Flugzeugbau

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Flugzeugbau ist ein Teilgebiet des Maschinenbaus, der sogenannten Verkehrstechnik. Er umfasst den Entwurf, den Bau und die Erprobung von Luftfahrzeugen, zum Teil auch deren Wartung, Instandhaltung und Reparatur. Dabei behandelt das Thema Flugzeugbau auch den Bau von Luftschiffen, Hubschraubern usw. … Korrekter weise müsste man dieses Gebiet des Maschinenbau „Luftfahrzeugbau“ nennen.

Inhaltsverzeichnis 1 Einteilung von Luftfahrzeugen 1.1 Leichter als Luft 1.2 Schwerer als Luft 1.3 Bauarten 1.3.1 Tragflächenanzahl 1.3.2 Tragflächenanordnung 1.3.3 Tragflächenbauform 1.3.4 Landungsart 1.3.5 Triebwerksanzahl 1.3.6 Luftschraubenanordnung 1.4 Gewicht, Verwendungsart, Verwendundszweck 2 Konstruktiver Aufbau von Luftfahrzeugen 2.1 Konstruktionsgruppen im Flugzeugbau 2.2 Bauweisen 2.3 Konstruktionsphilosophien 3 Technik des Flugzeugbaues 3.1 Antriebsarten und Maschinenbau 3.2 Werkstoffe und Komposite 3.2.1 Leichtbau 3.3 Weitere technische Aspekte 4 Aktuelle Forschungsthemen 4.1 Flugsteuerung, Navigation 5 Flugzeug und Wirtschaftlichkeit 5.1 Herstellungskosten, Materialien, Bauweisen 5.2 Komponenten der Gesamtkosten 5.3 Wartung 6 Firmenstrukturen und Globalisierung 7 Flugzeugselbstbau 8 Siehe auch 9 Weblinks

[Bearbeiten] Einteilung von Luftfahrzeugen

Es werden eine Vielzahl von Gruppen und Bauarten unterschieden. Dabei gibt es erstmal zwei Hauptgruppen:

[Bearbeiten] Leichter als Luft

Hierbei ist das Gesamtgewicht leichter als die verdrängte Luftmenge. Somit geschieht der Auftrieb nach dem Archimedischen Prinzip, auch statischer Auftrieb genannt. Man unterteilt in zwei Typen von Luftfahrzeugen:

• Ballone (Freiballon, Fesselballon)
• Luftschiffe (unstarr, halbstarr, starr)

[Bearbeiten] Schwerer als Luft

Hierbei ist das Gesamtgewicht schwerer als die verdrängte Luftmenge. Dabei geschieht der Auftrieb nach dem Bernoullischen Gesetz. Man unterteilt in vier Kategorien und vier Unterkategorien:

• Flugzeug
  • Motorflugzeug
  • Schwingenflugzeug
• Motorsegler
• Segelflugzeug
• Drehflügler
  • Tragschrauber
  • Flugschrauber
  • Hubschrauber

[Bearbeiten] Bauarten

Die wohl offensichtlichste Einteilung von Luftfahrzeugen, ist die Einteilung nach der Bauart. Dabei unterscheidet man nach:

[Bearbeiten] Tragflächenanzahl

• Eindecker
• Eineinhalbdecker
• Doppeldecker
• Dreidecker

[Bearbeiten] Tragflächenanordnung

• Tiefdecker
• Mitteldecker
• Hochdecker
• Schulterdecker

[Bearbeiten] Tragflächenbauform

• freitragend
• verstrebt
• einstielig
• mehrstielig und verspannt

[Bearbeiten] Landungsart

• Landflugzeug (Fahrgestell, Kufen)
• Wasserflugzeuge (Schwimmer, Bootsrumpf, Amphibium)

[Bearbeiten] Triebwerksanzahl

• Ein-, zwei-, drei-, viermotorig sind hierbei die häufigsten Bauarten

[Bearbeiten] Luftschraubenanordnung

• Zugschraube
• Druckschraube
• Zug- und Druckschraube

[Bearbeiten] Gewicht, Verwendungsart, Verwendundszweck

Zudem gibt es noch verschiedene Einteilungen der Luftfahrzeuge nach Gewicht, Verwendungszweck, und der Verwendungsart. Dies ist von Land zu Land unterschiedlich und beschreibt nicht unbedingt die Bauart eines Flugzeuges sondern betrifft eher die Zertifiezierung, Kennzeichnung und Besteuerung.

[Bearbeiten] Konstruktiver Aufbau von Luftfahrzeugen

Luftfahrzeuge sollen möglichst ihrem Zweck ausgelegt sein. Zudem sicher und wirtschaftlich sein. Außerdem stehen Nutzlast und Reichweite ganz oben auf der Liste eines Konstrukteurs.

[Bearbeiten] Konstruktionsgruppen im Flugzeugbau

Luftfahrzeuge werden in drei Konstruktionshauptgruppen sowie in die dazugehörigen Konstruktionsgruppen unterteilt.

• Flugwerk
  • Tragwerk
  • Rumpfwerk
  • Leitwerk
  • Steuerwerk
  • Fahrwerk

• Triebwerksanlage
  • Triebwerk
  • Triebwerkseinbau
  • Propelleranlagen und Funktionsanlagen

• Ausrüstung
  • Standardausrüstung
  • Sonderausrüstung
  • Bewegliche Eisatzausrüstung
  • Notausrüstung

Bei Hubschraubern gibt es einige Besonderheiten in Bezug auf das Flugwerk. Dieses besteht aus:

• Rumpfwerk
• Steuerwerk
• mechanische Baugruppen
• Rotorblätter
• Fahrwerk, Landegestell

[Bearbeiten] Bauweisen

Seit dem bestehen des Flugzeugbaus haben sich drei Bauweisen durchgesetzt. Diese bestehen aus:

• Fachwerkbauweise
• Holm- bzw. Gurtbauweise
• Schalen-(Monocoque) bzw. Halbschalenbauweise (Semi-Monocoque)
  • Integralbauweise
  • Sandwichbauweise

[Bearbeiten] Konstruktionsphilosophien

Man unterscheidet zwischen 3 Konstruktionsmethoden. Diese beschreiben die Lebensdauer bzw. die Dauerfestigkeit von Konstruktionhauptgruppen und auch die Reaktion der Baugruppen bei Unfällen.

• Safe-life
• Fail-Safe
• Damage-Tolerance

[Bearbeiten] Technik des Flugzeugbaues

[Bearbeiten] Antriebsarten und Maschinenbau

[Bearbeiten] Werkstoffe und Komposite

[Bearbeiten] Leichtbau

Materialfragen, Synthetische Stoffe (Kunst-, Faserverbundwerkstoffe, Leichtmetall-Legierungen), Festigkeit, Sandwichbauweise, Materialermüdung, aerodynamische Antennen.

[Bearbeiten] Weitere technische Aspekte

[Bearbeiten] Aktuelle Forschungsthemen

(derzeit nur aus 2 Publikationslisten):

Flugzeug-Struktur und Optimierung, FE-Entwurf (finite Elemente), gemischte Bauweisen, Zusammengesetzte FZ-Teile, Versteifungen, Verbeulung und Nachbeulverhalten, Triebwerke und Kühlung.

[Bearbeiten] Flugsteuerung, Navigation

Weiterentwicklung von Autopiloten, Schwingungen, Dämpfung und Federung, Wirbelschleppen, modernen integrierten Instrumenten, Integrierte Navigation, Kommunikation zwischen Mensch und Maschine.

[Bearbeiten] Flugzeug und Wirtschaftlichkeit

[Bearbeiten] Herstellungskosten, Materialien, Bauweisen

[Bearbeiten] Komponenten der Gesamtkosten

Der folgende Text erläutert die Aufschlüsselung der Gesamtkosten von großen Verkehrsflugzeugen aus Sicht von Luftverkehrsgesellschaften.

Die Gesamtkosten setzen sich aus den Gemeinkosten und den Einzelkosten zusammen. Während die Einzelkosten (Direct Operating Costs – DOC) einem bestimmten Luftfahrzeug unmittelbar zugeordnet werden können, gelingt das bei den Gemeinkosten (Indirect Operating Costs – IOC) nicht (z. B. Vertriebskosten). Um die Gesamtkosten von Verkehrsflugzeugen vergleichbar machen zu können, werden meist nur die DOC verwendet, die sich weiter unterteilen lassen, so z. B. durch die Unterscheidung variabler und fixer Kostenanteile. Die variablen Kosten sind vom Maß der Flugzeugnutzung abhängig (z. B. Kraftstoffkosten). Fixe Kostenanteile dagegen werden als vom Einsatz des Geräts unabhängig angesehen (z. B. Versicherungskosten). Bei der Betriebskostenrechnung wird von der Abschreibung des Flugzeugs über einen Zeitraum von 12–14 Jahren ausgegangen. Geht man von konstanten jährlichen Abschreibungsbeträgen aus, so lässt sich ein Kostenszenario für eine Betriebsperiode aufstellen.

Gesamtkosten entstehen durch:

• Finanzierung bzw. Abschreibung (fix)
• Versicherung (fix)
• Besatzung (fix)
• Wartung & Instandhaltung (variabel)
• Kraft- und Betriebsstoffe, d. h. Betriebsmittelkosten (variabel)
• Gebühren bzw. Entgelte (variabel)

In der Regel werden bei der DOC-Berechnung die Kosten für die Borddienstzuladung nicht berücksichtigt. Bezieht man die jährlichen DOC auf die Anzahl der Flüge, so erhält man die durchschnittlichen Kosten pro Flug (Trip Costs). Teilt man weiterhin durch die mittlere Einsatzstreckenlänge, so erhält man die Kosten pro Kilometer. Nach nochmaliger Division durch die Anzahl der Passagierkapazität erhält man die sogenannten Stückkosten DOC/SKO (SKO – Seat Kilometer Offered). Die Stückkosten nehmen mit zunehmender Flugstrecke deutlich ab.

[Bearbeiten] Wartung

Planmässige Instandhaltungs-Ereignisse eines zivilen Flugzeugs:

Trip Check: vor jedem Flug (dauert ca. 30min)

Service Check: wöchentlich (ca. 20 h)

A-Check: alle 250 Flugstunden (ca. 4 Wochen)

B-Check: alle 900 Flugstunden (ca. alle 3 Monate)

C-Check: alle 3000 Flugstunden (ca alle 12 Monate)

IL-Check: Erstintervall alle 12500 Flugstunden (ca. alle 5 Jahre)

D-Check: Erstintervall alle 25000 Flugstunden (ca. alle 9 Jahre)

Bei den Angaben handelt es sich lediglich um ein Beispiel, es gibt durchaus Flugzeuge, wo der Hersteller zum Beispiel gar kein D-Check definiert (z. B.: F900EX)

[Bearbeiten] Firmenstrukturen und Globalisierung

[Bearbeiten] Flugzeugselbstbau

In den meisten Ländern ist es möglich und auch erlaubt, ein manntragendes Flugzeug selbst zu bauen. Es haben sich hierbei drei Arten etabliert.

• Bau eines Bausatzflugzeugs („kit plane“)
• Bau nach einem gekauften Bauplan
• Eigenentwicklung eines Flugzeugs.

Der Bau nach Bausatz ist die gebräuchlichste Methode. Vorteil: Die Konstruktionen sind im allgemeinen bereits erprobt, durch mehr oder weniger vorgefertigte Komponenten lässt sich ein Flugzeug in einem überschaubaren Zeitrahmen bauen, meistens zwischen 500 und 2000 Stunden. Die Materialbeschaffung hat der Bausatzhersteller übernommen. Die Kosten für ein Bausatzflugzeug liegen zwischen ca. 50 und 80 % des Preises eines fertigen Modells.

Beim Bau nach Bauplan kauft man sich von einem Konstrukteur einen Plan, und baut nach diesem. Hierbei müssen allerdings alle Komponenten selbst hergestellt bzw. beschafft werden. Der Zeitaufwand beträgt je nach Konstruktion 1000–5000 Stunden, zuweilen auch noch länger. Viele Flugzeugtypen gibt es nur als Bauplan zu kaufen.

Auch die Eigenentwicklung eines Flugzeugs ist möglich. Für einen Anfänger ist dies jedoch nicht der übliche Einstieg in den Flugzeugbau. Theoretisch ist es möglich, jeden beliebigen Gegenstand als Flugzeug zu bauen, wenn sich nachweisen lässt, dass das Konstrukt zuverlässig und sicher fliegt.

Der Selbstbau eines Flugzeugs ist lediglich für Privatleute möglich. Eine Serienproduktion ist nicht erlaubt. Hierfür wird eine Musterzulassung benötigt. Das Flugzeug darf nach Fertigstellung nur zu Hobbyzwecken betrieben werden, eine kommerzielle Nutzung ist verboten.

In Deutschland läuft der Flugzeugselbstbau normalerweise über einen Verein – die Oskar Ursinus Vereinigung (OUV). Dieser Verein unterstützt den Erbauer in technischer und rechtlicher Hinsicht.

[Bearbeiten] Siehe auch

• Aerodynamik
• Auftrieb
• Luftfahrt
• Luft- und Raumfahrttechnik
• Hubschrauber
• Fluggerätmechaniker
• Stabilität
• Entwurf
• Fluglage
• Industrie
• Materialwissenschaft
• Statik
• Testpilot
• Verkehrswesen
• Zelle

[Bearbeiten] Weblinks

• Buch für Einsteiger
• Web-Seiten von Hobby-Flugzeugbauern
• Institut für Flugzeugbau und Leichtbau der Technischen Universität Braunschweig
• Die Entwicklung der Deutschen Flugzeugbauindustrie (1908 - 1989)