Crashtest mit einem Segelflugzeugrumpf

Forschungsarbeit des BMV, des LBA und des TÜV-Rheinland für Piloten

Der folgende Beitrag wurde in „AERO intern“ abgedruckt und
wird hier mit freundlicher Genehmigung des Verlages wieder gegeben.

Unfälle mit Segelflugzeugen und Motorseglern und deren fatale Auswirkungen werden von vielen Sportpiloten zwar sehr bedauert, aber mehr oder weniger als Schicksal hingenommen. Dieser Bericht zeigt, dass einiges unternommen wird, um das Schicksal etwas zu beeinflußen.

Vorbereitungen

Eine gewisse Anspannung herrscht unter den Anwesenden auf der Crashbahn des TÜV-Rheinland in Köln. Der Zeitpunkt des dritten praktischen Tests Anfang Januar 1998 rückt näher. Das Bundesministerium für Verkehr ist der Auftraggeber, das Luftfahrtbundesamt initiiert und begleitet die Vorhaben, der TÜV hat den Forschungsauftrag. Hunderte von Unfallakten wurden im Vorfeld noch einmal geprüft, um auffällige Schadensschwerpunkte und Konstruktionsschwachstellen an Segelflugzeugen und Motorseglern zu finden, die ausgemerzt werden können. Es soll sich nun zeigen, dass alle Überlegungen und Berechnungen richtig waren und die Arbeit sich gelohnt hat. Dipl.-lng. Helmut Fendt vom LBA und Dipl.-lng. Martin Sperber als Projektleiter vom TÜV müssen immer wieder den Vertretern der Medien Rede und Antwort stehen, zur Technologie der neuen Sicherheitsbauweise für Segelflugzeugrümpfe und zum Sinn des Versuches. In der Zwischenzeit sind alle Messpunkte mehrfach überprüft. Die grelle Beleuchtungsanlage und die Geschwindigkeitsanzeige arbeiten zuverlässig, aus allen Lagen wird fotografiert. Die Highspeed Kameras als unbestechliche Protokollanten stehen in Position. Hier soll nun eine Aufschlagsituation eines Segelflugzeuges unter 45° mit 70 km/h auf Grasboden simuliert werden.

Die neue Bauweise

Der durchgehend schwarze Testrumpf ist auf ein Fahrgestell montiert. Die dunkle Färbung lässt erkennen, dass andere, neue Materialien eingesetzt worden sind. Große Stahlgewichte am Tragflächenansatz erzeugen die Masse von 525 kg, das entspricht in etwa dem Fluggewicht eines Standardklassen-Segelflugzeuges. Der Rumpf, genauer gesagt, das Rumpfvorderteil einer Glasflügel Hornet, ist bis einen halben Meter hinter den Flügelansatz in der modernen Hybridbauweise aufgebaut. In der Originalform hat die Firma Glasfaser Flugzeugbau Jörg Streifeneder in Grabenstetten dieses Einzelstück hergestellt. Damit steht ein neutrales Flugzeugmuster zur Verfügung, das heute nicht mehr in der Produktion ist, aber dennoch schon eine moderne Auslegung des Cockpits hat. Bei der Hybridbauweise werden Kohle- und Dyneema-Gewebe in Epoxidharz gebettet. Die Lagen der Gewebe wollen sorgfältig überlegt sein. Neue Techniken zum Verkleben mussten entwickelt werden, denn diese Materialien lassen sich nicht ohne weiteres und so einfach wie GFK einlegen. Man hat bei den Kollegen des Formel 1 Rennsports etwas über den Zaun geschaut. Diese Hybridbauweise wird in den Rennwagen mit großem Erfolg eingesetzt. Die neuen Materialien haben sich schließlich bei den nicht wenigen, oft spektakulären Unfällen bestens bewährt.

Der Crash

Die Teststrecke wird geräumt, alles muss nun hinter einen Sicherheitszaun zurücktreten. Warnlampen leuchten auf, ein Signalhorn ertönt. Der Count-Down wird gezählt, bei Null ist ein immer lauter werdendes Rollgeräusch zu hören, der Rumpf saust auf dem Fahrgestell heran. Zwei Meter vor einem Container, der mit gestampfter Erde und Grasboden gefüllt ist, klinkt die Antriebskette aus. Der Rumpf mit den Gewichten bohrt sich mit einem lauten Knall tief in die Erde. Erdbrocken fliegen herum, die Aufprallenergie ist so groß, dass auch gleich eine Neonröhre von der Decke mit abgeschossen wird.
Exakt 70 km/h stehen auf der Geschwindigkeitsanzeige, dann herrscht Ruhe. Und es zeigt sich das absolut verblüffende Ergebnis:
Dort, wo normalerweise der Pilot sitzt, ist fast nichts passiert! Die Füße wären 20 Zentimeter zurückgeschoben worden und das war es! Der Pilot hätte bei einem Landeunfall mit diesem neuen Cockpit einen fast unbeschädigten Überlebensraum gehabt! Das ist unglaublich, denn Bilder von zurückliegenden Tests mit GFK-Rümpfen und besonders von Unfällen dokumentieren etwas ganz anderes. Bis zum Flügelansatz ist bei den herkömmlichen Glasfiberrümpfen und dieser Aufschlagsituation das Cockpit oft nur noch zu erahnen.

Fazit

Crashtest mit einem Hornet-RumpfMit vereinten Kräften wird der Rumpf aus dem Dreck gezogen, er steckt 92 Zentimeter tief im Erdreich. Jetzt sind alle Verformungen deutlich zu sehen. Die vorderste Rumpfspitze hat sich gelöst und ist um 30 cm nach innen gewandert, an der Rumpfunterseite sind rechts und links auf einer Länge von 30 cm Einbuchtungen. Das erzeugt bei den Herren Sperber und Fendt leichte Wolken auf der Stirn. Verwöhnt durch einen vorherigen Versuch im Mai 1996 erwarteten sie nicht solche Beschädigungen. Der Testvorläufer dieses Hornetrumpfes hatte aber 6 mm Wanddicke und 40 kg Übergewicht im Cockpitbereich und war somit für eine Serienfertigung nicht akzeptabel. Damals markierte sich nach 130 Zentimetern Eindringtiefe in das Erdreich nur ein zufällig verlaufender Stahlträger in der Rumpfspitze, ansonsten waren keine größeren Beschädigungen sichtbar! Ein heute bauüblicher GFK-Rumpf drückt die Grasnarbe gerade einmal 13 am tief ein, um dann zu zerplatzen. Der nun getestete, abgespeckte gleiche Rumpf weist noch Wanddicken von 1,5 mm auf und das Baugewicht ist um 2 kg geringer als das Gewicht eines GFK Serienrumpfes.
Die Experten kommen nach erster Einschätzung trotz der Wolken auf der Stirn zu der Überzeugung: Bei einer korrekten Position der Anschnallgurte und einer kräftigen Kopfstütze hätte der Pilot eine sehr gute Überlebenschance gehabt! Die mittlere g-Belastung durch die Verzögerung lag bei etwa 16,5 g.
Zum Vergleich: Die Autoindustrie crasht mit maximal 50 bis 56 km/h, 30 bis 35 g werden erreicht und das hält man dort bei einem geeigneten Rückhaltesystem für überlebbar. Die oft skurrilen Trümmerhaufen mit stark eingeengter Fahrgastzelle nach einem Aufprall, trotz großer Knautschzonen zum Energieabbau, sind wohl jedem bekannt. Ein Hybridcockpit dagegen ist ein Überlebensraum aus einer anderen Welt.

Der Sinn des Versuches

Allein im Bereich der europäischen Union sind 20.000 Segelflugzeuge und Motorsegler registriert. Etwa 60.000 Piloten sind Inhaber der entsprechenden Lizenzen. Es gilt also, für eine beträchtliche Anzahl von Piloten und Luftfahrzeuginsassen einen wirksamen Schutz zu entwickeln. DerTÜV-Rheinland fuhr erste Versuchsreihen, auch im Freiland, im Jahr 1987.
Dr. Antony M. Segal crashte dann in England im Oktober 1988 auf eigene Kosten (!) den Rumpf einer Standard Libelle. Mr. Segal war auch im Januar in Köln bei dem Test dabei. Er war hochzufrieden und regelrecht glücklich, dass die Ergebnisse der geleisteten Forschungsarbeit so positiv waren. Immerhin hat er auch als einer der ersten den Grundstein für die intensiven Sicherheitsuntersuchungen an Segelflugzeugen gelegt. Die Bilder zeigten damals schon schockierende Ergebnisse für die Kunststoffbauweise in Glasfiber. Von einem Schutz der Insassen konnte nur wenig die Rede sein. Das können auch Piloten bestätigen, die einmal einen Absturz mit ansehen mussten oder gar einen überlebt haben. Die Sicherheitsaspekte für den Fall der harten Bodenberührung sind bei der Konstruktion der Zellen in der Vergangenheit oft wenig berücksichtigt worden. Man wusste es auch nicht besser und einiges hat sich ja schon getan. Nun aber werden neue Massstäbe gesetzt und alle Neuentwicklungen müssen sich daran messen. Der Pilot eines Segelflugzeuges sitzt schließlich genau in dem Bereich, der bei einem Auto die Crashzone darstellen würde. Oder noch drastischer ausgedrückt:
Der Körper des Piloten war bisher die Crashzone!

Das ist Fakt

Unfallstatistiken für Segelflugzeuge und Motorsegler zeigen, dass die Ursachen, die zu den meisten Unfällen geführt haben, zu etwa 80 % in niedriger Flughöhe auftraten. Im Jahr 1997 hat es 22 Tote und 34 Schwerverletzte während des Betriebes mit deutsch zugelassenen Segelflugzeugen und Motorseglern gegeben. Es blieb den Piloten oft keine Zeit oder sie hatten nicht mehr genügend Höhe zum Aussteigen mit dem Fallschirm. Gesamtrettungssysteme mit einem Schirm in der Art, wie sie bis jetzt bekannt sind, hätten auch nicht viel genutzt, denn die Öffnungszeiten sind zu lang. Der Verfasser dieses Berichtes sah im Verlauf der Jahre die Trümmer von sechs abgestürzten Kunststoffseglern verschiedener Hersteller, drei Aufschläge als unmittelbarer Augenzeuge. Alle sechs Piloten kamen ums Leben. Fünf davon könnten noch leben oder sie wären nur verletzt worden, wenn die Piloten in einem Hybridcockpit gesessen hätten! Denn diese Fünf erlebten ihr Desaster in Bodennähe bei relativ geringen Geschwindigkeiten.

Kombinieren, optimieren

Es sind Rettungssysteme an der Fachhochschule in Aachen in der Entwicklung, die die Verzögerung der Schirmöffnung mit berücksichtigen. Aber trotzdem ist eine Kombination von Sicherheitscockpit und Pilotenrettungssystem wohl die optimale Lösung. Zumal die Mehrkosten z. B. für ein Sicherheitscockpit sich mit ca. 3.000 Euro in einem absolut vertretbaren Rahmen halten. Es sind bei der Hybridbauweise keine zusätzlichen Einbauten erforderlich. Sehr viel wird durch einen kräftigen Gurt erreicht, der unter dem Haubenrand verläuft und bis in die Rumpfspitze reicht. . Es genügt eine optimierte Ausformung von bisher verwendeten Bauteilen, wie z. B. dem Spant für den Steuerknüppel oder dem Fahrwerksschacht um erstaunliche Ergebnisse zu erzielen.
Die Crew des TÜV und des LBA wird noch weiter an diesen Details feilen. Es soll zumindest eine kleine Crashzone vor und auch unter dem Piloten geschaffen werden, denn nicht alle abgestürzten Maschinen schlugen mit der Rumpfspitze zuerst auf. Dämpfungselemente für die Sitzschale sind in der Entwicklung.
Simpel erscheinende Dinge verhüten Schlimmes:
Richtiges Anschnallen mit korrektem Sitz des Beckengurtes ist sehr wichtig. Der Beckengurt muss zuerst stramm angezogen werden, die Schultergurte können relativ locker bleiben. Ein Fünfpunktgurt ist  wahrscheinlich von Nachteil, weil durch das gewaltsame Vorrutschen des Piloten Weichteilverletzungen entstehen.
Dicke und weiche Kissen erzeugen bei einem Unfall schwerere Verletzungen, als kein Kissen! Eine gute Kopfstütze, die den Namen auch verdient, muss unbedingt vorhanden sein. Auch so etwas wird in den Versuchsreihen des BMV und des TÜV erkannt.

Der Kunde bestimmt

Das Team des TÜV und des LBA will und wird das maximal Mögliche in der Hybridbauweise erreichen. Aber auch so hat die Zukunft für den Bau von sicheren Segelflugzeugen bereits begonnen. Durchsetzen wird die Sicherheitsbauweise sich dann sehr schnell, wenn die Käufer von Segelflugzeugen und Motorseglern vom Hersteller dieses verlangen und bereit sind, einen etwas höheren Preis zu zahlen. Ein Navigationsrechner ist erheblich teurer, als die Mehrkosten für die Hybridbauweise ausmachen. Und wenn die Ergebnisse der Versuche in die europäischen Bauvorschriften JAR 22 einfließen und das ist so vorgesehen, dann werden die Mehrkosten sowieso umgelegt.

Aber so lange würde ich um den Preis der persönlichen Sicherheit nicht warten!

Alfred Lüdemann

 

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