Die Mechanik sichereren, umweltfreundlicheren Fliegens
Da mehr und mehr Menschen über den Luftweg befördert werden, steigt der Luftverkehr jährlich um durchschnittlich 5 %. Weil der Sektor für schätzungsweise 2 % aller vom Menschen produzierten CO2-Emissionen verantwortlich ist, steigt der jährliche Anteil schnell nach oben. Es ist eine Tatsache, dass für alle 100 Kilometer, die lediglich ein Passagier fliegt, bis zu vier Liter Treibstoff verbrannt werden. Diese Zahlen machen es zunehmend schwierig, die anvisierte Reduktion von Treibhausgasemissionen zu erreichen – insbesondere in Anbetracht der hohen Erwartungen, die von Europa vorgegeben werden. Gemäß der Vision für das Jahr 2020, die von dem Advisory Council for Aeronautics Research and Innovation in Europe (ACARE) festgelegt worden ist, zielt der gesamte Europäische Lufttransportsektor darauf ab, im Verhältnis zum Jahr 2000 eine Reduktion an CO2 und des Treibstoffverbrauchs um 50 % zu erreichen. Da sich jedoch immer mehr Menschen für das Fliegen entscheiden und der Druck für ein sicheres und erschwingliches Reisen bestehen bleibt, könnten diese Ziele mitunter als schlichtweg unrealistisch gesehen werden. Dies trifft jedoch nicht auf ALAMSA zu. Das EU-finanzierte Projekt fokussiert sich auf die Flugzeugmechanik, um sicherzustellen, dass Europa nicht nur seine Ziele erreicht, sondern diese übertrifft. Effizienz aufrechterhalten Zur Verringerung von Emissionen war ALAMSA auf die Flugzeugwartung ausgerichtet. Im Rahmen des Projekts wurde speziell daran gearbeitet, die ACARE-Ziele zu erreichen, indem die Effizienz von Flugzeugwartungsmaßnahmen erhöht wird, indem die Schadenstoleranz von Flugzeugmaterial gesteigert wird, indem die Verwendung von Materialien verringert wird und indem die insgesamte Lebensdauer von Flugzeugbetriebsstrukturen verlängert wird. Die Forscher des Projekts begannen mit der Entwicklung einer innovativen Klasse zerstörungsfreier Verfahren, die als nichtlineare elastische Wellenspektroskopie (Nonlinear Elastic Wave Spectroscopy, NEWS) bekannt sind. Bei der NEWS-Spektroskopie werden simulierte Belastungswellen verwendet, um die Präsenz und das Ausmaß von Fehlern oder Schäden an strukturellen Flugzeugmaterialien zu erkennen. Risse und Delaminationen bspw. zeigen eine elastische Nichtlinearität und erzeugen somit zusätzliche Frequenzen, die bei ursprünglichen Belastungswellen nicht vorliegen. Diese „neuen“ Frequenzen sind mit der Harmonik- und/oder Intermodulationsstörung verbunden, die entsteht, wenn elastische Wellen auf eine fehlerhafte oder beschädigte Region treffen. „Mit der NEWS-Bildgebung und den Selbstüberwachungslösungen können wir bspw. Fertigungsmängel bezüglich der Porosität, der Kontaktbedingungen bei der der Bauteilemontage, Mikrorissen, der Klappenbereiche, Schwächungen der adhäsiven Bindung sowie bezüglich thermischer oder chemischer Schäden diagnostizieren“, sagt Projektleiter Prof. Michele Meo. „Dieser Prozess bietet eine hohe Sensitivität und ermöglicht die Abbildung interner Flächen von Aeronautikkomponenten, die über konventionelle Methoden nicht zugänglich sind.“ Selbstheilende Wunden Ein weiteres innovatives Ergebnis des Projekts ist eine Reihe selbstheilender Kompositmaterialien für Flugzeugstrukturen. Bei thermischer Aktivierung verfügen diese Materialien aufgrund mehrerer Heilungszyklen, die eine automatische Reparatur von Schäden ermöglichen, welche mehrmals an derselben Stelle auftreten, über eine integrierte Fähigkeit zur wiederholten Wiederherstellung mechanischer Eigenschaften. „Die Verbindung automatischer Selbstüberwachungssysteme mit diesen In-situ-Selbstreparaturmechanismen ermöglicht eine fortlaufende Überwachung und Wiederherstellung der Materialintegrität von Flugzeugen“, erklärt Prof. Meo. Das System wirkt als Auslösemechanismus und ermöglicht somit eine Berechnung des Ausmaßes der Fehlfunktion sowie eine autonome Einschätzung, ob bei bestimmten Flugzeugstrukturen ein Eingreifen notwendig ist. Effizientere Flugzeuge für ein sichereres, umweltfreundlicheres Fliegen Für die europäischen Passagiere bedeuten die im Zuge des ALAMSA-Projekts entwickelten Konzepte eine signifikante Steigerung der Lebensdauer von Flugzeugen, der Sicherheit von Passagieren und der Einsatzzeiten. „Gleichzeitig führt unsere Arbeit aufgrund optimierter Qualitätssicherung und Wartungssysteme auch zu substanziellen Kosteneinsparungen, sodass hierdurch der Weg für das Recycling von Kompositmaterialien geebnet wird“, merkt Prof. Meo an. „Wenn man diese Vorteile zusammenzählt, ist schnell ersichtlich, wie wir ausschließlich über die Fokussierung auf die Flugzeugwartung Europa dabei helfen können, die ACARE-Ziele zu erreichen.“
Schlüsselbegriffe
ALAMSA, ACARE, Nonlinear Elastic Wave Spectroscopy, NEWS, Flugzeugwartung, selbstheilende Kompositmaterialien
