- Kit plane
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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. … Korrekterweise müsste man dieses Gebiet des Maschinenbau „Luftfahrzeugbau“ nennen.
Inhaltsverzeichnis
Einteilung von Luftfahrzeugen
Es werden eine Vielzahl von Gruppen und Bauarten unterschieden. Dabei gibt es zunächst zwei Hauptgruppen:
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)
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:
Bauarten
Die wohl offensichtlichste Einteilung von Luftfahrzeugen ist die Einteilung nach der Bauart. Dabei unterscheidet man nach:
Tragflächenanzahl
Tragflächenanordnung
Tragflächenbauform
- freitragend
- verstrebt
- einstielig
- mehrstielig und verspannt
Landungsart
- Landflugzeug (Fahrgestell, Kufen)
- Wasserflugzeuge (Schwimmer, Bootsrumpf, Amphibium)
Triebwerksanzahl
- Ein-, zwei-, drei-, viermotorig sind hierbei die häufigsten Bauarten
Luftschraubenanordnung
- Zugschraube
- Druckschraube
- Zug- und Druckschraube
Gewicht, Verwendungsart, Verwendundszweck
Zudem gibt es noch verschiedene Einteilungen der Luftfahrzeuge nach Gewicht, Verwendungszweck und Verwendungsart. Dies ist von Land zu Land unterschiedlich und beschreibt nicht unbedingt die Bauart eines Flugzeuges sondern betrifft eher die Zertifizierung, Kennzeichnung und Besteuerung.
Konstruktiver Aufbau von Luftfahrzeugen
Luftfahrzeuge sollen möglichst ihrem Zweck ausgelegt, zudem sicher und wirtschaftlich sein. Außerdem stehen Nutzlast und Reichweite ganz oben auf der Liste eines Konstrukteurs.
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
Bauweisen
Seit dem Bestehen des Flugzeugbaus haben sich drei Bauweisen durchgesetzt. Diese lauten:
- Fachwerkbauweise
- Holm- bzw. Gurtbauweise
- Schalen-(Monocoque) bzw. Halbschalenbauweise (Semi-Monocoque)
- Integralbauweise
- Sandwichbauweise
Konstruktionsphilosophien
Man unterscheidet zwischen 3 Konstruktionsmethoden. Diese beschreiben die Lebensdauer bzw. die Dauerfestigkeit von Konstruktionhauptgruppen und auch die Reaktion der Baugruppen bei Unfällen.
Technik des Flugzeugbaues
Antriebsarten und Maschinenbau
Werkstoffe und Komposite
Leichtbau
Materialfragen, Synthetische Stoffe (Kunst-, Faserverbundwerkstoffe, Leichtmetall-Legierungen), Festigkeit, Sandwichbauweise, Materialermüdung, aerodynamische Antennen.
Weitere technische Aspekte
Aktuelle Forschungsthemen
Strukturentwicklung
Anwendung der FE-Methode (finite Elemente) bei Flugzeug-Strukturentwicklung und Optimierung, Entwicklung neuer Bauweisen unter Einsatz neuer Werkstoffe, Beul- und Nachbeulverhalten.
Flugsteuerung, Navigation
Weiterentwicklung von Autopiloten, Schwingungen, Dämpfung und Federung, Wirbelschleppen, modernen integrierten Instrumenten, Integrierte Navigation, Kommunikation zwischen Mensch und Maschine.
Triebwerksentwicklung
Leistungsteigerung durch effizientere Kühltechnologien in der Turbine, Entwicklung neuer Propeller/Fan-Konzepte (z.B. Mantelpropeller)
Flugzeug und Wirtschaftlichkeit
Herstellungskosten, Materialien, Bauweisen
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.
Wartung
Planmässige Instandhaltungs-Ereignisse eines zivilen Flugzeugs:
Trip Check: vor jedem Flug (dauert ca. 30 min)
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)
Firmenstrukturen und Globalisierung
Flugzeugselbstbau
In den meisten Ländern ist es möglich und auch erlaubt, ein manntragendes Flugzeug selbst zu bauen. Dabei haben sich 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, nach dem man das Flugzeug anfertigt. Hierbei müssen allerdings alle Komponenten selbst hergestellt bzw. beschafft werden. Der Zeitaufwand beträgt je nach Konstruktion 1000–5000 Stunden, teilweise auch noch länger. Zu vielen Flugzeugtypen sind nur Baupläne und keine Bausätze erhältlich.
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.
Siehe auch
- Aerodynamik
- Auftrieb
- Luftfahrt
- Luft- und Raumfahrttechnik
- Hubschrauber
- Fluggerätmechaniker
- Stabilität
- Entwurf
- Fluglage
- Industrie
- Materialwissenschaft
- Statik
- Testpilot
- Verkehrswesen
- Zelle
Weblinks
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