Festigkeitsberechnung

Hallo Theoretiker, Statiker und Mathematiker

Kennt jemand Literatur zur Festigkeitsberechnung von Flugzeugen, bzw Modellflugzeugen? Es sollten nicht nur Segler sondern auch komplexere Flugzeuge mit abgespannten oder abgestrebten Tragflächen und Doppeldecker berücksichtigt sein. Das Ganze sollte auch für Praktiker mit laienverständlichen Formeln und Beispielen erklärt sein.

Ihr könntet mir damit helfen, Modelle mit einer Masse über 25 kg ohne den aufwendigen Belastungstest zuzulassen

Mit Gruß

Ludwig
 

Steffen

User
Moin,

ich hoffe auch, dass man nicht mit einer reinen Berehnung eine Zulassung erhält.

Die Rechnung ist eigentlich nur dafür da, dass man halbwegs sicher weiss, dass der Belastungstest nicht schief geht.

Gruss, Steffen
 
Kennt jemand Literatur zur Festigkeitsberechnung
Ja

sondern auch komplexere Flugzeuge mit abgespannten oder abgestrebten Tragflächen und Doppeldecker berücksichtigt
Wie passt das zu

auch für Praktiker mit laienverständlichen Formeln und Beispielen
Alleine deswegen
damit helfen, Modelle mit einer Masse über 25 kg ohne den aufwendigen Belastungstest zuzulassen
...würde ich niemals den Weg bereiten.

Wir reden hier von Berechnungen, die zum einen aufgrund des gefragten Umfanges im laienhaften Sinne kompliziert sind, zum anderen immer auf Annahmen der Materialkennwerte basieren.

Folge von letzterem: Wenn mit Materialkennwerten gerechnet wird, vorausgesetzt der mathematische Laie rechnet richtig, ist eine Materialprüfung und Nachweis von meiner Warte aus fällig, um die Richtigkeit der Annahmen zu beweisen.

Als Denkanstoss ausserdem, gerade im Bereich der Verbundwerkstoffe - die blanken Kennwerte sind nett, ob sie auch richtig verarbeitet wurden und im Ergebnis diese erreichen ist fraglich. Beispiel Holzmodelle - Werkstoff Balsa mit Festigkeit und Gewicht von - bis. Welches wurde verwendet? Wurde rein mechanisch / statisch richtig und sauber konstruiert und umgesetzt, dass Fügeverbindungen auch halten ?

Das ist nicht kalkulierbar, um es mal krass zu sagen, der Experte kann am Werk gewesen sein, genauso wie ein Vollhonk, das kann der "Freigeber" nicht wissen.

.... Vermutlich gibts genau deswegen Belastungstests, um sich den ganzen Aufwand zu schenken ? ....
 
Belastungstest ist doch in eigenem Interesse, in keine Berechnung gehen schadhafte Werkstoffe, fehlerhafte Verarbeitung (kaum zu glauben was man beim Kleben falsch machen kann ohne es zu merken), Konstruktionsfehler oder Expertenlösungen wie stumpf zusammengeklebte Holmgurte (sowas machen Leute) ein.

Besser am Boden gestet als erst in der Luft.

DD und abgespannte Flächen sind sicher festigkeitsmässig einfacher beherrschbar als freitragende Flächen, je konkreter du deine Frage nach einem Berchnungsbeispiel, dem du folgen könntest, formulierst desto eher bekommst du eine passende Antwort. Lass die Berechnung aber von jemand überprüfen der von Statik Ahnung hat.

Paul
 
Einige Überlegungen

Einige Überlegungen

Hallo Theoretiker, Statiker und Mathematiker

Kennt jemand Literatur zur Festigkeitsberechnung von Flugzeugen, bzw Modellflugzeugen? Es sollten nicht nur Segler sondern auch komplexere Flugzeuge mit abgespannten oder abgestrebten Tragflächen und Doppeldecker berücksichtigt sein. Das Ganze sollte auch für Praktiker mit laienverständlichen Formeln und Beispielen erklärt sein.

Ihr könntet mir damit helfen, Modelle mit einer Masse über 25 kg ohne den aufwendigen Belastungstest zuzulassen

Mit Gruß

Ludwig

Hallo Ludwig

So etwas wirst du in der Literatur nicht finden.

Wer es einfach haben will, konstruiert nach dem Grundsatz von einfachen statischen Systemen (Kragarm, einfacher Balken mit und ohne Überstand, beidseits gelenkig gelagerte Stützen => Streben auf Druck) etc. etc.

Dann muss jeder Konstrukteur überlegen, welche Belastungen er sein Modell aussetzen will:
Dazu muss er sogenannte Lastfälle festlegen
- freier Fall (z.B. Strömungsabriss aus 0.5 m)
- Negativ- Positiv G in einem Looping
- Aufsetzen Heck vor Hauptfahrwerk
- etc. etc.

Dann muss er erkennen, welches die kritischen Bauteile sind, dafür Annahmen im Material treffen, die Kräfte ermitteln (Biegung, Querkraft, Normalkraft, Torsion und Kombinationen daraus, Z.B. Biegung mit Normalkraft bei einem abgestrebten Hauptholm). Für die Kraftermittlung muss er eben ein passendes statisches Modell festlegen, dass die Wirklichkeit auf zulässige Vereinfachungen abbildet

Nachdem er die für jeden Lastfall massgebenden Kräfte des kritischen Bauteils ermittelt hat, führt er den Festigkeitsnachweis => sinnvollerweise auf Bruch und mit einer Sicherheit von 1.xx bis 4.xx . Dazu muss er die Materialeigenschaften und die Homogenität kennen oder festlegen (Handelsstahl ist ziemlich homogen während dessen Holz stark schwanken kann...)
Wo er das nicht hat, führt er allenfalls Belastungsproben durch und macht so eine Rückrechnung.

Alles in allem ziemlich anspruchsvoll. Ein erfahrener Statiker / Konstrukteur kann aber rasch erkennen, wie konstruiert werden soll und was nachgerechnet werden soll, wenn er die groben Anforderungen kennt.

Falls es etwas Grösseres gibt, würde ich schon vor Beginn der Konstruktion mit groben Skizzen das Gespräch mit einem Fachmann führen, damit einige Grundsätze richtig einfliessen und wesentliche Dimensionen (Flügelprofildicke / Hauptholm, Fahrwerk,Krafteinleitung Fahrwerk, Rumpfnase, Motorspannt, Krafteinleitung Flügel Rumpf etc. etc.).


Gruss, Daniel
 
Dank Allen für Eure Antwort,

in der Lufttüchtigkeitsanforderung für Modellflugzeuge mit einer Masse von 25-125 kg wird ein Festigkeitsnachweis gefordert. Für Normalflug +3g und -1,5g, für Kunstflug +8g und - 4g. Der Festigkeitsnachweis kann sowohl rechnerisch mit einm Sicherheitsfaktor von 1,5 oder durch den Belstungstest erbracht werden. Meine Freunde und ich haben insgesamt 5 solcher Belastundtests mitgemacht, und ich kann beurteilen wie spannend eine derartige Prozedur ist. Für eine Pitts mit über 80 kg mußte eine eigens dafür geschweißte Halterung an den Kopfspant geschraubt werden. Es brauchte 3 Männer, um das Modell auf den Rücken zu legen ( bei der Landung geht das einfacher!). Zement und Sandsäcke von 450 kg wurden dort über die Flächen verteilt, wo Stiele und Verspannung weniger störten. Das Knirschen wenn die Zementsäcke auf die leichen Pappelrippen drücken ist beunruhigend. Das alles bei Modellen, die seit Jahren im Ausland fliegen.

Wir haben die für die Festigkeit erforderlichen Elemente nach Erfahrung und Gefühl gefertigt. Bisher wurde noch kein Modell in der Luft zerlegt. Doch was bisher funtioniert hat, kann auch mal daneben gehen. Deshalb meine ich, dass eine, wenn auch grobe Berechnung vor dem Bau sinnvoller ist als darauf loszubauen. Die Trägheitsmodule der Materialien sind bekannt. Es mag genügen, das aerodynamischen Zentrum der Traglächen oder die Zentren bei abgestebten oder abgespannten Teilflächen in die Berechnung einzubeziehen. Kräfte an den Streben und Seilen lassen sich mit Winkelfunktionen berechnen. Eine einfache Berechnung der Biege- und Schermomente würde mir reichen.
Der Belastungstest ist ja auch nur eine ungenaue Simulation der Luftkräfte. Für Segler gibt es zb im FMT-Kolleg von Jan Kaminek eine laienverständlichen Kontrollberechnung der Biegefestigkeit von Tragflügelbefestigungen und Holmen. Vielleicht hat sich jemand die Mühe gemacht, ein paar Daten in einer Excel-Tabelle zu verwenden- schlicht und ganz ohne Integrale.

Ich denke, das werden Einige von Euch beherrschen.

Mit Gruß

Ludwig
 

Steffen

User
Hallo Ludwig,

einfache Rechnung und rechnerischer Nachweis mit Sicherheit 1,5 passen aber nunmal nicht zusammen.

Also entweder einfache Rechnung und Bauteilversuch oder genauere Rechnung und dann evtl. kein Bauteilversuch (wovon ich wenig halte) +8g und -4g für ein Kunstflugmodellflugzeug finde ich auch recht knapp, ehrlich.

Ganz davon ab: eine Rechnung kann nur dann einfach sein, wenn sie entweder erhebliche Sicherheiten einbaut oder man genau weiss, wo die Grenzen der Vereinfachungen liegen.
Letzteres ist sicherlich nichts für Praktiker.

Vielleicht hat sich jemand die Mühe gemacht, ein paar Daten in einer Excel-Tabelle zu verwenden- schlicht und ganz ohne Integrale.
Ich glaube, ich habe bei Festigkeitsauslegungen nie Integrale benutzt, nur Summen ;)

Gruss, Steffen
 
Festigkeitsberechnung

Hallo Ludwig
wenn Du Formeln zur Festigkeitsberechnung suchts, der "Bögel" ist da ein gutes Werk. Es ist zwar Stahl-lastig, aber wenn man die Materialkennwerte von den verwendeten Werkstoffen hat, dann geht's.
Zu Festigkeitsberechnung gehört aber nicht nur die Kenntnis der Formel, sonder auch das Wissen und ein bischen Erfahrung in der Anwendung.
Zum Beispiel, im Ansatz der wirkenden Kräfte, dem Kraftfluß (nich spazieren führen tun ;) ). Ich will damit sagen, nichts für Laien! Aber auch ein Laie kann es lernen.
Und wie schon vorher erwähnt, der Belstungstest am Boden ist immer sicherer und "billiger" als ein Test in der Luft

Gruß
Olaf
 

FamZim

User
Hi

Ich denke es ist genug drumherum geschrieben worden.

Man mache sich mal Gedanken was gebaut werden soll .
Rumpfgewicht und Tragflächengewicht.
Da die Fläche sich zum grösten Teil selber trägt bringt ihr Gewicht auch wenig belastung auf die ? Steckung in der Mitte.
Da reichen dann 20 %.
Das Rumpfgewicht wird komplett getragen und genau in der Mitte.
Getragen jeweils zur Hälfte rechts und links.
Der mittlere Auftriebspunkt liegt etwa bei 45 % einer Flächenlänge wenn es eine Rechteckfläche ist.
Bei zugespitzten weiter innen (kann man ja ausrechnen) .
Durch eliptische Auftriebsverteilung auch weiter zum Rumpf hin.
So rechnet man ein Zb: 7 kg Modell mit 2 m Spannweite:
Rumpf 5 kg pluß 20% der Fläche = 0,4 kg zusammen 5,4 kg.
Am Hebel der 1 m Flächen von 45 cm mal 5,4 durch 2 Flächen = 121 cmkg.
Die biegen dann in der Flächenmitte, bei 10 G dann eben 1210 cmkg.
Dann geht es mit der Flächendicke weiter, und wo die "tragenden" Teile sitzen und den abstand zwischen oberem und unterem.
Sind die "im mittel" 4 cm auseinander dann wieder durch 4 = 304 kg , das ist nicht wenig .
Je nach Platzverhältnis muß dann geeignetes Material ausgesucht werden.
Die Festigkeit ist zu ermitteln wenn man eigenes Material nimmt, und so geht es weiter.
Ist jedenfals ganz aufschlußreich sich damit zu beschäftigen.

Gruß Aloys.
 
Berechnung

Berechnung

Die Holmauslegung ist ja nun nicht alles.
Da gibt es ein Leitwerk, Torsionsbetrachtung der Flächen, Flächenbefestigung, Leitwerksbefestigung, Motorträger und viele andere Details die so ein Luftfahrzeug zusammenhalten (hoffentlich ;) ).
 
Umsomehr braucht es eben ein vertieftes Verständnis über angreifende Kräfte und Kraftflüsse, wenn man Rechnen will. Konstruieren kann man auch mit Bauchgefühl und Erfahrung ohne. Dann braucht es aber für den Nachweis bei Zulassungen halt den Belastungstest.

Einfach mit ein paar Kochrezept-Faustformeln geht es jedenfalls nicht. Schon gar nicht, wenn so etwas Komplexes wie ein verspannter Doppeldecker gerechnet werden soll, wie hier offenbar der Fall.
 
Speziellen Dank an Hänschen und Rolf,

mit Euren Links habt Ihr mir sehr geholfen. Zudem habe ich eine sehr umfangreiche Veröffentlichung von Freyberg u. Wegener "Statische Doppeldeckerberechnung" aus dem Jahre 1940 aufgetan.
Die Berechnung soll nur den groben Belastungstest ersetzen. Torsionsmomnte, Berechnung der Auftriebsverteilung ect sollen wie beim Belastungstest außer Acht gelassen werden. Über den Sinn des Belastungstestes beim Modellflug möchte ich hier nicht diskutieren. Er ist eben in Deutschland selbst bei Modellen mit 15.jähriger Flugpraxis heilig.

Mit Gruß
Ludwig
 

Steffen

User
Über den Sinn des Belastungstestes beim Modellflug möchte ich hier nicht diskutieren. Er ist eben in Deutschland selbst bei Modellen mit 15.jähriger Flugpraxis heilig.
Das hat mit Deutschland sehr wenig zu tun.

Auch ist ein Nachweis in einer Zulassung schlicht und einfach sinnvoll, egal wie viel das Flugzeug geflogen hat.

Ich kann Dir gerne ein paar Geschichten über Flugzeuge erzählen die schon ewig fliegen und bei denen man dann doch noch feststellt, dass sie leider nicht die Forderungen erfüllen und diese Erfahrung leider mit Blut bezahlt wurde.

Ich habe auch schon so unglaublich viele Katastrophenkonstruktionen von "Modellbauern mit langjähriger Praxis" gesehen die dann einfach mal in der Luft zerlegen...

Wenn jahrelang nichts passiert ist, heisst das nicht, dass es gut ist.

Gruss, Steffen
 
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