Airbus Industries Test Aircraft

Als einer der beiden größten Flugzeughersteller führt Airbus umfassende Testflug-Programme für die Einführung eines neuen Flugzeug-Typs durch. Diese Test Programme decken ein breites Spektrum an Parametern und Szenarios ab und beinhalten die Entsendung von Flugzeugen in den kalten Norden und heißen Süden sowie manchmal Flüge um die ganze Welt. Ein Kernelement eines solchen Test-Programms – auf sehr aggregierter Ebene – ist der initiale Beweis der Flugtüchtigkeit. In der Flugzeugentwicklung vor 50 und mehr Jahren war dieser erste Schritt immer mit einer großen Unsicherheit bezüglich der Flugstabilität der neuen Entwicklung verbunden. Heute besteht noch immer ein Risiko, allerdings ist dieses durch hunderte und tausende Stunden an Simulationen der Aerodynamik und Flugleistungen deutlich geringer.

As one of the two largest developers and producers of civil aircraft, Airbus has a need to perform extensive test programs for the introduction of a new aircraft type to service. These test programs cover various parameters and scenarios and often include aircraft travelling north and south and sometimes even around the world for these purposes. A key element of such test programs cover – summarised on a high level – the initial proof of the simulated flight characteristics. In aircraft developments fifty and more years ago this stage was always connected with a huge uncertainty regarding the aircrafts flight stability. Today, there is still a certain risk, but due to hundreds and thousands of hours of simulations of aerodynamics and flight performances it is significantly lower.

Schritt für Schritt wird dann der Bereich des Fliegens erweitert und minimale und maximale Geschwindigkeiten, minimale Startgeschwindigkeit und alle andere Aspekte erflogen. Weitere Prüfungen beinhalten die Handhabung um sicher zu stellen, dass das Flugzeug korrekt auf die Eingaben des Piloten reagiert, sowie die Validierung der errechneten Leistungswerte wie zum Beispiel maximale Reichweite oder Temperaturbeständigkeit. Tests bezüglich Flattern und Elastizität stellen sicher, dass das Flugzeug im Luftstrom wie erwartet reagiert wohingegen strukturelle Belastungstests prüft, dass die berechneten Flugmanöver sicher durchführbar sind. Zusätzlich muss die gesamte Avionik und natürlich alle anderen Systeme an Bord grundlegende getestet werden. Als Handlungsanweisung für Piloten müssen ebenso die Notfall Prozeduren entwickelt und verifiziert werden wie zum Beispiel der Flug mit einem Triebwerk, Ausfall bestimmter Systeme aber auch die Evakuierung der maximalen Anzahl an Passagieren.

Gradually, the flight envelope is then extended – defining minimum and maximum speeds, stall speeds, minimum take-off speed and all other aspects of flying. Further verification includes handling tests, to ensure the aircraft is manageable by pilots’ input, and performance testing, to ensure designed parameters like maximum range and as well temperature sustainability. Flutter and elasticity testing ensures the aircraft reacts and performs in the air flow whereas structural loads ensures the aircraft can perform the designed flight manoeuvers. Furthermore, all avionics and all other systems on board of the aircraft have to be deeply tested. To offer guidelines for pilots all relevant emergency procedures have to be developed and verified, flying with one engine, unavailability of certain systems but as well the evacuation of the maximum passenger number.

All diese Tests erfordern eine gewisse Anzahl an Flugstunden. Wie jeder Flugzeughersteller möchte Airbus sichere und vollständig getestete Flugzeuge verkaufen, möchte aber ebenso diesen Zustand baldmöglichst erreichen. Daher werden normalerweise mehrere Prototypen für ein neues Flugzeug-Programm gebaut. Neben den fliegenden Modellen, denen wir uns gleich zuwenden, gibt es immer statische Zellen für Stress-Tests an denen die strukturelle Integrität der Flugzeug-Zelle während einer simulierten Nutzungsdauer überprüft wird. Diese Testzellen fliegen nie – aber werden den kompletten Belastungen der maximalen Nutzungsdauer in kurzer Zeit ausgesetzt.

All these tests require a certain amount of flying hours. As any aircraft OEM, Airbus wants to sell a safe and completely tested aircraft model, but wants as well to pass this milestone in a certain speed. Thus, the company normally produces several prototypes of any new aircraft model. Besides the flying examples, on which we will focus in a second, there are always static and stress samples used to ensure the stability of the aircraft over its planned lifecycle. These test airframes never fly – but receive the stress of a simulated life in a short period.

Die fliegenden Prototypen dagegen sind oftmals nur während einer verhältnismäßig kurzen Zeit im Einsatz – meistens in etwa bis die Zertifizierung erreicht ist und die Markteinführung erfolgt. Ein oder zwei der Prototypen werden dann weiterhin in der Flotte des Herstellers behalten um weiterhin testen zu können – da die Entwicklung und Evolution eines Flugzeug-Typs ja nicht endet, wenn es in Dienst gestellt wird. Modifikationen und Verbesserungen können immer eingearbeitet werden und fließen auch in die bereits laufende Produktion ein. Manchmal werden einige der Prototypen auch an Airlines verkauft und dann dort im Linienbetrieb benutzt.

The flying prototypes instead are often active for a relatively short period of time – in most cases roughly until the certification is achieved and the type introduced to the market. One or two of the prototypes are maintained in the fleet of the OEM to ensure testing capabilities – as the development and evolution of an aircraft doesn’t end once it is in service. Modifications and improvements can occur and be introduced as well while the production is already running. Sometimes some of the prototypes are sold as well to airlines and operated there.

Beginnend mit dem A350 müssen wir zuerst auf die beiden Versionen verweisen – A350-900 sowie A350-1000. Da die 900er Version zuerst in die Produktion überführt wurde, mussten die meisten grundlegenden Flugtests auch mit dieser Version erbracht werden weswegen fünf Prototypen gebaut wurden. Von diesen wurde die letzte Maschine nach dem Testprogramm an die französische Airline FrenchBee verkauft. Die beiden ersten Prototypen verbleiben im operativen Einsatz bei Airbus für Testzwecke sowie Marketing auf Messen, der dritte und vierte Prototyp sind eingelagert.

Starting with the A350 we have to mention the two different versions in production – A350-900 and A350-1000. As the 900 version was the first in production, many basic flight tests had to be performed with this version and consequently five prototypes were built. Of these the last airframe was sold to French holiday airline FrenchBee after the completion of the initial test program. The first two are remaining in operation with Airbus itself for testing and marketing on faris whereas the third and fourth are stored.

Eine Besonderheit reduzierte den Aufwand des A350 Programms – es gibt nur ein Triebwerk für den Typ für die Airlines. Im Gegensatz dazu waren für das A320 Programm von Anfang an zwei Triebwerke zur Auswahl vorhanden. Dies hatte naturgemäß eine Auswirkung auf das Test-Programm da verschiedene Elemente zweifach erbracht werden mussten. Daher reihte Airbus insgesamt sechs A320 Neo, drei A321 Neo sowie einen A319 Neo in die Testflotte ein. Vier der sechs A320 Neo sowie zwei der drei A321 Neo wurden gleichmäßig zwischen den beiden Triebwerks-Programmen aufgeteilt, nur beim A319 Neo wurden die Triebwerke während des Testprogramms getauscht. Einer der beiden anderen A320 Neo wurden aufgrund der initialen Triebwerks-Probleme kurzfristig in die Flotte integriert, der dritte A321 Neo war ein neu produzierter Prototyp für die XLR Version mir Transatlantischer Reichweite.

One specific reduced the effort of the A350 test program – there is only one engine choice available for the airlines. In contrast, the A320 program offered from the start the choice of two different engines. This had as well an additional impact on the tests – as several elements had to be repeated. As a consequence, Airbus took overall four A320 Neos, three A321 Neos and one A319 Neo on strength. The four A320 Neos and two of the three A321 Neos were evenly split between the two engine options – only the A319 was modified with the different engines during the test program. One of the other two A320 Neo was integrated shortly in the fleet due to the initial engine problems, the third A321 Neo was a newly produced prototype for the XLR version, offering transatlantic range.

Da Airbus Rumpf-Teile und Tragflächen zwischen seinen Werken transportieren muss, entwickelte das Unternehmen vor über 20 Jahren eigene Transportflugzeuge die aufgrund ihres Aussehens als Belugas bezeichnet werden. Insgesamt wurden fünf Flugzeuge gebaut deren Struktur auf dem A300 mit tiefer gelegten Cockpit, großvolumigen Rumpf mit Bug-Ladetor und neuem Heck basieren. Da die Flugzeuge in den 1990er Jahren produziert wurden, kommen sie langsam in ein Alter das Ersatz nötig macht. Zudem besteht durch den A350 sowie die Steigerung der Flugzeug-Produktion ein erhöhter Bedarf an Transportkapazität sowie an einem etwas größeren Flugzeug. Daher wurde ein neuer Beluga entwickelt, als Beluga XL bezeichnet, basierend auf dem A330. Die aktuelle Planung sieht den Bau von fünf Flugzeugen vor, von denen bereits zwei fliegen.

As Airbus has to transport fuselage and wing parts between its factories, the company has self-developed corresponding transport aircrafts more than 20 years ago which were named Belugas due to their appearance. Overall five aircraft were produced using the basic structure of the A300 modified with a lowered cockpit, large fuselage with front-door and new tail. As the aircraft were produced in the nineteen nineties, they slowly reach a certain age. Furthermore, with the new A350 and the increase in aircraft production the need was there for a slightly larger transport aircraft. Thus a new Beluga was designed, nicknamed Beluga XL – and based on the A330 aircraft. Again it is planned to build overall five of these aircraft, currently two are already flying.

Neben diesen neuen Flugzeug-Programmen konnten auch einige Prototypen der noch laufenden Programme beobachtet werden. Die erste A320, initial eine Version 100, wurde später zu einer Version 200 modifiziert und flog so bis in die 2010er Jahre. Dann wurde sie außer Dienst gestellt, in das originale Aussehen zurückversetzt (bis auf die Triebwerke) und in den ehemaligen Werksfarben lackiert und kann jetzt so im Aeroscopia Museum neben den Produktionsanlagen besichtigt werden. Im gleichen Museum befindet sich auch der A340-600 Prototyp sowie einer der drei A380 Prototypen.

Next to the new aircraft programs, several of the ongoing aircraft programs could be seen as well. The first A320, initially a 100 version, was modified later-on to a 200 version and operated like that as test aircraft even in the last decade. Then retired, it was brought back to its original design (except the engines) and painted in the previous corporate colours and can now be admired in the Aeroscopia Museum next to the production facilities. In the same museum you can find as well the remaining A340-600 prototype and one of the three A380 prototypes. In addition, Airbus modified the A320 and the A321 with sharklets – and test aircraft flew in these cases as well.

Aufgrund der aktuellen Situation in Bezug auf COVID-19 sowie der Tatsache das Airbus über ein sehr modernes Portfolio verfügt – mit A220, A319/A320/A321 Neo, A330 Neo und A350 – scheint es möglich, dass wir in den nächsten Jahren nicht allzu viele neue Testflugzeuge sehen werden. Abhängig von der Marktentwicklung und der Reisetätigkeit sind Modifikationen der aktuellen Designs denkbar – oder sobald sich die Situation insgesamt verbessert hat auch ein komplett neues Design.

Florian Szczepanek, July 2020