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Prototyp

Endmontage des ersten A350 XWB

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Mit optimierten Fertigungsabläufen entstand der erste Airbus A350 XWB. Die FLUG REVUE war mehrfach in Toulouse zu Gast. Der mit Hilfe neuester Computertechnik konstruierte Jet hob im Sommer 2013 ab.

Erster Airbus A350 XWB

Die erste A350 wächst zusammen. Am 5. April 2012 begann in Toulouse die Endmontage von MSN5000, einer Testzelle für die statischen Belastungsversuche. Sie durchläuft als erste A350 die neue Airbus-Endmontagelinie mit neuen Abläufen. Dabei wurden in der Rumpfmontagestation 50 zunächst die 19,7 Meter lange, mittlere Rumpfsektion und die, einen Tag zuvor per Beluga aus St. Nazaire angelieferte, 21 Meter lange vordere Rumpfsektion verbunden. Die Montage der Hecksektion aus Hamburg erfolgt als Nächstes. Die Monumente, also die klobigsten Kabineneinbauten wie containerisierte Küchen und Toilettenbereiche, werden schon direkt nach der Anlieferung in Toulouse installiert. Nur jetzt kommt man noch bequem in die offenen Rumpfbereiche und muss die Einbauten nicht erst aufwändig zerlegen.

Anders als bei der A330, deren Zusammenbau stets mit der Verbindung von Flügeln und mittlerer Rumpfsektion beginnt, wird bei der A350 zuerst die dreiteilige Rumpfröhre komplettiert. Erst danach werden in der Nachbarhalle bei Station 40 auch die, für eine Reisegeschwindigkeit von Mach 0.85 optimierten, Flügel aus Broughton und das Leitwerk montiert. Wegen der neuen Reihenfolge kann man den aufwändigen Kabinenausbau eher beginnen und abschließen, und man spart etwa 30 Prozent der Endmontagezeit. Bis zu zehn Flugzeuge pro Monat sollen einmal auf diese Weise montiert werden. Für die neue Familie liegen bereits 555 Bestellungen vor.

Endmontage

Als erster Airbus A350 XWB wurde der Testrumpf MSN5000 in Toulouse endmontiert. Foto und Copyright: Airbus S.A.S.

Zurück zur Endmontage: An Station 40 wird auch zum ersten Mal der Strom eingeschaltet (Power-on), und die elektrischen Flugzeugsysteme erwachen zum Leben. Auf eigenem Fahrwerk geht es nun noch eine Halle weiter, zu Station 30. Hier wird die Kabine innen mit Sitzen ausgestattet. Auch Landeklappen, Vorflügel und Steuerflächen sind jetzt einsatzbereit und werden funktionsgeprüft. Danach wird das Flugzeug für weitere Tests, etwa der Tanks und der Druckkabine, ins Freie geschleppt. Hiernach erfolgt die Lackierung.

Der nächste Schritt führt die A350 zu Station 20, in die Hallen der herkömmlichen A330-Endmontagelinie. Schließlich fehlen ja noch die beiden Triebwerke aus der Trent-XWB-Familie von Rolls-Royce. Neben der Triebwerksmontage erfolgen auch die letzten Arbeiten an der Kabine.

Die erste A350, Bruchzelle MSN5000, ist bekanntlich nicht zum Fliegen bestimmt, der erste fliegende Prototyp ist die direkt folgende A350, MSN1. Die Endmontage von MSN1, einer A350-900, begann im Sommer 2012. Der Erstflug ist, nach einer gut sechsmonatigen Verzögerung, nun für Sommer 2013 geplant.

Mit einem Verbundwerkstoffanteil von 53 Prozent ist die A350 XWB der erste Airbus, der zu mehr als der Hälfte aus modernem Leichtbaumaterial besteht. Wenn man Leichtbau-Aluminiumlegierungen und Titan mit einrechnet, kommt man sogar auf einen über 70-prozentigen Anteil neuer Werkstoffe an diesem Flugzeug. Airbus verspricht sich durch die Leichtbaustrategie einen großen Vorteil beim Treibstoffverbrauch, der „gegenüber heutigen Langstrecken-Wettbewerbern“ bei 25 Prozent liege, so die Airbus-Werbeprospekte.

Neuerungen

Die Computer des Airbus-Rechenzentrums in Toulouse sind in Standardcontainern untergebracht. Rechts oben erkennt man den Anschluss der Kühlwasserleitung. Foto und Copyright: Airbus S.A.S.

Neben der neuen Triebwerksgeneration ist die verbesserte Aerodynamik die dritte entscheidende Säule, mit deren Hilfe die A350 XWB zum Airbus-Kassenschlager werden soll. Bei der extrem strömungsgünstigen Auslegung des Großraumflugzeugs kommt ein neuartiges Toulouser Rechenzentrum ins Spiel, das Airbus gemeinsam mit dem Computerhersteller Hewlett-Packard betreibt. Es ist in einer verblüffend schnörkellosen Gruppe von 12-Meter-Standard-Schiffscontainern untergebracht, die auf dem Airbus-Werksvorfeld in einem eingezäunten Bereich stehen. Von außen betrachtet könnte es sich auch um einen Lagerplatz handeln, aber ihr Innenleben macht diese Container zu etwas Besonderem.

Statt eines einzelnen Supercomputers kommt hier ein Netzwerk (Grid) aus 1.008 einzelnen Serverkarten zum Einsatz. Sie stecken in langen Regalreihen in den Containern und sind mit fünf Kilometern Glasfaserkabel und einem Kilometer Kupferkabel verbunden. Ihre Intel-Westmere-Prozessoren verfügen über rund 14.000 Kerne und 43 Terabyte Arbeitsspeicher. Die über eine 20.000 Volt-Leitung aus dem öffentlichen Netz gespeiste Anlage greift bei Schwankungen im Netz automatisch auf Batterien (bis zu acht Minuten Betrieb) und ein eigenes V16-Notstromaggregat von MTU mit 80 Litern Hubraum zu, das ebenfalls in Containern untergebracht ist. Binnen 47 Sekunden läuft der 3.000-PS-Motor bei Bedarf jederzeit an und auf Volllast hoch.

Wegen der hohen Rechenleistung von 300 Teraflops (ein Teraflop entspricht einer Billion Gleitkommaoperationen pro Sekunde) wird die gesamte Anlage ständig mit Wasser gekühlt. Das Kühlsystem leitet ständig 14 Grad kaltes Kühlwasser in die Rohrleitungen der Container. Wenn es wieder herauskommt, ist das Wasser auf 24 Grad aufgeheizt. Nur jeweils 50 Prozent der möglichen Kühlleistung werden genutzt, so dass die Anlage auch heißeste südfranzösische Sommertage problemlos verkraften kann.

Wegen des rasanten Fortschritts der Computertechnik haben die Rechner nur eine Lebensdauer von jeweils drei Jahren. Die erste Containeranlage von 2009 (Motorola Power PC) wurde schon 2011 wieder abgeschaltet und durch aktuelle Rechentechnik ersetzt. Die nächste, schon absehbare Generation HPC4 wird Pentaflop-Rechner nutzen. Man muss zur Inbetriebnahme jeweils nur die alten Container per Lkw abholen und die neuen, schon fertig eingerichteten und fertig verkabelten Container anschließen: Strom, Kühlwasser und das Netzwerk „Airbus-LAN“ mit Kabeln in Lila. Die Rechenleistung ist heute um den Faktor zehn billiger als noch vor zehn Jahren. Das ständige Upgraden zahlt sich rechentechnisch und finanziell aus. Ein solches Hochleistungscluster „von der Stange“ ist außerdem in nur vier Monaten ab der Bestellung betriebsbereit.

Windkanaltests und Lärmmessungen

Airbus A350 - Geringerer Treibstoffverbrauch, Leichtbauweise, verbesserte Aerodynamik und neu entwickeltes Triebwerk. Grafik und Copyright: Airbus S.A.S.

Beim Airbus A380, dem ersten Airbus-Programm, bei dem Computer in derartig großem Umfang eingesetzt wurden, konnten schon 90 Prozent der Windkanaltests virtuell am Rechner erledigt werden. Bei der A350 soll die rund um die Uhr laufende Anlage einen mindestens gleich hohen Anteil erreichen. Etwa 80 Prozent der gesamten Rechenleistung werden für Aufgaben aus dem Bereich Produktion genutzt, rund 20 Prozent für Forschungsaufgaben.

Das wohl komplizierteste Themengebiet ist die Berechnung der künftigen akustischen Signatur eines Flugzeugs. Nur noch sehr leise Flugzeuge können in lärmsensiblen Gebieten eingesetzt werden und lassen sich gut verkaufen. Die Lärmwerte will man deshalb möglichst früh und genau kennen, damit man den Kunden vorab verbindliche Leistungen zusagen und bindende Verträge abschließen kann.

Digitales Mock-up der A350 XWB

Im Sommer 2013 startete die erste A350-900 zum Jungfernflug. Foto und Copyright: Airbus S.A.S.

Das Rechenzentrum ist an das sogenannte Digital Mock-up (DMU) der A350 XWB angebunden. Dieses Rechenmodell einer kompletten A350 enthält alle aktuellen Details, so dass alle Airbus-Ingenieure, und in ihrem jeweils direkten Aufgabenbereich auch die Ingenieure von Fremdfirmen, jederzeit den aktuellen Stand der Dinge sehen können. Dadurch kann man etwa mit verfolgen, ob Lukendeckel verschoben wurden und Rohrleitungen konfliktfrei verlegt werden können. Zwischen ein und zwei Terabyte umfasst die Datenbank für ein Flugzeug dieser Größe.

Ein neuer und wachsender Aufgabenbereich ist die Berechnung von Manöverlasten. Dabei untersucht man das virtuelle Flugzeug in dynamischen Situationen, also zum Beispiel beim Kurvenflug und in Turbulenzen. Wie verbiegen sich die Flügel, wie wird die Struktur beim Ausschlagen der Steuerflächen belastet?

„Wir designen zuerst die aerodynamische Form. Dann kriegen wir die Lasten, und dann nehmen wir die kritischsten Situationen und bauen dafür“, erläutert Axel Flaig, Head of Flight Physics bei Airbus Engineering, den grundsätzlichen Arbeitsablauf einer Flugzeugentwicklung, bei der nachträglich aber noch erhebliche Sicherheitsmargen aufgeschlagen würden. Der heute in Toulouse ansässige Bremer Ingenieur berichtet, dass Airbus mit Hilfe der Rechentechnik schon vier bis fünf Jahre vor einem Erstflug Flugzeuge mit garantierten Leistungswerten verkaufen könne. Trotzdem werde aber noch eine reale Flugerprobung der A350 mit vier bis fünf Flugzeugen und etwa 2.000 Flügen durchgeführt.

„Wir wollen nicht auf die Hardware warten, sondern schon testen und das Flugzeug ausreifen lassen, bevor es gebaut wird“, berichtet Flaig von seiner Forschungs- und Entwicklungsarbeit. Seit Mitte 2011 arbeite auch bereits ein „Iron Bird“ („Eisenvogel“), also ein Systemsimulator der A350, der alle Bordsysteme in einer Halle funktionsfähig darstellt. „Je mehr man simuliert, desto schneller geht es und desto ausgereifter wird das Flugzeug“, sagt Flaig. Der Nutzen sei enorm. Die Zeit bis zum Erscheinen habe man bei der A350 gegenüber der A380 um eineinhalb Jahre verkürzen können.

Strömungsberechnung

Die genauesten Vorhersagen bei der Strömungsberechnung am Rechner könne man für Geschwindigkeitsbereiche treffen, in denen sich die Strömung nicht ablöse. Für den Reiseflug bei Mach 0.85 komme man so bereits bis auf ein Prozent an die später realen Leistungswerte heran. Im strömungstechnisch komplexeren Langsamflugbereich liege der Rechner dagegen noch um die fünf Prozent daneben. Erst seit etwa 25 Jahren könne man die Aerodynamik überhaupt elektronisch in höherer Qualität vorausberechnen.

Über 2.000 Flugzeugdesigner sitzen insgesamt an der A350 XWB. Während sie heute das Flugzeug der Zukunft entwerfen, macht man sich bei Airbus auch schon Gedanken darüber, wie man die Datenberge auch über die gesamte Lebensdauer des Programms, also über einen Zeitraum von 30 bis 50 Jahren, nutzen kann. Der Flugzeughersteller will gezielt alte Computer aufbewahren, um darauf auch künftig die jetzige Software weiterlaufen lassen zu können, selbst wenn bereits die nächste Computergeneration vor der Tür steht.

FLUG REVUE Ausgabe 06/2012

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