Was ist der Zweck des Flattertests?

Flattern ist ein Phänomen, das auftreten kann, wenn eine Struktur aerodynamischen Kräften ausgesetzt ist. Es kommt nicht nur in Flugzeugen vor, sondern beispielsweise auch in Gebäuden, Stromleitungen, Straßenschildern und Brücken. Flattern ist eine Schwingung, die durch Wechselwirkung von aerodynamischen Kräften, Strukturelastizität und Trägheitseffekten verursacht wird.

Das vielleicht bekannteste Beispiel für Flattern ist die Brücke über die Tacoma Narrows ('Gallopin' Gertie') , die aufgrund von Flattern in stürmischen Winden einstürzte.

Flattern in Flugzeugen bringt Flügel und/oder Leitwerke zum Schwingen. Wenn die Fluggeschwindigkeit zunimmt, nimmt die Energie zu, die bei jeder Schwingung der Struktur durch die aerodynamischen Kräfte hinzugefügt wird. Bei einer gewissen Geschwindigkeit kann die Dämpfung der Struktur unzureichend sein, um den Energieanstieg durch die aerodynamischen Belastungen zu absorbieren, und die Amplitude der harmonischen Schwingungen wird wachsen, bis die Struktur bricht.

Ein Flattertest wird durchgeführt, um zu bestimmen, bei welcher Geschwindigkeit Flattern auftritt, aber noch gedämpft ist. Theoretisch sollte ein Flugzeug in der Lage sein, bis zur Design-Sturzfluggeschwindigkeit strukturell intakt zu bleiben ($V_d$), was mindestens dem 1,4-fachen der Auslegungsreisegeschwindigkeit entspricht. Bei Flugversuchen ist die$V_d$wird nicht immer nachgewiesen, da dies sehr riskant ist, da es keinen Spielraum für eine Auflösung gäbe. In anschließenden Flugtests mit sorgfältigen Datenanalysen zwischendurch wird die Höchstgeschwindigkeit langsam erhöht, bis das Testteam entscheidet, dass ein Weiterfahren nicht mehr sicher ist. Dies legt die maximal demonstrierte Tauchgeschwindigkeit fest ($V_{df}$); die veröffentlichte maximale Betriebsgeschwindigkeit ($V_{mo}$) und niemals die Geschwindigkeit überschreiten ($V_{ne}$) liegen deutlich darunter$V_{df}$Marge vor einer Katastrophe zu geben.

Dieses Video zeigt Flattern in einer Hawker 800. Der Vorfall ereignete sich nicht während des Testens, sondern wurde durch eine unzureichende Montage der Querruder verursacht ^{(FAA PDF)} .

Aeroelastisches Flattern ist eine dynamische Instabilität einer elastischen Struktur, bei der es zu einer Einspeisung zwischen der Verformung der Struktur und der von der Aerodynamik bereitgestellten Kraft kommt.

Dies ist ein sehr gefährlicher Zustand, bei dem die Vibration der Struktur weiter zunimmt und somit die Belastung darüber steigt und einen sicheren Flug gefährdet. Dies ist ein Zustand, der bei einem kommerziellen Flug vollständig vermieden werden muss.

Flugzeughersteller müssen den Fluggesellschaften Informationen über den Betriebsbereich des Flugzeugs zur Verfügung stellen, und ein Teil dieser Informationen besteht darin, den zu vermeidenden Flatterbereich (oder die maximale Zeit darauf) einzuschließen.

Um solche Informationen bereitzustellen, sagen die Hersteller mithilfe interner Methoden (normalerweise Simulation) die Flattergeschwindigkeit für jede Bedingung voraus, aber die Zertifizierungsbehörden verlangen, dass ein physischer Test durchgeführt wird, um die Flattergeschwindigkeit zu ermitteln, die die in den Flugzeughandbüchern angegebene Endgeschwindigkeit sein wird.

Wie wird gemacht? Mit einem bestimmten Flugzeuggewicht nähern sich die Flugtestpiloten stetig Schritt für Schritt der Flattergeschwindigkeit, bis ein bestimmtes Vibrationsniveau erreicht ist, wodurch die endgültige Flattergeschwindigkeit des Flugzeugs bestimmt wird.