Glasfasersensor für Morphing-Tragflächen
Die EU-Initiative Clean Sky für umweltfreundlichen Flugverkehr umfasst das SFWA-Konzept (Smart Fixed Wing Aircraft), bei dem Morphing-Tragflächen den Luftwiderstand senken. Das EU-finanzierte Forschungsprojekt FOS3D (Fiber optic system for deflection and damage detection) entwickelt eine eingebettete FO-Sensortechnologie für diese Morphing-Tragflächen aus Verbundwerkstoff. Die Daten zur Anstellung werden an piezoelektrische Aktuatoren aus Formgedächtnislegierungen übermittelt, sodass eine Rückkopplung im geschlossenen Kreis stattfindet. Das zerstörungsfreie Testsystem arbeitet mit akustischer Emissions- (AE)-Technologie, die feststellt, ob, wo und in welchem Umfang ein Schaden aufgetreten ist, was dann über einen Monitor angezeigt wird. Bislang wurden drei verschiedene Materialien und Geometrien analysiert, um das Verhalten von Morphing-Tragflächen zu simulieren und deren Belastungsverteilung entlang des FO-Sensors zu ermitteln. Experimentell analysiert wurden auch die verschiedenen Formen von FO-Sensoren, um Messbereich und Auflösung zu ermitteln. Zum Abschluss der experimentellen Analysen fand eine Simulation mit der Finite-Elemente-Methode statt, um Überschallereignisse in einer AE-Simulation zu untersuchen. Erste Tests der Sensorleistung in einer der drei Geometrien (ein Kohlenstofffaser-verstärktes Kunststoffpanel) bestätigten die in den Modellen prognostizierte messbare Verformung. Die Tests demonstrierten auch, dass der FO-Sensor in der Lage ist, gleichzeitig Anstellungswinkel und AE-Ereignisse zu messen. Bei künftigen Flugzeugen könnten demnächst sensorische Verbundwerkstoffe (self-sensing composites) mit kostengünstigen und leichten Sensoren zum Einsatz kommen. Die gleichzeitige Messung von Anstellwinkel bei Morphing-Tragflächen und strukturelle Überwachung beim Morphing werden Treibstoffverbrauch und Schadstoffausstoß reduzieren und die Sicherheit erheblich verbessern. Niedrigere Betriebs- und Wartungskosten stärken wiederum die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Luftfahrt.
