THSA Plus (ARISTO-KAT) - Technologievalidierung u. Demonstration

Für die nächsten 20 Jahre wird eine Verdoppelung des Verkehrsaufkommens in der Luftfahrt prognostiziert. Lärm- und Schadstoffemissionen sollen gleichzeitig erheblich gesenkt werden und eine Entkopplung des Treibstoffverbrauchs vom Wachstum erreicht werden. Weiterhin entstehen zusätzliche Anforderungen an die Sicherheit im Luftverkehr, die Passagierfreundlichkeit sowie die Wirtschaftlichkeit aller beteiligten Prozesse.

Um diese Ziele zu erreichen, ist es einerseits notwendig, bestehende Technologien zu optimieren als andererseits auch vollkommen neuartige Technologien zu entwickeln und zu beurteilen. Großes Potential birgt insbesondere die Erarbeitung neuer Systemkonzepte der primären Ausrüstungssysteme eines Flugzeugs mit den dazugehörigen Regelungs- und Monitorkonzepten.

In Zusammenarbeit mit den Firmen Liebherr Aerospace Lindenberg und Airbus Deutschland GmbH wird am Institut für Flugzeug-Systemtechnik der Technischen Universität Hamburg-Harburg ein neuartiges Flossenstellsystem (engl. Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator, THSA) entwickelt. Als Referenzobjekt dient das Höhenflossenstellsystem des Airbus A340.

Durch einen Ausschlag der Höhenflosse moderner Transportflugzeuge lässt sich ein Nickmoment erzeugen, um Trimmzustände einzustellen oder die Wirkung der Höhenruder zu unterstützen. Sicherheitskritische Systeme, zu denen auch das Höhenflossenstellsystem zählt, werden im Flugzeugbau mindestens gegen einfache, mechanische Fehler abgesichert. Aus diesem Grund werden alle lasttragenden Komponenten eines THSA derart konstruiert, dass von den Krafteinleitungspunkten der Höhenflosse bis zur Anbindung an die Flugzeugstruktur mindestens zwei unabhängige mechanische Lastpfade vorhanden sind. Aus den Erfahrungen und Problemen heutiger Flossenstellsysteme ergeben sich Forderungen nach verbesserten operationellen Merkmalen wie z.B. Testbarkeit, Wartung und Leistungsbedarf. Im Rahmen dieser Untersuchungen sind unterschiedliche Systementwürfe analysiert und daraus ein Konzept ausgewählt worden. Dieses Systemkonzept basiert auf Linearantrieben mit redundanten Lastpfaden in mechanisch aufgelöster Bauweise zwischen Struktur und Flosse. Eine solche strukturelle Trennung der heute in Spindelantrieben integrierten Primär- und Sekundärlastpfade (fail-safe-Konzept) sowie der Wegfall der No-Back-Bremse sollte zu einer erheblichen Verbesserung der Test- und Wartbarkeit der sicherheitskritischen Integrität des mechanischen Teils des THSA führen. Gleichzeitig ließen sich verschleißkritische und hochbelastete single point - Spindel/Mutter-Kraftübertragungselemente vermeiden. Durch den Entfall von No-Back-Bremse, fail-safe-Spindel sowie fail-safe-Getriebe wird zusätzlich die Systemkomplexität verringert. Um den Leistungsbedarf des Flossenstellsystems zu reduzieren, sollen als THSA-Antriebe schwenkscheibengeregelte Hydraulikmotoren (VDHM-Technologie), die gegenüber den konventionellen drosselgesteuerten Hydromotoren bis zu 50% Leistungsbedarfsreduktion aufweisen können, eingesetzt werden.

Am Institut für Flugzeug-Systemtechnik wird ein komplettes Antriebssystem sowohl in Simulation als auch als Experimentalsystem aufgebaut, um das Systemkonzept nachzuweisen. Dies beinhaltet die Entwicklung eines vollständiges Steuerungs- und Regelkonzept sowie einer Systemüberwachung um auftretende Fehler erkennen und lokalisieren zu können.