Hinter den Kulissen: Testen

Ohne zu testen, was wir entwerfen und was wir bauen, wissen wir nicht, ob alle Technologien und Elemente unseres vollelektrischen Schweizer Rennflugzeugs UR-1 richtig funktionieren. Diese entscheidende Phase verdeutlich nochmals alle Änderungen und hilft uns dabei zu erkennen, welche Anpassungen wir an unserem Projekt möglicherweise vornehmen müssen.

Zwischen der Konstruktion und den Fertigungsverfahren müssen viele Belastungsanalysen und Strukturtests zu Materialbelastungen durchgeführt werden. Anhand dieser Analysen können wir dann beispielsweise die Schwachstellen der Materialien ermitteln.

Der Grund, warum wir diese Daten benötigen, hängt damit zusammen, dass wir bei unserem Elektroflugzeug ein kompliziertes Gleichgewicht zwischen Variablen und Beschränkungen berücksichtigen müssen. Genauer gesagt geht es um Belastungen, Steifigkeit oder Spannung der Materialien, die wir für den Bau des UR-1 verwenden.

Diese Tests werden nicht nur während der Konstruktionsphase durchgeführt, sondern auch nach der Fertigung. Es ist offensichtlich, dass wir die Funktion jedes einzelnen Teils, das wir verwenden, überprüfen müssen.

Im Wesentlichen besteht der Zweck all dieser Tests darin, zu garantieren, dass die hergestellten Teile wie erwartet funktionieren. Gleichzeitig können wir unser Wissen über die Materialien, mit welchen wir arbeiten, vertiefen. Dies ist vor allem wichtig, wenn bisher nur wenige Daten verfügbar sind.

Erste Schritte

Alle Materialien, die wir für den Bau des ersten elektrischen Schweizer Rennflugzeugs verwenden, müssen eine Vielzahl von Tests durchlaufen.

Die allgemeinen Spannungsanalysen während der Konstruktion zielen darauf ab, die Teile zu dimensionieren, das am besten geeigneten Material zu wählen und die beste Methode für den Zusammenbau der Elemente zu finden. Diese Analysephase dient dazu, die entworfenen Teile zu kontrollieren, bevor sie in die Fertigung gehen. Berücksichtigt werden dabei die Materialeigenschaften, die Form und die Grösse des Teils, einschließlich einer gründlichen Überprüfung des Lastpfads. Durch diesen Schritt sind wir in der Lage, den Übergang von einer groben zu einer detaillierten Idee durchzuführen.

Der Fragebogen, welchen wir für die Erhebung der Daten entwickelt haben, folgt bekannten technischen Entwicklungs-Formeln und der FEA (Finite-Elemente-Analyse). Die Entscheidung darüber, welche Art von mechanischen Tests wir durchführen müssen, sobald ein Teil für die UR-1- hergestellt ist, hängt hauptsächlich davon ab, welche Informationen wir benötigen (beispielsweise das Verhalten des Teils unter Belastung und Stress). Ebenfalls einen Einfluss auf die benötigten Tests haben die zusätzlichen Vorschriften der Luftfahrtsicherheit.

Strukturtests

Die Anzahl der Tests, die wir an einem einzelnen Teil des UR-1-Elektroflugzeugs durchführen, hängt von seinen Eigenschaften ab. Einige Teile müssen nicht getestet werden, weil ihr Widerstand in Bezug auf die durchlaufenden Lasten ihnen einen hohen FoS (Sicherheitsfaktor) verleiht. Das gibt uns die Gewissheit, dass das Teil ohne Zweifel wie erwartet funktionieren wird.

Teile mit einem niedrigeren Sicherheitsfaktor oder aus neuen Materialien werden bis zu ihrer Grenzlast, bei welcher keine plastische Verformbarkeit auftreten darf oder bis zu ihrer Bruchlast, bei der ein Versagen zu erwarten ist, getestet. Eine Möglichkeit, diese Tests durchzuführen besteht darin, Lasten schrittweise hinzuzufügen.

Manchmal reicht ein einzelner Test eines Bauteils nicht aus. Deshalb wiederholen wir den Test viele Male, um einen repräsentativen Satz von Werten für die gemessenen Eigenschaften zu erhalten. Normalerweise testen wir 3 Proben jedes Materialtyps, wie beispielsweise unsere Flügelrippen aus Holz.

Tests nach der Fertigung

Nach der Fertigung führt das Team der Spannungsanalyse viele Tests an den Teilen durch. Der erste Schritt besteht darin, sie visuell zu prüfen, um zu sehen, ob die Qualität und die Abmessungen den Erwartungen entsprechen. Wenn nötig verlangen wir eine genauere Sichtprüfung an kritischen Stellen der Teile, um sicherzustellen, dass alles in Ordnung ist. Stellen wir irgendwelche Unregelmässigkeiten fest, führen wir weitere Untersuchungen durch.

Danach können reale Tests an einigen der Teile durchgeführt werden. Beispielsweise, indem sie bis zu ihren Grenzbelastungen gebracht werden, um zu sehen, ob sie den Anforderungen standhalten, mit denen sie umgehen müssen.

NCA – Non-Conformity Report

Wenn nach einer Inspektion, visuell oder nach einem Test, eine Unregelmässigkeit an einem Teil gefunden wird, füllen wir immer einen sogenannten NCA (Non-Conformity Report) aus. Dieser Bericht, den wir in unserem Archiv aufbewahren, enthält Informationen darüber, welche Fehler gefunden wurden und wie das weitere Vorgehen mit dem Teil ist:

• Akzeptanz: Der Fehler ist innerhalb der Toleranzen.
• Reparatur: Das Teil kann nach Änderungen oder Reparaturen verwendet werden.
• Ablehnung: Das Teil wird neu gefertigt.

Wird eine Unregelmässigkeit gefunden, analysieren wir in jedem Fall, weshalb es passiert ist und wir korrigieren unsere Prozesse, um den Fehler in der Zukunft zu vermeiden.

Werkzeuge

Das Team der Spannungsanalyse führt die meisten seiner Tests am Computer durch. Literaturergebnisse und Studien dienen dabei als Basis, mit der man beginnen kann. Sie geben Auskunft über Materialeigenschaften und das zu erwartende Verhalten von Standardteilen.

Wenn es sich um selbst entworfene Teile handelt oder um Teile mit einem Material, das nicht in der Literatur referenziert ist, benötigen wir Berechnungstools, um eine erste grobe Dimensionierung zu erhalten. Manchmal müssen wir auch ein Script erstellen, um eine grössere Menge von Fällen und Parametern einfacher und schneller behandeln zu können.

Wir bei Pie Aeronefs SA verwenden eine Finite-Elemente-Analyse-Software, um unsere Ergebnisse zu optimieren und um das theoretische Verhalten der Teile mit dem realen zu vergleichen. Unsere Ziele sind es, bei jedem Test erfolgreich und möglicherweise auftretenden Problemen immer vorbereitet zu sein.

Sicherheit war und wird immer unser Hauptanliegen sein.