Tragflügelbauweisen

Die Fragestellung “Muss man denn Hochleistungsflügzeuge unbedingt mit Schalenflügel bauen oder gibt es auch Alternativen” veranlasste uns, zusammen mit dem Lehrstuhl für Leichtbau dies in einer Semesterarbeit zu untersuchen. Hier sollen knapp zusammengefasst die Ergebnisse der Arbeit wiedergegeben werden.

Die untersuchten Bauweisen:

Rippenflügel

Rippenflügel mit D-Box und Aufleimer

Sandwich-Flügel

Schalenflügel

Helling-/Leistenbauweise

Die Helling-/Leistenbauweise dürfte den meisten Modellbauern unbekannt sein, dehalb wird hier etwas genauer darauf eingegegangen. Es handelt sich dabei um eine Adaption einer inzwischen nicht mehr verwendeten Fertigunstechnik aus dem manntragenden Flugzeugbau.

Die Schale besteht aus aneinander geklebten Balsaleisten und einer innen liegenden Laminatschicht zur Verstärkung. Der Grund warum das Laminat innen liegt, ist der, dass die Oberfläche glatt sein muß, was mit Balsleisten leichter zu erreichen ist als mit GFK oder CFK. Die Form des Flügels wird durch Aneinanderkleben der Leisten und Auflegen des Laminats in einer Helling, wie in Bild 3.8 gezeigt, mit dem entsprechenden Profil erzeugt.

Die Negativrippen sind hier mit Steckern auf einem geraden Baubrett befestigt. Die Leisten werden auf die Rippen gelegt und miteinander verklebt. Die Schalen werden komplett in der Helling aufgebaut, zusammengefügt und mit einer Nasenleiste versehen.
Das Laminat, meist CFK oder GFK, ist steifer als die Leisten und um das auszunutzen sollte es möglichst weit außen liegen, was dazu führt, daß die Leisten möglichst dünn gewählt werden. Sind sie allerdings zu dünn, dann kann bei Druckbelastung oder Schubbelastung die Oberfläche beulen, was auch zum Bruch des Flügels führen kann. Bei sehr dünnen Wandstärken werden deshalb Rippen zur Verkürzung der freien Weglänge eingeklebt.
Das Laminat sollte für hohe Torsionssteifigkeit diagonal gekreutzte, das heißt + 45° und – 45° orientierte Fasern haben. Bei den Leisten ist es schwer eine solche Faserorientierung zu bekommen, da die Fasern käuflicher Leisten üblicherweise längsorientiert sind. Man müsste solche Leisten mit großem Aufwand selbst herstellen.
Da der Nasenradius relativ klein ist, können die Leisten in diesem Bereich die Kontur nicht abbilden. Aus diesem Grund werden die Schalenhälften vor dieser Stelle mit zwei entsprechend dicken Balsaleisten aneinandergefügt, gegen die später eine Nasenleiste geklebt wird. Vor dem Zusammenfügen wird eine Wurzelrippe in die Schale der Oberseite geklebt. Im Endkanetenbereich sind die Schalenhälften zugespitzt und zusammengeklebt. Falls nötig kann eine zusätzliche Verstärkung der Endkante zum Beispiel durch Rovingbänder in der Schale einfach realisiert werden.

Auswertung

Strukturelle Untersuchung unter Berücksichtigung des Einflusses der Profildicke:

Zusammenfassung:

Bauweise	Vorteil	Nachteil	typische Anwendung
Rippenflügel	geringes Gewicht geringer Bauaufwand	sehr geringe Formtreue	Thermiksegler
Sandwichflügel	geringer Bauaufwand	geringe Formtreue (abhängig vom Bauaufwand) bei hoher Oberflächenqualität hoher Aufwand für Finish hohes Gewicht	Allround, Scale dünne Profile
GFK-Positivbauweise	sehr geringer Bauaufwand	geringe Formtreue Problemzone Nasenleiste	Allround, Nurflügel
Schalenflügel (aus gefrästen Formen)	höchste Formtreue sehr gute Oberfläche	hoher Bauaufwand hohe Kosten	Wettbewerbsflugzeuge
Leistenflügel	geringer Bauaufwand ermöglicht auch komplexe Flügelgeometrien	geringe Formtreue (abhängig vom Bauaufwand) bei hoher Oberflächenqualität hoher Aufwand für Finish hohes Gewicht	Allround, Scale dicke Profile

Anmerkung:
Wer den hohne Aufwand scheut, eine Form für einen Schalenflügel fräsen zu lassen, kann auch eine “Billigform” herstellen. Dazu werden Styropor-Negativschalen geschnitten und mit Folie ausgekleidet. Die daraus hergestellten Flügel stellen einen sehr guten Kompromiss zwischen Genauigkeit und Aufwand dar. Besonder Geeignet ist diese Bauweise für Trapezflügel. Schicke Randbögen sind damit nur schwer machbar.