Fraunhofer LBF - CFK Flugzeugrumpf Messaufbau Technologie 29.11.2017 0 Bewertung(en) Rating

CFK-Flugzeugrumpf im Belastungstest

CFK ist das Mittel der Wahl, um das Gewicht von Flugzeugen weiter zu reduzieren. Doch wie sieht es mit der Zuverlässigkeit im Flugbetrieb aus?

Mithilfe von optischen Messfasern und piezo-basierten Sensoren konnten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF die realen Lasten in großer Höhe ermitteln und die Struktur überwachen. Basierend auf diesen Ergebnissen ist es nun möglich, Komponenten zu optimieren und damit Gewicht zu sparen. Darüber hinaus können diese Leichtbauteile auch länger in Betrieb bleiben.

Mit einem speziellen Messaufbau wird der Rumpf eines Flugzeugs überwacht, um das Verhalten großer CFK-Strukturen während des Flugs zu untersuchen. Als Testflugzeug diente ein Mittelstreckenmodell für etwa 70 Passagiere. Ziel der Messungen war es, robuste Daten zu erhalten, die mit den theoretischen Berechnungen der Flugzeughersteller über das Verhalten von CFK-Großstrukturen verglichen werden können, um damit zukünftig solche Bauteile effizienter auszulegen.

Dazu unterzogen die Wissenschaftler den Flugzeugrumpf in einem Bodentest einer zyklischen Innendruckbelastung sowie mehreren Flugtests in unterschiedlichen Flughöhen. Mit dem wiederholten Aufblasen des abgeschlossenen Rumpfs am Boden simulierten sie die Ausdehnung der Struktur in großer Flughöhe bei konstanter Temperatur, um die Einflüsse der Kälte auszuschließen, die in großen Höhen zusätzlich auf die Struktur einwirken.

Wirtschaftlichen Flugzeugbau vorantreiben

Zur Dehnungs- und Spannungsüberwachung wurde auf dem Flugzeugrumpf großflächig ein Sensor-Überwachungsnetzwerk aus optischen Messfasern aufgebracht. Die Messfasern legten die Forscher an der zum Flugzeuginnenraum gewandten Seite und an der Außenhaut des Rumpfs an. Die dünnen, länglichen Glasfasern sind in der Lage, auch sehr schwache Veränderungen von größeren Bauteilen anzuzeigen.

Darüber hinaus wurde ein piezo-basiertes Strukturüberwachungssystem an der Rumpfunterseite zur Erkennung von Veränderungen in der Struktur und im Material appliziert. "Mit diesem Verfahren können wir nun das Verhalten eines kompletten Flugzeugrumpfs analysieren, überwachen und Veränderungen in der Struktur zuverlässig aufnehmen", erklärt Oliver Schwarzhaupt, im Fraunhofer LBF verantwortlich für das Forschungsprojekt.

 - Der hoch präzise Messaufbau aus dem Fraunhofer LBF kann die Verformungen an den CFK-Strukturen sehr genau erfassen und darstellen.
Der hoch präzise Messaufbau aus dem Fraunhofer LBF kann die Verformungen an den CFK-Strukturen sehr genau erfassen und darstellen.
Fraunhofer LBF

Dieses Wissen kann in Zukunft genutzt werden, um leichtere, optimierte Komponenten herzustellen, die zu einer Gewichtsreduzierung und damit zu Kraftstoffeinsparungen führen. Mit der Strukturüberwachung lassen sich auch die Betriebszeiten der Komponenten deutlich verlängern und so die Kosten senken wie auch die Betriebssicherheit erhöhen. "Damit leistet das von uns entwickelte übergreifende Überwachungssystems einen wesentlicher Beitrag für das Vorantreiben des wirtschaftlichen Flugzeugbaus respektive der sicheren und ökologischen Luftfahrt", versichert Schwarzhaupt. Mit einem solchen System wäre es möglich, die Struktur am Boden und während des Flugs auf ihren Zustand hin zu überwachen.

Die Tests sind Teil von Clean Sky, einem gemeinsamen Forschungsprojekt der Europäischen Kommission und der europäischen Luftfahrtindustrie. Ziel ist es, insgesamt noch leichtere CFK-Bauteile zu konstruieren, also unnötiges Material und damit Treibstoff einzusparen, die Teile länger im Einsatz zu belassen und deutliche Einsparungen bei Wartung und Austausch zu erzielen und somit Flugzeuge wirtschaftlicher und umweltfreundlicher zu betreiben.

gk

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