ZIM-Projekt ELF – Elektromechanischer Luftfahrt-Fahrwerksdämpfer
Forschungsprojekt - ELF
Leichtbaukonstruktion von passiven hydraulischen Dämpfern
Das ZIM-Projekt ELF – Elektromechanischer Luftfahrt-Fahrwerksdämpfer – verfolgt das Ziel, die Performance von Fahrwerksdämpfern in der Luftfahrt nachhaltig zu verbessern. Die rein passive, oleo-pneumatische Dämpfung wird um aktive, elektromechanische Komponenten ergänzt. Dies verbessert die Eigenschaften der Dämpfung bei unterschiedlichen Belastungsszenarien und bietet zu gleich das Potential einer Gewichtsersparnis. Die aktive Anpassung der Dämpfercharakteristik erhöht die Sicherheit während Start, Landung und Taxiing (Rollen über die Flugbahn). Die integrierte Sensorik liefert dabei nicht nur Daten für die adaptive Regelung. Die Daten können auch für eine Analyse des Fahrwerks genutzt werden, um Verschleiß und mögliche Beschädigungen frühzeitig zu entdecken, oder Wartungsintervalle zu optimieren.
Projektpartner
Aufgaben eines Flugzeugfahrwerks
Der Stoßdämpfer, als ein zentrales Element des Fahrwerks für Flugzeuge der Luftfahrt, nimmt im Wesentlichen die Energie des Landestoßes auf und verringert deutlich die Lasten die von der Flugzeugstruktur bei der Landung aufgenommen werden. Gleichzeitig muss der Dämpfer so ausgelegt sein, dass das Flugzeug beim Rollen am Boden und beim Kurvenrollen jederzeit beherrschbar bleibt und nicht aufschwingt.
Dafür sind Stoßdämpfer in vielen Fällen mit passiv wirkenden Öl-Gas-Dämpfern ausgestattet, die die Energie beim Landestoß absorbieren, indem sie eine Ölkammer gegen eine Luft- oder Stickstoffkammer drücken. Die Energie wird nach dem ersten Stoß abgebaut, indem das Öl durch die eingebauten Drosselöffnungen gepresst wird. Fließt das Öl nach der Kompression zu schnell zurück, kommt es zu einem Rückprall, der die Hauptfahrwerksaufhängung zurückschnellen lässt. Fließt das Öl zu langsam zurück, werden hochfrequente Stöße, die beim Rollen auftreten, nicht ausreichend gedämpft, weil sich der Stoßdämpfer nicht schnell genug in die statische Position zurückgezogen hat. Bei einem passiven Dämpfer, wie er üblicherweise in Flugzeugfahrwerken verwendet wird, stellt die einmal voreingestellte Stoßdämpferkonfiguration für alle Betriebszustände und für alle auftretenden Belastungen lediglich einen bestmöglichen Kompromiss dar.
Dies ist der größte Nachteil der bislang verwendeten Dämpfersysteme in Flugzeugfahrwerken. Bei einer für jeden Lastfall individuell einstellbaren Stoßdämpferkonfiguration werden insbesondere die übertragenen Lasten reduziert die in die Flugzeugstruktur eingeprägt werden. Im Rahmen eines innovativen Verbundprojektes ist die Weiterentwicklung der passiv hydraulischen Dämpfung zu einer elektromechanisch einstellbaren Dämpfung essentiell, um den meisten Belastungsszenarien gerecht zu werden und zugleich durch die Verringerung der resultierenden Lasten Gewicht in der Flugzeug- und Fahrwerksstruktur zu sparen.
Gegenstand des Forschungsprojektes
Im Forschungsprojekt ELF erfolgt gemeinsam mit den Partnern HEGGEMANN AG und der TU München, Prof. Florian Holzapfel, die Konzeption von elektromechanischen Teilsystemen ergänzend zu den herkömmlich verwendeten passiven Dämpfern. Die aktiven Komponenten beeinflussen das Verhalten während des Landestoßes und tragen erheblich dazu bei, die entstehenden Lasten bei unterschiedlichen Landeszenarien zu minimieren.
Zur Beeinflussung des Dämpfungsverhaltens bei der Landung wird das herkömmlich verwendete passive System um ein Proportionalventil und eine verfahrbare Zylinderkolbenstange mit Servomotor ergänzt. Die Aktoren sind so ausgewählt, dass sie zum einen die Federsteifigkeit beeinflussen, zum anderen die Dämpfung des Gesamtsystems verändert werden kann.
Durch die Adaption der Aktoren kann sich das System selbstständig an unterschiedliche Landeszenarien anpassen. Dies stellt für die Gesamtauslegung des Flugzeugs bzw. seiner Tragstruktur ein großes Leichtbaupotential dar. Darüber hinaus wird die Sicherheit während Start, Landung und Taxiing erheblich verbessert. Das innovative, semi-aktive Fahrwerk wird als Demonstrator aufgebaut und in einem eigens entwickelten Prüfstand diversen Belastungsszenarien ausgesetzt. Eine Validierung in einem experimentell genutzten Testflugzeug ist für die Zeit nach Abschluss des Förderprojektes geplant.
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