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Dipl. Flugzeugtechniker/in HF

Entwicklung eines Prüfstandes für den Pratt & Whitney Motor

Zusammenfassung Diplomarbeit Dipl. Techniker HF Flugzeugtechnik
Oktober 2019

Die Ju-52 der Junkers Flugzeugwerke (JFW) ist aktuell mit dem BMW-Sternmotor des Typs 132A ausgestattet. Da BMW den Bau im Jahr 1944 eingestellt hatte, sind keine Ersatzteile mehr verfügbar. Dadurch wurde auch der Aufwand für einen längerfristigen Betrieb der BMW-Motoren von Jahr zu Jahr grösser und teurer. Die JFW hat sich deshalb entschieden, den BMW 132A durch einen Pratt & Whitney «Wasp»-Sternmotor des Typs R-1340 zu ersetzen. Im Rahmen der Diplomarbeit zum Dipl. Techniker HF Flugzeugtechnik wurde das Thema «Entwicklung eines Prüfstandes für den Pratt & Whitney Motor» mit der JFW als Auftraggeberin erarbeitet.

04. November 2019
Claudio Hecker
Diese Arbeit hat zum Ziel, ein Konzept für ein Test Rig für den Pratt & Whitney Motor zu entwerfen. Sinn und Zweck dieses Konzepts ist, dass der R-1340 Motor mit den Flugzeugsystemen der Ju-52 kompatibel ist. Als Hauptziel des Prüfstandes wird festgelegt, dass Probleme zwischen den Flugzeugsystemen und dem Motor analysiert und aufgezeichnet werden können. Für die Zielerreichung müssen genaue Anforderungen für die Flugzeugsysteme vorliegen, um sie in den Prüfstand integrieren zu können. Beim Endergebnis müssen alle nötigen Systeme, um einen Motor betreiben zu können, integriert sein und verschiedene Propeller sollen auf die Nabe beziehungsweise dem Test Rig montiert werden können.
Die Motoren sind nahezu baugleich. Der grosse Unterschied ist, dass der Pratt & Whitney R-1340 Motor im Durchmesser und der Länge kleiner ist. Dies wirkt sich auf den Hubraum aus, wobei der Pratt & Whitney R-1340 weniger Hubraum als der BMW 132 A hat. Der Pratt & Whitney R-1340 hat wegen dem kleineren Hubraum auch weniger Leistung.
1/6 Die Motoren sind nahezu baugleich. Der grosse Unterschied ist, dass der Pratt & Whitney R-1340 Motor im Durchmesser und der Länge kleiner ist. Dies wirkt sich auf den Hubraum aus, wobei der Pratt & Whitney R-1340 weniger Hubraum als der BMW 132 A hat. Der Pratt & Whitney R-1340 hat wegen dem kleineren Hubraum auch weniger Leistung.
Um erste Lösungsansätze zu finden, wurde über mehrere Tage ein Brainstorming durchgeführt. Dabei sind viele verschiedene Ideen über die Bodenverankerung, die Verbindungen, das Material, die Motoransteuerung usw. zu einem Mindmap zusammengetragen worden.
2/6 Um erste Lösungsansätze zu finden, wurde über mehrere Tage ein Brainstorming durchgeführt. Dabei sind viele verschiedene Ideen über die Bodenverankerung, die Verbindungen, das Material, die Motoransteuerung usw. zu einem Mindmap zusammengetragen worden.
Mit dem vorherigen Mindmap ist ein morphologischer Kasten erstellt worden, welcher zwei verschiedene Lösungswege aufzeigt. Diese Methode wurde zweimal angewendet, um zwei verschiedene Lösungsvarianten zu erhalten. Die Lösungsvariante 2 wurde wegen der einfacheren Dreieck-Konstruktion und der Verbindungsart Schweissen gewählt.
3/6 Mit dem vorherigen Mindmap ist ein morphologischer Kasten erstellt worden, welcher zwei verschiedene Lösungswege aufzeigt. Diese Methode wurde zweimal angewendet, um zwei verschiedene Lösungsvarianten zu erhalten. Die Lösungsvariante 2 wurde wegen der einfacheren Dreieck-Konstruktion und der Verbindungsart Schweissen gewählt.
Das Test Rig soll die entstehenden Kräfte des Motors aufnehmen und in die Bodenverankerung ableiten. Dazu wird das Test Rig aus einer Primärstruktur und einer Sekundärstruktur erstellt. Mit der Primärstruktur wird die Kraft abgeleitet, während die Sekundärstruktur die verschiedenen Systeme tragen muss. Um das Test Rig richtig auslegen zu können, wird der Lastfall beim Start des Flugzeugs angenommen. Dabei wird dem Motor die gesamte Leistung abgerufen, welche über das Test Rig abgeführt werden muss.
4/6 Das Test Rig soll die entstehenden Kräfte des Motors aufnehmen und in die Bodenverankerung ableiten. Dazu wird das Test Rig aus einer Primärstruktur und einer Sekundärstruktur erstellt. Mit der Primärstruktur wird die Kraft abgeleitet, während die Sekundärstruktur die verschiedenen Systeme tragen muss. Um das Test Rig richtig auslegen zu können, wird der Lastfall beim Start des Flugzeugs angenommen. Dabei wird dem Motor die gesamte Leistung abgerufen, welche über das Test Rig abgeführt werden muss.
Das Test Rig wird im vorhandenen Testraum mit acht Schrauben installiert. Im hinteren Teil des Bodens des Testraumes befindet sich ein grosser Hauptkabelschacht. Dieser kann für die Datenleitungen der Messsysteme, Stromversorgung und Ansteuerung des Motors verwendet werden. In Flugrichtung links ist der Kontrollraum mit einer Glasscheibe versehen. Hinter der Glasscheibe im Testraum befinden sich 6 Paar Prüfklemmen, die in den Kontrollraum führen. Zudem sind noch diverse Stromversorgungsanschlüsse vorhanden, die für den Testbetrieb genutzt werden können. Um das Test Rig auf dem Boden zu verankern, sind bereits 8 Verankerungspunkte mit Gewinden einbetoniert.
5/6 Das Test Rig wird im vorhandenen Testraum mit acht Schrauben installiert. Im hinteren Teil des Bodens des Testraumes befindet sich ein grosser Hauptkabelschacht. Dieser kann für die Datenleitungen der Messsysteme, Stromversorgung und Ansteuerung des Motors verwendet werden. In Flugrichtung links ist der Kontrollraum mit einer Glasscheibe versehen. Hinter der Glasscheibe im Testraum befinden sich 6 Paar Prüfklemmen, die in den Kontrollraum führen. Zudem sind noch diverse Stromversorgungsanschlüsse vorhanden, die für den Testbetrieb genutzt werden können. Um das Test Rig auf dem Boden zu verankern, sind bereits 8 Verankerungspunkte mit Gewinden einbetoniert.
Für die Beurteilung des Projekts wurde die Methodik der SWOT-Analyse angewendet. Diese gibt einen Überblick über die relevanten Chancen und Risiken sowie Stärken und Schwächen des Projekts. Ziel war, die Machbarkeit des Projekts zu analysieren. 

Die Auswertung hat gezeigt, dass bei der erarbeiteten Lösungsvariante alle nötigen Systeme in das Test Rig integriert und verschiedene Luftschrauben getestet werden können.
6/6 Für die Beurteilung des Projekts wurde die Methodik der SWOT-Analyse angewendet. Diese gibt einen Überblick über die relevanten Chancen und Risiken sowie Stärken und Schwächen des Projekts. Ziel war, die Machbarkeit des Projekts zu analysieren.

Die Auswertung hat gezeigt, dass bei der erarbeiteten Lösungsvariante alle nötigen Systeme in das Test Rig integriert und verschiedene Luftschrauben getestet werden können.
Die Motoren sind nahezu baugleich. Der grosse Unterschied ist, dass der Pratt & Whitney R-1340 Motor im Durchmesser und der Länge kleiner ist. Dies wirkt sich auf den Hubraum aus, wobei der Pratt & Whitney R-1340 weniger Hubraum als der BMW 132 A hat. Der Pratt & Whitney R-1340 hat wegen dem kleineren Hubraum auch weniger Leistung.
Um erste Lösungsansätze zu finden, wurde über mehrere Tage ein Brainstorming durchgeführt. Dabei sind viele verschiedene Ideen über die Bodenverankerung, die Verbindungen, das Material, die Motoransteuerung usw. zu einem Mindmap zusammengetragen worden.
Mit dem vorherigen Mindmap ist ein morphologischer Kasten erstellt worden, welcher zwei verschiedene Lösungswege aufzeigt. Diese Methode wurde zweimal angewendet, um zwei verschiedene Lösungsvarianten zu erhalten. Die Lösungsvariante 2 wurde wegen der einfacheren Dreieck-Konstruktion und der Verbindungsart Schweissen gewählt.
Das Test Rig soll die entstehenden Kräfte des Motors aufnehmen und in die Bodenverankerung ableiten. Dazu wird das Test Rig aus einer Primärstruktur und einer Sekundärstruktur erstellt. Mit der Primärstruktur wird die Kraft abgeleitet, während die Sekundärstruktur die verschiedenen Systeme tragen muss. Um das Test Rig richtig auslegen zu können, wird der Lastfall beim Start des Flugzeugs angenommen. Dabei wird dem Motor die gesamte Leistung abgerufen, welche über das Test Rig abgeführt werden muss.
Das Test Rig wird im vorhandenen Testraum mit acht Schrauben installiert. Im hinteren Teil des Bodens des Testraumes befindet sich ein grosser Hauptkabelschacht. Dieser kann für die Datenleitungen der Messsysteme, Stromversorgung und Ansteuerung des Motors verwendet werden. In Flugrichtung links ist der Kontrollraum mit einer Glasscheibe versehen. Hinter der Glasscheibe im Testraum befinden sich 6 Paar Prüfklemmen, die in den Kontrollraum führen. Zudem sind noch diverse Stromversorgungsanschlüsse vorhanden, die für den Testbetrieb genutzt werden können. Um das Test Rig auf dem Boden zu verankern, sind bereits 8 Verankerungspunkte mit Gewinden einbetoniert.
Für die Beurteilung des Projekts wurde die Methodik der SWOT-Analyse angewendet. Diese gibt einen Überblick über die relevanten Chancen und Risiken sowie Stärken und Schwächen des Projekts. Ziel war, die Machbarkeit des Projekts zu analysieren. 

Die Auswertung hat gezeigt, dass bei der erarbeiteten Lösungsvariante alle nötigen Systeme in das Test Rig integriert und verschiedene Luftschrauben getestet werden können.
Dieses Konzept ist somit fertig entwickelt und kann der JFW vorgestellt werden. Für die JFW stellt das Konzept eine Grundlage dar, ob es weiterverfolgt oder abgeändert werden soll.
Claudio Hecker In meiner aktuellen Tätigkeit als Short Term Planning Engineer bin ich für die Planung der Wartungs- und Reparaturarbeiten sowie Komponentenwechsel für die Langstreckenflotte der SWISS International Air Lines verantwortlich. Ich arbeite in einem internationalen Umfeld mit ausgeprägtem Kundenfokus und hohem Qualitäts- und Sicherheitsanspruch.
Bildergalerie In meiner Bildergalerie stelle ich meine Diplomarbeit von der Ideenfindung bis zum Projektergebnis vor.

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