Meine Frage ist einfach. Warum brauchen wir Flügelbiegetests, was können wir daraus lernen und wie kann uns das bei der Weiterentwicklung des Produkts helfen?
Flugzeuge der Transportkategorie, zu denen die meisten Flugzeuge im kommerziellen Passagierdienst gehören, müssen die FAA-Bestimmungen in 14 CFR Part 25 erfüllen . Einige relevante Auszüge lauten wie folgt:
Die Struktur muss in der Lage sein, die höchsten Belastungen ohne Versagen zu tragen
Die statische Berechnung darf nur dann angewendet werden, wenn die Struktur derjenigen entspricht, für die diese Methode erfahrungsgemäß zuverlässig ist. In anderen Fällen müssen Nachweisprüfungen bis zu Belastungsniveaus durchgeführt werden, die ausreichen, um das Tragverhalten nachzuweisen
Bruchlasten sind die absoluten Höchstlasten, die eine Struktur ohne Versagen tragen muss. Diese Belastungen werden äußerst selten sein und zu dauerhaften Schäden an der Struktur führen, aber mit der noch intakten Struktur sollte das Flugzeug immer noch sicher landen können.
Die FAA wird das Design nicht zertifizieren, wenn der Hersteller nicht nachweisen kann, dass die Struktur in der Lage ist, diese Anforderungen zu erfüllen. Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Computersimulationen. Moderne Analysetechniken sind sehr leistungsfähig. Eine Analyse ist jedoch nutzlos, wenn Sie nicht nachweisen können, dass sie auch zuverlässig ist. Strukturen wie Flügel sind extrem kompliziert. Sobald sich die Materialien dauerhaft verformen, ändert sich das Verhalten und die Analyse wird noch komplizierter.
Wenn Sie also nicht beweisen können, dass Berechnungsmethoden funktionieren, müssen Sie einen Test der Struktur durchführen. Die Ermüdung ist ähnlich schwer vorherzusagen, daher werden Flugzeuge im Allgemeinen mit speziellen Prüfständen mehreren Belastungszyklen im Wert von mehreren Lebensdauern unterzogen, um zu verstehen, wie sich die Teile halten.
Als der Flügel der Boeing 777 getestet wurde, versagte er bei 4 % über der erforderlichen Belastung. Dies zeigt, dass selbst die begrenzten Analysemöglichkeiten (im Vergleich zu heute) sehr genau waren, aber die einzige Möglichkeit, dies mit Sicherheit herauszufinden, besteht darin, sie zu testen. Die Analyse wird immer eine gewisse Menge an Fehlern aufweisen. Wenn die Analyse ein paar Prozent daneben gewesen wäre, hätte der Flügel den Test nicht bestanden.
Die Analyse für die 777 hat sich also als zuverlässig erwiesen, aber nur in dem Fall, in dem sie getestet wurde. Wenn sich ein neues Design erheblich unterscheidet, fügt dies der Analyse eine gewisse Unsicherheit hinzu. Wird es im neuen Fall noch zuverlässig sein? Der einzige Weg, es sicher zu wissen, ist, es zu testen.
Es stellt sicher, dass die theoretischen Annahmen in der Praxis korrekt sind.
Deshalb rettet es unser Leben.
Computermodelle sind nur so gut wie die Annahmen, die Sie bei der Erstellung Ihres Modells getroffen haben. Die physische Welt im Allgemeinen und das mechanische Verhalten Ihres Flügels sind mathematisch ziemlich schwer zu beschreiben. Auch wenn wir die mathematische Beschreibung beherrschen, können wir nur beschreiben, was wir von der Welt wissen. Ein gutes Beispiel ist die Newtonsche Mechanik, sie wurde zu einer Zeit abgeleitet, als wir nichts über die relativistische Mechanik wussten. Jetzt wissen wir, dass die Newtonsche Mechanik nicht das vollständige Bild ist, aber wir wissen auch, wann sie gut genug ist. Ingenieure machen immer dasselbe, zB ist Stahl oder Aluminium ein lineares Material (Dehnung vs. Spannung)?
Daher besteht gute Ingenieurpraxis darin, Ihre mathematischen Modelle zu validieren und zu verifizieren. Je schlimmer die Folgen eines Ausfalls sind, desto mehr Tests werden durchgeführt. Aus diesem Grund werden Flugzeugteile abseits der Vorschriften ausgiebig getestet.
Der vollständige Test eines Flugzeugflügels ist das Ende des mechanischen Testregimes. Das beginnt bei den beteiligten Materialien, geht über einzelne Komponenten und deren Verbindungen bis hin zur Ebene der Baugruppen und des kompletten Flügels.
Ron Beyer
Fuß