Standschwingungsversuch und Flatterrechnung

Die Leichtwerk AG bietet zur Zulassung von Flugzeugen die Durchführung von Standschwingungsversuchen sowie eine aeroelastische Analyse zur Beurteilung der Flattergefährdung an. Für viele Flugzeugkategorien stellt dies eine erforderliche Nachweisführung (§ 629 der Zulassungsrichtlinien) dar und muss vor dem Erstflug durchgeführt werden.

Die Versuche können weltweit vor Ort beim Flugzeughersteller durchgeführt werden. In den USA wird die Leichtwerk AG durch Sonja Englert (www.caro-engineering.com) repräsentiert.

Die heute verwendete Versuchsanlage stammt von Prof. Dr. Norbert Niedbal, und wurde von der Leichtwerk AG in wesentlichen Elementen modernisiert. Prof. Niedbal hat mit dieser Technologie in mehr als 25 Jahren über 400 Flugzeuge untersucht und erfolgreich beurteilt.

Flattern entsteht durch das Zusammenwirken von Eigenschwingungsformen des Flugzeuges mit den daraus erzeugten instationären Luftkräften. Besonders komplexe Zusammenhänge ergeben sich zusätzlich durch die Wirkung der Steuerungsanlage des Flugzeuges.

In einem Standschwingungsversuch werden alle relevanten elastischen Eigenschwingungsformen des Flugzeugs experimentell bestimmt. Dabei wird die Flugzeugstruktur durch elektromechanische Erreger in Schwingungen versetzt. Die Antwort des Flugzeugs wird durch eine Vielzahl von verteilt angebrachten Beschleunigungsaufnehmern ermittelt. 

Neben der Eigenfrequenz einer Schwingung ist es besonders wichtig, die zugehörige Form der Schwingung genau zu kennen - denn diese erzeugt die Luftkräfte, welche zu einem Anfachen der Schwingung in der Luft führen können.

Die Leichtwerk AG verwendet dazu ein besonderes experimentelles Verfahren, das Phasenresonanzverfahren, welches über Jahrzehnte vom DLR in Göttingen für die Anwendung auf Flugzeugstrukturen weiterentwickelt wurde. 

Während des Standschwingungsversuchs wird jede einzelne Eigenschwingungsform des Flugzeugs gezielt isoliert, optimiert erregt und gemessen. Das Ergebnis basiert auf den tatsächlichen Eigenschaften des Flugzeugs und stammt nicht aus einer numerischen Simulation.

Die anschließende Flatterrechnung simuliert die instationären Luftkräfte und berechnet die Dämpfung der einzelnen Schwingungsformen über der Fluggeschwindigkeit. Insbesondere erlaubt das Verfahren die Beurteilung von Life-Cycle-Effekten. Was passiert, wenn die elastischen Eigenschaften sich im Laufe des Flugzeuglebens etwas ändern, oder wenn die Rudermasse durch nachlackieren verändert wird? Es reicht nicht aus, nur den Istzustand eines Musterflugzeugs zu beurteilen.

Abschließend müssen die Flattereigenschaften im Flugversuch, der auf der Basis der Flatterrechnung geplant wird, beurteilt werden.

Grundsätzlich gehört es in der Leichtwerk AG zum Stand der Technik, die Eigenschwingungsformen bereits während der Entwurfsphase des Flugzeugs numerisch zu simulieren, damit eine Flatterrechnung durchzuführen und Anforderungen daraus frühzeitig im Gesamtentwurf zu berücksichtigen.