Unter-Komponenten kategorisiert. Beispielsweise unterscheiden wir folgende Komponenten für die allgemeine Struktur des Flügels:

  • Strukturelle Baugruppe (Verkleidungen und Befestigungen mit dem Flügel)
  • Flügelhaut (äussere Schicht des Flügels)
  • Innere Komponenten (wie Holme und Rippen)

Für unseren Arbeitsbereich haben wir jede Komponente und Unterkomponente in Kapiteln und Unterkapiteln aufgeführt. Die Länge des Namens nimmt zu, je mehr Details über ein Teil bekannt sind. So können wir jedes Teil, an dem wir arbeiten werden, schnell identifizieren.

Beispiel:

UR01-SW400-UO-005
Projektname - Flügelstruktur - Nummer für Flügelhaut - Einmalig und Originalteil - Nummer für obere Flügelhaut

Auf diese Weise kann jeder Ingenieur und Techniker sauber und einfach arbeiten.

Dieses Verfahren wird natürlich für jeden Teil des Flugzeugs, wie beispielsweise für die elektrische Anlage, die technischen Elemente wie Beleuchtung, Funkanlage, Instrumentierung, Antennen usw. und die und die rechtlichen Aspekte durchgeführt.

Designdetails

Nun haben wir einen sauberen Arbeitsablauf und eine allgemeine Vorstellung von den Komponenten, die wir haben wollen. Anschliessend können wir uns Gedanken über die detaillierte Gestaltung der einzelnen Hauptkomponenten machen. Dies, ohne dabei alle möglichen Unbekannten/Variablen und Einschränkungen, wie beispielsweise Belastungsfaktoren, Torsion, aerodynamischer Druck, Steifigkeit usw., zu vergessen.

All dies erfordert natürlich eine Menge Zeit und Arbeit. Dank unserer erfahrenen Ingenieure und Techniker ist unser Team in der Lage, dieses grossartige Projekt zu entwickeln.

Interview

Marc Umbricht, unser CEO, spricht in diesem Interview über seine persönliche Sicht zu den ersten Schritten im Projekt.