Umbau DG300 zur GG300

Planung

Als ganz frischer Scheininhaber hat mich ein Vereinskammerad zu einem Streckenflug „mitgeschliffen“. Er in seinem Ventus CM, ich in meiner DG300. Es war ein schöner Tag und es ging zunächst gut und natürlich war ich noch nicht mal näherungsweise so gut wie er (er ist wohl der beste Pilot im Verein), so dass er immer wieder warten mußte. Irgendwann, ~150km vom heimischen Platz weg hat er den einen und den anderen Bart ausgelassen „...da kommt was besseres...“ während ich anfing zu jammern, ob wir nicht doch einkreisen sollten. Noch etwas später, vielleicht 400m über Grund hat er ohne Vorwarnung seinen Klappi ausgefahren. Ich muß zugeben, ich konnte es nicht fassen und hätte mir am liebsten gewünscht der Knopf auf dem Knüppel wäre nicht für den Funk, sondern für die Bordkanonen zuständig. Die Platzfrequenz von Bad Kissingen habe ich schon gerastet, hatte mich dann aber doch noch irgendwie rausgewühlt. Werner hat gewartet und am Ende war es doch noch der längste Flug geworden, den ich bis dato gemacht habe (340km).

Ich weiß auch noch ganz genau, wann die endgültige Entscheidung für einen Klappi fiel. Ich wollte bei einem Wettbewerb in eine vorher als „die beste verfügbare“ seid langem ausersehene Wiese rein. Diese hatte erst „über der Schwelle“ offenbart, daß sie quer zur „Landerichtung“ einen ca. 50 cm hohen Aufwurf auf der gesamten Breite hat. Also, Adrenalinschub, Puls 180, Fahrwerk, Klappen eingefahren, Luft angehalten und sofort hinter dem Aufwurf alles wieder raus. Sofort aufgesetzt, aber viel Platz war da nicht mehr.. bevor die Bäume kamen mußte ich noch einen Ringelpietz machen. Als es endlich „leise“ wurde, hatte ich erstmal ein paar Minuten gebraucht um meinen Puls wieder runter zu bekommen.......

Später hatte ich dann noch eine Außenlandung, die nicht ohne Blessuren am Bauch der armen DG ausgegangen ist. Ich habe zunächst spaßeshalber angefangen die Möglichkeiten des Umbaus zu prüfen.

Stets im Kontakt mit dem suuuuper freundlichen Herrn Blume vom LBA habe ich mir die JAR 22 besorgt und angefangen diese auszuwerten. Wenn es sich um einen nicht eigenstartfähigen Motorsegler handelt sind die Nachweise verhältnismäßig einfach. Der große Brocken ist die Festigkeitsprüfung am umgebauten Rumpf.

Zusammen mit Fritz (danke) habe ich meinen DG Rumpf Punkt für Punkt ausgemessen, nachdem sich herausgestellt hat, dass die von DG gelieferten Zeichnungen bestenfalls als Skizzen zu betrachten sind. Als Motor kam für mich nur der weit verbreitete 2350 in Frage. Von Solo habe ich Zeichnungen erstanden, die wie sich im Nachhinein herausgestellt hat recht genau waren. Im 3D habe ich den Rumpf und das Triebwerk nachgebildet. Der DG Rumpf ist sehr eng, viel enger als z.B. der vom Discus. Eine einfache Mechanik wie die beim Discus wäre hier unmöglich, außer man würde einen Quasimodobuckel in Kauf nehmen wie ihn z.B. die DG600 hat.

Planung im 3D CAD, Motor ausgefahren

Nach etlichen Sackgassen war ich schon kurz davor alles aufzugeben der Motor wollte einfach nicht in den Rumpf passen. Am Ende war ich dann aber wohl im „Ingenieurstolz“ gekränkt und habe weitergemacht.. Letztendlich habe ich doch noch eine Lösung gefunden: der Motor wird nicht wie beim Discus um nur eine Achse 160° geschwenkt, sondern an zwei Gelenken um je ca. 85° „gecknickt“.

Planung im 3D, Motor in Mittelstellung

Was mich bei allen Klapptriebwerk - Motorseglern gestört hat, war die lange Prozedur zum Anlassen: Ausfahren, Zündung, Benzinpumpe, Primern, Deko ziehen, Fahrt aufnehmen, Deko bei richtiger Drehzahl loslassen, etc. sind viel zu viele Bedienschritte, die alle in der richtigen Reihenfolge bedient sein wollen, gerade wenn der Adrenalinspiegel sowieso schon hoch ist.

Weil ich den Motor auch selbst anlassen will, sollte die ganze Lösung doch eher „Idiotensicher“ sein J

Der Einfahrvorgang selbst ist dann nicht so wichtig da man hierfür quasi unbegrenzt Zeit hat, doch sollte dieser nach Möglichkeit auch automatisch sein. Deswegen habe ich als Propeller den Oehler – Faltpropeller gewählt. Dies hatte auch den Vorteil, dass ich die Lärmwerte vom Discus übernehmen durfte und diese nicht explizit noch nachweisen musste..

Um immer noch einen Rückzieher machen zu können, habe ich zunächst ein ca. 1,5m langes Rumpfstück bei AMS (früher ELAN) gekauft und in der Werkstatt alles ausprobiert.

Versuchsläufe noch in der Werkstatt mit Rumpfhälfte

Hier ein kleiner Film: http://www.drgaida.de/Entwicklung%20GG300-Dateien/Klappt.mpg

Die Bedienung erfolgt mit Hilfe von drei direkt untereinander liegender Schalter (Ein, Zündung, Brandhahn). Wegen der Vorgaben in der JAR durften es nicht weniger sein.

Elektronik mit den drei Schaltern

Zum Triebwerkstart werden alle drei Schalter in beliebiger Reihenfolge nach unten umgelegt. Die Elektronik besteht im wesentlichen aus einem elektronischen Drehzahlmesser, bei dem bestimmte Drehzahlen abgegriffen werden können, sie steuert die folgenden Funktionen vollautomatisch:

Ausfahrvorgang:

- Motorraumklappen öffnen (Pneumatikzylinder Größe einer halben Zigarettenschachtel)

- Motor ausfahren

- Deko ziehen (streichholzschachtelgroßer Pneumatikzylinder)

- Benzinhahn auf

- Zündung an

- Benzinpumpe an

Bei Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl wird die Deko automatisch geschlossen. Sollte das Triebwerk nicht anspringen muß nur ein Deko-Reset stattfinden (Brandhahn - Schalter betätigen). Die Drehzahl wird mittels eines aus 40 blauen LED´s bestehenden Leuchtbandes am oberen Rand des Pilzes angezeigt. Zusätzlich wird die Betriebsbereitschaft, die Deko und die Stellung des Motors mit LED´s angezeigt.

Das Einfahren erfolgt ebenso unspektakulär: alle Schalter werden wieder umgelegt. Damit wird sofort die Zündung kurz- und der Brandhahn geschlossen Das Triebwerk fährt zunächst in eine Position, in der der Propeller waagerecht steht. Hier wird der Prop vor dem Windmühleneffekt geschützt und bleibt so schneller stehen. Sobald die Drehzahl = 0 ist, fährt das Triebwerk vollständig ein. Alle Funktionen werden pneumatisch betätigt. Ein kleiner Kompressor (250g) pumpt einen 6l Lufttank (CFK 1,6kg) auf. Dies macht es möglich die elektrische Leistung sehr gering zu halten und trotzdem eine große Energie in sehr kurzer Zeit abrufen zu können. Im Prinzip könnte das Triebwerk innerhalb von weniger als 2 Sekunden ausfahren, die Pneumatik wurde aber entsprechend gedämpft, damit der Vorgang nicht so dynamisch erfolgt. Durch das Ausfahren des Triebwerkes sinkt der Luftdruck im Tank nur um 1 bar. Die Mechanik fährt bereits ab 3bar. Der Nenndruck wurde auf 7bar eingestellt, alle Teile sind auf mindestens 10bar ausgelegt. Gesteuert wird die Druckluft durch kleinste Magnetventile. Eines wiegt keine 50g und hat eine Leistung von unter 1W!

Die Sicherheit ist auch gewährleistet: sobald die Spannung, oder die Pneumatik ausfällt während das Triebwerk außerhalb des Rumpfes ist, wird die Zündung und die Benzinversorgung unterbrochen, das Triebwerk fährt in die Position, in der es keinen Schaden anrichten kann und den Luftstrom wenig stört: Propeller waagerecht.

Als alle Funktionen auf der Werkbank gewährleistet waren, ist die Entscheidung endgültig gefallen das Flugzeug tatsächlich umzubauen. Erst zu diesem Zeitpunkt habe ich mich mit anderen Piloten unterhalten und habe das Projekt „veröffentlicht“.

Sehr große Hilfe habe ich dann vom BWLV erhalten: Herr Birkhold hatte mir eine Liste der entsprechenden Prüfer zukommen lassen und nach gar nicht langer Suche hatte sich auch jemand FREIWILLIG bereiterklärt mein Projekt zu begleiten: Bernd Henkelmann.

Schnitt

An dieser Stelle möchte ich jeden warnen, der an Ähnliches herangeht: es gibt leider auch Zeitgenossen, die die ohnehin schon reichlich vorhandenen eigenen Zweifel noch schüren; traurig aber wahr, musste ich auch erleben, dass es auch einen Neider gab, der das Projekt zunächst auslachte um später Stolpersteine einzubauenL.

Als die Saison 2004 nahezu zu Ende war, habe ich den Rumpf aufgeschnitten. Es gab zig Freiwillige, die unbedingt dabeisein wollten. Aber das kam gar nicht in Frage, das war auch so schon schwer genug. Der große Tag war ein Samstag in der heimischen Garage. Drei Mal musste ich die Säge anschmeißen und wieder ausschalten, bevor ich den Mut zum Schnitt zusammenbrachte. Das war eine ganz schwere Entscheidung, das Gelcoat, dass ich in Hunderten von Stunden poliert und geschwabbelt habe, „mutwillig“ zu zerstören. Als aber der erste Kratzer drin war, gab es kein zurück mehr und die Flex hat den Schnitt ganz schnell ausgeführt. Ich habe ein ganz dünnes Sägeblatt benutzt (2mm) um die „Reste“ als Motorraumklappen benutzen zu können.

Anzeichnen der Schnittlinie

Schnitt mit 2mm Flex – Trennscheibe, Kurven mit Stichsäge

Als nächstes folgte die unangenehmste Arbeit des ganzen Projektes: einen ganzen Tag lang habe ich die Rumpfverstärkungen in dem Bereich rausgeschliffen, wo der Motor seinen Platz finden sollte. Danach hat mich selbst meine Tochter nicht mehr erkannt. Stellenweise war das eingedickte Harz zwischen Rumpfschale und Verstärkungsrippen bis zu 8mm dick! Die Staubschicht die sich auf dem Flugzeug, in der Garage und vor allem auf mir verteilt hatte, besaß nachher in etwa die gleiche Dicke.

Point of no return. Loch ist drin!

Sofort nach dem Saubermachen habe ich probeweise die Mimik in den Rumpf gehalten und es passte tatsächlich immer noch!

Flicken

Zunächst aus Schaum habe ich die Motorkastenseitenwände angefertigt, diese anschließend mit je zwei Lagen 300g/m² CFK Gewebe verstärkt und andere kleinere Arbeiten wie z.B. den Tankstutzen einzukleben erledigt.

Einpassen der Motorkastenwände

Motorraumverstärkung

Die Werkstatt des BWLV auf dem Hornberg habe ich schon mal benutzt, als ich meinen damaligen Hänger lackiert habe. Die Voraussetzungen und die Hilfsbereitschaft von Hans Hörber sind einfach genial! Vielen, vielen Dank! Der Preis ist zudem auch sehr moderat. Ich habe die Werkstatt für einen Tag gemietet und habe am frühen Nachmittag mit dem Reinigen des Rumpfes angefangen.

Auf dem Hornberg

Als nächstes wurde der Rumpf auf den Kopf gestellt, damit die entlang der Aussparung anzubringenden CFK – Stringer auch liegen bleiben würden. Weil der Hornberg recht weit von mir, mitten in der „Pampa“ liegt, wollte ich die Arbeiten auf einmal erledigen. Folglich erfolgte auch der Rest auf den Knien.

Vor dem Laminieren

Die ersten beiden Stringer entlang der Öffnung, rechts der Tankstutzen

Längsrippe naß in naß auf Stringerschicht

Fertiger Motorkasten noch mit Abreißgewebe

Es waren 12 Stunden fast ununterbrochen auf den Knien und „über Kopf“ arbeiten. Zudem ist der Ausschnitt sehr eng, so dass ein nicht unerheblicher Teil des Harzes auf meinem Kopf und Overall gelandet ist. Der Friseur hat sich vor Lachen nicht mehr einkriegen können und meine Frau hat den Overall mehrfach gebrochen beim Reindrücken in die Waschmaschine.

Nach dem einharzen der Stringer wurden die Seitenwände des Motorkastens „naß in naß“ geharzt und mit CFK – Matten an den Rumpf gebunden. Anschließend habe ich noch den Bereich um den Tankstutzen herum und den Bereich an dem der Rahmen der Motormimik befestigt wird, verstärkt.

Motorkastenwand eingelegt

Lange Rede kurzer Sinn: um drei Uhr morgens wurde ich fertig und konnte endlich ins Bett im „Hornberger Hotel“. Am frühen Morgen kam der Rumpf in die Klimakammer zum Tempern. Irgendwann am Nachmittag „durften“ wir (Jacky und ich) nach Hause.

Festigkeitsprüfung

Der größte Brocken der Nachweise war die Festigkeitsprüfung des geänderten Rumpfes. Die Werte der Kräfte die dabei auf den Rumpf aufzubringen sind habe ich bei DG erstanden. Eigens für die Prüfung habe ich ein Gestell ausgelegt und die Teile entsprechend zugesägt. Rudi Lenk war der freundliche Helfer, der es mir geschweißt hat.

Bei der Prüfung wird das Gestell am Boden verdübelt und der Rumpf an den Querkraftbolzen im Gestell aufgenommen. Als erstes erfolgte die Steifigkeitsprüfung. Auf den Rumpf werden schrittweise seitliche, bzw. senkrechte Kräfte im Bereich der Seitenruderflosse aufgebracht und dabei die Torsion bzw. Durchbiegung gemessen. Diese Messung, die mit verhältnismäßig kleinen Kräften erfolgt (~1000N) wird am geänderten und am ungeänderten Rumpf einer originalen DG300 durchgeführt um einen Vergleich „vorher/nachher“ zu ermöglichen.

Jacky Daniels eingespannt zur Messung

Anschließend werden auf den geänderten Rumpf Lasten aufgebracht, die der tatsächlichen Belastung entsprechen (mehrere Tausend N). Hierbei haben mir einige Piloten geholfen, tausend Dank dafür! Rolf Dobler, Matthias Thoma und Werner Ehrler waren sich alle nicht zu fein dazu mir zu helfen, auch nicht um als Ballast „missbraucht“ zu werden. Auch Rudi half beim Einspannen der Flugzeuge in das Gestell.

Die bei der Prüfung entstehenden Verformungen sind beeindruckend, um nicht zu sagen Angst einflößend. Wann sieht man sonst, wie sich eine Rumpfröhre allein im Bereich hinter dem Motorkasten um geschätzte 30cm verbiegt? Interessanterweise war die Durchbiegung im Bereich des Motorkastens kaum messbar: <1mm. Der geänderte Rumpf hat sich sogar als einiges steifer als der originale herausgestellt.

Alle Messungen fanden erfolgreich im Prüferbeisein statt. Hier ein dicker Dank an Bernd Henkelmann, der einige seiner Samstage für mein Projekt geopfert hat. Als diese Prüfungen fertig waren konnte ich endlich den geschundenen Rumpf wieder „schön“ machen und an die Montage gehen.

Vergleichsmessung am ungeänderten Rumpf

Montage

Das ist ganz sicher der Part der, außer der CAD Konstruktion, am meisten Spaß gemacht hat: schöne, saubere Arbeit in der warmen heimischen Garage. Man macht nichts „kaputt“ sondern installiert alles. Umgekehrt war das ganz sicher der Part den ich vom Zeitaufwand am meisten unterschätzt habe. Während ich vor den überraschend schnell erledigten GFK Arbeiten am Rumpf sehr angenehm überrascht war, zog sich die Montage doch sehr lange hin. Als Beispiel habe ich alleine für das Abschleifen, Harzen, Ausrichten und Einpassen der Klappen und der Scharniere mindestens 80h gebraucht.

Einpassen der Klappen

Klappen und Propellerabweiser fertig

Markierung der Scharnierposition

Cockpit mit Drehzahlmesser und Kontrollleuchten

Schnittstelle Pneumatik und Elektronik am Instrumentenpilz.

Wer Ordnung mag ist nur zu faul zum Suchen

Erstflug

Jedes Flugzeug, genauso wie jedes Boot, ist eine Frau. Wer es nicht an den schönen Formen erkennt, merkt es an den Betriebskosten. Meine hat die Kennung Drei Whiskey, sie heißt Jacky Daniels und endlich fliegen wir wieder zusammen. Die Werknummer ist jetzt eine 1, das Kennzeichen D-KGGG.

Der Erstflug fand am winterlichen 5.2.2005 statt (-4°C am Boden, 30km/h Wind). Das Wetter war herrlich, nicht ein Wölkchen am Himmel, nur der Wind hätte nicht so stark sein müssen.

Am Tag zuvor hatte ich zugegebenerweise einfach die Hosen voll. Als es dann endlich soweit war, war ich zwar ruhiger, aber ein mulmiges Gefühl blieb dann doch. Der Start hinter einer Fuji klappte allerdings problemlos. Trotz der eisigen Kälte ist es im DG Cockpit dank der großen Haube auch noch in 2000m tatsächlich recht warm!

Ordentlich „schattig“ am 5. Februar: Mütze und Handschuhe

Schleppzug Fuji + Jacky

Der Test der Flugeigenschaften mit eingefahrenem Triebwerk war kein Problem, ich konnte keine Änderung feststellen. Der Strömungsabriß findet bei ca. 63km/h statt und wird deutlich durch Schütteln angezeigt. Sie trudelt dann auch nicht, sie geht in Sackflug über. Auch der Schnellflug war kein Problem.

Das Ausfahren des Triebwerkes ist bei Geschwindigkeiten zwischen 90km/h und 150km/h kein Problem (höher wurde nicht getestet). Das Sinken mit stehendem Motor beträgt bei 90km/h 0,9m/s. bei 160km/h sind es 3,2 m/s. Das Anlassen ist nicht das geringste Problem, klappt vollautomatisch. Ich war wahnsinnig überrascht, wie leise das Triebwerk läuft und dass es völlig frei von jeglichen Vibrationen ist! Das von den Varios angezeigte Steigen von 3m/s war allerdings sehr optimistisch, nach der Auswertung des Barogramms ergeben sich integriert 1,8 m/s Steigen, allerdings bei o.g. winterlichen Temperaturen. Auch das Einfahren ist gar kein Problem. In der waagerechten Stellung des Propellers stoppt der Motor praktisch sofort und fährt automatisch ein. Die erste Landung nach dem Umbau war fast problemlos: kurz nach dem „Ausfahren“ des Fahrwerks ging die Fahrwerkswarnung an. Ich hatte in der Aufregung den ganzen Flug mit ausgefahrenem Fahrwerk bewältigt. Es gab wohl wenig Tage in meinem Leben an denen ich sorgenfreier war als nach der ersten Landung: endlich war die Last weg. Hätte das System nicht funktioniert wäre ein riesengroßer Haufen Arbeit „für die Katz“ gewesen.

Landung nach getaner Arbeit

Wieder im Hänger

Tankstutzen bündig im Rumpf

Nachdem ich die Batterie rausgeholt habe stellte sich heraus, dass trotz der tief stehenden Sonne der Funk dank der Solarzellen weiter lief. Diese sind offensichtlich wesentlich besser als ich gedacht habe.

Zeitplan

Das Projekt habe ich mit den ersten Überlegungen im Sommer 2003 begonnen. Die Planung und Konstruktion, JAR, etc. lag im Februar 2004 vor. Die Versuchs-Läufe auf dem Prüfstand waren im Mai beendet. Aufgesägt habe ich das arme Mädchen im September. Festigkeitsprüfung Oktober. Endabnahme November. Abliefern der Nachweise an das LBA Anfang Dezember. VVZ Mitte Januar. Erstflug 5.2.2005.

Ich möchte mich an dieser Stelle ganz ganz herzlich bei allen bedanken. Viele Personen blieben in diesem Bericht unerwähnt, die mir sehr hilfreich waren. Jeder der mein Projekt, wenn auch nur durch konstruktive Kritik unterstützt hat, soll sich meines Dankes sicher sein. Vielen, vielen herzlichen Dank.

Gregor Gaida