Erstellung eines Konzepts zur Weiterentwicklung eines im Einsatz

Diplomarbeit
Erstellung eines Konzepts zur Weiterentwicklung eines im Einsatz befindlichen
Flugzeuges am Beispiel der F-18
Roderik Dercks
Problemstellung:
Schwachstellenanalyse:
Die durchschnittliche Einsatzdauer eines
Kampfflugzeuges hat sich in den letzten Jahrzehnten
erheblich erhöht. Die steigenden Entwicklungskosten
haben die Betreiber gezwungen, einzelne
Flugzeugmuster über längere Zeiträume einzusetzen.
Dies ist nur durch stetige Modernisierungen und
Verbesserungen zu erreichen. Diese Arbeit soll einen
Denkanstoß für eine zukünftige Modernisierung liefern.
Es wird aufgezeigt, wie dabei vorgegangen wird und was
zu beachten ist.
Als Schwachstellen wurden bisher zum Beispiel
Risse im Rumpfmittelteil und Korrosion am
Flügelfaltmechanismus festgestellt.
Analyse des Ist-Zustands:
Konzept zur Weiterentwicklung:
Eine Übersicht über Informationen, wie zum
Beispiel die gebauten Stückzahlen in den
Einsatzländern dient als Grundlage für eine
spätere Identifikation von Problemfeldern.
Die Analyse des Ist-Zustands hat bei einem Vergleich
von der „Hornet“ mit der „Super Hornet“ gezeigt, dass
es einen Unterschied bei der Anzahl der
Flügelstationen gibt. Das Nutzen weiterer
Flügelstationen könnte die Einsatzzeit und das
Einsatzspektrum der Hornet-Modelle verlängern bzw.
erweitern.
Stückzahl
75
Finnland
64
Kanada
138
Kuwait
40
Malaysia
8
Schweiz
34
Spanien
72
USA
1201
GESAMT
1565
Machbarkeitsanalyse:
Abb. 2: eingesetzte Waffenkonfiguration der „Super Hornet“
Abb. 1: Anzahl vorhandener Flugzeuge pro Betreiberland
Tabellen geben einen Überblick über mögliche
Waffenkonfigurationen der F/A-18 Modelle.
In der Analyse der Machbarkeit wurde untersucht, in
wiefern sich eine Veränderung der
Flugzeugkonfiguration auf die Statik, Dynamik und die
Flugleistungen auswirken wird.
Erste
Eigenfrequenz
Drei
Flügelstationen
Strukturanalyse:
In der Strukturanalyse wurde unter anderem der
Anteil von Verbundstoffen am Gesamtgewicht
des Flugzeuges analysiert.
Abb. 3: Entwicklung der Anteile von Verbundstoffen am Gesamtgewicht ausgewählter Kampfflugzeuge
Institut für Leichtbau
Prof. Dr.-Ing. Helmut Rapp
Vier
Flügelstationen
Konfiguration
1
Konfiguration
2
Konfiguration
3
Konfiguration
4
Zweite
Eigenfrequenz
Verlgleich der Konfigurationen mit drei bzw. vier
Flügelstationen je Flügel
20
5,1 [Hz]
24,4 [Hz]
6,2 [Hz]
29,9 [Hz]
+22%
+23%
4,2 [Hz]
21,5 [Hz]
5,3 [Hz]
29,4 [Hz]
18
16
14
Höhe [km]
Betreiber
Australien
Abb. 5: Bruch eines Scharniers des Flügelfaltmechanismus aufgrund Korrosion
Abb. 4: Riss im Rumpfmittelteil einer F/A-18A
12
10
8
6
4
2
0
0
100
200
300
+26%
+27%
400
500
600
700
Geschwindigkeit [m/s]
drei Stationen unter Maximallast
vier Stationen bei vorgeschl. Last
Abb. 7: Darstellung der Auswirkungen auf die Flugleistungen
Abb. 6: Darstellung der Auswirkungen einer weiteren Flügelstation auf die Eigenfrequenzen
Durch das Nutzen einer weiteren Flügelstation
verändern sich die Belastung des Flügels und die
Flugleistungen in einem Bereich, der innerhalb der
zugelassenen Grenzen für die F/A-18 „Hornet“ liegt.
Sowohl die statischen Analysen der Querkräfte- und
Momenteverläufe als auch die Untersuchung der
Eigenfrequenzen bestätigen eine potentielle
Machbarkeit
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