Effiziente Verbindungsteile für hochleistungsfähige Verbundwerkstoff-Flugzeugstrukturen
Der weit verbreitete Gebrauch von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) in der Luft- und Raumfahrtindustrie hat zu signifikanten Gewichtseinsparungen und somit zu einem geringeren Treibstoffverbrauch und weniger Emissionen geführt. Trotz der grundsätzlich ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften in Bezug auf das Verhältnis zwischen Steifigkeit und Gewicht sind effizientere Fügesysteme erforderlich, damit schadenstolerante Strukturen sichergestellt und das Potenzial von CFK voll ausgeschöpft werden kann. Kritische Flugzeugkomponenten wie Rumpf und Tragflächen verfügen über mehrere Schnittstellen, die eine sichere Übertragung von Lasten zwischen den Verbundwerkstoffteilen mit reduziertem Gewicht und geringeren Kosten erforderlich machen. Dies ist notwendig, um die Wettbewerbsposition der europäischen Luftfahrtindustrie zu verbessern. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts CERFAC (Cost effective reinforcement of fastener areas in composites) entwickelten Wissenschaftler fortschrittliche Verstärkungslösungen zur Verwendung bei den wichtigsten Verbundwerkstoffen von Flugzeugenstrukturen. Die innovativen und effizienten Verbindungskonzepte kombinieren verschiedene Verstärkungslösungen, um die Anzahl an Befestigungen weiter zu reduzieren, während die Tragfähigkeit und Schadenstoleranz der Konstruktion verbessert werden. Dies stellt ebenfalls einen wichtigen Schritt in Richtung geringerer Fertigungskosten dar. Über die Arbeit mit den neuesten, auf Kohlenstoff basierenden Verbundwerkstoffmaterialien zielten die Wissenschaftler auf drei Anwendungen ab. Hierzu zählten herkömmliche Laschen zum Zusammenfügen dünnwandiger Strukturen, fortgeschrittene Verbindungen für die Endmontage von Rumpfschalen und -tonnen sowie dickere Laminate oder dickere Stellen bei dünnwandigen Teilen für eine effizientere und sicherere Übertragung von Punktlasten. Die neuen Arten leichterer und günstigerer Verbindungsteile verbessern das Verhältnis von Stärke gegenüber Kosten sowie die Schadenstoleranz von Befestigungsbereichen. Die fortschrittlichen Verstärkungslösungen für Flugzeugstrukturen aus Verbundwerkstoffen von CERFAC verbessern die Leistung und verringern gleichzeitig die Anzahl der benötigten Befestigungen. Hierdurch werden über substanzielle Verringerungen bezüglich Gewicht, Treibstoffverbrauch und Emissionen kosteneffektive Fertigungs- und Montagelösungen ermöglicht. Infolgedessen lassen sich die Kosten der Luftfahrtindustrie für Fertigung, Montage, Inspektion und Instandhaltung beträchtlich senken.
Schlüsselbegriffe
Verbindungsteile, Verbundwerkstoff, Flugzeugstrukturen, Befestigung, CERFAC
