Tragflächen-Prüfstand zum Simulieren des Luftstroms
Hydraulikzylinder & Klemmeinheit im Strukturprüfstand

Das Hochauftriebssystem
In verschiedenen Testbereichen haben sich Hydraulikzylinder von Hänchen in vielen Generationen der Airbus-Prüfstandtechnik bewährt. Diese positive Erfahrung hat man auch im High-Lift-Test-Center am Standort Bremen gemacht. Hier erfolgen Entwicklung, Konstruktion und Produktion von Hochauftriebssystemen für die Tragflächen aller Airbus-Programme, einschließlich der A380. Die bekanntesten Elemente des Hochauftriebssystems werden als Landeklappen und Vorflügel bezeichnet. Sie passen während der verschiedenen Flugphasen die aerodynamischen Eigenschaften der Tragflächen an und optimieren diese, wobei die entsprechenden Antriebssysteme in einem besonderen Maß gefordert sind. Sie bewegen die sogenannten ‚Slats‘ als Vorflügel sowie die ‚Flaps‘ an der Flügelhinterkante. Vielfältige hydraulische und elektrische Antriebskomponenten positionieren Slats und Flaps während Start, Cruise – also Streckenflug – und Landung. Umfangreiche Tests simulieren die dabei auftretenden Umweltbedingungen, Kräfte und anderen Belastungen. So wird die für den Erstflug und die Verkehrszulassung nötige System-Sicherheit gewährleistet und nachgewiesen – und dies auch für extreme Zustände.

Ein Test auf Herz und Nieren
In Bremen erfolgt die Untersuchung von normalen Flügen und Extremsituationen, um speziell für das komplexe Hochauftriebssystem die notwendige Funktionalität nachzuweisen. Auch der A350 XWB Systemtest ist entscheidend für die Zulassung dieses Flugzeuges. Er unterscheidet sich durch eine deutlich höhere Komplexität von den Vorgängerversuchen: „Wir konzentrieren uns bei den Tests in Bremen auf jedes Detail im System“, so beschreibt Dipl.-Ing. Michael Johst, der für den Betrieb der Testeinrichtungen im Bereich High-Lift verantwortlich ist, die Aufgabe. „Wir haben die originalen Antriebsmotoren, die Sicherheitstechnik und die Sensorik des Hochauftriebssystems komplett installiert, um das Einzelsystem auf Herz und Nieren zu prüfen. Dabei untersuchen wir nicht nur verschiedene ‚Normal Operation Cases‘, sondern auch mögliche Extremsituationen. Diese werden am Originalsystem nachgestellt, um nachzuweisen, dass die Systemstabilität unter allen Umständen gewährleistet ist. Als Ergänzung zu den Versuchen auf den realen Prüfständen setzen wir virtuelle Test-Plattformen ein.“

Hydraulik simuliert Luftlasten
Systemtests überprüfen Redundanzen und die Funktion des Kontrollrechners im Zusammenspiel mit allen relevanten System- und Strukturkomponenten, was teilweise recht aufwändig ist. Im Prüfstand werden beispielsweise die Luftlasten sowie Hoch- und Tieftemperaturen von minimal -56° C beziehungsweise maximal +90° C simuliert. Ein zusätzlicher Fokus beim Test des Hochauftriebssystems liegt bei Airbus in Bremen auf der Qualifikation neuartiger High-Lift-Komponenten. Wo in diesen Prüfständen lineare Kräfte wirken, kommen in der Regel Hydraulikzylinder von Hänchen aus Ostfildern bei Stuttgart zum Einsatz, insbesondere bei der Simulation von Luftlasten.

 

A350 XWB – das neueste Projekt
So sind beim Test der Vorflügel und Landeklappen der A350 XWB 26 Zylinder im Einsatz – ausschließlich von Hänchen. Hydraulik ist hier wegen der Größe der Antriebe, der Leistungsdichte, der Regelgüte und Dynamik besonders geeignet, um die Flugbedingungen optimal simulieren zu können. Die zulässige Regelabweichung von 1 % bei statischer Last wird dank der Hydraulikzylinder von Hänchen eingehalten. Bei dynamischen Versuchen liegt die zulässige Regelabweichung bei 4 %. Dabei ist der Prüfstand für eine Dauer von 15 bis 20 Jahren ausgelegt. Ausnahmen bilden spezielle Tools zur Untersuchung von Extremsituationen, die für limitierte Lastwechsel unter Ultimate-Load-Bedingungen ausgelegt sind.

Verschlussvariante Servocop^®
Diese Vorgaben lassen sich durch die Hydraulikzylinder von Hänchen problemlos serienmäßig erfüllen: Die in Bremen eingesetzten Hydraulikzylinder der Baureihe 300 sind wegen der hohen Anforderungen an Leistung und Dynamik alle in der Verschlussvariante Servocop^® ausgelegt. Der maximal anliegende Versorgungsdruck beträgt bei den Flapzylindern 250 bar, bei den Slatzylindern liegt er bei 300 bar. Im Prüfstand wird der Versorgungsdruck aufgrund des zur Regelung notwendigen Druckabfalls auf 180 bar reduziert. Der Kolbendurchmesser beträgt zwischen 40 und 160 mm, der Stangendurchmesser zwischen 30 und 110 mm bei einem Hub von 300 bis 1.670 mm. Wichtige Merkmale sind eine hohe Genauigkeit und minimales Spiel zwischen Verschluss und Kolbenstange. Die Gleitfläche garantiert optimierte Reibungseigenschaften. Eine lange Lebensdauer ist durch die hohe Fertigungsgenauigkeit und das kleine Führungsspiel gewährleistet. Darüber hinaus bietet die Servocop^®-Ausführung eine praktisch stick-slip-freie Bewegung auch bei sehr geringen (bis 0,02 m/s) und sehr hohen (bis 1 m/s) Kolbengeschwindigkeiten. Aus diesem Grund ist die Verschlussvariante Servocop^® besonders für den Test- und Prüfstandbau wie bei Airbus geeignet. Dabei geht es in Bremen auch um Sicherheitsaspekte zum Schutz des Bedienungspersonals und auch des Teststands selbst, da Schäden hier einen Versuch um viele Monate zurückwerfen können. Elektrische Antriebe erwiesen sich für diesen Einsatzbereich in der Erprobung insbesondere bei den Lastsimulationen als wenig erfolgreich. Alle Hydraulikzylinder der neuen Prüffeld-Generation sind mit einem EtherCAT-fähigen integrierten Wegmesssystem ausgerüstet, da dieser echtzeitfähige Feldbus in Bremen zum Standard geworden ist. Die Regelung der aus dem Keller zentral hydraulisch versorgten Aktuatoren erfolgt über Last und Position. Die Lastregelung der Luftlast- Simulation geschieht in Abhängigkeit von der jeweiligen Position im Originalsystem. Bei kleineren Prüfaufbauten liefert der Hydraulikzylinder-Hersteller auch komplette Antriebseinheiten mit Speicher, Ventil und anderen Elementen.