OUV- Flugzeug, ein Entwurf D- · PDF fileEs gibt viele schöne (Holz-) Konstruktionen...

OUV- Flugzeug, ein Entwurf

D-MOUV

Dr. Eberhard BugielMünchehofer Weg 7515374 Müncheberg

0511 762 4226, 033432 [email protected]

Vorbemerkungen• Der eingereichte Entwurf verfolgt das Ziel am unteren Ende der

dreiachsigen Sportfliegerei ein attraktives Angebot zu machen, um neue und insbesondere auch jüngere Mitglieder zu gewinnen.

• Dabei soll dieser Einstieg kostengünstig und unkompliziert zum eigenen Flugzeug führen.

• Die ambitionierte Zielstellung ist dabei mit < 15 000 € auszukommen (ohne Motor). Die Gesamtkosten müssen kleiner sein als der günstigste UL-Bausatz, die Kosten für Bauunterlagen und Zulassung deutlich kleiner als Pläne mit Musterzulassung wie z.B. für KIEBITZ, VAGABUND und ASSOV.

• Es gibt im Augenblick in Deutschland im UL-Bereich keinen preiswerten musterzugelassenen Bausatz und keine Pläne mit Musterzulassung die dem eingereichten Entwurf entsprechen. Eine technisch ähnliches Flugzeug ist die PIONEER200, die es als Bausatz mit Musterzulassung ab 26 000 € gibt (ohne Motor, ohne Rettung, ohne Instrumente, ohne Funk, ohne Optionen). Für die ASSO V gibt es Pläne mit Musterzulassung (nur 450 kg) für 2000 €. Hierbei handelt es sich allerdings um eine deutlich anspruchsvollere Konstruktion (Trapezflügel, Einziehfahrwerk, ...). Der Entwurf würde also noch eine „Marktlücke“ füllen können.

Dr. Eberhard Bugiel, Oktober/November 2011

Vorbemerkungen• Der Weg ist für den Erbauer nur dann unkompliziert, wenn die

Musterzulassung bei der OUV liegt, und damit keine Einzelzulassung erforderlich ist!

• Die entscheidende Voraussetzung für den Erfolg eines OUV-Flugzeuges wird daher im Vorliegen einer UL- Musterzulassung bei der OUV gesehen! Es gibt viele schöne (Holz-) Konstruktionen für D-E... , es macht wenig Sinn diesen nur eine weitere hinzuzufügen.

• Die Lösung wird in einem doppelsitzigen ultraleichten Tiefdecker aus Holz gesehen. Ein Einsitzer kann in der zu erwartenden 120 kg- Klasse leicht abgeleitet werden.

• Umgesetzt wird das mit klassischem Holzflugzeugbau, wie er seit Jahrzehnten erfolgreich insbesondere im Selbstbau zur Anwendung kommt.

• Auch Umweltaspekte sprechen für diese Werkstoffwahl.


Vorbemerkungen• Bei dem Entwurf handelt es sich um ein ultraleichtes Flugzeug, das

leistungsmäßig im Vergleich zwischen Mittelklasse und High- End liegt, also etwa zwischen C42 und CT. Damit ist komfortables zweisitziges Fliegen mit 160 bis 180 km/h bei einem Verbrauch von 12 bis 14 l/h und einer Reichweite von 700 km unter Einhaltung der MTOW möglich, was bis heute im Bereich der M-Klasse, und nicht nur dort, keine Selbstverständlichkeit ist. Die D-MOUV kann optisch ansprechend gestaltet werden, muss also kein hässliches Entlein sein!

• Das konzipierte ultraleichtes Flugzeug bietet aber das Potential relativ leicht auch ein leistungsfähigeres E-Klasse-Flugzeug abzuleiten (kleinere und schnellere und kleinere Trapezfläche und stärkerer Motor, z.B. R912S).

• Der vorliegende Entwurf versteht sich nicht als vollständig fertige Konstruktion. Es ist wünschenswert, wenn Erfahrungen, Vorschläge und Ideen anderer OUV-Mitglieder diesen Entwurf verbessern würden. Die eingefügten Skizzen sollen nur der Veranschaulichung der Vorstellungen dienen. Alle für die Aerodynamik und den Baubeginn wesentlichen Abmessungen sind aber definiert, so dass mit dem Bau einzelner Teile wie z.B. Ruder und Klappen kurzfristig begonnen werden könnte.


Vorbemerkungen, Erfahrungen• Der Autor fliegt seit 17 Jahren ultraleichte Flugzeuge (ca. 750 Fugstunden).

• In dieser Zeit wurden von ihm zwei Flugzeuge gebaut:

- SAVANNAH von ICP, ein Blechflugzeug aus einem Bausatz

- P130UL nach Plänen von Pottier, ein Holzflugzeug. Dabei wurden eigenständige konstruktive Lösungen für Klappensteuerung, gelenktes und gefedertes Bugrad und Cockpit-Haube gefunden, realisiert und erprobt. Die P130UL fliegt mit VVZ seit 3 Jahren.

• Weiter wurde eine geschlossene RANS S12, eine Rohr-Tuch-Konstruktion, neu aufgebaut, eingeschlossen waren dabei das Bespannen der Tragflächen, der Wechsel des Hauptrohres, die Überholung des Motors und die Verglasung.

• In seinem Besitz waren weiter eine RANS S6 und ein ALBATROS, beides Rohr-Tuch-Konstruktionen.

• Erfahrungen mit diesen verschiedenen Bauweisen liegen daher vor.


Vorbemerkungen, Vorbilder• Der Autor hat sich im Rahmen der Erarbeitung dieses Entwurfes folgende

Holzkonstruktionen näher angesehen:Pioneer 300 Vidor, Italien, Bausatz mit Zulassung in BRD, www.pioneer300.de/

Pioneer 200 Vidor, Italien, Bausatz mit Zulassung in BRD, www.pioneer300.de/

Asso V Vidor, Italien, Pläne mit Zulassung in BRD, flugplatz-zeiling.de/AssoV.htm

Asso VI Vidor, Italien, Pläne, http://www.homebuilt.org/kits/littner/littner.html

P130 UL Pottier, Frankreich, Pläne, eigene Maschine, www.schwarzfritz.de/

Minicap Frankreich, 1948 !

Argo 02 UDSSR, 1987

JPM 03 Loiret Frankreich, Pläne RSA, http://jpm03loiret.free.fr/

Jodel D195 Joly+Delemontez, Frankreich, Pläne, http://www.avionsjodel.com/ http://www.jodel.com/

F11E (Joly+Delemontez), Kanada, Pläne http://www.falconaravia.com/

ULM PATAPLUME 2 Frankreich, Pläne http://sarllegeraviation.free.fr/

JUNKA UL Frankreich, Fertigflugzeug http://www.junkersprofly.fr/


Vorbemerkungen, VorbilderKR2 USA, Pläne, Bausatz http://www.fly-kr.com/

CHERRY BX2 Max Brändli Schweiz, Pläne, http://www.bx-2.de/

CJ-1 Starlet USA, Pläne

The Ultra Baby USA, Pläne

- Ein Teil der älteren Pläne stammt aus der Sammlung von OUV- Mitglied Albert Seufert, dafür vielen Dank.

- Zu Dank bin ich auch meinem Sohn Alexander Bugiel (Dipl.- Ing. für Luft- und Raumfahrt) für die Hilfe und kritische Durchsicht dieses Entwurfes verpflichtet.

- Bei der Erarbeitung habe ich mich auch auf folgendes Buch gestützt :Flugzeugentwurf

Neue flugtechnische Reihe: Band 4

Friedrich Müller, Dieter ThomasISBN-13: 9778-3-931776-19-0 (ISBN-10: 3-931776-19-0)Entwurfssystematik, Aerodynamik, Flugmechanik und Auslegungsparameter kleiner Flugzeuge

Eine sehr umfangreiche Aufstellung von Bezugsquellen gibt es hier:http://assov.xobor.de/t11f3-Lieferanten.html


Einzureichende Unterlagen 1• Maßstäbliche Dreiseitenansicht

• Übersicht des Cockpit-Bereiches mit Sitzposition der Insassen

• Datenblatt

• Übersicht über die Hauptstrukturelemente

• Übersicht über die Steuerung

• Sytem-Schemata (Kraftstoff, ...)

• Vorschlag für den Antrieb und Einbau des Antriebes

• Abschätzung der Steigrate, der Geschwindigkeit des besten Steigens und der Horizontalfluggeschwindigkeit bei maximaler Dauerleistung.

• V-n-Diagramm für Manöver und Böen

• Abschätzung der Leermasse und des Leermassenschwerpunktes

• Massen-Schwerpunktsdiagramm


Einzureichende Unterlagen 2• Abschätzung des Neutralpunktes bei festgehaltenem und

losgelassenem Höhenruder

• Beschreibung des Fertigungskonzeptes unter Berücksichtigung des privaten Selbstbaus

• Beschreibung eines Geschäftsmodells Realisierung des OUV-Flugzeuges, einschließlich Entwicklung, Bau des Prototypen, Erprobung und Erstellung der Unterlagen zum Nachbau


Maßstäbliche Dreiseitenansicht


2,44m

5,80 m

8 m

2,30 m

0,95 m5 m

1,15 m

0,80 m

1,80 m

2,23 m

1,40 m

0,23 m

1,23 m

Ansicht



Übersicht des Cockpit-Bereiches mit Sitzposition der Insassen

- Die Abmessungen des Cockpits sind recht großzügig und liegen im Klassen-durchschnitt (z.B. Breite: CT = 125 cm, Rans S12 und Savannah = 100 cm.

- Die Sicht ist wie in vergleichbaren Tiefdeckern sehr gut.

130

90

110

Max. Rumpfhöhe120

Datenblatt


Tiefdecker mit Kreuzleitwerk als Holzkonstruktion mit gelenktem und gefedertem Bugrad

Reichweite 700 km

Verbrauch 12 ... 14 l/h

Spannweite 8 m

Flügelprofil NACA 4415

Flügelfläche 9,70 m2

Länge 5,80 m

Max. Abflugmasse 472,5 kg

Leermasse max. 272,5 kg

Max. Höchstgeschwindigkeit 215 km/h (200 km/h Zulassung ohne Flattertest ?)

Manövergeschwindigkeit 160 km/h

Geschwindigkeit bei max. Leistung 200 km/h

Mindestgeschwindigkeit 65 km/h

Antrieb ROTAX912UL, 80PS

Übersicht über die Hauptstrukturelemente• Die rechteckigen Tragflächen sind klassisch aufgebaut. Sie bestehen

aus einen kastenförmigen Hauptholm und einem Hilfsholm an dem die Klappen und Querruder über Scharniere angebracht sind.

• Das gewählte Profil ist unkritisch und ermöglicht eine einfache Fertigung auf einer ebenen Unterlage.

• Die Tragflächen verfügen über Winglets. Diese werden aus Sperrholz aufgebaut (P130UL, E. Bugiel). Eine Lösung in GFK/CFK ist auch möglich.

• Die Holmstummel sind in der Mitte des Rumpfes mittels Al-Laschen verbunden (vergleiche PIONEER300, ASSOV).


Übersicht über die Hauptstrukturelemente


Tragfläche von oben und hinten



Tragfläche im Wurzelbereich

Tragfläche im Bereich der Querruder

Übersicht über die Hauptstrukturelemente• Der Rumpf wird aus zwei gitterförmigen Seitenteilen aufgebaut, die über

Leisten und Spanten miteinander verbunden und verstrebt werden.

• Der runde Rumpfrücken wird von einer oder zwei, dann geschäfteten, Abwicklungen von Sperrholz gebildet.

• Die Haube der Kanzel wird aus drei 2 mm-Polycarbonat-Scheiben jeweils als Abwicklungen aufgebaut. Die beiden äußeren Scheiben sind auf einen Holzrahmen geschraubt und bilden die Türen. Damit wird schon eine recht gute Annäherung an eine sphärische Haube erreicht und es werden erheblich Kosten gespart. Die Rahmen werden am und mit dem Rumpf gebaut und später getrennt. Die gebauten Türen sind über Scharniere am Rumpf befestigt und öffnen nach vorn oben (vergleiche RANS S12).

• Positive Nebeneffekte der gewählten Kanzelkonstruktion sind der Überrollschutz und die einfache Verlegung der Gurte des Rettungssystems. Darüber hinaus entsteht zusätzlicher Platz für Bedien-und Anzeigeelemente im oberen Blickfeld des Piloten.

• Die Cowling entsteht als Abwicklung aus Sperrholz (P130UL, E. Bugiel). Eine Lösung in GFK/CFK ist ebenfalls möglich, gegebenenfalls nach Abformung.




Seitenteile des Rumpfes



l/4: 343 cm

Übersicht über die Hauptstrukturelemente• Die Ruder und Klappen werden ganz klassisch aus Sperrholz und

Leisten hergestellt und bespannt. Ihre Dimensionierung entspricht der P130UL.

• Die Querruder werden differenziert angesteuert.

• Bei den Klappen handelt es sich um einfache Wölbklappen.

• Auch das Seitenruder ist über Scharniere einseitig an der Seitenruderflosse befestigt (Vorbild SONEX) und wird mit dem Ziel einer möglichst steifen Auslegung über Stangen angesteuert.


Höhenruder


Übersicht über die Hauptstrukturelemente• Das Fahrwerk ist ein Dreibeinfahrwerk mit gelenktem Bugrad. Die

Radverkleidungen können aus Sperrholz gefertigt werden (E. Bugiel, P130UL).

• Die Schwingen des Hauptfahrwerkes sind aus Esche oder Birke laminiert. Die Räder des Hauptfahrwerkes sind gebremst (z.B. Fahrradscheibenbremsen).

• Das Bugrad ist z.B. über Gummiseile gefedert (Vorbild SAVANNAH von ICP).


Stahlfeder

Laminiertes Furnier (Esche) oder laminiertes Sperrholz (Birke)

oder

Gummiseil

oder

Übersicht über die Steuerung• Mit Ausnahme der Höhenrudertrimmung werden keine Seile oder

Seilzüge verwendet, nur Schubstangen (steife Ansteuerung der Ruder gegen Flattern)!

• Zwischen den Sitzen befindet sich eine Y-Steuerung.

• Die Klappen werden mechanisch gefahren. Der Hebel befindet sich vor dem Pilotensitz zwischen den Beinen des Piloten (vergleiche SAVANNAH von ICP) oder links an der Bordwand neben dem Piloten.


Sytem-Schemata (Kraftstoff)• Das Kraftstoffsytem umfasst den oder die Tanks, Kaftstofffilter,

Brandhahn, Vor- und Rückleitung, eine zuschaltbare Hilfspumpe (aus dem Automobilbereich) und Vorratsanzeige .

• Als Tank können Kfz-Tanks oder geeignete Benzinkanister zum Einsatz kommen (siehe z.B. C42). Diese befinden sich hinter den Sitzen

• Die Vorratsanzeige wird durch ein einfaches Steigrohr gebildet.


Sytem-Schemata (Instrumentierung)• Die Instrumentierung umfasst neben dem Funk die UL-Mindestaurüstung

(Geschwindigkeit am Stau, barometrische Höhe, Kompass) zuzüglich Variometer. Für die Anzeige der wichtigsten Motorbetriebsdaten (Drehzahl, Wassertemp., Öltemp. und Öldruck gibt es einfache Lösungen aus dem Automobilbereich oder leichte elektronische Kombiinstrumente.


Vorschlag für den Antrieb und Einbau des Antriebes• Der Motor ist der teuerste Einzelposten und seine Wahl bestimmt damit in

besonderer Weise die Gesamtkosten. Obwohl es immer wieder scheinbar günstigere Lösungen gibt, führen auch eigene Erfahrungen zur Schlussfolgerung: Keine Experimente!

• Deshalb ROTAX 912 UL mit 80 PS, später könnten andere Motoren im Rahmen einer erweiterten Musterzulassung zum Einsatz kommen.

• Der ROTAX 912 UL hat sich bewährt und ist auch gebraucht zu haben.

• Es sind kaum Kühlungsprobleme zu erwarten, wie das bei ausschließlich luftgekühlten Motoren oft der Fall ist (eigene Erfahrungen).

• Der Einbau erfolgt in ganz klassischer Weise über einen Motorträger. Für den Einbau gibt es viele Vorbilder.

• Eine Lösung unter Benutzung des Hilfsträgers von ROTAX ist zu favorisieren, dabei wird der Motor von hinten gehalten.

• Als Propeller kommen viele Modelle in Frage. Eigene, gute Erfahrungen liegen für den IVOPROP vor. Dieser ist leicht, preiswert und er bietet die Möglichkeit der nachträglichen Erweiterung auf einen Verstellpropeller.


Vorschlag für den Antrieb und Einbau des Antriebes


Position des ROTAX 912UL, Draufsicht

Steigrate, Geschwindigkeit des besten Steigens , Horizontalflug-geschwindigkeit bei maximaler Dauerleistung

• Diese Abschätzungen beruhen auf dem Vergleich mit aerodynamisch sehr ähnlichen UL-Flugzeugen und gleicher Motorisierung, wie z.B. Eurostar oder Pioneer200:

• Steigrate bei MTOW 5 m/s

• Geschw. des besten Steigens 110 km/h

• Horizontalfluggeschw. bei max. Dauerleistung 190 km/h (5500 1/min)


V-n-Diagramm


50

Klappen

0100 150 200 250 km/h

1 g

-1 g

2 g

3 g

4 g

-2 g

vS1

vA

vS0

vNE

Leermasse und Leermassenschwerpunkt• Die angestrebte Leermasse von 272,5 kg ist eine Herausforderung!

• Eigene Berechnungen und vergleichbare Flugzeuge zeigen aber die Realisierbarkeit. Die vergleichbare Pioneer200 lässt sich beispielsweise unter diesem Limit bauen.

• Der Schwerpunkt muss zwischen 20 und 34 % der Flügeltiefe liegen, gemessen von der Flügelvorderkante, d.h. zwischen 246 mm und 418 mm.

• Der Bereich für den Leermassenschwerpunkt lässt sich noch nicht genau angeben da die Konstruktion noch nicht abgeschlossen ist und damit die endgültige Massenverteilung noch nicht festliegt, z.B. Größe und Form der oder des Tanks. Da ein großer Teil der Zuladung hinter dem Holm erfolgt muss der Leermassenschwerpunkt deutlich weiter vorn liegen, also etwa wie folgt:

Bezugsebene: Flügelvorderkante

Flugzeuglage: Flugzeugslängsachse = Haubenrahmen waagerecht

Größte Vorlage: 200 mm

Größte Rücklage: 245 mmDr. Eberhard Bugiel, Oktober/November 2011

Massen-Schwerpunktsdiagramm


472,5 kg

372,5 kg

272,5 kg20 % 20 % 30 % 34 %

1 Passagier

2 Passagiereleerer Tank

leerer Tank

voller Tank

voller Tank

Zuladung

Zuladung

Neutralpunkt bei festgehaltenem und losgelassenem Höhenruder

- Für einen stabilen Flug muss der Flugzeugneutralpunkt hinter dem Schwerpunkt liegen.

- Da es sich um ein kleines Flugzeug handelt bei dem die Möglichkeiten der Beladung recht überschaubar sind, können die Positionen von Neutralpunkt und Schwerpunkt auch am (fast) fertigen Flugzeug noch im Rahmen der Erprobung justiert werden.

- Dazu können die Positionen von Batterie und Rettungssystem über weite Bereiche verändert werden.

- Auch eine leichte Änderung des negativen Anstellwinkels des Höhenleitwerkes wäre bei der gewählten Konstruktion leicht im Rahmen der Flugerprobung durchzuführen.


Fertigungskonzept für den privaten Selbstbau• Für den privaten Selbstbau reicht eine normale PKW-Garage.• Es handelt sich um eine klassische Holzkonstruktion mit einem

rechteckigen Rumpfunterteil und einfachen Rechteckflügeln (NACA4415).• Damit ist keine große Helling erforderlich, sondern nur ein ebener Tisch

von ca. 4,5m X 1m. Die Tragflächen werden darauf liegend zwischen Haupt-und Hilfsholm aufgebaut (glatte Unterseite ab Hauptholm, da NACA4415). Auf diesem Tisch werden auch die Seitenteile des Rumpfes gebaut.

• Klappen und Ruder benötigen ebenfalls nur eine glatte Unterlage.• Nur kleine Vorrichtungen sind notwendig (Rippen, Motorträger,

Fahrwerksschwingen, Pedale, Y-Steuerknüppel, Bugradführung),• Diese Vorrichtungen und Schablonen sind zur Nachnutzung geeignet und

vorgesehen.• Nur wenige Schweißarbeiten sind erforderlich (Motorträger, Pedale,

Bugradführung, Y-Steuerknüppel).• Es sind darüber hinaus nur wenige Teile mechanisch zu fertigen, da für fast

alle beweglichen Verbindungen Scharniere und Kugelgelenke verwendet werden.


Fertigungskonzept für den privaten Selbstbau• Das Flugzeug wird überwiegend aus einigen wenigen Leistenarten

und Sperrholzstärken aufgebaut: 4x5, 7x10, 15x15, 8x80, und 0,8mm, 1,2mm, 2mm, 4mm.

• Es ist zu prüfen, welche möglichst einheimischen Holzarten verwendet werden können (Kiefer, Fichte?)! Muss Spruce wirklich sein? Die Festigkeit ist natürlich nachzuweisen.

• Es müssen keine Teile aus GFK/CFK gebaut werden!

• Alle vorgeschlagenen Detail-Lösungen verfolgen konsequent das Ziel sowohl Kosten als auch Gewicht zu sparen, ohne Abstriche bei der Leistung und Optik machen zu müssen! Selbstverständlich sind auch andere Lösungen möglich (Doppelsteuer, CFK/GFK für Cowling, Winglets, AL-Hauptfahrwerksbeine, Radverkleidungen, Formteile für Übergange, ...), die dann in der Regel teurer, aufwendiger und schwerer sind. In wie weit das im Rahmen der Musterzulassung erfolgen kann, wäre zu klären. Cowling, Winglets und Radver-kleidungen des Prototypen könnten aber als Modell abgeformt werden und so der Herstellung von Formen dienen.


Fertigungskonzept für den privaten Selbstbau


Hilfsholm Hauptholm

Fertigungskonzept für den privaten Selbstbau


Geschäftsmodell: Realisierung des OUV-Flugzeuges 1

• Das OUV-Flugzeug kann nur Ergebnis gemeinsamer Anstrengungen in der OUV sein!

• Nur eine Gruppe noch zu gewinnender „Mitkämpfer“ wird in der Lage sein ein OUV-Flugzeug auf die Beine zu stellen. Hierzu muss eine intensive Öffentlichkeitsarbeit erfolgen (z.B. „Flügel der Welt“, Messen ...).

• Vielleicht können auch einzelne Leistungen ausgeschrieben werden, z.B. für Studenten.

• Die in der OUV vorliegende Kompetenz muss dafür erschlossen werden.


Das Ergebnis sollte wie folgt aussehen: - Zeichnungssatz Rechte liegen bei der OUV

- Baubeschreibung Rechte liegen bei der OUV

- Verkehrszulassung Rechte liegen bei der OUV

- Prototyp Eigentum E. Bugiel, Abformungen möglich

- Vorrichtungen Eigentum E. Bugiel, werden kostenlos verliehen

Geschäftsmodell: Realisierung des OUV-Flugzeuges 2


Arbeitspakete wären:- Entwurf, Konstruktion, Bau E. Bugiel (eigener Hangar mit Werk-

statt), Beratung OUV. Der zur Ver-fügung stehende Zeitfond beträgt etwa 800 h/a. Für den Bau des Prototypen werden zwei Jahreveranschlagt.

- Festigkeit, rechnerisch OUV- Belastungstest Vorgaben durch OUV, Durchführung

E. Bugiel- Zeichnungssatz z.B. Aufträge OUV- Baubeschreibung E. Bugiel- Vorläufige Verkehrszulassung OUV- Fliegerische Erprobung E. Bugiel, OUV- Lärmprüfung OUV- Verkehrszulassung OUV

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