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Light weight airframe structures through combination with high performance materials

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So leicht wie eine Feder: Das Flugzeug von morgen

Ein EU-finanziertes Projekt ebnet den Weg für zuverlässigere, effizientere und leichtere Flugzeugzellenstrukturen.

Verkehr und Mobilität

Das gemeinsame Unternehmen Clean Sky 2 strebt die Entwicklung von Technologien an, mit denen die Auswirkungen des Luftverkehrs auf die Umwelt durch sauberere und leisere Flugzeuge reduziert und gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit und Mobilität Europas in diesem Bereich gestärkt und aufrechterhalten werden können. Die Konstruktion leichter Flugzeugzellenteile, bei denen vorhandene Materialien mit neuen Hochleistungswerkstoffen kombiniert werden, ist ein Schritt nach vorn in Richtung dieser Ziele. Denn eine Gewichtsreduzierung steht in direktem Zusammenhang mit der Effizienz eines Flugzeugs, was in einem geringeren Treibstoffverbrauch, Strombedarf und CO2-Ausstoß begründet liegt.

Das Streben nach Leichtigkeit

In diesem Sinne arbeitete das EU-finanzierte Projekt LightAir darauf hin, neue Hochleistungswerkstoffe für Hubschrauberzellenstrukturen zu qualifizieren, und setzte dabei auf ein Baukastenprinzip. Genauer gesagt führte das Projekt zusammen mit seinen Partnern Airbus Helicopters (dem Themenverantwortlichen), Ikerlan, Compoxi und AMADE eine vollständige Leistungscharakterisierung drei neuer Werkstoffe – Klebstoff, Verbundwerkstoff und Wabe – für Flugzeuge durch, um im Rahmen einer Testkampagne die zulässigen Konstruktionswerte zu erreichen. „Das Projekt umfasste drei verschiedene Testebenen, von der Coupon-Ebene am unteren Ende der Pyramide bis hin zu Elementtests und substrukturellen Details auf den obersten Ebenen“, betont Projektkoordinator Jordi Renart. Zu den Tests erklärt Renart weiter: „Bei den Tests der Ebene 1 wurden Coupons bei unterschiedlichen Temperaturen und unter verschiedenen Feuchtigkeitsbedingungen untersucht. Bei den Tests der Ebene 2 lag der Schwerpunkt auf der Untersuchung der Materialeigenschaften von Wabenverbundplatten.“ Dazu gehörten der Kantendruckversuch, der Flachbiegeversuch, der CAI-Druckversuch (Compression After Impact) und der Klettertrommelschälversuch. „All dies sind wichtige Materialeigenschaften, doch der Klettertrommelschälversuch war besonders wichtig, da er die Haftfestigkeit der Haut an der Wabe unter der Modus-I-Belastung bestimmt – eines der kritischsten Versagensmodelle in einer Verbundstruktur.“ Bei den Tests der Ebene 3 wurde eine großflächige gebogene Verbundplatte untersucht, was zu den bedeutendsten Meilensteinen des Projekts zählt.

Ergebnisse mit großer Wirkung

Die Arbeit des Projekts hat zu einem umfassenden Verständnis des mechanischen Verhaltens der bewerteten neuen Werkstoffe geführt. „Die Eigenschaften der neuen Werkstoffe wiesen unter bestimmten Belastungs- und Temperaturbedingungen einige sehr interessante Merkmale auf, die als guter Indikator für eine mögliche Zielgewichtsreduzierung und eine Strukturoptimierung in Bezug auf die Ausgangsmaterialien angesehen werden“, erläutert Renart. Die experimentellen Arbeiten von LightAir werden in Verbindung mit der Bestimmung zulässiger Konstruktionswerte Materialdaten liefern, die zur Optimierung und Gewichtsreduzierung der nächsten Flugzeugkonstruktionen genutzt werden können. Somit ebnet die Arbeit des Projekts den Weg für die Konstruktion zuverlässigerer, effizienterer und leichterer Flugzeugzellenstrukturen. „Letztendlich wird dies zu einer Zielgewichtsreduzierung von 15 % bei allgemeinen Flugzeugzellenteilen, einer Treibstoffeinsparung von rund 1 800 Litern pro Hubschrauber und Jahr sowie zu einer Verringerung der CO2-Emissionen von rund 5 900 kg pro Hubschrauber und Jahr für die nächste Generation von Flugzeugen führen“, berichtet Renart. In Zukunft sollen einige Forschungsthemen auch außerhalb des Projekts verbreitet werden. Diese Themen werden dann weiter untersucht und in den kommenden Monaten in begutachteten Fachartikeln veröffentlicht. „Der Themenverantwortliche muss die Ergebnisse des Projekts außerdem in den Kontext des RACER-Programmrahmens stellen, was wahrscheinlich den schwierigsten nächsten Schritt darstellt“, so Renart abschließend.

Schlüsselbegriffe

LightAir, Flugzeug, neue Werkstoffe, Gewichtsreduzierung, leichte Flugzeugzellenstrukturen, zulässige Konstruktionswerte

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