Luftfahrt

Mit großen Worten und viel Champagner wurde der neue A380 von Airbus vorgestellt. Aber jetzt kommt der Test-Alltag: Das größte Zivilflugzeug aller Zeiten muss beweisen, dass es 25 Jahre Flugstress übersteht.

Der Tag steht noch nicht fest – aber irgendwann im nächsten Jahr wird es für den lang erwarteten A380 zum ersten Mal heißen: »Ready für Take Off.« Dann wird das größte Passagierflugzeug aller Zeiten bis zu 882 Fluggäste vom Londoner Airport Heathrow nach Singapur befördern. Die Maße des neuen Flaggschiffs aus dem Hause Airbus übertreffen alles bisher Dagewesene: 73 Meter lang, 24,1 Meter hoch; eine Spannweite von 79,8 Metern und ein Startgewicht bei Volllast von 560 Tonnen. Die 32,5 Tonnen Schub der vier Triebwerke werden dafür sorgen, dass der A380 nicht länger als knapp 16 Stunden für den Nonstop-Flug nach Fernost braucht.

Bis es so weit ist, müssen allerdings bereits fertig gestellte Prototypen des A380 noch die Folterkammern der Test-ingenieure durchlaufen. Klar, dass Singapore Airlines, die den Giganten als erste Fluggesellschaft der Welt im Liniendienst einsetzen wollen, den Ergebnissen der Prüfungen entgegenfiebern.

Eine davon hat der neue Airbus bereits im vergangenen Jahr bestanden: den »Bruchtest«. Dabei setzte eine Spezialfirma im französischen Toulouse am Boden befestigte Tragflächen des A380 enormen Belastungen aus: Vom Rechner gesteuert, verbog eine Hydraulik die Flügelenden um acht Meter nach oben und um zwei Meter nach unten – die Simulation einer Monster-Bö, wie sie in der Realität eigentlich nicht vorkommt. Beide Tragflächen blieben heil. Wenn sie nach unten weniger als nach oben »federn« dürfen, hat das einen simplen Grund: An der Unterseite »ziehen« auch noch pro Flügel die 270 Tonnen zweier gigantischer Triebwerke – hier muss die Konstruktion etwas steifer sein.

Dass die Tragflächen zehn Meter Gesamtausschlag schadlos verkraften müssen, wurde von der internationalen Luftfahrtbehörde FAA für das Genehmigungsverfahren von Passagierflugzeugen vorgeschrieben: Die Bruchsicherheit der Flügel ist die Voraussetzung dafür, dass der Vogel überhaupt in die Luft gehen darf. Wie lange er dann Passagiere befördern darf, hängt davon ab, welches Ergebnis der ebenfalls von der FAA vorgeschriebene »Ermüdungstest« hat – er soll ans Tageslicht bringen, wo die Struktur der Maschine unter der Dauerbelastung des Flugbetriebs »weich« wird.

Die Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft (IABG) nahe dem Flughafen Dresden gehört zu den wenigen Spezialunternehmen weltweit, die eine solche Prüfung durchführen können. Dabei bedeutet der jetzt angelaufene Test des A380 auch für die erfahrenen IABG-Ingenieure eine besondere Herausforderung – denn dies ist der größte Ermüdungstest, der jemals gestartet wurde. Zum einen, weil erstmals eine komplette Maschine samt Cockpit, Leitwerk und Flügeln auf den Prüfstand kommt – bisher wurden immer nur einzelne Sektionen der Flugzeugstruktur auf Ermüdungserscheinungen getestet. Zum anderen, weil der Test den ganzen Lebenszyklus dieses neuen Flugzeugtyps umfassen wird. Im Zeitraffer natürlich, der mehr als acht Betriebsjahre zu einem Testjahr komprimiert: In dem gut zweijährigen Prüfzeitraum wird die Maschine also einer Belastung ausgesetzt, die der von 25 »echten« Jahren entspricht. »Was dann nicht kaputt gegangen ist, geht auch nicht kaputt«, meint Dipl.-Ing. Frank Eichelbaum, Abteilungsleiter für Flugzeugstrukturversuche der IABG.

Die Folterkammmer der Dresdner Experten ist eine 5000 Quadratmeter große und acht Stockwerke hohe Halle am Rande des Flugplatzes. Im Herbst 2004 ließ Hersteller Airbus seinen Prototyp des A380 in Einzelteilen hierher transportieren – erst per Schiff von Hamburg die Elbe stromaufwärts, dann weiter mit Sattelschleppern. In der Testhalle wurde der Koloss aus Kohlefaser, Aluminium und Titan zusammengebaut. Und da steht der mit olivfarbenem Korrosionsschutz angestrichene Riese nun – und kann sich keinen Millimeter vor oder zurück bewegen. Denn er ist gefangen in einer Art Käfig aus 1800 Tonnen Stahl – dem so genannten Druckgeschirr, das den A380 über zwei Jahre lang malträtieren soll.

Der Grund für den enormen Aufwand: Der A380 ist nicht nur das größte – sondern mit zwei Decks über die gesamte Rumpflänge auch das aufwändigste Passagierflugzeug, das je gebaut wurde. Da möchte man schon genau wissen, ob die neue Maschine auf Dauer mit allen Belas-tungen fertig wird. So greifen durch den gewaltigen Schub der Triebwerke enorme Beschleunigungskräfte an der 3800 Quad-ratmeter großen Außenfläche des A380 an (zum Vergleich: Ein Fußballfeld hat 5000 Quadratmeter). Windböen zerren an Tragflächen und Leitwerken, tonnenschwere Lasten drücken auf Längsstreben und Querspanten. Beim Start mit 250 km/h geraten die Tragflächen durch die Stöße der Startbahn ins Wippen, ebenso bei der Landung: Um insgesamt einen Meter schlagen die Flügelspitzen auf und nieder – gut zu beobachten durch das Kabinenfenster.

Im normalen Reiseflug, wenn auf die Flügelenden Beschleunigungskräfte von etwa 1 g (9,81 m/s2) wirken, können diese bereits um insgesamt zwei Meter nach oben und unten wippen. Da schwappt der Kaffee auf dem Tablett schon mal über. Die FAA schreibt vor, dass die Flügel 2,5 g standhalten müssen – eine solche Belastung tritt aber nur im Sturzflug auf. Die Flügel-enden dürfen dann nicht so stark flattern, dass die Strömung abreißt und der Jet nicht mehr zu steuern ist.

Die Belastungen des Fliegens durch Windkanalversuche zu simulieren ist technisch natürlich nicht möglich – »auch wenn die Postanschrift der IABG in Dresden ›Zum Windkanal 17‹ lautet«, wie Eichelbaum schmunzelnd anmerkt. Ein derartiges Gebäude würde alle Dimensionen sprengen, und die benötigten Sturmwinde könnte kein Propeller der Welt erzeugen. Einfacher und vielfach erprobt ist der Belastungstest durch mechanischen Druck: 190 hydraulische Powerpressen sind rund um den A380 angebracht – eingespannt in das Druckgeschirr, das sechs Meter tief im Boden der Halle verankert ist. Von diesem Geschirr drücken sich die starken Druckbolzen der Pressen mit einer Kraft von 150 Tonnen ab, wenn sie ihre Stempel gegen die Außenhaut des Flugzeugs pressen, um beispielsweise eine starke Seitenbö nachzuahmen. Dabei dürfen die Stempel natürlich nicht direkt auf den fragilen Rumpf einwirken: Dicke Kunststoffkissen verhindern, dass die dünne Aluminiumschicht durchstoßen wird oder Querrippen sich verbiegen.

Um abrupt veränderte Strömungsverhältnisse realistisch simulieren zu können, muss die Hydraulikanlage blitzschnell gewaltige Drücke aufbauen können. Fünf Tanklastwagen voller Spezialöl (100000 Liter) zirkulieren in dem System, in dem Pumpen einen Druck von 280 bar aufbauen – das ist die gleiche Power, mit der beim Hochhausbau Putzbeton in armdicken Rohren auf über 300 Meter Höhe befördert wird.

Gesteuert wird die gigantische Anlage vom Computer, dessen Software die Belas-tungen eines Vierteljahrhunderts auf drei Jahre komprimiert: Der Zeitraffereffekt reduziert beispielsweise die normalerweise rund sechzehn Flugstunden von London nach Singapur auf elf Minuten; Start und Landung kommen jeweils auf 45 Sekunden. Der Beginn des Tests könnte unspektakulärer nicht sein: Da steigt kein Pilot ins Cockpit, die Triebwerke werden nicht angelassen, und in der Kabine sitzen weder Passagiere noch Dummys. Damit das Druckgeschirr anfängt, den A380 zu malträtieren, ist lediglich ein Antippen der Enter-Taste auf der Computertastatur notwendig. Aber dann geht es zur Sache: Um zum Beispiel eine Sturmbö zu simulieren, die den Jet durchschüttelt, werden die Flügelenden nach oben und unten um insgesamt 4,80 Meter verbogen.

Doch das Material eines Flugzeugs wird nicht nur von außen belastet – das Gewicht von Passagieren und Gepäck zum Beispiel drückt von innen auf Spanten und Querträger. Deshalb wurde in der Kabine des Test-Airbusses ein weiteres hydraulisches Druckgeschirr installiert, das auf die Kabinenwände Druck ausübt.

Auch der »Luftballoneffekt« wird in Dresden simuliert. Er entsteht im realen Flugbetrieb durch den Druckausgleich: Um Gesundheitsprobleme für die Passagiere zu vermeiden, wird der Luftdruck in der Kabine etwa bei 1,6 bis 1,8 bar gehalten, was dem Druck in 1800 Meter Höhe entspricht; da der natürliche Luftdruck in einer Reiseflughöhe von 11000 Metern aber deutlich geringer ist, bläht sich der Flugzeugrumpf etwas auf. Diesen Effekt, der auf Dauer ebenfalls zur Ermüdung des Materials beiträgt, stellt in der Dresdner Testhalle eine Pneumatikanlage nach. In der 45 Sekunden langen Startphase schießen 2100 Kubikmeter auf 7,5 bar verdichtete Luft mit ohrenbetäubendem Zi-schen und Pfeifen durch dicke Leitungen in die Kabine. Eine ähnliche Geräuschkulisse entsteht bei der simulierten Landung, wenn Luft abgelassen wird, um den Kabineninnendruck innerhalb von 45 Sekunden von 1,6 auf 1 bar zu bringen.

Weit über 40000 solcher virtuellen Flüge muss der A380-Prototyp während des dreijährigen Ermüdungstests absolvieren. Und jedes Mal laufen in Echtzeit alle Messdaten von der IABG in Dresden zum Hersteller Airbus Industries nach Hamburg in dessen Hochgeschwindigkeitsrechner. Besonderes Augenmerk bei der Auswertung des Datensatzes liegt auf den 7200 Dehnungsmessstreifen, die über das ganze Flugzeug verteilt auf den verschiedensten Bauteilen aufgeklebt sind. Sensoren regis-trieren, wie weit sich die Streifen bei Belas-tung dehnen – und damit das Bauteil, auf dem sie kleben. Stellt man an der gleichen Stelle über einen längeren Zeitraum zunehmende Dehnwerte fest, deutet dies auf Materialermüdung hin.

Während die Konstrukteure in der Hamburger Werft nach jedem Testflug mit dem Studium der endlosen Zahlenkolonnen beschäftigt sind, inspizieren die IABG-Techniker in Dresden das Flugzeug auf Risse und andere Veränderungen an der Struktur der Maschine. Von einem Inspektionsgerüst aus können sie jeden Quad-ratzentimeter des A380 begutachten – von der Bugnase bis zum Heck, vom Fahr-gestell bis zum Höhenleitwerk. »Einen sich anbahnenden Riss zu erkennen«, erläutert Eichelbaum, »dazu gehört viel Erfahrung und Gefühl für die Struktur.« Um auszuschließen, dass etwa harmlose Risse im olivgrünen Korrosionsanstrich des Prototyps mit Rissen in wichtigen Teilen verwechselt werden, setzt man die ganze Struktur der Maschine noch einmal mit den Hydraulikpressen unter Spannung: Jetzt offenbaren sich die »echten« Risse – zumindest dem geschulten Auge.

Für den Laien überraschend: Die Zahl der Risse, die ein Flugzeug in 25-jährigem Dauerstress abbekommt, ist gar nicht entscheidend. Selbst unendlich viele kleinste Mikrorisse, die nur unter dem Rasterelektronenmikroskop zu erkennen sind, bedeuten nicht von vornherein, dass das Material ermüdet ist. »Schwierig wird es nur, wenn sich diese zu größeren Rissen verbinden«, meint Eichelbaum. Dann müssen die Sicherheitstechniker abwägen, wie sich der Riss weiterentwickeln kann und ob er dann noch innerhalb bestimmter Toleranzwerte liegt, die die FAA festgelegt hat. So ist beispielsweise selbst ein Ein-Meter-Riss in Querspanten tolerabel, wenn ein Kollaps der Rumpfstruktur ausgeschlossen bleibt. Ganz anders in dem höchst sensiblen Bereich der Flügelwurzel: Hier sind nur wenige Zentimeter akzeptabel.

An welchen Stellen der A380 »empfänglich« für Risse ist, erfahren die Tester in Dresden durch die zwingend vorgeschriebenen regelmäßigen Checks, die mit denen im Flugalltag identisch sind. Wo nicht mehr zu tolerierende Schäden auftreten, werden sie in der Regel behoben und der Test fortgesetzt. Gelegentlich aber wird auch anders entschieden: Wenn der Auftraggeber zustimmt, beobachten die Ingenieure in Dresden den Schadensverlauf weiter, um daraus neue Erkenntnisse für die Praxis zu gewinnen.

Neue Erkenntnisse versprechen sich die Techniker vor allem von den Checks der Rumpfaußenhaut des A380: Denn zum ersten Mal wurde im zivilen Flugzeugbau das Hightech-Material »Glare« eingesetzt. Es besteht aus drei Lagen Aluminium, die mit glasfaserverstärkten Harzen verklebt werden. Die Vorteile gegenüber Alu pur: deutlich weniger Gewicht und eine geringere Empfindlichkeit für Risse. Ob Glare auch resistenter gegen Ermüdung ist, wird der Dauertest in Dresden zeigen.

Den hat ein anderes Hightech-Material praktisch schon bestanden: der Kohlefaserkunststoff (CfK), aus dem das gesamte Leitwerk des A380 besteht. Das gigantische Seiten- und Höhenruder wird in den Dauertest gar nicht erst einbezogen – weil, so Fachmann Eichelbaum, »CfK keiner Wöhlerkurve unterliegt«. Wöhlerkurve? Sie beschreibt in der Werkstoffphysik die Ermüdung von Materialien durch Veränderungen in der kristallinen Struktur. Bei CfK kein Thema: Es ermüdet nicht – nur brechen kann es. Deshalb versichert Eichelbaum: »Wenn CFK-Strukturen den ersten Bruchtest bestanden haben, dann brechen sie auch nach zwei Milliarden Schwingungen nicht.«

2008 wird der Test-Prototyp des größten Airliners der Welt aus seiner Dresdner Folterkammer befreit und in kleine Teile zerlegt zu Airbus in Hamburg gefahren, wo er unter Laborbedingungen auf Mikrorisse untersucht wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die ersten Serienmodelle bereits seit mehr als zwei Jahren in aller Welt Aufsehen erregt haben. Dass sie auch sicher sind, darauf darf der Passagier vertrauen – denn es stecken bereits an die 20 Jahre Flugerfahrung in ihnen.