Verbundwerkstoffe mit größeren Vorteilen

Die Funktionalität von Verbundwerkstoffen kann erhöht werden, indem sie mehrschichtig aufgebaut werden. Vibroakustische Dämpfungsmaterialien, die in Rumpfbauteilen aus Verbundwerkstoffen eingebettet sind, können neben Lärm und Vibration auch Gewicht, Materialeinsatz und Energieverbrauch senken.

Industrielle Technologien

Verbundwerkstoffe aus zwei oder mehr einzelnen Materialien sind inzwischen ein wesentlicher Bestandteil von Luftfahrzeugbauteilen geworden und können mehrere wichtige Eigenschaften wie hohe Festigkeit und geringes Gewicht in sich vereinen. Hybridstrukturen, die Laminat aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (KFK) mit eingelagertem Gummi oder Nanopartikeln kombinieren, können die vibroakustische Dämpfung verbessern. Diese Vorteile werden jedoch meist zu Lasten der mechanischen Leistungsfähigkeit erreicht. Das EU-finanzierte Projekt "Hybrid laminates. Industrialization for aircraft nose fuselage" (HYBRIA) wurde ins Leben gerufen, um dieses Problem durch Materialien und industrielle Fertigungsprozesse zu überwinden, sodass zukünftige Luftfahrzeuge sowohl die Erwartungen der Fluggesellschaften als auch die der Fluggäste erfüllen. Eines der Hauptziele der Clean Sky-Initiative der EU, in der öffentliche und private Organisationen zusammenarbeiten, ist eine Gewichtssenkung bei Luftfahrzeugen, um so den Treibstoffverbrauch und die verbundenen Emissionen zu reduzieren. Die Ausbreitung von Lärm und Vibration wird bei Luftfahrzeugen in der Regel mithilfe von Anbauteilen unterdrückt, die allerdings auch das Gewicht erhöhen und Material- und Arbeitskosten bedeuten. Indem vibroakustische Dämpfungsfunktionen in Strukturbauteile integriert werden, wird Redundanz abgebaut und zu den Clean Sky-Zielen beigetragen. Die Forscher stellten drei gewölbte, versteifte Platten aus Hybridschichten mit nass-in-nass-verklebten Holmen (tragenden, balkenförmigen Bauteilen, an den die Schicht angebracht ist) in verschiedenen Formen her. Die Formen entsprachen denen des Cockpit-Rumpfs des "Clean Sky Green Regional Aircraft" (GRA), dem von Clean Sky definierten umweltfreundlichen Regionalflugzeug. Das Team untersuchte während der Herstellung der Demonstrationssysteme mehrere verschiedene Fertigungsmethoden, um die besten Konzepte für die letztendliche Produktion des gesamten GRA-Cockpitrumpfes auszuwählen. Die Qualität der Prüfkörper wurde mithilfe einer Kombination aus zerstörungsfreier Prüfung und Dimensionsanalyse beurteilt. Die HYBRIA-Wissenschaftler belegten, dass akustische Dämpfungsmaterialien in einer KFK-Struktur mit einem industriell relevanten Fertigungsverfahren eingebettet werden können, ohne dadurch die mechanischen Eigenschaften dieser Struktur zu beeinträchtigen. Des Weiteren innovierten sie die Werkzeugkonstruktion und die Fertigung, indem Sie die Werkzeugbereitstellung und den Montagevorgang vereinfachten und den Materialverbrauch reduzierten. Das One-Shot-Fertigungsverfahren ermöglicht die Nass-in-nass-Verklebung von Hybridschicht und Holmen für signifikante Einsparungen bei Energie- und Materialverbrauch. Insgesamt wird die Fertigungstechnologie und Konfiguration eine nachhaltige und kostenwirksame Herstellung sowie die Senkung von Gewicht, Treibstoffverbrauch und Emissionen von Luftfahrzeugen unterstützen. Diese umfassenden Vorteile werden die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie ankurbeln, den globalen Klimawandel minimieren und Flugreisen für Passagiere angenehmer gestalten.

Schlüsselbegriffe

Verbundwerkstoffe, vibroakustisch, Dämpfungsmaterialien, Rumpf, Luftfahrzeug

Hybrid laminates. Industrialization for aircraft nose fuselage

Verbundwerkstoffe mit größeren Vorteilen

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