Neuartige Schildbauformen schützen Flugzeuge vor Triebwerksbruchstücken
Kompositmaterialien bieten im Vergleich zu konventionellen Materialien ein wesentlich besseres Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht. Aus diesem Grund werden sie vielfach bei der Herstellung von Flugzeugbauteilen eingesetzt. Mit Hilfe von EU-Finanzmitteln verfolgte das Projekt IMPTEST (Impact test campaign) das Ziel, Schutzschilde aus Polymerkompositen zum Schutz von Flugzeugen vor kleinen Bruchstücken zu entwickeln, die sich von rotierenden Teilen ablösen. Die Projektpartner untersuchten und erprobten das Aufprallverhalten der Schutzschildmaterialien. Sie verwendeten drei verschiedenen Schlagkörper bei verschiedenen Geschwindigkeiten, um den ballistischen Grenzwert zum Durchdringen von metallischen Schilden zu bestimmen, und setzten drei unterschiedliche Konzepte für Kompositschutzschilde ein. Im Folgenden wurden zwei Designkonzepte ausgewählt, gefolgt von einer Studie über den Einfluss, den ein Aufprallwinkel auf sie hat. Die Faserbündel wurden in Bereichen von 40 bis 120 Grad Celsius erprobt. Die Resultate wurden in Aufprallsimulationen eingesetzt, um den Einfluss der Temperatur zu untersuchen. Die Wissenschaftler setzten Hochgeschwindigkeitsfotografie ein, um die Aufprallreaktionen aller Proben zu dokumentieren. Außerdem verwendeten sie fraktografische Verfahren und das 3D-Scannen der deformierten Form nach dem Aufprall, um die Schäden zu charakterisieren, die an den Proben verursacht wurden. Insgesamt stellte man fest, dass die Kompositschilde mit Polymerfasern eine Eindringschwellengeschwindigkeit pro Gewichtseinheit aufwiesen, die zwei- bis dreimal höher als bei konventionellen Metallschilden lag. Diese Abschirmungen erleichtern die Verwendung von Triebwerken mit offenem Rotor, die am hinteren Flugzeugrumpf montiert sind, wobei das reduzierte Gewicht zu einem Rückgang des Treibstoffverbrauchs und der Senkung schädlicher Emissionen beiträgt. Kompositschilde mit Glasfasern und Metallschilde hatten ähnliche Funktionseigenschaften. Schilde mit ultrahochmolekularen Polyethylenfasern funktionierten besser als Schilde mit Aramidfasern. Die von IMPTEST validierten leichtgewichtigen Polymerkomposit-Schutzschilde werden als eine Grundlage der aktuellen und zukünftigen Flugzeugentwicklung dienen. Innovative Technologien dieser Art sind zur Bereitstellung moderner Triebwerkstechnologien wie etwa der Architektur mit offenem Rotor erforderlich, die den Treibstoffverbrauch senken und die Kohlendioxidemission eindämmen können.
