In den vorangegangenen Folgen habe ich erläutert, wie für alle Bestandteile des Flugzeugs zunächst das Konzept, dann das Design und schließlich die Strukturanalyse erfolgen. Aber nur ein entsprechender Belastungstest kann feststellen, ob das Flugzeug tatsächlich flugtauglich ist. Die HB-SIA und die HB-SIB sind beide experimentelle Prototypen. Wenn also vorab alle Simulationen, Kalkulationen und Designs in 3D entstehen, bleibt es dennoch nur eine Annäherung an die Realität.

Jetzt tritt das Test-Team auf den Plan. Unter der Leitung von David Oldani stehen die vier „Tester“ in direktem Kontakt mit dem Strukturanalyse-Team, welches ihnen die entsprechende Traglast für ein bestimmtes Teil kommuniziert. David muss dann den Test so gestalten, dass er die Realität bestmöglich abbildet.

Die Simulation der Realität ist die größte Herausforderung eines Tests. Während eines Flugs sind Gewicht und Ladung unterschiedlich aufgeteilt. Es ist wie bei einem Sprung in ein Schwimmbecken. Man fühlt sich besonders leicht, obwohl das Gewicht in Wirklichkeit unverändert ist. Davids Aufgabe besteht darin, das Gewicht eines Teils so auszubalancieren, dass die Traglast im Flug bestmöglich simuliert wird.

Es gibt im Grunde zwei Testarten: Bruchtests und Ermüdungstests. Das Team muss entscheiden, welches Teil solange getestet wird, bis es bricht. Warum ein solcher Extremtest? Wenn ein Teil bis zu seinem Maximum gefordert wird, dann leistet es wertvolle Informationen über seine Grenzbelastung und seine ultimativen Bruchstellen.

Die Testphase ist nicht nur die letzte Etappe des Produktionsprozesses eines Teils, sondern auch die spannendste. Die Ingenieure verbergen hinter einer offensichtlich entspannten und nonchalanten Haltung ihre Anspannung und ein allgemeines Gefühl wie am Tag des Jüngsten Gerichts. Ich kann sie gut verstehen, denn alles ist bis aufs Äußerste optimiert und buchstäblich handgemacht, so dass der Übergang vom Computer in die Realität einer Übersetzung aus dem Japanischen ins Italienische gleicht. Die Ingenieure erlebten im vergangenen Jahr ihren schlimmsten Alptraum, als der Hauptteil des Flugzeugs, der Flächenholm, der Belastung nicht standhielt und mitten durchgebrochen ist.

Die Konstruktion eines Solarflugzeuges dieser Größe (72m Spannweite) und des geringen Gewichts (2.400kg) ist eine unglaubliche Leistung, mit der die herkömmliche Flugzeugindustrie in ihrem Alltag nicht konfrontiert wird. „Der Bau eines zertifizierten Zivilflugzeugs kann zügig erfolgen und die anschließenden Testverfahren sind ohne große Bedeutung, da man bereits um seine Flugtauglichkeit weiß. Im Gegensatz dazu muss unser Prototyp zahlreiche Struktur- und Flugtests absolvieren, bevor er zertifiziert werden kann“, gibt David zu.

Solar Impulse verschiebt nicht nur die Grenzen dessen, was möglich ist, Solar Impulse beweist auch mit jedem Schritt, wie Innovation, Durchhaltevermögen und Vertrauen unsere normale Wahrnehmung der Welt hinterfragen.

Auf dem Fotos von links nach rechts: Paul Metzler, Yves Heller, David Oldani und Jens Menzel. David Oldani (oben).

Folgen Sie der Serie hier: "MAKING OF EINES SOLARFLUGZEUGS" 

During the last step of the Mission 2012 between Madrid and Payerne via Toulouse, many of you were the one day official photographer for Solar Impulse. The entire team was very touched about the interest many of you showed and the number of picture which was uploaded during this event. Believe me André and Bertrand had a hard time choosing the 2 winners, as the pictures were original and creative.

Congratulations to Olivier Rapin (picture on the left) and to Hakan Erbuke (picture below) who were chosen for their pictures. They will receive a Solar Impulse Cap, an official Team t-shirt and the HB-SIA’s book signed by the 2 pilots.

Have a look below to the 2 albums where you can find all the pictures taken during the contest.

Als ich vor zwei Monaten begonnen habe, bei Solar Impulse zu arbeiten, haben mich viele Menschen gefragt: „Wie kann das Flugzeug nachts fliegen?“ Es erscheint wie ein Wunder, ist aber tatsächlich nur ein einfaches Zusammenspiel von Physik und Energiemaximierung.

Wenn die HB-SIA auf der Startbahn bereit für den Abflug ist, sind die Batterien zur Sicherheit des Piloten typischerweise zu mindestens 50% mit Solarenergie geladen. Das Solarflugzeug fliegt für einen minimalen Energieverbrauch immer mit 25 Knoten (etwa 45km/h), außer beim Start und bei der Landung, wenn die Fluggeschwindigkeit zur besseren Manövrierbarkeit auf 30 Knoten (etwa 55km/h) erhöht wird. Der gesamte Flugzyklus dreht sich um Energiesparen und Energieoptimierung. Das Flugzeug verwendet im Prinzip elektrische und potentielle Energie. Elektrische Energie oder, um physikalisch korrekt zu sein, chemische Energie wird in den Batterien gesammelt. Potentielle Energie wird durch die Flughöhe des Flugzeuges gespeichert. Ein Fußball auf einem Hügel besitzt beispielsweise latente potentielle Energie. Sobald er einen kleinen Stoß erhält, rollt er hinunter und verwandelt die potentielle in kinetische Energie (Geschwindigkeit) und bleibt schließlich liegen, weil jede Bewegung in der Realität mit Verlusten verbunden ist. 

Damit das Solar Impulse Flugzeug mit der größtmöglichen Effizienz fliegen kann, muss es für ein optimales Gleichgewicht ständig mit der Energiespeicherung in der Höhe und in den Batterien spielen.

Aber was passiert nun wirklich während des Fluges? Sie konnten bereits die Funktionsweise des Energieproduktionszyklus in einem vorigen Artikel (Mit Sonnenlicht fliegen) nachlesen. Ich werde Ihnen nun auch anhand der Abbildung zeigen, was mit der HB-SIA tagsüber und nachts passiert

Tagsüber beginnt der Pilot langsam seinen Steigflug in höhere Flughöhen, wo die Atmosphäre dünner wird, um Turbulenzen und Wolkenbildung zu vermeiden. Es ist interessant, dass die Solargeneratoren in der Höhe mehr Energie umwandeln. Die Sonneneinstrahlung wird teilweise von der Erdatmosphäre absorbiert, bevor sie den Boden erreicht. Je höher die Solar Impulse steigt, desto mehr Sonnenenergie ist verfügbar und kann in den Batterien gespeichert werden. Die HB-SIA sollte  für eine größtmögliche Erzeugung von Solarenergie eigentlich im Weltall fliegen, aber das ist für heutige Verhältnisse noch ein wenig zu weit.

Wenn die Sonne langsam am Horizont verschwindet, sinkt natürlich die Kraft der Sonne. Sobald die Sonnenenergie nicht mehr ausreicht, um einen Horizontalflug sicherzustellen, reduziert der Pilot die Drehzahl und beginnt einen leichten Sinkflug (etwa 0,4m/s) auf eine geringere Nachtflughöhe von etwa 1.000 – 1.500 Meter. Auf seiner maximalen Flughöhe von 28.000ft (8.000m) kann der Prototyp etwa 4 – 5 Stunden gleiten, fast ohne elektrische Energie zu verbrauchen. Sobald lange nach Sonnenuntergang die geringste Flughöhe erreicht ist, kommen die von den Batterien angetriebenen Motoren zum Einsatz, die einen Horizontalflug bei einer Geschwindigkeit von 25 Knoten bis in den Morgen gewährleisten. Wenn die atemberaubenden Farben der Sonne am Horizont den Himmel erwärmen, kann das Flugzeug wieder seinen Steigflug beginnen und der Zyklus beginnt von Neuem.

Das Unglaublichste an diesem revolutionären Flugzeug ist, dass es ewig in die Unendlichkeit fliegen könnte, wenn es den menschlichen Aspekt der Piloten nicht gäbe. Wie wird also die Menschheit ewig? Nun, das ist eine andere Geschichte.