FLUG REVUE Mai 1979: Dornier entwickelt TNT-Flügel

Tragflügel Neuer Technologie geht in Erprobung

DORNIER TNT-PROGRAMM

In wenigen Wochen ist bei Dornier in Oberpfaffenhofen ein Erstflug zu erwarten: Das TNT-Experimentalflugzeug (TNT = Tragflügel Neuer Technologie) geht in Flugerprobung. Mit dem neuen Flügelkonzept, kombiniert mit einem modifizierten Skyservant-Rumpf, sollen die bereits in der Theorie und im Windkanal ermittelten Verbesserungen für Flugzeuge der Allgemeinen Luftfahrt durch ein ausgedehntes, bis 1980 andauerndes Flugversuchsprogramm in der Praxis nachgewiesen werden.

Die Firma Dornier verstärkt ihre Aktivitäten im zivilen Flugzeugbau. Äußeres Anzeichen dafür ist der zu Jahresbeginn neugeschaffene Entwicklungsbereich „Zivilflugzeuge“, zu dessen Aufgaben neben der Modellpflege für die Do 28 D Skyservant die Bearbeitung des TNT-Experimentalflugzeugs, die Projektstudien für das auf der Basis des TNT-Flügels zu entwickelnde LTA (Light Transport Aircraft, ein Utility- und Commuter-Flugzeug der 6-7 t-Klasse siehe FR 6/78), aber auch Studien für Amphibien-Flugboote gehören.

TNT im Windkanal

Der Tätigkeitsschwerpunkt liegt zur Zeit beim TNT-Flugzeug, das im Rahmen des vom Bundesforschungsministerium (BMFT) geförderten Programms „Tragflügel Neuer Technologie für Flugzeuge der Allgemeinen Luftfahrt“ entsteht. Ziel dieses Vorhabens ist es, neue technologische Möglichkeiten zu entwickeln und zu erproben, mit denen die Leistung und Wirtschaftlichkeit und damit die Konkurrenzfähigkeit von Flugzeugen der Allgemeinen Luftfahrt im Geschwindigkeitsbereich bis 500 km/h wesentlich verbessert werden können.

Dornier entwickelte ein neues Tragflügel-Konzept, das im wesentlichen drei Neuerungen aufweist

eine aerodynamische Profilgebung, die mit den sogenannten „superkritischen" Profilen verwandt ist, wie sie für schnelle Strahlflugzeuge entwickelt wurden,
Eine Rechteck-Trapez-Grundrißform mit Dreiecksrandbogen,
Eine auf Kosteneffektivität hin ausgelegte Bauweise mit weitgehender Anwendung der NC-Frästechnik (NC = Numerically Controlled = numerisch gesteuert).

Bei der Wahl des Profils hat man nicht auf die aus USA bekannten „superkritischen" Profilformen zurückgegriffen, sondern man ging eigene Wege, um folgende Anforderungen maßgeschneidert erfüllen zu können

niedriger Widerstand im Reiseflug bei mittlerem Auftrieb,
niedriger Widerstand im Steigflug mit Landeklappen in Startstellung, insbesondere im einmotorigen Steigflug, wodurch bei zweimotorigen Flugzeugen das maximale Startgewicht bestimmt wird,
hoher Maximalauftrieb in der Start- und Landestellung der Landeklappen, um möglichst kurze Start- und Landestrecken zu erreichen.

Im Gegensatz zu den Arbeiten in USA hat man bei Dornier nicht das Profil allein optimiert, sondern versucht, mit einer Verkleinerung des Nullmoments eine deutliche Verringerung des Trimmwiderstands des Gesamtflugzeugs zu erzielen. Da die rückwärtige Profilwölbung für eine gute Klappenwirksamkeit beibehalten werden sollte, mußte das Nullmoment über eine höhere Belastung der Profilnase verkleinert werden. Das Profil Do A-5 ist deshalb im Nasenbereich stärker gewölbt als das amerikanische GA(W)-1 und hat einen etwas kleineren Nasenradius. Die Profildicke wurde von 17% auf 16 %reduziert.

Die Querruder des TNT-Flügels wurden mit Spalt ausgeführt, so daß sie auch bei großen Anstellwinkeln das notwendige Rollmoment liefern und zur Erhöhung des maximalen Auftriebs beitragen. Zur Auftriebserhöhung werden die Querruder außerdem beim Ausfahren der Landeklappen bis maximal 10 Grad angestellt. Diese Querruder-Voranstellung bewirkt infolge der günstigeren Auftriebsverteilung eine erhebliche Verminderung des induzierten Widerstandes im Langsamflug. Das bedeutet auch einen Vorteil beim Durchstarten in der Landekonfiguration. Bei ILS-Anflügen ist wegen des geringeren Leistungsbedarfs eine entsprechende Lärmminderung zu erwarten.

Neben dem Profil ist aber auch die Grundrißgestaltung eines Flügels von Bedeutung. Dabei standen folgende Kriterien im Vordergrund:

gutmütiges Überziehverhalten bei Start-, Lande- und Reisekonfiguration mit Vollgas und Leerlauf,
kleines Flügelwurzelbiegemoment.

Man wählte deshalb für den Innenflügel einen Rechteck-, für die Außenflügel einen Trapezgrundriß. Der dreieckige Randbogen lieferte bei gegebenem Auftrieb und Widerstand das kleinste Flügelwurzelbiegemoment. Die Profildicke nimmt von innen 1617o auf außen 13% ab. Dadurch werden die Widerstands- und Auftriebseigenschaften besser, ohne daß die Festigkeit abnimmt.

Soweit also die aerodynamischen Charakteristiken des TNT-Flügels. Was die konstruktive Auslegung betrifft, so stellte Dornier fest, daß bei Flügeln von Flugzeugen der mittleren und oberen Gewichtsklasse der Allgemeinen Luftfahrt bereits Blechdicken erforderlich werden, die eine Integralbauweise des Flügelkastens interessant werden lassen. Nach eingehenden Vergleichen alternativer Bauweisen kam man hinsichtlich Gewicht und Kosten zu sehr guten Ergebnissen zugunsten weitgehender Integralbauweise. Danach sind beim Integralflügel gegenüber der konventionellen Differentialbauweise in der Skyservant-Klasse Kostenvorteile von 7 % und eine Gewichtseinsparung von 11 % zu erreichen. So wurden also die Holme, Paneele und Anschlußrippen integral-(NC-) gefräst. Der Nasenkasten im Innenflügelbereich ist in konventioneller Blechbauweise gefertigt, die Hinterkastenverkleidung, die Flügelnasen im Außenflügel sowie die Randbögen sind GFK-Sandwichbauteile.

Die weitgehende Anwendung der NC-Fertigungstechnik hat für eine Firma wie Dornier, die zunächst mit relativ kleinen Serien und der Auflage einzelner Fertigungslose je nach Auftragseingang rechnen muß, den weiteren Vorteil, daß die Lernkurve in der Produktion relativ flach verläuft und bei zeitweiligen Unterbrechungen der Fertigung zwischen den Losen keine Unstetigkeiten erfährt. Wenn das Programm für die NC-Maschinen einmal erstellt ist, kann jederzeit mit geringstmöglichem Zeitaufwand unabhängig von der aufgelegten Stückzahl kostengünstig produziert werden. Darüber hinaus wird der Aufwand für kostspielige Vorrichtungen reduziert, da sehr große Integralbauteile auf den NC-Maschinen hergestellt werden können, die deutlich reduzierte Zusammenbauarbeiten erfordern.

Für die Flugerprobung des Tragflügels neuer Technologie wird eine modifizierte Dornier Skyservant verwendet. Da die Erprobungsergebnisse eine möglichst breite Anwendung finden sollen, sind die Triebwerke - wie bei zweimotorigen Flugzeugen dieser Klasse üblich - am Tragflügel angeordnet. Auf diese Weise kann auch das typische Verhalten im Luftschraubenstrahl untersucht und erprobt werden. Von der Serien-Skyservant unterscheidet sich das TNT-Experimentalflugzeug vor allem in folgenden Punkten:

Tragflügel-Triebwerkskombination
Triebwerke: 2 x Garrett AiResearch TPE 331-5 mit je 715 WPS (533 kW),
um ca. 1,4 m verlängerter Rumpf,
Bugradfahrwerk (übernommen vom Alpha Jet, aber nicht einziehbar).

Nach den Phasen I (Entwicklung des neuen Tragflügels) seit 1975 und II (Konstruktion, Bau und Anpassung des Flügels an die Skyservant) seit Ende 1976, steht also nun mit der Phase III die Flugerprobung des TNT-Flugzeugs bevor. Der Musterbau fand im Werk Friedrichshafen statt, die Rumpf-Integration wurde seit Februar 1979 in Oberpfaffenhofen durchgeführt, im März wurde der Flügel dort montiert und gegenwärtig wird die Maschine ausgerüstet und für die Erprobung vorbereitet, die etwa acht Monate, d. h. bis Mitte 1980 andauern soll.

Da Dornier im Rahmen des finanziellen Gesamtvolumens von DM 14,5 Mio. neben der Förderung des BMFT einen erheblichen Anteil an Eigenleistung aufgewendet hat, will man das TNT-Flugzeug auch über diese Ersterprobung hinaus als Versuchsträger weiterbetreiben. An erster Stelle steht dabei ein neuartiges Böenabminderungssystem, das von Dornier und der DFVLR im Rahmen des Zivilen Komponenten-Programms (ZKP) des BMFT mit dem Ziel entwickelt wird, den Passagierkomfort von Zubringerflugzeugen wesentlich zu verbessern. Auf dieses System mit der Bezeichnung OLGA (Open Loop Gust Alleviation = Böenabminderung mit offener Steuerkette) werden wir in einem späteren Bericht näher eingehen.

Alle diese Studien- und Experimentalarbeiten sind natürlich anwendungsorientiert, d. h. man hat bei Dornier die Absicht, die Ergebnisse des TNT-Programms in ein marktfähiges Flugzeugprogramm einzubringen, in das bereits vorliegende, eingangs erwähnte Projekt LTA. Dieses Mehrzweck- und Zubringerflugzeug für 19 Passagiere soll mit Anwendung der neuen Technologien gegenüber bisherigen Mustern dieser Klasse ganz entscheidende Verbesserungen bei den Start- und Steigleistungen, sowie der Nutzlast- und Reichweiten-Charakteristik aufweisen und damit eine wesentlich höhere Wirtschaftlichkeit bieten als bisher möglich.

Man ist bei Dornier davon überzeugt, mit diesen technologischen Fortschritten, der amerikanischen Industrie einen großen Schritt voraus zu sein. Text: Peter Pletschacher

Letzte Änderung: 4. Juni 2004

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