2. Semesterarbeit, November 1998 - März 1999, München/Hamburg

Inhalt

1. EINLEITUNG

1.1 Wozu UFOMAN?

1.2 Organisatorische Randbedingungen

2. AUFGABENKLÄRUNG

2.1 Klärung der Anforderungen an den UFOMAN

2.2 Teilaufgaben dieser Semesterarbeit

3. KONZEPTPHASE

3.1 Lösungsfindung

3.2 Außenhaut des Systems

3.3 "ObenOhne" mit Softtop

3.4 Türen

3.5 Klimaanlage

4. DESIGN REVIEW

5. ENTWURFSPHASE

5.1 Gitterstruktur

5.2 Wandpanels

5.3 "ObenOhne" mit Softtop

5.4 Schiebetür

5.5 Klimaanlage

5.6 Einbettung in das Gesamtkonzept

6. KOSTEN

7. ZUSAMMENFASSUNG

LITERATURVERZEICHNIS

HERSTELLERVERZEICHNIS

ANHANG:

Berechnung mit Aspen Plus

Konstruktionszeichnungen

1.1 Wozu UFOMAN?

Im Rahmen eines gemeinsamen Projektes der DaimlerChrysler Aerospace Airbus (DASA) in Hamburg mit der TU München sollte untersucht werden, in wie weit Unterflurkapazitäten im Flugerprobungsträger für eine On-Board Meßanlage (UFOMAN) nutzbar sind. Betreuende Lehrstühle an der TUM waren der Lehrstuhl für Konstruktion im Maschinenwesen (KM), der Lehrstuhl für Leichtbau (LLB) sowie der Lehrstuhl für Luftfahrttechnik (LLT).

Was hat es nun mit den Unterflurkapazitäten für eine On-Board Meßanlage auf sich?

Abbildung 1: A340-500

Die DASA ist mit 37,9% Arbeitsanteil an der Produktion der Flugzeuge der Airbus-Familie beteiligt. Neueste Produkte dieser Familie sind der Airbus A340-500 sowie der Airbus A340-600, die voraussichtlich im Sommer des Jahres 2000 zum Erstflug starten werden.

Für das Entwicklungs- und Zulassungsprogramm der A340-500/600 wird ab Mitte des Jahres 2000 ein Flugversuchsprogramm durchgeführt. Dieses Programm wird mit drei nicht ausgestatteten Flugzeugen sowie einem ausgestatteten Flugversuchsträger umgesetzt. Dieser Flugversuchsträger dient zum einen der Nachweisführung aller Flugzeugkabinensysteme und zum anderen dem "Route-Proving", d.h. der weltweiten Vorstellung der neuen Airbus-Muster bei den potentiellen Kunden.

Bei der Nachweisführung der Kabinensysteme werden Luftverteilung und –qualität, Wasserversorgung und –entsorgung, Küchen usw. mittels einer Vielzahl von Meßgebern auf Funktionsfähigkeit geprüft und von einem Flight Test Observer (im Folgenden FTO genannt) beobachtet und beurteilt.

Für das Route-Proving ist es notwendig, die zusätzlichen Einbauten für Flugversuche in der Kabine wie z.B. die "On-Board" Meßanlage zu vermeiden bzw. zu minimieren. Grund dafür ist die Vorstellung des Flugzeugmusters bei den potentiellen Kunden, die möglichst einen ungestörten Kabineneindruck genießen sollen, um in ihrer Kaufabsicht positiv beeinflußt zu werden.

Da für das Route-Proving und die Nachweisführung der Kabinensysteme der A340-500/600 eine straffe Terminplanung vorgesehen ist, wurde angedacht, die On-Board Meßanlage mittels herkömmlicher Frachtladecontainer bzw. Frachtladepaletten in den Unterflurbereich zu integrieren. Dies hätte den Vorteil, daß für die Dauer des Route-Proving die Meßeinbauten an Bord bleiben könnten, da sie den Kabineneindruck nicht stören würden.

Zwei Lösungen wurden beim Auftraggeber in Hamburg schon vorüberlegt. Die sogenannte Frachtraumlösung hätte die Integration aller Instrumente sowie des FTOs in den Frachtraum zur Folge. Die Kabinenlösung beschreibt den Fall, in dem ein großer Teil der Meßinstrumente im Frachtraum, der FTO samt Arbeitsplatz und Anzeigegeräte jedoch wie üblich im Kabinenbereich untergebracht wäre.

Die Umsetzung dieser Ideen wurde an den Lehrstuhl für Luftfahrttechnik (LLT) delegiert, der den Lehrstuhl für Konstruktion im Maschinenwesen (KM) sowie den Lehrstuhl für Leichtbau (LLB) zur Unterstützung heranzog.

Im Rahmen eines Konstruktionslehreseminars wurde die Konzept- und Entwurfsarbeit an 5 Studenten übertragen

Betreut wurde die Gruppenarbeit durch je einen Assistenten der beteiligten Lehrstühle: Rainer Bernard (KM), Guido Locatelli (LLB) sowie Andreas Strohmayer (LLT). Unterstützung im Bereich Datenverarbeitung kam von Hannes Mechler (LLT) sowie im Bereich Fertigungsberatung von Peter Spaniol (KM).

1.2 Organisatorische Randbedingungen

Die organisatorischen Randbedingungen trugen erheblich zum Gelingen des Projektes bei. Deshalb sollen sie hier kurz vorgestellt werden.

Dem Projektteam wurde ein Arbeitsraum mit 3 CAD-fähigen Rechnern zur Verfügung gestellt. Wöchentliche Sitzungen mit allen Betreuern stellten sicher, daß das Projekt nicht inhaltlich in eine Sackgasse geriet. In diesen Sitzungen erhielt jeder Student die Möglichkeit, seine in der vorausgegangenen Woche geleistete Arbeit im Plenum vorzustellen und begutachten zu lassen. Technische Probleme und Fragen bezüglich Schnittstellen fanden hier meistens schnell eine Lösung. Auch wurde jeweils das weitere Vorgehen besprochen.

Die Moderation sowie das Protokollieren fanden im wöchentlichen Wechsel unter den Teammitgliedern statt. Während des gesamten Projektes bekam jeder Student projektbegleitende Aufgaben, wie zum Beispiel die Kostenverantwortung, die Oberhand über die CAD-Daten, der Modellbau sowie die Präsentationsverantwortung.

Der Autor wurde mit der Führung des Lastenheftes sowie mit der Organisation des Design Reviews zur Mitte des Projektes betraut.

Die Betreuer hatten nicht nur in den wöchentlichen Sitzungen stets ein offenes Ohr, sondern waren auch jederzeit bereit, bei Fragen und Problemen zu helfen.

Hauptteil

(...)

Zusammenfassung

7. ZUSAMMENFASSUNG

Ziel des Projektes UFOMAN war es zu untersuchen, ob eine Integration von Meßeinbauten für die Nachweisführung der Kabinensysteme in den Frachtladeraum möglich ist. Durch die Auslagerung der Meßeinbauten aus der Kabine wurde erhofft, Kosten und Zeit für die Nachweisführung sowie für das zeitgleich verlaufende Route-Proving der Prototypen des A340-500/600 zu vermindern. Beim Route-Proving wird das Flugzeug potentiellen Kunden vorgestellt. Meßeinbauten in der Kabine würden dabei das Auge des Kunden stören.

Die Verlagerung der Meßeinbauten und des Arbeitsplatzes des Flight Test Observers in den Frachtraum wurde als eine Lösung dieses Problems erachtet. Unklar war zu Beginn des Projektes, ob das gesamte System "Meßanlage" in all seiner Komplexität auf ein oder zwei Frachtladepaletten aufgebaut werden könnte. Schwierig waren dabei die Punkte Sicherheit, Ergonomie, Klimaversorgung und Akzeptanz durch die am meisten betroffene Person, den FTO.

Das Projekt UFOMAN hat gezeigt, daß es durch trickreiche Lösungen möglich ist, einen adäquaten Arbeitsplatz im Frachtraum zu schaffen, der den gestellten Anforderungen gerecht wird.

Es wurde gezeigt, daß zwei Container, die auf herkömmlichen Frachtladepaletten aufgebaut werden, ausreichen, um die gesamte Meßanlage sowie einen Arbeitsplatz aufzunehmen.

Teilaufgabe dieser Semesterarbeit war es, die Außenhaut des Containers inklusive Türen, Fenster und Klappen zu entwerfen, sowie für ausreichende Kühlung der Geräte und ausreichende Klimaversorgung des FTOs zu sorgen.

Nachdem in dieser Semesterarbeit in Kapitel 1 die Aufgabenstellung erläutert und in Kapitel 2 die Anforderungen und die Teilaufgaben geklärt worden waren, ging es in Kapitel 3 direkt in die Konzeptphase. Hier wurden verschiedene Lösungen für Teilfunktionen gezeigt und die jeweils beste Lösung ausgewählt.

In Design Review (Kapitel 4) wurden diese Lösungen eingefroren und für den Entwurf freigegeben.

Dieser begann in Kapitel 5.1 mit dem Entwurf der Gitterstruktur. Ein Gitter aus käuflich zu erwerbenden Aluminium-System-Profilen stellt hierbei das Gerüst der Außenhaut dar. Dieses Gitter ist einfach zu montieren, kaum oxidierend, leicht und modular erweiterbar.

Auf dieses Gitter werden Wandpanels (Kapitel 5.2) aufgeschraubt, die den Container vom Lärm und Klima des Frachtraumes isolieren. Sie bestehen aus Sandwich-Wabenplatten und sind mit einer wirksamen Dämmung versehen.

Die Wabenplatten können leicht demontiert werden und ermöglichen so den Zugriff von außen auf die innen plazierten Geräte.

Für genügend Kopffreiheit über dem FTO-Arbeitsplatz sorgt die in Kapitel 5.3 beschriebene "ObenOhne" Lösung. Durch sie wird der für den Aufgang sowieso benötigte Ausbruch vergrößert und ein Gewinn an Duckhöhe von ca. 10cm erzielt.

Die Softtop-Abdeckung ermöglicht ein wetterfestes Verschließen der Öffnung, wenn der FTO-Container im Freien steht.

In Kapitel 5.4 wird die Schiebetürkonstruktion vorgestellt. Die insgesamt 4 Schiebetüren in den Containern ermöglichen ein schnelles Durchkommen zum anderen Container und erlauben den Zugang zum Frachtraum. Sie schließen druck-, wärme-, und schalldicht ab.

Die in Kapitel 5.5 gezeigte Lösung für die Klimaversorgung wird den Bedürfnissen des FTOs nach Frischluft, geregelter Temperatur und Luftfeuchte sowie den Kühlungsanforderungen der Meßgeräte gerecht.

In Kapitel 5.6 wird die Einbettung dieser Semesterarbeit in das Gesamtprojekt erklärt, und schließlich erfolgt in Kapitel 6 eine recht genaue Abschätzung der für das Teilsystem entstehenden Kosten.

Die Ziele des Projektes UFOMAN, eine Lösung für die Integration einer On-Board Meßanlage im Unterflurbereich zu zeigen, wurden erreicht.

Es bleibt zu hoffen, daß UFOMAN auch in der Praxis realisiert wird. Eines der bei der Umsetzung in die Praxis auftauchenden Probleme kommt aus dem Lager der FTOs. Es ist sicher nicht einfach, einem Flugtestingenieur die Arbeit in einem Frachtladecontainer schmackhaft zu machen.

Allerdings besteht auch gerade hier eine Chance zu überzeugen. Ein gemütlicher, gut gestalteter Arbeitsplatz mit diversen Begeisterungsmerkmalen wie visuelle Kommunikation zur Kabine, Ablageflächen für Pilotenkoffer und persönliche Utensilien muß keinen Vergleich mit einem ungemütlichen FTO-Arbeitsplatz in der Kabine scheuen.

In diesem Sinne: Guten Flug UFOMAN!

München, den 30.03.1999 Michael Binder

Weiteres zur 2. Semesterarbeit:

Gesamtkonzept (nicht mit Namen versehene Elemente wurden vom Autor bearbeitet)

Andere Arbeiten:

1. Semesterarbeit: Modelling, Implementing and Simulating a Fuzzy PID Controller for Aircraft Climb. Comparison with a Conventional PID Controller

Diplomarbeit , Anschauungsmodell der Diplomarbeit

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